汽车空气悬架及其控制
汽车空气悬架计算机控制系统设计(最终修改版)
汽车空气悬架计算机控制系统设计摘要由于在平顺性和车高控制上的诸多优点，越来越多的客车生产商已经开始使用电子控制空气悬架，通过控制弹簧刚度和减振器的阻尼来获得好的平顺性和操纵稳定性。
本文设计对汽车在制动、转向、加速、高速等工况下的空气弹簧刚度的调节来实现对悬架刚度的控制，在不同车速下对车高的调节以减少风阻。
通过介绍悬架的种类和特点，分析空气悬架当前发展状况，概述平顺性的研究内容，提出本文研究的主要内容和基本流程。
文中以简化的汽车1/4悬架模型为基础，通过分析刚度和系统频率对平顺性的影响，得出空气悬架的主要控制参数。
接着使用MATLAB/SIMULINK计算机仿真软件，模拟路面随机输入，仿真被动悬架及空气悬架的加速度变化，通过对比看出其优点。
MCS-96系列单片机在接口、抗干扰及运算速度方面的特点，使得其系列单片机在实现对悬架的控制方面有着较大的优势。
本文使用MCS-96系列单片机汇编语言编译控制程序，编写出各功能子系统程序段，以顺序执行指令模式运行，通过对各传感器的信号来判断行驶状况，从而输出对应的控制信号。
硬件使用80C196KC单片机。
关键字：空气弹簧电控悬架控制程序仿真单片机Air Suspension Control System DesignABSTRACTAs the car ride and the many advantages of high control, more and more bus manufacturers have begun using electronic control air suspension, by controlling the spring stiffness and damping shock absorbers to get a good ride comfort and handling stability.In this paper, we design to adjust the air spring stiffness to achieve the control of the suspension stiffness in the braking, steering, acceleration, speed and other working conditions. By adjusting the stiffness of the spring and shock absorber damping to reduce the wind resistance in high-speed condition. By introducing the suspension of the type and characteristics of the current development of air suspension, ride comfort of an overview of the contents of this paper presented the main content and basic processes. By simplifying the car 1 / 4 suspension model, analyzing the stiffness and system frequency on the Ride, come to the main control parameters of air suspension. Then use the MATLAB / SIMULINK simulation software to simulate the random road input, simulation passive suspension and air suspension, acceleration changes, by comparing to see its advantages.As the MCS-96 series MCU interface, interference, and the characteristics of computing speed, makes the MCS-96 family of