第八章其它汽車新技術四輪轉向電動助力轉向系統主動式轉向系統汽車懸架電子控制技術自動變速器汽車車身自動水平調整系統（一）四輪轉向四輪轉向所謂四輪轉向，是指后輪也和前輪相似，具有一定的轉向功能，不僅可以與前輪同方向轉向，也可以與前輪反方向轉向。

四輪轉向技術（Four-wheelSteering）并非全新的概念，上世紀八十年代的本田Prelude轎車、馬自達602轎車及GMBlazerXT-1概念車都曾經采用。不過，對于這些原本靈巧的緊湊車型而言，四輪轉向技術在改善轉向性能方面的效果并不顯著。所以，從提高車輛的操縱性能、越野性能及減少轉向半徑的角度來說，四輪轉向技術的主要適用車型并非緊湊型轎車，而是卡車、SUV等大型車輛及多功能運動型車。

四輪轉向技術的歷史▲1907年，日本政府頒發了一個關于四輪轉向系統的專利?！?985年，日本的Nissan公司在客車上應用了世界上第一例實用的4WS系統，它應用在該公司一個車型的高性能主動控制懸架（HICAS）上?！?987年，Nissan公司又推出了HICAS的第二代產品，進一步提高了它的性能?！?989年，該公司設計出的SUPERHICAS系統，主要是為了獲得對后輪反相轉向角度的主動控制，以便獲得更有效的動力響應特性。四輪轉向技術的發展從大體上說，國外對4WS的研究，一般均把汽車模型看作線性二自由度“自行車”模型，只研究向心加速度和繞汽車縱軸的旋轉，控制形式主要有以下兩種：1.“車速感應型”：當車速小于某一數值時(一般為45-55km/h)時，前后輪轉向相反；而當車速高于該數值時，前后輪轉向相同。2.“轉角感應型”：當轉角小于某一角度(如：“本田”4WS為24度)時，前后輪轉向相同；當大于該角度時，轉向相反。

隨著人們對四輪轉向這一領域研究的不斷進展，各公司在提高汽車穩定性方面所持的側重點也各不相同。在4WS客車的研究和開發方面主要是探索由于后輪參與轉向而帶來的車輛響應變化以及采用各種轉向控制策略而產生的差異。但到目前為止，4WS還是一種新興技術，人們對它的研究途徑很多，這些將會使4WS系統更加完善。二輪轉向與四輪轉向當汽車低速轉彎時,后輪進行逆相轉向(即與前輪轉向方向相反),可縮小轉彎半徑.同時內輪差也減少,提高小轉彎性能.例如,在乘用車上,當后輪以5°角逆相轉向時,內輪差約減少10cm.

在中高速轉彎時,后輪與前輪進行同相轉向,與前輪的轉彎力保持平衡,使得車身方向與前進方向保持一致,因此增大了轉向的操縱穩定性.

四輪轉向汽車在變換車道行駛過程中,前輪轉向時,后輪也相應同向轉過一個較小的轉角,致使汽車在變換車道行駛過程中車身既有平移又有轉動,減小輪胎的側滑角,從而提高了后輪運動軌跡與前輪運動軌跡的重合度,減少汽車在換道行駛過程中的甩尾現象,提高了操縱穩定性.四輪轉向的優點▲轉向能力強.車在高速行駛時以及在濕滑路面上的轉向特性更加穩定和可控;▲轉向響應迅速.在整個車速變化范圍內,車輛對轉向輸入的響應更迅速,更準確;▲行駛穩定性提高.在高速工況下車輛的直線行駛穩定性提高,路面不平度和側風對車輛行駛穩定性的不利影響減小,車輛高速行駛換車道的穩定性提高,彎道高速行駛變得更容易,轉急彎和轉大彎時車輛不易繞自身重心回轉;▲低速機動性好.低速時,后輪朝前輪偏轉方向的反向偏轉,車輛的轉彎半徑將大大減小.因而在道路狹窄及停放車輛時,更容易操縱車輛.四輪轉向系統分類四輪轉向系統按其結構可分為四類:▲機械式▲液壓式▲電動式▲復合式

四輪轉向系統按其控制方式可分為七類:①定前后輪轉向比四輪轉向系統;②前后輪轉向比是前輪轉角函數的四輪轉向系統;③前后輪轉向比是車速函數的四輪轉向系統;④具有一階滯后的四輪轉向系統;⑤具有反向特性的四輪轉向系統;⑥具有最優控制特性的四輪轉向系統;⑦具有自學習,自適應能力的四輪轉向系統;機械傳動電子控制式前后輪的轉向機構是機械傳動，如圖所示。方向盤的轉動傳到前輪的轉向器(齒輪齒條式)，齒條使前轉向橫拉桿作左右運動，以控制前輪的轉向，同時，輸出小齒輪旋轉，通過連接軸傳到后輪轉向器。液壓傳動電子控制式如圖所示，主要是由儲液罐、轉向助力泵、分流閥總成、后輪控制閥、動力缸、車速傳感器、輪速傳感器、方向盤轉角傳感器、油壓傳感器、以及4WS-ECU等組成。其中，儲液罐、轉向助力泵、車速傳感器、輪速傳感器、方向盤轉角傳感器、油壓傳感器的結構與普通2WS車相同。液壓傳動電子控制式當不需后輪轉向時:從轉向助力泵輸出的油經E孔進入分流閥總成，根據4WS-ECU輸出的電流的大小使軸向滑閥移動，決定從F孔流經后輪控制閥的油量大小。4WS-ECU不向后輪控制閥兩端的電磁線圈輸入電流，滑閥在左右兩端彈黃作用下保持在中間位置，因此從A孔進入控制閥的油通過B孔流回儲油雄，整個動力轉向系統處于常流狀態，動力缸內兩側無壓力，處于平衡狀態，此時后輪處于直線行駛狀態。需要后輪轉向(如左轉向)時:從4WS-ECU翰出的控制電流進入后輪控制閥右側的電磁線圈，使滑閥向左移動.從A孔進入B孔的油路被切斷，油進入動力缸，動力缸左室油壓升高，推動活塞向右移動，后輪被操縱向左偏轉、動力缸右室的油流入后輪控制閥，經B孔回到儲油罐。

