传感器在汽车悬架系统中应用.doc

传感器在汽车悬架系统中的应用 　　摘要：汽车的现代化与电子技术及传感器关系密切，汽车已成为传感器应用的重要领域。本文主要讲述汽车悬架的发展，并以汽车悬架系统为代表讲述传感器在汽车领域中的应用。 　　关键词：汽车悬架系统 传感器 应用现状 未来发展 　　 　　随着社会的发展，现代汽车已经由单纯的机电产品发展成为高级机电一体化产品，即所谓的“电子汽车”。汽车传感器就是用来测量汽车在运行过程中各大总成和整车工作状态及其参数的变化情况，将不断变化的机械运动变成电参数的变化，并及时传送给电子控制器(计算机)、各种仪表和指示灯，以便车载计算机对发动机及其他总成进行控制，使驾驶员及时了解汽车各部件的工作状况，从而提高车辆的使用性能。 　　一、传感器技术概述 　　所谓传感器，是指能感受规定的被测量，并按一定规律转换成可用输出信号的器件或装置。传感器通常由敏感元件、转换元件和转换电路三部分组成，如图1所示。其中敏感元件是指能直接感受(或响应)被测量的部分，即将被测量通过敏感元件转换成与被测量有确定关系的非电量；转换元件的作用是将上述非电量转换成电参量；转换电路的作用是将转换元件输入的电参量经过处理转换成电压、电流等可测电量，以便进行显示、记录、控制和处理。 　　二、汽车悬架系统的发展 　　汽车悬架系统是车架与车桥之间一切传力连接装置的统称。一般由弹性元件、减振器和导向元件组成，如下所示。在汽车行驶过程中，悬架的作用是弹性地连接车桥和车架，减缓行驶中车辆受到由路面不平引起的冲击力，保证乘坐舒适和货物完好，迅速衰减由于弹性系统引起的振动， 传递垂直、纵向、侧向反力及其力矩，并起导向作用，使车轮按一定轨迹相对车身运动。悬架决定着汽车的稳定性、舒适性和安全性，是现代汽车十分重要的部件之一。汽车行驶的平顺性和操纵稳定性是衡量悬架性能好坏的主要指标。 　　1.被动悬架 　　被动悬架即传统式悬架，主要由弹簧、减振器和导向机构等组成，其中弹簧主要起减缓冲击力的作用，减振器起衰减振动的作用。被动悬架的优点是成本低、可靠性较高???缺点是无法解决同时满足平顺性和操纵稳定性之间相矛盾的要求。 　　被动悬架主要应用于中低档轿车上，根据导向装置的不同，被动悬架分为非独立悬架和独立悬架。非独立悬架结构简单、工作稳定，主要用于客、货车上。独立悬架采用断开式车桥，每侧车轮可相对独立运动，平顺性较好。但它结构较复杂，成本较高。现代轿车及一些轻型货车上广泛采用独立悬架。随着1954年GM公司的Erspiel―Labrosse在悬架设计中的主动控制思想的提出，悬架系统的半主动形式及主动形式在实际车型中得已广泛应用。 　　2.电子控制悬架 　　电子控制悬架是通过电子控制单元来控制相应的执行元件，改变悬架的特性以适应各种复杂的行驶工况对悬架系统的不同要求，从而使舒适性、平顺性、操纵稳定性同时得到改善。电子控制悬架没有固定的悬架刚度和阻尼系数，可以随着道路条件的变化和行驶需要的不同自动调节，从根本上解决了平顺性和操纵稳定性之间的矛盾，提高了汽车的使用性能。按悬架系统结构形式，现代的电子控制悬架系统分为电控主动液压悬架和电控主动空气悬架；根据系统有源或无源可分为半主动悬架和全主动悬架。 　　世界各国的汽车行业目前都将主动、半主动悬架列为重要的研究目标之一。早在1982年，Lotus公司就研制出有源主动悬架系统，瑞典Volvo公司在其车上安装了实验性的Lotus主动悬架系统。丰田汽车公司1986年的Soarer车型采用了能分别对阻尼和刚度进行三级调节的空气悬架。1989年丰田Celica车型上装置了真正意义上的主动油气悬架系统。尼桑公司在90年的InfiniteQ45轿车上也装备了液压主动悬架。此外，保时捷，福特，奔驰等公司均在其高级轿车上装备有各自开发的主动悬架系统。 　　三、传感器在电子悬架系统中的应用现状 　　电子悬架系统可以根据悬架位移(车身高度)、车速、转向和制动等传感器信号，由电子控制器(ECU)控制电磁式或步进电动机式执行元件，改变悬架的特性，以适应各种复杂的行驶工况对悬架特性的不同要求。 　　1.车高传感器与车高自动调整 　　车高传感器信号可使ECU根据汽车载荷的大小，通过有关执行元件，随时对车身高度进行调节，以维持车身高度基本不随载荷的变化而变化;还可以在汽车起步、转向、制动以及前、后、左、右车轮载荷相应发生变化时，随时调整有关车轮悬架的刚度，以提高汽车抗俯仰、抗侧倾的能力，从而保证良好的操纵稳定性;也可以在汽车各轮载荷不同时，分别对各轮悬架的高度进行调节，以维持车身姿式基本不变。车高传感器用来把车身高度的变化(悬架变形量的变化)转变为电信号，并输入ECU。车高传感器仅用于主动悬架系统。 　　汽车行驶中，因车身的振动，随时判定车高所属