電控空氣懸架系統的原理、設置與檢修

◆文/陜西 蔡亞林 上海 李明誠

電控空氣懸架系統的原理、設置與檢修

◆文/陜西 蔡亞林 上海 李明誠

懸架是汽車車身與車輪之間連接和傳遞動力的裝置(圖1)，汽車的全部載荷通過懸架作用在車輪上。目前，不少中、高檔轎車和大型客車裝備了電子控制空氣懸架(ECAS)系統，這種懸架的剛度、阻尼以及車身高度能夠自動適應汽車不同載重量、不同道路條件以及不同行駛工況的需要，在保證車輛具有良好操縱性和燃油經濟性的前提下，使汽車的舒適性得到進一步提高。

一、結構原理

電子控制空氣懸架系統由模式選擇開關、車速傳感器、轉向角度傳感器、加速度傳感器、車身高度傳感器、懸架ECU、可調阻尼減振器(圖2)、空氣壓縮機、空氣彈簧以及高度控制電磁閥等部件組成。

空氣懸架ECU采集的信號主要有：車速、轉向角度、壓力信號、制動開關狀態、車身垂直加速度、懸架模式選擇、實際車身水平高度以及駕駛人選擇的車身高度等，它的控制原理如圖3所示。

對于奧迪轎車來說，下列控制單元與空氣彈簧懸架控制單元J197有關聯：①J104——ESP控制單元；②J220——發動機控制單元；③J533——網關；④J527——轉向柱控制單元；⑤J431——前照燈控制單元；⑥J285——儀表盤控制單元；⑦J345——掛車識別控制單元；⑧J518——進入和授權控制單元。因此，如果空氣彈簧懸架系統工作不正常，上述相關聯的控制單元可能存在故障。

二、主要功能

對于傳統的機械式懸架系統，其鋼板彈簧的剛度、減振器的阻尼力以及車身高度都是固定不變的，只能被動地吸收因地面不平引起的車輪跳動，因而乘坐不太舒適。電子控制空氣懸架系統由于裝配了傳感器、電子控制單元(ECU)和執行器，能夠根據不同的車速、行駛狀態、裝載質量以及乘客人數的變化，對彈性元件的剛度、減振器的阻尼力以及車身的高度等項目自動地進行無級調節，無需駕駛人員調節，大大提高了乘坐的舒適性和操縱的穩定性。

1.控制減振器的阻尼力

空氣懸架系統采集車速傳感器、轉向角度傳感器和車身高度傳感器等信號，由懸架ECU計算和處理后，指令電磁式或步進電機式執行器動作，以調節減振器的阻尼力。當汽車急轉彎、急加速和緊急制動時，能夠抑制汽車后挫、點頭和側翻，防止汽車劇烈變化，提高車輛的操縱穩定性。

2.調節彈性元件的剛度

空氣懸架系統通過改變減振器彈性系數的方式，調節減振器的剛度，使汽車能夠按照實際行駛的需要，自由地選擇模式。

3.調節車身的高度

如果汽車車身長時間離地面太高，在行駛過程中會感覺非常顛簸，好像沒有安裝減振器一樣；如果車身離地面太低，行駛中汽車底盤下部容易碰撞凸起的地面，會使汽車無法行駛。電控空氣懸架系統的主要功能是在各種工況下，使車身的高度始終保持在合理范圍之內。電控空氣懸架系統通過控制空氣壓縮機、高度控制閥和排氣閥動作，使空氣彈簧自動壓縮或伸長，從而降低或升高底盤的離地間隙，使車身保持在合適的高度上。當汽車高速行駛時，讓車身高度降低，以減小空氣阻力，提高操縱的穩定性；當汽車在壞路上行駛時，讓車身高度增加，以提高汽車的通過性；當關閉點火開關時，因乘客和行李減少，又讓車身高度降低，以保持良好的駐車狀態。

