汽车主动空气动力悬架系统优化方案

汽车主动空气动力悬架系统能够根据汽车的负载情况、行驶状态和路面情况等主动地调节包括悬架系统的阻尼力、汽车车身高度和行驶姿态、弹性元件的刚度在内的多项参数。这类悬架系统大多采用空气弹簧或油气弹簧作为弹性元件，通过改变弹簧的空气压力或油液压力的方式来调节弹簧的刚度，使汽车的相关性能始终处于最佳状态。汽车主动空气动力悬架系统主要由传感器、ECU、高度控制器、空气悬架等组成。传感器和ECU在此不作介绍，本节主要介绍高度控制器和空气悬架。图11.2.3所示为利用空气弹簧调节车身高度的封闭式空气动力悬架系统。当要降低车身高度时，需将空气弹簧中的空气量减少，系统将空气弹簧中空气排向储气筒的低压腔而不排入大气，因此该系统又称封闭式悬架系统。三菱GALANT轿车采用的就是这样的车身高度调节回路。

该系统由空气压缩机、空气干燥器、储气筒、流量控制电磁阀、前后悬架控制电磁阀、空气弹簧和它们之间的连接管路等组成。下面介绍其工作原理。

1.气压的建立

发动机起动后，当处于充电状态时（如果发电机没有发电，此时空气压缩机将不工作，以防蓄电池放电），直流电动机将带动空气压缩机工作，空气经过滤后，从进气阀进入气缸，被压缩后的空气由排气阀流向空气干燥器，经干燥后的空气进入储气筒。储气筒上有空气压力调节装置，气压达到规定值时，空气压缩机将进气阀打开，使空气压缩机空转，防止消耗发动机的功率。储气筒的气压一般保持在750～1 000 kPa。

2.车身高度的升高

当ECU发出提高车身高度的指令时，流量控制电磁阀和前后悬架控制电磁阀的进气阀打开，储气筒的空气进入空气弹簧，使其气压升高，车身高度上升至规定高度时，各电磁阀关闭。

图11.2.3　封闭式空气动力悬架系统

1—流量控制电磁阀；2—前悬架控制用电磁阀；3—右前带减振器的空气弹簧；4—后悬架控制用电磁阀；5—右后带减振器的空气弹簧；6—左后带减振器的空气弹簧；7—左前带减振器的空气弹簧；8—空气压缩机；9—空气干燥器；10—储气筒

3.车身高度的降低

当ECU发出降低车身高度的指令时，流量控制电磁阀和前后悬架控制电磁阀的排气阀打开，空气弹簧中的空气经这些阀门流向储气筒的低压腔。当车身降低至预定调定高度时，各电磁阀关闭。

4.空气的内部循环(www.xing528.com)

由于该系统是一个封闭系统，从空气弹簧排出的空气并不排入大气中，而是排入储气筒的低压腔。因此，当储气筒中需要补充气压时，低压腔中有一定压力的空气又经空气压缩机进气阀后进入气缸，被压缩和干燥后，进入储气筒的高压腔。这样有助于提高充气效率，减少能量消耗，防止过多的水分进入系统污染元器件。该系统的各空气弹簧为并联独立式布置，各空气弹簧可以单独进行充、排气操作，互不干扰空气的流动。各控制电磁阀均由ECU进行控制。空气弹簧有3种工作状态，即低、正常和高。一般的行驶状态下，车身高度保持正常；车速超过120 km/h时，车身高度为低；在100 km/h以下时，车身高度为正常；在较差路面上行驶时，车身高度为高；其他的车身高度由汽车的行驶状态来决定。

空气悬架由空气弹簧、减振器、执行器、空气管等组成，具体组成如图11.2.4所示。空气弹簧是在一个密封的容器内充入压缩气体，利用气体的可压缩性实现其弹簧作用。当弹簧上的载荷增加时，容器内的定量气体受压缩，气压升高，则弹簧的刚度增大；反之，载荷减小时，弹簧内的气压下降，刚度减小。空气悬架的刚度是由步进电机带动空气控制阀，通过改变主、副气室之间通路的大小，使悬架的刚度可以在低、中、高3种状态下变化，从而改变悬架的刚度。

图11.2.4　空气悬架的组成

1—执行器；2—副气室；3—减振器阻尼调节杆；4—主气室；5—减振器活塞杆；6—滚动膜；7—减振器

悬架刚度的调节原理如图11.2.5所示。当空气阀芯的开口转到对准“低”位置时，主、副气室通路的大孔被打开，主气室的气体经过阀芯的中间孔、阀体侧面通道与副气室的气体相通，两气室间的流量加大，相当于参与工作的气体容积增加，悬架的刚度减小。

图11.2.5　悬架刚度的调节原理

1—阻尼调节杆；2—气阀控制杆；3—主、副气室通路；4—主气室；5—副气室；6—气体阀；7—气体通路小孔；8—阀芯；9—气体通路大孔

当阀芯开口转到对准图示“中”位置时，气体通路的小孔被打开，主、副气室间的流量变小，悬架刚度增大。

当阀体开口转到对准图示“高”位置时，主、副气室间的通路被切断，只有主气室单独承担缓冲任务，悬架刚度进一步增大。