主動懸掛

www.sail-shipping.com 來源：互聯網作者：xuw1974 類別：汽車保養維修時間：2006-08-20

主動懸掛

一、概 述

（一）汽車懸掛系統的作用及組成

懸掛是車身與車輪之間的一切傳力連接裝置的總稱。它的作用是把路面作用于車輪上的垂直反力（支承力）、縱向反力（牽引力和制動力）和側向反力以及這些反力所造成的力矩都傳遞到車身上，以保證汽車的正常行駛。

汽車懸掛盡管有各種不同的結構形式，但一般都是由彈性元件、減振器和導向機構三部分組成（圖 1）。由于汽車行駛的路面不可能絕對平坦，路面作用于車輪上的垂直反力往往是沖擊性的，特別是在壞路面上高速行駛時，這種沖擊力將達到很大的數值。沖擊力傳到車身時，可能引起汽車機件的早期損壞；傳給乘員和貨物時，將使乘員感到極不舒適，貨物也可能受到損傷。為了緩和沖擊，在汽車行駛系中，除了采用彈性的充氣輪胎之外，在懸掛中還必須裝有彈性元件，使車身與車輪之間作彈性聯系。但彈性系統在受到沖擊后，將產生振動。持續的振動易使乘員感到不舒適和疲勞。故懸掛系統還應具有減振作用，以使振動迅速衰減，振幅迅速減小。為此，在許多形式的懸掛系統中都設有專門的減振器。

車輪相對于車身跳動時，車輪（特別是轉向輪）的運動軌跡應符合一定的要求，否則就會影響汽車的操縱穩定性，因此，懸掛系統中還應具有導向機構（如圖 1中的橫、縱向推力桿），以使車輪按一定的軌跡相對于車身跳動。

由此可見，上述這三個組成部分分別起緩沖、減振和導向的作用，然而三者共同的任務則是傳力。在多數的轎車和客車上，為防止車身在轉向等情況下發生過大的橫向傾斜，在懸掛系統中還設有輔助彈性元件--橫向穩定器。

應當指出，懸掛系統只要求具備上述各個功能，在結構上并非一定要設置上述這些單獨的裝置不可。例如常見的鋼板彈簧，除了作為彈性元件起緩沖作用外，當它在汽車上縱向安置，并且一端與車架作固定鉸鏈連接時，就可擔負起決定車輪運動軌跡的任務，因而就沒有必要再設置其它導向機構。此外，一般鋼板彈簧是多片疊成的，它本身即具有一定的減振能力，因而對減振要求不高時，在采用鋼板彈簧作為彈性元件的懸掛系統中，就可以不裝減振器（例如，一般中型貨車的后懸掛和重型貨車懸掛中都不裝減振器）。

（二）對汽車懸掛系統的要求

汽車懸掛系統對汽車的行駛平順性和操縱穩定性都有較大的影響。所謂行駛平順性是指汽車在行駛過程中，保持駕駛員和乘員處于振動環境中具有一定的舒適度，或保持所載物資完好的能力。汽車的操縱穩定性則包括兩方面的含義：一是汽車是否具有正確遵守駕駛員操縱轉向機構所給規定方向行駛的能力，即所謂的操縱性；二是汽車在外界條件（如地面不平、坡道、大風等）干擾下，能否保持原方向行駛的能力，即所謂的穩定性。在懸掛系統設計時應盡可能做到既能使行駛平順性（即乘坐舒適性）達到令人滿意的程度，又能使其操縱穩定性（即行駛安全性）也達到最佳的狀態。然而，這兩個要求在懸掛系統的設計中往往是矛盾的。

平順性和操縱穩定性對汽車懸掛系統這一互為矛盾的要求，在傳統的被動懸掛系統設計中幾乎無法同時滿足。即使經過慎重的權衡，通過最優控制理論使懸掛系統在平順性和操縱穩定性之間尋求一個折衷的方案，而這種最優的折衷也只能是在特定的道路狀態和速度下達到。

為了克服傳統的被動懸掛系統對其性能改善的限制，在現代汽車中采用和發展了新型的電子控制懸掛系統。電子控制懸掛系統可以根據不同的路面條件，不同的載重質量，不同的行駛速度等，來控制懸掛系統的剛度、調節減振器的阻尼力大小，甚至可以調整車身高度，從而使車輛的平順性和操縱穩定性在各種行駛條件下達到最佳的組合。