single chip to achieve the control of the suspension has a big advantage. This article uses the MCS-96 Microcontroller assembly language compiler control procedures, the preparation of the segment of each functional subsystem, to order the implementation of instruction mode, the signal on each sensor to determine the operating conditions, and thus the corresponding output control signals. Use 80C196KC MCU.Keywords: air spring; ECAS; control procedures; SIMULINK; MCU目录摘要 (I)ABSTRACT ................................................... I I 1 绪论.. (1)1.1 悬架概述 (1)1.2 悬架的分类 (1)1.3 主动悬架 (2)1.4 空气悬架发展与现状 (2)1.5 平顺性理论概述 (3)1.6 本文的主要内容 (4)2 空气悬架的工作原理及功能 (5)2.1 空气悬架工作原理 (5)2.2 空气悬架功能 (5)3 空气悬架系统 (7)3.1 空气悬架主要元件结构 (7)3.2 空气悬架输入输出部件 (7)3.3 空气悬架的具体工作方式 (13)4 空气悬架数学模型 (14)4.1 垂直刚度设计计算： (14)4.2 空气弹簧系统频率的计算 (14)4.3 单质量系统的自由振动 (15)5 系统控制流程 (16)5.1 总控制流程图 (16)5.2 各子系统流程图 (17)6 系统仿真计算 (24)6.1 MATLAB软件介绍 (24)6.2 路面激励谱 (25)6.3 SIMULINK计算仿真 (26)7 汇编程序设计 (30)7.1 MCS-96系列单片机的特点 (30)7.2 汇编语言程序工作原理 (30)7.3 硬件图 (32)本文总结 (35)参考文献 (36)注释 (37)附录 (38)谢辞 (45)1 绪论1.1 悬架概述悬架是汽车的重要组成部分，它把车体与车轴弹性地连接起来，并承受作用在车轮和车体之间的作用力，缓冲来自不平路面给车体传递的冲击载荷，衰减各种动载荷引起的车体振动。
汽车悬挂系统新技术——电控空气悬架及主动悬架PPT课件
另外，主动悬架具有控制车身运动的功能。当汽车制动 或拐弯时的惯性引起弹簧变形时，主动悬架会产生一个与 惯力相对抗的力，减少车身位置的变化。例如德国奔驰 2000款CL型跑车，当车辆拐弯时悬架传感器会立即检测出 车身的倾斜和横向加速度，电脑根据传感器的信息，与预 先设定的临界值进行比较计算，立即确定在什么位置上将 多大的负载加到悬架上，使车身的倾斜减到最小。
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电控悬架工作时，阀门的相互作用控制通向空气弹簧元件的气流量。 传感器检测出汽车的行驶状态并反馈至ECU，ECU综合这些反馈信息 计算并输出指令控制空气弹簧元件的电动机和阀门，从而使电控悬架 随行驶及路面状态不同而变化：在一般行驶中，空气弹簧变软、阻尼 变弱，获得舒适的乘坐感；在急转弯或者制动时，则迅速转换成硬的 空气弹簧和较强的阻尼，以提高车身的稳定性。同时，该系统的电控 减振器还能调整汽车高度，可以随车速的增加而降低车身高度(减小离 地间隙)，减少风阻以节省能源；在车速比较慢时车身高度又可恢复正 常。
汽车不同的行驶状态对悬架有不同的要求。一般行驶时需要 柔软一点的悬架以求舒适感，当急转弯及制动时又需要硬一点的 悬架以求稳定性，两者之间有矛盾。另外，汽车行驶的不同环境 对车身高度的要求也是不一样的。一成不变的悬架无法满足这种 矛盾的需求，只能采取折中的方式去解决。在电子技术发展的带 动下，工程师设计出一种可以在一定范围内调整的电子控制悬架 来满足这种需求。这种悬架称为电控悬架，目前比较常见的是电 控空气悬架形式。
