来源：希迈汽车底盘
半主动悬架系统是以减振器的阻尼系数为控制对象的悬架系统，其控制原理如图3-3-2所示。
在半主动悬架的ECU中，事先设定了一个以汽车行驶平顺性最优化控制为目标的控制参数σ。汽车行驶时，安装在车身上的车身传感器将车身振动情况转换为相应的电信号，并输人ECU。ECU立刻计算当前车身振动加速度的参考值a:,并与设定的目标参数进行比较，根据比较结果输出相应的控制信号。如果σ=a₁,ECU不输出调整悬架阻尼控制信号，减振器保持原阻尼；如果σ>ar,ECU则输出增大悬架阻尼信号；如果>σ,ECU则输出减小悬架阻尼信号。
1 三级可调式减振器
三级可调式减振器装在空气弹簧下面，与空气弹簧一起构成悬架支柱，上端与车架连接，下端装在悬架摆臂上，如图3-3-3所示。
可调式减振器减振阻尼的改变是由流过活塞节流孔油量的变化来实现的，而油量的变化是靠改变活塞节流孔的大小来实现。与控制杆连成一体的转阀上有两组节流孔，活塞杆上也有两个节流孔。悬架控制执行器驱动控制杆，使转阀在活塞杆内转动，从而打开或关闭这些节流孔，使通过这些节流孔的油液量发生变化，以此来控制减振器的减振阻尼，如图3-3-4所示。
节流孔A和B开合的不同组合、可得到减振器减振阻尼力的3级变化。可调式减振器减振阻胞力变处状态如下：
1)减振阻尼力为“软”。
节流孔A和B均打开、减振器油液流动如图3-3-5所示。
2)减振阻尼力为“中”。
节流孔A关闭，节流孔B打开，减振器油液流动如图3-3-6所示。
3)减振阻尼力为“硬”。
节流孔A和B均关闭，减振器油液流动如图3-3-7所示。
执行器的结构如图3-3-8所示，它装在减振器的上部，可以根据需要带动减振器中转阀转动，改变减振器阻尼力的大小，为适应汽车运行时工况频繁的变化，保证准确快速控制，减小驱动电流和部件质量，执行器采用了直流步进电动机和电磁制动开关。
直流步进电动机3,带动小齿轮4,驱动扇形齿轮5转动，与扇形齿轮5同轴的控制杆1带动减振器内的转阀转动，使阻尼孔开闭的数量变化，从而达到了调节减振器阻尼的变化。
2 压电式减振器
图3-3-9是压电式减振器的结构
压电式减振器主要由压电传感器、压电执行器和阻尼力变换阀3部分组成。压电传感器和压电执行器所用的压电元件是一个压电陶瓷元件，其主要成分是错、错和钛。压电元件都是利用压电效应的原理进行工作的。
当在压电元件上施加外力时，压电元件将产生电压，这一现象称为压电正效应；而给压电元件施加电压时，则压电元件将产生移位，这一现象称为压电负效应(图3-3-10)。
压电传感器是根据压电正效应进行工作的。当由颠簸路面而引起的冲击力作用在减振器支撑杆上时，由于压电正效应的作用，在压电传感器上大约2μs的短时间内就可产生电压信号。悬架电子控制器ECU接收到压电传感器的电压信号后，立即对压电执行器施加电压。
图3-3-11为压电执行器的结构。由88个压电元件所组成的压电执行器根据电子控制器ECU发出的指令被施加电压后，由于压电负效应的作用，在约5ms的时间内产生50μm左右的移位，此移位经活塞和推杆所放大后，使阻尼力变换阀动作。压电式减振器从出现颠簸信号到阻尼力变换阀动作仅需要几毫秒的时间。因此这种减振器阻尼力电子控制系统具有很高的响应能力。
3 阻尼力连续可调的半主动悬架系统
图3-3-12为一种阻尼力连续可调的半主动悬架系统控制简图。该装置的阻尼力能在几毫秒内由最小变到最大。电子悬架系统控制器ECU根据从传感器接收的速度、位移、加速度等信号，计算出相应的要调节的阻尼值，向步进电机发出控制信号，经阀杆调节阀门，使节流孔阻尼连续变化。
1 主动悬架电子控制系统基本组成
不同类型、不同车型上使用的主动悬架电子控制系统的组成部件会有一些差别，图3-3-13是空气式主动悬架电子控制系统的组成。
2 主动式悬架系统的控制原理
悬架ECU根据各传感器器输入的信号，经过运算分析后输出控制信号，控制各执行器动作，及时调整悬架的刚度、阻尼及车身的高度，以确保汽车行驶过程中的操纵稳定性和平顺性。悬架ECU按照驾驶员通过模式选择开关选定的“软”模式或“硬”模式进行控制，有些悬架电子控制系统则是由ECU根据有关传感器的信号自动选定一种模式进行控制。
主动悬架电子控制系统按其控制功能，可分为车速路面感应控制、车身姿势控制、车身高度控制等，其控制原理如下
1)利用弹簧刚度/减振器阻尼力进行控制
(1)抗“点头”:在车速高于60km/h时紧急制动，电子控制器ECU通过执行器使弹簧刚度和减振器阻尼力调到高(硬)值，而不管驾驶员选择了何种控制状态，以抵抗车身前部的下冲。
