電控空氣懸架系統(tǒng)的原理、設(shè)置與檢修

◆文/陜西 蔡亞林 上海 李明誠(chéng)

電控空氣懸架系統(tǒng)的原理、設(shè)置與檢修

◆文/陜西 蔡亞林 上海 李明誠(chéng)

懸架是汽車車身與車輪之間連接和傳遞動(dòng)力的裝置(圖1)，汽車的全部載荷通過懸架作用在車輪上。目前，不少中、高檔轎車和大型客車裝備了電子控制空氣懸架(ECAS)系統(tǒng)，這種懸架的剛度、阻尼以及車身高度能夠自動(dòng)適應(yīng)汽車不同載重量、不同道路條件以及不同行駛工況的需要，在保證車輛具有良好操縱性和燃油經(jīng)濟(jì)性的前提下，使汽車的舒適性得到進(jìn)一步提高。

一、結(jié)構(gòu)原理

電子控制空氣懸架系統(tǒng)由模式選擇開關(guān)、車速傳感器、轉(zhuǎn)向角度傳感器、加速度傳感器、車身高度傳感器、懸架ECU、可調(diào)阻尼減振器(圖2)、空氣壓縮機(jī)、空氣彈簧以及高度控制電磁閥等部件組成。

空氣懸架ECU采集的信號(hào)主要有：車速、轉(zhuǎn)向角度、壓力信號(hào)、制動(dòng)開關(guān)狀態(tài)、車身垂直加速度、懸架模式選擇、實(shí)際車身水平高度以及駕駛?cè)诉x擇的車身高度等，它的控制原理如圖3所示。

對(duì)于奧迪轎車來說，下列控制單元與空氣彈簧懸架控制單元J197有關(guān)聯(lián)：①J104——ESP控制單元；②J220——發(fā)動(dòng)機(jī)控制單元；③J533——網(wǎng)關(guān)；④J527——轉(zhuǎn)向柱控制單元；⑤J431——前照燈控制單元；⑥J285——儀表盤控制單元；⑦J345——掛車識(shí)別控制單元；⑧J518——進(jìn)入和授權(quán)控制單元。因此，如果空氣彈簧懸架系統(tǒng)工作不正常，上述相關(guān)聯(lián)的控制單元可能存在故障。

二、主要功能

對(duì)于傳統(tǒng)的機(jī)械式懸架系統(tǒng)，其鋼板彈簧的剛度、減振器的阻尼力以及車身高度都是固定不變的，只能被動(dòng)地吸收因地面不平引起的車輪跳動(dòng)，因而乘坐不太舒適。電子控制空氣懸架系統(tǒng)由于裝配了傳感器、電子控制單元(ECU)和執(zhí)行器，能夠根據(jù)不同的車速、行駛狀態(tài)、裝載質(zhì)量以及乘客人數(shù)的變化，對(duì)彈性元件的剛度、減振器的阻尼力以及車身的高度等項(xiàng)目自動(dòng)地進(jìn)行無級(jí)調(diào)節(jié)，無需駕駛?cè)藛T調(diào)節(jié)，大大提高了乘坐的舒適性和操縱的穩(wěn)定性。

1.控制減振器的阻尼力

空氣懸架系統(tǒng)采集車速傳感器、轉(zhuǎn)向角度傳感器和車身高度傳感器等信號(hào)，由懸架ECU計(jì)算和處理后，指令電磁式或步進(jìn)電機(jī)式執(zhí)行器動(dòng)作，以調(diào)節(jié)減振器的阻尼力。當(dāng)汽車急轉(zhuǎn)彎、急加速和緊急制動(dòng)時(shí)，能夠抑制汽車后挫、點(diǎn)頭和側(cè)翻，防止汽車劇烈變化，提高車輛的操縱穩(wěn)定性。