空气弹簧元件是由电控减振器、阀门、双气室所组成。电控减 振器顶部有一个小型电动机，可通过它转动一个调整量孔大小的控 制杆将阻尼分成多级，从而实现控制阻尼的目的。阀门也充当了一 个调节气流的作用，通常双气室是连通的，合起来的总容积起着空 气弹簧的作用，比较柔软；但当关闭双气室之间的阀门时，则以一 个气室的容量来承担空气弹簧的作用，就会变得硬，因此阀门起到 控制"弹簧"变软变硬的作用。
空气悬架的设计要点
空气悬架的设计要点今天给大家带来一篇关于空气悬架的文章，未来空气悬架必将越来越多。
让我们提前了解一下关于空气悬架设计的一些要点吧。
一、采用空气悬架的目的——改善汽车使用性能1．改善平顺性，减小车轮对地面动载1）影响平顺性的三个主要系统：（1）轮胎（2）悬架（3）座椅2）影响车轮动载的主要因素：（1）轮胎刚度（2）悬架刚度与阻尼（3）簧上质量与簧下质量的比值2．空气悬架应达到较好的平顺性指标，才有被选用的价值（改善平顺性的同时，也减小了车轮动载）1）在B级路面，以50km/h匀速行驶，后轴上方座椅的垂直振动加速度响应Leg≤113dB（或按ISO2631计算耐疲劳限达到4－5h）。
2）偏频――单自由度系统自然振动固有频率（客车）：（1）板簧：95－105cpm(1.6-1.75Hz)；（2）气簧：①现阶段80－85cpm(1.3-1.4Hz)；②高级阶段（路面不平度进一步提高后）65－70cpm(1.1-1.16Hz)。
3）阻尼――理论上的阻尼比为0.33-0.35（1）按经验公式选择减振器复原阻力时取上限或超上限值；（2）有条件时，采用可调阻尼减振器，目前可供选择的有电磁流变改变粘度及继电器改变阻尼孔尺寸两种。
有手控、自控两类，按载荷及按路面不平度输入来调节。
4）抗侧倾能力，应在0.4g侧向加速度条件下,稳态侧倾角Φ≤5－6゜。
3．充分认识并利用空气悬架的优点1）较理想的弹性特性（1）空、满载之间有高度控制阀调节气压，具有较好的等频性；（2）振动时，假定没有充放气，弹性特性曲线呈非线性，增大动容量，防止悬架击穿。
若反跳行程由减振器或其它机构实施弹性限位，则弹性特性呈反S形的理想特性。
2）可设计成较低的刚度，提高平顺性，不会因为空、满载之间静挠度变化太大，车高超标而受到限制。
3）高度控制阀除了自动调节设计位置的车身高度不变之外，还可用来调节车身抬高或下降（下跪），以提高车身通过性或方便乘客上、下车。
汽车空气悬架系统全面介绍
目录一、引言 (1)二、汽车空气悬架结构组成 (1)（一）空气弹簧 (1)（二）导向机构 (2)（三）高度控制阀组件 (3)（四）减振器 (4)（五）横向稳定器 (4)（六）缓冲限位块 (4)三、汽车空气悬架系统的特性 (4)（一）空气弹簧的特性 (4)（二）空气悬架对整车的影响 (5)四、汽车空气悬架的优缺点 (6)（一）汽车空气悬架的优点 (6)（二）汽车空气悬架的缺点 (6)五、电子控制空气悬架系统ECAS (7)（一）ECAS系统组成和工作原理 (7)（二）ECAS系统的功能和优势 (9)六、汽车空气悬架的发展及我国研发对策思考 (10)（一）国外空气悬架的发展历程和现状 (10)（二）国内空气悬架的发展历程和现状 (11)（三）国内常用的空气悬架 (12)（四）对策思考我国空气悬架的研发状态 (14)七、结论 (15)汽车空气悬架系统综述【摘要】文章介绍了空气悬架系统的发展过程,阐述了汽车空气悬架的工作原理及其结构特性，介绍了电子控制空气悬架的工作原理及其功能和优势。
也介绍了国内空气悬架系统的发展现状及其发展的历程,并且分析了我国汽车空气悬架系统的发展趋势。
【关键词】汽车空气悬架结构特性发展一、引言空气悬架系统是高档商用车的关键部件,是汽车钢板弹簧悬挂系统的更新换代产品,现已成为汽车性能提升的主要部件之一,具有独特的变刚度、低振动频率、抗道路凹凸冲击的特性,更加有效地提高了汽车乘坐舒适性、行驶平顺性及操纵稳定性,同时还具有可以减少汽车自重、提高运行速度、减少路面破坏等多项性能。
由于以上的诸多优越性,空气悬架系统的研究及发展正越来越受到人们的重视。
对空气悬架系统的研究始于二十世纪五十年代,最初应用在载重车、小轿车、大客车及铁道车辆上。