（三）汽車懸掛的分類及性能

懸掛的結構形式很多，分類方法也不盡相同。若按導向機構的形式來分可分為獨立懸掛和非獨立懸掛兩大類。如果從控制力的角度來分，則可把懸掛分為被動懸掛、半主動懸掛和主動懸掛三大類。

1、被動懸掛

一般的汽車絕大多數裝有由彈簧和減振器組成的機械式懸掛。由于這種常規懸掛系統內無能源供給裝置，懸掛的彈性和阻尼參數不會隨外部狀態而變化，因而稱這種懸掛為被動懸掛。這種懸掛雖然往往采用參數優化的設計方法，以求盡量兼顧各種性能要求，但在實際上由于最終設計的懸掛參數是不可調節的，所以在使用中很難滿足高的行駛要求。

2.半主動懸掛

半主動懸掛可視為由可變特性的彈簧和減振器組成的懸掛系統，雖然它不能隨外界的輸入進行最優控制和調節，但它可按存貯在計算機內部的各種條件下彈簧和減振器的優化參數指令來調節彈簧的剛度和減振器的阻尼狀態。半主動懸掛又稱無源主動懸掛，因為它沒有一個動力源為懸掛系統提供連續的能量輸入，所以在半主動懸掛系統中改變彈簧剛度要比改變阻尼狀態困難得多，因此在半主動懸掛系統中以可變阻尼懸掛系統最為常見。半主動懸掛系統的最大優點是工作時幾乎不消耗動力，因此越來越受到人們的重視。

3.主動懸掛

主動懸掛是一種具有作功能力的懸掛，通常包括產生力和扭矩的主動作用器（油缸、汽缸、伺服電機、電磁鐵等）、測量元件（如加速度、位移和力傳感器等）和反饋控制器等。因此，主動懸掛需要一個動力源（液壓泵或空氣壓縮機等）為懸掛系統提供連續的動力輸入。當汽車載荷、行駛速度、路面狀況等行駛條件發生變化時，主動懸掛系統能自動調整懸掛剛度（包括整體調整和各輪單獨調整），從而同時滿足汽車的行駛平順性，操縱穩定性等各方面的要求，其優點可歸納為如下幾個方面：

（1）懸掛剛度可以設計得很小，使車身具有較低的自然振動頻率，以保證正常行駛時的乘坐舒適性。汽車轉向等情況下的車身側傾，制動、加速等情況下的縱向擺動等問題，由主動懸掛系統通過調整有關車輪懸掛的剛度予以解決。而對于傳統的被動懸掛系統，為同時兼顧到側傾、縱擺等問題，不得不把懸掛剛度設計得較大，因而正常行駛時汽車的乘坐舒適性受到損失。

（2）采用主動懸掛系統，因不必兼顧正常行駛時汽車的乘坐舒適性，可將汽車懸掛抗側傾、抗縱擺的剛度設計得較大，因而提高了汽車的操縱穩定性，即汽車的行駛安全性得以提高。

（3）先進的主動懸掛系統，還能保證在車輪行駛中碰抵磚石之類的障礙物時，懸掛系統在瞬時將車輪提起，避開障礙行進，因而汽車的通過性也得以提高。

（4）汽車載荷發生變化時，主動懸掛系統能自動維持車身高度不變。在各輪懸掛單獨控制的情況下，還能保證汽車在凸凹不平的道路上行駛時，車身穩定。

（5）普通懸掛在汽車制動時，車頭向下俯沖。而裝有某些主動懸掛系統的汽車（如沃爾沃740型小轎車）卻不存在這種情況。制動時，該車尾部下傾，因而可以充分利用后輪與地面間的附著條件，加速制動過程，縮短制動距離。

（6）裝有某些主動懸掛系統的汽車在轉向時，車身不但不向外傾斜，反而向內傾斜，從而有利于轉向時的操縱穩定性。

（7）主動懸掛可使車輪與地面保持良好接觸，即車輪跳離地面的傾向減小，保持與地面垂直，因而可提高車輪與地面間的附著力，使車輪與地面間相對滑動的傾向減小，汽車抗側滑的能力得以提高。輪胎的磨損也得以減輕，轉向時車速可以提高。

