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1、主动悬挂一、概 述述 （一一）汽车悬悬挂系统的的作用及组组成悬挂是车身身与车轮之之间的一切切传力连接接装置的总总称。它的的作用是把把路面作用用于车轮上上的垂直反反力（支承承力）、纵纵向反力（牵牵引力和制制动力）和和侧向反力力以及这些些反力所造造成的力矩矩都传递到到车身上，以以保证汽车车的正常行行驶。汽车悬挂尽尽管有各种种不同的结结构形式，但但一般都是是由弹性元元件、减振振器和导向向机构三部部分组成（图图 1）。由于汽车行驶的路面不可能绝对平坦，路面作用于车轮上的垂直反力往往是冲击性的，特别是在坏路面上高速行驶时，这种冲击力将达到很大的数值。冲击力传到车身时，可能引起汽车机件的早期损坏；传给乘员
2、和货物时，将使乘员感到极不舒适，货物也可能受到损伤。为了缓和冲击，在汽车行驶系中，除了采用弹性的充气轮胎之外，在悬挂中还必须装有弹性元件，使车身与车轮之间作弹性联系。但弹性系统在受到冲击后，将产生振动。持续的振动易使乘员感到不舒适和疲劳。故悬挂系统还应具有减振作用，以使振动迅速衰减，振幅迅速减小。为此，在许多形式的悬挂系统中都设有专门的减振器。车轮相对于于车身跳动动时，车轮轮（特别是是转向轮）的的运动轨迹迹应符合一一定的要求求，否则就就会影响汽汽车的操纵纵稳定性，因因此，悬挂挂系统中还还应具有导导向机构（如如图 1中中的横、纵纵向推力杆杆），以使使车轮按一一定的轨迹迹相对于车车身跳动。 由由此
3、可见，上上述这三个个组成部分分分别起缓缓冲、减振振和导向的的作用，然然而三者共共同的任务务则是传力力。在多数数的轿车和和客车上，为为防止车身身在转向等等情况下发发生过大的的横向倾斜斜，在悬挂挂系统中还还设有辅助助弹性元件件-横向向稳定器。 应应当指出，悬悬挂系统只只要求具备备上述各个个功能，在在结构上并并非一定要要设置上述述这些单独独的装置不不可。例如如常见的钢钢板弹簧，除除了作为弹弹性元件起起缓冲作用用外，当它它在汽车上上纵向安置置，并且一一端与车架架作固定铰铰链连接时时，就可担担负起决定定车轮运动动轨迹的任任务，因而而就没有必必要再设置置其它导向向机构。此此外，一般般钢板弹簧簧是多片叠叠成
4、的，它它本身即具具有一定的的减振能力力，因而对对减振要求求不高时，在在采用钢板板弹簧作为为弹性元件件的悬挂系系统中，就就可以不装装减振器（例例如，一般般中型货车车的后悬挂挂和重型货货车悬挂中中都不装减减振器）。（二）对汽汽车悬挂系系统的要求求 汽汽车悬挂系系统对汽车车的行驶平平顺性和操操纵稳定性性都有较大大的影响。所所谓行驶平平顺性是指指汽车在行行驶过程中中，保持驾驾驶员和乘乘员处于振振动环境中中具有一定定的舒适度度，或保持持所载物资资完好的能能力。汽车车的操纵稳稳定性则包包括两方面面的含义：一是汽车车是否具有有正确遵守守驾驶员操操纵转向机机构所给规规定方向行行驶的能力力，即所谓谓的操纵性性；
5、二是汽汽车在外界界条件（如如地面不平平、坡道、大大风等）干干扰下，能能否保持原原方向行驶驶的能力，即即所谓的稳稳定性。在在悬挂系统统设计时应应尽可能做做到既能使使行驶平顺顺性（即乘乘坐舒适性性）达到令令人满意的的程度，又又能使其操操纵稳定性性（即行驶驶安全性）也也达到最佳佳的状态。然然而，这两两个要求在在悬挂系统统的设计中中往往是矛矛盾的。 平平顺性和操操纵稳定性性对汽车悬悬挂系统这这一互为矛矛盾的要求求，在传统统的被动悬悬挂系统设设计中几乎乎无法同时时满足。即即使经过慎慎重的权衡衡，通过最最优控制理理论使悬挂挂系统在平平顺性和操操纵稳定性性之间寻求求一个折衷衷的方案，而而这种最优优的折衷也也
6、只能是在在特定的道道路状态和和速度下达达到。 为为了克服传传统的被动动悬挂系统统对其性能能改善的限限制，在现现代汽车中中采用和发发展了新型型的电子控控制悬挂系系统。电子子控制悬挂挂系统可以以根据不同同的路面条条件，不同同的载重质质量，不同同的行驶速速度等，来来控制悬挂挂系统的刚刚度、调节节减振器的的阻尼力大大小，甚至至可以调整整车身高度度，从而使使车辆的平平顺性和操操纵稳定性性在各种行行驶条件下下达到最佳佳的组合。（三）汽车车悬挂的分分类及性能能 悬悬挂的结构构形式很多多，分类方方法也不尽尽相同。若若按导向机机构的形式式来分可分分为独立悬悬挂和非独独立悬挂两两大类。如如果从控制制力的角度度来分
