自从汽车发明以来，工程师们就一直在研究如何将汽车的悬架系统设计得更好。最初的汽车悬架系统是使用马车的弹性钢板，效果当然不会很好。1908年螺旋弹簧开始用于轿车，当时就曾经有两种截然不同的意见。一种意见主张安装刚性较大的螺旋弹簧，以使车轮保持着与路面接触的倾向，提高轮胎的抓地能力。但是这样的弊端是乘坐汽车时有较强烈的颠簸感觉。另一种意见认为应该采用较软的螺旋弹簧，以适应崎岖不平的路面，提高乘坐汽车时的平稳性及舒适性。但是这样的汽车操纵性较差。到了三、四十年代，独立悬架开始出现，并得到很大发展。减振器也由早期的摩擦式发展为液力式。这些改进无疑提高了悬架的性能，但无论怎样改良，此时的悬架仍然属于被动式悬架，仍然在很多方面有很大局限性。

衡量悬架性能好坏的主要指标是汽车行驶的平顺性和操纵稳定性，但这两个方面是相互排斥的性能要求，往往不能同时满足。怎样在二者之间取得合理的平衡以达到最好的效果，一直是工程师们的研究课题。

平顺性一般通过车体或车身某个部位（如车底板、驾驶员座椅处）的加速度响应来评价，操纵稳定性则可以通过车轮的动载来度量。例如，若降低弹簧的刚度，则车体加速度减少使平顺性变好，但同时会导致车体位移的增加。由此产生车体重心的变动将引起轮胎负荷变化的增加，对操纵稳定性产生不良影响；另一方面，增加弹簧刚度会提高操纵稳定性，但硬的弹簧将导致汽车对路面不平度很敏感，使平顺性降低。所以，理想的悬架应该在不同的使用条件下具有不同的弹簧刚度和减振器阻尼，既能满足平顺性要求又能满足操纵稳定性要求。

但是普遍使用的被动悬架不可能达到设计师们的理想要求。被动悬架因为具有固定的悬架刚度和阻尼系数，在结构设计上只能是满足平顺性和操纵稳定性之间矛盾的折中，无法达到悬架控制的理想境界。在使用上，为了使被动悬架能够对不同的路面具有一定的适应性，通常将悬架的刚度和减振器的阻尼设计成具有一定程度的非线性，比如采用变节距螺旋弹簧和三级阻力控制的液压减振器。

电子控制空气悬架系统（Electronically Controlled Air Suspension System，简称ECAS）可以根据车身高度、行驶速度、转向角度、制动等信号，由电子控制单元（ECU）控制系统中的电磁阀或步进电机等执行元件，进行调整橡胶空气弹簧内的压缩空气量，悬架刚度和车身高度随之改变，以抑制车辆急加速、制动时产生的俯仰运动和转向时产生的侧倾运动，保持车身姿态平衡。因此，ECAS能够有效地提高车辆的乘坐舒适性和操纵稳定性。ECAS在欧美发达国家的大客车、载重汽车和高挡乘用车上已得到广泛应用，各大著名汽车生产企业（FORD，GM，VOLVO，TOYOTA，RENAUL，BENZ等）均有自己的相关产品；国内小部分高档客车和多数中高挡轿车在引进、消化、吸收的基础上已经开始安装ECAS系统，可以预见，ECAS这一先进的空气悬架系统在不久的将来会在国产汽车上越来越普及。

3.3.1　汽车悬架的分类

电控悬架系统按控制形式不同主要有半主动悬架和主动悬架两种：被动式悬架和主动式悬架。根据汽车导向机构不同悬架种类又可分为：独立悬架和非独立悬架，如图3-108所示。

图3-108　独立悬架和非独立悬架示意

（a）独立悬架　（b）非独立悬架

半主动悬架是指悬架元件中的弹簧刚度和减振器阻尼系数之一可以根据需要进行调节。为减少执行元件所需的功率，主要采用调节减振器的阻尼系数法，只需提供调节控制阀、控制器和反馈调节器所消耗的较小功率即可。可以根据路面的激励和车身的响应对悬架的阻尼系数进行自适应调整，使车身的振动被控制在某个范围之内。半主动悬架是无源控制，因此，汽车在转向、起动、制动等工况时不能对刚度和阻尼进行有效的控制。

