【基本知识】
一、电子控制悬架的结构
（一）电子控制悬架的功能
电子控制悬架通过控制调节悬架的刚度和阻尼力，突破传统被动悬架的局限性，使汽车的悬架特性与道路状况和行驶状态相适应，从而保证汽车行驶的平顺性和操纵稳定性。
（1）车高调整。
无论车辆的负载多少，都可以保持汽车高度一定，车身保持水平，从而使前大灯光束方向保持不变。当汽车在坏路面上行驶时，可以使车高升高，防止车桥与路面相碰；当汽车高速行驶时，又可以使车高降低，以便减少空气阻力，提高操纵稳定性。
（2）减振器阻尼力控制。
通过对减振器阻尼系数的调整，防止汽车急速起步或急加速时车尾下蹲，防止紧急制动时车头下沉，防止汽车急转弯时车身横向摇动，防止汽车换挡时车身纵向摇动等，提高行驶平顺性和操纵稳定性。
（3）弹簧刚度控制。
与减振器一样，在各种工况下，通过对弹簧弹性系数的调整，来改善汽车的乘坐舒适性与操纵稳定性。
有些车型只具有其中的一个或两个功能，而有些车型同时具有以上三个功能。
（二）电子控制悬架的种类
现代汽车装备的电子控制悬架种类很多。
按传力介质的不同，电子控制悬架可分为气压式和油压式两种。
按控制理论的不同，电子控制悬架可分为半主动式、主动式两大类。其中半主动式又分为有级半主动式（阻尼力有级可调）和无级半主动式（阻尼力连续可调）两种。主动式电子控制悬架根据频带和能量消耗的不同，分为全主动式（频带宽大于15Hz）和慢全主动式（频带宽3～6Hz）。
根据驱动机构和介质的不同，电子控制悬架可分为电磁阀驱动的油气主动式悬架和由步进电动机驱动的空气主动式悬架。
无级半主动式悬架可以根据路面的行驶状态和车身的响应对悬架阻尼力进行控制，并在几毫秒内由最小到最大，使车身的振动响应始终被控制在某个范围内。但在转向、起步、制动等工况时不能对阻尼力实施有效的控制。它比主动式悬架优越的地方是不需要外加动力源，消耗的能量很小，成本较低。
主动式悬架是一种能供给和控制动力源（油压、空气压）的装置。根据各种传感器检测到的汽车载荷、路面状况、行驶速度、起动、制动、转向等状况的变化，自动调整悬架的刚度、阻尼力以及车身高度等。它能显著提高汽车的操纵稳定性和乘坐舒适性。
（三）电子控制悬架的组成与工作原理
虽然现代汽车电子控制悬架由于控制功能和控制方法的不同，其结构形式多种多样，但它们的基本组成是相同的，即由感应汽车运行状况的各种传感器、开关、电子控制单元及执行机构等组成。传感器一般有车高传感器、车速传感器、加速度传感器、转角传感器、节气门位置传感器等。开关有模式选择开关、制动灯开关、停车开关和车门开关等。执行机构有可调阻尼力的减振器，可调节弹簧高度和弹性大小的弹性元件等。
电子控制悬架的工作原理如图1-5-1所示，利用传感器（包括开关）把汽车行驶时路面的状况和车身的状态进行检测，将检测信号输入计算机进行处理，计算机通过驱动电路控制悬架的执行器动作，完成悬架特性参数的调整。
图1-5-1 电子控制悬架的工作原理
1.传感器
电子控制悬架传感器的功能是检测汽车行驶时路面的状况和车身的状态，并将检测到的信号输入计算机进行处理。
（1）转角传感器。
转角传感器用于检测转向盘的中间位置、转动方向、转动角度和转动速度。在电子控制悬架中，电子控制单元根据车速传感器信号和转角传感器信号，判断汽车转向时侧向力的大小和方向，以控制车身的侧倾。
现代汽车多采用光电式转角传感器。图1-5-2所示为丰田汽车TEMS上应用的光电式转角传感器的安装位置和结构。在转向盘的转向轴上装有一个带窄缝的圆盘，传感器的光电元件（即发光二极管）和光敏接收元件（光敏三极管）相对地装在遮光盘两侧形成遮光器。由于圆盘上的窄缝呈等距均匀分布，当转向盘的转轴带动圆盘偏转时，窄缝圆盘将扫过遮光器中间的空穴，从而在遮光器的输出端，即可进行ON、OFF转换，形成脉冲信号。
图1-5-2 光电式转角传感器的安装位置和结构
1、2—转角传感器；3—光电元件；4—遮光盘；5—转向轴；6、7—传感器圆盘
光电式转角传感器的工作原理如图1-5-3所示，电路原理如图1-5-4所示。
图1-5-3 光电式转角传感器的工作原理
图1-5-4 光电式转角传感器电路原理
当转动转向盘时，带窄缝的圆盘使遮光器之间的光束产生通/断变化，遮光器的这种反复开/关状态产生与转向轴转角成一定比例的一系列数字信号，系统控制装置可根据此信号的变化来判断转向盘的转角与转速。同时，传感器在结构上采用两组光电耦合器组件，可根据检测到的脉冲信号的相位差来判断转向盘的偏转方向。这是因为两个遮光器在安装上使它们的ON、OFF变换的相位错开90°，通过判断哪个遮光器首先转变为ON状态，即可检测出转向轴的偏转方向。例如，向左转时，左侧遮光器总是先于右侧遮光器达到ON状态；而向右转时，右侧遮光器总是先于左侧遮光器达到ON状态。
（2）加速度传感器
在车轮打滑时，不能以转向角和汽车车速正确判断车身侧向力的大小。为了直接测出车身横向加速度和纵向加速度，可以利用加速度传感器。横向加速度传感器主要用于检测汽车转向时，因离心力的作用而产生的横向加速度，并将产生的电信号输送给电子控制单元，使电子控制单元能判断悬架的阻尼力改变的大小及空气弹簧中空气压力的调节情况，以维持车身的最佳姿势。
加速度传感器常用的有差动变压器式和钢球位移式两种。
