保時(shí)捷Cayenne E2空氣懸掛系統(tǒng)原理與故障維修

文/內(nèi)蒙古 李強(qiáng)

一、保時(shí)捷Cayenne E2空氣懸掛系統(tǒng)的特點(diǎn)

保時(shí)捷Cayenne E2空氣懸掛系統(tǒng)是帶有車身水平高度控制和高度調(diào)節(jié)功能的空氣懸架系統(tǒng)，在配備該空氣懸架系統(tǒng)的車輛上，駕駛員可以設(shè)置五種不同的水平高度，系統(tǒng)將自動(dòng)調(diào)整到預(yù)先選定的水平高度，從而與車速達(dá)到匹配，在車輛裝載的狀態(tài)下，車輛的高度仍自動(dòng)保持恒定。各個(gè)水平高度只能在發(fā)動(dòng)機(jī)運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)設(shè)置，不允許車輛在一般地形或特殊地形設(shè)置下在公路上行駛。

但是，頻繁的水平高度調(diào)節(jié)可能會(huì)導(dǎo)致空氣壓縮機(jī)過熱，出現(xiàn)這種情況，空氣壓縮機(jī)必須冷卻數(shù)分鐘才能使車身水平高度控制系統(tǒng)完全恢復(fù)，該系統(tǒng)會(huì)在空氣壓縮機(jī)冷卻后自動(dòng)調(diào)節(jié)到選定的水平高度。

1. 五種不同的水平高度

標(biāo)準(zhǔn)水平高度設(shè)置下的離地間隙約為190mm。

一般地形高度(加高高度Ⅰ)：該高度用于越野行駛、野外道路和叢林道路等，與標(biāo)準(zhǔn)高度相比，車輛升高約28mm(前橋)和25mm(后橋)。越野駕駛程序啟用后，車輛自動(dòng)升高到一般地形高度。一般地形高度只能在車速低于80km/h時(shí)手動(dòng)選擇，車速超過80km/h(越野駕駛程序啟用后為100km/h)時(shí)，車輛將自動(dòng)降至標(biāo)準(zhǔn)高度。

特殊地形高度(加高高度Ⅱ)：該設(shè)置僅用于極其復(fù)雜艱難、需要最大離地間隙的地形。與標(biāo)準(zhǔn)高度相比，車輛升高約58mm(前橋)和55mm(后橋)。特殊地形高度只能在車速低于30km/h時(shí)手動(dòng)選擇，車速超過30km/h時(shí)，車輛自動(dòng)降至一般地形高度。

低位高度Ⅰ：該高度用于高速行駛，當(dāng)車速超過138km/h時(shí)，車輛與標(biāo)準(zhǔn)高度相比自動(dòng)降低約22mm(前橋)和25mm (后橋)。當(dāng)車速下降到80km/h以下持續(xù)約10s或40km/h以下時(shí)，車輛自動(dòng)升高到標(biāo)準(zhǔn)高度。如果使用中控臺(tái)上的蹺板開關(guān)手動(dòng)設(shè)置了低位高度，在車速低于40km/h時(shí)低位高度仍然起作用。

低位高度Ⅱ：該高度用于高速行駛，當(dāng)車速超過210km/h持續(xù)40s以上時(shí)，車輛與標(biāo)準(zhǔn)高度相比自動(dòng)降低約32mm(前橋)和35mm(后橋)。當(dāng)車速下降到170km/h以下持續(xù)60s或下降到120km/h以下時(shí)，車輛自動(dòng)升高到低位高度Ⅰ。

裝載高度：該設(shè)置便于向行李廂內(nèi)裝載物品，但是存在損壞底盤部件、總成和車身底部的風(fēng)險(xiǎn)，如果車輛在裝載高度狀態(tài)下的離地間隙不足，當(dāng)車輛從路緣上駛下時(shí)可能會(huì)發(fā)生拖底，因此在起步之前務(wù)必切換到標(biāo)準(zhǔn)高度。裝載高度下車輛與標(biāo)準(zhǔn)高度相比降低約52mm(前橋)和55mm(后橋)，在車速超過5km/h時(shí)，車輛自動(dòng)升高到標(biāo)準(zhǔn)高度。