主动悬架是一种具有做功能力的悬架，通常包括产生力和转矩的主动作动器（液压缸、气缸、伺服电机、电磁铁等）、测量元件（加速度、位移和力传感器等）和反馈控制器等。主动悬架系统需要一个动力源（液压泵或空气压缩机等）为悬架系统提供连续的动力输入。当汽车载荷、行驶速度、路面状况等行驶条件发生变化后，主动悬架系统能自动调整悬架刚度（整车调整和单轮调整），从而能同时满足汽车行驶平顺性和操纵稳定性等各方面的要求。

3.3.2　电控悬架的功能

在轿车采用的主动式空气悬挂系统中，车高、弹簧刚度可同时得到控制，且各自可以取不同数值，其所取数值由电子控制单元根据当时的运行条件决定（见表3-15）。具体控制内容如下。

1.利用弹簧刚度/减振器阻尼力进行控制

（1）抗后坐。通过传感器检测油门踏板移动速度和位移。当节气门位置传感器显示驾驶员快速踩踏板时，控制单元将增加后空气弹簧的气压，以防止汽车仰头（又称为俯仰）。当车速稳定后，控制单元将使空气弹簧恢复到原来的气压。当车速低于30km/h时，优先执行该控制。

（2）抗侧倾。电子控制悬架系统的控制单元通过方向盘转向盘转角与转动方向传感器来监视车身的侧倾。当这些信号表明汽车急转弯时，控制单元将给空气弹簧执行元件发出信号，使转向外侧的空气弹簧增加空气，从而减少车身侧倾的趋势。当转向完成后，控制单元将使充满气的空气弹簧缓慢放气。

（3）抗“点头”。车速高于30km/h时紧急制动，控制单元能根据车速传感器提供的车速信号，向前空气弹簧执行元件发出指令使其气压升高，增大前空气弹簧的刚度。当控制单元检测到没紧急制动信号时，表明无需抗点头控制时，就使空气弹簧恢复到原来的压力。

（4）高速感应。当车速大于80km/h时，系统将使弹簧刚度调至高值，从而提高高速行驶时操纵稳定性。当车速继续增加时，进入车高控制程序。

2.车身高度控制

由左右前轮和左右后轮四个车身高度传感器发出车高信号，ECU发出指令来进行车身高度调整。车高控制的空气弹簧由高度控制阀进行控制，当判定“车高低了”则向气室充气，当判定“车高高了”，则放气，高度控制在高速时降低车高可以减少风阻，提高稳定性。

高速感应：当车速高于100km/h时，将车身高度降低，以减小风阻，提高行驶稳定性。车速低于100km/h时，车高恢复原状。

表3-15　电子控制空气悬架系统的功能

3.3.3　电控悬架系统的组成

目前，电控空气悬架在高级轿车、客车上应用较为广泛，主要由传感器（转向传感器、车身高度传感器、车速传感器、节气门位置传感、加速度传感器）、电控悬架ECU和执行器（压缩机控制继电器、空气压缩机排气阀、空气弹簧进/排气电磁控制阀、模式控制继电器）等组成，如图3-109所示。系统根据悬架车身高度、车速、转向和制动等传感信号，由ECU控制电磁式或步进电机执行器，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。

图3-109　电控主动悬架的系统原理

空气悬挂是指采用空气减振器的悬挂，主要是通过空气泵来调整空气减振器的空气量和压力，可改变空气减振器的硬度和弹性系数。通过调节泵入的空气量，可以调节空气减振器的行程和长度，可以实现底盘的升高或降低。空气悬挂结构示意如图3-110所示。空气悬挂相对于传统的钢制悬挂系统来说，具有很多优势。如车辆高速行驶时，悬挂可以变硬，以提高车身稳定性；而低速或颠簸路面行驶时，悬挂可以变软来提高舒适性。

