電子控制主動式空氣懸架系統組成和工作原理

下面以豐田索阿拉高級轎車采用的電子控制主動式空氣懸架系統為例進行介紹電子控制主動式空氣懸架系統。

電子控制主動式空氣懸架系統基本組成

電子控制主動式空氣懸架系統主要由空氣壓縮機、干燥器、空氣電磁閥、車身高度傳 感器、帶有減振器的空氣彈簧、懸架控制執行器、懸架控制選擇開關及電控單元等組成。 空氣壓縮機由直流電動機驅動，形成壓縮空氣，壓縮空氣經干燥器干燥後由空氣管道經空氣電磁閥送至空氣彈簧的主氣室。

下面介紹幾個主要傳感器和執行器。

1)車身高度傳感器

車身高度傳感器是把汽車懸架裝置的位移量轉換成電信號，輸送給控制單元。車身 高度傳感器為光電式，其結構如圖1 0.27所示。在傳感器內部，有一個靠連桿帶動旋轉 的軸，在軸上裝有一個開有許多槽的遮光板，遮光板的兩側裝有4組光電耦合元件。當 連桿帶動軸旋轉時，光電耦合元件之間或者被遮光板遮上，或者兩者元件之間透光，因 此光電耦合元件把這種變化轉換成電信號，並輸人到控制單元中，如圖1 0.28所示。利 用這4組光電耦合元件導通與截止的組合，就可以把車身高度的變化分為1 6個區域進 行檢測。

控制單元根據車身高度傳感器輸人的信號，控制壓縮機及S卩氣閥，以此增加或減少 懸架主氣室內的空氣量，從而保持車身高度。因為減振器在行車過程中總是振動的，很 難判定當時車身所處的區域，所以計算機每隔數十毫秒就檢測一次車身高度傳感器輸出 的信號，並對一定時間各信號所占區域的百分比作出計算，以此來判斷車身實際所處的區域。

拉緊螺栓的上端與傳感器的連桿鉸連，下端與後懸架臂相連。當車身上下振動時，拉 緊螺栓帶動連桿使傳感器的軸左右旋轉，光電耦合元件則把旋轉信號轉換成車高信號輸 出。拆下拉緊螺栓，擰松拉緊螺栓的鎖緊螺母，旋轉拉緊螺栓的螺旋接頭可以改變拉緊螺 栓的長度，從而調整車身高度的設定值。

2) 轉角傳感器

該轉角傳感器為光電式，安裝在轉向軸上，用來檢測轉向軸的回轉方向、回轉速 度。如圖10.29所示為轉角傳感器的安裝位置和構造。電控單元根據兩遮光器輸出端 通、斷變換的速度，即可檢測出轉向軸的回轉速度。同時由於兩遮光器通、斷變換的 相位錯開90°，因此可通過判斷哪個遮光器首先變為ON狀態檢測出轉向軸的回轉方向 。

3) 空氣彈簧
該空氣彈簧的基本構造如圖1 0.30所示!空氣彈簧 主、輔助氣室設計為一體，這樣既節省空間！又減輕了 質量。懸架的上端與車身相連，下端與車輪相連，隨著 車身與車輪的相對運動，主氣室的容積在不斷地變化。 主氣室與輔助氣室之間通過一個通路有氣體相互流動， 改變主、輔助氣室之間氣體通路的大小，使主氣室被壓 縮的空氣量發生變化，就可改變空氣懸架的剛度。減振 器的活塞通過中心桿和懸架控制執行器連接，執行器帶 動阻尼調節桿轉動可以改變活塞上阻尼？L的大小，從而 改變減振器的阻尼系數。

主、輔助氣室之間的氣閥體上有大小兩個通路。懸 架控制執行器帶動氣閥體控制桿轉動，使閥芯轉過一個 角度，改變通路的大小，就可以改變主、輔助氣室之間 的氣體流量，使懸架剛度發生變化。

