雷克萨斯ls400汽车电控悬架系统控制原理与检修大学毕设论文.docx
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雷克萨斯ls400汽车电控悬架系统控制原理与检修大学毕设论文
毕业论文
课题名称
雷克萨斯LS400汽车电控悬架系统
控制原理与检修
分院/专业
机械工程学院/汽车检测与维修技术
摘要
汽车悬架系统对汽车行驶的安全性和乘坐舒适性有着非常重要的影响。
20世纪中叶，车子前悬架由工形发展为长短臂，此后，前轮驱动轿车的长短臂系统悬架又被麦克弗逊撑杆式悬架代替。
到20世纪末，汽车悬架电子技术的应用越来越广泛。
论文首先介绍了电控悬架的组成、作用与工作原理，说明了各种电控悬架传感器在系统中的应用和方法，分析了电控悬架ECU的内在控制逻辑，对悬架电控系统的构造、原理进行了详细的阐述。
论文最后给出了电控悬架故障的诊断思路和检测方法，介绍了典型元件的维修步骤和工艺要求，并结合实际生产中的悬架故障，对相关故障诊断思路和整个维修过程进行了详细说明。
电控悬架在汽车的应用，提高了汽车乘坐的舒适性与操作稳定性。
电控悬架检修技术的提高，有利于该技术更好的推广应用。
关键词：
电子控制悬架系统故障维护
Abstract
Theautomobilesuspensionsystemforthesafetyofthecarandridecomforthasaveryimportantinfluence.Themiddleofthe20thcentury,thecarfrontsuspensionbyworkersformdevelopmentforthelengthofarm,sincethen,thelengthofthefrontwheeldrivecarsuspensionarmsystemwasMcPhersonsuspensioninsteadofpoles.Bytheendofthe20thcentury,automobilesuspendedframeintheapplicationofelectronictechnologyismoreandmorewidely.
Thepaperfirstlyintroducesthecomposition,functionandworkingprincipleofelectroniccontrolsuspension,showstheapplicationofallkindsofelectroniccontrolsuspensionsensorsinthesystemandmethods,analysisoftheinternalcontrollogicoftheelectronicallycontrolledsuspensionECU,onthestructure,principleofelectriccontrolsystemofsuspensionindetailinthispaper.Thepaperfinallygivestheelectronicallycontrolledsuspensionfaultdiagnosisthinkinganddetectionmethod,thispaperintroducesthetypicalcomponentsofmaintenanceproceduresandprocessrequirement,andcombinedwiththeactualproductionofsuspension,therelatedfaultdiagnosisthinkingandthewholemaintenanceprocessindetail.