①差动变压器式加速度传感器。图1-5-5所示是差动变压器式加速度传感器的结构，图1-5-6所示是其工作原理图。
图1-5-5 差动变压器式加速度传感器的结构
1—弹簧；2—封入硅油；3—检测线圈；4—励磁线圈；5—芯杆
图1-5-6 差动变压器式加速度传感器的工作原理
1、2—二次绕组；3、6—一次绕组；4—电源；5—芯杆
在励磁线圈（一次绕组）通以交流电的情况下，当汽车转弯（或加、减速）行驶时，芯杆在汽车横向力（或纵向力）的作用下产生位移，随着芯杆位置的变化，检测线圈（二次绕组）的输出电压发生变化。所以，检测线圈的输出电压与汽车横向力（或纵向力）一一对应，反映了汽车横向力（或纵向力）的大小。悬架的电子控制装置根据此输入信号即可正确判断汽车横向力（或纵向力）的大小，对车身姿势进行控制。
②钢球位移式加速度传感器。钢球位移式加速度传感器的结构如图1-5-7所示。
图1-5-7 钢球位移式加速度传感器
根据所检测的力（横向力、纵向力或垂直力）不同，加速度传感器的安装方向也不一样。如汽车转弯行驶时，钢球在汽车横向力的作用下产生位移，随着钢球位置的变化，造成线圈的输出电压发生变化，所以，悬架的电子控制装置根据加速度传感器输入的信号即可正确判断汽车横向力的大小，从而实现对汽车车身姿势的控制。
除此之外，还有半导体加速度传感器，如三菱GALANT汽车采用的G传感器是一小型半导体加速度计，它安装于汽车前端，用于确定汽车转向时的横向加速度。
（3）车高传感器。
车高传感器的作用是检测汽车行驶时车身高度的变化情况（汽车悬架的位移量），并转换成电信号输入悬架的电子控制装置。车高传感器常用的有片簧开关式高度传感器、霍尔集成电路式高度传感器、光电式高度传感器。
①片簧开关式高度传感器。片簧开关式高度传感器的结构和工作原理如图1-5-8所示。片簧开关式高度传感器有四组触点式开关，它们分别与两个三极管相连，构成四个检测回路。用两个端子作为输出信号与悬架的电子控制装置连接，两个三极管均受电子控制装置“输出”端子的控制。该传感器将车身高度状态组合为四个检测区域，分别是低、正常、高、超高。
图1-5-8 片簧开关式高度传感器
（a）结构；（b）工作原理
1—车高传感器；2—磁体；3—片簧开关
当车身高度调定为正常高度时，如果因乘员数量的增加，而使车身高度偏离正常高度，此时片簧开关式高度传感器的另一对触点闭合，产生电信号输送给电子控制装置，电子控制装置随即做出车身高度偏低的判断，从而输出电信号到车身高度控制执行器，促使车身高度恢复正常高度状态。片簧开关式高度传感器在福特车型上应用较多。
②霍尔集成电路式高度传感器。霍尔集成电路式高度传感器的结构和工作原理如图1-5-9所示。霍尔集成电路式高度传感器由两个霍尔集成电路、磁体等组成。其基本工作原理是：当两个磁体因车身高度的改变而产生相对位移时，将在两个霍尔集成电路上产生不同的霍尔电效应，形成相应的电信号，悬架的电子控制装置根据这些电信号做出车身高度偏离调定高度的情况判别，从而驱动执行器做出有关调整。由于在两个霍尔集成电路和两个磁体安装时，对它们的位置进行了不同的组合，可以将车身高度状态分为三个区域进行检测。
③光电式高度传感器。以上介绍的均是接触式车身高度传感器，在使用过程中存在因磨损而影响检测精度和灵敏度的弱点，其应用受到一定限制。光电式高度传感器属于非接触式高度传感器，它有效地克服了上述缺点，因此现代轿车越来越多地采用了光电式高度传感器。
图1-5-9 霍尔集成电路式高度传感器
（a）结构；（b）工作原理
1—传感器体；2—霍尔集成电路；3—弹簧夹；4—滑轴；5—窗孔
图1-5-10所示是光电式高度传感器的结构。在主动悬架中，要对车身高度进行检测与调节，一般只需在悬架上安装三个车身高度传感器即可，位置在左、右前轮和后桥中部。如果传感器多于三个，则会出现调整干涉现象。
图1-5-10 光电式高度传感器
1—遮光器；2—圆盘；3—传感器盖；4—信号线；5—金属油封环 6—传感器壳；7—传感器轴
在传感器上，有一根靠连杆带动的转轴，转轴上固定一个开有许多窄槽的圆盘，圆盘两边是由发光二极管和光敏三极管组成的光电耦合器组件。每一个光电耦合器组件共有四组发光二极管和光敏三极管组成。一般情况下，传感器中有两个光电耦合器组件。实际结构中，光电式高度传感器固定在车架上，传感器轴的外端装有导杆，导杆的另一端通过一连杆与独立悬架的下摆臂连接，如图1-5-11所示。
图1-5-11 高度传感器的安装
1—导杆；2—传感器；3—下摆臂
图1-5-12所示是光电式高度传感器的工作原理。当车身高度发生变化时（如汽车载荷发生变化），导杆将随悬架摆臂的上下移动而摆动，从而通过传感器转轴驱动圆盘转动，使光电耦合器组件相对应的发光二极管和光敏三极管上的光线产生ON/OFF的转换，光敏三极管把接收到的光线ON/OFF转换成电信号，并通过导线输送给悬架的电子控制装置。电子控制装置根据每一个光电耦合器组件上每组发光二极管和光敏三极管ON/OFF转换的不同组合，判断圆盘转过的角度，从而计算出悬架高度的变化情况。
表1-5-1为具有四个光电耦合器组件的状态与车高的对照表。
图1-5-12 光电式高度传感器的工作原理