日產風雅的四輪轉向系統

日產“風雅”運動款“350GTSportsPackage”除采用19英寸鋁合金車輪外，還采用了四輪轉向系統“RearActiveSteer（后輪主動控制）”。可根據車速和舵角控制后輪，既實現了中低速區的靈敏度，又兼顧了高速區的行駛穩定性。

當開始打方向盤時，可以與前輪相反的方向操縱后輪來提高轉向性能，然后再以與前輪相同的方向操縱后輪來抑制偏航速度，以確保行駛穩定性。無需與檢測偏航速度及側翻速度的傳感器及側滑防止裝置VDC（車輛動力控制）等聯動，便可根據車速及方向舵角來決定后輪舵角。德爾福四輪轉向技術

由美國通用汽車公司與德爾福公司聯合開發的QUADRASTEERTM四輪轉向系統，通過安裝在后軸殼體內的電控電機驅動執行器（類似轉向齒條）來控制后輪的轉向動作，其控制指令的生成源自傳感器與復雜的電子控制單元ECU。QUADRASTEERTM系統的后輪轉向應用最新的汽車電子技術－線控技術（SteerbyWire），與機械式拉桿操縱方式并不相同。

QUADRASTEERTM系統主要由四大部件組成，包括：轉向角度傳感器、可轉向后軸、電控電機驅動執行器及控制單元ECU。QUADRASTEERTM系統配備了兩個傳感器，其中一個安裝在轉向柱上，用以檢測轉向盤的轉向角度；另一個安裝在變速器上，用于提供車速信號。這兩個傳感器的信號都能及時傳遞至ECU。

根據不同的車速，QUADRASTEERTM系統轉向后輪具有三種轉向動作：異相（OutofPhase/NegativePhase）、中立（Neutral）和同相（InPhase/PositivePhase）。

當車速低于64km/h時，系統進行異相動作，即前輪與后輪的轉向相反，異相角度最大可達12度.隨著車速不斷提高，后輪轉向的角度逐漸減少。當車速達到64km/h時，后輪轉向角度為0，即系統達到了后輪轉向的轉換點（CrossoverPoint）。當車速超過64km/h時，系統進行同相動作，即后輪與前輪的轉向相同。（二）電動助力轉向系統

工作原理電動助力轉向系統是由電子控制器控制助力驅動裝置來實現助力的轉向系統，助力驅動裝置是電機。圖2顯示了電動助力轉向最基本的工作原理：駕駛員的轉向力矩通過轉向齒輪和轉向拉桿傳到汽車的轉向輪上。與此同時，駕駛員的轉向力矩和車速通過傳感器被送到助力轉向系統的電子控制單元，電子控制單元再根據目前的工況和一定的設計要求計算出所需要的轉向助力。所需的轉向助力是通過控制輸入到電機的電流來實現的。轉向輪上最終得到的轉向力矩是駕駛員轉向力矩和轉向助力的總和。主要特點方向盤的轉向特性、轉向手感和汽車的穩定特性，可以通過軟件來進行調節和優化，所以其功能顯然優于傳統液壓助力系統；·在低速時，電動系統提供較大的助力，助力程度隨車速而逐漸降低，而傳統的液壓系統往往在高速時會趨于產生過度的助力；·系統的重量比液壓系統輕，結構更緊湊,因而安裝彈性較大；·一體式模塊系統，便于總裝廠裝配，降低裝配成本；·提高燃油經濟性約3%～5%。車輛90%以上的行駛過程不需要助力。電動助力轉向(包括電動液壓助力轉向)系統只在需要時提供助力，不需要時不消耗發動機的功率，所以省能耗；·是電線轉向系統的前期產品；·安全性、泊車及抗路面干涉性能好；·有利于今后的一體式汽車動力控制系統；·系統方面的特點：即使發動機熄火，電動助力轉向系統還能照常工作，因此很適用于將來的電動汽車或電汽混合型車。另外，由于輕小型車只需要較小的動力來使前輪轉向，所以這個系統很適用于這類型；·汽車的加速性能--沒有油泵，發動機輸出功率增加；·保修方便，降低保險成本--沒有液壓油漏的情況(除電動液壓轉向系統)綠色環境--沒有液壓油(除電動液壓轉向系統)。電動助力轉向系統的種類目前電動助力轉向系統有兩種基本形式：電動液壓轉向系統(EPHS-Electricallypoweredhydraulicsteering)

電動助力轉向系統(EPS-Electricpowersteering)。將來的趨勢是電線轉向，在方向盤和轉向輪之間沒有機械連接,當然這種系統已不是純粹的助力轉向系統了。

·電動液壓轉向系統（EPHS）

如圖3a)，其油泵從發動機分開，用小電機驅動油泵，自動控制，只在需要時開動。這樣，系統就大大地減少了寄生的功率損耗,可以省下傳統液壓轉向系統能耗的85%，相當于省下整車油耗的3％~4％。其次，系統也省掉了傳統液壓轉向系統中所需的皮帶、皮帶輪和其它與發動機的連接零部件，更易于安裝。電動助力轉向系統（EPS）

不需油泵，而是由電機直接驅動得到自動控制，也是在需要時才開動。因此可省下液壓系統和液壓油。EPS可以節省傳統液壓轉向系統能耗的90％，比電動液壓系統多省出整車油耗的0.5%。

根據不同的安裝位置，EPS還分有三種不同的類型：轉向軸驅動(ColumnDrive)、轉向齒輪驅動(piniondrive)、轉向拉桿齒條驅動(rackdrive)。