图3-110　空气悬挂系统示意

1.传感器

1）转向传感器

转向传感器装在转向柱上，用来检测转向时的转向角度和汽车转弯的方向，并将这些信息提供给ECU，以在转弯时提高汽车操纵稳定性，防止出现侧倾。转向传感器由一个带孔圆盘和两个光电传感器组成，其安装位置和结构如图3-111所示。

图3-111　光电式转角传感器的安装位置和结构

1-转角传感器；2-信号发生器；3-遮光盘；4-转向轴；5-传感器圆盘

开有20个孔的遮光盘随转向轴一起转动，遮光盘的两侧为由发光二极管和光敏晶体管组成的信号发生器，它们两者之间的光线变化随着遮光盘遮挡或通过转换成“通”或“断”信号。当操纵方向盘时，遮光盘随着一起转动而引起发光二极管发出的光线“通”或“断”信号，这种信号是与方向盘转动成正比的数字信号。传感器信号发生器以两个为一组，相位错开半齿套装在遮光盘上。ECU通过判断两个光电传感器信号的相位差可以判断转弯方向，如图3-112所示。汽车直线行驶时，信号S1处于通断的中间位置（高电平，断状态），转向时，根据信号S1和下降沿处信号S2的状态，即可判断出转动的方向。当信号S1由断状态变为通状态（低电平）时，如果信号S2为通状态，则为左转向；如果信号S2为断状态，则为右转向。根据两信号发生都输出端通、断变换的速率，即可检测出转向轴的转动速率。通过计数器统计通、断变换的次数，即可检测出转向轴的转角。

图3-112　光电式转角传感器电路及输出信号

2）车身高度传感器

车身高度传感器的作用是检测汽车行驶时车身高度的变化情况（车身相对车桥的位移量即悬架位移量），并转换成电信号输入悬架系统的电子控制单元，可反映汽车的平顺性和车身高度信息。常用的车身高度传感器有片簧开关式、霍尔式、光电式和电位计式四种形式。

（1）片簧开关式车身高度传感器。片簧开关式车身高度传感器在福特车型上应用较多。图3-113（a）为片簧开关式车身高度传感器结构，它由4组触点式开关和一个磁体组成，4个开关分别与两个晶体管相连，构成4个检测回路。用两个端子作为输出信号与悬架ECU连接，两个晶体管均受ECU“输出”端子的控制。

图3-113（b）为片簧开关式车身高度传感器连接电路，其工作原理是：当车身高度调定为正常高度后，如果因货物、乘员数量变化等会导致车辆载荷的增加，使车身高度偏低，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ECU，ECU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，促使悬架系统车身高度控制执行器工作，使车身高度恢复为正常高度状态。该传感器将车身高度状态组合为4个检测区域，分别是低、正常、高、超高。

图3-113　片簧开关式车身高度传感器

（2）霍尔式车身高度传感器。霍尔式车身高度传感器结构原理如图3-114所示。

工作原理：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效应，形成相应的电信号，悬架的电控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。

由于两个霍尔集成电路和两个磁体安装时，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，分别是低、正常、高。

图3-114　霍尔式车身高度传感器结构原理

（3）光电式车高传感器。光电式车身高度传感器应用较多，通常安装于车身上，并通过转轴、连杆与悬架臂相连接，而连杆随着汽车高度的变化而上下摆动。不同车高时，由于开口圆盘位置的变化而使光电传感器发出的光线通或断。

与光电式转角传感器类似，光电式车身高度传感器在随轴转动的开口圆盘上刻有一定数量的窄缝，信号发生器由发光二极管和光敏三极管组成，以4个为一组，覆盖了开口圆盘，如图3-115所示。开口圆盘位于发光二极管与光敏管之间，转动开口圆盘，发光二极管发出的光不断被开口圆盘挡住，信号发生器的光敏管输出端出现电平高低的变化。

