基于ECAS控制的模块式车辆空气悬架高度控制系统的设计与仿真

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电控空气悬架系统(ECASS)的研究

２０１３年第８期
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３１
电控空气悬架系统（ＥＣＡＳＳ）的研究
黑龙江农业职业技术学院李佳妮华电能源股份有限公司佳木斯热电厂李振兴随着科学技术的飞速发展，空气悬架系统经历了钢板弹簧——气囊复合式悬架、被动空气悬架、电控空气悬架等多种形式的变化。电控空气悬架系统（Ｅｌｅｃｔｒｏｎｉ．
ｃａｌｌｙＣｏｎｔｒｏｌｌｅｄＡｉｒＳｕｓｐｅｎｓｉｏｎＥＣＡＳＳ。
本文链接：/Periodical_njwx201308020.aspx
电阻在１红灯闪烁：表示系统严重故障或系统处于检测模式中。
（３）侧跪指示灯
电子控制装置的作用是根据传感器采集的参数作出决策，控制一系列阀件的开关状态。ＥＣＵ安装在驾驶室或电气舱中，ＥＣＵ接口共３５针。使用时应注意：ＥＣＡＳＳ保险未接、外接电源对蓄电池充电、在车辆上焊
（５）贮气筒及气囊
贮气筒及气囊用于存储空气。使用中如果贮气筒因亏气造成压力不足，电控空气悬架系统可正常工作。２．电控空气悬架系统指示灯电控空气悬架系统指示灯有高度指示灯、黄灯闪烁、侧跪指示灯和特殊高度Ⅱ指示灯四种，打开点火开
关后，红色故障指示灯和黄色高度指示灯亮２Ｓ后熄
侧跪指示灯亮表示车辆处于侧跪高度。侧跪功能是用于降低车门的高度，便于乘客上下车，侧跪模式有三种：单轴、单侧和整车。（４）特殊高度Ⅱ指示灯特殊高度Ⅱ指示灯亮表示车辆处于特殊高度Ⅱ位置，注意禁止长时间使车辆工作在特殊高度Ⅱ位置，否则对减震器、气囊及整车寿命会产生不良影响。仅在特殊工况下，使用这一特殊高度，超过特殊高度，需要马上恢复正常车辆行驶高度。３．电控空气悬架系统的应用电控空气悬架系统有结构复杂、成本高、安装布置相对困难等缺点，但该系统能够根据不同的行驶状态、不同的车速、各种路面、乘客人数和装载质量的变化对车身高度、弹性元件刚度和减振器的阻尼力等自动进行无级调节，大大地减少了整车的振动噪音，延长了整车零部件的使用寿命，提高了乘坐舒适性和操纵稳定性，并且该系统中也有诸如故障诊断等辅助功能。凭借其独特的优异性能，国外不仅高级大客车已几乎全部使用电控空气悬架，重型载货车使用电控空气悬架的比例已达８０％以上，一些对防震要求较高的特种车辆，如特种军用车及集装箱运输车等也装配了电控空气悬架，而且逐渐在高级轿车上推广应用，如德国大众旗下的ＳＵＶ型奥迪Ｑ７和高级轿车辉腾是应用电控空气悬架系统的代表车型。目前，我国有部分豪华客车和重型载货车、挂车已采用电控空气悬架系统，如郑州宇通客车、厦门金龙客车、苏州金龙客车、扬州亚星客车等。随着我国汽车行业的快步发展，电子控制和精密仪器加工等技术的不断进步，汽车国产化程度的进一步提高、生产成本不断降低，以及人们生活水平的提高和对汽车舒适性要求的提高，电控空气悬架系统将会逐渐扩大推广应用范围。

汽车空气悬架的运动学仿真分析及优化设计

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汽车电控空气悬架高度调节控制研究

汽车电控空气悬架高度调节控制研究摘要：本文根据电控空气悬架系统，建立了空气弹簧模型。

基于神经网络PID控制方法设计了车身高度调节控制器，选择采用增量式PID控制方法进行控制。

对控制器的控制效果进行仿真分析，结果表明：增量式PID控制方法可以有效的改善车身高度调节中的不良现象、消除超调现象，并能够较早地、平稳地达到目标高度。

关键词：空气弹簧模型、增量式PID控制、仿真引言悬架是车辆行驶性能中最重要的相关系统，它主要包括弹性元件，减振器和导向机构。

弹性元件起缓冲作用，导向机构起导向作用，减振器起减振作用[1][2]。

电子控制空气悬架作为一种新型主动悬架，可以实时对空气弹黃刚度和减振器阻尼力进行调节，同时可以对车身高度进行调节[3]。

目前国外对全主动悬架(ECAS)的电子控制系统研究较多，如福特汽车公司的Continental Mark Ⅶ车型和丰田汽车公司的Lexus车型都成功地采用了电子控制空气悬架系统[4]。