2.調(diào)節(jié)彈性元件的剛度

空氣懸架系統(tǒng)通過改變減振器彈性系數(shù)的方式，調(diào)節(jié)減振器的剛度，使汽車能夠按照實(shí)際行駛的需要，自由地選擇模式。

3.調(diào)節(jié)車身的高度

如果汽車車身長(zhǎng)時(shí)間離地面太高，在行駛過程中會(huì)感覺非常顛簸，好像沒有安裝減振器一樣；如果車身離地面太低，行駛中汽車底盤下部容易碰撞凸起的地面，會(huì)使汽車無法行駛。電控空氣懸架系統(tǒng)的主要功能是在各種工況下，使車身的高度始終保持在合理范圍之內(nèi)。電控空氣懸架系統(tǒng)通過控制空氣壓縮機(jī)、高度控制閥和排氣閥動(dòng)作，使空氣彈簧自動(dòng)壓縮或伸長(zhǎng)，從而降低或升高底盤的離地間隙，使車身保持在合適的高度上。當(dāng)汽車高速行駛時(shí)，讓車身高度降低，以減小空氣阻力，提高操縱的穩(wěn)定性；當(dāng)汽車在壞路上行駛時(shí)，讓車身高度增加，以提高汽車的通過性；當(dāng)關(guān)閉點(diǎn)火開關(guān)時(shí)，因乘客和行李減少，又讓車身高度降低，以保持良好的駐車狀態(tài)。

三、工作模式的設(shè)置

有的新車存在急轉(zhuǎn)彎時(shí)車身發(fā)抖的現(xiàn)象，更換相同型號(hào)的減振器后無效，產(chǎn)生原因可能是電控懸架系統(tǒng)的“軟”、“硬”工作模式調(diào)整和選擇不當(dāng)。性能良好的空氣懸架系統(tǒng)的標(biāo)準(zhǔn)是：汽車制動(dòng)不點(diǎn)頭、加速不后仰、轉(zhuǎn)彎不外甩、乘坐不暈車、壞路升高走、好路降低跑、普通路舒適、高速路安全。如果不符合這些要求，就要對(duì)系統(tǒng)進(jìn)行設(shè)置或者修理。以下以奧迪轎車裝備的空氣懸架系統(tǒng)為例予以說明。

1.操作按鍵介紹

首先按下多媒體人機(jī)交互系統(tǒng)(MMI)控制面板上的CAR鍵(圖4)，調(diào)出MMI顯示屏上的可調(diào)式空氣懸架系統(tǒng)菜單，然后轉(zhuǎn)動(dòng)操縱鈕，并且按下相應(yīng)的按鈕，就可以設(shè)置所需要的懸架模式。在顯示屏上，當(dāng)前模式用白色高亮顯示，調(diào)整方向用白色的上箭頭或下箭頭表示，因故障或系統(tǒng)限制不允許選擇的模式用灰色顯示。

2.空氣懸架的工作模式

空氣懸架幾種工作模式的選擇如圖5所示。

(1)自動(dòng)模式

在自動(dòng)模式下(正常車身高度)，減振器的特性將調(diào)整到本車的最佳狀態(tài)。當(dāng)車速高于120km/h(在高速公路上)時(shí)，汽車的車身高度在30s內(nèi)自動(dòng)降低15mm；當(dāng)車速低于70km/h兩分鐘后，車身高度自動(dòng)升高，或者在車速低于35km/h時(shí)立即降低。

(2)舒適模式

在舒適模式下(正常車身高度)，減振器的特性將調(diào)整到舒適狀態(tài)，不執(zhí)行高速公路降低車身高度功能。

(3)動(dòng)態(tài)模式

在動(dòng)態(tài)模式(車身高度比正常高度低15mm)下，減振器自動(dòng)調(diào)整為運(yùn)動(dòng)型配置，沒有高速公路降低車身高度的功能。

(4)野地模式

野地模式又稱為“越野模式”，當(dāng)汽車在崎嶇不平的路面上行駛時(shí)，可以選擇野地模式。

(5)高位模式

高位模式又稱為“提升模式”,車身高度比正常高度提升15mm。當(dāng)汽車低速行駛而且需要極高的離地間隙時(shí)，可以選擇高位模式。在車速高于100km/h的情況下，系統(tǒng)會(huì)自動(dòng)取消高位模式，返回到先前設(shè)置的模式；當(dāng)車速不足80km/h時(shí)，可以用手動(dòng)方式設(shè)置高位模式；當(dāng)牽引掛車以50km/h的速度行駛時(shí)，自動(dòng)取消高位模式，返回到先前設(shè)置的模式。