懸架的剛度可以在低、中、高3種狀態下變化。閥 芯的開口轉到使氣體流量大的通路被打開的位置，主氣 室的氣體經閥芯的中間？L、閥體的側面孔通道與輔助氣 室的氣體相通，兩氣室之間的流量大，相當於參與工作 的氣體容積增大，懸架剛度處於低狀態。

閥的轉氣體流量小的通路被打 的 置，氣體通路的小氣體通路被打 ， 兩氣室的氣體流量小，懸架剛度處於中狀態。

閥芯的開口轉到使兩氣室之間的氣體通路全部被封 住，兩氣室間的氣體不能相互流動，可壓縮的氣體容積 減小。懸架在振動過程中，只有主氣室的氣體單獨承擔緩沖的任務，所以懸架的剛度處於高狀態。

4)懸架控制執行器

懸架控制執行器除驅動主、輔氣室的閥芯進行剛度調節外，還要控制減振器的回轉閥進行阻尼調節。為了適應頻繁變化的工 況，並保證精確的定位，驅動動力采用 了直流步進電動機。懸架控制執行器的 基本結構如圖1 0.31所示。

步進電動機帶動小齒輪驅動扇形齒 輪轉動，與扇形齒輪同軸的阻尼調節桿 帶動回轉閥轉動，使阻尼孔開閉的數量 變化，從而調節減振器的阻尼。
在調節阻尼的同時，齒輪系帶動與 氣室閥芯相連接的剛度調節桿轉動，隨 著氣室閥芯角度的改變，懸架的剛度也 得以調節。
當電磁線圈控制的電磁制動開關松 開時，制動桿處於扇形齒輪的滑槽內，
扇形齒輪可以轉動；電磁制動開關吸合時，
均不能轉動，使懸架的參數保持在相對穩定的狀態下。步進電動機的轉子由永久磁鐵制 成。定子有兩對磁極，其上繞有A-B、C-D兩相繞組，當A-B繞組接通正向電流時， 7欠磁轉子將在定子磁極磁場的作用下，處於“低狀態”位置。
當A-B繞組不通電，C-D繞組接通電源時，永磁轉子處於“高狀態”的位置。
當A-B繞組接通反向電流時，與“低狀態”時相比，左右磁極磁性相反，於是永磁 轉子處於“中狀態”位置。



電子控制主動式空氣懸架系統工作原理
電子控制懸架系統能夠根據車身高度、車速、轉向角度及速率、制動等信號，由電控 單元控制懸架執行機構，使懸架系統的剛度、減振器的阻尼力及車身高度等參數得以改 變，從而使汽車具有良好的乘坐舒適性和操縱穩定性。
豐田索阿拉轎車采用的主動式空氣懸架系統中，車高、彈簧剛度和減振器阻尼力可同 時得到控制，且各自可以取3種數值，其所取數值由電控單元根據當時的運行條件和駕駛 員選定的控制方式決定。駕駛員可以任意選擇4種自動控制模式，即控制車身高度的常規 值自動控制和高速值自動控制，以及控制彈簧剛度和減振器阻尼力的常規值自動控制和高 速行駛時自動控制，具體控制內容女n下：

1)彈簧剛度和減振器阻尼力控制
抗後坐：通過傳感器檢測節氣門踏板移動速度和位移，當車速低於20km/h且加速度大 時，電控單元通過執行器將彈簧剛度和減振器阻尼力調到高值，從而抵抗汽車起步時車身後 坐。如果此時駕駛員選擇了常規值自動控制狀態，則彈簧剛度和減振器阻尼力由軟調至硬) 如果此時駕駛員選擇了高速行駛自動控制狀態，貝IJ剛度和阻尼力由中調至硬。

抗側傾：

由裝於轉向軸的光電式轉向傳感器檢測轉向盤的操作狀況。在急轉彎時，電 控單元通過執行器使彈簧剛度和減振器阻尼力轉換到高值，以抵抗車身側傾。

抗“點頭”：

在車速高於60km/h時緊急制動，電控單元通過執行器使彈簧剛度和減 振器阻尼力調到高值，而不管駕駛員選擇了何種控制狀態，以抵抗車身前部的下俯。

高速感應：

當車速大於110km/h時，系統將使彈簧剛度和減振器阻尼力調至中間值! 從而提高高速行駛時的操縱穩定性。既使駕駛員選擇了常規值自動控制狀態，也就是剛度 和阻尼處於低、軟值時，系統也將剛度和阻尼力調至中間值。