7、，则则可把悬挂挂分为被动动悬挂、半半主动悬挂挂和主动悬悬挂三大类类。 11、被动悬悬挂 一一般的汽车车绝大多数数装有由弹弹簧和减振振器组成的的机械式悬悬挂。由于于这种常规规悬挂系统统内无能源源供给装置置，悬挂的的弹性和阻阻尼参数不不会随外部部状态而变变化，因而而称这种悬悬挂为被动动悬挂。这这种悬挂虽虽然往往采采用参数优优化的设计计方法，以以求尽量兼兼顾各种性性能要求，但但在实际上上由于最终终设计的悬悬挂参数是是不可调节节的，所以以在使用中中很难满足足高的行驶驶要求。 22.半主动动悬挂 半半主动悬挂挂可视为由由可变特性性的弹簧和和减振器组组成的悬挂挂系统，虽虽然它不能能随外界的的输入进行行最优
8、控制制和调节，但但它可按存存贮在计算算机内部的的各种条件件下弹簧和和减振器的的优化参数数指令来调调节弹簧的的刚度和减减振器的阻阻尼状态。半半主动悬挂挂又称无源源主动悬挂挂，因为它它没有一个个动力源为为悬挂系统统提供连续续的能量输输入，所以以在半主动动悬挂系统统中改变弹弹簧刚度要要比改变阻阻尼状态困困难得多，因因此在半主主动悬挂系系统中以可可变阻尼悬悬挂系统最最为常见。半半主动悬挂挂系统的最最大优点是是工作时几几乎不消耗耗动力，因因此越来越越受到人们们的重视。 33.主动悬悬挂 主主动悬挂是是一种具有有作功能力力的悬挂，通通常包括产产生力和扭扭矩的主动动作用器（油油缸、汽缸缸、伺服电电机、电磁磁
9、铁等）、测测量元件（如如加速度、位位移和力传传感器等）和和反馈控制制器等。因因此，主动动悬挂需要要一个动力力源（液压压泵或空气气压缩机等等）为悬挂挂系统提供供连续的动动力输入。当当汽车载荷荷、行驶速速度、路面面状况等行行驶条件发发生变化时时，主动悬悬挂系统能能自动调整整悬挂刚度度（包括整整体调整和和各轮单独独调整），从从而同时满满足汽车的的行驶平顺顺性，操纵纵稳定性等等各方面的的要求，其其优点可归归纳为如下下几个方面面： （11）悬挂刚刚度可以设设计得很小小，使车身身具有较低低的自然振振动频率，以以保证正常常行驶时的的乘坐舒适适性。汽车车转向等情情况下的车车身侧倾，制制动、加速速等情况下下的纵
10、向摆摆动等问题题，由主动动悬挂系统统通过调整整有关车轮轮悬挂的刚刚度予以解解决。而对对于传统的的被动悬挂挂系统，为为同时兼顾顾到侧倾、纵纵摆等问题题，不得不不把悬挂刚刚度设计得得较大，因因而正常行行驶时汽车车的乘坐舒舒适性受到到损失。 （22）采用主主动悬挂系系统，因不不必兼顾正正常行驶时时汽车的乘乘坐舒适性性，可将汽汽车悬挂抗抗侧倾、抗抗纵摆的刚刚度设计得得较大，因因而提高了了汽车的操操纵稳定性性，即汽车车的行驶安安全性得以以提高。 （33）先进的的主动悬挂挂系统，还还能保证在在车轮行驶驶中碰抵砖砖石之类的的障碍物时时，悬挂系系统在瞬时时将车轮提提起，避开开障碍行进进，因而汽汽车的通过过性也
11、得以以提高。 （44）汽车载载荷发生变变化时，主主动悬挂系系统能自动动维持车身身高度不变变。在各轮轮悬挂单独独控制的情情况下，还还能保证汽汽车在凸凹凹不平的道道路上行驶驶时，车身身稳定。 （55）普通悬悬挂在汽车车制动时，车车头向下俯俯冲。而装装有某些主主动悬挂系系统的汽车车（如沃尔尔沃7400型小轿车车）却不存存在这种情情况。制动动时，该车车尾部下倾倾，因而可可以充分利利用后轮与与地面间的的附着条件件，加速制制动过程，缩缩短制动距距离。 （66）装有某某些主动悬悬挂系统的的汽车在转转向时，车车身不但不不向外倾斜斜，反而向向内倾斜，从从而有利于于转向时的的操纵稳定定性。 （77）主动悬悬挂可使
12、车车轮与地面面保持良好好接触，即即车轮跳离离地面的倾倾向减小，保保持与地面面垂直，因因而可提高高车轮与地地面间的附附着力，使使车轮与地地面间相对对滑动的倾倾向减小，汽汽车抗侧滑滑的能力得得以提高。轮轮胎的磨损损也得以减减轻，转向向时车速可可以提高。 （88）在所有有载荷工况况下，由于于车身高度度不变，保保证了车轮轮可全行程程跳动。而而传统的被被动悬挂系系统中，当当汽车载荷荷增大时，由由于车身高高度的下降降，车轮跳跳动行程减减少，为不不发生运动动干涉，不不得不把重重载时的悬悬挂刚度设设计得偏高高，因而轻轻载时的平平顺性受到到损失。而而主动悬挂挂系统则无无此问题。 （99）由于车车身高度不不变，侧
