主動懸掛系統工作原理

主動懸架是根據汽車的運動狀態和路面狀態，適時地調節懸架的剛度和阻尼，使其處於最佳減振狀態。它是在被動懸架（彈性元件、減振器、導向裝置）中附加一個可控作用力的裝置。通常由執行機構、測量系統、反饋控制系統和能源系統4部分組成。執行機構的作用是執行控制系統的指令，一般為發生器或轉矩發生器（液壓缸、氣缸、伺服電動機、電磁鐵等）。測量系統的作用是測量系統各種狀態，為控制系統提供依據，包括各種傳感器。控制系統的作用是處理數據和發出各種控制指令，其核心部件是電子計算機。能源系統的作用是為以上各部分提供能量。

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。

主動懸掛系統是近十幾年發展起來的、由電腦控制的一種新型懸掛系統，它匯集力學和電子學的技術知識，是一種比較複雜的高技術裝置，例如裝置主動懸掛系統的法國雪鐵龍桑蒂雅，該車懸掛系統系統的中樞是一個微電腦，懸掛系統上的5種傳感器分別向微電腦傳送車速、前輪制動壓力、踏動油門踏板的速度、車身垂直方向的振幅及頻率、轉向盤角度及轉向速度等數據，電腦不斷接收這些數據並與預先設定的臨界值進行比較，選擇相應的懸掛系統狀態，同時，微電腦獨立控制每一隻車輪上的執行元件，通過控制減振器內油壓的變化產生抽動，從而能在任何時候、任何車輪上產生符合要求的懸掛系統運動，因此，桑蒂雅轎車備有多種駕駛模式選擇，駕車者只要扳動位於副儀錶板上的「正常」或「運動」按鈕，轎車就會自動設置在最佳的懸掛系統狀態，以求最好的舒適性能，主動懸掛系統具有控制車身運動的功能，當汽車制動或拐彎時的慣性引起彈簧變形時，主動懸掛系統會產生一個與慣力相對抗的力，減少車身位置的變化，例如德國 benz 2000款cl型跑車，當車輛拐彎時懸掛系統傳感器會立即檢測出車身的傾斜和橫向加速度，電腦根據傳感器的信息，與預先設定的臨界值進行比較計算，立即確定在什麼位置上將多大的負載加到懸掛系統上，使車身的傾斜減到最小。

（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、乾燥器、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，壓縮空氣經乾燥器乾燥後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杆，使減振器的阻尼力也得以改變。

豐田索阿拉轎車採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）抗後坐：通過傳感器檢測油門踏板移動速度和位移。當車速低於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後坐。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：由裝於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」：在車速高於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：當車速大於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（剛度和阻尼處於低、軟值），系統也將剛度和阻尼力調至中間值。

（5）前、後關聯控制：車速在30-8O km/h範圍內時，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），則在後輪越過該凸起之前，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範圍內，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，以抑制車體的前後顛簸、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。

車速高於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，剛度和阻尼力處於低（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

由左右前輪和左後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：當車速高於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，並提高汽車的通過性能。

連續壞路且車速大於4Okm/h小於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。

車速小於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，車速高於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。當汽車處於駐車狀態時，為了使車身外觀平衡，保持良好的駐車姿勢，在點火開關斷開後，ECU即發出指令，使車身高度處於常規模式的低狀態。

（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於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於轉向柱上，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於制動管路中，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。

車速傳感器安裝於車輪上，送出與轉速成正比的脈衝，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於車身與車橋之間，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，同時還用於車高自動調節。

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，系統處於「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，原來用於推動液壓閥8的壓力油通過閥7的左邊油道洩放，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，使系統處於「硬」狀態。

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