3.空氣彈簧的放氣與充氣

空氣彈簧的放氣與充氣必須在汽車靜止的狀態(tài)下進(jìn)行，而且故障存儲(chǔ)器中不得有故障信息。具體操作方法如下：連接專用診斷儀，進(jìn)入空氣懸架系統(tǒng)，選擇04功能——“基本設(shè)置”，然后進(jìn)入到下列顯示組——顯示組20：儲(chǔ)壓器放氣；顯示組21：前橋空氣彈簧放氣；顯示組22：后橋空氣彈簧放氣；顯示組23：儲(chǔ)壓器充氣(最大壓力16bar,1 bar=105Pa)；顯示組24：前橋空氣彈簧充氣；顯示組25：后橋空氣彈簧充氣。

注意事項(xiàng)：①操作空氣彈簧放氣會(huì)導(dǎo)致車身降低，需要防范人身傷害。②建議在熄火前降低車身高度。一般來說，發(fā)動(dòng)機(jī)熄火后ECAS停止工作，系統(tǒng)本身不會(huì)造成車身歪斜的現(xiàn)象。但是如果ECAS管路漏氣，例如ECAS電磁閥到各氣室間的管路密封性變差，就可能在發(fā)動(dòng)機(jī)熄火一段時(shí)間后出現(xiàn)車身歪斜的現(xiàn)象。

4.空氣懸架系統(tǒng)指示燈顯示解讀

奧迪轎車在儀表盤上安裝了空氣懸架系統(tǒng)指示燈，該指示燈顯示的含義如下。

(1)黃色指示燈點(diǎn)亮：說明系統(tǒng)存在故障，此時(shí)應(yīng)當(dāng)連接診斷儀，讀取故障信息。

(2)黃色指示燈閃爍：說明汽車的車身高度過高或者過低。

(3)綠色低位指示燈點(diǎn)亮：說明汽車的車身低于正常的高度。

(4)綠色低位指示燈閃爍而且黃色指示燈點(diǎn)亮：說明汽車的車身高度極低。

注意：如果車身高度過低，并且不得不在電控空氣懸架系統(tǒng)有故障的情況下牽引，必須使用懸架彈簧擋塊。

四、更換氣壓減振器后的匹配方法

奧迪轎車在拆卸和安裝空氣懸架控制單元J197、更換氣壓減振器(圖6)以及排除某些有關(guān)空氣懸架系統(tǒng)的疑難故障時(shí)，需要對(duì)電控空氣懸架系統(tǒng)重新編碼，然后匹配車身高度的默認(rèn)位置。

一輛2007款?yuàn)W迪A6L轎車，搭載3.2L AUK發(fā)動(dòng)機(jī)，出現(xiàn)車身高度不能調(diào)節(jié)的故障。連接專用診斷儀，進(jìn)入電控懸架系統(tǒng)，讀到故障碼“01437”，含義是沒有基本設(shè)定或者設(shè)定不正確。觀察多媒體交互系統(tǒng)(MMI)的懸架調(diào)節(jié)圖，顯示為灰色。儀表盤上的懸架指示燈閃爍，懸架調(diào)節(jié)不起作用，說明系統(tǒng)進(jìn)入了失效保護(hù)狀態(tài)。給每個(gè)氣壓減振器充氣，然后使用氣壓表檢測(cè)，發(fā)現(xiàn)左前減振器有泄漏，其他3個(gè)減振器正常。檢查蓄壓器及其管路，正常。更換新的氣壓減振器，故障碼仍然無法消除，于是執(zhí)行如下氣壓減振器的匹配程序。

首先測(cè)量車身高度的幾個(gè)數(shù)據(jù)(圖7)。①高度X：指車輪中心至擋泥板中部下邊緣的距離，單位為mm；②尺寸a：指輪輞的直徑；③尺寸b：指輪輞上邊緣至擋泥板中部下邊緣之間的距離。

然后根據(jù)公式X＝a/2＋b，計(jì)算前后左右車身的高度。再執(zhí)行如下步驟：①連接專用診斷儀，進(jìn)入空氣懸架系統(tǒng)；②在引導(dǎo)性功能里，執(zhí)行懸架控制單元J197的默認(rèn)位置匹配(無論最后的執(zhí)行結(jié)果如何，這一步都應(yīng)執(zhí)行)；③進(jìn)入自診斷15，輸入授權(quán)訪問碼31564，登錄；④選擇通道號(hào)12，分別進(jìn)入組號(hào)1、2、3、4，并輸入左前、右前、左后、右后車輪中心至對(duì)應(yīng)擋泥板中部下邊緣的垂直距離；⑤選擇組號(hào)5，輸入數(shù)字1，保存上述數(shù)據(jù)。這樣，懸架控制單元就記憶了當(dāng)前四個(gè)車輪的高度參數(shù)。