13、倾倾刚度、纵纵摆刚度的的提高，消消除或减少少了转向传传动机构运运动干涉而而发生的制制动跑偏、转转向特性改改变等问题题，因而可可简化转向向传动机构构的设计。 （110）因车车身平稳，不不必装大灯灯水平自调调装置。 主主动悬挂系系统的主要要缺陷是成成本较高，液液压装置噪噪音较大，功功率消耗较较大。（四）电子子控制悬挂挂系统 主主动悬挂和和半主动悬悬挂系统按按其控制方方式又可分分为机械控控制悬挂系系统和电子子控制悬挂挂系统。 图图 2为最最早在英国国伦敦的公公共汽车上上首先采用用的一种主主动悬挂系系统，这是是一种纯机机械式控制制系统。系系统中有四四个油气弹弹簧和高度度控制阀，油油泵和贮压压器可使供供
14、油管路中中维持稳定定的高压，四四个高度控控制阀则分分别控制四四个油气弹弹簧中的油油压，从而而控制了四四个油气弹弹簧的刚度度。汽车载载荷增大时时，高度控控制阀动作作，油气弹弹簧中油压压上升，反反之则油压压下降，直直至车身高高度达到设设定值为止止。汽车转转向时，外外侧两个高高度控制阀阀增大两个个外侧油气气弹簧的油油压，内侧侧两个油气气弹簧油压压则下降，从从而维持车车身水平，即即提高了车车身抗侧倾倾能力。制制动（或加加速）时，则则前面两个个（或后面面两个）高高度控制阀阀使前面两两个（或后后面两个）油油气弹簧中中的油压上上升，另外外两个油气气弹簧中的的油压下降降，维持车车身水平，即即提高了车车身的抗纵
15、纵摆能力。 为为了保证车车轮正常跳跳动时防止止高度控制制阀误动作作，在高度度控制阀与与车轮摆臂臂的连接传传感元件中中装有缓冲冲减振装置置（图中未未画出）。该该缓冲减振振装置的振振动特性必必须与车轮轮悬挂的振振动特性良良好匹配才才能保证系系统正常工工作。这一一点完全靠靠机械振动动系统的合合理设计来来保证。 图 3为法国国某些雪铁铁龙汽车上上采用的主主动悬挂系系统（由英英国开发）。也也是一种纯纯机械控制制系统，其其主要特点点是：前桥桥采用了两两个高度控控制阀，两两个油气弹弹簧；后桥桥采用了一一个高度控控制阀，一一个油气弹弹簧。两个个前油气弹弹簧的液压压缸分别于于对角线处处的两个对对应的后液液力滑柱
16、的的下腔相通通，两个后后液力滑柱柱的上腔均均与后油气气弹簧的液液压腔相通通。主液压压管路中的的液压由油油泵和贮压压器维持。 机机械控制悬悬挂系统的的特点是结结构简单，成成本低，但但是机械控控制悬挂系系统存在着着控制功能能少，控制制精度低，不不能适应多多种使用工工况等问题题。所以，近近年来随着着电子技术术的飞速发发展，随着着车用微机机、各种传传感器、执执行元件的的可靠性和和寿命的大大幅度提高高，电子控控制技术被被有效地应应用于悬挂挂系统控制制中。二、主动悬悬挂系统工工作原理 主主动悬挂系系统能够根根据车身高高度、车速速、转向角角度及速率率、制动等等信号，由由电子控制制单元（EECU）控控制悬挂执
17、执行机构，使使悬挂系统统的刚度、减减振器的阻阻尼力及车车身高度等等参数得以以改变，从从而使汽车车具有良好好的乘坐舒舒适性和操操纵稳定性性。（一）主动动式空气悬悬挂系统工工作原理 图图 4所示示为丰田索索阿拉高级级轿车电子子控制主动动式空气悬悬挂系统的的构成图。它它主要由空空气压缩机机、干燥器器、空气电电磁阀、车车身高度传传感器、带带有减振器器的空气弹弹簧、悬挂挂控制执行行器、悬挂挂控制选择择开关及电电子控制单单元等组成成。空气压压缩机由直直流电机驱驱动，形成成压缩空气气，压缩空空气经干燥燥器干燥后后由空气管管道经空气气电磁阀送送至空气弹弹簧的主气气室。当车车身需要升升高时，电电子控制单单元控制
18、空空气电磁阀阀使压缩空空气进入空空气弹簧的的主气室（见见图 5（bb），使使空气弹簧簧伸长，车车身升高；当车身需需要降低时时，电子控控制单元控控制电磁阀阀使空气弹弹簧主气室室中压缩空空气排到大大气中去（见见图 5（aa），空空气弹簧压压缩，车身身降低。在在空气弹簧簧的主、辅辅气室之间间有一连通通阔，空气气弹簧的上上部装有悬悬挂控制执执行器（图图中未画出出）。电子子控制单元元根据各传传感器输出出信号，控控制悬挂执执行器，一一方面使空空气弹簧主主、辅气室室之间的连连通阀发生生改变，使使主、辅气气室之间的的气体流量量发生变化化，因此而而改变悬挂挂的弹簧刚刚度；另一一方面，执执行器驱动动减振器的的阻尼