到了六十年代已经进入蓬勃发展阶段,不仅取得了丰富的理论成果,并且在德国、美国等发达国家所生产的大部分公共汽车、豪华旅游车等领域中得到了广泛应用。
虽然我国早在六十年代就设计生产了汽车空气悬架系统,但由于当时工业技术条件有限,生产的产品使用效果不是很理想。
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。
空气悬挂结构及工作原理
空气悬挂结构及工作原理随着科技的不断进步，汽车行业也在不断地进行技术创新，其中空气悬挂就是一种比较新颖的技术。
空气悬挂是指通过压缩空气将车辆悬挂在空气中，从而实现车身的平稳行驶。
本文将介绍空气悬挂结构及其工作原理。
一、空气悬挂结构空气悬挂结构主要由空气弹簧、气压调节器、传感器和控制器等组成。
1.空气弹簧空气弹簧是空气悬挂系统的核心部件，它是由高强度的橡胶和聚酯纤维材料制成，具有很好的弹性和耐用性。
空气弹簧的作用是支撑车身，使车辆行驶更加平稳。
2.气压调节器气压调节器是控制空气弹簧内气压的装置，它可以调节气压来控制车身高度。
当车辆通过不同路面时，气压调节器会自动调整气压，从而保持车身高度稳定。
3.传感器传感器是监测车身高度和车速的设备，它可以将车身高度和车速等信息传递给控制器，以便控制器进行调整。
4.控制器控制器是空气悬挂系统的大脑，它可以通过传感器监测车身高度和车速等信息，控制气压调节器来调整气压，从而实现车身高度的自动调整。
二、空气悬挂工作原理空气悬挂的工作原理是通过气压调节器来控制空气弹簧内的气压，从而调整车身高度。
当车辆行驶在不同的路面上时，气压调节器会自动调整气压，使车身保持在一个稳定的高度。
比如，当车辆行驶在凹凸不平的路面上时，气压调节器会增加气压，使车身高度升高，从而避免车底部与路面摩擦。
当车辆行驶在平坦的路面上时，气压调节器会减少气压，使车身高度降低，从而提高车辆的稳定性和行驶舒适性。
除了调整车身高度外，空气悬挂还可以通过控制器来调整车辆的硬度和阻尼等参数，从而实现更加个性化的驾驶体验。
三、空气悬挂的优点1.提高行驶舒适性空气悬挂可以通过调整车身高度和硬度等参数，使车辆行驶更加平稳，从而提高行驶舒适性。
2.提高路面通过能力空气悬挂可以通过调整车身高度来提高车辆的通过能力，从而避免车底部与路面摩擦，保护车辆底部。
3.提高安全性空气悬挂可以通过自动调整车身高度来提高车辆的稳定性和行驶安全性。
简述空气悬架系统车身高度控制的工作原理
简述空气悬架系统车身高度控制的工作原理
空气悬挂系统车身高度控制的工作原理如下：
1. 利用空气压缩机形成压缩空气，并将压缩空气送到弹簧和减震器的空气室中，以此来改变车辆的高度。
2. 装备空气弹簧的车型在前轮和后轮的附近都设有离地距离传感器，按离地距离传感器的输出信号，行车电脑判断出车身高度的变化，再控制空气压缩机和排气阀门，使弹簧自动压缩或伸长，从而起到减震的效果。
3. 当在高速行驶时，空气悬挂可以自动变硬来提高车身的稳定性，而长时间在低速不平的路面行驶时，行车电脑则会使悬挂变软来提高车辆的舒适性。
以上内容仅供参考，如需更多信息，建议查阅相关文献或咨询汽车工程师。
汽车电控技术第9章 电子控制空气悬架系统
18
1．LRC开关 ． 开关
选择减振器阻尼力和弹簧刚度（SPORT-运动自动；NORM-正常自动）， LRC关的操作可通过仪表盘中的指示灯显示出来，处于“SPORT”时，仪 表盘中“SPORT”灯亮；处于“NORM”时，指示灯灭。
2.高度控制开关 高度控制开关
选择汽车目标高度（HEIGHT-高；NORM-正常），高度控制开关的操作，也 通过仪表盘中的“NORM”和“HI”灯显示，高度控制开关变换到一个位置 时，很快显示，但离达到目标高度需要一定时间。
第9章 电子控制空气悬架系统
第9章 电子控制空气悬架系统 章
1
第9章 电子控制空气悬架系统
电控空气悬架系统的功能 电控空气悬架系统的基本组成、控制原理和结构特点 电控空气悬架系统中弹簧刚度调节、减振器阻尼力调节、车身高度调节的基 本方法。
2
第9章 电子控制空气悬架系统
9.1 概 述
