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汽车检测与维修毕业论文

时间:2014-3-31栏目:机械论文

  山东科技职业学院
  
  毕 业 设 计( 论 文)
  
  论文题目:电控悬架系统的结构控制原理与检修
  
  系 别: 汽车工程系
  
  专 业: 汽车检测与维修
  
  班 级: 汽修2班
  
  学生姓名: 李阳
  
  学 号: 201131201214
  
  指导教师: 元伟利
  
  2014年 3月
  
  目录
  
  摘要……2
  
  前言……3
  
  正文……4
  
  系统的组成及原理……4
  
  主要部件及功能……5
  
  1.1空气弹簧……6
  
  1.2减震器……6
  
  1.3空气供应机组……7
  
  1.4电磁阀组……8
  
  1.5储气罐……9
  
  1.6传感器……9
  
  调控方案……10
  
  2.1普通调控方案……11
  
  2.2特殊运行状态下的调控案……12
  
  仪表指示警告……15
  
  3.1车身高度最低位……15
  
  3.2车身高度高位……15
  
  结束语……16
  
  参考文献……17
  
  致谢……18
  
  摘要
  
  电子技术与汽车技术的结合形成了一门新技术--汽车电子技术,随着汽车电子技术的日趋完善,时至今日,汽车电子化已达到相当高的程度。汽车电子技术已成为一个国家汽车工业发展的标志。本篇论文不仅对应用广泛的电子控制悬架系统的结构、原理进行了系统阐述,而且对其故障类型与产生原因进行分析,同时也对诊断与检测方法、流程也作了详细的介绍。悬架系统是车身和车轮之间一切传动力连接装置的总称,是汽车重要的组成部分,它把路面作用于车轮的支承力、牵引力、制动力和侧向反力以及这些力所产生的力矩传递到车身上,用以保证汽车的正常行驶。
  
  关键词:电子控制,悬架系统,故障,诊断
  
  Abstract
  
  In order to satisfy the modern automobile suspended franme of the proposed all sorts of performance requirements,suspension structure form has been in constant updates and perfect,despite this,traditional passive suspension still subject to many restrictions,mainly is difficult to improving the uneven pavement on the stability of the vehicle and the art of,even if adopting the optimization design also only guarantee the suspension in particular incentive change,suspension performance also change,in order to overcomg the traditional passive suspension for car performance improvement the limit,in recent years,the auto industry in succession in appeared more supenior performance active suspension and semi_active suspension
  
  Key words:Electronically controlled suspension system, fault, diagnosis
  
  前言
  
  振动是影响汽车行驶平顺性和操纵稳定性以及汽车零部件疲劳寿命的重要因素。剧烈的振动会影响汽车的行驶速度,并随之产生环境噪音污染。随着现代汽队乘坐舒适性和安全性的要求越来越高,设计一个具有良好综合性能的悬架成为代汽车研究的一个重要课题。 随着车辆参数及行驶工况的变化,对悬架系统性能的要求是不同的:一方面,为提高悬架系统的行驶平顺性,希望悬架系统的刚度较小,而采用较软的悬架;另一方面,为了提高车辆的行驶安全性和方向的控制,则要求悬架系统的阻尼和刚度都比较大,需要采用较硬的悬架以减少车轮与车身件的相对行程,获得良好的路面附着于支撑。可见,对于悬架系统的设计要求往往是相互矛盾的。
  