19、力调调节杆，使使减振器的的阻尼力也也得以改变变。丰田索阿拉拉轿车采用用的主动式式空气悬挂挂系统中，车车高、弹簧簧刚度和减减振器阻尼尼力可同时时得到控制制，且各自自可以取三三种数值，其其所取数值值由电子控控制单元根根据当时的的运行条件件和驾驶员员选定的控控制方式决决定。驾驶驶员可以任任意选择四四种自动控控制模式，即即控制车身身高度的“常常规值自动动控制”和和“高值自自动控制”，以以及控制弹弹簧刚度和和减振器阻阻尼力的“常常规值自动动控制”和和“高速行行驶时自动动控制”，具具体控制内内容如下： 11.利用弹弹簧刚度/减振器阻阻尼力进行行控制 （11）抗后坐坐：通过传传感器检测测油门踏板板移动速度度
20、和位移。当当车速低于于20kmm/h且加加速度大时时（急起步步加速），EECU通过过执行器将将弹簧刚度度和减振器器阻尼力调调到高值，从从而抵抗汽汽车起步时时车身后坐坐。如果此此时驾驶员员选择了“常常规值自动动控制”状状态，则弹弹簧刚度和和减振器阻阻尼力由软软调至硬；如果此时时驾驶员选选择了“高高速行驶自自动控制”状状态，则刚刚度和阻尼尼力由中调调至硬。 （22）抗侧倾倾：由装于于转向轴的的光电式转转向传感器器检测转向向盘的操作作状况。在在急转弯时时，ECUU通过执行行器使弹簧簧刚度和减减振器阻尼尼力转换到到高（硬）值值，以抵抗抗车身侧倾倾。 （33）抗“点点头”：在在车速高于于60 kkm/h
21、时时紧急制动动，ECUU通过执行行器使弹簧簧刚度和减减振器阻尼尼力调到高高（硬）值值，而不管管驾驶员选选择了何种种控制状态态，以抵抗抗车身前部部的下俯。 （44）高速感感应：当车车速大于1110kmm/h时，系系统将使弹弹簧刚度和和减振器阻阻尼力调至至中间值，从从而提高高高速行驶时时操纵稳定定性。既使使驾驶员选选择了“常常规值自动动控制”状状态（刚度度和阻尼处处于低、软软值），系系统也将刚刚度和阻尼尼力调至中中间值。 （55）前、后后关联控制制：车速在在30-88O kmm/h范围围内时，若若前轮车高高传感器检检测出路面面有小凸起起（例如前前轮通过混混凝土路面面接缝等），则则在后轮越越过该凸起
22、起之前，系系统将使弹弹簧刚度和和减振器阻阻尼力调至至低（软）值值，从而提提高汽车乘乘坐舒适性性。此时既既使驾驶员员选择了高高速行驶状状态（刚度度和阻尼力力为中间值值），系统统仍将刚度度和阻尼力力调至低（软软）值。为为了不影响响高速时的的操纵稳定定性，这种种动作在车车速为800km/hh以下才发发生。 （66）坏路、俯俯仰、振动动感应：车车速在400-1000km/hh范围内，当当前轮车高高传感器检检测出路面面有较大凸凸起时（例例如汽车通通过损坏的的铺砌路面面等），系系统将弹簧簧刚度和减减振器阻尼尼力调至中中间值，以以抑制车体体的前后颠颠簸、振动动等大动作作，从而提提高汽车的的乘坐舒适适性和通过
23、过性.而不不管驾驶员员选择了何何种控制状状态。 车车速高于1100kmm/h时，系系统将使刚刚度和阻尼尼力调至高高（硬）值值。（7）良好好路面正常常行驶：弹弹簧刚度和和减振器阻阻尼力由驾驾驶员选择择，“常规规值自动控控制”状态态，刚度和和阻尼力处处于低（软软）值；“高高速行驶时时自动控制制”状态，则则刚度和阻阻尼力为中中间值。2.车身高高度控制 由由左右前轮轮和左后轮轮三个车身身高度传感感器发出车车高信号，EECU发出出指令来进进行车身高高度调整。 （ll）高速感感应：当车车速高于99Okm/h时，将将车身高度度降低一级级，以减小小风阻，提提高行驶稳稳定性。如如果驾驶员员选择了“常常规值自动动
24、控制”状状态，则车车身高度值值由中间值值（标准值值）调至低低值；如果果驾驶员选选择了“高高值自动控控制”状态态，则车高高由高值调调至中间值值（标准值值）。在车车速为600km/hh时，车高高恢复原状状。 （22）连续坏坏路面感应应：汽车在在坏路面上上连续行驶驶，车高信信号持续22.5s以以上有较大大变动，且且超过规定定值时，将将车高升高高一级，使使来自路面面的突然抬抬起感减弱弱，并提高高汽车的通通过性能。 连连续坏路且且车速大于于4Okmm/h小于于90kmm/h时，不不论驾驶员员选择了何何种控制状状态，都将将车高调至至高值，以以减小路面面不平感，确确保足够的的离地间隙隙，提高乘乘坐舒适性性。