（8）在所有載荷工況下，由于車身高度不變，保證了車輪可全行程跳動。而傳統的被動懸掛系統中，當汽車載荷增大時，由于車身高度的下降，車輪跳動行程減少，為不發生運動干涉，不得不把重載時的懸掛剛度設計得偏高，因而輕載時的平順性受到損失。而主動懸掛系統則無此問題。

（9）由于車身高度不變，側傾剛度、縱擺剛度的提高，消除或減少了轉向傳動機構運動干涉而發生的制動跑偏、轉向特性改變等問題，因而可簡化轉向傳動機構的設計。

（10）因車身平穩，不必裝大燈水平自調裝置。

主動懸掛系統的主要缺陷是成本較高，液壓裝置噪音較大，功率消耗較大。

（四）電子控制懸掛系統

主動懸掛和半主動懸掛系統按其控制方式又可分為機械控制懸掛系統和電子控制懸掛系統。

圖 2為最早在英國倫敦的公共汽車上首先采用的一種主動懸掛系統，這是一種純機械式控制系統。系統中有四個油氣彈簧和高度控制閥，油泵和貯壓器可使供油管路中維持穩定的高壓，四個高度控制閥則分別控制四個油氣彈簧中的油壓，從而控制了四個油氣彈簧的剛度。汽車載荷增大時，高度控制閥動作，油氣彈簧中油壓上升，反之則油壓下降，直至車身高度達到設定值為止。汽車轉向時，外側兩個高度控制閥增大兩個外側油氣彈簧的油壓，內側兩個油氣彈簧油壓則下降，從而維持車身水平，即提高了車身抗側傾能力。制動（或加速）時，則前面兩個（或后面兩個）高度控制閥使前面兩個（或后面兩個）油氣彈簧中的油壓上升，另外兩個油氣彈簧中的油壓下降，維持車身水平，即提高了車身的抗縱擺能力。

為了保證車輪正常跳動時防止高度控制閥誤動作，在高度控制閥與車輪擺臂的連接傳感元件中裝有緩沖減振裝置（圖中未畫出）。該緩沖減振裝置的振動特性必須與車輪懸掛的振動特性良好匹配才能保證系統正常工作。這一點完全靠機械振動系統的合理設計來保證。

圖 3為法國某些雪鐵龍汽車上采用的主動懸掛系統（由英國開發）。也是一種純機械控制系統，其主要特點是：前橋采用了兩個高度控制閥，兩個油氣彈簧；后橋采用了一個高度控制閥，一個油氣彈簧。兩個前油氣彈簧的液壓缸分別于對角線處的兩個對應的后液力滑柱的下腔相通，兩個后液力滑柱的上腔均與后油氣彈簧的液壓腔相通。主液壓管路中的液壓由油泵和貯壓器維持。

機械控制懸掛系統的特點是結構簡單，成本低，但是機械控制懸掛系統存在著控制功能少，控制精度低，不能適應多種使用工況等問題。所以，近年來隨著電子技術的飛速發展，隨著車用微機、各種傳感器、執行元件的可靠性和壽命的大幅度提高，電子控制技術被有效地應用于懸掛系統控制中。

二、主動懸掛系統工作原理

主動懸掛系統能夠根據車身高度、車速、轉向角度及速率、制動等信號，由電子控制單元（ECU）控制懸掛執行機構，使懸掛系統的剛度、減振器的阻尼力及車身高度等參數得以改變，從而使汽車具有良好的乘坐舒適性和操縱穩定性。

（一）主動式空氣懸掛系統工作原理

圖 4所示為豐田索阿拉高級轎車電子控制主動式空氣懸掛系統的構成圖。它主要由空氣壓縮機、干燥器、空氣電磁閥、車身高度傳感器、帶有減振器的空氣彈簧、懸掛控制執行器、懸掛控制選擇開關及電子控制單元等組成。空氣壓縮機由直流電機驅動，形成壓縮空氣，壓縮空氣經干燥器干燥后由空氣管道經空氣電磁閥送至空氣彈簧的主氣室。當車身需要升高時，電子控制單元控制空氣電磁閥使壓縮空氣進入空氣彈簧的主氣室（見圖 5（b）），使空氣彈簧伸長，車身升高；當車身需要降低時，電子控制單元控制電磁閥使空氣彈簧主氣室中壓縮空氣排到大氣中去（見圖 5（a）），空氣彈簧壓縮，車身降低。在空氣彈簧的主、輔氣室之間有一連通闊，空氣彈簧的上部裝有懸掛控制執行器（圖中未畫出）。電子控制單元根據各傳感器輸出信號，控制懸掛執行器，一方面使空氣彈簧主、輔氣室之間的連通閥發生改變，使主、輔氣室之間的氣體流量發生變化，因此而改變懸掛的彈簧剛度；另一方面，執行器驅動減振器的阻尼力調節桿，使減振器的阻尼力也得以改變。