Intheapplicationofautomobileelectroniccontrolsuspension,toimprovethevehicleridecomfortandoperationstability,.Electronicallycontrolledsuspensionoverhaultechnologyofimproving,behelpfulforextensionandapplicationofthetechnologybetter.
Keywords:
Theelectroniccontrolsuspensionsystemmalfunctionmaintenance
目录
第一章绪论1
1.1课题的目的和意义1
1.2电子悬架现有技术情况1
第二章电子控制悬架系统概述2
2.1电子控制悬架的分类2
2.2电子控制悬架的组成、功用与工作原理2
第三章电控悬架系统控制模块与重要传感器7
3.1电子悬架系统控制模块7
3.2电控空气悬架系统执行器的结构、工作原理及分类8
3.3电子悬架系统常用传感器10
第四章电子控制悬架系统故障诊断与检测13
4.1电子控制悬架系统故障诊断13
4.2故障诊断方法14
4.3故障诊断流程17
第五章电控悬架系统的典型案例分析与维护18
5.1电子控制悬架案例分析18
5.2电控悬架的维护19
总结21
致谢22
参考文献23
第一章绪论
1.1课题的目的和意义
人们对汽车的稳定性与舒适性有了全新的认识。
固定刚度和有阻尼的弹簧是传统悬架模式、人们对自己所要求的舒适性及操纵稳定性更看重在减振器上的作用，这种趋势务必可能在行驶的过程中产生很大的偏差，这将会使汽车的重心提高。
另外，操纵稳定性越好，势必会増加阻尼系数和减振器的刚度，很明显这与舒适性的提高有所冲突。
如今，在汽车上电控悬架的应用在延伸，从而更多人看重了电控悬架的维护。
但是，在这方面专业性的人才却不多，总是缺乏这方面的相关知识，导致这方面的维修比较困难。
1.2电子悬架现有技术情况
在豪华城市客车上和国外高速客车上几乎全运用了电控悬架，在挂车重型和载货汽车上运用的电控悬架也达到了一半以上，设定标定配置也在高级汽车上运用。
在一些特种车辆上，集装箱运输车也需要更高的防震器，对此空气弹簧悬架也将长期在它身上使用。
电控悬架在我国还处于很明显的劣势地位,目前,研究空气悬架在我国的公司的确有许多,但真正拥有创新，改革设计的公司却较少。
然而，国内有许多搞设计的公司，但在配对设计方面的技术却存在很多缺陷。
实际上，在20世纪中叶，电控弹簧在我国的研究就开始着手了。
1957年,长春汽车研究所开启了汽车电控悬架的先河。
多数高校的相关专家也做了大量的研究并在研究性机构中做了大量有效的工作,并获得了有效的科研成果。
第二章电子控制悬架系统概述
2.1电子控制悬架的分类
（1）被动悬架
被动悬架弹性元件是弹簧和阻尼器,在汽车行驶这个过程当中,弹性悬架的刚度和阻尼系数不会随路况的变化发生改变。
它只能在一定的条件下对汽车性能有一定的改善。
甚至能适应一定的条件。
并且在遇到障碍物、减速、超车、加速时负荷会随时发生变化，悬架参数也会跟着不一样。
汽车被动悬架系统,应该有它的弹性元件刚度和阻尼减震器力度。
汽车在行驶过程中不能调整,所以汽车的很多性能在很大程度上有所被限制。
（2）主动悬架
主动悬架可以根据行驶条件和操作条件对悬架刚度、阻尼器的阻尼力、车身高度和姿势可以在任何时候作出调整，其调整一般是电子控制。
这种调节需要消耗能量，因此系统需要空气压缩机和液压泵，如功率，即系统主动。
（3）半主动悬架
半主动悬架是对阻尼力的调整，一些对横向稳定器的刚度调整，机械和电子调节与及常见的电子控制。
这种调节几乎不需要能量，因此系统中不需要能源，即系统中是无源的。
2.2电子控制悬架的组成、功用与工作原理
（1）电子控制悬架系统的组成
电子控制悬架系统主要是由感知汽车各种传感器和电子控制单元（ECU）以及执行机构等构成。