1—遮光器；2—传感器转轴；3—导杆；4—圆盘
表1-5-1 光电耦合器组件的状态与车高的对照
悬架进行车高调节时，如果只需判断出四个车高区域，则车身高度传感器中只需两个光电耦合器组件。此时光电耦合器组件的状态与车高的对照如表1-5-2所示。
表1-5-2 两个光电耦合器组件的状态与车高的对照
如果只需判断三个车高区域，即过高、正常、过低，则只需将表1-5-2中偏高和偏低两种状态均作为“正常”状态即可。
（4）节气门位置传感器。
悬架的控制系统中利用节气门位置传感器信号来判断汽车是否在进行急加速。节气门位置传感器先将信号输入发动机电子控制装置，然后，发动机电子控制装置再将此信号输入悬架电子控制装置。
（5）车速传感器。
车速是汽车悬架常用的控制信号，汽车车身的侧倾程度取决于车速和汽车转向半径的大小。通过对车速的检测，来调节电控悬架的阻尼力，从而改善汽车行驶的安全性。
常用的车速传感器的类型有舌簧开关式车速传感器、磁阻元件式车速传感器、磁脉冲式车速传感器和光电式车速传感器。一般情况下，舌簧开关式车速传感器和光电式车速传感器安装在汽车仪表板上，与车速表装在一起，并用软轴与变速器的输出轴相连；而磁阻元件式车速传感器和磁脉冲式车速传感器装在变速器上，通过蜗杆蜗轮机构与变速器的输出轴相连。
2.模式选择开关
模式选择开关位于变速器操纵手柄旁，如图1-5-13所示。驾驶员根据汽车的行驶状况和路面情况选择悬架的运行模式，从而决定减振器的阻尼力大小。
驾驶员通过操纵模式选择开关，使悬架工作在四种运行模式：自动、标准（AUTO、NORMAL）；自动、运动（AUTO、SPORT）；手动、标准（MANU、NORMAL）；手动、运动（MANU、SPORT）。当选择自动挡时，悬架可以根据汽车行驶状态自动调节减振器的阻尼力，以保证汽车乘坐舒适性和操纵稳定性。其控制功能如表1-5-3所示。当选择手动挡时，悬架的阻尼力只有标准（中等）和运动（硬）两种状态的转换。
图1-5-13 模式选择开关的位置和操作方法
表1-5-3 系统控制功能
3.电控悬架的电子控制单元（ECU）
悬架的电子控制单元是一台小型专用计算机，一般由输入电路、微处理器、输出电路和电源电路等组成，如图1-5-14所示。它是悬架控制系统的中枢，具有多种功能。
图1-5-14 悬架的电子控制单元电路
（1）提供稳压电源。控制装置内部所用电源和供各种传感器的电源均由稳压电源提供。
（2）传感器信号放大。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，比较极值，变换为适合输入控制装置的信号。
（3）输入信号的计算。电子控制单元根据预先写入只读存储器中的程序对各输入信号进行计算，并将计算结果与内存的数据进行比较后，向执行机构（电动机、电磁阀、继电器等）发出控制信号。输入电子控制单元的信号除了开/关信号外还有模拟信号时，还应进行A/D转换。
（4）驱动执行机构。悬架电子控制单元用输出驱动电路将输出驱动信号放大，然后输送到各执行机构，如电动机、电磁阀、继电器等，以实现对汽车悬架参数的控制。
（5）故障检测。悬架的电子控制单元用故障检测电路来检测传感器、执行器、线路等的故障，当发生故障时，将信号送入悬架的电子控制单元，目的在于即使发生故障，也应使悬架安全工作，而且在修理时容易确定故障位置。
4.执行机构
（1）阻尼力控制执行机构。
①可调阻尼力减振器。
可调阻尼力减振器主要由缸筒、活塞杆、回转阀等构成，如图1-5-15所示。活塞杆是一空心杆，在其中心装有控制杆，控制杆的上端与执行器相连，控制杆的下端装有回转阀，回转阀上有三个油孔，活塞杆上有两个通孔。缸筒中的油液一部分经活塞上的阻尼孔在缸筒的上下两腔流动，一部分经回转阀与活塞杆上连通的孔在缸筒的上下两腔间流动。
图1-5-15 可调阻尼力减振器的结构
1—回转阀控制杆；2—阻尼孔；3—活塞杆；4—回转阀
当电子控制单元促使执行器工作时，通过控制杆带动回转阀相对活塞杆转动，回转阀与活塞杆上的油孔连通或切断，从而增加或减少油液的流通面积，使油液的流动阻力改变，达到调节减振器阻尼力的目的。当回转阀上的A、C油孔相连时，流通面积较大，减振器的阻尼力为软；当回转阀B油孔与活塞杆油孔相连时，减振器的阻尼力为中等；当回转阀上三个油孔均被堵住时，仅有活塞杆上的阻尼孔起衰减作用，此时减振器的阻尼力为硬。
②直流电动机式执行器。
图1-5-16所示是丰田汽车采用的直流电动机式执行器的结构和工作原理。该执行器主要由直流电动机、小齿轮、扇形齿轮、电磁线圈、挡块、控制杆等组成。每个执行器安装于悬架中减振器的顶部，并通过其上的控制杆与回转阀相连接，直流电动机和电磁线圈直接接收电子控制单元的控制。
图1-5-16 直流电动机式执行器的结构和工作原理
该执行器的基本工作原理是：电子控制单元输出控制信号使电磁线圈通电控制挡块的动作（如将挡块与扇形齿轮的凹槽分离）；另外，直流电动机根据输入的电流方向作相应方向的旋转，从而驱动扇形齿轮作对应方向的偏转，带动控制杆改变减振器的回转阀与活塞杆油孔的连通情况，使减振器的阻尼力按需要的阻尼力大小和方向改变。当阻尼力调整合适后，电动机和电磁线圈都断电，挡块重新进入扇形齿轮的凹槽，使被调整好的阻尼力大小能稳定地保持。执行器的通电方式如表1-5-4所示。