三、工作模式的設置

有的新車存在急轉彎時車身發抖的現象，更換相同型號的減振器后無效，產生原因可能是電控懸架系統的“軟”、“硬”工作模式調整和選擇不當。性能良好的空氣懸架系統的標準是：汽車制動不點頭、加速不后仰、轉彎不外甩、乘坐不暈車、壞路升高走、好路降低跑、普通路舒適、高速路安全。如果不符合這些要求，就要對系統進行設置或者修理。以下以奧迪轎車裝備的空氣懸架系統為例予以說明。

1.操作按鍵介紹

首先按下多媒體人機交互系統(MMI)控制面板上的CAR鍵(圖4)，調出MMI顯示屏上的可調式空氣懸架系統菜單，然后轉動操縱鈕，并且按下相應的按鈕，就可以設置所需要的懸架模式。在顯示屏上，當前模式用白色高亮顯示，調整方向用白色的上箭頭或下箭頭表示，因故障或系統限制不允許選擇的模式用灰色顯示。

2.空氣懸架的工作模式

空氣懸架幾種工作模式的選擇如圖5所示。

(1)自動模式

在自動模式下(正常車身高度)，減振器的特性將調整到本車的最佳狀態。當車速高于120km/h(在高速公路上)時，汽車的車身高度在30s內自動降低15mm；當車速低于70km/h兩分鐘后，車身高度自動升高，或者在車速低于35km/h時立即降低。

(2)舒適模式

在舒適模式下(正常車身高度)，減振器的特性將調整到舒適狀態，不執行高速公路降低車身高度功能。

(3)動態模式

在動態模式(車身高度比正常高度低15mm)下，減振器自動調整為運動型配置，沒有高速公路降低車身高度的功能。

(4)野地模式

野地模式又稱為“越野模式”，當汽車在崎嶇不平的路面上行駛時，可以選擇野地模式。

(5)高位模式

高位模式又稱為“提升模式”,車身高度比正常高度提升15mm。當汽車低速行駛而且需要極高的離地間隙時，可以選擇高位模式。在車速高于100km/h的情況下，系統會自動取消高位模式，返回到先前設置的模式；當車速不足80km/h時，可以用手動方式設置高位模式；當牽引掛車以50km/h的速度行駛時，自動取消高位模式，返回到先前設置的模式。

3.空氣彈簧的放氣與充氣

空氣彈簧的放氣與充氣必須在汽車靜止的狀態下進行，而且故障存儲器中不得有故障信息。具體操作方法如下：連接專用診斷儀，進入空氣懸架系統，選擇04功能——“基本設置”，然后進入到下列顯示組——顯示組20：儲壓器放氣；顯示組21：前橋空氣彈簧放氣；顯示組22：后橋空氣彈簧放氣；顯示組23：儲壓器充氣(最大壓力16bar,1 bar=105Pa)；顯示組24：前橋空氣彈簧充氣；顯示組25：后橋空氣彈簧充氣。

注意事項：①操作空氣彈簧放氣會導致車身降低，需要防范人身傷害。②建議在熄火前降低車身高度。一般來說，發動機熄火后ECAS停止工作，系統本身不會造成車身歪斜的現象。但是如果ECAS管路漏氣，例如ECAS電磁閥到各氣室間的管路密封性變差，就可能在發動機熄火一段時間后出現車身歪斜的現象。

4.空氣懸架系統指示燈顯示解讀

奧迪轎車在儀表盤上安裝了空氣懸架系統指示燈，該指示燈顯示的含義如下。

(1)黃色指示燈點亮：說明系統存在故障，此時應當連接診斷儀，讀取故障信息。

(2)黃色指示燈閃爍：說明汽車的車身高度過高或者過低。

(3)綠色低位指示燈點亮：說明汽車的車身低于正常的高度。

(4)綠色低位指示燈閃爍而且黃色指示燈點亮：說明汽車的車身高度極低。

注意：如果車身高度過低，并且不得不在電控空氣懸架系統有故障的情況下牽引，必須使用懸架彈簧擋塊。

四、更換氣壓減振器后的匹配方法

奧迪轎車在拆卸和安裝空氣懸架控制單元J197、更換氣壓減振器(圖6)以及排除某些有關空氣懸架系統的疑難故障時，需要對電控空氣懸架系統重新編碼，然后匹配車身高度的默認位置。