  传统的被动式悬架系统的弹性元件的阻尼元件的刚度值和阻尼值是固定的,在汽车行驶过程中无法随着路面状况、载荷和车速等因素的变化而变化。由于悬架系统参数不可改变,所以即使是最优化设计也只能对特定的激励做出最优的响应,一旦激励发生变化,悬架系统便不再为最优,这一问题限制了悬架系统性能的进一步提高。目前,被动悬架系统的潜力已经接近极限,所以有必要设计一种不同于被动悬架系统的新型悬架系统,它可以随汽车行驶状况而自适应的改变其阻尼和刚度参数,具有优良的减震性和操纵稳定性。近年来,由于计算机技术和各种新型控制方法的迅速发展,使人们对各种振动和噪音的控制水平不断提高,为从本质上改善汽车悬架系统性能提供了一条新途径。随着控制理论、电子技术、计算机技术、测控技术、机械动力学等学科的快速发展,智能悬架系统应运而生,即基于电子控制的智能悬架系统--主动悬架系统得到了迅速发展并逐渐在轿车上应用。特别是信息科学中对最优控制、自适应控制、模糊控制、人工神经网络等智能控制的研究,不仅在理论上取得了令人瞩目的成绩,同时已开始应用于汽车悬架系统的振动控制,使悬架系统振动控制技术得以快速发展。随着汽车结构和功能的不断改进和完善,研究汽车振动,设计新型悬架系统,将振动控制到最低水平是提高现代汽车质量的重要措施。因此汽车悬架振动主动控制技术将成为未来汽车研究的一个主要方向。
  
  正文
  
  试验系统主要由执行单元、作动总成、加载机架、动力单元、液压泵站、控制单元、计算机伺服系统组成,根据试件的结构形式以积木形式搭建试验系统
  
  奥迪A8轿车作为奥迪品牌的顶级车型,配备了新开发的自适应空气悬架(图1)。
  
  系统的组成及原理
  
  它利用电子减振调控装置可以实时跟踪汽车当前的行驶状态测得车轮的运动状态(非簧载质量)和车身的运动状态(簧载质量)。在四个可选模式范围内实现了不同的减振特性曲线。每个减振器都可单独进行调控。因此,在设定好的每种模式(舒适型或运动型)下均能够保证汽车具有最佳的舒适性和行车安全性。在设定的模式的框架下,车身高度自动调控程序和减振特性曲线被整合成一个系统。
  
  系统的组成如图2所示。
  
  主要部件及功能
  
  1.空气弹簧
  
  空气弹簧采用外部引导式。它被封装在一个铝制的圆筒内。为了防止灰尘进入圆筒和(空气弹簧)伸缩囊之间,用一个密封圈密封线圈活塞和气缸之间的区域。密封圈可在维修时更换,空气弹簧伸缩囊不能单独更换。出现故障时,必须更换整个弹簧/减振支柱。
  
  为了保证行李箱具有尽可能大的可利用空间和最大储物宽度,最大限度地减小了空气弹簧的直径。为了满足舒适性的要求,空气弹簧体积应最小。此冲突的解决方案是使用一个与减振器相连的容器存储额外的空气。
  
  空气弹簧不仅替代了钢制弹簧,而且相对于钢制弹簧还有独特的优点。空气弹簧使用了铝制气缸的新式外部引导性装置减小了空气弹簧伸缩囊的壁厚。这样,在路面不平情况下响应更加灵敏。
  
  2.减振器(图3和图4)
  
  构造:
  
  使用了一个无级电子双管气压减振器(无级减振控制系统=CDC减振器)。活塞上的主减振阀门通过弹簧机械预紧。在阀门上方安装有电磁线圈,连接导线经由活塞杆的空腔与外部连接。
  
  功能:
  
  减振力主要取决于阀门的通流阻力。(www.fwsir.com)流过的油的通流阻力越大,减振力也就越大。
  
  以弹簧挠度(弹性)跳动(等于压力分段减振)为例从原则上说明工作原理(图5):
  
  当电磁线圈上没有电流作用时,减振力达到最大。减振力最小时电磁线圈上的电流大约为1800mA。在紧急运行时不对电磁线圈通电。这样就设定了最大减振力,并通过其来保证车辆行驶时动态稳定。
  
  3.空气供应机组(图6)
  
  空气供应机组安装在发动机舱的左前方。由此可以避免工作噪声传入汽车内部。除此之外还能实现有效的冷却。这样能提高压缩机的可能开启持续时间并且由此提高调控质量。
  
  为保护压缩机不至过热,在需要时(如气缸盖温度过高时)会将其关闭。最大系统静态压力为16bar。
  
  4.电磁阀组(图7)
  