豐田索阿拉轎車采用的主動式空氣懸掛系統中，車高、彈簧剛度和減振器阻尼力可同時得到控制，且各自可以取三種數值，其所取數值由電子控制單元根據當時的運行條件和駕駛員選定的控制方式決定。駕駛員可以任意選擇四種自動控制模式，即控制車身高度的“常規值自動控制”和“高值自動控制”，以及控制彈簧剛度和減振器阻尼力的“常規值自動控制”和“高速行駛時自動控制”，具體控制內容如下：

1.利用彈簧剛度/減振器阻尼力進行控制

（1）抗后坐：通過傳感器檢測油門踏板移動速度和位移。當車速低于20km/h且加速度大時（急起步加速），ECU通過執行器將彈簧剛度和減振器阻尼力調到高值，從而抵抗汽車起步時車身后坐。如果此時駕駛員選擇了“常規值自動控制”狀態，則彈簧剛度和減振器阻尼力由軟調至硬；如果此時駕駛員選擇了“高速行駛自動控制”狀態，則剛度和阻尼力由中調至硬。

（2）抗側傾：由裝于轉向軸的光電式轉向傳感器檢測轉向盤的操作狀況。在急轉彎時，ECU通過執行器使彈簧剛度和減振器阻尼力轉換到高（硬）值，以抵抗車身側傾。

（3）抗“點頭”：在車速高于60 km/h時緊急制動，ECU通過執行器使彈簧剛度和減振器阻尼力調到高（硬）值，而不管駕駛員選擇了何種控制狀態，以抵抗車身前部的下俯。

（4）高速感應：當車速大于110km/h時，系統將使彈簧剛度和減振器阻尼力調至中間值，從而提高高速行駛時操縱穩定性。既使駕駛員選擇了“常規值自動控制”狀態（剛度和阻尼處于低、軟值），系統也將剛度和阻尼力調至中間值。

（5）前、后關聯控制：車速在30-8O km/h范圍內時，若前輪車高傳感器檢測出路面有小凸起（例如前輪通過混凝土路面接縫等），則在后輪越過該凸起之前，系統將使彈簧剛度和減振器阻尼力調至低（軟）值，從而提高汽車乘坐舒適性。此時既使駕駛員選擇了高速行駛狀態（剛度和阻尼力為中間值），系統仍將剛度和阻尼力調至低（軟）值。為了不影響高速時的操縱穩定性，這種動作在車速為80km/h以下才發生。

（6）壞路、俯仰、振動感應：車速在40-100km/h范圍內，當前輪車高傳感器檢測出路面有較大凸起時（例如汽車通過損壞的鋪砌路面等），系統將彈簧剛度和減振器阻尼力調至中間值，以抑制車體的前后顛簸、振動等大動作，從而提高汽車的乘坐舒適性和通過性.而不管駕駛員選擇了何種控制狀態。

車速高于100km/h時，系統將使剛度和阻尼力調至高（硬）值。

（7）良好路面正常行駛：彈簧剛度和減振器阻尼力由駕駛員選擇，“常規值自動控制”狀態，剛度和阻尼力處于低（軟）值；“高速行駛時自動控制”狀態，則剛度和阻尼力為中間值。

2.車身高度控制

由左右前輪和左后輪三個車身高度傳感器發出車高信號，ECU發出指令來進行車身高度調整。

（l）高速感應：當車速高于9Okm/h時，將車身高度降低一級，以減小風阻，提高行駛穩定性。如果駕駛員選擇了“常規值自動控制”狀態，則車身高度值由中間值（標準值）調至低值；如果駕駛員選擇了“高值自動控制”狀態，則車高由高值調至中間值（標準值）。在車速為60km/h時，車高恢復原狀。

（2）連續壞路面感應：汽車在壞路面上連續行駛，車高信號持續2.5s以上有較大變動，且超過規定值時，將車高升高一級，使來自路面的突然抬起感減弱，并提高汽車的通過性能。