2.手動(dòng)設(shè)置高度

手動(dòng)設(shè)置高度的前提條件是發(fā)動(dòng)機(jī)已啟動(dòng)和車門已關(guān)閉，在點(diǎn)火裝置關(guān)閉后，最近一次選擇的高度存儲(chǔ)在存儲(chǔ)器中。如果想要升高車輛，向前輕按蹺板開關(guān)(如圖1所示)，車輛高度就會(huì)升高一個(gè)級(jí)別；降低車輛高度需要向后輕撥蹺板開關(guān)，車輛高度就會(huì)降低一個(gè)級(jí)別。

所選高度通過蹺板開關(guān)旁的LED顯示，在調(diào)節(jié)過程中，蹺板開關(guān)旁相應(yīng)的LED指示燈閃爍，隨后會(huì)持續(xù)亮起，高度變化也在儀表板多功能顯示器上顯示。但是，從標(biāo)準(zhǔn)高度到低位高度的自動(dòng)切換以及從低位高度到標(biāo)準(zhǔn)高度的自動(dòng)切換不會(huì)在儀表板多功能顯示器上顯示。如果存在系統(tǒng)故障，儀表板多功能顯示器上會(huì)顯示各種不同的信息。警告信息在控制系統(tǒng)停用時(shí)顯示，此時(shí)不存在故障。當(dāng)上述操作步驟完成時(shí)，警告信息立即消失。

如有必要使用千斤頂升起車輛，則必須手動(dòng)設(shè)置標(biāo)準(zhǔn)高度，然后關(guān)閉車身水平高度控制系統(tǒng)。關(guān)閉水平高度控制的具體步驟為：開啟點(diǎn)火裝置，向前按蹺板開關(guān)10～15s，松開蹺板開關(guān)后，儀表板多功能顯示器上顯示“車輛水平控制功能關(guān)閉”，此時(shí)車輛可以升高。

想要再次開啟車身水平高度控制系統(tǒng)，首先要開啟點(diǎn)火裝置，向前按蹺板開關(guān)10～15s或者使車輛起步，車身水平高度控制系統(tǒng)自動(dòng)開啟。

二、保時(shí)捷Cayenne E2空氣懸架系統(tǒng)組成及控制功能

1.系統(tǒng)組成

新款Cayenne車型的前橋和后橋上的所有的空氣彈簧滑柱都經(jīng)過重量優(yōu)化，新設(shè)計(jì)的底盤連接省去了前橋上的固定鞍座。在后橋上，車橋安裝件以剛性方式整合在車身中(整合式搖臂)，以提高抗扭剛度，此舉有助于提高Cayenne車型的操控性。

新的空氣懸架系統(tǒng)也設(shè)計(jì)為封閉式系統(tǒng)，當(dāng)水平高度發(fā)生變化時(shí)，空氣暫時(shí)存儲(chǔ)在蓄壓器中。由于使用了針對(duì)新需求加以優(yōu)化的壓縮機(jī)，可對(duì)空氣進(jìn)行中間存儲(chǔ)，從而節(jié)省能量，圖2為空氣彈簧示意圖。

此外，在手動(dòng)或自動(dòng)選擇后，高度設(shè)置的變化可更快執(zhí)行。帶PASM(保時(shí)捷主動(dòng)懸掛管理系統(tǒng))的新空氣懸架系統(tǒng)具有新的軟件編程功能，可為“Comfort(舒適)”、“Normal(標(biāo)準(zhǔn))”和“Sport(運(yùn)動(dòng))”這三大PASM模式創(chuàng)造更廣的調(diào)節(jié)范圍。

在所有Cayenne車型上，駕駛員都可以使用中控臺(tái)上的獨(dú)立搖桿開關(guān)手動(dòng)選擇不同高度，這樣就可通過設(shè)置更大的涉水深度以及更大的接近、離去角來進(jìn)一步增強(qiáng)Cayenne的越野適應(yīng)性。