  电磁阀组包括了压力传感器以及用于控制空气弹簧和储气罐的阀门。它安装在汽车左侧车轮外壳和A柱之间的车轮罩内。
  
  5.储气罐(图8)
  
  储气罐位于汽车左侧行李箱底板和后部消声器之间。储气罐由铝材制成。其容积为5.8L,最大工作压力为16bar。
  
  系统布局的目的是在保证功能要求的前提下,尽可能地降低能耗(压缩机打开的阀值设置为最小)。要使调控动作仅通过压力存储器进行,在储气罐和空气弹簧之间必须有一个最小为3bar的压差。
  
  6.传感器
  
  (1)压缩机温度传感器(G290)用于探测压缩机汽缸盖的温度。它的电阻随温度的升高急剧降低(NTC:负温度系数)。此电阻的变化由控制单元进行处理。空气压缩机最大运行时间取决于当前温度。维修时不得单独更换零件。见图6空气供应机组图中标示6。
  
  (2)压力传感器(G291)根据电磁阀的控制情况,用于测量前桥和后桥弹簧支柱或储气罐间的压力变化情况。
  
  (3)车身加速度传感器(G341、G342、G343)(图9)为对每种行驶状态实行最理想的减振调控,必须知道车身运动(簧载质量)和车轴运动(非簧载质量)的时间曲线。使用三个传感器测量车身的加速度。其中有两个位于前桥的弹簧支柱拱顶上,第三个位于右后轮罩内。通过处理车身高度传感器信号来获取车轴部件(非簧载质量)的加速度。
  
  (4)车身高度传感器(G76、G77、G78、G289)(图10)四个传感器在结构上相同,支架和连接杆位于车轴的侧面和特定的位置上,传感器测得悬臂和车身之间的距离并由此测得车辆的高度状态。以800Hz频率进行感应探测(全时四轮驱动车为200Hz)。采样频率可以确定非簧载质量的加速度。
  
  电子控制悬架系统的核心元件为控制单元。它安装于车内贮物箱前。
  
  它用于处理其他总线部件的相关信息和独立的输入信号。处理生成控制信号,这些信号用于控制压缩机、电磁阀和减振器。
  
  调控方案
  
  由于标准型底盘和运动型底盘之间存在着本质上的区别,所以需要两种不同的控制单元(软件应用程序)。
  
  1.普通调控方案
  
  车身高度调整主要是调节同一车桥上左右两侧的高度差(例如由于单侧负载引起的)。
  
  在车速小于35km/h时,储气罐优先作为能量来源。前提是储气罐和空气弹簧之间有至少3bar的压差。
  
  车身高度调节过程(图12):
  
  提升:首先后桥被提升,然后是前桥;衔氏:首先前桥被衔氐,炽后桥。
  
  设置这个顺序的目的是:在前照灯照明距离调节装置失灵的情况下,避免前照灯在悬架调控时导致其他路人炫目。
  
  除了带有氙气前照灯的车辆之外,车辆均安装了前照灯照明距离调节装置。
  
  对于A8轿车来说,可以选择标准型底盘(自适应空气悬架)和运动型底盘(运动型自适应空气悬架)两种调整方式。
  
  (1)标准型底盘调控方案:
  
  可以手动或自动选择以下模式:
  
  a“自动”模式:(标准车身高度)(图13)
  
  目标车身高度,以舒适性为目标,沿着相应的减振曲线自适应调控。以超过120km/h行驶30秒种后下降25mm(“高速公路车身降位”)。通过降低车身高度能够有效改善汽车的空气动力性,并且能够降低燃油消耗。当车速低于70km/h的时间超过120秒种,或车速低于35km/h时,又自动提升至标准车身高度。
  
  b“舒适”模式:(标准车身高度)(图13)
  
  车身高度与“自动”模式一样,在低速范围内减振功能比“自动”模式弱,比“自动”模式更舒适为依据进行调控,相对于“自动”模式来说,乘坐舒适性有进一步提升。不能自动进行“高速公路车身降位”。
  
  c“动态”模式:(-20mm)(图14)
  
