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、計算機技術(shù)、機電一體化技術(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)傾姿勢控制；防俯沖控制；防后坐控制；速度感測控制

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（車輛動態(tài)綜合管理）和碰撞預(yù)測安全系統(tǒng)協(xié)同控制以優(yōu)化減振力。空氣懸架系統(tǒng)包括懸架控制ECU、AFS ECU、HV ECU、四個高度控制傳感器、高度控制繼電器、四個懸架控制執(zhí)行器、壓縮機和干燥器總成、前后兩個加速度傳感器、前后兩個高度控制器、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)傾姿勢控制、防俯沖控制、防后坐控制、速度感測控制，二是車輛高度控制其中包括自動調(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、四個高度控制傳感器、高度控制繼電器、四個懸架控制執(zhí)行器、壓縮機和干燥器總成、前后兩個加速度傳感器、前后兩個高度控制器、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)傾姿勢的控制、速度感測控制、半主動控制，車身高度的控制其中包括自動調(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懸架ECU接受車速傳感器的信號、方向盤轉(zhuǎn)角以及角速度的信號、加速度傳感器的信號、橫擺率和減速度傳感器等信號，通過這幾個信號來感知汽車現(xiàn)在處于什么狀態(tài)，當(dāng)駕駛員踩下油門加速行駛的時候，懸架ECU通過加速度傳感器輸出的信號電壓和節(jié)氣門位置傳感器信號得知汽車正處于加速狀態(tài)，此時懸架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，此時左后懸架控制執(zhí)行器內(nèi)的連接桿開始轉(zhuǎn)動，并且直接帶動減震器內(nèi)控制阻尼孔的連桿，使其阻尼孔逐漸關(guān)小，相應(yīng)的阻尼力就會增加使減振力變得更強，懸架控制執(zhí)行器能夠控制九級阻尼力的大小，RAL+與RAL-兩端子導(dǎo)通的時間越長，阻尼力就會變得越大，同樣的右后懸架控制執(zhí)行器也是同樣動作，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)駕駛員踩制動剎車時，懸架ECU接受到剎車開關(guān)的信號，以及車速傳感器信號得知汽車制動時為了防止汽車前部向下俯沖，此時懸架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過程中點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，則兩個減震器的阻尼力將減小。

3、側(cè)傾姿勢的控制功能

當(dāng)駕駛員向右轉(zhuǎn)動方向盤時，汽車右轉(zhuǎn)彎時因為離心力的作用車身外側(cè)將有向上翹的趨勢，此時懸架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際狀態(tài)，同時為了減小車身外側(cè)向上的趨勢，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，車身側(cè)傾平穩(wěn)而舒適。相反，差值較大時，車身無法平穩(wěn)舒適地側(cè)傾。

3、速度感測控制功能

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

4、半主動控制（非線性 H∞控制）

根據(jù)路面顛簸情況，該控制采用三個加速度傳感器檢測彈簧加速率并應(yīng)用非線性 H ∞ 控制計算目標(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 “正常”或 “高”的位置。具體控制過程如下，汽車行駛時如果駕駛員將高度控制開關(guān)按到“高”的位置上時，懸架ECU通過安裝在汽車懸架臂上的四個高度控制傳感器得知汽車的實際高度，當(dāng)汽車的實際高度低于設(shè)定的目標(biāo)高度時，懸架ECU將高度控制繼電器的線圈通電，繼電器觸點閉合，壓縮機電機通電開始工作產(chǎn)生高壓氣體，同時懸架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，使壓縮機產(chǎn)生的高壓氣體與左前氣動缸、右前氣動缸、左后氣動缸、右后氣動缸的通道連通，高壓氣體進(jìn)入四個氣動缸內(nèi)車身高度將升高。當(dāng)汽車承載的重量減少時車身高度將升高，此時四個高度控制傳感器將車身升高的信號提供給懸架ECU，ECU將供給高度控制排氣閥SLEX端子電流，排氣閥打開，四個氣動缸內(nèi)的高壓氣體被排入到大氣中，同時由于高壓氣體在排入大氣的過程中會經(jīng)過干燥器，此時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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