LS430空氣懸架的結(jié)構(gòu)組成與工作原理分析

李沐璂

摘要：在國內(nèi)對(duì)空氣懸架已經(jīng)有了很多研究，部分產(chǎn)品已經(jīng)開始批量出產(chǎn)，在伴隨著電子、計(jì)算機(jī)技術(shù)、機(jī)電一體化技術(shù)在空氣懸架和助力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)上的大量應(yīng)用，使得汽車的結(jié)構(gòu)性能發(fā)生了根本性的變化。新的機(jī)構(gòu)原理和電子控制裝置相繼涌現(xiàn)，大幅度提高汽車乘坐舒適性和操縱性。

關(guān)鍵詞：空氣懸架；側(cè)傾姿勢(shì)控制；防俯沖控制；防后坐控制；速度感測(cè)控制

LS430汽車采用空氣懸架系統(tǒng)作為標(biāo)準(zhǔn)配置，通過空氣彈簧（具有減振作用）和減振器（能夠快速有效地作出回應(yīng)）的組合使用，該系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)了良好的車輛穩(wěn)定性和乘坐舒適性。

空氣懸架系統(tǒng)采用非線性 H∞（H 無窮大）控制。這樣保證良好的乘坐舒適性。采用霍爾集成電路型高度控制傳感器。空氣懸架系統(tǒng)使 VDIM（車輛動(dòng)態(tài)綜合管理）和碰撞預(yù)測(cè)安全系統(tǒng)協(xié)同控制以優(yōu)化減振力?？諝鈶壹芟到y(tǒng)包括懸架控制ECU、AFS ECU、HV ECU、四個(gè)高度控制傳感器、高度控制繼電器、四個(gè)懸架控制執(zhí)行器、壓縮機(jī)和干燥器總成、前后兩個(gè)加速度傳感器、前后兩個(gè)高度控制器、轉(zhuǎn)向角傳感器、橫擺率和減速度傳感器、高度控連接器、制動(dòng)燈開關(guān)、高度控制指示燈、懸架控制指示燈、主警告燈、減振模式開關(guān)和高度控制開關(guān)等組成，該系統(tǒng)主要實(shí)現(xiàn)的功能主要有兩大功能：一是減振力的控制其中包括側(cè)傾姿勢(shì)控制、防俯沖控制、防后坐控制、速度感測(cè)控制，二是車輛高度控制其中包括自動(dòng)調(diào)平控制、高速控制等功能。

一、空氣懸架系統(tǒng)的組成

LS430空氣懸架系統(tǒng)主要包括懸架控制ECU、AFS ECU、HV ECU、四個(gè)高度控制傳感器、高度控制繼電器、四個(gè)懸架控制執(zhí)行器、壓縮機(jī)和干燥器總成、前后兩個(gè)加速度傳感器、前后兩個(gè)高度控制器、轉(zhuǎn)向角傳感器、橫擺率和減速度傳感器、高度控連接器、制動(dòng)燈開關(guān)、高度控制指示燈、懸架控制指示燈、主警告燈、減振模式開關(guān)和高度控制開關(guān)等組成。

二、空氣懸架工作原理分析

LS430汽車空氣懸架系統(tǒng)主要可實(shí)現(xiàn)兩大功能，一是減震器減震阻尼力的控制，二是車身高度的控制，其中減振力的控制包括汽車防后坐控制、防俯沖控制、側(cè)傾姿勢(shì)的控制、速度感測(cè)控制、半主動(dòng)控制，車身高度的控制其中包括自動(dòng)調(diào)平的控制、高速控制。

1、防后坐控制功能

當(dāng)汽車在路面上行駛時(shí)懸架ECU接受車速傳感器的信號(hào)、方向盤轉(zhuǎn)角以及角速度的信號(hào)、加速度傳感器的信號(hào)、橫擺率和減速度傳感器等信號(hào)，通過這幾個(gè)信號(hào)來感知汽車現(xiàn)在處于什么狀態(tài)，當(dāng)駕駛員踩下油門加速行駛的時(shí)候，懸架ECU通過加速度傳感器輸出的信號(hào)電壓和節(jié)氣門位置傳感器信號(hào)得知汽車正處于加速狀態(tài)，此時(shí)懸架ECU控制左后懸架控制執(zhí)行器使電流從RAL+端子到RAL-端子導(dǎo)通，此時(shí)左后懸架控制執(zhí)行器內(nèi)的連接桿開始轉(zhuǎn)動(dòng)，并且直接帶動(dòng)減震器內(nèi)控制阻尼孔的連桿，使其阻尼孔逐漸關(guān)小，相應(yīng)的阻尼力就會(huì)增加使減振力變得更強(qiáng)，懸架控制執(zhí)行器能夠控制九級(jí)阻尼力的大小，RAL+與RAL-兩端子導(dǎo)通的時(shí)間越長，阻尼力就會(huì)變得越大，同樣的右后懸架控制執(zhí)行器也是同樣動(dòng)作，使RAR+與RAR-導(dǎo)通電流流入，使減震器內(nèi)的阻尼孔逐漸關(guān)小，增大減震器的阻尼力，該控制抑制車輛在加速過程中尾部后坐并將車姿變化限制到最小。相反如果懸架ECU將左后懸架控制執(zhí)行器RBL+與RBL-端子導(dǎo)通，右后懸架控制執(zhí)行器的RBR+與RBR-端子導(dǎo)通，則兩個(gè)減震器的阻尼力將減小。

