汽車懸架電子控制系統結構及工作原理

劉小龍

華北水利水電大學 河南 鄭州 450000

1 汽車電子控制懸架發展背景

汽車的懸架是連接車身和車輪之間全部零件和部件的總稱，主要由彈簧、減震器和導向機構三部分組成。通過懸架的彈性支撐，有效地抑制、降低了車身的振動，以保證汽車行駛的平順性和操作穩定性。傳統懸架，由于只能被動受力，因此存在著很多的不足。隨著汽車技術的不斷發展，電子控制懸架漸漸取代了傳統懸架。電子控制懸架系統可以根據懸架位移、車速、轉向、制動器信號等，由電子控制單元控制相關執行元件，可以根據行駛狀況的變化主動改變剛度和汽車車身的高度，以抑制汽車傾斜，使車身姿態發生變化，因此，它能較好保持汽車的駕駛舒適性和操作穩定性。

2 汽車懸架電子控制系統的概述

2.1 汽車懸架電子控制系統的基本組成

電子控制懸架又稱電子調節懸架系統，由傳感器、控制開關、電控單元和執行器組成。傳感器和控制開關向電控單元輸入信號，電控單元接到信號后，向執行元件發出控制指令，執行元件產生一定的機械動作，從而改變車身高度、空氣彈簧的剛度和減震器的阻尼。車身高度控制系統的主要功用是當車內乘員或載荷變化時，自動調節車身高度，使汽車行駛穩定。

2.2 汽車懸架電子控制系統的基本功能

電子控制懸架系統的基本目的是通過控制調節懸架的剛度和阻尼力，突破傳統被動懸架的局限性，使汽車的懸架特性與道路狀況和行駛狀態相適應。其主要的作用有：①調節車身高度。無論車輛負重多少，都需要維持車身在一定高度，電子控制懸架可根據不同的道路情況改變車身高度，提高操作穩定性。②控制減震器阻尼力。通過對減震器阻尼系數的調整，防止汽車急速起步和急加速時車尾下蹲；防止緊急制動時車頭下沉；防止汽車急轉時車身橫向搖動。③控制彈簧剛度。通過對彈簧彈性系數的調整，來改善汽車的行駛平順性和操作穩定性。

2.3 汽車懸架電子控制系統的分類

按有源和無源分，分為半主動式懸架和全主動式懸架。半主動懸架是無源懸架。不能控制懸架的剛度和阻尼，但可以根據行駛狀況調節懸架參數。主動懸架是有源懸架，可以對懸架的剛度和阻尼和車身高度等進行調節。

按懸架介質的不同，分為油氣式電子控制主動懸架和空氣式主動懸架。油氣式電子控制懸架以油為介質壓縮氣室中的氮氣，實現剛度調節以管路中的小孔節流形成阻尼特性。空氣式電子控制懸架采用空氣彈簧，實現懸架剛度控制。

3 汽車懸架電子控制系統主要結構及工作原理

裝備電子控制主動懸架系統的汽車能根據本身的負載情況、行駛狀態和路面情況等，主動地調節包括懸架系統的阻尼力、汽車車身高度和行駛狀態、彈性元件的剛度的多項參數。使汽車的相關性能始終處于最佳狀態。

3.1 汽車懸架電子控制系統傳感器的組成

車身傳感器，檢測車身與車橋的相對位移，反映車身的平順性和車身高度，并可通過調節元件對其參數進行調節；光電式傳感器，其連桿的頂端與后懸架臂相連，檢測車身高度；轉向角傳感器，檢測轉向轉角，計算車身傾斜，并且可以對汽車懸架系統的傾斜剛度進行調節；加速度傳感器，檢測車身振動，同時可以反映行駛路面狀況和車身橫向運動狀況；車速傳感器，檢測車輪轉速，反映車速和計算車身的側傾量。根據檢測到的車速，通過調節元件調節車身高度；節氣門位置傳感器，檢測節氣門開度，反映汽車加速狀況，適時調節懸架的剛度；加速度踏板傳感器，檢測踏板力。

3.2 汽車懸架電子控制系統執行元件的結構及工作原理

（1）可調阻尼力控制執行機構

可調阻尼力減震器，主要由缸筒、活塞及活塞控制桿、回轉閥等構成。活塞桿是一空心桿，其中裝有控制桿，控制桿與執行器相連。控制桿的下端裝有回轉閥，回轉閥上有三個油孔，活塞桿上有兩個通孔。當電子控制單元ECU促使執行器工作時，通過控制桿帶動回轉閥相對活塞桿轉動，回轉閥與活塞桿上的油孔連通或切斷，從而增加或減少油液的流通面積，使油液的流動阻力改變，達到調節減震器阻尼力的目的。

直流電動機式執行器，主要由：直流電動機、小齒輪、扇形齒輪、電磁線圈、擋位、控制桿組成。每個執行器安裝于懸架系統中減震器的頂部，并通過其上的控制桿與回轉閥相連接，直流電動機和電磁線圈直接接受電子控制單元的控制。

（2）側傾剛度控制的執行機構

汽車的側傾剛度與汽車的轉向特性密切相關。為改變汽車的側傾剛度，可以通過改變橫向穩定桿的扭轉剛度來實現。側傾剛度控制系統根據電子控制單元ECU得信號，通過一執行器來控制橫向穩定桿液壓氣缸內的油壓，達到調節橫向穩定扭轉剛度的目的。

（3）彈簧剛度控制的執行機構

氣動缸由封入低壓惰性氣體和阻尼力可調的減震器、旋轉式膜片、主氣室和懸架執行元件組成。主氣室是可變容積的，下部有一個可伸展的隔膜，壓縮空氣進入主氣室可升高懸架的高度，反之使懸架高度下降。主副氣室設計為一體即省空間，之間有一個通道，氣體可以相互流通。改變主、副氣室的氣體通道的大小，就可以改變空氣懸架的剛度。減震器的活塞通過中心桿和齒輪系與直流步進電動機相連接。步進電動機轉動轉動可改變活塞阻尼孔的大小，從而改變減震器的阻尼系數。

4 結束語

汽車電子控制懸架因可根據不同的路況和行駛狀態做出不同的反應，既能使汽車的乘坐舒適性大大提高，又能使汽車的操作穩定性達到最高的狀態，使汽車懸架技術相比傳統懸架得到了很大的提高。盡管現代懸架技術已經克服了諸多傳統缺陷，但其技術層面仍然有很大的進步空間。