图3-115　光电式车高传感器的工作原理

ECU接受到电平信号的变化，可检测出开口圆盘的转动角度。当车身高度发生变化时（汽车载荷发生变化），导杆随摆管上下摆动，从而通过轴驱动遮光盘转动，信号发生器的输出信号随之进行通（ON）、断（OFF）变换。电控悬架系统的ECU是根据各个信号发生器通断状态的不同组合来判断车高状态的。

（4）电位计式车身高度传感器。图3-116为电位计式车身高度传感器的安装位置，其安装位置与光电式车身高度传感器相同。

图3-116　电位计式车身高度传感器

工作原理：当由于车身高度的变化使与转板和传感器轴一体的电刷在电阻器上滑动时，A和B之间的电阻值就发生变化，电阻值的变化与转板的转动角度成正比，即与车身高度的变化成正比。当悬架ECU把一个恒定电压加到整个电阻器上时，A和B之间产生的电压变化取决于转板的转动角度。这一电压信号送到悬架ECU，悬架ECU即可从电压的变化中检测出车身高度的变化，如图3-117所示。

图3-117　电位计式车身高度传感器工作原理

3）车速传感器

车速传感器安装在变速器上，由变速器齿轮通过转出轴驱动，车速传感器信号经仪表转换后送至悬架ECU，是汽车悬架系统的常用控制信号，汽车车身的侧倾程度取决于车速的高低和汽车转向半径的大小。车速传感器的作用是检测汽车速度，并将信号传递给ECU，用来调节悬架的阻尼力。

常用的车速传感器主要有舌簧开关式，电磁感应式，光电式等。一般情况下舌簧开关式和光电式车速传感器安装在仪表板上，与车速表装在一起，并用软轴与变速器的输出轴相连；而电磁感应式车速传感器装在变速器上，通过蜗轮蜗杆机构与变速器的输出轴相连。

4）节气门位置传感器

节气门位置传感器安装在节气门体上，用来检测节气门的开度及开度变化，为悬架ECU提供相应的信号。汽车在急加速时，由于惯性力和驱动力的作用，汽车尾部容易产生“下蹲”现象，为了防止这一现象，ECU根据节气门位置信号检测汽车的加速工况（判断汽车是否在进行急加速），并根据该信号控制悬架的弹簧刚度，阻尼力等参数，防止车尾“下蹲”。

常用的节气门位置传感器有触点开关式、线性可变电阻式、触点与可变电阻组合式以及霍尔式。

5）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。为直接测出车身横向加速度和纵向加速度，有时在汽车的四角安装加速度传感器。常用的加速度传感器主要有差动变压器式和滚球式两种。

差动变压器式加速度传感器工作原理如图3-118所示。激磁气圈（1次线圈）通以交流电，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（2次线圈）的输出电压发生变化。所以，检测线圈（2次线圈）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，悬架系统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，对汽车车身姿势进行控制。

图3-118　差动变压器式加速度传感器工作原理

1、2-二次绕组；3、6-一次绕组；4-电源；5-芯杆

钢球位移式加速度传感器的结构如图3-119所示。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，磁场发生变化，造成线圈的输出电压发生变化，所以，悬架系统电子控制装置根据线圈的输出信号即可正确判断汽车横向力的大小，对汽车车身姿势进行控制。

图3-119　钢球位移式加速度传感器的结构

1-轭铁；2-信号处理回路；3-磁铁；4-钢球

2.电控悬架输入信号

在电控悬架中，常用的开关主要有模式选择开关、阻尼力调节开关、车身高度控制开关及车身高度控制通/断开关等。一般位于变速器操纵手柄旁或仪表板上，个别开关位于行李箱内。

（1）模式选择开关。模式选择开关一般位于变速器操纵手柄旁，模式选择开关在车上的位置如图3-120所示。驾驶员根据车辆行驶状况和路面情况选择悬架的运行模式，通过操纵该开关，可以使减振器阻尼力按手动或自动两种模式进行变化。

图3-120　模式选择开关

当选择“自动”模式时，悬架系统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3-16所示。当选择“手动”模式时，悬架系统的阻尼力只有标准（中等）和运动（硬）两种状态，根据驾驶员操纵阻尼力调节开关进行转换。

