大众辉腾电控悬架系统故障诊断与检修.docx

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大众辉腾电控悬架系统故障诊断与检修

编号

淮安信息职业技术学院

毕业论文

题目

大众辉腾电控悬架系统的结构原理与检修

学生姓名

孙昭洋

学号

82106009

系部

汽车工程系

专业

汽车检测与维修技术

班级

821060

指导教师

刘琼琼助教

顾问教师

二〇一二年十一月

摘要

汽车的操控性和舒适性越来越受到人们的重视，车辆悬架系统在汽车的操控性和舒适性方面起着至关重要的作用。

采用电子控制主动悬架系统不仅可提高乘坐舒适性，而且能够实现整车高度的自动升降，大大提高了车辆的舒适性，所以电子控制主动悬架系统被认为是汽车的发展趋势之一。

因此，掌握电控悬挂系统的结构原理与检修非常重要。

本文简单概述了现代高级汽车电控悬挂系统的发展及功用，重点介绍了大众辉腾轿车电控悬架系统的结构原理，详细分析了大众辉腾轿车电控悬架系统的检修及故障自诊断，最后结合具体的故障实例分析了大众辉腾轿车电控悬架系统故障的排除。

关键词：

电控悬架；结构原理；故障排除；检修

第一章电控悬挂系统概述

1.1国内外汽车电控悬架系统研究

1.1.1国外电控悬架系统研究

汽车悬架系统对提高汽车行驶平顺性和操纵设备的隔振；美国首先在普尔曼车上使用，空气弹簧的稳定性起着重要的作用。

随着电子技术、测控技簧，此后意大利、英国、法国及日本等国家相继对技术、机械动力学的研究等，使车辆悬架系统由空气弹簧作了大量的研究工作。

传统被动隔振发展到振动主动控制。

特别是信息气悬架发展经历了“钢板弹簧—气囊复合式悬架科学的研究以及以机械系统运动学、多体动力学架—被动全空气悬架—主动全空气悬架（即和控制理论为核心的虚拟样机技术等各种先进的ECAS电控空气悬架系统）”的变化型式。

目前计算机仿真技术的迅速发展实现了空气悬架在国外高速客车和豪华城市客车上策略和计算机信息技术的有机融合，使悬架系统的使用率已接近100%，在中、重型载货汽车和挂电子控制技术在现代控制理论指导下更趋完善，车上使用率已超过80%，部分高级轿车也逐渐将同时已开始应用于车辆悬架系统的振动控制，使空气悬架作为标准配置，在列车上应用也日益广ECAS振动控制技术得以快速发展。

在一些特种车辆上，如对防震性要求高的仪表车、救护车及要求带高度调节的集装箱运输车，电子控制空气悬架系统发展应用更为广泛。

1.1.2国内电控悬架系统研究

我国汽车悬架技术的研究和应用与欧美等发达国家相比还处于明显的落后地位，随着高档客车制造技术的引进以及满足人们对舒适性要求的提高，加上国家对客车等级划分的标准要求，空气悬架才开始逐步应用起来。

目前，国内拥有空气悬架项目的公司为数众多，但真正拥有空气悬架系统设计开发、制造的却寥寥无几。

国内具有代理性质但无实际设计能力的公司居多，对设计匹配等技术环节往往存在先天不足。

但是由于种种原因，这些研究成果大多还停留在理论上，产业转化率非常低。

其实我国早在20世纪50年代就开始对空气弹簧进行研究，1957年，长春汽车研究所开始了空气悬架技术的研究，不少高校的相关专家学者及研究机构多年来也做了大量富有成效的工作，并取得了许多重要研究成果。

但这阶段的研究工作也存在一些问题，如高度控制阀的可靠性，橡胶空气囊的寿命偏低，整个系统的密封性，悬架的稳定性以及空气弹簧的特性理论等问题没有得到很好的解决。

空气悬架产品的设计开发滞后，一方面表现在设计手段落后，计算机应力分析、动态仿真在企业中应用还较少；另一方面没有建立一套完善的设计评价体系。

1.2电子控制悬挂系统的功能特点

ECAS大大提高了悬架的相关性能以及系统的使用可靠性，减少了空气消耗，在车辆行驶过程中无空气消耗，常规空气悬挂相比，ECAS可节省大约25%的空气消耗。

具体的控制内容如下:

1.减速抗点头

当车辆紧急制动时，安装空气悬架的车辆可以通过高度阀给前悬架空气弹簧充气，增加其刚度，使后悬架的空气弹簧放气，降低其刚度，从而抑制点头。

2.加速抗仰头

通过节气门位置传感器检测节气门移动的速度和位移。

当车辆快速加速时，ECU通过执行器将弹簧刚度和减振器阻尼力调到高值，安装空气悬架的车辆可以通过高度阀使前悬架的空气弹簧放气，降低其刚度，使后悬架的空气弹簧充气，增加其刚度，从而抑制仰头。

3.转向防侧倾

当汽车急转弯时，安装空气悬架的车辆可以通过高度阀，由装在转向轴的传感器检测转向盘的操作状况。

在急转弯时，ECU通过执行器使弹簧刚度和减振器阻尼力转换到高值，使外侧的空气弹簧充气，增加其刚度；内侧的空气弹簧放气，减小其刚度，从而减小车身侧倾。

4.调节车身高度

调节货箱到合适的高度，使之与货物平台能顺利对接，方便货物的装卸，提高了工作效率。

5.改善汽车的行驶平顺性

可少对路面的损坏、限制货车超载。

空气悬架的寿命由空气弹簧的橡胶气囊决定，可以根据汽车的额定载荷设定气囊的最大载荷，让其在汽车超过额定载荷后失效，从而有效地控制超载，这样既能降低车轮对路面的冲击载荷、减少对路面的损坏、延长公路的使用寿命，又能极大地降低交通事故发生的可能性。

1.3电子控制悬挂系统的分类

1.半主动电控悬挂系统

半主动悬架为无源控制。

在汽车转向、起步及制动等工况时，不能对悬架的刚度和阻尼进行有效控制，只能根据汽车运行是的振动及工况变化情况，对悬架阻尼参数进行自动调整。

2.主动电控悬挂系统

主动悬架是一种有源控制悬架，它包括提供能量的设备和可控制作用力的附加装置。

主动悬架又分为主动空气悬架和主动油气悬架两种。

电子控制悬架系统的基本目的是通过控制调节悬架的刚度和阻尼力，突破传统被动悬架的局限性，使汽车的悬架特性与道路状况和行驶状态相适应，从而保证汽车行驶的平顺性和操纵的稳定性要求都能得到满足。

其基本功能有：

（1）车高调整

无论车辆的负载多少，都可以保持汽车高度一定，车身保持水平，从而使前大灯光束方向保持不变；当汽车在坏路面上行驶时，可以使车高升高，防止车桥与路面相碰；当汽车高速行驶时，又可以使车高降低，以便减少空气阻力，提高操纵稳定性。

（2）减振器阻尼力控制

通过对减振器阻尼系数的调整，防止汽车急速起步或急加速时车尾下蹲；防止紧急制动时的车头下沉；防止汽车急转弯时车身横向摇动；防止汽车换挡时车身纵向摇动等，提高行驶平顺性和操纵稳定性。

（3）弹簧刚度控制

与减振器一样在各种工况下，通过对弹簧弹性系数的调整，来改善汽车的乘坐舒适性与操纵稳定性。

1.4电子控制悬挂系统的发展趋势

虽然电子控制空气悬架被认为是汽车的发展趋势之一，但距离大面积市场推广还有很长的路。

毕竟这种高端产品的价格比普通空气悬架高一倍，一种先进产品的推广主要靠政府法规的引导以及市场需求的发展，电子控制空气悬架也不例外。

不过公路条件的改善为汽车空气悬架创造了基本的使用条件；重型汽车对路面破坏机理的研究及认识进一步加深，政府对高速公路养护的重视，限制超载逐步在国内各地受到重视等，汽车的设计越来越以人为本的思想，采用电子控制空气悬架系统不仅可提高乘坐舒适性，而且能够实现整车高度的自动升降，还具有防侧倾功能，方便行动不便者上下车，大大提高了车辆的舒适性等，都使空气悬架市场的应用也将进一步扩大。

当前的研究主要集中于以下4个方面:

1.控制策略

由于车身高度控制及车身姿态控制可在很大程度上提高车辆整车性能，而且空气悬架在结构上保证了车高及姿态控制的方便实现，因此结合先进实用的控制算法对电子控制空气悬架进行控制将成为未来发展的必然趋势，综合控制应该是今后研究工作的一个重点，当然不管各种控制策略怎么组合，简单实用最好，还要考虑成本等经济效益，纵观国内外都是如此。