25、 车车速小于44Okm/h时，车车高则完全全由驾驶员员选择，选选择“常规规值自动控控制”时，车车高为中间间值（标准准值）；选选择“高值值自动控制制”时，车车高为高值值。 在在连续坏路路面上，车车速高于99Okm/h时，不不管驾驶员员选择了何何种控制状状态，车高高都将调至至中间值，这这样做是为为了避免车车身过高对对高速行驶驶稳定性产产生不利影影响。 另另外，还具具有驻车时时车高控制制功能。当当汽车处于于驻车状态态时，为了了使车身外外观平衡，保保持良好的的驻车姿势势，在点火火开关断开开后，ECCU即发出出指令，使使车身高度度处于常规规模式的低低状态。（二）主动动式油气弹弹簧悬挂系系统工作原原理 油
26、油气弹簧以以气体（一一般是惰性性气体-氮）作为为弹性介质质，而用油油液作为传传力介质。它它一般是由由气体弹簧簧和相当于于液力减振振器的液压压缸组成。通通过油液压压缩气室中中的空气实实现刚度特特性，而通通过电磁阀阀控制油液液管路中的的小孔节流流实现变阻阻尼特性。图图 6所示示为雪铁龙龙XM轿车车的主动式式油气弹簧簧悬挂布置置图，从图图中可以看看到，它有有五个基本本行车状态态的传感器器。 其其中，转向向盘转角传传感器安装装于转向柱柱上，通过过转向盘转转角信号间间接地把汽汽车转向程程度（快慢慢、大小）的的信息送给给微机。加速度度传感器实实际上是与与油门踏板板连接的油油门动作传传感器，间间接地将加加速
27、动作信信号送给微微机。制动动压力传感感器安装于于制动管路路中，当制制动时，它它向微机发发送一个阶阶跃信号，表表示制动，使使微机产生生抑制“点点头”的信信号输出。车速传感器器安装于车车轮上，送送出与转速速成正比的的脉冲，微微机利用它它和转向盘盘转角信号号，可以计计算出车身身的侧倾程程度。 车车身位移传传感器安装装于车身与与车桥之间间，用来测测量车身与与车桥的相相对高度，其其变化频率率和幅度可可反映车身身的平顺性性信息，同同时还用于于车高自动动调节。 该该系统的工工作原理如如所示。在在图 7中，电电磁阀7在在微机指令令下向右移移动，从而而接通压力力油道，使使辅助液压压阀8的阀阀芯向左移移动，中间间
28、的油气室室9与主油油气室连通通，使总的的气室容积积增加，气气压减小，从从而刚度变变小，所以以9又称为为刚度调节节器。a、bb节流孔是是阻尼器，在在上图图示示位置，系系统处于“软软”状态。 下下图中，电电磁阀7中中无电流通通过，在弹弹簧作用下下，阀芯左左移，关闭闭压力油道道，原来用用于推动液液压阀8的的压力油通通过阀7的的左边油道道泄放，阀阀8阀芯右右移，关闭闭刚度调节节器9，气气室总容积积减小，刚刚度增大，使使系统处于于“硬”状状态。 在在正常行车车状态时，系系统处于“软软”状态，以以提高乘坐坐的舒适性性，当高速速、转向、起起步和制动动时，系统统处于“硬硬”状态，以以提高车辆辆的操纵稳稳定性。
29、（三）带路路况预测传传感器的主主动悬挂系系统 图 8所示为为带有路面面状况预测测传感器的的主动悬挂挂示意图。该该系统中包包括一个悬悬挂弹簧116和一个个单向液压压执行器114，控制制阀6通过过油管8与与单向液压压执行器的的油压腔相相通。油管管上还接有有一个支管管8a，该该支管与一一个储压器器11相连连，储压器器内充有气气体，这些些可压缩的的气体可以以产生一种种类似弹簧簧的效果。另另外，支管管的中间还还设有一个个主节流孔孔12，以以限制储压压器和油压压腔之间的的油流，从从而形成减减振作用。在在油管和储储压器之间间还设有一一个旁通管管路8b，该该旁路上带带有一个选选择阀100和一个副副节流孔99，
30、副节流流孔的直径径大于主节节流孔的直直径。当选选择阀打开开时，油流流通过选择择阀的副节节流孔，在在储压器和和油压腔之之间流动，从从而减小振振动阻尼。采采用这样的的装置可以以使悬挂系系统在选择择阀的作用用下，具有有两种不同同的阻尼参参数。 控控制阀的开开度可以随随控制电流流的大小而而改变，以以控制进入入油管的油油量，进而而控制施加加到液压执执行器的油油压，随着着输入控制制阀的电流流的增加，液液压执行器器的承载能能力也增加加。在该悬挂系系统中，输输入到控制制单元ECCU的信号号有：各轮轮上设置的的检测车身身纵向加速速度的传感感器输出信信号，路面面状况预测测传感器测测出的车辆辆前方是否否有凸起物物及
