寶馬G11/G12車空氣懸架原理解析及常見故障排除

無錫汽車工程高等職業(yè)技術(shù)學(xué)院 孔水清

1 寶馬G11/G12車空氣懸架系統(tǒng)的組成

寶馬G11/G12車空氣懸架系統(tǒng)主要由前（后）部高度傳感器、垂直加速度傳感器、垂直動(dòng)態(tài)平臺(tái)（VDP）、VDP控制單元、供氣裝置、電子減震控制系統(tǒng)（EDC）、中控臺(tái)操作單元等部件組成。

1.1 前（后）部高度傳感器

為了檢測(cè)更加精確，寶馬G11/G12車在前橋和后橋上分別安裝了2個(gè)高度傳感器，高度傳感器將信號(hào)發(fā)送給VDP，VDP再將信號(hào)發(fā)送到FlexRay總線。對(duì)于沒有安裝VDP的車輛，高度傳感器與車身域控制器（BDC）連接，BDC將信號(hào)發(fā)送至FlexRay總線。

高度傳感器是一種線性霍爾傳感器（非接觸式），該傳感器將汽車行駛時(shí)懸架的高度變化通過一個(gè)角度器，按比例轉(zhuǎn)換為模擬電壓信號(hào)。高度傳感器內(nèi)部由定子和轉(zhuǎn)子組成，定子內(nèi)的激勵(lì)線圈由于交流電的作用，產(chǎn)生電磁交變場(chǎng)，并穿過轉(zhuǎn)子，在轉(zhuǎn)子中感應(yīng)的電流在轉(zhuǎn)子周圍產(chǎn)生第二電磁交變場(chǎng)。來自激勵(lì)線圈和來自轉(zhuǎn)子的電磁交變場(chǎng)作用在接收器線圈上，并在其中引起相應(yīng)的交流電流，最后以模擬電壓輸出。接收器線圈中的感應(yīng)電流大小取決于接收器線圈與定子及轉(zhuǎn)子的距離（發(fā)送臂的角度）。

1.2 垂直加速度傳感器

垂直加速度傳感器沿著車輛垂直軸計(jì)算車輪的加速度。寶馬G11/G12車底盤系統(tǒng)上安裝了前橋電動(dòng)主動(dòng)式側(cè)傾穩(wěn)定桿（EARSV）和后橋電動(dòng)主動(dòng)式側(cè)傾穩(wěn)定桿（EARSH），并配備了4個(gè)垂直加速度傳感器，分別安裝在減震器上。垂直加速度傳感器的信號(hào)由VDP控制單元讀取。

1.3 垂直動(dòng)態(tài)平臺(tái)（VDP）

為確保在不同負(fù)載下乘坐舒適性不變，寶馬G11/G12車在前輪和后輪懸架上配置了空氣彈簧，EDC通過對(duì)車輛懸架的控制，確保在不同負(fù)載下車身高度處在最佳狀態(tài)。同時(shí)EDC通過將車輪負(fù)載波動(dòng)降至最低，并在車輛制動(dòng)時(shí)縮短制動(dòng)距離來改善車輛的行駛安全性。

1.4 VDP控制單元

寶馬G11/G12車VDP控制單元位于行李箱右后方，與FlexRay總線連接，VDP控制單元可調(diào)節(jié)兩軸的懸架高度及EDC，也可通過壓縮機(jī)繼電器對(duì)壓縮機(jī)進(jìn)行控制。此外，安裝在減震器上的4個(gè)垂直加速傳感器也與VDP控制單元相連接。右后配電器給VDP控制單元供電。

1.5 供氣裝置

供氣裝置主要由壓縮機(jī)、空氣干燥器、電磁閥、蓄壓器、壓力傳感器及放氣閥等組成。壓縮機(jī)可提供17 bar（1 bar=100 kPa）的壓力；空氣干燥器安裝在壓縮機(jī)上，可起到預(yù)防結(jié)冰的作用；供氣裝置內(nèi)共有5個(gè)電磁閥，其中4個(gè)電磁閥分別單獨(dú)控制空氣彈簧，1個(gè)電磁閥用于控制兩個(gè)蓄壓器；壓力傳感器主要用來監(jiān)控蓄壓器、空氣彈簧等系統(tǒng)壓力；放氣閥主要用來控制車輛高度。