(2)抗侧倾：由装于转向轴的光电式转向传感器检测转向盘的操作状况。在急转弯时，电子控制器ECU通过执行器使弹簧刚度和减振器阻尼力转换到高(硬)值，以抵抗车身侧倾。
(3)抗后坐：通过传感器检测加速踏板移动速度和位移量。当车速低于20km/h且加速度比较大时(急起步加速),电子控制器ECU通过执行器将弹簧刚度和减振器阻尼力调到高值，从而抵抗汽车起步时车身后坐。如果此时驾驶员选择了“常规值自动控制”状态，则弹簧刚度和减振器阻尼力由软调至硬；如果此时驾驶员选择了“高速行驶自动控制”状态，则刚度和阻尼力由中调至硬。
(4)前、后关联控制：车速在30～80km/h范围内时，若前轮车身高度传感器检测出路面有小凸起(例如前轮通过混凝土路面接缝等)则在后轮越过该凸起之前，系统将使弹簧刚度和减振器阻尼力调至低值，从而提高汽车乘坐舒适性。此时，即使驾驶员选择了高速行驶控制模式(刚度和阻尼力为中间值),系统仍将刚度和阻尼力调至低(软)值。为了不影响高速时的操纵稳定性，此动作在车速为80km/h以下才发生。
(5)高速感应：当车速大于110km/h时，电子控制器ECU将使弹簧刚度和减振器阻尼力调至中间值，从而提高高速行驶时操纵稳定性。即使驾驶员选择了“常规值自动控制”状态(刚度和阻尼处于低、软值),系统也将刚度和阻尼力调至中间值。
(6)坏路、俯仰、振动感应：车速在40～100km/h范围内时，当前轮车身高度传感器检测出路面有较大凸起时(例如汽车通过损坏的铺砌路面等)电子控制器ECU将弹簧刚度和减振器阻尼力调至中间值，以抑制车体的前后颠簸、振动等大动作，从而提高汽车的乘坐舒适性和通过性，而不管驾驶员选择了何种控制模式。车速高于100km/h时，系统将使刚度和阻尼力调至高(硬)值。
(7)良好路面正常行驶：弹簧刚度和减振器阻尼力由驾驶员选择，“常规值自动控制”模式时，刚度和阻尼力处于低(软)值；“高速行驶时自动控制”模式，则刚度和阻尼力为中间值。
2)车身高度控制
悬架电子控制器ECU接收左右前轮和左后轮3个车身高度传感器发出车身高度信号，经电子控制器ECU处理后，向执行器发出指令，对车身高度进行调整。
(1)高速感应：当车速高于90km/h时，将车身高度降低一级，以减小风阻，提高行驶稳定性。如果驾驶员选择了“常规值自动控制”模式，则车身高度值由中间值(标准值)调至低值；如果驾驶员选择了“高值自动控制”模式，则车高由高值调至中间值(标准值)。在车速为60km/h时，车高恢复原状。
(2)连续坏路面感应：汽车在坏路面上连续行驶，车高信号持续2.5s以上有较大变动，且超过规定值时，将车身高度升高一级，使来自路面的突然抬起感减弱，并提高汽车的通过性能。
汽车在连续坏路行驶且车速大于40km/h小于90km/h时，不论驾驶员选择了何种控制模式，悬架控制系统都将车身高度调至高值，以减小路面不平感，确保足够的离地间隙，提高乘坐舒适性。
若行驶车速小于40km/h时，车身高度则完全由驾驶员选择，选择“常规值自动控制”时，车身高度为中间值(标准值),选择“高值自动控制”时，车身高度为高值。
在连续坏路面上，行驶车速高于90km/h时，不管驾驶员选择了何种控制模式，车身高度都将调至中间值，这样做是为了避免车身过高对高速行驶稳定性产生不利影响。
另外，还具有驻车时车高控制功能。当汽车处于驻车状态时，为了使车身外观平衡，保持良好的驻车姿势，在点火开关断开后，电子控制器ECU即发出指令，使车身高度处于常规模式的低控制模式。
1 空气悬架刚度调节装置
1)空气悬架系统的构造
空气悬架系统的结构如图3-3-15所示，上部为空气弹簧，下部为减振器，上端与车身相连，下端与车轮相连。空气弹簧主、副气室设计为一体，使结构紧凑、质量轻，随着汽车运行时车轮与车身相对运动，使主气室的容积不断变化，主副气室之间通过一个通路可使气体相互流动。通过改变这一通路的流通能力(流通截面大小),可使主气室内被压缩空气的压力发生变化，也就改变了空气弹簧的刚度。下部减振器中阻尼系数的改变方式与半主动悬架相同。
2)悬架刚度调节原理
主副气室之间由连通阀相连，连通阀由悬架控制执行器通过连通阀控制杆来控制，以连通或关闭主、副气室之间的空气通道，使空气弹簧的有效工作容积改变，从而使空气弹簧的刚度发生变化，如图3-3-16所示。此外，主气室也是一个变容室，其下部有卷动膜片，通过增减主气室内的压缩空气量，就可调节汽车高度，如图3-3-17所示。