表1-5-4 执行器的通电方式
当电子控制单元发出软阻尼力信号时，电动机转动使扇形齿轮逆时针方向转动，直到扇形齿轮上凹槽的一边靠在挡块上为止；如发出中等硬度信号，电动机反向通电，使扇形齿轮顺时针方向偏转，直到扇形齿轮上凹槽的另一边靠在挡块上为止；当电子控制单元发出硬阻尼力信号时，电子控制单元同时向电动机和电磁线圈发出控制信号，电动机带动扇形齿轮离开软阻尼力位置或中等阻尼力位置，同时电磁线圈将挡块拉紧，使挡块进入扇形齿轮中间的一个凹槽内。
图1-5-17 驱动器的构造
图1-5-17所示是直流电动机与三级齿轮减速机构组成的可调节阻尼力减振器的执行装置——驱动器。它主要由直流电动机、齿轮减速机构、驱动轴及与轴连接在一起的电刷、印制电路板、挡位转换开关、制动电路等组成。该执行装置只有二段（TOURING/SPORT）模式控制。随着执行装置的工作，驱动轴带动电刷在印制电路板上扫过，可以接通或切断挡位转换开关的电流通路。一般驱动轴每转过90°就进行一次TOURING/SPORT的转换，从而控制直流电动机的工作状态。电刷与印制电路板形成两个接点开关SW1和SW2，它们分别与挡位转换开关的TOURING挡和SPORT挡作电路上的连接，如图1-5-18所示。
挡位转换与接点开关SW1、SW2状态的关系如表1-5-5所示。
图1-5-18 挡位转换开关与接点开关的连接
1—电子控制单元；2—减振器驱动器；3—挡位转换开关；4—电源电路；5—时间电路；6—电压控制电路；7—制动电路；8—直流电动机
表1-5-5 挡位转换与接点开关SW1、SW2状态的关系
当挡位转换开关转换到TOURING挡时，电子控制单元与驱动电路被接点开关SW1接通，电动机有电流通过而工作，带动输出轴转动，从而使减振器回转阀也转动，这时减振器的阻尼力变为软（SOFT）状态。同时，当输出轴的转角超过90°时，输出轴上的电刷使接点开关SW1断开，而接点开关SW2接通，电动机电路被切断进入能耗制动状态而停止运转，维持减振器的阻尼力为TOURING状态。
当电动机外电路被切断时，电动机因惯性作用会继续运转，产生较大的感应电动势。为防止电动机被烧坏，电路中设有制动保护回路。电动机外电路被切断时所产生的感应电动势经制动回路而消耗，电动机停止处于待命状态。
（2）侧倾刚度控制的执行机构。
汽车的侧倾刚度与汽车的转向特性密切相关。为改变汽车的侧倾刚度，可以通过改变横向稳定杆的扭转刚度来实现。侧倾刚度控制系统根据电子控制单元的信号，通过一执行器来控制横向稳定杆液压缸内的油压，达到调节横向稳定杆扭转刚度的目的。
①横向稳定杆执行器。
图1-5-19所示是横向稳定杆执行器的结构，它由直流电动机、蜗轮、蜗杆、行星齿轮机构和限位开关等组成。行星齿轮机构由与蜗轮一体的太阳轮、两个行星齿轮和齿圈构成。两个行星齿轮装在与变速传动轴为一体的行星架上，齿圈为固定元件，太阳轮为主动元件，行星架及变速传动轴为从动元件。变速传动轴的外端装有驱动杆，因此，直流电动机可通过执行器内部的蜗杆、蜗轮和行星齿轮机构使驱动杆转动。
图1-5-19 横向稳定杆执行器
1—驱动杆；2—从动杆；3—变速传动杆；4—蜗杆；5—行星轮；6—齿圈；7—太阳轮；8—行星架；9—限位开关（SW2）；10—限位开关（SW1）；11—直流电动机；12—蜗轮；13—弹簧
当把挡位转换开关转到SPORT位置时（如图1-5-20所示），起初限位开关SW1处于ON位置，而开关SW2尚处于OFF位。此时电流由电子控制单元→挡位转换开关→右边的二极管→SW1的ON接点→直流电动机→SW2的OFF接点→挡位转换开关→接地。即电流由Ⓐ方向流动，电动机开始转动，并通过蜗杆、蜗轮、行星齿轮机构驱动变速传动轴转动，带动稳定器驱动杆偏转实现阻尼力变化。当驱动器的输出轴转动，则限位开关SW1由ON位转换到OFF位，此时电动机的电流由SW1的OFF接点提供。当驱动杆转过全程时，限位开关变SW2为ON状态，电动机电流被切断。但此时电动机在惯性作用下继续旋转，线圈中有感应电动势产生，该电动势通过SW1（OFF接点）右边的二极管→SW2（ON接点）→电动机，电动机因短路而被强制制动，避免电动机被损坏。
图1-5-20 SPORT挡位时的电路状态
当缆绳因卡滞而不能动作时，为防止烧毁电动机，可在从动杆不动的情况下，使驱动杆边拉伸弹簧边回转，直到限位开关动作而使直流电动机停转。
②液压缸。
液压缸安装在横向稳定杆与悬架下控制臂之间，通过改变液压缸内的油压来改变横向稳定杆的扭转刚度，图1-5-21为其工作示意图。
当挡位转换开关处于TOURING位置时，液压缸内的油压较低，液压缸具有能伸缩的弹性作用，此时横向稳定杆具有较小的扭转刚度；当挡位转换开关处于SPORT位置时，液压缸内的油压较高，此时横向稳定杆具有较大的扭转刚度。
图1-5-21 液压缸工作示意
（a）TOURING挡位；（b）SPORT挡位
液压缸的结构如图1-5-22所示。它主要由缸体、活塞、单向阀、推杆、储油室等组成。
推杆与液压缸缸体通过缆绳连接，受缆绳控制。单向阀与推杆用来打开或关闭液压缸的上下腔与储油室之间的油路。
图1-5-22 液压缸的结构