表3-16　模式选择开关功能

（2）阻尼力调节开关。阻尼力调节开关也位于操纵手柄旁。通过操纵此开关可以使阻尼力处于标准（中等）和运动（硬）两种状态，此开关在模式选择开关处于手动位置时起作用。

在雷克萨斯轿车的电控主动悬架系统中，阻尼力调节开关被称为LRC（Lexus Riding Control雷克萨斯汽车行驶平顺性控制）开关，如图3-121（a）所示。用于选择减振器的工作模式（NORMAL或SPORT），部分车辆上取消了LRC开关，悬架减振器阻尼力的大小根据车况自动进行调节。

（3）车身高度控制开关。图3-121（b）所示为雷克萨斯轿车车身高度控制开关，驾驶员操纵此开关选择所希望的车身高度（NORMAL或HIGH）后，电控主动悬架系统会根据车辆载荷等参数的变化自动调节车身高度为设定的目标值。有些轿车悬架也可根据车速，路况等自动调节车身高度以适应车辆的行驶要求。

图3-121　悬架选择开关

（4）车身高度控制通/断开关。车身高度控制通断开关用来接通（ON）或中止（OFF）主动悬架的车身高度控制功能，一般位于车辆行李箱的工具储藏室内。当车辆被举升、停在不平的路面或车辆被拖拽时，要先将此开关拨至“OFF”位置，这样可避免空气弹簧中的压缩空气排出，从而造成车身高度的下降。

（5）其他信号。

①制动灯开关信号。制动灯开关位于制动踏板支架上，当踩下制动踏板时，开关接通。将12V的电压加在悬架ECU的STP端子上，悬架ECU利用这一信号判断汽车是否处与制动状态。制动灯开关位置及电路如图3-122所示。(www.daowen.com)

图3-122　制动灯开关位置及电路

②门控灯信号。门控灯开关位于汽车各门的门柱上或行李箱内，其安装位置及电路如图3-123所示。当所有的车门（和行李箱盖）都关上时，门控灯开关断开，蓄电池电压加在悬架ECU的DOOR端子上；当有任何一个门打开时，DOOR上的电压变为0V。

悬架ECU根据该信号判断车门是否打开，因为在车辆停止后，悬架系统会自动使车身降到较低的高度，而若此时ECU检测到车门打开（下客或卸货）时，车高自动控制必须停止，以免造成危险。

图3-123　门控灯信号

③发电机IC调节器信号。发电机IC调节器位于发动机的交流发电机内，其安装位置及电路如图3-124所示。IC调节器的L端子在发动机运转时（即发电机发电）为蓄电池电压，在发动机停止时（即发电机不发电）不高于1.5V。IC调节器的L端子直接与悬架ECU的REG端子连接，悬架ECU据此判断发动机是否运转。悬架ECU利用这一信号，进行如转角、高度等传感器的检查和失效保护。

图3-124　发电机IC调节器信号

3.执行器

悬架电控系统主要的执行器有两大类，即电动机和电磁阀。它们的应用及结构形式在不同的悬架系统中各有不同，但其基本作用都是接受ECU的指令，完成相应的驱动动作，改变减振器阻尼孔的截面积以改变悬架阻尼力大小，或改变空气（油气）弹簧内部介质的流通情况进而改变悬架刚度和车身高度等特性。此外执行器还有继电器（根据ECU指令控制电路的通、断）、指示灯（提示驾驶员系统的状态或某些故障信息）等。

（1）直流电动机式执行器。这种执行器安装在悬架系统中每个悬架减振器的顶部，并通过其上的控制杆与减振器的回转阀相连。其结构如图3-125所示，主要由直流电动机、小齿轮、扇形齿轮、电磁线圈、挡块、控制杆组成。