連續壞路且車速大于4Okm/h小于90km/h時，不論駕駛員選擇了何種控制狀態，都將車高調至高值，以減小路面不平感，確保足夠的離地間隙，提高乘坐舒適性。

車速小于4Okm/h時，車高則完全由駕駛員選擇，選擇“常規值自動控制”時，車高為中間值（標準值）；選擇“高值自動控制”時，車高為高值。

在連續壞路面上，車速高于9Okm/h時，不管駕駛員選擇了何種控制狀態，車高都將調至中間值，這樣做是為了避免車身過高對高速行駛穩定性產生不利影響。

另外，還具有駐車時車高控制功能。當汽車處于駐車狀態時，為了使車身外觀平衡，保持良好的駐車姿勢，在點火開關斷開后，ECU即發出指令，使車身高度處于常規模式的低狀態。

（二）主動式油氣彈簧懸掛系統工作原理

油氣彈簧以氣體（一般是惰性氣體--氮）作為彈性介質，而用油液作為傳力介質。它一般是由氣體彈簧和相當于液力減振器的液壓缸組成。通過油液壓縮氣室中的空氣實現剛度特性，而通過電磁閥控制油液管路中的小孔節流實現變阻尼特性。圖 6所示為雪鐵龍XM轎車的主動式油氣彈簧懸掛布置圖，從圖中可以看到，它有五個基本行車狀態的傳感器。

其中，轉向盤轉角傳感器安裝于轉向柱上，通過轉向盤轉角信號間接地把汽車轉向程度（快慢、大小）的信息送給微機。

加速度傳感器實際上是與油門踏板連接的油門動作傳感器，間接地將加速動作信號送給微機。制動壓力傳感器安裝于制動管路中，當制動時，它向微機發送一個階躍信號，表示制動，使微機產生抑制“點頭”的信號輸出。

車速傳感器安裝于車輪上，送出與轉速成正比的脈沖，微機利用它和轉向盤轉角信號，可以計算出車身的側傾程度。

車身位移傳感器安裝于車身與車橋之間，用來測量車身與車橋的相對高度，其變化頻率和幅度可反映車身的平順性信息，同時還用于車高自動調節。

該系統的工作原理如圖 7 所示。在圖 7中，電磁閥7在微機指令下向右移動，從而接通壓力油道，使輔助液壓閥8的閥芯向左移動，中間的油氣室9與主油氣室連通，使總的氣室容積增加，氣壓減小，從而剛度變小，所以9又稱為剛度調節器。a、b節流孔是阻尼器，在上圖圖示位置，系統處于“軟”狀態。

下圖中，電磁閥7中無電流通過，在彈簧作用下，閥芯左移，關閉壓力油道，原來用于推動液壓閥8的壓力油通過閥7的左邊油道泄放，閥8閥芯右移，關閉剛度調節器9，氣室總容積減小，剛度增大，使系統處于“硬”狀態。

在正常行車狀態時，系統處于“軟”狀態，以提高乘坐的舒適性，當高速、轉向、起步和制動時，系統處于“硬”狀態，以提高車輛的操縱穩定性。

（三）帶路況預測傳感器的主動懸掛系統

圖 8所示為帶有路面狀況預測傳感器的主動懸掛示意圖。該系統中包括一個懸掛彈簧16和一個單向液壓執行器14，控制閥6通過油管8與單向液壓執行器的油壓腔相通。油管上還接有一個支管8a，該支管與一個儲壓器11相連，儲壓器內充有氣體，這些可壓縮的氣體可以產生一種類似彈簧的效果。另外，支管的中間還設有一個主節流孔12，以限制儲壓器和油壓腔之間的油流，從而形成減振作用。在油管和儲壓器之間還設有一個旁通管路8b，該旁路上帶有一個選擇閥10和一個副節流孔9，副節流孔的直徑大于主節流孔的直徑。當選擇閥打開時，油流通過選擇閥的副節流孔，在儲壓器和油壓腔之間流動，從而減小振動阻尼。采用這樣的裝置可以使懸掛系統在選擇閥的作用下，具有兩種不同的阻尼參數。