1—单向阀；2—推杆；3—膜片；4—储油室；5、7—挡块；6、9—卡簧；8—活塞；10—缸体
当挡位转换开关转到TOURING位置时，因缆绳呈放松状态，推杆受弹簧力作用而推开单向阀，使液压缸的上下腔均与储油室相通，如图1-5-23所示。此时，液压缸内的油液可在液压缸与储油室之间自由流动，活塞的动作不受限制。为避免汽车的控制稳定性过分降低，活塞的行程只有16mm，因此，当汽车急转弯时，活塞运动达到全行程状态，稳定杆扭转刚度增大，汽车的侧倾刚度增大。
图1-5-23 TOURING挡位时的油路
1—单向阀；2—推杆；3—储油室；4—活塞；5—卡簧；6、8—挡块；7—活塞杆
当模式选择开关转到SPORT位置时，横向稳定杆执行器通过缆绳拉动推杆向外位移，单向阀在弹簧的作用下关闭，切断了液压缸的上下腔与储油室之间的油路，液压缸上下腔均呈封闭状态，活塞的动作受到限制，横向稳定杆刚度增加。当模式选择开关转到SPORT位置时，液压缸活塞不一定正好处于中间位置，如活塞正好处于下端并在继续下移。此时，由于液压缸下腔被封闭，活塞不能继续下移，同时，由于液压缸上腔控制孔未被封闭，活塞可以向上移动，液压缸上腔的油液经控制孔流回储油室。由于活塞的上移，液压缸下腔产生真空，在压差作用下，下端单向阀打开，储油室中的油液流入液压缸下腔。当活塞移动到中间位置时，控制孔关闭，活塞被固定在中间位置。
（3）弹簧刚度控制的执行机构。
图1-5-24所示为空气悬架气动缸的基本结构剖面。气动缸由封入低压惰性气体和阻尼力可调的减振器、旋转式膜片、主气室、副气室和悬架执行元件组成。主气室是可变容积的，在它的下部有一个可伸展的隔膜，压缩空气进入主气室可升高悬架的高度，反之使悬架高度下降。主、副气室设计为一体，既省空间，又减小了质量。悬架的上方与车身相连，随着车身与车轮的相对运动，主气室的容积在不断变化。主气室与副气室之间有一个通道，气体可以相互流通。改变主、副气室的气体通道的大小，就可以改变空气悬架的刚度。减振器的活塞通过中心杆（阻尼调整杆）和齿轮系与直流步进电动机相连接。步进电动机转动可改变活塞阻尼孔的大小，从而改变减振器的阻尼系数。
图1-5-24 空气悬架气动缸的基本结构剖面
悬架刚度的自动调节原理如图1-5-25所示。主、副气室间的气阀体上有大小两个通道。步进电动机带动空气阀控制杆转动，使空气阀阀芯转过一个角度，改变气体通道的大小，就可以改变主、副气室气体流量，使悬架的刚度发生变化。
图1-5-25 悬架刚度的自动调节原理
1—阻尼调节杆；2—空气阀控制杆；3—主、副气室通道；4—副气室；5—主气室；6—气阀体；7—小气体通道；8—阀芯；9—大气体通道
悬架刚度可以在低、中、高三种状态间变化。
当阀芯的开口转到对准图1-5-25所示的低位置时，气体通道的大口被打开。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，两气室之间的空气流量越大，相当于参与工作的气体容积增大，悬架刚度处于低状态。
当阀芯开口转到对准图1-5-25所示的中间位置时，气体通道的大口被关闭、小口被打开。两气室之间的流量小，悬架刚度处于中间状态。
当阀芯开口转到对准图1-5-25所示的高位置时，两气室之间的气体通道全部被封闭，两气室之间的气体相互不能流动。压缩空气只能进入主气室，悬架在振动过程中，只有主气室的气体单独承担缓冲工作，悬架刚度处于高状态。
（4）车高控制的执行机构。
图1-5-26所示为车高控制悬架的结构，通过向空气弹簧的主气室内充放气来实现车身高度的调节。车高控制执行机构主要由空气阀、空气压缩机和设置在悬架之上的主气室组成。空气压缩机的结构如图1-5-27所示，它由一个小直流电动机驱动，根据悬架电子控制单元的信号向干燥器输送提高车高所必需的压缩空气。干燥器有一个装有硅胶的小箱子，可以将空气中的水分过滤掉。排气阀从系统中放出压缩空气，同时排掉干燥器滤出的空气水分。
图1-5-26 车高控制悬架的结构
（a）车身降低；（b）车身升高
图1-5-28所示为采用二位二通电磁阀实现车高调节的高度控制阀，控制向主气室内进气（将进气路与主气室相通）和排气（将主气室与大气相通）。
图1-5-27 空气压缩机的结构
图1-5-28 高度控制阀
悬架电子控制单元根据汽车车高传感器信号来判断汽车的高度状况。当判定“车身低了”时，则控制空气压缩机电动机工作，高度控制阀向空气弹簧主气室内充气，使车高增加；反之，若打开高度控制阀向外排气时，则使汽车高度降低。
空气悬架-执行元件诊断系统排气或充气
二、半主动悬架
丰田凌志LS400轿车的电子控制悬架是一种典型的半主动悬架。它可以对车身高度、弹簧刚度及减振器阻尼力进行综合控制，因此，具有良好的乘坐舒适性和操纵稳定性。它由空气压缩机、悬架电子控制单元、悬架控制开关、车高传感器、转角传感器、悬架控制执行器、空气弹簧、阻尼力可调减振器和节气门位置传感器等组成，如图1-5-29所示。
1.悬架控制开关
悬架控制开关由LRC开关和高度控制开关组成。LRC开关用以选择减振器和空气弹簧的工作模式（“NORMAL AUTO”或“SPORT AUTO”）；高度控制开关用以选择所希望的车身高度（“NORMAL”或“HIGH”）。两开关都安装在中央控制板的靠近换挡杆指示灯处。
