汽车悬架的故障诊断与维修毕业设计论文word格式.docx
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汽车悬架的故障诊断与维修毕业设计论文word格式
江苏农林职业技术学院
毕业设计（论文）
SNL/QR7.5.4-3
汽车悬架的故障诊断与维修
专业汽不技术服务少营销
学生姓名刘誉
班级09汽服
学号0910070121
指导教师高超学
完成H期2012.06.01
www.docin.coin
成绩评议
学号0910070121姓名刘祥
题目汽车悬架的故障诊断与维修
指导教师建议成绩：
评阅教师建议成绩：
答辩小组建议成绩：
院答辩委员会评阅意见及评定成绩：
答辩委员会主任签字（盖章）：
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毕业设计（论文）任务书
名姓
和销级班
设计（论文）主要内容
重点研究问题
架统诊悬系障制架故控悬的子动架ml三右小车车年汽汽汽1.2.3.
主要技术指标
V其它要说明的问题
K2.3.
指导老师意见
0
fj师年
www.docin.coin
指导教师意见
对论文的简短评价：
1.指出论文存在的问题及错谋
2.对创造性工作评价
3.建议成绩
优良中及格不及格
指导教师签字
年月日
评阅教师意见
对论文的简短评价:
1.指出论文存在的问题及错谋
2・对创造性工作评价
3・建议成绩
优良中及格不及格
评阅教师签字
年月日
www.docin.coin
答辩小组评议意见
学号0910070121姓名刘祥题目汽乍悬架的故障诊断•维修
答辩小纟n.意见：
K对论文的评价
2•建议成绩等级
优良中及格不及格
3•需要说明的问题」
答辩小组长签字
年月日
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摘要：
悬挂系统就是指由车身与轮胎间的弹簧和避震器组成整个支持系统。
悬挂系统应有的功能是支持车身，改善乘坐的感觉，不同的悬挂设置会使驾驶者有不同的驾驶感受。
外表看似简单的悬挂系统综合多种作用力，决定着轿车的稳定性、舒适性和安全性，是现代轿车十分关键的部件之一。
主动悬架系统按控制方式可分为机械控制悬架系统和电子控制悬架系统。
机械控制悬架最早出现，它主要是通过高度控制阀来调节油气弹簧中的油压，进而调节刚度“近年来随着各种传感器的广泛使用.ECU可蠡性的提高及控制策略的完善，主动悬架逐渐进入电子控制时代.
关键词：
组成：
功能；原理；
Abstract：
Thesuspensionsystemisdefinedbythebodyandthetirebetweenthespringandshockabsorberiscomposedofthewholesupportsystem.Thesuspensionsystemandthefunctionistosupportthebody,improvethecomfortfeeling,differentsuspensionsettingallowsthedrivertohavedifferentdrivingexperience.Theappearanceofseeminglysimplesuspensionsystemintegratedvariousforces,determinesthecar'sstability,comfortandsafety,isthemoderncarisoneofthekeypartsofActivesuspensionsystemaccordingtothecontrolmodecanbedividedintomechanicalcontrolsuspensionsystemandtheelectroniccontrolsuspensionsystem.Mechanicalcontrolsuspensionfirstappeared,itismainlythroughtheheightcontrolvalveloadjusttheoilpressureintheoilandgasspring,therebyadjustingstifthess・Inrecentyears,withthewidespreaduseofvarioussensors,ECUimprovesthereliabilityandcontrolstrategyoftheperfect,activesuspensiongraduallyintotheelectroniccontrolera.