前、後關聯控制：

車速在30!80km/h范圍內時，若前輪車高傳感器檢測出路面有小 凸起，則在後輪越過該凸起之前，系統將使彈簧剛度和減振器阻尼力調至低值，從而提高 汽車乘坐舒適性。此時既使駕駛員選擇了 “高速行駛時自動控制”狀態，剛度和阻尼力為 中間值，系統仍將剛度和阻尼力調至低值。為了不影響高速時的操縱穩定性，這種動作在 車速為80km/h以下才發生。

壞路、俯仰、振動感應：

車速在40!100km/h范圍內，當前輪車高傳感器檢測出路 面有較大凸起時，系統將彈簧剛度和減振器阻尼力調至中間值，以抑制車體的前後顛簸、 振動等大動作，從而提高汽車的乘坐舒適性和通過性。而不管駕駛員選擇了何種控制狀 態。車速高於100km/h時，系統將使剛度和阻尼力調至高值。

良好路面正常行駛：

彈簧剛度和減振器阻尼力由駕駛員選擇，“常規值自動控制” 狀態，剛度和阻尼力處於低值）“高速行駛時自動控制”狀態，剛度和阻尼力為中。

2) 車身高度控制
車身高度控制是指車身的高度可根據汽車內乘坐人員或車輛載重情況自動做出調整， 以保持汽車行駛所需要的高度及汽車行駛狀態的穩定。
由前輪和後輪車身高度傳感器向電控單元發出車高信號，電控單元發出指令來進行車身度整。

車身需要升高時，電控單元控制電磁閥使壓縮空氣進人空氣彈簧的主氣室，如 圖10. 32(a)所示，使空氣彈簧伸長，車身升高）當車身需要降低時，電控單元控制電磁閥 使空氣彈簧主氣室中壓縮空氣排到大氣中去，如圖10. 32(b)所示，空氣彈簧壓縮，車身降低。在空氣彈簧的主、輔助氣室之間有一連通閥，空氣彈簧的上部裝有懸架控制執行器。 電控單元根據各傳感器輸出信號，控制懸架執行器，一方面使空氣彈簧主、輔助氣室之間 的連通閥發生改變，使主、輔氣室之間的氣體流量發生變化，因此而改變懸架的彈簧剛 度；另一方面，執行器驅動減振器的阻尼力調節桿，使減振器的阻尼力也得以改變。

高速感應：

當車速高於90km/h時，將車身高度降低一級，以減小風阻，提高行駛穩 定性。如果駕駛員選擇了常規值自動控制狀態，則車身高度值由中間值調至低值；如果駕 駛員選擇了高值自動控制狀態，則車高由高值調至中間值。當車速為60km/h時，車高恢

狀。

連續壞路面感應：

汽車在壞路面上連續行駛，車高信號持續2. 5s以上有較大變動， 且超過規定值時，將車高升高一級，使來自路面的突然抬起感減弱，並提高汽車的通過 性。

連續壞路且車速大於40km/h小於90km/h時，不論駕駛員選擇了何種控制狀態，都 要將車高調至高值，以減小路面不平感，確保足夠的離地間隙，提高乘坐舒適性。
車速小於40km/h時，車高則完全由駕駛員選擇，選擇常規值自動控制時，車高為中 間值）選擇高值自動控制時，車高為高值。
在連續壞路面上，車速高於90km/h時，不管駕駛員選擇了何種控制狀態，車高都將 調至中間值，這樣做是為了避免車身過高對高速行駛穩定性產生不利影響。
另外，還具有駐車時車高控制功能。當汽車處於駐車狀態時，為了使車身夕卜觀平衡， 保持良好的駐車姿勢，在點火開關斷開後，電控單元即發出指令，使車身高度處於常規模 式的低值狀態。