31、其大小小的检测信信号，在各各车轮处检检测车身高高度的传感感器输出信信号及车速速传感器输输出的车速速信号等。控控制单元根根据这些信信号，对设设置在各车车轮上的控控制阀和选选择阀进行行控制。 图图 9所示示为路况预预测传感器器的设置情情况。这种种传感器通通常为超声声波传感器器，频率为为40kHHz左右，它它安装在车车身的前面面，以便对对其下方的的路面状况况进行检测测。在车辆正常常行驶时，选选择阀关闭闭，液压执执行器的油油压腔通过过主节流孔孔与储压器器相通，它它可以吸收收并降低因因路面不平平而引起的的微小 图图 10所所示为路况况预测传感感器的输出出信号，输输出信号的的幅值与路路面凸起物物的大小成成
32、正比。如如果完全按按照传感器器输出信号号进行控制制，悬挂系系统的阻尼尼变化就会会过于频繁繁，因此，在在控制系统统中设置了了一个低阈阈值V1。另外，如如果在车辆辆通过一个个很大的凸凸起物时，悬悬挂系统的的阻尼系数数若调整得得过低，就就可能会产产生极大的的冲击力，形形成悬挂底底部与车桥桥的刚性碰碰撞，因此此，控制系系统中还设设定了一个个高阈值VV2。只有在在路况预测测信号介于于V1和V2之间时，控控制单元才才输出一个个打开选择择阀的控制制信号。 控控制单元在在检测路况况传感器输输出信号的的同时，也也不断地检检测车速。根根据车速可可以估算出出测得的凸凸起物和实实际车轮通通过凸起物物之间的滞滞后时间。
33、选选择阀应恰恰好在车轮轮通过凸起起物时打开开，这样，在在车轮通过过凸起物时时，悬挂的的阻尼系数数只是作短短暂变化，车车轮过了凸凸起物后，选选择阀便再再次关闭。 具具有路况预预测传感器器（声纳系系统）的主主动悬挂系系统可以在在汽车到达达之前对路路面情况进进行预测处处理，因而而大大改善善了悬挂的的工作性能能，装有这这种系统的的车辆在不不平的路面面上行驶时时，甚至可可以不扶转转向盘。图图 11为为日产公司司具有声纳纳系统的悬悬挂构成图图。三、电子控控制悬挂系系统主要部部件的结构构（一）悬挂挂阻尼调节节装置TOOP 图图 12所所示即为应应用了压电电传感器和和压电执行行器的压电电式减振器器结构。 压压
34、电式减振振器主要由由压电传感感器、压电电执行器和和阻尼力变变换阀三部部分组成。压压电传感器器和压电执执行器所用用的压电元元件是一个个压电陶瓷瓷元件，其其主要成分分是铅、锆锆和铁。压压电元件都都是利用压压电效应的的原理进行行工作的。如如所示，当当在压电元元件上施加加外力时，压压电元件将将产生电压压，这一现现象称为压压电正效应应；而给压压电元件施施加电压，则则压电元件件将产生位位移，这一一现象称为为压电负效效应。压电电传感器66就是根据据压电正效效应进行工工作的。当当由颠簸路路面而引起起的冲击力力作用在减减振器支撑撑杆上时，由由于压电正正效应的作作用，在压压电传感器器上大约22s的短短时间内就就可
35、产生电电压信号。图图 14所所示为压电电传感器的的构造。图图中压电元元件有5层层，每层厚厚度为0.5mm。 电电子控制单单元接收到到压电传感感器的电压压信号后，立立即对压电电执行器施施加电压。图图 15所所示为压电电执行器的的结构。由由88个压压电元件所所组成的压压电执行器器根据电子子控制单元元发出的指指令被施加加电压后，由由于压电负负效应的作作用，在约约5ms的的时间内产产生50m左右的的位移。此此位移经活活塞和推杆杆所放大后后，使阻尼尼力变换阀阀动作。图图12（bb）为压电电执行器未未动作时的的“硬”工工况。图 12（cc）为压电电执行器动动作后的“软软”工况。压压电式减振振器从出现现颠簸
36、信号号到阻尼力力变换阀动动作仅需几几毫秒的时时间，因此此这种减振振器阻尼力力电子控制制系统具有有很高的响响应能力。（二）空气气悬挂刚度度调节装置置 11.空气悬悬挂系统的的构造 图图 16所所示为空气气悬挂的基基本构造，图图示的空气气悬挂主、辅辅气室设计计为一体，这这样既省空空间，又减减轻了质量量。悬挂的的上端与车车身相连，下下端与车轮轮相连，随随着车身与与车轮的相相对运动，主主气室的容容积在不断断地变化。主主气室与辅辅气室之间间通过一个个通路有气气体相互流流动，改变变主、辅气气室之间气气体通路的的大小，使使主气室被被压缩的空空气量发生生变化，就就可改变空空气悬挂的的刚度。减减振器的活活塞通过