Keywords:
composition;function;Principle・
1汽车悬架概述1
1.1汽车悬架功用1
1.2悬架系统的性能要求1
2汽车电子控制悬架系统3
2.1汽车电子控制系统的基木内容3
2.2汽车电子控制悬架概述3
2.3主动悬架系统组成4
2.3.1主动悬架系统的类型及原理4
2.3.2主动悬架的优缺点8
2.4主动悬挂技术应用发展状况及趋势8
2.5主动悬架的电控系统及控制策10
3悬架的维修12
3.1汽车悬架减震的常见故障12
3.2汽车悬架减震的维修12
4汽午悬架故障诊断及案例分析14
4.1高级轿车电控空气悬架系统的诊断与维修14
4.2载敏调高的后空气悬架系统的维修与诊断15
结语17
参考文献17
致谢18
1汽车悬架概述
1.1汽车悬架功用
悬架是车架（或承载式车身）与车轮Z间所冇传力连接零件的总称。
传统的被动悬架包括弹性元件、减振装置、导向构和横向稳定器。
现代的半主动悬架及主动悬架在被动悬架的基础上增加了传感器控制计算机和执行元件。
但无论哪种悬架其基本功能均为：
（1）支撑车身或车体；
（2）将路面作用于车轮上的各种力以及力矩传递给车架，从而保证车辆的正常行驶;
（3）通过弹性元件的缓和冲击作用、减振装置的衰减振动作川以及导向机构对车身和车轮运动轨迹的限制作用，使汽车具冇良好的乘朋舒适性和操纵稳定性。
实际车辆行驶在多变的环境里，即路况（路而不平度等级）、车速以及工况（加速、制动、转向、直线行缎）经常要发生变化，例如：
汽车在急速起步或急速加速时会产生所谓的“加速后仰”现象；汽车高速行驶紧急制动时，会产生所谓的“制动点头”现彖；汽车在急转弯行驶时会产生所谓的“转向侧倾”现象。
上述情况会对汽车的行驶平顺性和操纵稳定性产牛•不利的影响。
被动悬架由于其结构特点很难保证汽车的乘坐舒适性和操纵稳定性同时达到最佳。
因此，为解决这一问题，产生了根据工况要求保证汽车的性能达到最佳的电控悬架。
电控悬架采用传感器技术、控制技术和机电液一体化技术，对汽车的行使工况进行监测，由控制计算机根据一定的控制逻辑产生控制指令，控制执行元件产生动作，保证汽车具冇良好的行驶性能。
1.2悬架系统的性能要求
乍辆动力学模型是进行性能分析利系统设计的基础，卜•图1—1说明了与乍辆行驶动力学冇关的重要性能特性。
在冇限的悬架工作空间内，设讣师必须为驾驶员利乘客提供良好的乘型舒适性、町接受的车身姿态、以及对车轮动载荷的合理控制。
图1-1汽车动力学重要特性
综合悬架的基本功能和行使动力学的主要性能指标我们町以得出对理想悬架的设计期望是：
（1）车辆在不同路面（包括不同的车速、路面不平度情况）上直线行驶时能够使车身及车轮的振动减少至最低水平，为乘员提供最好的乘坐舒适性（即所指的平顺性）；
（2）从行驶安全性和操纵稳定性方面考虑，应该能够最人限度的减小轮胎的动载荷以保证良好的轮胎接地性；
（3）悬架的动行程耍控制在允许的范围内，以尽量保证不发生限位块撞击所引起的对人和货物的冲击；
（4）从舒适性和稳定性考虑保证良好的车身姿态；
（5）此外，述需考虑再结介其它控制系统的情况下的车辆总体性能的要求，如结合自动防抱死系统（ABS）.牵引力控制系统（TCS）和四轮转向系统（4WS）等在不同车辆工况下（如启动、制动、转弯时），仍需保证对车身的方向控制和姿态控制，或根据需要提供各轮胎的载荷分布，同时提供良好的乘坐舒适性。
以上耍求在车辆参数变化吋也同样需耍保证（如车身载荷或轮胎垂直刚度在一定范围内变化）。
但是对这样的理想悬架设计期望似乎过于苛求。
而实际上在通常的悬架设计屮，上述各项要求及性能之间存在着冲突与矛盾。