图3-125　直流电动机式执行器结构

（2）步进电动机式执行器。这种执行器也安装在悬架减振器的顶部，控制原理与直流电动机相似，只是控制杆改由步进电动机驱动。其结构如图3-126所示，步进电动机由定子、线圈和永磁转子组成，定子有两个12极的铁芯，相互错开半齿而对置，两个线圈绕在两个铁芯上，但绕线方向相反。转子则是一个具有12极的永久磁铁。

图3-126　步进电机结构

当悬架ECU给步进电动机的两个线圈（A、B）分别通以一定的电流时，就会在定子铁芯上产生电磁力，使永久磁铁转子转动，从而通过减振器控制杆带动回转阀转动。

其工作原理如图3-127所示，ECU每施加一次脉冲电流，转子即转动一步（1/24圈即15°）。例如，当ECU先给A线圈通上正向电流，转子在如图3-127（a）所示的位置上；当ECU给A线圈断电，进而给线圈B通电后，转子顺时针旋转15°，如图3-127（b）所示。

由此可见，通过改变线圈上电流的施加顺序，即可使步进电动机以15°/步的速度正向或逆向旋转；通过改变脉冲电流的频率，可以自由控制转子的旋转速度；通过改变电流的通断时机，可以控制转子的停留位置。

步进电动机为非接触型电动机，与直流电动机式执行器相比，使用寿命更长；此外，步进电动机常处于开环控制系统，受数字脉冲信号控制，其转速和转角分别与输入脉冲数和频率成正比，具有自锁能力，不需要传感器和锁止机构，控制系统简单高效，可获得更快速的响应和更精确的控制，因此汽车在不平路面行驶时可获得更佳的控制效果。

图3-127　步进电机工作原理

1-定子；2-转子；3、4-电磁线圈

（3）电磁阀。电磁阀是接受ECU的指令打开（或关闭），从而控制某一液压或气压管路使之相通（或不通）的元件，不同的电磁阀在结构和原理上大同小异，但因安装的位置不同，所起的作用也不尽相同。电控悬架系统中常用的电磁阀主要有以下两种。

①高度控制阀。ECU使高度控制阀线圈通电后，高度控制阀打开，并将空气压缩机来的压缩空气引向气压缸，从而使汽车高度上升。

②排气阀。ECU使排气阀线圈通电后，排气阀打开，并将气缸中的压缩空气排放到大气中，从而使汽车高度下降。

（4）继电器。继电器在电路中的作用是接受ECU的指令开、闭，从而控制该条电路的通、断。电控空气悬架控制电路中设有高度控制继电器，当车身高度开始上升时，继电器接受ECU控制信号，开关闭合，压缩机就能通电产生压缩空气，否则压缩机不工作。

（5）故障指示灯。根据ECU的指令点亮，在悬架系统自检时亮起，自检完毕后熄灭；悬架系统出现故障时亮起，进行故障警告；维修人员可以通过其闪烁规律读取故障代码。

4.控制单元

在不同汽车上所采用的控制系统ECU结构和输入输出信号大同小异，ECU主要由输入电路、微处理器、输出电路和电源电路等四部分组成。ECU是悬架控制系统的中枢，具有多种功能。它是悬架控制系统的中枢，具有多种功能。

（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ROM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。如果输入ECU的信号除了数字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ECU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ECU用故障检测电路来检测传感器、执行器、线路等的故障，当检测到故障时，将信号送入悬架ECU，目的在于即使发生故障，也应使悬架系统安全工作，而且在修理故障时容易确定故障所在位置。

3.3.4　电控悬架系统工作过程

悬架电子控制单元根据各个传感器的信号以及悬架控制开关的选择模式，确定出4个车轮上的减振器阻尼力、悬架弹簧刚度和车辆高度等参数的目标值后，控制悬架电控系统的执行器动作，带动悬架系统中的执行机构（可变阻尼力的减振器，可变刚度的弹性元件等）动作，完成悬架系统的工作过程。对悬架的控制项目主要有：减振器阻尼力控制，弹簧刚度控制，横向稳定器侧倾刚度控制，车身高度控制。

