空气悬架系统
第一节 概 述
汽车悬架是车身或车架与车轮或车桥之间传力连接装置的总称。其作用主要有如下三个方面：
（1）与轮胎共同作用，缓冲和吸收来自车轮的振动，使汽车平稳行驶。
（2）将车轮与路面之间产生的驱动力和制动力及其力矩传递到车身。
（3）将车身支承在前后车桥上，并保持车身与车轮之间的几何关系。
传统的悬架系统主要由弹簧、减振器、稳定杆等组成。弹簧用于使路面产生的振动和车轮摆动不致直接传到车身，弹簧也有助于提高轮胎着地能力。减振器能迅速衰减弹簧的振动，使乘坐舒适，并能改善汽车的方向稳定性。正是弹簧和减振器的综合特性，确定了汽车的行驶性能和操纵性能。而传统的机械弹簧其刚度是不能变化的，即使是变刚度弹簧，其变化范围也十分有限，传统的减振器其减振力同样不能变化。因此，由这些传统元件组成的悬架不可能同时满足良好的乘坐舒适性和良好的操纵稳定性。例如，为提高汽车乘坐的舒适性，要求悬架做得比较软。以满足汽车在不平路面上行驶时车轮有较大的运动空间。但这将导致汽车在行驶过程中，由于路面的颠簸而使车身位移增大，这种位移的增大会对汽车行驶的稳定性带来十分不利影响。反之，为提高汽车操纵的稳定性，要求悬架要有较大的弹簧刚度和较大的减振器减振阻尼，以限制车身过大的运动。但这又会导致车身产生较大颠簸，从而影响汽车的乘坐舒适性和车辆行驶的平顺性。
因此，传统的悬架在设计过程中不可避免地要不断在乘坐舒适性和操纵稳定性中寻求妥协。尽管近年来传统悬架在结构上的不断更新和完善，采用优化设计方法进行设计，已使汽车，特别是轿车的乘坐舒适性和操纵稳定性有了很大提高，但传统悬架仍然受到诸多的限制。如最终设计的悬架参数（弹簧刚度和减振器减振阻尼等）是不可调节的，使得传统悬架只能保证汽车在一种特定的道路和速度条件下达到性能最优的匹配，并且只能被动地承受地面对车身的作用力，而不能根据道路、车速的不同而改变悬架参数，更不能主动地控制地面对车身的作用力。图10-1为传统的螺旋弹簧悬架示意图。
图10-1 传统的螺旋弹簧悬架
随着高速公路的发展，汽车速度有了很大提高，对汽车的性能也提出了更高的要求。而传统的悬架限制了汽车性能的进一步提高。以微电脑为代表的电子技术、传感器技术的飞速发展，电子设备性能的大幅改善和可靠性的不断提高，促成了汽车电子装置的高可靠性、低成本和空间节省，使电子控制技术被广泛地应用于包括悬架在内的汽车的各个部分。通过采用电子技术实现汽车悬架的控制，既能使汽车乘坐的舒适性达到令人满意的程度，又能使汽车的操纵稳定性达到最佳状态。近年来，人们不断开发适应各种行驶工况的最优悬架控制系统，在轿车，尤其是豪华高档轿车中，相继出现了性能更加优越的各种电子控制悬架系统。
丰田的电子控制悬架系统（TEMS）就是其中的一种。这一系统最早用于1984年的姬先达（CRESSIDA）车型上，但只对减振器的减振阻尼进行控制。80年代末发展为电子控制空气悬架系统，应用在豪华轿车凌志LS400。这一系统除控制减振器的减振阻尼外，还可控制空气弹簧的刚度及车身（底盘）的高度。图10-2为凌志LS400的电子控制空气悬架系统示意图。
图10-2 电子控制空气悬架
本章主要介绍凌志LS400的电子控制空气悬架系统。
凌志LS400于1989年12月面世，车型为ucFl0。直至1994年9月，其电子控制空气悬架系统均未有大的改动。从1994年10月起，车型改为ucF20，其电子控制空气悬架系统也有了较大改进。
第二节 系统的功能
对于汽车悬架而言，若悬架刚度减少，则悬架的平顺性好，汽车乘坐的舒适性提高，但过低的悬架刚度会造成汽车在行驶过程中产生横摆和纵摇，破坏汽车正常行驶状态，使汽车行驶稳定性降低。而且，若只减少悬架刚度而不改变减振器的减振阻尼，地面冲击力会通过减振器传至车身，汽车乘坐的舒适性也会被破坏。因此，悬架刚度控制最好能与车身高度控制和减振器的减振阻尼控制联合作用，才能有效地改善汽车的乘坐舒适性和行驶稳定性。
丰田的电子控制空气悬架系统是一种能同时控制弹簧刚度、减振器减振阻尼和车身高度的系统。这一系统可同时使汽车乘坐的舒适性和行驶稳定性在各种不同的工况下均能大幅度提高。
电子控制空气悬架系统的功能如下：
（1）模式变化。
凌志LS400的电子控制空气悬架系统提供了悬架控制开关，给驾驶员进行选择。悬架开关由LRC（凌志乘坐控制）开关和高度控制开关组成，如图10-3所示。
图10-3 悬架开关
LRC开关有两个位置：NORM（常规）和SPORT（运动）。NORM模式着重于乘坐舒适性，通常用于一般的行驶。SPORT模式着重于提高急转弯等情况下的车辆稳定性。
高度控制开关也有两个位置：NORM（常规）和HIGH（高位）。NORM位置在一般道路上行驶时选用，HIGH位置则在不平道路上行驶时选用。
（2）弹簧刚度和减振阻尼控制。
弹簧刚度和减振器减振阻尼力均由电子装置控制。弹簧刚度有“软”和“硬”两种模式，减振器减振阻尼则有“软”、“中”和“硬”三种模式。电子装置根据车速和路面的变化自动地调节悬架刚度和减振阻尼，这种控制方式共有四种：高车速控制、不平道路控制、颠动控制和跳振控制。此外，在车速或转向急剧变化时，会造成车身姿态的急剧变化，既破坏汽车乘坐的舒适性，又容易使汽车失去方向稳定性。所以，必须对车身姿态实施控制。这种控制方式共有三种：转向时的车身侧倾控制、制动时的车身“点”头控制和起步或突然加速时的车身后仰控制。
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