比如在一个低刚度的软悬架能获得较好的乘朋舒适性，但同时需要较大的悬架空间又带來较差的车身姿态控制；而为了保证较好的操纵稳定性，使车辆在转弯、起动和刹车时车体的点头、后坐较小，乂要求车辆具冇较“硬”的特点。
在实际中，车辆行驶在一个多变的环境中，可能包拆不同的路面输入（如不同的车速和路面不平度），不同的车辆工况（如车辆在加速、制动、转弯时等工作情况）,而且车辆参数本身也可能发生变化（如随乘员和货物的多少而改变的车身质量，以及随车速和温度、胎质而改变的轮胎刚度等）。
因此，悬架设计师要对以上变化因素给予充分考•虑。
多年來，车辆工程师们正是通过反复不断的探索，使其设计性能尽暈体现对以上各因索合理的折中，以及对不同性能的要求及侧重，以实现尽可能的综合。
2汽车电子控制悬架系统
2.1汽车电子控制系统的基本内容
汽车电子控制系统的研究目的应该从系统工程的观点出发，以数学和工程方法为工具，综合应用汽车和微电子技术以及口动化控制理论，使三打有机结合，实现汽车电子控制的最优化。
汽车电子控制系统的基木研究内容有：
（1）对汽车的各分系统建立模型，然后利用模型分析系统，最后确定各分系统的控制目标。
（2）根拯分系统的控制目标，应用自动控制理论，选择最佳控制方式。
（3）协调各分系统的关系，实现综介控制，从而保证汽车总体性能水平。
（4）研究汽车与駕驶员和环境的关系，探讨人一车一环境系统控制规律。
（5）围绕分系统的控制目标，实现各组成部分的冇机结合。
（6）对汽车计算机控制系统结构和要素进行分析，论述系统的最优化途径。
（7）讨论汽车电子控制系统的可靠性问题。
（8）研究汽车计算机控制系统的设计，包括硬件和软件两部分。
2.2汽车电子控制悬架概述
悬架是车身与车轮z间-•切传力连接装置的总称。
汽车悬架的作用除了缓冲和吸收车伦的振动Z外，还要在汽车行驶过程小传递车轮与路面Z间的驱动力和制动力，当汽车转向时，悬架还耍承受來ft车身的侧向力，并在汽车起步和制动时能够抑制车身的俯仰振动,提高汽车的行驶稳定性和安全性。
根据现代汽车对悬架系统的各种件能要求，悬架的结构形式和振动控制方法随时在更新和完善。
悬架的结构形式很多，可分为独立悬架和非独立悬架两大类。
如果按照控制力进行分类，则可分为被动悬架、半主动悬架和主动悬架三种基木类型，三种悬架的简化模型，如图1-1所示。
其中：
1—传感器、2—可调减振器、3—执行器。
（a）被动悬架（b）主动悬架（c）半主动悬架
图1-1三种悬架系统简化模型
1被动悬架：
被动悬架系统的概念是在1934年由OLLEY提出的。
它通常是指结构上
只包含弹费和阻尼器（减震器）的系统。
简化模型如图11（a）所示，其中，其中弹簧
主要起减缓冲击力的作用，而减振器主要用于控制响应特征。
被动悬架系统虽然结构简单、造价低廉J1不消耗外部能源，但因为其参数固定，所以具有较人的局限性。
主要衣现在悬架参数固定，不能随路况改变而变化，只能针对某种特定工况进行参数优化设计，而且悬架元件仅对局部的和对运动做出响应，因而限制了悬架参数的取值范围。
2半主动悬架：
半主动悬架的研究工作始于1973年，山D.A.Crosby和D.C.Kamopp首
先提出。
半主动悬架系统的简化模型如图11（c）所示。
半主动悬架系统由可变特性的
弹簧利减振器组成，因仅需要少量的能虽输入也被称为无源主动悬架，虽然不能随外界的输入进行最优控制，但它可以按照存储在电脑小的各工况下悬架故优参数指令來调节刚度和阻尼人小。
改变悬架肌尼特性较改变刚度容易，所以可变阳尼半主动悬架系统放为常见。
随着新型智能材料的应用，半主动悬架越來越受到人们的重视。
3主动悬架：