供氣裝置主要給空氣彈簧和膜片折疊氣囊供氣，可提供6 bar～7 bar的工作壓力，空氣彈簧配有4 L和2 L兩個(gè)蓄壓器，在空氣彈簧內(nèi)始終留存2 bar的剩余壓力，通過使用蓄壓器，車輛可以在正常水平上保持較長(zhǎng)停放時(shí)間（通常情況下允許車輛在24 h內(nèi)下降約2 mm）。

1.6 電子減震控制系統(tǒng)（EDC）

EDC是一個(gè)可變的電子調(diào)節(jié)系統(tǒng)，主要用于調(diào)整減震器的狀態(tài)。利用減震器的2個(gè)電磁閥線圈調(diào)節(jié)車輛垂直動(dòng)態(tài)，其中1個(gè)電磁閥線圈用于壓縮階段，另1個(gè)電磁閥線圈用于拉伸階段。EDC可改進(jìn)車輛滾動(dòng)舒適性，并提高車輛的駕駛性。駕駛?cè)丝蓪④囕v調(diào)整至運(yùn)動(dòng)狀態(tài)或舒適狀態(tài)，從而通過EDC對(duì)空氣懸架的阻尼力進(jìn)行調(diào)整。

1.7 中控臺(tái)操作單元

中控臺(tái)操作單元可對(duì)車輛空氣懸架進(jìn)行控制，如果通過中控臺(tái)操作單元將車輛調(diào)整至運(yùn)動(dòng)狀態(tài)，車身可相對(duì)于標(biāo)準(zhǔn)位置下降10 mm左右，此時(shí)車身重心下降從而改進(jìn)車輛駕駛性。當(dāng)寶馬G11/G12車行駛到120 km/h時(shí)，車身也會(huì)自動(dòng)下降10 mm左右，以優(yōu)化空氣動(dòng)力性。除降低車身外，還可通過中控臺(tái)操作單元提升車身高度，從而使車輛能適應(yīng)更多道路環(huán)境。

2 寶馬G11/G12車空氣懸架的工作原理

與早期寶馬7系車相比，寶馬G11/G12車的空氣懸架在組成、結(jié)構(gòu)及控制邏輯上都發(fā)生了很大的變化，因此在遇到相關(guān)維修故障時(shí)，需要理解寶馬G11/G12車的空氣懸架系統(tǒng)的工作原理，并了解信號(hào)的傳輸方式。

如圖1所示，VDP控制單元通過FlexRay總線接收車速信息、車載電壓信息、車門狀態(tài)信息等車輛啟用條件信息，并可根據(jù)車身高度信息、駕駛模式信息、車輛高度調(diào)節(jié)按鈕狀態(tài)信息、供氣裝置的溫度信息和壓力反饋信息等信息控制模塊內(nèi)的程序控制模式，控制壓縮機(jī)和電磁閥工作狀態(tài)，繼而適時(shí)調(diào)整空氣彈簧壓力，改變車身高度。

圖1 寶馬G11/G12空氣懸架系統(tǒng)的工作原理

3 空氣懸架常見的故障排除

通常情況下，空氣懸架的故障表現(xiàn)為車輛左右傾斜或前后高低不平。碰到這些故障，應(yīng)當(dāng)如何做才能高效找出故障原因呢？

接車后，首先要確認(rèn)故障現(xiàn)象，需要注意以下幾點(diǎn)。

（1）確認(rèn)故障現(xiàn)象是否真實(shí)存在。仔細(xì)查看組合儀表，看是否有相關(guān)故障燈點(diǎn)亮。

（2）結(jié)合懸架系統(tǒng)的功能檢查，確認(rèn)系統(tǒng)的功能狀態(tài)。在進(jìn)行功能檢查時(shí)，不能只通過聽壓縮機(jī)是否工作來判斷懸架系統(tǒng)工作狀態(tài)。因?yàn)樵谡Ｇ闆r下，為降低車輛噪音，寶馬G11/G12車在低速時(shí)壓縮機(jī)可能不會(huì)啟動(dòng)，而是優(yōu)先采用儲(chǔ)氣罐供給壓縮空氣。