  车身高度比“自动”模式降低了20mm。控制曲线自动调整为运动型减振特性曲线。以超过120km/h行驶,30秒后车身继续下降5mm(“高速公路降位”)。在整个车速范围内设定了一条严格的减振特性曲线。当车速低于70km/h的时间超过120秒钟或车速低于35km/h时,又自动提升至运动型车身标准高度。
  
  d“高位”模式: (+25mm)(图15)
  
  此模式只在车速小于80km/h时才能选用。从100km/h开始,此模式自动退出。然后调控为先前所选模式(“自动”、“动态”或“舒适”)。即使车速以后再次低于80km/h,也不再自动运行“高位”模式。相对于“自动”模式车身高度上升了25mm,与“自动”模式一样具有舒适性调整。
  
  (2)运动型底盘调控方案
  
  与标准型底盘的区别:弹性和减振以运动型为依据进行调控;在车速小于120km/h时,“自动”、“动态”和“舒适”模式下的高度位置相同,但减振特性曲线不同;车身标准高度比标准型底盘低20mm。
  
  a“自动”模式:(-20mm)(图16)
  
  车身标准高度相当于标准型底盘“动态”模式,带有相应减振特性曲线以运动型为依据的调控(比“动态”模式更舒适的调控)。以超过120km/h行驶,30秒钟后再下降5mm(“高速公路车身降位”)。
  
  b“动态”模式:(-20mm)(图16)
  
  车身高度和运动型底盘“自动”模式一样,带有相应减振特性曲线的运动型调整。从120km㈩开始30秒钟后下降5mm(“高速公路车身降位”)。
  
  c“舒适”模式:(-20mm)(图16)
  
  车身高度和运动型底盘“自动”模式一样,在低速范围内减振比“自动”模式更低。不能自动进行“高速公路车身降位”。
  
  d“高位”模式:(+5mm)(图17)
  
  相对于运动型底盘“自动”模式来说,车身高度上升了25mm,以运动型为依据的调控。相对于标准型底盘的标准车身高度提高了5mm。
  
  2.特殊运行状态下的调控方案
  
  弯道行驶:在弯道行驶时悬架调控中断,弯道过后调控继续进行。通过转向角传感器信号和横向加速度传感器信号识别弯道行驶。减振力根据实时的行驶状况进行自动调节。因此,能够有效防止行驶中那些不希望出现的车身运动(例如侧倾)。
  
  制动过程(图18):首先,在ABS/ESP制动时引入减振调控功能。减振调控取决于受控制的制动压力。因此,最大限度降低了车身的俯仰和侧倾运动。
  
  起步过程(图18):
  
  在起步过程中由于车身的质量惯性首先存在着俯仰运动。通过合适的、与当前状态匹配的减振力能将这些运动限制在最小的程度。
  
  预动和随动模式:
  
  调控行车前或点火开关打开前相对于额定高度的偏差。在一定情况下,通过操作车门,行李箱盖或15号线能将系统从睡眠模式唤醒并进入预动模式。例如点火开关关闭之后,在随动模式下调控由于乘员下车或卸载而造成的车身高度差。
  
  睡眠模式:
  
  在进入随动模式60s后没有输入信号的情况下,系统进入保证能量节约的睡眠模式。2.5h和10h后睡眠模式将短时间关闭,以便再次检查车身高度状况。在一定情况下,与额定值的高度差异通过存储器得以补偿(例如,通过冷却空气弹簧内的气体来补偿)。
  
  升降台模式:
  
  通过对车身高度传感器信号的处理以及静止车辆控制的持续时间来识别升降台运行状态。没有故障被写入故障存储器。此模式不会通过指示灯显示。
  
  车辆千斤顶的使用(维修模式):
  
  不能进行自动识别。使用车辆千斤顶时调控系统必须关闭。通过操作MMI系统中菜单的控制按钮CAR→SETUP来完成。此模式可以通过在MMI中设置转入非激活状态,也可以通过以15km/h的速度行驶转入非激活状态。
  