如圖3所示，Cayenne配備一個(gè)帶有壓縮機(jī)的封閉式空氣懸架系統(tǒng)、帶有集成式壓力傳感器的電磁閥組和一個(gè)蓄壓器。為了升高車輛，電動(dòng)壓縮機(jī)將空氣泵入彈簧裝置內(nèi)，降低車輛時(shí)，多余的空氣不會(huì)釋放到外面，而是由壓縮機(jī)送回到5.2L的蓄壓器內(nèi)。這套系統(tǒng)使Cayenne特別節(jié)能，也確保了懸掛系統(tǒng)的快速控制。

自適應(yīng)空氣懸架系統(tǒng)包含以下部件：①用于更好地利用能源以及更快地調(diào)節(jié)高度的封閉式供氣系統(tǒng)；②帶有空氣干燥器、與內(nèi)部分離的電動(dòng)壓縮機(jī)；③用于控制空氣彈簧容積的電磁閥；④輕合金蓄壓器；⑤前橋和后橋上2個(gè)帶有外導(dǎo)軌和整合式減震器的全承載空氣彈簧(結(jié)構(gòu)如圖4所示)；⑥4個(gè)用于探測車身運(yùn)動(dòng)的水平高度傳感器(彈簧行程傳感器)；⑦PASM(保時(shí)捷主動(dòng)懸掛管理系統(tǒng))和空氣控制整合在一個(gè)控制單元內(nèi)。

2.控制功能

空氣懸掛系統(tǒng)的控制原理如圖5所示。

(1)舉升車輛

如圖6所示，為了升高車輛，分別對(duì)前橋和后橋上的空氣彈簧充氣，壓縮機(jī)將空氣泵出蓄壓器，并通過管道和閥門導(dǎo)入空氣彈簧，為此會(huì)切換轉(zhuǎn)換閥1和相應(yīng)的空氣彈簧轉(zhuǎn)換閥(例如USV)。

(2)降低車輛

如圖7所示，為了降低車輛，分別切換前橋和后橋上的空氣彈簧，壓縮機(jī)通過轉(zhuǎn)換閥1將空氣泵出空氣彈簧。空氣通過空氣干燥器和轉(zhuǎn)換閥2導(dǎo)入蓄壓器。這樣的回路設(shè)計(jì)意味著系統(tǒng)中的濕氣會(huì)被一次次清除。

三、故障案例

故障現(xiàn)象：一輛Cayenne E2報(bào)修底盤報(bào)警故障，客戶對(duì)故障進(jìn)行描述，停車一晚上后，第二天發(fā)現(xiàn)車輛左側(cè)車身偏低，啟動(dòng)車輛后行駛底盤報(bào)警。

故障診斷：確認(rèn)故障現(xiàn)象有時(shí)出現(xiàn)，操縱水平高度調(diào)節(jié)開關(guān)改變車身高度時(shí)，多功能儀表中有時(shí)出現(xiàn)“無法實(shí)現(xiàn)”的報(bào)警提示，如圖8所示。

目視檢查車輛整體在水平地面上無傾斜現(xiàn)象，水平高度停放正常。用PIWIS Tester進(jìn)入水平控制單元中，有故障碼000284，即控制單元位置不可調(diào)，車輛高度過低，故障為不存在，此類故障類型一般為車輛實(shí)際懸架高度未達(dá)到設(shè)定高度時(shí)的報(bào)警提示。

進(jìn)行實(shí)際值檢測未見明顯數(shù)據(jù)異常：中千斤頂模式停用，說明沒有進(jìn)行空氣懸架舉升模式的操作；發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速為605r/min；高度傳感器電壓5V；系統(tǒng)壓力傳感器0.63MPa；緊急操作水平高度控制為“非應(yīng)急行駛”；極限級(jí)別為“否”；車輛未傾斜。

進(jìn)行驅(qū)動(dòng)鏈接功能測試，水平高度控制/PASM的功能：系統(tǒng)空氣體積的重新測定，總空氣量101L，空氣體積流量監(jiān)測正確，說明空氣壓縮機(jī)與閥組控制功能應(yīng)為正常狀態(tài)。將車輛調(diào)節(jié)到標(biāo)準(zhǔn)高度項(xiàng)中進(jìn)行調(diào)節(jié)，車輛設(shè)置高度也能夠?qū)崿F(xiàn)操控要求，水平控制系統(tǒng)功能測試正常。