1.减振器阻尼控制

对悬架减振器的阻尼力控制方式有两类：一类是有级可调式，阻尼力大小在不连续的几个状态间转换；另一类是连续可调式，阻尼力可以连续改变。

（1）阻尼力有级可调式减振器。如图3-128所示为一阻尼力有级可调式减振器（三级可调）的结构及工作原理。减振器的活塞杆是空心的，内有一个回转阀，回转阀上端与控制杆相连，控制杆上端连接执行器（电动机）。

图3-128　阻尼力有级可调式减振器

根据路况和载荷等的变化，电控悬架系统对减振器的阻尼力控制分为以下3种情况。

①较弱的阻尼力（软）。A-A、B-B、C-C三个截面的通孔都接通，减振器的阻尼力小，减振能力弱，可充分发挥弹性元件的缓冲作用，使车辆具有高级轿车的舒适性。

②中等水平阻尼力（运动）。只有B-B截面的通孔接通，A-A、C-C截面通孔关闭，减振器阻尼力处于中等状态，车辆高速行驶性能良好。

③强阻尼力（硬）。A-A、B-B、C-C三个截面的通孔全部关闭，减振器阻尼力较大，减振能力强，汽车具有跑车的优良操纵稳定性。

图3-129　无级悬架减振器阻尼调节原理

1-步进电机；2-驱动杆；3-活塞杆；4-空心活塞

（2）阻尼力连续可调式减振器。阻尼力有级可调只能在一定程度上符合车辆对减振器阻尼状态的变化，现代轿车越来越多地采用连续可变阻尼的减振器，有助于提高系统的响应特性。

一种阻尼可连续调节的半主动悬架，阻尼力可以在几毫秒之内由最小变到最大，工作原理是由ECU接受速度、位移、加速度等信号，计算出相应的阻尼值，向步进电动机发出控制信号，经控制杆调节阀门，使节流孔大小连续变化，阻尼力就可进行连续调节。无级的悬架减振器阻尼调节原理如图3-129所示。减振器中的驱动杆和空心活塞一同上下运动，减振器油液可通过驱动杆和空心活塞的小孔流通，利用小孔节流作用形成阻尼。步进电动机通过转动驱动杆来改变驱动杆与空心活塞的相对角度，以使阻尼小孔实际通过的截面大小改变，从而实现减振器阻尼的调节。

（3）减振器阻尼力控制过程（见图3-130）。

①开始上坡。如图3-130（a）所示，当车轮开始走向凸起面，使减振器受到压缩，且车身向上移动时，减振器的减振阻尼力减少，以使减振阻尼力不向上推车身。

②继续上升。如图3-130（b）所示，当车轮继续升上凸起路面时，弹簧力向上推车身，使减振器逐渐伸张。因此，减振阻尼力增加以阻止车身向上运动。

③开始下坡。如图3-130（c）所示，当车轮开始走下凸起路面，使减振器伸张，且车身向下运动时，减振器的减振阻尼力减少，以使悬架平缓向下。

④继续下行。如图3-130（d）所示，当车轮进一步下行，使减振器逐渐受到压缩时，减振器的减振阻尼力增加，以减少车身向下运动。

2.横向稳定器侧倾刚度控制过程

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器的扭转刚度来实现。系统采用具有液压缸结构的横向稳定器，可以通过内部油路的开、闭，使液压缸具有弹性或刚性特点，从而调节横向稳定器的扭转刚度，改变汽车的抗侧倾刚度。其结构就是在传统横向稳定杆的基础上增加了液压缸和执行机构，如图3-131所示。

图3-130　减振器阻尼力控制过程

图3-131　稳定驱动器结构

（1）横向稳定器杆执行机构。横向稳定器杆执行机构叫作稳定驱动器，其作用是根据ECU的信号，通过稳定器缆绳来控制稳定器杆液压缸内部油路的关闭和开启。

其工作原理是：直流电动机通电后驱动蜗杆蜗轮机构中的蜗杆旋转，蜗轮被驱动后带动行星齿轮机构的太阳轮旋转，经过行星齿轮机构减速进而带动行星架旋转，通过输出轴带动驱动杆旋转，其上连接的缆绳拉动推杆运动，改变稳定器杆内部液压缸的油路，进而改变其伸缩性。