1）传感器：
高度传感器、速度传感器、方向盘转角传感器、微分加速度传感器、节气门位置传感器等。
2）开关：
刹车灯开关，开关模式选择开关，停止开关等。
3）执行机构：
可调弹簧高度、可调阻尼力减振器和弹性大小的弹性元件等。
图2.1 雷克萨斯LS400电控空气悬架组成图
不同型号的悬架组成不同，各部件在车上的形成也有所不同。
然而，雷克萨斯LS400电子控制悬架体系各组成和各部件在车上所示。
（2）电子控制悬架系统基本功能
1）车身姿态控制
①转向时侧倾：
急转向时，抬高弹簧刚度和减振器阻尼力，减少车身的侧倾。
②制动时点头：
紧急制动时，提高弹簧刚度和减振器阻尼力，防止车身的点头。
③加速时后坐：
急加速时，提高弹簧刚度和减振器阻尼力，以抑制车身的后坐。
2）车身高度控制
①高速感应控制：
高速时自动下降车身高度，以削减空气阻力，提升汽车行驶的稳定性。
②连续差路面行驶控制：
随车速的变化主动调节车身高度，以升高汽车的通过性、满足汽车行驶的稳定性。
③驻车时，当点火开关封闭后，降低车身高度，便于搭客上下车。
④当乘客和载质量变化时，保持车身高度恒定。
3）车速与路面感应控制
①当车辆速度高，增大弹簧刚度和阻尼力，提高车辆高速稳定性。
②前轮遇到突起时，降低后悬架弹簧刚度和阻尼力，减少了车身的振动和冲击。
③当路面不好时，抬高弹簧刚度和减振器阻尼力，以减少车身的振动。
4）电子控制悬架系统执行机构工作原理
①车身控制执行机构
车身高度控制机制是指根据乘车人或车辆，确保车辆所需的高度和汽车驾驶姿势稳定性的自动调整负载条件。
车身高度控制悬架的结构图2.2所示。
体系重要由空气压缩机、排气阀、干燥器、进气阀、储气阀、调压阀、电磁阀、高度传感器、气室及控制单位等构成。
直流电机带动空气压缩器工作，从压缩器出来空气的压缩空气投入干燥器，经干涸后进入储气罐，储气罐的气体压力由调压阀进行调度。
车高传感器凭借控制单元的变化和驾驶员选择的控制模式指令，启动指令控制车高的电磁阀，当车身需求抬高时，电磁阀行动，通入空气悬架的主气室是压缩空气，主气室的充气量增加，使得车子的位子提升，降低时，车高传感器传出的车高信号将与控制单元存入的车高信息矛盾，控制单元就会提醒，电磁阀接通电打开，悬架主气室充电，直到车高与标定的高度相同为止。
当车子车身要求降低时，空气压缩机放弃工作，电磁阀通电打开，同时排气阀也通电打开，主气室的悬架气体通过电磁阀、空气管路、干燥器、排气阀而排除，车身降低。
②阻尼力控制执行机构
可调阻尼力减振器和直流电动机执行器两部分构成了阻尼力控制执行机构。
a可调阻尼力减振器
可调阻尼力的减震器主要由气缸，活塞和阻尼调节杆，旋转阀等组成。
其中，阻尼调节杆的作动器的上端连接，调节杆安装在旋转阀的下端，旋转阀有三个阻尼孔。
活塞杆上有两个阻尼孔。
通过对两腔流阻尼活塞在汽缸内孔部分的油缸；塞上的阻尼孔在缸筒的上下两腔流动；阻尼旋转阀，在两腔的流量在气缸活塞杆部分孔。
执行器经过调度杆带动回转阀相对活塞杆滚动，使得回转阀与活塞杆上的阻尼孔接通或隔断，使得油液的活动阻力转化，从而改动悬架的大小，达到调整减振器阻尼力的目的。
b直流电机驱动器
直流电机阻尼减振器的结构和工作装置控制。
执行器安装在减震器上，并经过调节杆和旋转阀相连，并可带动旋转阀的旋转，从而调节阻尼力的大小。
执行器主要由直流电动机、减速齿轮、限制减速齿轮旋转的挡块，带动挡块的电磁铁等组成。
输出控制类型的电子控制单元（ECU）电磁线圈电流信号来控制块的运动（如将对应块的方向和扇形齿轮变位,驱动调整杆改变旋转阀和减震器阻尼孔活塞杆的旋转,驱动减速齿轮对应的方向偏转，带动调节杆改变旋转活塞杆及阀阻尼孔连接的阻尼器，减振器的阻尼力是根据阻尼力大小和方向修改。
当阻尼力适当调整后，调节阻尼力可保持稳定。