在高度傳感器校準(zhǔn)功能中對(duì)空氣懸架高度值測量(如圖9所示)，發(fā)現(xiàn)左側(cè)高度明顯低于右側(cè)整體高度，具體數(shù)值如表1所示。

然后將車輛設(shè)置在千斤頂模式，舉升后檢查底盤空氣懸架系統(tǒng)是否有異常現(xiàn)象。當(dāng)檢查到左前空氣懸架時(shí)，明顯聽到左前空氣彈簧底部有輕微的漏氣聲。采用測漏試劑進(jìn)行噴試，未檢測出確定部位，最終用手觸法通過漏氣氣流微量變化確定為空氣彈簧底部有泄漏，在空氣彈簧中空氣完全泄漏盡時(shí)，用手按動(dòng)空氣彈簧上氣室，已無充氣壓力，如圖10所示。

將車輛從舉升架上落至平地，解鎖千斤頂模式，啟動(dòng)發(fā)動(dòng)機(jī)，左前空氣彈簧開始充氣，并升起到水平高度，在空氣懸掛泄漏部位仔細(xì)聽診，沒有明顯泄漏聲音。再將車輛進(jìn)行舉升檢查，當(dāng)左前空氣彈簧在無載全伸時(shí)，漏氣的現(xiàn)象出現(xiàn)。

在此之前遇到過這樣類似的故障，如橡膠充氣室底部伸縮沿帶疲勞老化裂紋出現(xiàn)時(shí)，容易出現(xiàn)此故障現(xiàn)象：當(dāng)車輛在低位或重載時(shí)，伸縮沿裂紋在充氣壓力及卷曲幅度最大時(shí)，裂紋漲開最大，產(chǎn)生壓縮氣體滲漏較多；當(dāng)車輛調(diào)至高位或舉升檢查時(shí)，由于充氣室的伸長，空氣彈簧伸縮帶延伸拉長，由卷曲狀態(tài)變?yōu)樯扉L狀態(tài)，使微泄漏部位裂紋密合，并且空氣彈簧沒有了對(duì)車輛的承載，其中儲(chǔ)壓壓力也是最低的(一般0.2MPa左右)，就不容易聽到有壓縮氣體泄漏的現(xiàn)象了。而本車的故障現(xiàn)象正好與此故障案例相反。

故障點(diǎn)基本確定后，對(duì)具體故障部位做進(jìn)一步進(jìn)行拆檢分析。按車間手冊(cè)要求把左前空氣彈簧拆下，如圖11所示，放入到水箱中加壓進(jìn)行泄漏檢測，在空氣彈簧與減震器底部有大量氣泡溢出。

表1 空氣懸架高度值

對(duì)空氣彈簧總成部件進(jìn)行分解檢查，流程如圖12所示。

故障原因分析：在空氣充氣室下端密封體與減震器接合部位的導(dǎo)向橡膠環(huán)組裝過程中，導(dǎo)致空氣彈簧下端密封體(鋁合金)與套裝在減震器上的導(dǎo)向密封環(huán)安裝不正確而擠壓變形，最終致使空氣彈簧組件密封面與減震器上的“O”型環(huán)密封帶密封不嚴(yán)，產(chǎn)生氣體泄漏，而使左側(cè)空氣懸架降低，最終導(dǎo)致車輛停駛后車身的歪斜，并引起車輛初駛過程多功能儀表中的底盤報(bào)警提示。

故障排除：更換新的空氣彈簧氣室、導(dǎo)向膠環(huán)、減震器上的“O”型密封環(huán)后(見圖13)，將空氣彈簧總成裝回車輛上，并對(duì)水平空氣懸架系統(tǒng)進(jìn)行高度校準(zhǔn)，試車后故障排出。

關(guān)鍵組裝注意點(diǎn)：在涂好潤滑脂后，如圖14所示，使用合適的一字螺絲刀逐次將導(dǎo)向膠環(huán)沿圓周方向推入，直到能夠用手臂力量將空氣彈簧與減震器壓合為止。

