LS430空气悬架的结构组成与工作原理分析

李沐璂

摘要：在国内对空气悬架已经有了很多研究，部分产品已经开始批量出产，在伴随着电子、计算机技术、机电一体化技术在空气悬架和助力转向系统上的大量应用，使得汽车的结构性能发生了根本性的变化。新的机构原理和电子控制装置相继涌现，大幅度提高汽车乘坐舒适性和操纵性。

关键词：空气悬架；侧倾姿势控制；防俯冲控制；防后坐控制；速度感测控制

LS430汽车采用空气悬架系统作为标准配置，通过空气弹簧（具有减振作用）和减振器（能够快速有效地作出回应）的组合使用，该系统实现了良好的车辆稳定性和乘坐舒适性。

空气悬架系统采用非线性 H∞（H 无穷大）控制。这样保证良好的乘坐舒适性。采用霍尔集成电路型高度控制传感器。空气悬架系统使 VDIM（车辆动态综合管理）和碰撞预测安全系统协同控制以优化减振力。空气悬架系统包括悬架控制ECU、AFS ECU、HV ECU、四个高度控制传感器、高度控制继电器、四个悬架控制执行器、压缩机和干燥器总成、前后两个加速度传感器、前后两个高度控制器、转向角传感器、横摆率和减速度传感器、高度控连接器、制动灯开关、高度控制指示灯、悬架控制指示灯、主警告灯、减振模式开关和高度控制开关等组成，该系统主要实现的功能主要有两大功能：一是减振力的控制其中包括侧倾姿势控制、防俯冲控制、防后坐控制、速度感测控制，二是车辆高度控制其中包括自动调平控制、高速控制等功能。

一、空气悬架系统的组成

LS430空气悬架系统主要包括悬架控制ECU、AFS ECU、HV ECU、四个高度控制传感器、高度控制继电器、四个悬架控制执行器、压缩机和干燥器总成、前后两个加速度传感器、前后两个高度控制器、转向角传感器、横摆率和减速度传感器、高度控连接器、制动灯开关、高度控制指示灯、悬架控制指示灯、主警告灯、减振模式开关和高度控制开关等组成。

二、空气悬架工作原理分析

LS430汽车空气悬架系统主要可实现两大功能，一是减震器减震阻尼力的控制，二是车身高度的控制，其中减振力的控制包括汽车防后坐控制、防俯冲控制、侧倾姿势的控制、速度感测控制、半主动控制，车身高度的控制其中包括自动调平的控制、高速控制。

1、防后坐控制功能

当汽车在路面上行驶时悬架ECU接受车速传感器的信号、方向盘转角以及角速度的信号、加速度传感器的信号、横摆率和减速度传感器等信号，通过这几个信号来感知汽车现在处于什么状态，当驾驶员踩下油门加速行驶的时候，悬架ECU通过加速度传感器输出的信号电压和节气门位置传感器信号得知汽车正处于加速状态，此时悬架ECU控制左后悬架控制执行器使电流从RAL+端子到RAL-端子导通，此时左后悬架控制执行器内的连接杆开始转动，并且直接带动减震器内控制阻尼孔的连杆，使其阻尼孔逐渐关小，相应的阻尼力就会增加使减振力变得更强，悬架控制执行器能够控制九级阻尼力的大小，RAL+与RAL-两端子导通的时间越长，阻尼力就会变得越大，同样的右后悬架控制执行器也是同样动作，使RAR+与RAR-导通电流流入，使减震器内的阻尼孔逐渐关小，增大减震器的阻尼力，该控制抑制车辆在加速过程中尾部后坐并将车姿变化限制到最小。相反如果悬架ECU将左后悬架控制执行器RBL+与RBL-端子导通，右后悬架控制执行器的RBR+与RBR-端子导通，则两个减震器的阻尼力将减小。