更高层次的改进是将ABS，TCS，ASR等控制系统与悬架控制系统的集成，即组成汽车动力学集成控制系统，这将是车辆悬架系统与车辆其他控制系统集成化发展的方向。

2.执行机构

磁/电流变等新型减振器的应用与研发，新型传感器，车载计算机等硬件的研发有助于电子控制技术的深化，目前已提出了多种的方案，并期待着这种新式传感器的出现；地球环境来考虑，为进一步节约能源，悬架控制向高压力化、高电压化、小型轻量化发展；并且出现了混合动力空气悬架汽车，电子控制悬架将进一步向高性能方向发展。

3.理论研究

目前在我国应加强空气弹簧基本理论研究，以掌握有自主知识产权的关键技术；应继续对空气悬架关键部件的设计、制造技术进行探讨与创新；应对空气悬架与整车匹配技术进行深入研究；空气弹簧的小型化；空气弹簧刚度多级甚至无级可调；空气悬架控制的进一步智能化等。

4.虚拟样机技术（virtualprototyping）的应用

虚拟样机技术等各种先进技术和方法在ECAS研发中的应用也是关键，虚拟样机技术是当前设计制造领域的一门新技术，是一种基于仿真的设计，以机械系统运动学、多体动力学和控制理论为核心，加上成熟的三维计算机图形技术和基于图形的用户界面的新技术，将分散的零部件设计和分析技术集成在一起，提供了一个全新研发机械产品的设计方法。

多体动力学分析软件在汽车工程中应用到方方面面，并且与有限元，模态分析，优化设计等软件一起构成一个有机的整体，这些软件结构性强、功用完备、操作方便，为汽车悬架动力学研究提供了功能强大、效率颇高的研究工具。

在众多的软件中，汽车工业中广泛应用的MSC.DAMS则是非常具有代表性的一个运动学与动力学仿真软件，目前市场上占有率最高，该软件在为客户提供通用平台同时还专门提供了用于车辆分析的专门模块（ADAMS/CAR），其中就含有功能齐全的悬架设计模块，集成了许多公司在汽车设计、开发等方面的经验。

在实际物理样机试验困难的情况下，虚拟样机技术是进行空气设计效率；缩短产品开发周期，降低开发成本，提悬架的设计和研究的有效方法。

联合仿真产品的竞争力。

虚拟样机技术为ECAS的设计，在各种CAD、CAE、CAM技术中，利用虚拟样和开发提供了一种全新的方法。

将来的发展机技术对机械和控制系统进行联合仿真技术是近应该从这4方面入手，并且应该加快实车应用的年来发展较快的一种。

比较常见的有ADAMS进度，和MATLAB进行联合仿真，应用两种软件进行了整车虚拟样机操纵稳定性协同仿真。

第二章大众辉腾轿车电控悬架系统的结构原理

2.1辉腾轿车电控悬架系统的总体结构

目前，汽车电控悬架系统由于控制功能和控制方法的不同，其结构形式虽然多种多样，但它们的基本组成却是相同的，即由感应汽车运行状况的各种传感器、开关、电子控制单元及执行机构等组成。

传感器一般由车身高度传感器、车速传感器、加速度传感器、方向盘转角传感器、节气门位置传感器等。

开关模式有选择开关、制动灯开关、停车等开关和车门开关等。

执行机构有可调阻尼的减震器，可调节弹簧高度和弹性大小的弹性元件等。

具体位置如图2-1所示。

电控悬架系统的一般工作原理是利用传感器（包括开关）对汽车行驶时路面的状况和车身的状态进行检测，将检测信号输入计算机进行处理，计算机通过驱动电路控制悬架系统执行器动作，完成悬架特性参数的调整。

图2-1电子控制悬架系统元件在车身上的布置

1—空气压缩机；2—空气电子阀；3—干燥器；4—节气门位置传感器；5—车身高度传感器；6—带减震器的空气弹簧；7—悬架控制执行器；8—转向传感器；9—停车灯开关；10—指示灯；11—电子多点视频器；12—悬架控制开关；13—1号高度控制器；14—2号高度控制器；15—显示器用ECU16—诊断用接线柱；17—车身高度传感器；18—悬架用ECU；19—空气管道；20—车速传感器；21—车身高度传感器

2.2主要传感器

1．方向盘转向角传感器

方向盘转向角传感器用于检测方向盘的中间位置、转动方向、转动角度和转动速度。

在电子控制悬架中，电子控制单元根据车速传感器信号和转向角传感器信号，判断汽车转向时侧向力的大小和方向，以控制车身的侧倾。

目前，汽车多采用光电式转向角传感器，图2-2是辉腾上应用的光电式转向角传感器的安装位置和