③弹簧刚度控制的执行机构
惰性气体在低压的气压缸的阻尼力，可调减振吸收体，回转式隔膜，主风室、二次风室和悬架的执行元件。
主室的变量，在下部片隔膜，压缩空气进入主室可增加悬浮的高度，并悬挂高度降低。
空气悬架的气缸，气室设计为一个整体，以节省空间，降低重量。
车身与悬架的上方连接，车轮与下方接连，主气室的容积伴随着车身与车轮的相对运动在不断地改变。
主气室与副气室之间有一个通道，气体能够彼此畅通，扭转主，副气室的气体通道的大小。
能够变化悬架的刚度。
经过中心杆的减振器和悬架节制执行器接连。
调整杆被执行器带动能够扭转活塞阻尼孔的大小，达到减振器阻尼系数的改变。
图2.2弹簧刚度控制结构
有大小两个通道，在主副气室间的气阀体上。
悬架控制执行器启动空气阀节制杆滚动，让空气阀芯转化一个角度，之后改变气体通道的巨细，变更主、副气室就可以改变气体的流量，让悬架的刚度发生变化。
悬架刚度可以在很低，很高的地位发生变化。
当阀门开启到较低的位置，气体通道口打开。
经由中心孔的阀芯气体、与副气室连接的侧面阀体通道，空气畅通量在两气室间越大，等同于介入有关的气体容积大，处于低位至的是悬架刚度。
到了阀芯高位置，气室之间的气体通道可能会完全的关闭，气室之间流通性能极差。
进来主气室的只是压缩空气，悬架在波动过程中，悬架刚度在高形态时唯有主气室的气体独自承担缓解工作。
④侧倾刚度控制执行机构
汽车侧倾刚度密切相关汽车的转向特性。
汽车侧倾刚度可以通过改变横向稳定杆的抗扭刚度。
控制体系凭借电子控制单元ECU信号,通过执行机构控制横向稳定杆液压缸油压,达到调节横向稳定杆扭转刚度的目标。
a稳定杆执行器
它由直流电动机、涡轮、蜗杆、行星齿轮部分和限位开关等构成。
行星齿轮由与涡轮一体的太阳轮、两个行星齿轮和齿圈构成。
两个行星齿轮和齿圈构成。
两个行星齿轮变速传动轴框架的行星,齿圈牢固元,活跃组件的太阳轮、行星架和变速驱动轴驱动组件。
变速驱动轴外端设有驱动。
因此,蜗杆装置内部的直流电机可以执行通过涡轮行星架和驱动杆旋转。
挡位选择开关转到SPORT位置。
开始限制开关SW；处于ON位置，而开关SW2处于OFF接点→模式选择开关→接地。
电动机通过蜗杆转动，行星齿轮传动轴转动，带动传动杆挠度达到稳定器阻尼力的变化。
当驱动输出轴转动，与限位开关SW1在切换到关闭位置，然后通过SW1断联系提供了电机的电流。
当启动杆转过全过程时，限位开关变SW2为ON形态，电动机电流堵截。
惯性的影响下继续挽回,但目前电机线圈感生电动势经过SW1SW2（关上）联系右边的二极管（接触）电动机,这种电动机短路制动避免了电动机被损坏。
当缆绳因卡滞而不能动作，为为防止毁掉电动机，在从动杆不动的情况下，使驱动杆边拉伸弹簧边回转，限制开关动作，使直流电动机停转。
b液压缸
液压缸安装在横向稳定杆和悬挂控制臂，通过改变油液压缸的压力来改变横向稳定杆的扭转刚度。
当选择TOURING位置时，液压缸内的油压较低，液压缸拥有能伸缩的弹性作用，此时横向稳定杆具有较小的旋转刚度，当选择开关处于SOORT位置时，在液压缸油压过高,平衡杆拥有很大的扭转刚度。
第三章电控悬架系统控制模块与重要传感器
3.1电子悬架系统控制模块
汽车的性能要求变得越来越高,但自动化水平仍然没有提高,ECU之间的界限还在，没有消除。
为了使电路轻易,风雅,小型化,引入CAN总线在汽车电子，来解决这个问题。
CAN总线可以通过多个ECU之间的信息传输给车辆组成一个局域网。
有效的信息传递来解决复杂的问题，悬架ECU是悬架控制系统重要的一部分。
它有如下功能：
（1）所使用的各种内部控制传感器装置的电源是由一个稳定的电源供应。
（2）用接口电路将输入信号（如各种传感器信号、开关信号）中的干扰信号除去，然后放大、变换极值。
变换为适合输入控制装置的信号。