（3）懸架系統(tǒng)外觀檢查。舉升車輛，目視檢查車輛的底盤有無刮蹭或其他異常，比如高度傳感器安裝位置是否正確，安裝是否牢靠，空氣管路是否連接良好等。

（4）詢問顧客最近有沒有做過車輛的相關(guān)維修。這里的相關(guān)維修不單單是指空氣懸架本身的維修，也包括車輛其他系統(tǒng)的維修。因?yàn)閼壹芸刂频暮芏噍斎胄盘?hào)是通過FlexRay總線由其他模塊發(fā)送過來的，如系統(tǒng)工作授權(quán)信息、車速信息、發(fā)動(dòng)機(jī)狀態(tài)信息、車門狀態(tài)信息、環(huán)境溫度信息等，還有總線系統(tǒng)本身的故障等等。如果由于其他系統(tǒng)的故障導(dǎo)致這些信號(hào)出現(xiàn)了問題，也可能導(dǎo)致懸架系統(tǒng)出現(xiàn)故障。

（5）在確認(rèn)完以上幾個(gè)點(diǎn)后，連接寶馬專用故障診斷儀（ISTA）進(jìn)行診斷。

在ISTA的“服務(wù)功能-底盤-垂直動(dòng)態(tài)平臺(tái)”目錄下，集成有“VDP：壓縮機(jī)試運(yùn)行”ABL文件，執(zhí)行這個(gè)ABL，同時(shí)注意車輛左后部是否有壓縮機(jī)的工作聲音，可以初步判斷故障所在范圍。然后根據(jù)故障所屬范圍，進(jìn)行針對(duì)性的重點(diǎn)分析。在執(zhí)行這個(gè)ABL后，如果壓縮機(jī)沒有任何反應(yīng)，同時(shí)車輛不存在總線通訊故障和其他系統(tǒng)相關(guān)故障，可以初步判斷壓縮機(jī)控制電路或者控制模塊及壓縮機(jī)本身可能存在問題。

通過壓縮機(jī)的控制電路可以分析出可能出現(xiàn)故障的部件有：保險(xiǎn)絲、繼電器、壓縮機(jī)、VDP模塊及線路連接等。針對(duì)這些可能原因，要按照由易到難的順序進(jìn)行排查。同樣的道理，可以通過執(zhí)行“服務(wù)功能-狀態(tài)值”的ABL文件，判斷電磁閥及其控制電路是否存在問題。在執(zhí)行“服務(wù)功能-空氣彈簧”ABL時(shí)，如懸架系統(tǒng)有反應(yīng)，但升降緩慢或懸架歪斜，則故障范圍可能存在于輸出執(zhí)行端的諸多方面，如壓縮機(jī)輸出壓力是否充足、壓縮機(jī)控制電路是否有接觸電阻、供氣管路是否泄露及堵塞、氣囊是否漏氣等，這些可能的故障原因都必須一一進(jìn)行排查。

如果執(zhí)行“服務(wù)功能-空氣彈簧”ABL時(shí)，系統(tǒng)工作正常，車輛靜置一段時(shí)間后也沒有出現(xiàn)車身歪斜的現(xiàn)象，可以將故障范圍鎖定在系統(tǒng)的信號(hào)輸入和模塊控制端，這些信號(hào)輸入是否正常，可以通過ISTA讀取數(shù)據(jù)及線路測(cè)量來排查。