注意：奧迪A6L轎車前橋的高度測(cè)量數(shù)據(jù)一般為384mm，后橋的高度測(cè)量數(shù)據(jù)為388mm(各車型可能有區(qū)別)。

完成上述操作后，懸架調(diào)節(jié)功能恢復(fù)正常，MMI的懸架調(diào)節(jié)圖的顯示由灰色變成了亮白色，故障被排除。

五、兩種特殊模式的設(shè)置

1.舉升模式的啟用與禁止

空氣懸架的舉升模式適用于轎車裝上火車、輪船、貨車、飛機(jī)等運(yùn)輸工具時(shí)，所以又稱為“裝載模式”。具體設(shè)置方法是：連接VAG5051等診斷儀，進(jìn)入控制單元J197，在自診斷中選擇引導(dǎo)性故障查詢，輸入空氣懸架系統(tǒng)的地址碼34，選擇功能16，進(jìn)入啟用授權(quán)，再用鍵盤輸入不同的代碼，就可啟用或者解除舉升模式。設(shè)置舉升模式后，禁止調(diào)節(jié)轎車的車身高度。

2.“千斤頂模式”的設(shè)置

利用升降臺(tái)或者千斤頂維修裝備有空氣懸架系統(tǒng)的奧迪轎車，如果不熟悉該系統(tǒng)的工作特性，有可能發(fā)生空氣懸架系統(tǒng)異常動(dòng)作甚至損壞的現(xiàn)象。為此，需要通過MMI顯示屏進(jìn)行“千斤頂模式”(即維修模式)的設(shè)置，以奧迪A8轎車為例,該模式的設(shè)置步驟如下：

(1)接通點(diǎn)火開關(guān)，按住MMI的功能按鈕CAR。

(2)在保持一定時(shí)間后，MMI顯示屏出現(xiàn)主菜單“ADAPTIVE AIR SUSPENSION”(自適應(yīng)空氣懸架)。

(3)按壓功能按鈕SETUP，出現(xiàn)功能菜單“ADAPTIVE AIR SUSPENSION”。

(4)通過旋轉(zhuǎn)或按壓操作按鈕，將菜單調(diào)整到所需要的操作模式——CAR JACK MODE(汽車千斤頂模式)，并且選擇“ON”選項(xiàng)，設(shè)置結(jié)束。

此時(shí)就可以利用千斤頂對(duì)奧迪轎車進(jìn)行操作了。

設(shè)置奧迪轎車空氣懸架系統(tǒng)千斤頂模式時(shí)，需要注意以下幾個(gè)問題：

(1)如果MMI有故障，可以連接診斷儀，然后在引導(dǎo)性故障查詢中啟用和禁用千斤頂模式。

(2)如果在MMI上啟用了千斤頂模式，那么只能在MMI中禁用它。

(3)如果通過診斷儀的自診斷功能禁用了千斤頂模式，則可以在MMI上啟用。

六、幾種車型空氣懸架系統(tǒng)的檢修

1.保時(shí)捷Cayenne E2轎車

該車型空氣懸架系統(tǒng)手動(dòng)設(shè)置車身高度及關(guān)閉系統(tǒng)的方法如下。

(1)前置條件：發(fā)動(dòng)機(jī)已經(jīng)啟動(dòng)，車門已經(jīng)關(guān)閉。

(2)設(shè)置方法：按壓中控臺(tái)上的蹺板開關(guān)。如果想讓車身升高，可以向前輕按蹺板開關(guān)，車身高度會(huì)升高一個(gè)級(jí)別；如果想讓車身降低，則向后輕按蹺板開關(guān)，車身高度會(huì)降低一個(gè)級(jí)別。

關(guān)閉車身高度自動(dòng)控制的方法是：接通點(diǎn)火開關(guān)，向前按壓蹺板開關(guān)10～15s，然后松開蹺板開關(guān)，直到儀表盤多功能顯示屏上顯示“車輛水平控制功能關(guān)閉”。