（2）带液压缸的稳定器杆。带液压缸的稳定器杆安装在稳定器臂（扭杆弹簧）的一侧端部与同侧独立悬架下摆臂之间，如图3-132所示。其作用是通过自身可变的伸缩性，改变横向稳定器的扭转刚度，进而改变车辆侧倾刚度。

如图3-132（a）所示，当稳定器杆成为能够伸缩的弹性体，横向稳定器U形杆的一侧可以相对于悬架上、下移动，此时获得的抗侧倾刚度比较小，相当于采用了直径较小的稳定器臂（扭杆弹簧）；而当稳定器杆成为无法伸缩的刚性体，如图3-132（b）所示，横向稳定器U形杆的一侧不能相对悬架上、下移动，此时获得的抗侧倾刚度比较大。

图3-132　带液压缸的稳定器杆

3.悬架刚度控制过程

可变刚度的电控悬架采用的弹性元件主要有空气弹簧和油气弹簧两种，针对刚度的控制方法也不尽相同。

（1）空气弹簧主动悬架刚度控制。图3-133为空气弹簧主动悬架的总体结构，悬架中的空气弹簧位于悬架上方，与可变化阻尼的减振器一起构成悬架支柱，上端与车架（或承载式车身）相连，下端安装在悬架摆臂上。

图3-134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的弹性元件和阻尼力可调的减振器和悬架执行元件等组成。弹性元件（气体弹簧）分为主、副气室两部分，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使悬架的高度升高，反之使悬架高度下降；同时，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、副气室的气体通道截面积大小，就可以改变空气悬架的刚度。主、副气室设计为一体既省空间，又减轻了重量。悬架的上方与车架（或承载式车身）相连，随着车架（或承载式车身）与车轮的相对运动，主气室的容积在不断变化。减振器的活塞通过控制杆（阻尼力调节杆）与齿轮系和直流步进电动机相连接，步进电动机转动可以改变活塞阻尼孔的大小，从而改变减振器阻尼力。

图3-133　空气弹簧主动悬架的总体结构

图3-134　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3-135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3-135　悬架刚度的自动调节原理

悬架刚度可以在以下低、中、高3种状态间变化。

①当阀芯的开口转到对准图示的“低”位置时，气体通道的大通道被打开。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。

②当阀芯开口转到对准图示的“中”位置时，气体通道的大通道被关闭、小通道被打开。两气室之间的流量小，悬架刚度处于中间状态。

③当阀芯开口转到对准图示的“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。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。

图3-136　油气弹簧示意

（2）油气弹簧主动悬架刚度控制。油气弹簧以惰性气体（通常为氮气）作为弹性介质，而用油液作为传力介质，一般由气体弹簧和相当于液压减振器的液压缸组成。通过油液压缩气室中的气体实现变刚度特性，通过电磁阀控制油液管路中的小孔节流实现变阻尼特性。图3-136为油气弹簧示意。

4.车身高度控制过程

（1）空气弹簧对车身高度的调整。采用空气弹簧调节车身高度的系统有两种，一种是外排气式，另一种是内排气式。两者都是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的，其工作原理基本相同。不同的是前者从大气中吸入空气并将气体排入大气，通过接入干燥罐处理水蒸汽；而后者采用封闭的空气供给系统，系统将空气排向储气筒低压腔。

（2）油气弹簧悬架对车身高度的调整。其工作原理是：驾驶员预先通过指令输入设备（触摸屏）设置好所需车身高度，控制器根据车身高度传感器（位移传感器）检测到的实际高度，按照一定的控制律不断调整比例阀对油缸进行充、放油。当实际车身高度偏低时，对油缸进行充油，拉升油气悬架，从而使得车身高度增加；当实际车身高度偏高时，对油缸进行放油，压缩油气悬架，从而降低车身高度达到要求如图3-137所示。

图3-137　油气弹簧悬架对车身高度的调整