2、防俯冲控制功能

当驾驶员踩制动刹车时，悬架ECU接受到刹车开关的信号，以及车速传感器信号得知汽车制动时为了防止汽车前部向下俯冲，此时悬架ECU控制左前悬架控制执行器的FAL+与FAL-两端子导通流入电流，则左前减震器的阻尼力将逐渐增大同样右前悬架控制执行器的FAR+与FAR-导通，则右前减震器的阻尼力将增大，该控制抑制车辆在制动过程中点头并将车姿变化限制到最小。相反如果悬架ECU将左前悬架控制执行器FBL+与FBL-端子导通，右前悬架控制执行器的FBR+与FBR-端子导通，则两个减震器的阻尼力将减小。

3、侧倾姿势的控制功能

当驾驶员向右转动方向盘时，汽车右转弯时因为离心力的作用车身外侧将有向上翘的趋势，此时悬架ECU通过方向盘转角传感器和横摆率传感器得知车身的实际状态，同时为了减小车身外侧向上的趋势，悬架ECU控制左前悬架控制执行器和左后悬架控制执行器将两侧减震器的阻尼力变大，防止车姿变形。当汽车向左转弯时情况则相反。该功能调节转向过程中车辆侧倾角和纵倾角之间的差值，从而实现平稳性和极好的操控性。车辆侧倾角和纵倾角之间的差值较小时，车身侧倾平稳而舒适。相反，差值较大时，车身无法平稳舒适地侧倾。

3、速度感测控制功能

当汽车行驶时，悬架ECU通过车速传感器得知汽车的实际车速，汽车低速行驶时为了得到较好的乘坐舒适性，悬架ECU控制四个悬架控制执行器将减震器的阻尼力变小，当汽车高度行驶时为了保证汽车的行驶稳定性，悬架ECU将是四个减震器的阻尼力变大，同时车身高度将被降低，这样提高的汽车的空气动力学性能和汽车的行驶稳定性。

4、半主动控制（非线性 H∞控制）

根据路面颠簸情况，该控制采用三个加速度传感器检测弹簧加速率并应用非线性 H ∞ 控制计算目标减振力。线性控制是减振力与弹簧加速率成比例的线性变化，与线性控制不同非线性 H ∞控制实现了更高的减振性能。从而，保证了在任何路面或任何行驶状态下极好的乘坐舒适性。

5、车身高度控制功能

无论乘客和行李的重量如何，都可使车辆高度保持不变。操作高度控制开关可将车辆目标高度调至 “正常”或 “高”的位置。具体控制过程如下，汽车行驶时如果驾驶员将高度控制开关按到“高”的位置上时，悬架ECU通过安装在汽车悬架臂上的四个高度控制传感器得知汽车的实际高度，当汽车的实际高度低于设定的目标高度时，悬架ECU将高度控制继电器的线圈通电，继电器触点闭合，压缩机电机通电开始工作产生高压气体，同时悬架ECU将提供给前高度控制阀SLFL和SLFR两端子电流，后高度控制阀SLRL和SLRR两端子电流，使压缩机产生的高压气体与左前气动缸、右前气动缸、左后气动缸、右后气动缸的通道连通，高压气体进入四个气动缸内车身高度将升高。当汽车承载的重量减少时车身高度将升高，此时四个高度控制传感器将车身升高的信号提供给悬架ECU，ECU将供给高度控制排气阀SLEX端子电流，排气阀打开，四个气动缸内的高压气体被排入到大气中，同时由于高压气体在排入大气的过程中会经过干燥器，此时干燥器的水分一同被排入大气中去。

总之，即使在最恶劣的情况下，LS430空气悬架系统的全部功能，也能为驾驶者提供能够良好操纵的转向稳定性，以及确保乘客的舒适度。

参考文献：

[1] 李铁军.柴油机电控技术使用教程[M].北京：机械工业出版社，2009.

[2] 中国汽车工程学会组.2008世界汽车技术发展跟踪研究[J].北京：北京理工大学出版社，2008.