主动悬架是近十儿年发展起来的，最初装置是由AP公司基于气液悬架（液压式和空气式）发展的一种机械系统。
主动控制悬架简化模型如图1-1（b）所示，主动悬架通常包括三部分：
传感器、控制器及执行机构，并山它们与汽车系统组成闭环控制系统。
其中控制器是整个系统的信息处理和管理中心，他接受來口各个传感器的信号，依照特定的数据处理方法利控制规律，决定并控制执行机构的动作，从而达到改变车身的运动状态。
满足隔振减振的目的。
主动悬架是由电脑控制的可种新型悬架，需具备二个条件：
（1）具有能够产生作用力的动力源：
（2）执行元件能够传递这种作用力并能连续工作；（3）具有多种传感器并将有关数据集屮到微电脑进行运算并决定控制方式。
主动悬架一般采用闭环控制。
所谓闭环控制就是说输出彊反过來乂对系统的控制作用冇玄接影响的控制，也就是说对弹簧刚度和减振器阻尼的控制结果，还必须冇反馈系统把信息传递给电脑，再有电脑进行分析和修正，以达到最佳的控制效果。
2.3主动悬架系统组成
主动悬架系统是可以自行产生的悬架。
主动悬架电子控制系统基本组成如图21所示。
各种传感器
—>
电子控制器
执行机构
图2-1主动控制悬架电子控制系统图
（1）传感器。
电子控制悬架系统传感器将汽弃行驶的路面状况和弃速，以及启动、加速、转向、制动等工况变为电信号，输出给电子控制器。
该系统所使用的传感器见表3-1。
表3-1传感器及用途
传感器乳称
用途
车身加速度传感器年身位移传感器车速传感器
方向盘转角传感器制动压力开关制动灯开关
节气门位置传感器
车身加速度传感器检测车身的振动，町间接反映汽车行驶的路面检测千身相对车桥的位移，可反映不身的平顺性和午身高度检测车轮转速，反映车速和用于计算车身的倾斜程度检测方向盘的转角。
用于计算车身的倾斜程度检测制动管路的制动液压力，提供汽车制动信号检测制动灯电路的通断，提供汽车制动信号检测节气门的开度,提供汽车加速度信号
（2）控制器。
控制器将传感器送入的电信号进行综合的处理，输出对悬架的刚度\和阻尼及车身高度等进行调节的控制信号。
它以一般由微机和信号输出放大电路组成。
（3）执行机构。
执行机构按照电子控制器的控制信号，准确地动作，及时地调节悬架的刚度和阻尼系数及年身的高度，通常所用的执行元件是电磁阀和步进电机及空气床缩机等。
2.3.1主动悬架系统的类型及原理
主动悬架系统根据不同的分类方法可将其分为不同类型。
主动悬架系统按控制方式可分为机械控制悬架系统和电子控制悬架系统。
机械控制悬架绘早出现，它主要是通过高度控制阀來调节油气弹簧中的油压，进而调节刚度。
虽然结构较简单成木较低，但其控制功能少，耕度低，R不能适应多种工况。
近年來随着各种传感器的广泛使用、ECU町靠性的提高及控制策略的完善，主动悬架逐渐进入电了控制时代。
荘信息输入量更丰富，功能更丰富U控制精确，但其结构及控制策略复杂，成本高。
主动悬架系统按执行元件的频率带宽度町分为宽带宽悬架利窄帯宽悬架。
宽带宽悬架也称全主动悬架，其执行元件的响应频率耍超过车轮刚度对应的频率（约为10HZ）,频宽越高，控制效果越好，但越难实现，且成本、质虽和消耗的能虽都会增加；窄带宽悬架也称慢主动悬架，可以将执行元件频响带宽降至只考虑车少姿态振动及转向反应，帶宽可降至3到4HZ。
在大多数实际运行工况下，其性能都可以与主动悬架媲美，而在经济性方面则冇明显的优势。
主动悬架系统按控制介质主要可分为主动空气悬架、主动油气悬架、主动液力悬架等。
主动空气悬架工作原理：
用空气压缩机形成压缩空气，并将圧缩空气送给弹簧和减振器空气室中，以此来改变车辆的高度。