国内汽车企业设计人员普遍对ECAS设计理论不够深入，尤其是在空气悬架与整车匹配、悬架控制理论技术和空气弹黃设计等方面。

空气悬架主动控制的研究，对提高车辆的乘坐舒适性、行驶平顺性、操纵稳定性等性能，具有重要的理论和学术价值。

1 车身高度调节控制空气弹簧是在橡胶气囊密封容器中充入压缩气体，利用气体的可压缩性实现其弹性作用的装置。

空气弹簧充放气过程：空气泵向储气罐提供一定的压缩气体作为气源，当空气弹簧需要充气时，进气阀打开，储气罐中的气体经进气阀流入空气弹簧；当空气弹簧需要放气时，排气阀打开，空气弹簧中的气体经排气阀排流入大气中。

对空气弹簧进行充放气时，空气弹簧高度也随之变化，可将高度变化过程分为：电磁阀开启时的变容积绝热充放气过程和电磁阀关闭后定质量密闭系统的稳定过程。

根据热力学第一定律得到电磁阀开启时空气弹簧内气体压力与气体流量之间的关系表达式如下：从式（8）看出：减小空气弹簧有效作用面积变化率或增大空气弹簧体积，可以达到降低固有频率的目的。

ECAS空气悬架系统介绍概论

Front Axle
3
Drive Axle
2 2
4+3 2
3 2
ECAS Valve 6x2-2C
Supply Pressure
Lift Axle
ECAS 6x2 Full Air with lift bellow 3 Height Sensors / 3 Point Control
with Axle Load Monitoring
法规导向：
交通部二OO五年四月二十二日发布的《关于发布货运汽车及汽车列车推荐车型工作规则的通知》优先推荐带空气悬架的车型。
谢谢！
4.车辆只有在空载和半载的情况下，可以提升后桥，一旦驱动桥轴核超过13吨，后桥就无法提升；
5. 整车高度的调节是在一定范围内实现的，正常悬架高度210mm(车架下翼面距车轮中心) ，以正常高度为基准，可实现车架向上100mm和向下90mm的调节；
6.使用提升桥功能时，提升桥提升的高度必须满足挂车正常使用要求。该车整车底盘高度较高的情况下，提升桥提升后，将可能导致提升桥轮胎上顶点接近或超过鞍座平面。务必在整车正常高度下对后桥提升。
控制技术
3/2-way-valve
用于增压/泄压
2/2-way-valve
用于气囊压力控制
3/3-way-valve
用于提升轴/挂车和驱动轴的控制
ECAS空气悬架优点：
1. 保持底盘高度不变，可以有效保护货物，减少货物在运输途中的损坏，并降低车辆对道路的冲击。
2. 高度可调，提高运输效率。例如，快速拖挂，快速装卸货物；
提升桥指示灯 ECAS故障灯
遥控器操作中注意事项：
1.ECAS遥控器仅在车速小于30km/h时才会起作用，车速超过30km/h后，不能通过ECAS遥控器进行操作；

ECAS电子控制空气悬架系统详解

ECAS电子控制空气悬架系统详解ECAS简介传统的空气悬架控制模式是采用机械高度阀，即通过高度阀阀门的开启调节对气囊的充放气，从而保持车辆恒定的行驶高度。

随着系统应用的推广和车辆控制技术的发展，电子控制逐渐取代传统的机械控制电子控制系统不仅提高了操作的舒适性和反应的灵敏度，而且可以附加很多辅助功能。

威伯科汽车控制系统有限公司早在1986年就开始了电子控制空气悬架系统ECAS（electronic-controlled air suspension）的开发和应用，它是世界上最为先进并且应用最为广泛的电控空气悬架控制系统。