电控空气悬架是利用压缩空气充当弹簧起作用，弹簧的刚度和车身 的高度是根据汽车行驶状况进行自动控制，减振器的减振力控制也用来抑 制汽车行驶和停止中车身姿势的变化。 其具体功能有三个方面： （1）在水平路面上高速行驶时，使车身变低、弹簧变软，以提高舒服性。 （2）在凹凸不平的路面行驶时，车身变高，使悬架变硬，以消除颠波， 提高通过性。 （3）防止纵向仰头和栽头及横向倾斜，保持前照灯光轴不变，提高安全 性。 空气悬架的控制包括减振力和弹簧刚度控制以及汽车高度控制两方面。 空气悬架的控制包括减振力和弹簧刚度控制以及汽车高度控制两方面。
9.2
电控空气悬架的组成
空气悬架包括：每一车轮有一个可充气的气缸和减振器；一个空气压 缩机；干燥器；各种控制阀；高度控制传感器；转向角度传感器等，能精 确地检测车身高度和行驶状态。
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1-提升支承架 2-车轴支架 3-车轴 4-橡胶缓冲块 5-提升臂 6提升气囊
提升后车轴离开路面示意图
高度控制阀的结构
高度控制阀结构
高度控制阀的工作原理
高度控制阀的三种工作状态
ａ）中位置ｂ）充气位置ｃ）排气位置 １-储气筒 2-上进气阀 3-弹簧 4-下进气阀 5-中空推杆 6-气囊 7-控制臂轴 8-通孔
---空气悬架及其控制
★ 悬架概述 ★ 空气悬架的弹性元件(空气弹簧) ★ 可调空气悬架系统的分类 ★ 高度可调空气悬架 ★ 高度和刚度可调空气悬架 ★ 空气悬架的发展
悬架概述
悬架的组成 悬架的主要任务 悬架的分类
悬架的组成
悬架是现代汽车上的重要总成之一； 它把车架（或车身）与车轴（或车轮）弹性地
连接起来；
组成： 弹性元件 减震器 导向装置 横向稳定器
悬架的主要任务
其主要任务是： （１）传递作用在车轮和车架（或车身）之
间的一切力和力矩； （２）缓和路面传递给车架（或车身）的冲
击载荷，衰减由此引起的承载系统的震动，保 证汽车的行驶平顺性；
（３）保证车轮在路面不平和载荷变化时有 理想的运动特性，保证汽车的操纵稳定性，使 汽车获得高速的行驶能力。
囊式空气弹簧
膜式空气弹簧
复合式空气弹簧
囊式空气弹簧
ａ）单曲气囊
ｂ）双曲气囊
Ｃ）多曲气囊
膜式空气弹簧
ａ）、ｂ）自由膜式
ｃ）约束膜式
复合式空气弹簧
空气弹簧的布置(1)
空气弹簧在转向轴上的布置
空气弹簧的布置(2)
空气弹簧在驱动桥上的布置
a)空气弹簧布置在驱动桥一端 b)空气弹簧布置在驱动桥前、后端
谢谢观看Βιβλιοθήκη 可调空气悬架系统的分类电子控制变高度空气弹簧悬架系统 电子控制变刚度空气弹簧悬架系统 电子控制变高度与变刚度空气弹簧悬架
系统
高度可调空气悬架
高度可调空气悬架的组成及工作原理 提升机构工作原理 高度控制阀的结构及工作原理
高度可调空气悬架的组成
空气悬架的组成
1-压气机 2-油水分离器 3-调压阀 4-储器筒 5、10-空气滤清器 6-高度控制阀 7-控制连杆 8-空气弹簧 9-储气罐
高度和刚度可调空气悬架的部件
高度传感器 空气压缩机 继电器 排气电磁阀 高度电磁阀 空气弹簧电磁阀
模拟式高度传感器
模拟式高度传感器
安装位置
数字式高度传感器
空气压缩机
继电器
排气电磁阀
高度控制电磁阀
空气弹簧电磁阀
空气悬架的发展
将空气弹簧作为弹性元件引入悬架 扩展为主副气室式空气弹簧 带辅气室和节流空的空气弹簧 引入了电子控制技术
高度可调空气悬架工作原理
在发动机的带动下，压气机产生的压缩 空气经过油水分离器和调压阀进入储气 筒。调压阀可使储气筒内的压缩空气保 持一定的压力。需要时，压缩空气从储 气筒出来，流入固定在车架上的高度控 制阀内。高度控制阀上有通气源的充气 阀和通大气的放气阀，这两个阀由控制 连杆控制。
提升机构工作原理
高度和刚度可调空气悬架
高度和刚度可调空气悬架组成 高度控制系统组成简图 车身高度控制原理 空气悬架刚度的调节原理 高度和刚度可调空气悬架的部件
高度和刚度可调的空气悬架组成
空气弹簧的结构
高度控制系统组成简图
车身高度控制原理
空气悬架刚度的调节原理
1-阻尼调节杆 2-空气阀控制杆 3-主辅气压腔通道 4-辅气压腔 5-主气压腔 6-气阀阀体 7-小通道 8-阀心 9-大通道
悬架的分类
非独立悬架和独立悬架； （汽车两侧车轮的运动是否关联） 被动悬架、半主动悬架和主动悬架； （系数是否可调） 钢板弹簧悬架、螺旋弹簧悬架、扭杆弹
簧悬架、油气弹簧悬架、橡胶弹簧悬架、 空气弹簧悬架。 （弹性元件）
空气悬架的弹性元件(空气弹簧)
空气弹簧的分类 空气弹簧的布置
空气弹簧的分类