通过汽车电脑和驾驶员模式选择来控制空气弹簧气囊的充气虽，进而能控制车身的高度及阻尼的人小。
在前轮和后轮的附近设冇车高传感器,
按午高传感器的输出信号，微机判断出车辆高度，再控制床缩机和排气阀，使弹赞床缩或仲长，从而控制车辆髙度。
在减振器内设冇电动机，电动机受微机的信号控制。
利用电动
主动液力悬架工作原理：
电子控制的主动式液压悬架能根据悬架的质呈:
和加速度等，利川液压部件生动地控制汽车的振动。
在汽车車心附近女装有纵向、横向加速度和橫摆陀螺仪传感器，用來采集车身振动、车轮跳动、车身高度和倾斜状态等信号，这些信号被输入到控制单元ECU,ECU根据输入信号和预先设定的程序发出控制指令，控制伺服电机并操纵前后四个执行油缸工作。
主动油气悬架工作原理：
调节空气体积实现刚度特性，通过改变油液管路小的节流孔的数量完成阻尼特性调节。
工作原理图见2-3o
图2-3主动油气悬架系统的工作原理
主动液力悬架工作原理：
电子控制的卞动式液压悬架能根据悬架的质量和加速度等，利用液斥部件主动地控制汽乍的振动。
在汽忙直心附近安装冇纵向、横向加速度和横摆陀螺仪传感器,用來采集车身振动、车轮跳动、车身高度和倾斜状态等信号，这些信号被输入到控制单元ECU,ECU根据输入信号和预先设定的程序发出控制指令，控制伺服电机并操纵前后四个执行油缸工作。
2.3.2主动悬架的优缺点
主动悬架的主要优点如下：
1）乘处舒适性控制。
被动悬架设计是对各个性能的折中，而主动悬架则不必在稳态直行时对乘坐舒适性折中，可在操作性能不降低的情况下调整悬挂系统的参数获得更好的乘坐舒适性，也可基于特定的驾驶风格进行调整。
2）车高的控制。
载荷变化时保持车高不变，保持车轮全行程跳动，消除在非设计行驶高度卜•引起的操纵性变化现彖。
同时解决了被动悬架针对载荷变化通常将刚度设计偏高而造成舒适性损失的问题。
在粗糙路面上增加离地间隙捉萬通过性，高速行驶时适当减少离地间隙以减少阻力，同时降低重心便于捉高操控性和舒适性。
3）侧倾及纵摆的控制。
转向时的车身侧倾、加速、制动时车身的纵摆都可以通过调整冇关车轮的悬架参数來解决，提高了舒适性，同时消除或减少了由于车身运动而带來了车轮定位参数的变化利制动跑偏等问题。
提高了操纵性，也减轻了对转向传动机构、悬架杆系设计时的过高耍求。
4）接地性。
通过调节悬架系统参数可降低车轮动载波动，提高附着效果，有利丁-操控性。
同时也减轻了轮胎的擁损。
缺点方面，主动悬架系统结构及控制策略复朵。
其碾件要求高、耗能大、成木高，且采用主动悬架会壇加整车贡量，其给整车空间布置也带來了一定的怵I难，这些都对目前限制主动悬架普及的原因。
2.4主动悬挂技术应用发展状况及趋势
1954年，通用公司的史密斯李教授首次提出主动悬架的概念。
1955年作为较早开始研发主动悬架的公司之一，法国雪铁龙研发了一种纯机械式的油气主动悬架系统，但是它的制造工艺过于复杂，最终未能普及。
1995年Allen在主动悬架系统上尝试采用惯性来测量加速度和驱动液压阀。
进入80年代后，随着电子技术的广泛应用，使得主动悬架系统得以真正实现。
1982年美国Lotus公司研制了冇源主动悬架，并在Vovlo740汽车上进行试用。
1986年日本丰田soarer车烈上采用可以对阻尼刚度三级可调的主动空气悬架系统。
1989年丰田车型上装备了真正意义的油气弹簧主动悬架系统。
近年来保时捷、奔驰、宝马、福特、奥迪等汽车公司也都纷纷在其高级轿车上装备了各H开发的主动悬架系统。
表2.4列出了部分车型的主动悬挂系统。
表2-4部分车型的主动悬架系统
公司
车型
主动悬架类型及特点
PSA
雪铁龙C5