如圖3b)，特點包括：助力直接作用在轉向拉桿上，效率高，響應快；最大功率可達500W；在轉向拉桿上產生的最大拉力，達7700N；對于中型以上的轎車，相對具有一定的市場滲透能力；可應用的汽車范圍廣泛；助力性能比較好；但相對成本較高。轉向拉桿齒條驅動式電動助力轉向系統如圖3c)，特點包括：動力單元(電機)的位置使之相對其它兩種系統來說最容易放置。由于電機位置與駕駛室相鄰，所以對工作環境溫度不需特殊的要求；在發動機下面不需安裝空間；最大輸出功率一般在250到400W之間；最大輸出力矩應達65Nm(在拉桿相當于7700N的拉力)；對于低成本的微小型轎車，相對具有較高的市場滲透能力；適用于小型和中型轎車。轉向軸驅動式電動助力轉向系統如圖3d)，特點包括：對發動機下面的安裝空間要求極小，同時也消除了對儀表板前面的空間要求；最大輸出功率一般在250到400W之間；最大輸出力矩應達65Nm(在拉桿相當于7700N的拉力)；對于小型轎車，相對會具有中等的市場滲透能力；適用于微型和中型轎車。轉向齒輪驅動式電動助力轉向系統最近幾年里，電動助力轉向系統技術在中低檔汽車的應用發展迅速，尤其在歐洲的中低檔汽車市場中，愈來愈多大批量生產的小型汽車開始采用電動助力轉向。例如FiatPunto和Stilo、RenaultMegane、VolkswagenLupo，以及新的Mini、HondaS2000、AcuraNSX、HondaCivicSi、ToyotaPriusHybrid等。在北美市場，FordRange已經配備有電動助力轉向。2002年下半年出產的SaturnVue多功能車也裝有電動助力轉向。估計2003年上市的新車上裝有電動助力轉向比例達到10％左右。根據TRW汽車公司的預測，到2010年，每2到3輛車會有一輛裝上電動助力轉向系統，將取代傳統的液壓助力系統。

在電動助力轉向系統的開發和生產，目前TRW汽車公司在世界上居于領先地位，也是第一家在歐洲市場提供電動液壓助力轉向的公司。2002年，該產品在歐洲市場的年銷售額是9億美元左右，該公司預計在2006年的年銷售量將達10億美元。

在電動助力轉向技術和產品上，主要的開發和生產廠家還有德爾福(DELPHI)汽車公司，德國的ZF公司和博世(RobertBosch)公司，以及德國的西門子(SiemensVDO)汽車公司、大陸(ContinentalAG)公司、日本的KoyoSeiko公司。

電動助力轉向系統的市場和發展趨勢（三）主動式轉向系統

學過汽車機械常識的人都知道，在汽車的轉向系統中，轉向盤和轉向輪有一個轉向傳動比，而且這個比值是固定不變的。也就是說，當駕駛者將轉向盤轉過一個角度，那轉向輪必然就會偏轉一個固定的角度。駕駛者在轉彎過程中，需要根據路面彎度變化、車速變化等因素，不斷通過轉動轉向盤來調整轉向輪的角度，維持駕駛者希望達到的轉向軌跡。傳統的轉向系統有它自身的優點，如轉向可靠、故障率低等，同時也存在一定的弊病，那就是轉向傳動比如果較大，則車輛在低速下轉向比較輕便，但在高速狀態下轉向則顯得過于靈敏，轉向穩定性變差。相反，如果轉向傳動比較小，車輛在高速時轉向會顯得穩重，但在低速狀態下，轉向會比較吃力。當然，在傳統的轉向系統上裝配EPS（電子助力轉向系統）后，上述問題就好轉了許多。車輛在EPS的幫助下，在低速下可以獲得較大的助力，以使轉向輕便；而在高速行駛中，轉向助力減小，從而增加車輛的轉向穩定性。不過，由于車速、路面狀況的影響，往往會使車輛在轉彎中產生轉向不足或者轉向過度的問題，從而造成很大的危險。對于有經驗的駕駛者來說，可以通過修正轉向角度來避免危險，而對于一般的駕駛者而言，則有些力不從心了。傳統的缺陷寶馬最近在其5系旗艦車型530i上裝配主動式轉向系統，英文名為ActiveFrontSteering，簡稱AFS技術。這也是全球獨創的一門新技術，尤其是中、低速時這種主動式轉向系統的動態轉向特性將為駕駛者帶來更多的駕駛樂趣。主動式轉向并不是需要汽車轉向時它會自動轉向，它只是對你的轉向動作起一種輔助性作用，以便你更安全、準確、輕松地按自己的意圖實現轉向。它根據車速變化而不斷改變轉向系統中主動齒輪與被動齒條的傳動比，使你在低速行駛時可以轉方向盤較小的幅度而實現較大的轉向，而在高速行駛時相反。讓駕駛者在低速轉向時感覺輕松，而在高速轉向時感覺更加安全。因此，主動轉向既可稱為舒適性配置，也可稱為安全配置。主動式轉向系統

寶馬的主動式轉向（ActiveSteering）是一項全新的轉向系統，能適時調節方向盤和前車輪的轉向傳動比率。在低速狀態下，增加轉向傳動率，使轉向更加直接，從而提高對車輛的操控性。在高速行駛時，轉向傳動比持續減弱，從而使車輛的操控性得到進一步優化。