（3）使用接口电路的输入信号（如各种传感器信号,开关信号）的干预信号,然后扩大,改变极值。
变换为适合输入控制装置的信号。
（4）电子控制单元根据事先写在只读存储（ROM程序，计算出输入信号），和计算结果以及存储器数据比较，激励器（电磁阀上，中继，等）于控制信号。
（5）悬挂ECU驱动输出驱动电路，然后运送到执行机构,如电机、电磁阀、继电器等,以达成汽车悬架特性的节制参数。
（6）为了及时发现电子控制装置中的故障，并在出现故障时尽可能地使悬架系统安全地工作，以维护汽车行驶过程，便于到修理厂进行维修，悬架具有自诊断和故障保护功能。
汽车的过程当中,ECU与故障检测电路不断监测传感器、致动器、线,如断层,在出现故障时,将悬浮在ECU的形式记录代码位置,以便在修理时容易确定故障的位置。
a结构组成：
ECU输入信号由三个信号：
数字信号，模拟信号和脉冲信号。
1）输入电路
模拟信号通过A/D转换为数字信号处理器。
控制系统模拟信号与高分辨率和精度（>10）。
为确保实时测控系统,采样间隔小于4，要求数字信号电平转换,获得计算机接受信号。
超过电源电压,会获得一个更高的振动和噪音,包含输入信号,比如输入电路的电压波动也将进行转换过程。
2）微处理器
微处理器首先完成传感器信号的A/D转换,周期性脉冲信号测量和其他输入处理汽车驾驶状态信号,然后计算和控制所需的输出值,根据要求及时发送驱动器控制信号。
微处理器大多数是八位和十六位的。
不过有一些使用32位。
现在多用16位和32位机。
3）输出处理电路
微处理器输出的信号往往用作指示灯、控制电磁阀、步进电机等。
微处理器输出信号功率小,使用+5v电压、汽车电源的致动器是一个电池，要求微处理器的控制信号通过输出电路驱动致动器后再处置。
b工作原理
图3.1ECU的结构和工作原理图
输入电路接收传感器和其他装置的输入信号，信号滤波和放大，然后转换成一定的V输入电平。
信号从传感器到ECU模拟信号和数字信号输入电路、a/d转换器的输入电路可以将模拟信号转换成数字信号,而后通报给计算机。
微机上述预处理信号处理,和数据发送到输出电路。
数字功率放大器的输出电路，减少了模拟信号，为了调节元件工作。
3.2电控空气悬架系统执行器的结构、工作原理及分类
（1）电控空气悬架系统执行器的结构、工作原理
当悬架ECU控制步进电机动作时，带动小齿轮滚动，小齿轮启动扇形齿轮动弹。
扇形齿轮同轴阻尼控制棒驱动旋转的旋转阀,使阻尼孔打开和关闭的数目变化,到达调整减振器阻尼的目标。
并通过齿轮驱动旋转空气控制阀杆调节杆阻尼，空气阀阀芯的旋转，与阀芯旋转角度的变化，空气弹簧刚度调节。
1—阻尼调节杆2—小齿轮3—步进电机4—制动杆5—电磁线圈6—扇形齿轮7—空气阀驱动齿轮8—空气阀控制杆
图3.2悬架执行器结构
悬架系统的执行装置和电磁线圈，当电磁线圈不通电，它是由制动器释放开关控制，在滑动槽的扇形齿轮制动杠杆，扇形齿轮转动。
当电磁线圈电流和吸合关闭刹车开关,制动杆,每个齿轮处于锁定状态,阻尼控制杆和空气阀控制杆可以往回拉，在这时候悬架刚度和阻尼参数被认为是一个固定值,悬架系统处于相对稳定的状态。
（2）电控空气悬架系统执行器的分类
1）2线执行器：
图3.32线执行器的原理图
2线执行器是一个off/on电磁阀。
;如果电磁阀在打开状态,减震器在柔软的阻尼状态。
如果电磁阀在关闭的位置,执行器和减震器上下就会连在一起的,不能独自维持。
2）3线执行器：
图3.43线执行器的原理图
3线驱动器是一个直流电机，只能单向转动，在减震器上。
电机转过程中，通过减速齿轮带动减速器活塞杆改变阻尼。
3）4线执行器：
图3.54线执行器的原理图
4线执行器是一个双向直流电机。
执行器安装在顶部的减震器，减震器在传动轴来改变减振器阀。
这种类型执行机构由一个对称的悬架ECU软、硬控制继电器。