  挂车运行状态:
  
  在挂车与拖车建立电气连接时,挂车运行状态会被自动识别。使用SETUP按键可调用系统状态(打开或关闭挂车运行状态),在一定情况下使用MMI控制钮可激活系统状态。对于标准型底盘来说,在挂车运行状态下无法选择“动态”模式。
  
  仪表指示警告
  
  1.车身高度最低位
  
  通过高度低位指示灯以及警告灯的闪烁显示车身高度最低位(低于正常水平高度65mm以上)。车身高度最低位可能在车辆长时间静止后出现。
  
  2.车身高度最高位
  
  通过警告灯的闪烁显示车身高度最高位(高于正常水平高度50mm以上)。在重物卸载时,可能出现短时间的车身高度最高位。
  
  结束语
  
  由模拟结果可以看出,与被动悬架系统相比较,在汽车制动过程中,主动悬架系统
  
  使汽车的后轴轴向载荷下降程度大幅度减小,并且使得整个过程中轴向载荷的振荡幅度
  
  也相应下降,说明汽车通过主动悬架系统可以有效提高制动能力和制动稳定性,是改善
  
  汽车制动性能的一种比较有效的方法。
  
  电子控制悬架可以提高汽车乘坐舒适性、行驶平稳行,代表了目前汽车悬架的发展方向。随着人们水平的提高,对汽车舒适性的要求也越来越来高。毫无疑问,主动悬架这一先进的悬架在汽车上的应用将越来越普及。
  
  参考文献
  
  [1] 陈幼平、曾昭茂
  
  长沙交通大学。 汽车电子控制悬架系统的故障诊断与检修。 使 用·维修,1999年第2期
  
  [2] 梁新成、黄志刚、朱亭、穆以东。 北京工商大学机械自动化学院
  
  汽车悬架的发展现 状和展望。 北京工商大学学报(自然科学版), 2006年3月第24卷第2期
  
  [3] 姚嘉等佳木斯大学机械工程学院汽车悬架系统的发展与控制理论 佳木斯大学 学报(自然科学版), 2004年7月第22卷第3期
  
  [4] 姜婷山西交通职业技术学院。汽车悬架系统的应用与发展趋势。 太原科技,2008年 第12期
  
  [5] 朱华。现代汽车悬架系统的发展现状及趋势。城市车辆,2008-4期
  
  [6] 王宪成。汽车典型电控系统的结构与维修
  
  北京:高等教育出版杜,2004
  
  [7] 温晓晨。烟台汽车工程职业学院。现代汽车电控悬架系统原理与维修概述
  
  [8] 罗文发、李莉薇电控空气悬架系统的故障诊断方法汽车诊所,2008.
  
  [9] 平现代汽车电子悬架系统的结构及工作原理中南汽车运输1997年12月
  
  [10] 吴成位。海南省交通技工学校。 电子控制悬架系统的原理与检修公路与汽运,
  
  致谢
  
  衷心感谢导师元伟利老师,他独到的见解和严谨的治学态度使我受益匪浅。在毕业课题的研究和论文的撰写过程中,给我许多有益的指导,可以说没有元老师的帮助和鼓励,我是不会这么顺利地完成工作的。在此我向他表示衷心的谢意。
  
  这三年来感谢山东科技职业技术学院汽车工程系的老师对我专业思维及专业技能的培养,他们在学业上的心细指导为我工作和继续学习打下了良好的基础,在这里我要像诸位老师深深的鞠上一躬!特别是我的指导老师,这三年来,在思想以及生活上给予我鼓舞与关怀让我走出了很多失落的时候,“明师之恩,诚为过于天地,重于父母”,对元老师的感激之情我无法用语言来表达,在此向吴老师致以最崇高的敬意和最真诚的谢意!
  
  同时我还要感谢山课院所有任课老师以及曾经帮助过我的每一位朋友、同学,以及我的家人,感谢您们对我工作和学业的大力支持,谢谢!
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