為什么要采用主動式轉向？當今，公路上的急彎隨處可見，盤山公路更是蜿蜒崎嶇，而高速公路上也不乏彎路，在這些駕駛者每天都會遇到的情形下，汽車的一項品質至關重要：這就是正確的轉向響應。在上述情況下，一輛汽車必須滿足一系列不同需求：比如，中速行駛時，前輪應該盡可能更直接地響應駕駛者的指令。隨著速度的提高，轉向傳動應該變得不那么直接。在傳統的轉向系統中，由于方向盤和前輪的轉向傳動比是嚴格固定的，駕駛者的指令總是以相同的方式傳遞。如果轉向很直接，那么在低速狀態下非常理想，但不適合高速狀態，因為在高速時，由于物理原因轉向靈敏性會增加，這時需要轉向反應更為間接。同樣的原理也適用于相反的情況，就是轉向間接會適合高速，但在低速時，轉向變得很費力，駕駛者要花更大的力氣轉動方向盤。因此，傳統的轉向系統通常是對兩種極端情況進行妥協的結果。現在，寶馬通過引入了主動式轉向系統，不折不扣地成功滿足了這些相互矛盾的要求，這是全球范圍內動態操控領域內的革新。寶馬解決了傳統轉向技術無法避免的根本矛盾，提供了靈活性、穩定性和舒適性的完美結合。由于能不斷調校轉向傳動比，主動式轉向系統提高了轉向的舒適性：未配備此設備的車輛，需要轉動方向盤三圈才能把車輪從一個鎖死位置打到另一端；而主動式轉向系統通過在中、低速下減小方向盤傳動角度，把這個操作過程減少到兩圈。因此，在市區駕駛會感到較為輕松省力。有了主動式轉向系統后，在崎嶇的山路上行駛時，你就不用再交叉雙臂轉動方向盤了。當駕駛者在傳統的轉向系統下不得不交叉雙臂駕駛時，駕駛裝備主動式轉向的寶馬車只需要把手臂保持原有恰當的位置就可以了。它能夠保證不受限制、順利和輕易地操作方向盤上的多功能按鈕，這自然提高了行駛安全性。前面說過，寶馬的主動轉向系統，可以根據車速變化而不斷改變轉向系統中主動齒輪與被動齒條的傳動比。通常一般轎車的轉向傳動比是16:1和18:1之間，而寶馬的主動轉向系統的傳動比可以在10:1至20:1間不斷變化。在低速時，例如50km/h時，你轉動方向盤10度，前輪即可轉動1度，而普通轎車需要轉動16-18度才能讓前輪轉動1度。反之，在高速時，例如，當車速達到200km/h時，你轉動方向盤20度才能讓前輪轉動1度，以增強其穩定性。主動轉向系統原理從技術角度看，主動式轉向是基于疊加轉向角度的原理：在方向盤和轉向傳動之間裝有一個電子控制的機械調控器，為駕駛者發出的轉向角根據不同的需求疊加一個轉向角度。寶馬革新性的主動式轉向的核心提供疊加/減轉向效果，這種效果來自一個行星齒輪，這個齒輪包括兩個輸入軸和一個固定在轉向柱上的輸出軸。其中一個驅動軸連接到方向盤，另一個由馬達通過一個自鎖式蝸輪蝸桿驅動機構，從而達到降低轉向傳動比的目的。最終從輸出軸傳出的整體轉向角度由駕駛者輸入的方向盤角度疊加上電動馬達附加的角度疊加而成。此外，主動式轉向系統的其他組成部件還包括判定當前駕駛條件和駕駛者指令的獨立控制單元和多個傳感器。另外，主動式轉向系統始終通過車載網絡與DSC（動態穩定控制）單元聯網。主動轉向系統最大的特點，就是依據駕駛條件，自動調節車輛轉向傳動比，從而增加或減小前輪的轉向角度。在低速時，電動機的作用與駕駛者轉動轉向盤的方向一致，轉向傳動比增大，可以減少駕駛者對轉向力的需求。在高速時，電動機的運轉方向與駕駛者轉動轉向盤方向相反，這減少了前輪的轉向角度，轉向傳動比減小，轉向穩定性提高。

主動轉向系統特點由于這套主動式轉向系統能不斷調校轉向傳動比，提高了轉向的舒適性。例如，在駕駛裝備了主動轉向系統的寶馬530i進行駕校常規訓練科目——穿樁測試時，原本移庫時玩命打輪的動作變得簡單起來。一般車輛需要轉動方向盤三圈才能把車輪從一個鎖死位置打到另一端，而裝備了主動轉向系統的寶馬530i把這個操作過程減少到兩圈。這對于駕駛者來說，在狹窄的停車位停車或者在市區急轉彎時將省不少力。在蛇形繞樁測試中，裝備了主動轉向系統的寶馬530i在連續疾速改變方向時，駕駛者每次只需輕輕轉動轉向盤，無需像原來那樣轉到兩手交叉，轉向輪即可獲得一個較大的轉向角度，從而繞過障礙物，使轉向十分靈活。這一性能可以使駕駛者在蜿蜒的山路上行駛時，手臂只需在轉向盤上保持固定的位置即可操控車輛，同時駕駛者還能輕易地操作轉向盤上的多功能按鈕。除了更舒適、更靈活之外，主動轉向系統還有很重要的一點就是更安全，這一點主要體現在車輛高速行駛中的突然轉向。例如在公路上高速行駛時突然變線以超越另一輛車然后回到車道時，或者高速行駛中突然發現前方有障礙物需要急轉彎時，很容易出現轉向不足或者轉向過度，車輛將偏離自己預定的方向，可能失去控制。在這種情況下，通常寶馬車系的DSC系統通過干預制動過程控制車輛的穩定，行車速度將大幅度降低，增加能量的損耗。而主動式轉向系統從轉向一開始就會判斷轉向后出現的情況，通過電子控制的機械調控器自動修正轉向角度，干預降低偏航情況的發生。而DSC系統不必像在其他車輛中那樣干預駕駛，保證車輛行駛的平穩性。不過，當主動轉向系統無法完成對車輛的控制時，DSC系統將參與到工作中來。因此，主動轉向系統需要與DSC系統配合使用。主動式轉向仍是機械傳動轉向系統所接受的指令時時變化，最重要的是駕駛者通過轉向系統必須收到真實的路面反饋信息。寶馬創新的主動式轉向系統，徹底改變了傳統的轉向過程，克服了過去無法解決的利益沖突，使前車輪的轉向角度可以完全按照駕駛者的意愿進行。在此過程中，主動式轉向系統兼具了電子導線轉向技術以及機械轉向系統各自的優點。在電子導線轉向系統中，方向盤和前輪之間沒有任何機械連接（純電子信號傳動），而機械轉向系統能夠提供真正的轉向反饋。因此，主動式轉向系統為車輛行駛的靈活性，舒適性和安全性設定了新標準。要為駕駛者提供車輛真實路感反饋，機械轉向是必不可少的。目前，還沒有一種“真正的”導線轉向系統能夠模擬實地駕駛條件的真實路感。而且，通過全部的電子轉向使駕駛者完全獨立的做法，并不符合寶馬的駕駛哲學，主動式轉向系統只是有意識地減少了駕駛者所需的轉向活動。（四）汽車懸架電子控制技術

自從汽車發明以來，工程師們就一直在研究如何將汽車的懸架系統設計得更好。最初的汽車懸架系統是使用馬車的彈性鋼板，效果當然不會很好。1908年螺旋彈簧開始用于轎車，當時就曾經有兩種截然不同的意見。第一種意見主張安裝剛性較大的螺旋彈簧，以使車輪保持著與路面接觸的傾向，提高輪胎的抓地能力。但是這樣的弊端是乘坐汽車時有較強烈的顛簸感覺。另一種意見認為應該采用較軟的螺旋彈簧，以適應崎嶇不平的路面，提高乘坐汽車時的平穩性及舒適性。但是這樣的汽車操縱性較差。到了三四十年代，獨立懸架開始出現，并得到很大發展。減振器也由早期的摩擦式發展為液力式。這些改進無疑提高了懸架的性能，但無論怎樣改良，此時的懸架仍然屬于被動式懸架，仍然在很多方面有很大局限性。懸架的發展史