一輛2007款奧迪A6L轎車，搭載3.2L AUK發動機，出現車身高度不能調節的故障。連接專用診斷儀，進入電控懸架系統，讀到故障碼“01437”，含義是沒有基本設定或者設定不正確。觀察多媒體交互系統(MMI)的懸架調節圖，顯示為灰色。儀表盤上的懸架指示燈閃爍，懸架調節不起作用，說明系統進入了失效保護狀態。給每個氣壓減振器充氣，然后使用氣壓表檢測，發現左前減振器有泄漏，其他3個減振器正常。檢查蓄壓器及其管路，正常。更換新的氣壓減振器，故障碼仍然無法消除，于是執行如下氣壓減振器的匹配程序。

首先測量車身高度的幾個數據(圖7)。①高度X：指車輪中心至擋泥板中部下邊緣的距離，單位為mm；②尺寸a：指輪輞的直徑；③尺寸b：指輪輞上邊緣至擋泥板中部下邊緣之間的距離。

然后根據公式X＝a/2＋b，計算前后左右車身的高度。再執行如下步驟：①連接專用診斷儀，進入空氣懸架系統；②在引導性功能里，執行懸架控制單元J197的默認位置匹配(無論最后的執行結果如何，這一步都應執行)；③進入自診斷15，輸入授權訪問碼31564，登錄；④選擇通道號12，分別進入組號1、2、3、4，并輸入左前、右前、左后、右后車輪中心至對應擋泥板中部下邊緣的垂直距離；⑤選擇組號5，輸入數字1，保存上述數據。這樣，懸架控制單元就記憶了當前四個車輪的高度參數。

注意：奧迪A6L轎車前橋的高度測量數據一般為384mm，后橋的高度測量數據為388mm(各車型可能有區別)。

完成上述操作后，懸架調節功能恢復正常，MMI的懸架調節圖的顯示由灰色變成了亮白色，故障被排除。

五、兩種特殊模式的設置

1.舉升模式的啟用與禁止

空氣懸架的舉升模式適用于轎車裝上火車、輪船、貨車、飛機等運輸工具時，所以又稱為“裝載模式”。具體設置方法是：連接VAG5051等診斷儀，進入控制單元J197，在自診斷中選擇引導性故障查詢，輸入空氣懸架系統的地址碼34，選擇功能16，進入啟用授權，再用鍵盤輸入不同的代碼，就可啟用或者解除舉升模式。設置舉升模式后，禁止調節轎車的車身高度。

2.“千斤頂模式”的設置

利用升降臺或者千斤頂維修裝備有空氣懸架系統的奧迪轎車，如果不熟悉該系統的工作特性，有可能發生空氣懸架系統異常動作甚至損壞的現象。為此，需要通過MMI顯示屏進行“千斤頂模式”(即維修模式)的設置，以奧迪A8轎車為例,該模式的設置步驟如下：