控制閥的開度可以隨控制電流的大小而改變，以控制進入油管的油量，進而控制施加到液壓執行器的油壓，隨著輸入控制閥的電流的增加，液壓執行器的承載能力也增加。

在該懸掛系統中，輸入到控制單元ECU的信號有：各輪上設置的檢測車身縱向加速度的傳感器輸出信號，路面狀況預測傳感器測出的車輛前方是否有凸起物及其大小的檢測信號，在各車輪處檢測車身高度的傳感器輸出信號及車速傳感器輸出的車速信號等。控制單元根據這些信號，對設置在各車輪上的控制閥和選擇閥進行控制。

圖 9所示為路況預測傳感器的設置情況。這種傳感器通常為超聲波傳感器，頻率為40kHz左右，它安裝在車身的前面，以便對其下方的路面狀況進行檢測。

在車輛正常行駛時，選擇閥關閉，液壓執行器的油壓腔通過主節流孔與儲壓器相通，它可以吸收并降低因路面不平而引起的微小振動。當車輛上的路況預測傳感器發現路面上有將引起振動的凸起物時，控制單元便控制選擇閥打開，并將懸掛系統的阻尼系數減小到一個特定的值上。

圖 10所示為路況預測傳感器的輸出信號，輸出信號的幅值與路面凸起物的大小成正比。如果完全按照傳感器輸出信號進行控制，懸掛系統的阻尼變化就會過于頻繁，因此，在控制系統中設置了一個低閾值V₁。另外，如果在車輛通過一個很大的凸起物時，懸掛系統的阻尼系數若調整得過低，就可能會產生極大的沖擊力，形成懸掛底部與車橋的剛性碰撞，因此，控制系統中還設定了一個高閾值V₂。只有在路況預測信號介于V₁和V₂之間時，控制單元才輸出一個打開選擇閥的控制信號。

控制單元在檢測路況傳感器輸出信號的同時，也不斷地檢測車速。根據車速可以估算出測得的凸起物和實際車輪通過凸起物之間的滯后時間。選擇閥應恰好在車輪通過凸起物時打開，這樣，在車輪通過凸起物時，懸掛的阻尼系數只是作短暫變化，車輪過了凸起物后，選擇閥便再次關閉。

具有路況預測傳感器（聲納系統）的主動懸掛系統可以在汽車到達之前對路面情況進行預測處理，因而大大改善了懸掛的工作性能，裝有這種系統的車輛在不平的路面上行駛時，甚至可以不扶轉向盤。圖 11為日產公司具有聲納系統的懸掛構成圖。

三、電子控制懸掛系統主要部件的結構

（一）懸掛阻尼調節裝置TOP

圖 12所示即為應用了壓電傳感器和壓電執行器的壓電式減振器結構。

壓電式減振器主要由壓電傳感器、壓電執行器和阻尼力變換閥三部分組成。壓電傳感器和壓電執行器所用的壓電元件是一個壓電陶瓷元件，其主要成分是鉛、鋯和鐵。壓電元件都是利用壓電效應的原理進行工作的。如圖 13所示，當在壓電元件上施加外力時，壓電元件將產生電壓，這一現象稱為壓電正效應；而給壓電元件施加電壓，則壓電元件將產生位移，這一現象稱為壓電負效應。壓電傳感器6就是根據壓電正效應進行工作的。當由顛簸路面而引起的沖擊力作用在減振器支撐桿上時，由于壓電正效應的作用，在壓電傳感器上大約2μs的短時間內就可產生電壓信號。圖 14所示為壓電傳感器的構造。圖中壓電元件有5層，每層厚度為0.5mm。

電子控制單元接收到壓電傳感器的電壓信號后，立即對壓電執行器施加電壓。圖 15所示為壓電執行器的結構。由88個壓電元件所組成的壓電執行器根據電子控制單元發出的指令被施加電壓后，由于壓電負效應的作用，在約5ms的時間內產生50μm左右的位移。此位移經活塞和推桿所放大后，使阻尼力變換閥動作。圖12（b）為壓電執行器未動作時的“硬”工況。圖 12（c）為壓電執行器動作后的“軟”工況。壓電式減振器從出現顛簸信號到阻尼力變換閥動作僅需幾毫秒的時間，因此這種減振器阻尼力電子控制系統具有很高的響應能力。