2.高度调节控制开关
此开关装在行李厢的工具箱内。将开关扳至OFF位置，当车辆被举升或停在不平的路面时不能对车身高度进行调节。这样可避免空气弹簧中压缩空气的排出，从而防止车身高度的下降。
3.车身高度指示灯
两绿色指示灯位于组合仪表上，用于指示所选择的车身高度。当高度控制开关的位置改变时，指示灯马上指示出所切换到的位置，但到达所设定的车身高度需要一定的时间。
图1-5-29 丰田凌志LS400轿车电控悬架主要元件分布
1—1号高度控制继电器；2—发电机调节器；3—干燥器及排气阀；4—悬架高度调节空气压缩机；5—1号高度控制阀；6—主节气门位置传感器；7—门控开关；8—悬架电子控制单元；9—2号高度控制继电器；10—后悬架高度调节执行器；11—高度调节信号接口；12—车高调节控制开关；13—2号高度控制阀及止回阀；14—后悬架高度传感器；15—LRC开关；16—悬架高度调节开关；17—转向角传感器；18—制动灯开关；19—前悬架高度调节执行器；20—前悬架高度传感器
4.LRC指示灯
此灯也位于组合仪表上，用于指示当前减振器和空气弹簧的工作模式（“NORMAL AUTO”或“SPORT AUTO”）。选择“SPORT AUTO”模式时灯亮，否则灯熄灭。
5.高度控制插座
连接该插座上的相应端子，可以不通过电子控制单元而直接控制空气压缩机电动机、高度控制阀及排气阀，方便检修。此插座上还提供了用于清除存储器中故障代码的端子。
6.转角传感器
该悬架采用光电式转角传感器。
7.车高传感器
该悬架采用光电式车高传感器。
8.1号和2号高度控制阀
两个高度控制阀分别装在前、后悬架，其作用是根据电子控制单元的控制信号，控制空气弹簧的充气和排气。1号高度控制阀用于前悬架，此阀中有两个电磁阀，分别控制左右空气弹簧。2号高度控制阀用于后悬架，它也是由两个电磁阀组成，它与1号高度控制阀不同的是，它们不是单独控制，而是同时动作。在2号高度控制阀中还装有一个安全阀，用于防止管路中压力过高。
9.悬架电子控制单元
根据各种传感器的信号和由悬架控制开关所确定的工作模式，悬架电子控制单元控制减振器的阻尼力、悬架的刚度及车身高度。悬架电子控制单元具有故障自诊断功能。工作中一旦发现悬架的电子控制系统出现故障，电子控制单元便将故障以代码形式存在内存中，并及时向驾驶员报警。电子控制单元的失效保护功能使其在系统出现故障时暂停对悬架的控制。
10.悬架控制执行器
悬架控制执行器装在各空气弹簧和减振器的上方，用于同时驱动减振器的转阀和空气弹簧的连通阀，以改变减振器的阻尼力和空气弹簧的刚度，如图1-5-30所示。
图1-5-30 凌志LS400悬架控制执行器
（a）结构；（b）工作原理
直流电动机根据电磁原理工作，能够准确地对频繁变化的行驶工况做出快速响应。执行元件的电磁机构由定子铁芯（具有4个磁极）和两对定子绕组组成。电流流过绕组时在定子铁芯中产生电磁力，永久磁铁转子在定子铁芯电磁力的作用下旋转，并通过一对齿轮同时驱动空气弹簧的空气阀控制杆和减振器的旋转阀控制杆。
直流电动机带动小齿轮驱动扇形齿轮转动，与扇形齿轮同轴的旋转阀控制杆带动旋转阀转动，使阻尼孔的通流面积发生变化，从而调节减振器的阻尼力。
在调节减振器阻尼力的同时，齿轮系统带动与气室阀芯相连的连通阀控制杆转动，随着气室阀芯角度的改变，悬架的刚度也得到调节。
电磁线圈不通电时，挡块处于扇形齿轮的滑槽内，扇形齿轮可以转动；当电磁线圈通电时，挡块被拉紧，齿轮系统处于锁止状态，各转阀均不能转动，使悬架的参数保持在相对稳定的状态下。
空气悬架结构与原理
11.空气弹簧
空气弹簧安装于可调减振器的上端，与可调减振器一起构成悬架支柱，上端与车架连接，下端装在悬架摆臂上。空气弹簧由一个主气室和一个副气室组成。主、副气室之间有大小两个通道。执行器带动连通阀控制杆转动，使阀芯转过一个角度，改变主、副气室之间通道的大小，即改变主、副气室之间的空气流量，使空气弹簧有效工作容积改变，悬架刚度发生变化。悬架的刚度可以在低、中、高三种状态之间变化。
车身高度的调节通过1号和2号高度控制阀以及用以充入或释放主气室内压缩空气的排气阀实现。
12.可调减振器
减振器阻尼系数的变化是靠改变活塞阻尼孔的开度来实现的，阻尼孔的开度则由控制杆驱动的旋转阀控制。
弹簧刚度和阻尼力的控制及功能如表1-5-6所示，系统各部件功能如表1-5-7所示。
表1-5-6 弹簧刚度和阻尼力的控制及功能
表1-5-7 悬架各部件功能
续表
三、主动悬架
图1-5-31所示是三菱GALANT轿车上装备的电子控制主动悬架，它能够根据本身的负载情况、行驶状态和路面情况等，主动地调节包括悬架的阻尼力、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，使汽车的相关性能处于最佳状态。
图1-5-31 三菱电子控制主动悬架
1—前储气筒；2—回油泵继电器；3—空气压缩机继电器；4—电磁阀；5—ECS电源继电器；6—加速度计开关；7—节气门位置传感器；8—制动灯开关；9—车速传感器；10—转角传感器；11—右后车门开关；12—后电磁阀总成；13—电子控制单元；14—阻尼力转换执行器；15—左后车门开关；16—后储气筒；17—后高度传感器；18—左前车门开关；19—ECS开关；20—阻尼力转换执行器（步进电机型）；21—加速度计位置；22—空气压缩机总成；23—G传感器；24—前高度传感器；25—系统禁止开关；26—空气干燥器；27—流量控制电磁阀总成