ECAS系统主要由电子控制单元（ECU）、电磁阀、高度传感器、气囊等部件组成。

它的基本工作原理是高度传感器负责检测车辆高度（车架和车桥间的距离）的变化，并把这一信息传递给ECU，除高度信息外，ECU还接受其它的输入信息，如车速信息、制动信息、车门信息和供气压力信息等，然后ECU综合所有的输入信息，判断当前车辆状态按照其内部的控制逻辑，激发电磁阀工作，电磁阀实现对各个气囊的充放气调节。

1．电控单元电控单元（ECU）通常安装在驾驶室或者电气仓内，可实现不同高度值的管理和储存，控制包括正常高度在内的多个车辆高度，ECU 负责与诊断工具进行数据交换，同时监测系统所有部件的操作，检测并储存系统故障。

2．电磁阀电磁阀通常安装在车架或车架横梁上。

ECAS电磁阀是高度集成化和模块化的设计。

取决于不同的配置，在通用的外部壳体内可以布置不同数量的电磁阀部件。

ECAS组合电磁阀可大大节省了零部件数量和安装空间以及装配费用。

为了降低排气噪声，电磁阀排气口带有消音器。

3．高度传感器高度传感器的外形看起来与机械高度阀相似，它们的安装方式和安装位置完全相同，通常布置在车架上。

传感器内部包含线圈和枢轴，当车桥与车身之间的距离发生变化时，高度横摆杆转动并带动相应的电枢在线圈中上下直线运动，造成线圈的感应系数变化，ECU检测此感应系数的变化并将其转换成高度数字信号。

商用车电控空气悬架系统仿真与试验

商用车电控空气悬架系统仿真与试验
仇义;戴晓锋;王维伟;方学良;王晓敏;刘晓晓
【期刊名称】《科技创新与生产力》
【年(卷),期】2022()10
【摘要】为了避免商用车车辆超载现象及其导致的事故,本文针对商用车加装的电子控制空气悬架系统(ECAS)进行了大量试验和研究,优化了控制策略、控制逻辑、
系统布置和配置等方面,改善了车辆转弯稳定性、减少了制动前倾幅度和轮胎磨损。

通过模拟仿真和实际测试,可以得到最优结果为:空压机开启时间为3.5 s、电磁阀频率为22 kHz和气压差为0.56 MPa时,系统响应最快,能耗最低。

【总页数】3页(P127-129)
【作者】仇义;戴晓锋;王维伟;方学良;王晓敏;刘晓晓
【作者单位】扬州工业职业技术学院;内蒙古自治区交通运输事业发展中心
【正文语种】中文
【中图分类】U463.334.2;U462;TP273
【相关文献】
1.商用车电控空气悬架系统匹配
2.轻型商用车和轿车的电控空气悬架系统(ECAS)
3.基于CAN总线的商用车电控空气悬架控制与试验研究
4.汽车电控空气悬架试验与仿真研究
5.电控空气悬架试验系统设计及试验研究
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基于客车空气悬架控制系统的仿真分析

基于客车空气悬架控制系统的仿真分析【摘要】由于电控空气悬架振动控制系统为复杂的非线性系统，本文采用了不依赖于被控对象精确数学模型的模糊控制策略对空气悬架控制系统进行了仿真分析。

在仿真分析过程中，建立了两自由度的1/4空气悬架动力学模型；同时考虑到路面扰动输入对汽车悬架控制的影响，建立了随机路面不平度的数学模型，并在时域内对其仿真。

仿真结果表明，使用模糊控制算法可以有效衰减簧载质量垂直加速度，改善了汽车的行驶平顺性。

【关键词】缸内直喷；电控系统；硬件模块一、引言建立汽车悬架的动力学模型是进行整车性能分析和系统设计的基础。

建立模型基础就是利用外界物理参数描述输入，系统本身和系统输出之间的关系。

悬架系统是一个复杂的多自由度“质量—刚度—阻尼”振动系统，理论上讲建立的模型自由度越多越接近汽车的时间情况，但对其动力学特性进行精准的描述和分析是非常困难的。

目前比较成熟的整车模型主要有三种：（1）两自由度1/4车辆模型；（2）四自由度1/2车辆模型；（3）七（八、九）自由度正常模型。

1/4车辆模型虽然没有包括汽车的整体几何信息，也无法用它来研究汽车俯仰角振动及侧倾角振动，但它包含了实际问题中的绝大部分基本特征，如负载变化和悬架系统受力的信息等，所以可以用来研究不平路面激励引起车体的垂直振动。