（二）空氣懸掛剛度調節裝置

1.空氣懸掛系統的構造

圖 16所示為空氣懸掛的基本構造，圖示的空氣懸掛主、輔氣室設計為一體，這樣既省空間，又減輕了質量。懸掛的上端與車身相連，下端與車輪相連，隨著車身與車輪的相對運動，主氣室的容積在不斷地變化。主氣室與輔氣室之間通過一個通路有氣體相互流動，改變主、輔氣室之間氣體通路的大小，使主氣室被壓縮的空氣量發生變化，就可改變空氣懸掛的剛度。減振器的活塞通過中心桿和懸掛控制執行器連接，執行器帶動阻尼調節桿轉動可以改變活塞上阻尼孔的大小，從而改變減振器的阻尼系數，其工作原理與基本結構與上述懸掛阻尼調節裝置基本相同。

2.懸掛剛度調節原理懸掛剛度的調節原理如圖 17所示。主、輔氣室之間的氣閥體上有大小兩個通路。懸掛控制執行器帶動氣閥體控制桿轉動，使閥芯轉過一個角度，改變通路的大小，就可以改變主、輔氣室之間的氣體流量，使懸掛剛度發生變化。

懸掛的剛度可以在低、中、高三種狀態下變化。閥芯的開口轉到對準圖示的低位置時，氣體通路的大氣體通路被打開，主氣室的氣體經閥芯的中間孔、閥體的側面孔通道與輔氣室的氣體相通，兩氣室之間的流量大，相當于參與工作的氣體容積增大，懸掛剛度處于低狀態。

閥芯的開口轉到對準圖示的中位置時，氣體通路的小氣體通路被打開，兩氣室之間的氣體流量小，懸掛剛度處于中狀態。

閥芯的開口轉到對準圖示的高位置時，兩氣室之間的氣體通路全部被封住，兩氣室間的氣體不能相互流動，可壓縮的氣體容積減小。懸掛在振動過程中，只有主氣室的氣體單獨承擔緩沖的任務，所以懸掛的剛度處于高狀態。

3.懸掛控制執行器空氣懸掛控制執行器與阻尼控制執行器的主要區別在于，后者只控制減振器的回轉閥進行阻尼調節。而前者除控制減振器的回轉閥進行阻尼調節外，還要驅動主、輔氣室的閥芯進行剛度調節。為了適應頻繁變化的工況，并保證精確的定位，驅動動力采用了直流步進電機。懸掛控制執行器的基本結構如圖 18所示。

步進電機帶動小齒輪驅動扇形齒輪轉動，與扇形齒輪同軸的阻尼調節桿帶動回轉閥轉動，使阻尼孔開閉的數量變化，從而調節減振器的阻尼。

在調節阻尼的同時，齒輪系帶動與氣室閥芯相連接的剛度調節桿轉動，隨著氣室閥芯角度的改變，懸掛的剛度也得以調節。

電磁線圈控制的電磁制動開關松開時，制動桿處于扇形齒輪的滑槽內，扇形齒輪可以轉動；電磁制動開關吸合時，制動桿往回拉，齒輪系處于鎖住狀態，各轉閥均不能轉動，使懸掛的參數保持在相對穩定的狀態下。步進電機的基本工作原理如圖 19所示。步進電機的轉子由永久磁鐵制成。定子有兩對磁極，其上繞有A-B、C-D兩相繞組，當A-B繞組接通正向電流時（電流從A端流入，B端流出），永磁轉子將在定子磁極磁場的作用下，處于圖 19（b）所示的“低狀態”位置。

當A-B繞組不通電，C-D繞組接通電源時，永磁轉子處于圖示“高狀態”的位置。

當A-B繞組接通反向電流（電流從B端流入，A端流出）時，與“低狀態”時相比，左右磁極磁性相反，于是永磁轉子處于圖示的“中狀態”位置。

圖 20所示的為另一種結構形式的空氣懸掛結構。其結構特點是主氣室與輔氣室為分開式結構，中間由連接管相通。主、輔氣室的氣體通路仍由步進電機轉動氣閥體來控制。

步進電機的工作原理與上述相同，其結構如圖 21所示。

圖 22所示為步進電機在三個不同位置時該懸掛剛度的變化情況。

圖 22（a）所示氣閥體的大通氣孔與輔氣室相通，主、輔兩氣室之間的氣體流量增大，懸掛剛度處于低狀態。

圖 22（b）所示氣閥體的小通氣孔與輔氣室相通，主、輔氣室間氣體流通有阻尼存在，所以懸掛剛度處于中狀態。

圖 22（c）所示氣閥體完全關閉，只有主氣室參加工作，所以懸掛剛度處于高狀態。

（三）車身高度控制裝置

車身高度控制裝置是指車身的高度可根據汽車內乘座人員或車輛載重情況自動做出調整，以保持汽車行駛所需要的高度及汽車行駛姿態的穩定。車身高度控制有兩種類型，一種是對汽車全部四個車輪懸掛系統進行高度控制；另一類型是僅對兩個后輪的懸掛系統進行高度控制。