由于被動懸架設計的出發點是在滿足汽車平順性和操縱穩定性之間進行折衷，所以，對于不同的使用要求，只能是在滿足主要性能要求的，基礎上犧牲次要性能，無法適應廣泛的性能需求和道路條件。盡管被動懸架在設計上以不斷改進被動元件而實現了低成本、高可靠性的目標，但始終無法徹底解決同時滿足平順性和操縱穩定性之間相矛盾的要求。為此，自60年代起產生了主動懸架的概念，并且隨著現代控制理論和電子技術的發展及其在汽車上的廣泛應用，為從根本上解決平順性和操縱穩定性之間相矛盾的要求展示出了新的途徑。自五六十年代起產生了主動懸架的概念，它能夠根據懸架質量的加速度，利用電控液壓部件主動地控制汽車的振動。在這方面的研究，各大汽車制造公司均不遺余力。典型的例子，早期有雪鐵龍公司在1955年發展的一種液壓-空氣懸架系統，可以使汽車具有較好的行駛性能和舒適性，但是它的制造工序太復雜，最終難以普及。主動懸架的研制工作起始于八十年代。Lotus制造了第一輛裝有主動懸架的樣車。其系統的響應可達30Hz，它可使乘坐舒適性和轉彎及制動時的車身姿態控制提高約35%。到90年代，日產公司在無限Q45轎車上應用了新式主動懸架，進一步提高了轎車適應崎嶇路面的能力。還有一些主動懸架實施的例子，如LotusTurboEsprit、DamlarBenz的試驗樣機系統、BMW和Ford等。然而，由于這些主動懸架系統具有的高成本、高能耗、增加的重量及復雜程度，使主動懸架僅限于樣車及一些賽車等有限的應用上。

電子控制懸架系統的功用電子控制懸架系統的英文名稱是ElectronicControlSuspensionSystem,縮寫為ECS,又稱為電子調節懸架系統,英文名是ElectronicModulatedSuspensionSystem,縮寫為EMS.

電子控制懸架系統的功用是:在汽車行駛路面、行駛速度和載荷變化時,自動調節車身高度、懸架剛度和減振器阻尼的大小,從而改善汽車的行駛平順性。在裝備電子控制懸架系統的汽車上,當汽車急轉彎、急加速或緊急制動時,乘坐人員能夠感到懸架較為堅硬,而在正常行駛時能夠感到懸架比較柔軟;電控懸架還能平衡地面反力,使其對車身的影響減小到最低程度。電子控制汽車懸架的基本目的是通過控制調節懸架的剛度和減振器阻尼，突破被動懸架的局限區域；使汽車的懸架特性與行駛的道路狀況相適應，保證平順性和操縱穩定性兩個相互排斥的性能要求都能得到滿足

電子控制懸架系統的組成電子控制懸架系統由傳感器、控制開關、電控單元(EMS、ECU)和執行器組成。傳感器和控制開關向EMSECU輸入信號,EMSECU接受傳感器和控制開關輸入的電信號,并向執行元件發出控制指令,執行元件產生一定的機械動作,從而改變車身高度、空氣彈簧的剛度或減振器的阻尼。在電控懸架系統中,輸入信號主要有車身高度和車速,駕駛員是加速還是制動,或駕駛員在儀表盤上的選擇并操作的某種懸架控制功能開關的位置等等。電子控制懸架的分類目前，采用電子控制的懸架主要有主動和半主動懸架兩種，電子控制的半主動懸架已經達到了商品化的程度，而主動懸架目前還處在以理論研究和樣機研制為主的階段。主動懸架是用一個有自身能源的力發生器來代替被動懸架中的彈簧和減振器。根據作動器響應帶寬的不同，主動懸架又分為寬帶主動懸架和有限帶寬主動懸架，也被叫做全主動懸架和慢主動懸架。主動懸架系統的概念

主動懸架的組成如圖5.1.5所示，采用電液執行機構取代了被動懸架的彈簧和減振器。主動懸架既無固定的剛度又無固定的阻尼系數，可以隨著道路條件的變化和行駛需要的不同要求而自動地改變彈簧剛度和減振器阻尼系數。能夠實現對每個車輪進行單獨控制，是懸架控制的最終目標。主動懸架一般包括決策和執行兩大部分，決策部分由ECU和傳感器等組成閉環控制系統，通過監測道路條件、汽車的運行狀態和駕駛員的需求，按照所設定的控制規律向執行機構適時地發出控制命令；執行部分包含裝在每個車輪上的電液執行機構、動力源等。目前液壓伺服機構是主動懸架較為理想的執行機構。結構布置上千種方法是采用液壓伺服缸與普通彈簧并聯，優點是用被動彈簧來承受車體重量，可以使所需的外界能源大大減少，但執行機構需要有較高的頻響特性；另一種方法是采用液壓伺服缸與普通被動彈簧串聯，優點是執行機構僅需具有較低的頻響特性即可，但所需要的外界空間和外界能源相對較大。在理論和實踐研究中，所選擇的主動懸架控制方法主要有反饋控制、預測控制和決策控制三種。

①反饋控制。圖5.1.6為進行主動懸架研究通常采用的l／4汽車模型和反饋控制框圖。主動懸架反饋控制方法實現了執行機構實時連續調節，對控制系統的穩定性、精確性和反應速度要求較高，需測量的信息和計算量較大。通常是采用最優控制算法和自適應控制算法，將“懸架控制”處理成為跟蹤問題或隨機干擾濾波器問題。最優控制算法是應用狀態空間方法，采用狀態變量表達加權的二次性能指標，通過求解優化問題獲得控制執行機構的最優控制規律。這種控制規律在某種意義上是一定的性能指標(通常是車體加速度均方值)達到最??；自適應控制算法是通過對車體和懸架系統的狀態監測，在線積累與控制作用有關的信息，并修正控制系統的結構參數和控制規律，使給定的性能指標盡可能達到最優并保持最優。