(1)接通點火開關，按住MMI的功能按鈕CAR。

(2)在保持一定時間后，MMI顯示屏出現主菜單“ADAPTIVE AIR SUSPENSION”(自適應空氣懸架)。

(3)按壓功能按鈕SETUP，出現功能菜單“ADAPTIVE AIR SUSPENSION”。

(4)通過旋轉或按壓操作按鈕，將菜單調整到所需要的操作模式——CAR JACK MODE(汽車千斤頂模式)，并且選擇“ON”選項，設置結束。

此時就可以利用千斤頂對奧迪轎車進行操作了。

設置奧迪轎車空氣懸架系統千斤頂模式時，需要注意以下幾個問題：

(1)如果MMI有故障，可以連接診斷儀，然后在引導性故障查詢中啟用和禁用千斤頂模式。

(2)如果在MMI上啟用了千斤頂模式，那么只能在MMI中禁用它。

(3)如果通過診斷儀的自診斷功能禁用了千斤頂模式，則可以在MMI上啟用。

六、幾種車型空氣懸架系統的檢修

1.保時捷Cayenne E2轎車

該車型空氣懸架系統手動設置車身高度及關閉系統的方法如下。

(1)前置條件：發動機已經啟動，車門已經關閉。

(2)設置方法：按壓中控臺上的蹺板開關。如果想讓車身升高，可以向前輕按蹺板開關，車身高度會升高一個級別；如果想讓車身降低，則向后輕按蹺板開關，車身高度會降低一個級別。

關閉車身高度自動控制的方法是：接通點火開關，向前按壓蹺板開關10～15s，然后松開蹺板開關，直到儀表盤多功能顯示屏上顯示“車輛水平控制功能關閉”。

(3)狀態顯示：操作者所選擇的車身高度由蹺板開關旁邊的LED燈顯示。在切換過程中，該LED燈閃爍，隨后持續點亮。但是，自動切換的位置不會在儀表盤多功能顯示屏上顯示。

(4)千斤頂模式：如果需要使用千斤頂升舉汽車，必須手動設置標準車身高度，然后關閉車身高度自動控制功能。

2.奔馳W220 S系列轎車

奔馳轎車采用自適應阻尼控制懸架系統(ADS)，該系統能夠依據路況、荷重、車輛加速度以及駕駛人的操控來自自動調節減振器的剛性(即軟硬程度)。駕駛人可以通過開關設置懸架的工作模式，例如“舒適”(COMFORT)或者“運動”(SPORT)。當選擇“運動”模式時，儀表盤上的紅色指示燈點亮。該車通過兩個電磁閥的不同“ON”/“OFF”組合，使減振器的阻尼力可以在4個等級之間變換，即“硬”(FIRM)、“正常”(NORMAL)、“軟”(SOFT)和“舒適”(COMFORT)。

奔馳W220 S系列轎車車身高度的調節也可以通過駕駛室內的車身控制按鍵進行設置。按一下該按鍵，車身自動升高25mm。若再按一下，車身高度恢復到正常狀態。

3.福特轎車

當點火開關處在RUN(運轉)位置時，電控空氣懸架系統都處于工作狀態。在點火開關轉至“OFF”位置后，懸架ECU仍然保持通電狀態1h，通電1h的目的是讓懸架ECU在乘員下車和取出行李后進行車身調平校正。因此在點火開關轉至“OFF”位置1h內，禁止對電控空氣懸架系統進行維修操作。

在檢修空氣懸架系統的任何部件之前，在用舉升機舉起汽車、用千斤頂頂起汽車、跨接啟動發動機以及牽引裝有空氣懸架系統的汽車之前，必須切斷空氣懸架系統的電源，其方法是：關閉空氣懸架開關或拆下蓄電池的接地線。如果不切斷空氣懸架系統的電源，在維修過程中可能導致空氣彈簧的意外充氣或放氣，從而引起車身移動。

為了預防空氣彈簧或電控懸架系統發生突發性故障，必須遵守下列規定：在任何情況下，只要空氣彈簧內有壓力，千萬不要拆卸空氣彈簧；空氣彈簧安裝到汽車之前應進行折疊操作，不要試圖安裝沒有折疊的空氣彈簧或者給沒有折疊的空氣彈簧充氣；在給空氣彈簧充氣前，不要給懸架系統施加任何負荷。

福特轎車空氣彈簧懸架系統中有一個車門傳感器(又稱門控燈開關、車門開關)，懸架ECU利用車門傳感器輸入的信號來實現兩個功能：一是在任何一個車門打開時，空氣彈簧立即停止排氣；二是如果需要的話，進行車身調平校正。

(作者蔡亞林單位：西安咸陽國際機場)