37、中中心杆和悬悬挂控制执执行器连接接，执行器器带动阻尼尼调节杆转转动可以改改变活塞上上阻尼孔的的大小，从从而改变减减振器的阻阻尼系数，其其工作原理理与基本结结构与上述述悬挂阻尼尼调节装置置基本相同同。 22.悬挂刚刚度调节原原理悬挂刚刚度的调节节原理如图图 17所所示。主、辅辅气室之间间的气阀体体上有大小小两个通路路。悬挂控控制执行器器带动气阀阀体控制杆杆转动，使使阀芯转过过一个角度度，改变通通路的大小小，就可以以改变主、辅辅气室之间间的气体流流量，使悬悬挂刚度发发生变化。 悬悬挂的刚度度可以在低低、中、高高三种状态态下变化。阀阀芯的开口口转到对准准图示的低低位置时，气气体通路的的大气体通通路被
38、打开开，主气室室的气体经经阀芯的中中间孔、阀阀体的侧面面孔通道与与辅气室的的气体相通通，两气室室之间的流流量大，相相当于参与与工作的气气体容积增增大，悬挂挂刚度处于于低状态。 阀阀芯的开口口转到对准准图示的中中位置时，气气体通路的的小气体通通路被打开开，两气室室之间的气气体流量小小，悬挂刚刚度处于中中状态。 阀阀芯的开口口转到对准准图示的高高位置时，两两气室之间间的气体通通路全部被被封住，两两气室间的的气体不能能相互流动动，可压缩缩的气体容容积减小。悬悬挂在振动动过程中，只只有主气室室的气体单单独承担缓缓冲的任务务，所以悬悬挂的刚度度处于高状状态。3.悬挂控控制执行器器空气悬挂挂控制执行行器与
39、阻尼尼控制执行行器的主要要区别在于于，后者只只控制减振振器的回转转阀进行阻阻尼调节。而而前者除控控制减振器器的回转阀阀进行阻尼尼调节外，还还要驱动主主、辅气室室的阀芯进进行刚度调调节。为了了适应频繁繁变化的工工况，并保保证精确的的定位，驱驱动动力采采用了直流流步进电机机。悬挂控控制执行器器的基本结结构如图 18所示示。 步步进电机带带动小齿轮轮驱动扇形形齿轮转动动，与扇形形齿轮同轴轴的阻尼调调节杆带动动回转阀转转动，使阻阻尼孔开闭闭的数量变变化，从而而调节减振振器的阻尼尼。 在在调节阻尼尼的同时，齿齿轮系带动动与气室阀阀芯相连接接的刚度调调节杆转动动，随着气气室阀芯角角度的改变变，悬挂的的刚度
40、也得得以调节。 电电磁线圈控控制的电磁磁制动开关关松开时，制制动杆处于于扇形齿轮轮的滑槽内内，扇形齿齿轮可以转转动；电磁磁制动开关关吸合时，制制动杆往回回拉，齿轮轮系处于锁锁住状态，各各转阀均不不能转动，使使悬挂的参参数保持在在相对稳定定的状态下下。步进电电机的基本本工作原理理如图 119所示。步步进电机的的转子由永永久磁铁制制成。定子子有两对磁磁极，其上上绕有A-B、C-D两相绕绕组，当AA-B绕组组接通正向向电流时（电电流从A端端流入，BB端流出），永永磁转子将将在定子磁磁极磁场的的作用下，处处于图 119（b）所所示的“低低状态”位位置。 当当A-B绕绕组不通电电，C-DD绕组接通通电源
41、时，永永磁转子处处于图示“高高状态”的的位置。 当当A-B绕绕组接通反反向电流（电电流从B端端流入，AA端流出）时时，与“低低状态”时时相比，左左右磁极磁磁性相反，于于是永磁转转子处于图图示的“中中状态”位位置。 图图 20所所示的为另另一种结构构形式的空空气悬挂结结构。其结结构特点是是主气室与与辅气室为为分开式结结构，中间间由连接管管相通。主主、辅气室室的气体通通路仍由步步进电机转转动气阀体体来控制。 步步进电机的的工作原理理与上述相相同，其结结构如图 21所示示。 图图 22所所示为步进进电机在三三个不同位位置时该悬悬挂刚度的的变化情况况。 图图 22（aa）所示气气阀体的大大通气孔与与辅
42、气室相相通，主、辅辅两气室之之间的气体体流量增大大，悬挂刚刚度处于低低状态。 图图 22（bb）所示气气阀体的小小通气孔与与辅气室相相通，主、辅辅气室间气气体流通有有阻尼存在在，所以悬悬挂刚度处处于中状态态。 图图 22（cc）所示气气阀体完全全关闭，只只有主气室室参加工作作，所以悬悬挂刚度处处于高状态态。（三）车身身高度控制制装置 车车身高度控控制装置是是指车身的的高度可根根据汽车内内乘座人员员或车辆载载重情况自自动做出调调整，以保保持汽车行行驶所需要要的高度及及汽车行驶驶姿态的稳稳定。车身身高度控制制有两种类类型，一种种是对汽车车全部四个个车轮悬挂挂系统进行行高度控制制；另一类类型是仅对对