②預測控制。如圖5.1.7所示，預測控制是在反饋控制的基礎上，由附加的預測時間L／V／(L為測量距離，V為車速)的遙測傳感器及有關的電子系統構成。這樣的系統中發出有關控制指令所需的未來信息可預先測量到，而不是當“干擾”經歷車輪時再“響應”，就能使執行機構韻動作與實際要求相同步，從而不僅可以減少動力需求，同時也能改善行駛性.能。研究解決有關控制指令所需的信息如何得到，又如何以更有效的方法應用到懸架控制中的問題稱為“預測控制”。預測控制系統的控制規律中包含了狀態變量線性函數的反饋和未來干擾積分函數的前饋部分。其中前饋部分用于校正執行機構的慣性，這對車輪意味著有較好的路面形狀跟蹤性能，對車體則意味著有較平緩的瞬態響應。因此，預測控制是降低路面干擾對車輪和車體沖擊的有效方法。其中，如果在前饋部分中對全都未來干擾積分函數進行計算，稱為無限預測：如果未來干擾是由確定性或由白臊聲輸入已知成型濾波器產生的，僅僅需要計算[0，L／V]范圍內的積分，則稱為有限預測。

③決策控制。這種控制方法是預先測量汽車在不同路面和工況下行駛的振動響應，并通過優化計算得到所需的最佳懸架剛度和阻尼系數，存入主動懸架控制系統ECU的ROM中。實際應用中，ECU不斷地檢測汽車行駛過程中的振動響應，即刻查出對應工況下應選的最優或次優懸架剛度和減振器阻尼系數，控制執行機構作出響應。主動懸架同時改善了汽車的平順性和操縱穩定性，為懸架的理論和實踐研究帶來了重大變革。但是，盡管其優點是顯而易見的，而且在發達工業國家中已經出現了裝有.主動懸架的樣車，但將主動懸架推上汽車生產線仍然是二個審慎而緩慢的過程。首先，因為主動懸架的控制系統需要復雜的傳感器和電子控制設備，執行機構不僅要選用高精度的液壓伺服裝置，而且要較大的外部動力來驅動，導致成本高、結構復雜、可靠性低，只有主動懸架所需的硬件，特別是執行機構變得更為經濟可靠時，才有可能使之進入決定性的市場發展階段；其次，主動懸架研究的基本經驗和教訓是“現行的主動懸架”擺脫了眾所周知的“平順性和操縱穩定性”之間的矛盾，但卻引起了新的“性能與執行機構功率”之間‘的矛盾+，即主動懸架驅動執行機構所需的功率相當可觀，為此，就產生了介于主動懸架與被動懸架之間的折衷方案，即半主動懸架。

全主動懸架系統所采用的作動器具有較寬的響應頻帶，以便對車輪的高頻共振也加以控制。作動器多采用電液或液氣伺服系統，控制帶寬一般應至少覆蓋0～15Hz，有的作動器響應帶寬甚至高達100Hz。結構示意圖如下。從減少能量消耗的角度考慮，也可保留一個與作動器并聯的傳統彈簧，以用來支持車身靜載。全主動懸架主動懸架的一個重要特點就是，它要求作動器所產生的力能夠很好地跟蹤任何力控制信號。因此，它為控制律的選擇提供了一個廣泛的設計空間，即如何確定控制律以使系統能夠讓車輛達到最佳的總體性能。近二十年來，有大量關于主動懸架的研究論文及專題回顧文獻發表。研究結果表明，主動懸架能夠在不同路面情況及行駛條件下顯著地提高車輛性能。

全主動懸架的一個重要特點結構上，有限帶寬主動懸架通常由作動器與一個普通彈簧串聯后，再與一個被動阻尼器并聯構成，見圖。這種系統在低頻時（一般小于5或6赫茲）采用主動控制，而高于這個頻率時，控制閥不再響應，系統特性相當于傳統的被動懸架，而被動懸架在高頻時的效果也比較好。

有限帶寬主動懸架由于有限帶寬主動懸架作動器僅需在一窄帶頻率范圍內工作，所以它降低了系統的成本及復雜程度，比全主動懸架便宜得多。盡管如此，它的主動控制仍然覆蓋了主要的車身振動，包括縱向、俯仰、側傾以及轉向控制等要求的頻率范圍，改善了車身共振頻率附近的行駛性能，提高了對車身姿態的控制，性能可達到與全主動系統很接近的程度。有限帶寬主動懸架的特點就實用性及商業競爭力而言，有限帶寬主動懸架的應用前景較好。專家普遍認為采用氣液控制慢主動系統在商用領域最有發展前途，但若想在今后幾年內有重大的發展，還得要求在電液閥技術方面有大的突破來降低成本。已有一些裝有該類懸架的車輛投入市場，如NissanInfinitiQ45和ToyotaCelica等。兩個有限帶寬主動懸架系統實施方案見下圖。

實際中限制了主動懸架在商用領域發展的因素，按其重要程度可排列為：造價；能量消耗；增加的重量；安全性和可靠性。另外，一些功能稍差但造價低得多的可控子系統將繼續得到工業界的關注。這些子系統有連續可變阻尼器、側傾控制和車高控制系統。其實，如果這三個子系統能夠被運用并且結合得比較好的話，它們能夠共同完成一個有限頻帶寬度系統所能提供的大部分功能，但造價和能量消耗卻可能低很多。半主動懸架的基本概念半主動懸架通常是指懸架元件中彈簧剛度和減振器阻尼系數之一可以根據需要進行調節控制的懸架。為了減少執行機構所需的功率，半主動懸架研究主要集中在調節減振器的阻尼系數方面。阻尼可以根據需要進行調節的減振器也稱為可調阻尼減振器或主動減振器，在概念上類似f普通減振器，但其工作油液的通流面積可以通過控制閥進行調節。完成這一工作僅需要提供調節控制閥、控制器和反饋調節器等所消耗的較小功率，能夠達到半波近似主動懸架的控制規律，因而代表了主動懸架與被動懸架之間的折衷。采用電子控制的半主動懸架可以進行懸架剛度與減振器阻尼系數的有級調節和車高的自動調節控制，主要用在高級轎車和面包車上，且應用范圍正在擴大。豐田汽車公司生產的具有車高調節、懸架剛度和減振器阻尼“軟／中／硬”有級轉換控制的半主動懸架系統結構，可以對四個車輪進行單獨控制。在不同汽車上所采用的控制系統ECU結構和輸入輸出信號大同小異，ECU主要由輸入電路、微處理器、輸出電路和電源電路等四部分組成。如圖5.1.9所示為采用Motorola電子器件組織設計的懸架電子控制系統結構框圖，系統由ECU及其接口、執行機構和傳感器等組成，通過串行接口和汽車其它部件電子控制ECU進行通訊。奔馳公司發展的ABC(ActiveBodyControl)系統