该系统主要由空气弹簧、普通螺旋弹簧、电子控制单元、车速传感器、G传感器、转角传感器、节气门位置传感器、车高传感器、阻尼力转换执行器、电磁阀、空气压缩机、储气筒、空气管路和继电器等组成。
空气悬架-车身高度调节操作方法
1.系统用5个传感器来检测汽车行驶状态
（1）转角传感器：用于检测汽车转向操作。
（2）节气门位置传感器：用于检测汽车加速度。
（3）高度传感器：用于检测汽车车身高度。
（4）G传感器：用于检测汽车转弯时的横向加速度。
（5）压力传感器：用于检测空气弹簧中的空气压力。
根据以上传感器的输入信号，电子控制单元控制9个电磁阀的开闭，以控制空气弹簧的压力，使汽车在行驶过程中，甚至转向或制动时仍能保持水平并保持合适的高度。
2.车高调节系统的结构及工作原理
图1-5-32所示为ECS系统空气压力回路。该空气压力回路为封闭回路，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。空气弹簧排出的空气不排入大气，而是排入稍加压的低压腔。
图1-5-32 ECS系统空气压力回路
1—流量控制电磁阀；2—前悬架控制电磁阀；3—右前带减振器的空气弹簧；4—后悬架控制电磁阀；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
工作过程如下：
（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，以防止蓄电池放电），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干燥器，经干燥后进入储气筒。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，减少对发动机功率的消耗。储气筒的气压一般保持在750～1000kPa。
（2）车身高度的升高。当电子控制单元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提高，车身高度上升至规定高度时，各电磁阀关闭。
（3）车身高度的降低。当电子控制单元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节高度时，各电磁阀关闭。
（4）空气的内部循环。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向大气，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，低压腔中压力较高的空气又经空气压缩机进气阀进入气缸，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。各控制电磁阀均由悬架电子控制单元进行控制。空气弹簧有三种工作状态，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120km/h时，车身高度为低；在100km/h以下时，车身高度为正常；在坏路上行驶时，车身高度为高。其他的车身高度由汽车的行驶状态来决定。
3.可调阻尼力减振器的执行器
可调阻尼力减振器的执行器是安装于悬架上方的步进电动机。步进电动机根据电子控制单元发出的脉冲信号的波形数量驱动减振器回转阀动作，改变减振器油孔的通流截面来改变减振器的阻尼力，使悬架具有软、中、硬三种阻尼力的模式。
4.空气弹簧刚度的自动调节
空气弹簧刚度的自动调节参见半主动悬架的相关内容。
四、电子控制悬架检修
电子控制悬架一般都设有自诊断系统，随时监测系统的工作情况。当系统出现故障时，可通过自诊断系统获取故障信息，以帮助维修人员检修。下面以丰田凌志LS400轿车的电子控制悬架为主，介绍电子控制悬架的基本检修方法。
（一）检修过程中应注意的事项
在检修汽车电子控制悬架时，应注意以下事项：
（1）当用千斤顶将汽车顶起时，应将高度控制ON/OFF开关拨到OFF位置。如果在高度控制ON/OFF开关拨到ON位置的情况下顶起汽车，则电子控制单元中会记录一个故障代码。如果记录了故障代码，须将其从存储器中清除掉。
备注：当将高度控制ON/OFF开关拨到OFF位置时，会显示故障代码71。当将开关重新拨到ON位置时，该代码即被消除。
（2）在放下千斤顶前，应将汽车下面所有的物体搬走。因为在维修过程中，可能进行了放气、空气管路拆检等操作，此时空气弹簧中的主气室可能无气或存有少量剩余气体，汽车落地后，因自身的质量使车身高度很低，就会将下面的物体压住。
（3）在开动汽车之前，应起动发动机将汽车的高度调整到正常状态。因为在维修时空气弹簧中的空气被放掉，车身高度变得很低，如果此时汽车起步，势必造成车身与悬架或轮胎的相互碰撞。因此，维修后首先起动发动机，用空气压缩机给空气弹簧输送压缩空气，使汽车高度恢复正常，这样汽车便可正常行驶。