3.3电子悬架系统常用传感器
（1）车身传感器
图3.6车身高度传感器安装位置及工作状态
雷克萨斯LS400悬架系统高度传感器使用光电传感器,以检测汽车高度和悬架位移引起的道路凹凸不平,都装有每一个悬架高度传感器、使用连续监测体与吊臂之间的距离。
每个传感器包括有曹圆盘和4对遮光器组成，槽盘在光管和光敏三极管之间转动。
每使用快门的开关信号，让组合传感器输出，16个选择脉冲检测车高而后转化为ECU数据。
图3.7雷克萨斯LS400轿车车身高度传感器与ECU电路
传感器安置在车身和轴之间,用来改变汽车的高度转化为电子信号,并传递到悬架控制单元（ECU）。
ECU依据身体的高度传感器输入信号,控制空气压缩机工作或排气阀打开,为了增添或削减的数量主气室空气悬架空气，保持高度。
车身高度传感器有光电式和霍尔式。
（2）方向盘转角传感器
方向盘转角传感器基于各种原理,方向盘角度传感器提供了一个方向盘旋转角度的输出信号。
相对于光电效应,直角效应,电阻分压功用等等,方向盘角度传感器控制系统有很大影响汽车的稳定性,尤其是精度和稳定性与行车安全直接相关。
方向盘角度传感器是用来衡量转动方向盘角度,提供ESP，实际上是ECU控制的传感器。
（3）车速传感器
速度传感器一般安装在变速箱输出轴靠近外壳的车辆检查的运行速度，并将信号传递给ECU，作为防反冲，反卷，反潜水控制和速度控制的依据。
经常使用的的速度传感器有电磁感应型和可变磁阻型两种。
经常使用的的速度传感器有电磁感应型和可变磁阻型两种。
变速箱输出轴旋转时,车辆检查转子凸齿的齿轮或感应不断接近速度传感器,或离开感应线圈的磁通转变,导致交流感应电压信号。
速度越高,变速箱输出轴转速越高，从而也影响感应电压脉冲的频率。
ECU按照感应电压脉冲的巨细来计算速度。
磁阻式转速传感器的感应元件，集成电路，磁环，齿轮及齿轮轴。
其中，具有变速器输出轴通过传动齿轮和齿轮轴驱动。
当旋转传感器装置,齿轮轴与多级循环和旋转的同时,也引起磁通的变化,圆形旋转使集成电路组件内的磁阻电阻改变。
电流方向平行时对磁致电阻元件的方向和时的最大磁电阻；电流方向和垂直线方向的最小电阻值。
车速传感器轴每转一周，转化电路将收到一个20脉冲的信号，并把它转化为一个4脉冲信号。
这个4脉冲信号操作车速表并给悬架控制装置（ECU）和其他一些与车速有关的控制单元发送车速信号，由控制装置对车速信号进行处理。
第四章电子控制悬架系统故障诊断与检测
4.1电子控制悬架系统故障诊断
电子控制悬架系统通常具有自我诊断功效。
电子控制悬架系统维护维修人员需要掌握一定的电子技术和悬架系统的组成和基本工作原理的基础上根据不同的车辆悬架系统的测试方法和步骤,故障诊断,故障分析以及查找故障原因和故障部位，并与以排除。
自诊断系统的功能：
①监测系统的工作状况
如果系统发生了故障，装在仪表板上的车高控制指示灯，将被通电闪亮，以提醒驾驶员立即检修。
②存储故障码
发生系统故障时,系统将以故障代码的形式存储在悬挂ECU随机存取存储器（RAM）。
在汽车维修中，维修人员可以采取一定的方法读取故障码及相关参数，快速诊断故障部位或找到生产失败的原因。
③失效保护
当传感器或执行机构发生故障,自诊断系统将在预设参数代替故障传感器或执行机构,即自我诊断系统具有失效保护功能。
表5-1悬架刚度和阻尼力控制失灵
故障征兆
故障部位
无论如何操作LRC开关，LRC指示灯的状态不变
LRC开关电路
悬架ECU
只有防侧倾控制不起作用
转向传感器电路悬架ECU
只有防后坐控制不起作用
节气门位置传感器及电路
悬架ECU
只有防点头控制不起作用
制动灯开关及其电路
车速传感器及其电路
悬架ECU
4.2故障诊断方法
（1）
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