2、防俯沖控制功能

當(dāng)駕駛員踩制動(dòng)剎車時(shí)，懸架ECU接受到剎車開關(guān)的信號(hào)，以及車速傳感器信號(hào)得知汽車制動(dòng)時(shí)為了防止汽車前部向下俯沖，此時(shí)懸架ECU控制左前懸架控制執(zhí)行器的FAL+與FAL-兩端子導(dǎo)通流入電流，則左前減震器的阻尼力將逐漸增大同樣右前懸架控制執(zhí)行器的FAR+與FAR-導(dǎo)通，則右前減震器的阻尼力將增大，該控制抑制車輛在制動(dòng)過程中點(diǎn)頭并將車姿變化限制到最小。相反如果懸架ECU將左前懸架控制執(zhí)行器FBL+與FBL-端子導(dǎo)通，右前懸架控制執(zhí)行器的FBR+與FBR-端子導(dǎo)通，則兩個(gè)減震器的阻尼力將減小。

3、側(cè)傾姿勢(shì)的控制功能

當(dāng)駕駛員向右轉(zhuǎn)動(dòng)方向盤時(shí)，汽車右轉(zhuǎn)彎時(shí)因?yàn)殡x心力的作用車身外側(cè)將有向上翹的趨勢(shì)，此時(shí)懸架ECU通過方向盤轉(zhuǎn)角傳感器和橫擺率傳感器得知車身的實(shí)際狀態(tài)，同時(shí)為了減小車身外側(cè)向上的趨勢(shì)，懸架ECU控制左前懸架控制執(zhí)行器和左后懸架控制執(zhí)行器將兩側(cè)減震器的阻尼力變大，防止車姿變形。當(dāng)汽車向左轉(zhuǎn)彎時(shí)情況則相反。該功能調(diào)節(jié)轉(zhuǎn)向過程中車輛側(cè)傾角和縱傾角之間的差值，從而實(shí)現(xiàn)平穩(wěn)性和極好的操控性。車輛側(cè)傾角和縱傾角之間的差值較小時(shí)，車身側(cè)傾平穩(wěn)而舒適。相反，差值較大時(shí)，車身無法平穩(wěn)舒適地側(cè)傾。

3、速度感測(cè)控制功能

當(dāng)汽車行駛時(shí)，懸架ECU通過車速傳感器得知汽車的實(shí)際車速，汽車低速行駛時(shí)為了得到較好的乘坐舒適性，懸架ECU控制四個(gè)懸架控制執(zhí)行器將減震器的阻尼力變小，當(dāng)汽車高度行駛時(shí)為了保證汽車的行駛穩(wěn)定性，懸架ECU將是四個(gè)減震器的阻尼力變大，同時(shí)車身高度將被降低，這樣提高的汽車的空氣動(dòng)力學(xué)性能和汽車的行駛穩(wěn)定性。

4、半主動(dòng)控制（非線性 H∞控制）

根據(jù)路面顛簸情況，該控制采用三個(gè)加速度傳感器檢測(cè)彈簧加速率并應(yīng)用非線性 H ∞ 控制計(jì)算目標(biāo)減振力。線性控制是減振力與彈簧加速率成比例的線性變化，與線性控制不同非線性 H ∞控制實(shí)現(xiàn)了更高的減振性能。從而，保證了在任何路面或任何行駛狀態(tài)下極好的乘坐舒適性。

5、車身高度控制功能

無論乘客和行李的重量如何，都可使車輛高度保持不變。操作高度控制開關(guān)可將車輛目標(biāo)高度調(diào)至 “正?！被?“高”的位置。具體控制過程如下，汽車行駛時(shí)如果駕駛員將高度控制開關(guān)按到“高”的位置上時(shí)，懸架ECU通過安裝在汽車懸架臂上的四個(gè)高度控制傳感器得知汽車的實(shí)際高度，當(dāng)汽車的實(shí)際高度低于設(shè)定的目標(biāo)高度時(shí)，懸架ECU將高度控制繼電器的線圈通電，繼電器觸點(diǎn)閉合，壓縮機(jī)電機(jī)通電開始工作產(chǎn)生高壓氣體，同時(shí)懸架ECU將提供給前高度控制閥SLFL和SLFR兩端子電流，后高度控制閥SLRL和SLRR兩端子電流，使壓縮機(jī)產(chǎn)生的高壓氣體與左前氣動(dòng)缸、右前氣動(dòng)缸、左后氣動(dòng)缸、右后氣動(dòng)缸的通道連通，高壓氣體進(jìn)入四個(gè)氣動(dòng)缸內(nèi)車身高度將升高。當(dāng)汽車承載的重量減少時(shí)車身高度將升高，此時(shí)四個(gè)高度控制傳感器將車身升高的信號(hào)提供給懸架ECU，ECU將供給高度控制排氣閥SLEX端子電流，排氣閥打開，四個(gè)氣動(dòng)缸內(nèi)的高壓氣體被排入到大氣中，同時(shí)由于高壓氣體在排入大氣的過程中會(huì)經(jīng)過干燥器，此時(shí)干燥器的水分一同被排入大氣中去。

總之，即使在最惡劣的情況下，LS430空氣懸架系統(tǒng)的全部功能，也能為駕駛者提供能夠良好操縱的轉(zhuǎn)向穩(wěn)定性，以及確保乘客的舒適度。

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