空氣彈簧滑柱在出廠時(shí)經(jīng)過了預(yù)先充氣，具有約0.25 MPa的過壓。安裝新的空氣彈簧滑柱時(shí)請(qǐng)注意，根據(jù)存放時(shí)間的長短，空氣可能會(huì)從空氣彈簧滑柱的防塵套中擴(kuò)散(泄漏)。如果從運(yùn)輸包裝中拆卸了空氣彈簧滑柱，并且在沒有充氣的情況下安裝，防塵套可能會(huì)出現(xiàn)褶皺，因而損壞空氣彈簧滑柱。出于這個(gè)原因，使用前必須對(duì)所有空氣彈簧滑柱再次充氣，維修安裝時(shí)也需要預(yù)充氣。空氣彈簧滑柱必須僅充有經(jīng)批準(zhǔn)的氣體，即氮?dú)饣虿缓瑱C(jī)油的壓縮空氣。

從壓力控制閥上拆下護(hù)蓋，小心地拆下剩余的任何包裝，在充氣過程中，確保不要損壞護(hù)套。在一些情況下，要求最高1.1MPa的過壓(公差上限，彈簧滑柱減壓)以打開壓力控制閥。使用幾個(gè)單獨(dú)的壓力槍對(duì)氣動(dòng)彈簧撐桿支柱充氣，防止給氣動(dòng)彈簧撐桿支柱充入過量的過壓，不要對(duì)空氣彈簧滑柱充入超過0.25MPa的過壓。

四、在維修車間中對(duì)空氣懸架系統(tǒng)為空的車輛執(zhí)行操作的說明

1.如果被升高車輛的空氣懸掛系統(tǒng)為空，則不可將車輛放回地面并開動(dòng)車輛。

2.在空氣彈簧滑柱為空時(shí)，升高車輛會(huì)在空氣彈簧中形成真空。將車輛放回地面后，空氣彈簧滑柱防塵套可能會(huì)發(fā)生褶皺，會(huì)導(dǎo)致再次升高車輛時(shí)，空氣彈簧滑柱過早失效。

3.如果在一個(gè)或多個(gè)空氣彈簧為空的情況下駕駛過車輛，則必須更換這些空氣彈簧。即使車輛有一個(gè)或多個(gè)空氣彈簧為空，也可在維修車間中對(duì)車輛進(jìn)行操縱。

4.操作空氣懸掛系統(tǒng)時(shí)必須保持絕對(duì)清潔。

如果進(jìn)入維修車間的車輛的空氣懸架系統(tǒng)存在故障，或已完全或部分排出氣體，則升高車輛后必須根據(jù)需要使用氮?dú)鈮嚎s氣瓶重新充氣，具體取決于故障類型。換言之就是在操作完成后，將車輛放回地面前必須對(duì)空氣懸架系統(tǒng)充氣，可以防止車輛中任何未發(fā)生故障的空氣彈簧滑柱受到損壞。

五、尚未交付給客戶的車輛(新車檢測之前)的操作步驟

尚未交付給客戶的車輛通過提升平臺(tái)升高，尚未交付給客戶的車輛處于運(yùn)輸模式，空氣懸架系統(tǒng)為空。

按照以下“對(duì)一個(gè)車橋進(jìn)行排氣和充氣”和“對(duì)整個(gè)空氣懸架系統(tǒng)和蓄壓器進(jìn)行排氣和充氣”中的說明對(duì)空氣懸架系統(tǒng)充氣。

在車輛移交之后，可使用保時(shí)捷系統(tǒng)檢測儀禁用運(yùn)輸模式。

1.車輛移交

“Porsche System Tester”(保時(shí)捷系統(tǒng)檢測儀)>>“Control unit overview”(控制單元概述)>>F7–“Additional menu”(附加菜單)>>“Vehicle handover”(車輛移交) <<。

2.運(yùn)輸模式

“Porsche System Tester”(保時(shí)捷系統(tǒng)檢測儀)>>“Control unit overview”(控制單元概述)>>“Levelling system/PASM”(車身水平高度控制系統(tǒng)/PASM)>>“Actual values/Input signals”(實(shí)際值/輸入信號(hào))>>“Transport mode”(運(yùn)輸模式)<<。