当连通阀转到如图3-3-18所示的位置时，主、副气室的气体通道被打开，主气室的气体经连通阀的中间孔与副气室的气体相通，相当于空气弹簧的工作容积增大，空气弹簧的刚度变“软”。
当连通阀转到如图3-3-19所示的位置时，主、副气室的气体通道被关闭，主、副气室之间的气体不能相互流动，此时的空气弹簧只有主气室的气体参加工作，空气弹簧的刚度变“硬”。
3)悬架控制执行器
悬架控制执行器
悬架控制执行器装在各空气弹簧和可调减振器的上方，如图3-3-20所示。执行器同时驱动减振器的转阀和空气弹簧的连通阀，以改变减振器的减振阻尼和空气弹簧的刚度。
(1)电磁阀式悬架控制执行器
执行器由电磁力驱动，能够精确地对频繁变化的行驶工况作出快速响应。电磁阀由4个定子绕组(铁芯和线圈)和永久磁铁转子组成，如图3-3-21所示。电流流到定子绕组的线圈时，在定子铁芯中产生电磁力。流到两个定子线圈的电流由悬架ECU控制。悬架ECU通过控制定子线圈电流的流向，改变定子铁芯的极性。永久磁铁转子由定子线圈产生的磁力驱动。永久磁铁转子与空气弹簧的连通阀控制杆连成一个整体，并通过一对齿轮与减振器的转阀控制杆联动，将悬架刚度调节到“软”或“中”转至“硬”等三3种状态。
(2)步进电机式悬架控制执行器。
这种执行器由步进电机驱动。与上述3步式的电磁阀相比，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悬架控制效果。
为了适应频繁变化的工况，并保证精确的定位，驱动动力采用了直流步进电机。悬架控制执行器的基本结构如图3-3-22所示。
步进电机带动小齿轮驱动扇形齿轮转动，与扇形齿轮同轴的阻尼调节杆带动回转阀转动，使阻尼孔开闭的数量变化，从而调节减振器的阻尼。
在调节阻尼的同时，齿轮系带动与气室阀芯相连接的刚度调节杆转动，随着气室阀芯角度的改变，悬架的刚度也得以调节。
电磁线圈控制的电磁制动开关松开时，制动杆处于扇形齿轮的滑槽内，扇形齿轮可以转动；电磁制动开关吸合时，制动杆往回拉，齿轮系处于锁住状态，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。
图3-3-23为另一种结构形式的空气悬架结构。其结构特点是主气室与副气室为分开式结构，中间由连接管相通。主、副气室的气体通路仍由步进电机转动气阀体来控制。
图3-3-24为步进电机在3个不同位置时，悬架刚度的变化情况。
图3-3-24a)所示气阀体的大通气孔与副气室相通，主、副两气室之间的气体流量增大，悬架刚度处于低状态。
图3-3-24b)所示气阀体的小通气孔与副气室相通，主、副气室间气体流通有阻尼存在，所以悬架刚度处于中状态。
图3-3-24c)所示气阀体完全关闭，只有主气室参加工作，所以悬架刚度处于高状态。
2 车身高度控制装置
车身高度控制装置是指车身的高度可根据汽车内乘坐人员或车辆载重情况自动作出调整，以保持汽车行驶所需要的高度及汽车行驶姿态的稳定。车身高度控制有两种类型，一种是对汽车全部4个车轮悬架系统进行高度控制；另一类型是仅对两个后轮的悬架系统进行高度控制。下面主要介绍四轮控制系统的组成、原理及主要部件的结构，
图3-3-25为空气悬架的车身高度控制系统示意图。系统主要由空气压缩机、排气阀、干燥器、进气阀、储气罐、调压阀、电磁阀、高度传感器、气室及控制单元等组成。
悬架电子控制器ECU根据车高传感器信号的变化和驾驶员给的控制模式(常规正常模式或高模式)指令，给控制车身高度的电磁阀发出指令。当车身需要升高时，电磁阀动作，压缩空气进入空气悬架的主气室，主气室的充气量增加，车身上升。如果电磁阀不动作，则悬架主气室的气量保持不变，车身维持在一定的高度。如果乘客增加而使车身高度降低时，车高传感器输出的车高信号将与电子控制器ECU存贮的车高信息不符，电子控制器ECU就会发出指令，电磁阀通电打开，给悬架主气室充气，直到车身高度达到规定的高度为止。当车身需要下降时，电子控制器ECU使空气压缩机停止工作、电磁阀通电打开，同时排气阀也通电打开，悬架主气室的气体通过电磁阀、空气管路、干燥器、排气阀而排出，车身下降。
干燥器的封闭容器内装有硅胶，在压缩空气经干燥器送至储气罐时，硅胶将压缩空气中的水分吸出。在排气阀打开，压缩空气经排气阀从系统中排出时，通过抽气喷嘴从干燥器内将吸出的潮湿气雾排出。
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