二、1/4车辆悬架模型的建立由于1/4车辆模型结构简单，又包含了汽车平顺性分析的主要特征，因此在研究电控空气悬架控制策略中被广泛应用。

在本文中决定采用两自由度1/4车辆模型，如图1所示。

图1 两自由度1/4车辆悬架模型根据牛顿第二定律，可以列出该模型动力学微分方程：式中M为簧载质量，m为非簧载质量；Kt为轮胎径向刚度系数；Ks为悬架刚度系数；Cs为减振器阻尼系数；xs、xt、xr分别代表簧载质量、非簧载质量及路面激励的位移量。

图2 两自由度车辆动力学模型根据二自由度的车辆的动力学微分方程，可以利用MATLAB/SIMULINK仿真软件建立系统动力学模型，系统动力学模型如图2所示。

基于虚拟技术的空气悬架汽车的建模及仿真

基于虚拟技术的空气悬架汽车的建模及仿真作者：钱德猛陈玲琳汽车是一个复杂的多自由度振动系统，定量分析和评价平顺性的关键在于构建准确的动力学模型。

准确的动力学模型可以帮助设计人员在汽车的设计阶段就能对汽车平顺性进行比较准确的预测和评估，缩短设计周期，降低生产成本。

本文利用虚拟样机技术，将整车分解为多个子系统，设计了车辆行驶的路面特性文件和轮胎特性文件，建立了某型空气悬架客车的动力学仿真模型，并进行平顺性仿真。

一．理论基础汽车设计中的虚拟样机技术是以多体系统动力学为理论基础的。

根据本文所述的空气悬架客车的特点，采用第一类Lagrange乘子方法建立系统的动力学方程，选择每个刚体质心的笛卡尔坐标和描述刚体方位的欧拉角作为系统的广义坐标qi =［x，y，z,ψ，β，φ］T。

根据Lagrange待定乘子法，多刚体动力学方程为[1.2]：（1）式中T---系统动能；q一一系统广义坐标向量；Q——广义力列向量；λ——拉格朗日乘子列向量；φqT——对应于完整约束的雅可比矩阵的转置矩阵；θqT——对应刊院整约束的难可比矩阵的转置矩阵。

二．整车振动系统多体动力学模型构建（一）整车拓扑结构分析研究对象的构造主要包括车身、车架、转向系统、前独总成和车轮等，整车的拓扑结构如图1所示。

考虑到客车整体结构的复杂性，建模时将整车系统分为多个链状的子系统圈，即将客车整体分为车身、座椅、转向系统、空气悬架系统、后桥总成和轮胎等几个子系统，分别建立其模型。

然后根据实车系统中各个零部件及总成的连接方式进行整合，使之成一个多自由度的整车动力学模型。

（二）关键系统的虚拟样机建模悬架系统主要由导向机构、弹簧支架、空气弹簧、减振器、连接处的橡胶轴承等零部件组成，空气悬架建模的难点之一是进行空气弹簧的建模，仅仅简化成线性的刚度特性势必影响分析结果。