43、两个后轮轮的悬挂系系统进行高高度控制。 11.系统组组成及工作作原理 图图 23所所示为日本本富士汽车车空气悬挂挂的车身高高度控制系系统。由图图可以看出出，系统主主要由空气气压缩机、排排气阀、干干燥器、进进气阀、储储气罐、调调压阀、电电磁阀、高高度传感器器、气室及及控制单元元等组成。 直直流电机带带动空气压压缩机工作作，从压缩缩机出来的的压缩空气气进入干燥燥器，经干干燥后进入入储气罐，储储气罐的气气体压力由由调压阀进进行调节。 控控制单元根根据车高传传感器信号号的变化和和驾驶员给给与的控制制模式（常常规正常模模式或高模模式）指令令，给控制制车高的电电磁阀发出出指令。当当车身需要要升高时，电电磁
44、阀动作作，压缩空空气进入空空气悬挂的的主气室，主主气室的充充气量增加加，车身上上升。如果果电磁阀不不动作，则则悬挂主气气室的气量量保持不变变，车身维维持在一定定的高度。如如果乘客增增加而使车车身高度降降低时，车车高传感器器输出的车车离信号将将与控制单单元存贮的的车高信息息不符，控控制单元就就会发出指指令，电磁磁阀通电打打开，给悬悬挂主气室室充气，直直到车高达达到规定的的高度为止止。当车身身需要下降降时，空气气压缩机停停止工作，电电磁阀通电电打开，同同时排气阀阀也通电打打开，悬挂挂主气室的的气体通过过电磁阀、空空气管路、干干燥器、排排气阀而排排出，车身身下降。 干干燥器的封封闭容器内内装有硅胶胶
45、，在压缩缩空气经干干燥器送至至储气罐时时，硅胶将将压缩空气气中的水分分吸出。在在排气阀打打开，压缩缩空气经排排气阀从系系统中排出出时，通过过抽气喷嘴嘴从干燥器器内将吸出出的潮湿气气雾排出。 图图 24所所示为压缩缩机总成的的结构图。 图图 25所所示为日本本丰田公司司TEMSS（TOYYOTAEElecttroniic Moodu1aated SUSPPEnsiion）系系统的车身身高度控制制系统。 图图 25中中，空气电电磁阀总成成包括了上上述进气阀阀、排气阀阀、调压阀阀和干燥器器等所具有有的作用和和功能。图图 25（aa）所示为为车身高度度上升控制制过程，图图25（bb）所示为为车身高度度
46、下降控制制过程。其其工作原理理与上述富富士汽车的的车身高度度控制系统统相同。2.车身高高度传感器器 车车身高度传传感器的作作用是把车车身高度（汽汽车悬挂装装置的位移移量）转换换成电信号号，输送给给控制单元元。常见的的光电式车车身高度传传感器的结结构如图 26所示示。在传感感器内部，有有一个靠连连杆带动旋旋转的轴，在在轴上装有有一个开有有许多槽的的遮光板，遮遮光板的两两侧装有44组光电耦耦合元件，如如图 277所示。当当连杆带动动轴旋转时时，光电耦耦合元件（发发光管和光光电管）之之间或者被被遮光板遮遮上，或者者两者元件件之间透光光，因此光光电耦合元元件把这种种变化转换换成电信号号，并输入入到控制
47、单单元中。利利用这4组组光电耦合合元件导通通与截止的的组合，就就可以把车车身高度的的变化分为为16个区区域进行检检测。所示示为车身高高度传感器器的电路。 控控制单元根根据车身高高度传感器器输入的信信号，控制制压缩机及及排气阀，以以此增加或或减少悬挂挂主气室内内的空气量量，从而保保持车身高高度为一定定。因为减减振器在行行车过程中中总是振动动的，很难难判定当时时车身所处处的区域，所所以计算机机每隔数十十毫秒就检检测一次车车身高度传传感输出的的信号，并并对一定时时间各信号号所占区域域的百分比比作出计算算，以此来来判断车身身实际所处处的区域。 图 229所示为车车身高度传传感器的安安装位置及及工作状态态。拉紧螺螺栓的上端端与传感器器的连杆铰铰连，下端端与后悬挂挂臂相连。当当车身上下下振动时，拉拉紧螺栓带带动连杆使使传感器的的轴左右旋旋转，光电电耦合元件件则把旋转转信号转换换成车高信信号输出。拆下拉紧螺螺栓，拧松松拉紧螺栓栓的锁紧螺螺母，旋转转拉紧螺栓栓的螺旋接接头可以改改变拉紧螺螺栓的长度度，从而调调整车身高高度的设定定值。