無錫汽車工程高等職業(yè)技術(shù)學(xué)院 孔水清
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、垂直動態(tài)平臺(VDP)、VDP控制單元、供氣裝置、電子減震控制系統(tǒng)(EDC)、中控臺操作單元等部件組成。
為了檢測更加精確,寶馬G11/G12車在前橋和后橋上分別安裝了2個高度傳感器,高度傳感器將信號發(fā)送給VDP,VDP再將信號發(fā)送到FlexRay總線。對于沒有安裝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懸架的高度變化通過一個角度器,按比例轉(zhuǎn)換為模擬電壓信號。高度傳感器內(nèi)部由定子和轉(zhuǎn)子組成,定子內(nèi)的激勵線圈由于交流電的作用,產(chǎn)生電磁交變場,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。來自激勵線圈和來自轉(zhuǎn)子的電磁交變場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)。
垂直加速度傳感器沿著車輛垂直軸計算車輪的加速度。寶馬G11/G12車底盤系統(tǒng)上安裝了前橋電動主動式側(cè)傾穩(wěn)定桿(EARSV)和后橋電動主動式側(cè)傾穩(wěn)定桿(EARSH),并配備了4個垂直加速度傳感器,分別安裝在減震器上。垂直加速度傳感器的信號由VDP控制單元讀取。
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EDC通過將車輪負(fù)載波動降至最低,并在車輛制動時縮短制動距離來改善車輛的行駛安全性。
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)繼電器對壓縮機(jī)進(jìn)行控制。此外,安裝在減震器上的4個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。
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個電磁閥,其中4個電磁閥分別單獨控制空氣彈簧,1個電磁閥用于控制兩個蓄壓器;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停放時間(通常情況下允許車輛在24 h內(nèi)下降約2 mm)。
EDC是一個可變的電子調(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個電磁閥線圈調(diào)節(jié)車輛垂直動態(tài),其中1個電磁閥線圈用于壓縮階段,另1個電磁閥線圈用于拉伸階段。EDC可改進(jìn)車輛滾動舒適性,并提高車輛的駕駛性。駕駛?cè)丝蓪④囕v調(diào)整至運動狀態(tài)或舒適狀態(tài),從而通過EDC對空氣懸架的阻尼力進(jìn)行調(diào)整。
中控臺操作單元可對車輛空氣懸架進(jìn)行控制,如果通過中控臺操作單元將車輛調(diào)整至運動狀態(tài),車身可相對于標(biāo)準(zhǔn)位置下降10 mm左右,此時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,車身也會自動下降10 mm左右,以優(yōu)化空氣動力性。除降低車身外,還可通過中控臺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。
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,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
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。
(1)確認(rèn)故障現(xiàn)象是否真實存在。仔細(xì)查看組合儀表,看是否有相關(guān)故障燈點亮。
(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,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)。因為在正常情況下,為降低車輛噪音,寶馬G11/G12車在低速時壓縮機(jī)可能不會啟動,而是優(yōu)先采用儲氣罐供給壓縮空氣。
(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。因為懸架控制的很多輸入信號是通過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)完以上幾個點后,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-垂直動態(tài)平臺”目錄下,集成有“VDP:壓縮機(jī)試運行”ABL文件,執(zhí)行這個ABL,同時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)行針對性的重點分析。在執(zhí)行這個ABL后,如果壓縮機(jī)沒有任何反應(yīng),同時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:保險絲、繼電器、壓縮機(jī)、VDP模塊及線路連接等。針對這些可能原因,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,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,系統(tǒng)工作正常,車輛靜置一段時間后也沒有出現(xiàn)車身歪斜的現(xiàn)象,可以將故障范圍鎖定在系統(tǒng)的信號輸入和模塊控制端,這些信號輸入是否正常,可以通過ISTA讀取數(shù)據(jù)及線路測量來排查。