本文中，考虑到空气弹簧的变刚度特性，根据试验测量得到的气囊特性曲线，以数据的形式输入来建立空气弹簧模型。

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（１．湖南生物机电职业技术学院车辆工程系，湖南湖北长沙武汉４１０１２６；２．东风汽车股份有限公司特种车事业部，４３００５６）
摘要：以ＥＣＡＳ为基础，以ＷＡＢＣＯ４７２８８０００１０两位三通电磁阀和Ｆｒｅｅｓｃａｌｅ的ＭＣ９Ｓ１２Ｄ６４微处理器为核心元器件，开发了一种模块式的空气悬架高度控制系统，并在ｍａｔｌａｂ／ｓｉｍｕｌｉｎｋ环境下进行了仿真验证。该系统的高度控制策略
ＥＣＡＳｃｏｎｔｒｏｌｂａｓｅｄｏｎａｍｏｄｕｌａｒｖｅｈｉｃｌｅａｉｒｓｕｓｐｅｎｓｉｏｎｈｅｉｇｈｔｃｏｎｔｒｏｌｓｙｓｔｅｍｄｅｓｉｇｎａｎｄｓｉｍｕｌａｔｉｏｎ
分为启动控制模块、动态调节模块、手动调节模块以及误差调节模块，由模式选择开关来决定不同模块的工作状态．逻辑控制准确、调试方便。模块式的设计大幅降低了系统的复杂程度，同时也将降低软件的开发周期和成本。关键词：ＥＣＡＳ；模块式；空气悬架；悬架高度控制；Ｓｉｍｕｌｉｎｋ仿真中图分类号：Ｕ４６３．３３＋４．２文献标识码：Ａ文章编号：１００７ — ８３２０（２０１３）１１－００３９ — ０４
第４０卷第１１期・学术
ＶｏＩ．４ＯＮＯＶ１１
湖
南
农
机２０１３年１源自月ＮＯＶ２０１３
ＨＵＮＡＮＡＧＲＩＣＵＬＴＵＲＡＬＭＡＣＨＩＮＥＲＹ
基于ＥＣＡＳ控制的模块式车辆空气悬架高度控制系统的设计与仿真
杨培刚，鲍健铭，蒋瑞斌，熊少华
ｏｆｔｈｅｄｉｆｆｅｒｅｎｔｍｏｄｕｌｅｓ，ｌｏｇｉｃｃｏｎｔｒｏｌａｃｃｕｒａｔｅ，ｃｏｎｖｅｎｉｅｎｔｄｅｂｕｇｇｉｎｇ．Ｍｏｄｕｌａｒｄｅｓｉｇｎｇｒｅａｔｌｙｒｅｄｕｃｅｓｔｈｅｃｏｍｐｌｅｘｉｔｙｏｆｔｈｅｓｙｓｔｅｍ，ｂｕｔｗｉｌｌａｌｓｏｒｅｄｕｃｅｔｈｅｔｉｍｅａｎｄｃｏｓｔｏｆｓｏｆｔｗａｒｅｄｅｖｅｌｏｐｍｅｎｔ．
Ａｂｓｔｒａｃｔ：ＩｎＥＣＡＳｂａｓｅｄ．ＩｎＷＡＢＣ０４７２８８００ｏ１ＯｔｗｏｗａｙｓｏｌｅｎｏｉｄｖａｌｖｅａｎｄＦｒｅｅ — ｓｃａｌｅ＇ｓＭＣ９Ｓ１２Ｄ６４ｍｉｃｒｏｐｒｏ — ｃｅｓｓｏｒｃｏｒｅｃｏｍｐｏｎｅｎｔｓ，ｈａｓｄｅｖｅｌｏｐｅｄａｍｏｄｕｌａｒａｉｒｓｕｓｐｅｎｓｉｏｎｈｅｉｇｈｔｃｏｎｔｒｏｌｓｙｓｔｅｍ，Ａｎｄｍａｔｌａｂ／ｓｉｍｕｌｉｎｋｅｎｖｉｒｏｎｍｅｎｔ
２．ｓｐｅｃｉａｌＶｅｈｉｃ￣ｓＤｅｐａｒｔｍｅｎｔ，ＤｏｎｆｅｎｇＡｕｔｏｍｏｂｉｌｅＣｏ．，Ｌｔｄ．Ｗｕｈｎ，ａＨｕｂｅｉ４３００５￣Ｃｈｉｎａ）
ｆｏｒｔｈｅｓｉｍｕｌａｔｉｏｎ．Ｔｈｅｓｙｓｔｅｍ＇ｓｈｉｇｈｄｅｇｒｅｅｏｆｃｏｎｔｒｏｌｓｔｒａｔｅｇｙｉｓｄｉｖｉｄｅｄｉｎｔｏｓｔａｒｔｃｏｎｔｒｏｌｍｏｄｕｌｅ，ｄｙｎａｍｉｃａｄｊｕｓｔｍｅｎｔｍｏｄｕｌｅ，ｍａｎｕａｌａｄｊｕｓｔｍｅｎｔｍｏｄｕｌｅａｎｄｅｒｒｏｒａｄｊｕｓｔｍｅｎｔｍｏｄｕｌｅ，ｔｈｅｍｏｄｅｓｅｌｅｃｔｏｒｓｗｉｔｃｈｔｏｄｅｔｅｒｍｉｎｅｔｈｅｗｏｒｋｉｎｇｓｔａｔｕｓ
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