(3)狀態(tài)顯示：操作者所選擇的車身高度由蹺板開關(guān)旁邊的LED燈顯示。在切換過程中，該LED燈閃爍，隨后持續(xù)點(diǎn)亮。但是，自動(dòng)切換的位置不會(huì)在儀表盤多功能顯示屏上顯示。

(4)千斤頂模式：如果需要使用千斤頂升舉汽車，必須手動(dòng)設(shè)置標(biāo)準(zhǔn)車身高度，然后關(guān)閉車身高度自動(dòng)控制功能。

2.奔馳W220 S系列轎車

奔馳轎車采用自適應(yīng)阻尼控制懸架系統(tǒng)(ADS)，該系統(tǒng)能夠依據(jù)路況、荷重、車輛加速度以及駕駛?cè)说牟倏貋碜宰詣?dòng)調(diào)節(jié)減振器的剛性(即軟硬程度)。駕駛?cè)丝梢酝ㄟ^開關(guān)設(shè)置懸架的工作模式，例如“舒適”(COMFORT)或者“運(yùn)動(dòng)”(SPORT)。當(dāng)選擇“運(yùn)動(dòng)”模式時(shí)，儀表盤上的紅色指示燈點(diǎn)亮。該車通過兩個(gè)電磁閥的不同“ON”/“OFF”組合，使減振器的阻尼力可以在4個(gè)等級(jí)之間變換，即“硬”(FIRM)、“正常”(NORMAL)、“軟”(SOFT)和“舒適”(COMFORT)。

奔馳W220 S系列轎車車身高度的調(diào)節(jié)也可以通過駕駛室內(nèi)的車身控制按鍵進(jìn)行設(shè)置。按一下該按鍵，車身自動(dòng)升高25mm。若再按一下，車身高度恢復(fù)到正常狀態(tài)。

3.福特轎車

當(dāng)點(diǎn)火開關(guān)處在RUN(運(yùn)轉(zhuǎn))位置時(shí)，電控空氣懸架系統(tǒng)都處于工作狀態(tài)。在點(diǎn)火開關(guān)轉(zhuǎn)至“OFF”位置后，懸架ECU仍然保持通電狀態(tài)1h，通電1h的目的是讓懸架ECU在乘員下車和取出行李后進(jìn)行車身調(diào)平校正。因此在點(diǎn)火開關(guān)轉(zhuǎn)至“OFF”位置1h內(nèi)，禁止對(duì)電控空氣懸架系統(tǒng)進(jìn)行維修操作。

在檢修空氣懸架系統(tǒng)的任何部件之前，在用舉升機(jī)舉起汽車、用千斤頂頂起汽車、跨接啟動(dòng)發(fā)動(dòng)機(jī)以及牽引裝有空氣懸架系統(tǒng)的汽車之前，必須切斷空氣懸架系統(tǒng)的電源，其方法是：關(guān)閉空氣懸架開關(guān)或拆下蓄電池的接地線。如果不切斷空氣懸架系統(tǒng)的電源，在維修過程中可能導(dǎo)致空氣彈簧的意外充氣或放氣，從而引起車身移動(dòng)。

為了預(yù)防空氣彈簧或電控懸架系統(tǒng)發(fā)生突發(fā)性故障，必須遵守下列規(guī)定：在任何情況下，只要空氣彈簧內(nèi)有壓力，千萬不要拆卸空氣彈簧；空氣彈簧安裝到汽車之前應(yīng)進(jìn)行折疊操作，不要試圖安裝沒有折疊的空氣彈簧或者給沒有折疊的空氣彈簧充氣；在給空氣彈簧充氣前，不要給懸架系統(tǒng)施加任何負(fù)荷。

福特轎車空氣彈簧懸架系統(tǒng)中有一個(gè)車門傳感器(又稱門控?zé)糸_關(guān)、車門開關(guān))，懸架ECU利用車門傳感器輸入的信號(hào)來實(shí)現(xiàn)兩個(gè)功能：一是在任何一個(gè)車門打開時(shí)，空氣彈簧立即停止排氣；二是如果需要的話，進(jìn)行車身調(diào)平校正。

(作者蔡亞林單位：西安咸陽國(guó)際機(jī)場(chǎng))