奔馳公司發展的ABC(ActiveBodyControl)系統，可算是相對先進的主動懸架系統代表。

ABC系統的設計人員從一開始就沒有將注意力放在傳統的思路上，而是另辟蹊徑，集中研究車身在行駛時的跳動。他們認為，從穩定性考慮，通過抑制車身在行駛時的起伏、傾斜及跳動，可以最大限度地提高舒適性，而且更簡單直接。對駕駛而言，采用剛性較大的螺旋彈簧，可以使汽車優越的操縱駕駛性得到保證。早在多年前，研究人員已經進行過這方面的驗證。隨著近年來電子技術及電腦控制在轎車上大量應用，這種新型主動懸架變為現實的條件越來越成熟。最新面世的系統采用了大量電子控制技術，奔馳公司稱之為主動式車身控制系統，簡稱ABC。

ABC系統通過感應最輕微的車輪及車身動作，在任何大的車身振動之前及時對懸架系統作出調整，保持車身的平衡。該系統能夠很好地適應各種路面情況，即使在異常崎嶇不平的地方，轎車也能保持優越的操縱性、舒適性及方向穩定性。

為了達到理想的效果，ABC系統在各條懸架滑柱內裝有一套新型的液力調節伺服器，可動態調整的液壓缸根據不同的路面情況自動調節螺旋彈簧座的位置，這一點很重要。當車輪遇到障礙物時，ABC系統通過傳感器感知，自動調節彈簧座，并在彈簧座上施加壓力，使之能最大限度地抵消傳遞給車身的跳動能量。同樣的方法，ABC系統還能夠避免轎車在制動、加速及轉彎時產生的車身傾斜。當汽車制動或拐彎時的慣性引起彈簧變形，懸架傳感器會檢測出車身的傾斜度和橫向加速度。微電腦根據傳感器的信息，與預先設定的數值進行比較計算，并立即確定在什么位置上將多大的負載加到懸架上，使車身的傾斜減到最小。幾乎可以說，車身在任何狀態下都能保持水平位置。

ABC系統的控制感應裝置由兩個微型處理器及13個傳感器組成，每10μs對懸架系統作一次掃描和調整。各傳感器分別向微處理器傳送車速、車輪制動壓力、踏動油門踏板的速度、車身垂直方向的振幅及頻率、轉向盤角度及轉向速度等數據。電腦不斷接收這些數據并與預先設定的臨界值進行比較。同時，電腦能獨立控制每一個車輪上的執行元件，從而能在任何時候、任何車輪上產生符合要求的懸架運動以適應汽車的每一種行駛狀況。

ABC系統使汽車對側傾、俯仰、橫擺、跳動和車身高度的控制都能更加迅速、精確，即使在路況較差的路面上，汽車的跳動也很小。而且汽車高速行駛和轉彎的穩定性大大提高。車身的側傾小，車輪外傾角度變化也小，輪胎就能較好地保持與地面垂直接觸，使輪胎對地面的附著力提高，以充分發揮輪胎的驅動制動作用。此外汽車的載重量無論如何變化，汽車始終能保持一定的車身高度，所以懸架的幾何關系也可以確保不變。

目前，這種主動式車身控制系統已經應用在奔馳最新的C系列轎車上，雖然價格不菲，但也贏得極佳的口碑，被譽為是動力性能和乘坐舒適性改進的一個里程碑。汽車懸架今后須要解決的技術

被動懸架在一定的時間內仍將是應用最廣泛的懸架系統，通過進一步優化懸架結構和參數可以繼續提升懸架性能。主動懸架性能優越，出于成本原因還只能成為高級轎車和賽車的裝備。它的研究重點在于高性能的作動器和基于神經網絡的控制策略方面。半主動懸架性能優于被動懸架，成本比主動懸架低得多，應該是今后懸架系統的主要發展方向。研究性能可以提高，調節方便的可調阻尼減震器和算法簡單有效的控制策略將是半主動懸架走向大眾的必經之路。

汽車懸架今后須要解決的技術有：a.油氣懸掛技術：由油氣部件和彈簧系統共同支撐車體，根據汽車變化的承載量，由油氣部件調節懸架的水平位置，使彈簧保持正常的使用位置。b.阻尼可調節減震器：由傳感器感知汽車行駛時的狀況，包括載荷的大小、路面的不平、是否轉彎、是否加速或制動等，經電子控制單元分析判斷，通過電磁閥液壓系統，調節減震器的阻尼。此項技術又成為半主動懸架技術。c.全主動懸架技術：通過電液系統不僅調節阻尼而且調節彈力、水平位置等。

針對懸架系統的非線性特點，研究適宜的懸架系統電控技術是汽車懸架系統振動性能改進的方向。懸架位于車身與輪胎之間，對車輛的運動性能、乘坐舒適性有重大的影響。按照路面行駛工況最優控制，懸架性能以確保車輛行駛性能與乘坐舒適性，電子控制懸架將進一步向高性能方向發展。作為實現這種對懸架的優化控制的方式之一，是利用“預知傳感器”進行預知控制的“預知控制懸架”。目前已提出了多種的方案，并期待著這種新式傳感器的出現。另一方面，從地球環境來考慮，為進一步節約能源，懸架控制向高壓力化、高電壓化、小型輕量化發展。在控制理論方面正在致力于模糊邏輯控制、神經網絡控制等應用于懸架方面的研究。

從外表上看似簡單的懸架，包含著多種力的合作，決定著轎車的穩定性、舒適性和安全性，是現代轎車十分關鍵的部件之一。隨著汽車結構和功能的不斷改進和完善，研究汽車振動，設計新型懸架電控系統，將振動控制到最低水平是提高現代汽車品質的重要措施。目前，汽車懸架系統已進入到利用電子控制器進行控制的時代。運用較優的控制方法，得到高性能的減振效果，且使能耗盡可能的低，是汽車懸架系統發展的主要方向。（五）自動變速器汽車采用自動變速器可以改善性能，特別是可提高安全性和降低油耗。自動變速器的特點是：

1）沒有離合器踏板、采用自動起步的離合器。一般是使用液力耦合器或液力變矩器。

2）轉矩倍增。在牽引力不間斷時，液力變矩器可使傳動比無級變化。后面的齒輪式輔助變速器可以有級地改變速比，也可以用伺服控制的錐形、多片、單片離合器和可以吸油液力耦合器或變矩器，或者用制動帶、多片板、錐形制動器、單相離合器等來實現換檔。