（4）前安全气囊碰撞传感器安装在空气压缩机和1号车身高度控制阀上面。因此，除非必要时，不要触及这个传感器。若要触及，必须按照安全气囊维修中的说明，在维修前拆下前安全气囊碰撞传感器，避免影响安全气囊系统的正常工作。
（二）功能检查与调整
1.汽车高度调整功能的检查
（1）检查轮胎充气是否正确，前后分别为2.3kg/cm2和2.5kg/cm2。
（2）检查汽车高度，即下横臂安装螺栓中心到地面的距离。
（3）起动发动机，将高度控制开关从NORM位置切换到HIGH位置，如图1-5-33所示。检查完成高度调整所需的时间和汽车高度变化量。调整时间：从操作高度控制开关到压缩机起动需2s，从压缩机起动到完成高度调整需20～40s。汽车高度的变化量为10～30mm。
图1-5-33 高度控制开关
（4）在汽车处于HIGH高度调整状态下，起动发动机并将高度控制开关从HIGH位置切换到NORM位置。检查完成高度调整所需的时间和汽车高度变化量。调整时间：从操作高度控制开关到开始排气约2s；从开始排气到完成高度调整需20～40s。汽车高度的变化量为10～30mm。
2.溢流阀的检查
（1）将点火开关置于ON，将高度控制连接器的端子1与7连接，如图1-5-34所示，使压缩机工作。
（2）待压缩机工作一段时间后，检查溢流阀是否放气，如图1-5-35所示。如果不放气，说明溢流阀堵塞、压缩机故障或有漏气的部位。
图1-5-34 短接高度控制连接器的端子1和7
图1-5-35 检查溢流阀
（3）检查结束后，将点火开关置于OFF位置。
（4）清除故障代码。
提示：当迫使压缩机工作时，电子控制单元中会记录一个故障代码。在完成检查后，务必将这个故障代码清除掉。
3.漏气检查
（1）将高度控制开关拨到HIGH位置使汽车高度上升。
（2）使发动机熄火。
（3）在空气软管和软管接头处涂抹肥皂水，检查是否漏气。
4.汽车高度调整
提示：在进行汽车高度调整时，必须将高度控制开关处于NORM位置。应在水平面上进行高度调整，务必将汽车的高度调整到标准范围以内。
（1）检查汽车高度。
（2）调整汽车高度。
1）拧松车高传感器连接杆上的两只锁紧螺母。
2）转动车高传感器连接杆的螺栓以调节长度。车高传感器连接杆转一圈，汽车高度改变大约4mm。
3）检查车身高度。检查传感器连接杆的尺寸是否小于极限值。前、后悬架的极限值均为13mm，如图1-5-36所示。
图1-5-36 连接杆长度的调整
4）预拧紧两只锁紧螺母。
5）再检查一次汽车高度。
6）拧紧锁紧螺母，拧紧力矩为4.4N·m。
注意：在拧紧锁紧螺母时应确保球节与托架平行。
（3）检查车轮定位。
（三）自诊断系统
1.悬架指示灯检查
电子控制悬架中的指示灯有高度控制指示灯“NORM”，刚度阻尼指示灯“LRC”，高度控制指示灯“HEIGHT”。
将点火开关转到ON，高度控制指示灯和刚度阻尼指示灯应亮2s左右。如果在检查过程中出现表1-5-8所示的故障，应按表检查相应的电路并进行故障的排除。
2.故障代码显示
（1）将点火开关转到ON。
（2）用专用导线将TDCL或检查连接器端子Tc与E1连接，如图1-5-37所示。
图1-5-37 跨接TDCL或检查连接器端子Tc与E1
（3）在仪表盘上读取高度控制“NORM”指示灯显示的故障代码。注意：当高度控制ON/OFF开关在OFF位置时，会输出故障代码71，这并非是不正常；当没有故障代码输出时，应检查Tc端子电路。
（4）利用表1-5-8所示的故障代码检查故障情况。
（5）检查完毕后，将端子Tc与E1脱开，并关闭显示器。
表1-5-8 故障代码
续表
续表
3.清除故障代码
系统故障排除后要将存储器内的故障代码清除，清除方法有两种。
（1）关闭点火开关，拆下1号接线盒中的ECUB熔丝10s以上，如图1-5-38所示。
图1-5-38 拆下1号接线盒中的ECU-B熔丝
（2）关闭点火开关，将高度控制连接器端子9（端子CLE）与端子8（端子E）短接，同时使诊断连接器端子Ts与端子E1短接，如图1-5-39所示，保持这一状态10s以上，然后打开点火开关并脱开以上各端子。
4.检查电子控制单元输入信号
此项功能用于检查来自转角传感器和制动开关的信号是否正常地输入电子控制单元。其执行过程如下：
图1-5-39 跨接高度控制连接器端子9（端子CLE）与端子8（端子E）
（1）将点火开关置于ON位置。
（2）将表1-5-9中的每个检查项目调到操作1栏所示状态。
（3）短接发动机室内的诊断连接器Ts端子和E1端子。注意：这时，在发动机停机状态下，高度控制“NORM”指示灯会以0.25s的间隔闪烁，并一直持续到发动机运转时为止（这表明系统已经进入输入信号检查状态）。
（4）再将每个单独的检查项目调到操作2栏所示状态，检查高度控制“NORM”指示灯是否亮着。
表1-5-9 检查电子控制单元输入信号
（四）故障分析
如果在进行诊断代码检查时，显示一个正常代码并且故障仍然出现，应进行每个故障征兆的故障排除，按表1-5-10所示的数据次序检查每个系统故障征兆的电路。
（五）电子控制悬架的电路检查
图1-5-40为丰田凌志LS400轿车电子控制悬架的基本电路。检修时，根据故障代码所提示的故障部位与原因，参照电路图即可进行控制系统电路的检查。