汽车电控悬架分为:被动悬架(Passive Suspension)、半主动悬架(Semi-Active Suspension)、主动悬架(Active Suspension)。
电子空气悬架的迅速发展,被广泛应用于大型客车和大型载重货车,并逐渐应用在高档轿车上。
一、悬架特性
1、悬架的刚度、高度、阻尼系数的影响
汽车在空载形式,由车轴到车体传递的震动发生剧烈变化,汽车悬架的缓冲隔震效果效果变差。
汽车设计人员采用非线性刚体悬架,以降低汽车车载质量的变化,对悬架传递震动特性的影响。非线性刚体悬架的特点为:静平衡点附近刚度小,而在离静载荷较远的两端刚度大。
当悬架固有频率维持一定时,由于悬架弹簧载重质量在变化,将会导致悬架的阻尼比也会发生变化。
为了取得满意的传递特性,要求悬架的阻尼系数也必须随着冲击的频率变化而变化。
机械悬架不能调节悬架的高度、刚度和阻尼系数。
电子控制悬架的刚度、阻尼系数和悬架的高度可以随着车载质量和路面状况的变化而实现自动调节,使得电子控制悬架拥有较好的隔振效果。
2、半主动式悬架、主动式悬架、电子悬架系统
悬架系统分为半主动式和主动式两种。
半主动式悬架系统:可以调节悬架的阻尼系数,不需要提供能量。
半主动式悬架系统又可以分为:无级半主动式悬架系统和有级半主动式悬架系统。
半主动式悬架系统优越的地方是:不需要外加动力源,但所需要的传感器较多,使用成本较高。
主动式悬架系统是一种带有动力源的悬架,在悬架系统中附加了一个可以控制作用力的装置。
主动式悬架系统可以分为:
(1)与被动悬架并置式的主动悬架,当主动悬架的伺服电机出现问题时,仍然可以使用被动悬架。
(2)完全独立的主动悬架,只有伺服电机系统来调节悬架,当伺服电机系统出现问题时,悬架便无法被调节。
主动式悬架使用低刚度的空气弹簧代替机械弹簧。
电子空气悬架类似于主动悬架,调节过程是有级不连续过程,对执行机构响应速度不够快,但是能量消耗极低。以工作方式来看,电子空气悬架又接近于被动悬架。
电子空气悬架的设计任务为:寻求合适的控制算法,自动调节悬架的刚度、阻尼和车辆的高度到最佳状态,以保证悬架在任意工况都具有最佳的平顺性和操作稳定性。
3、主动悬架
主动式悬架是一种带有动力源的悬架,在悬架系统中附加了一个可以控制作用力的装置。
主动式悬架可以根据汽车载荷、路面状况、汽车行驶速度、汽车启动、汽车制动、汽车转向等状态的变化,自动调整悬架的刚度、阻尼力和车身高度等。
二、电子空气悬架
主动悬架的缺点:成本高、液压装置噪声较大,功率消耗比较大。
电子空气悬架:其阻尼和刚度可以根据汽车的行驶工况自动调节,具备主动悬架的特性。
电子空气悬架的调节过程不需要补充能量,工作过程更接近于传统的被动悬架。
从能量消耗、生产成本和使用性能三个方面综合考虑,电子空气悬架必将成为汽车悬架的主导产品。
三、电子空气悬架的弹性元件和工作原理
1、空气气囊
轿车上,空气气囊和阻尼减震器做成一个零部件。
客车或者货车上,气囊做成独立的零部件。
2、空气弹性元件的力学特性
空气悬架用低刚度空气弹簧代替大刚度机械弹簧,使悬架的减震性能得到明显的改善。
电子空气悬架会根据汽车的行驶状态调节悬架各个部位的刚度,从而使得汽车保持正常的运行姿态。
电子空气悬架使电子技术和空气悬架结合起来,自动调节悬架的刚度和阻尼,使得悬架和汽车行驶状态相互匹配。
3、刚度和阻尼调节装置
调节主、副气室之间的空气阀门,可以把悬架的刚度调整为高、中、低三种状态。
如果空气阀全关,则只有主气室在工作,悬架处于高刚度状态。
如果空气阀全开,则主气室、副气室同时工作,悬架处于低刚度状态。
如果空气阀部分打开,则主气室、副气室部分工作,悬架处于中刚度状态。
(1)油液悬架的 减震器油缸上下两腔油液通路由阻尼阀调节,它是驱动空气阀的同一个步进电机来调节。在调节悬架高、中、低三种刚度的同时,也分别产生了悬架高、中、低三种阻尼状态。
油液悬架阻尼自动调节的原理:
①阻尼阀关闭,则减震器处于高阻尼模式。
②阻尼阀全开,则减震器处于低阻尼模式。
③阻尼阀半开,则减震器处于中阻尼模式。
(2)油气悬架调节刚度,每个悬架上有两个电磁阀,一个用来调节刚度,一个用来调节高度。
高度调节阀:注入油液,高度提升。油液流出,高度下降。
刚度调节阀:阀门全开,两个空气弹簧都工作,悬架工作在软模式【低刚度模式】。阀门部分开启,悬架工作在中刚度模式,阀门全闭,悬架工作在硬模式【高刚度模式】。
四、电子空气悬架的组成
1、大型客车、货车空气悬架的组成
由电子控制单元(ECU)、执行机构和传感器组成。
电子控制装置根据传感器传回的信号,确定汽车的行驶状态,通过执行机构,自动调节悬架系统的刚度和车身高度等参数。
主要部件和功效:
(1)储气罐
储气罐主要是存储高压空气,控制空气流入气缸或者排出气缸,从而控制悬架的高度和刚度。
(2)悬架高度和刚度调节
悬架高度偏低时,打开进气电磁阀和四个车身高度调节电磁阀,储气罐的高压空气进入悬架气囊,车体升高。
悬架高度偏高时,打开排气电磁阀和四个车身高度调节电磁阀,气囊中多余的空气经高度调节阀、排气阀,再经卸载阀排出到大气中,车体高度下降。
(3)单个悬架支柱高度调节
电控装置打开进气阀和对应的车身高度调节阀即可单独调节相应的悬架支柱高度。
(4)储气罐安全工作压力限制
需要对储气罐的气压进行限制,当储气罐的气压超过一定限值时,将储气罐中的空气排出到大气中,从而降低储气罐的气压。
(5)主要用到的传感器,和其功能
储气罐传感器:感应储气罐的压力
车身高度传感器:感应车身的高度
车速传感器:感应汽车行驶的速度
发动机转速传感器:感应发送机转动的速度
这些传感器将悬架的高度、刚度等信息实时地传递给ECU控制模块,ECU控制模块根据这些传感器数据来调节悬架的高度、刚度、阻尼系数。
2、轿车使用的空气悬架
一般讲空气气囊和阻尼减震器做成一体。
所用的传感器包括:车身高度传感器、车速传感器、汽车制动传感器、汽车油门踏板传感器、汽车方向盘转角传感器、汽车纵向和侧向加速传感器等传感器。
电磁阀控制悬架充气,升高悬架,控制悬架放气,降低悬架。
3、电子控制油/气悬架。
油/气悬架包括两种隔离的工作介质,即气体和液体。
五、小结
电子空气悬架,是基于汽车的行驶状态来调节悬架的阻尼力和刚度、高度,该调节过程是一个有级不连续的过程,对执行机构的响应速度不高,但是消耗的能量很少。电子空气悬架具有可以实现理想的改变悬架刚度、高度和阻尼系数的特性。