1.系統組成及工作原理

圖 23所示為日本富士汽車空氣懸掛的車身高度控制系統。由圖可以看出，系統主要由空氣壓縮機、排氣閥、干燥器、進氣閥、儲氣罐、調壓閥、電磁閥、高度傳感器、氣室及控制單元等組成。

直流電機帶動空氣壓縮機工作，從壓縮機出來的壓縮空氣進入干燥器，經干燥后進入儲氣罐，儲氣罐的氣體壓力由調壓閥進行調節。

控制單元根據車高傳感器信號的變化和駕駛員給與的控制模式（常規正常模式或高模式）指令，給控制車高的電磁閥發出指令。當車身需要升高時，電磁閥動作，壓縮空氣進入空氣懸掛的主氣室，主氣室的充氣量增加，車身上升。如果電磁閥不動作，則懸掛主氣室的氣量保持不變，車身維持在一定的高度。如果乘客增加而使車身高度降低時，車高傳感器輸出的車離信號將與控制單元存貯的車高信息不符，控制單元就會發出指令，電磁閥通電打開，給懸掛主氣室充氣，直到車高達到規定的高度為止。當車身需要下降時，空氣壓縮機停止工作，電磁閥通電打開，同時排氣閥也通電打開，懸掛主氣室的氣體通過電磁閥、空氣管路、干燥器、排氣閥而排出，車身下降。

干燥器的封閉容器內裝有硅膠，在壓縮空氣經干燥器送至儲氣罐時，硅膠將壓縮空氣中的水分吸出。在排氣閥打開，壓縮空氣經排氣閥從系統中排出時，通過抽氣噴嘴從干燥器內將吸出的潮濕氣霧排出。

圖 24所示為壓縮機總成的結構圖。

圖 25所示為日本豐田公司TEMS（TOYOTAElectronic Modu1ated SUSPEnsion）系統的車身高度控制系統。

圖 25中，空氣電磁閥總成包括了上述進氣閥、排氣閥、調壓閥和干燥器等所具有的作用和功能。圖 25（a）所示為車身高度上升控制過程，圖25（b）所示為車身高度下降控制過程。其工作原理與上述富士汽車的車身高度控制系統相同。

2.車身高度傳感器

車身高度傳感器的作用是把車身高度（汽車懸掛裝置的位移量）轉換成電信號，輸送給控制單元。常見的光電式車身高度傳感器的結構如圖 26所示。在傳感器內部，有一個靠連桿帶動旋轉的軸，在軸上裝有一個開有許多槽的遮光板，遮光板的兩側裝有4組光電耦合元件，如圖 27所示。當連桿帶動軸旋轉時，光電耦合元件（發光管和光電管）之間或者被遮光板遮上，或者兩者元件之間透光，因此光電耦合元件把這種變化轉換成電信號，并輸入到控制單元中。利用這4組光電耦合元件導通與截止的組合，就可以把車身高度的變化分為16個區域進行檢測。圖 28所示為車身高度傳感器的電路。

控制單元根據車身高度傳感器輸入的信號，控制壓縮機及排氣閥，以此增加或減少懸掛主氣室內的空氣量，從而保持車身高度為一定。因為減振器在行車過程中總是振動的，很難判定當時車身所處的區域，所以計算機每隔數十毫秒就檢測一次車身高度傳感輸出的信號，并對一定時間各信號所占區域的百分比作出計算，以此來判斷車身實際所處的區域。

圖 29所示為車身高度傳感器的安裝位置及工作狀態。拉緊螺栓的上端與傳感器的連桿鉸連，下端與后懸掛臂相連。當車身上下振動時，拉緊螺栓帶動連桿使傳感器的軸左右旋轉，光電耦合元件則把旋轉信號轉換成車高信號輸出。

拆下拉緊螺栓，擰松拉緊螺栓的鎖緊螺母，旋轉拉緊螺栓的螺旋接頭可以改變拉緊螺栓的長度，從而調整車身高度的設定值。