汽车底盘的电控悬架构造

汽车底盘的电控悬架的元器件和工作原理
  悬架主要影响汽车的垂直振动。传统的汽车悬架是不可调整的,在行车中车身高度的变化取决于弹簧的变形。因此就自然存在了一种现象,当汽车空载和满载的时候,车身的离地间隙是不一样的。尤其是一些轿车采用比较柔软的螺旋弹簧,满载后弹簧的变形行程会比较大,导致汽车空载和满载的时候离地间隙相差有几十毫米,使汽车的通过性受到影响。
  汽车不同的行驶状态对悬架有不同的要求。一般行驶时需要柔软一点的悬架以求舒适感,当急转弯及制动时又需要硬一点的悬架以求稳定性,两者之间有矛盾。另外,汽车行驶的不同环境对车身高度的要求也是不一样的。一成不变的悬架无法满足这种矛盾的需求,只能采取折中的方式去解决。在电子技术发展的带动下,工程师设计出一种可以在一定范围内调整的电子控制悬架来满足这种需求,这种悬架称为电控悬架,目前比较常见的是电控空气悬架形式。
  以前空气悬架多用于大客车上,停车时悬架下降汽车离地间隙减少,便于乘客上下车,开车时悬架上升便于通行。这种空气悬架系统由空气压缩机、阀门、弹簧、气室(气囊)、减振器所组成。车辆高度直接靠阀门控制气室的空气流进流出来调整。
  现在轿车用的电控悬架引入空气悬架原理和电子控制技术,将两者结合在一起。典型的电控悬架由电子控制元件(ECU)、空气压缩机、车高传感器、转向角度传感器、速度传感器、制动传感器、空气弹簧元件等组成。
  空气弹簧元件是由电控减振器、阀门、双气室所组成。电控减振器顶部有一个小型电动机,可通过它转动一个调整量孔大小的控制杆将阻尼分成多级,从而实现控制阻尼的目的。阀门也充当了一个调节气流的作用,通常双气室是连通的,合起来的总容积起着空气弹簧的作用,比较柔软;但当关闭双气室之间的阀门时,则以一个气室的容量来承担空气弹簧的作用,就会变得硬,因此阀门起到控制“弹簧”变软变硬的作用。
  ECU、压缩机(5)、阀门(3)(4)、空气弹簧元件(1)(2)。电控悬架工作时,阀门的相互作用控制通向空气弹簧元件的气流量。传感器检测出汽车的行驶状态并反馈至ECU,ECU综合这些反馈信息计算并输出指令控制空气弹簧元件的电动机和阀门,从而使电控悬架随行驶及路面状态不同而变化:在一般行驶中,空气弹簧变软、阻尼变弱,获得舒适的乘坐感;在急转弯或者制动时,则迅速转换成硬的空气弹簧和较强的阻尼,以提高车身的稳定性。同时,该系统的电控减振器还能调整汽车高度,可以随车速的增加而降低车身高度(减小离地间隙),减少风阻以节省能源;在车速比较慢时车身高度又可恢复正常。
  目前电控悬架的控制形式主要有两种,由液压控制的形式和由气压控制的形式。电控悬架的液压控制形式是较先进的形式,主动悬架就属于这一类形式,它采用一种有源方式来抑制路面对车身的冲击力及车身倾斜力。电控悬架的气压控制形式又称为自适应悬架,它通过在一定范围内的调整来应对路面的变化。不管是主动悬架还是自适应悬架,它们都有电子控制元件(ECU),有ECU就必然要有耳目做辅助,也就是要有传感器。传感器是电控悬架上重要的零部件,一旦失灵整个悬架系统工作就会不正常。
  一般电控悬架传感器监视的汽车重要参数有∶高度、速度、制动力、转向角、惯性力等,因此对应的电控悬架系统传感器就有高度传感器、速度传感器、转向角传感器、惯性力传感器和声纳传感器等。
  高度传感器是电控悬架上最常见的传感器,负责监测车底高度的变化。它可以是霍尔效应传感器,一种以磁场为工作媒体,将物体的运动参量转变为数字电压的形式输出,使ECU能精确地测算出行驶高度,补偿道路的变化,防止车底刮到路面的凸出物。也可以采用光电二极管和光敏三极管,将车辆乘坐高度变化的信号传送至ECU。
  速度传感器顾名思义是反映汽车行驶的速度,它多装配在变速器输出轴上,速度传感器有一齿轮与变速器输出轴啮合,传感器将齿轮转速变化信号传送至ECU,ECU据此做出调节悬架的信号。
  转向角度传感器监测驾驶者转动方向盘的角度和速度,以便对急转弯进行调整。这种传感器一般装在转向柱上,利用光电二极管读取转向盘的角度和速度。
  惯性力传感器用来监测某一确定方向的加速力,即监测垂直方向、侧面方向和前后方向的惯性力。它起到监测汽车运动的作用,例如制动或加速。它将有关信号传递至ECU,当汽车制动或者突然加速时电控系统会调整整个悬架以增大缓冲程度,减少冲击力对车身的影响。
  声纳传感器是一种比较新的技术,它通过发射与接收声波,监测路面的不平整程度,将信号传递至ECU,调节悬架以适应这些路面。声纳传感器装在汽车前下方,探测车前端路面,它能使ECU在汽车整体被冲击前巳预知并做出调整,不是象一般悬架系统在冲击到来时才做出反应。
  电控悬架的控制中心是ECU,而辅助ECU工作的是各种传感器,它们向ECU输入各种数据帮助计算机对悬架设置进行调整。

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    硕士/汽车底盘工程师
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