主动油气悬挂，车高4级可调，二级阻尼设定并与刚度调节一起实现“舒适”与“运动”两种工作模式
奔驰
S级
主动空气悬架,配备双功能空气悬挂系统（AirmailDC）•综合调节刚度，阻尼和车高等参数
奥迪
A8
主动空气总架，配备自适应空气悬架系统（AAS）
宝马
7系
主动空气悬架（带液压马达控制防侧倾杆系统）。
配备保时捷主动悬架管理系统和主动式动态驾驶系统
同时主动悬架在军用千辆上的研究及应用也是从很早时族就开始了，英国早在70年代就开始在“蝎”使轻型坦克上实验了液力机械主动悬架系统。
2005年底美国L-3公司牵头研发生产的电控主动式悬架系统（ECASS）开始在“悍马”上进行试验。
目前主动悬架研发的重点和难点主要是执行器和控制策略。
其主要方向也必然是围绕上述两部分技术寻求突破，具体如下：
1）随着电子技术及智能材料的出现，全新的性能更好的执行器不断出现，比如直线伺服电机、电磁蒂能器，帯液压马达控制防侧倾杆系统都是研发热点。
2）针对目前执行器木身的缺点，如果能在执行器的响应速度、能耗、重量及体积、成木及集成度等一项或多项上能有较大捉高，都将大大利于主动悬架的普及。
3）关于非线性段控制算法和提高算法鲁棒稳定性的研究。
解决这些问题可以从多方面下手，一是继续研究新的控制算法；二是寻找多种控制算法的复合办法。
毕竞单一的算法都要其自少的局限性。
如基于LQG的模糊逻辑控制算法等。
三是针对模型的不确定性问题,如果能克服及利用“抖振”现象和利用其极限刚度，滑模控制可能是一•个较好的方法。
4）底盘各主动控制系统的联合•控制。
车辆各系统Z间，车辆各性能Z间都存在着相互影响和和互制约，通过对发动机、制动、转向、悬架等各系统利和关性能进行综合控制，可防止各单独控制键的相互干扰，满足汽车所有系统性能绘优而不是单一性能址优化。
同时联合控制还可以共享和集成传感器、汕压源、控制器。
这一•年可以提高系统的可靠性,降低成本。
2.5主动悬架的电控系统及控制策略
主动悬架电控系统是典熨的多输入多输出系统，如图2-5所示，其输入主要是当前工况的状态信息，输出主要是调节刚度、阻尼利车高的信号，具体调节方法很多，通过不同的元件來实现。
莎S3
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別述力传歸
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毛脈
贴马述
图2-5主动悬架电控系统示意图
无论哪种类型的主动悬架，都需要冇行之冇效的控制策略，进而产生确、可靠.H•具冇鲁棒性的控制规律及算法，只冇这样才能最人限度的发挥主动悬架的性能优势。
一直以来主动悬架控制理论研究都是热点，目前已经取得一些研究成果，例如天棚阻尼控制、H适应控制、最优控制、预测控制、神经网络控制、模糊控制、鲁棒控制等。
其中有些控制理论已经在量产车中应用。
这些控制方法，通过建立系统的状态方程式提出控制目标及加权系数，然后应用控制理论求解出所设目标下的最优控制方案。
与天棚阻尼器控制方武相比，现代控制方法对系统中更多的变暈的影响加以考虑，因而控制效果更好。
而n,现代控制方式的应用，主要是在系统的控制软件方面做-些改善，并不增加系统的复杂性。
在悬架中应用秤棒控制是为使其在任何工况下都能够性能稳定。
悬架系统本质上属于一个非线性系统，而在控制器的设计中，往往将其简化为一个线性系统。
汽车实际运行在一个多变且相对恶劣的环境中，由于噪声的干扰、系统建模误差，车辆参数的多变性等原因
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