3）自動換檔控制。根據車速和發動機負荷或節氣門位置進行控制。自動換檔也能由駕員用檔位選擇桿或通過加速踏板用自動離合裝置來控制。

1四檔自動變速器的組成及工作原理四檔自動變速器由液力變矩器，行星齒輪變速器等組成，如圖4－2所示。液力變矩器有三個葉輪：泵輪P把機械能轉換成工作液的動能，渦輪T又把工作液的動能轉換成機械能。根據速度差，導輪R通過改變角動量而改變工作液體的流動方向，使來自渦輪的轉矩大于發動機提供給泵輪的轉矩。附加的鎖止離合器可防上泵輪和渦輪之間產生滑動。行星齒輪變速器由離合器、制動器、自由輪和行星齒輪排等組成。工作時來自發動機的動力通過變矩器和輸入軸傳遞給行星齒輪變速器。行星齒輪變速器根據加速踏板的位置、車速以及變速桿的位置選擇正確的速比，再由輸出軸把轉矩傳給分動器。四檔自動變速器示意圖2自動變速器控制裝置自動變速器控制裝置通過各種參量接收下列信息；發動機負荷、發動機和變速器轉速、變速桿和程序開關位置。根據這些信息，控制裝置可以計算出各種情況下所需的檔位，如有必要，則進行換檔操作。駕駛員利用程序開關可以選擇三個不同的程序：E——經濟型；S——運動型；M——手動型。E位置，即使發動機轉速較低時，也可以換人下一個高檔、經濟程序特別適用于經濟和舒適型駕駛。S位置，只有當發動機轉速較高時才能換入下一個高檔，該程序主要用于運動型駕駛。采用上述兩種駕駛程序時，通過換低檔開關，可以充分利用發動機的全部功率。

M位置，駕駛員可以在一至四檔之間手動選擇合適的檔位，該程序顯示在儀表板上。這個程序既可以使汽車像裝有手動變速器那樣行駛，又無須像手動變速器那樣必須踩離合器踏板。自動變速器控制裝置圖3變速桿鎖止機構電磁變速桿鎖止機構如圖4－4所示。它保證只有在踩下制動踏板時，才可以把變速桿從N或P位置換入某一檔位。這樣就迫使駕駛員在換檔前必須踩下制動踏板。4各檔的動力流程自動變速器的機械部分向各檔位提供動力。由控制裝置操縱的電磁閥。沿通道把機油壓力傳給相應的離合器或制動器，通過鎖上或松開各油或齒輪來選擇檔位。自由輪起鎖止作用，并只允許沿一個方向旋轉。自動變速器一檔動力傳遞自動變速器處于一檔位置時，離合器A和E接合，行星齒輪排3的前行星齒輪架由自由輪互控制不動，超速行駛時該行星架被松開，行星齒輪排4鎖止并一同轉動。變速桿在輸入位置時，在一檔時制動器D也處于接合狀態，從而維持發動機制動功能。動力由發動機而來，經變矩器、離合器A、行星齒輪排3、行星齒輪排4、離合器E、自由輪K向外輸出。自動變速器二檔動力傳遞自動變速器處于二檔位置時，離合器A、E和制動器C’、C接合，自由輪1自由轉動。行星齒輪排的空心軸連同太陽輪保持不動，行星齒輪排4鎖止并一同轉動。動力由發動機而來，經變矩器、離合器A、制動器C’和C、行星齒輪排3右半部分、行星齒輪排4、離合器E、自由輪K向外輸出。自動變速器三檔動力傳遞自動變速器處于三檔位置時，離合器A、B、E和制動器C接合；自由I和H自由轉動。行星齒輪排3和4鎖止并以1：1的比率一同轉動，達到一定的行駛速度時，變矩器被鎖止。動力由發動機而來，經變矩器離合器1、離合器A和B、制動器C、行星齒輪排3和4、離合器E，自由輪K向外輸出。自動變速器四檔動力傳遞自動變速器處于四檔位置時，離合器A、B和制動器C、F接合，自由輪K、I和H自由轉動。行星齒輪排3鎖止并一同轉動，行星齒輪排4的空心軸連同太陽輪保持不動。達到一定的行駛速度時．離合器1鎖住液力變矩器。動力由發動機而來，經變矩器離合器1、離合器A和B、制動器C、自由輪H和I、行星齒輪排3右側、行星齒輪排4、制動器F、自由輪K向外輸出。自動變速器倒檔動力傳遞自動變速器處于倒檔位置時，離合器B、E和制動器D接合，通過鎖住行星齒輪排3的前行星齒輪架而使輸出軸的旋轉方向發生變化，而行星齒輪排4鎖止并一同轉動。動力由發動機而來，經變矩器、離合器B、制動器D、行星齒輪排3左半部分、行星齒輪排4、離合器E及輸出軸向外輸出。5自動變速器原理圖工作原理工作時，控制裝置接受到各種必要的參數信息，以便選擇所需要的檔位。為了使控制裝置能夠接通所需檔位，駕駛員有必要選定“特定的”速度。這種“特定的”輸人信號由變速桿13、程序開關14、節氣門電控計2和低速檔開關16進行傳遞?？刂蒲b置比較車輪速度傳感器15傳來的“實際”情況，并觸動電磁閥。在換檔過程中，控制裝置影響發動機轉狀況；空調和巡航控制系統，使換檔擺動降低到最低程度。汽車在三檔和四檔高速行駛時，通過電磁閥向變矩器離合器提供機油壓力，使離合器接合，井避免了普通變矩器產生的滑動。用于中央差速器的電磁閥，在前后橋速度不等時工作，鎖止住多片離合器，通過防抱死制動系統的車輪速度傳感器把速度傳遞給控制裝置。當短時間停車（如遇交通信號紅燈）和踩下制動踏板時，變速器控制開關自動掛人第三檔，以降低蠕動移行趨勢。松開制動踏板后，汽車自動回到第一檔行駛。發生故障時，汽車始終讓人四檔，變速桿位置指示燈閃亮。如果關閉發動機后又起動，汽車將按照編好的程序在三檔繼續行駛。（六）汽車車身自動水平調整系統汽車車身自動水平調整系統是借助安裝在后橋上的水平調整系統，使汽車車身后部裝到最大載荷時都能夠