[01135336]空气悬架及其控制系统关键技术研究与应用

本课题来源于江苏省科技支撑计划 （工业部分）项目“城市公交电动客车电子控制空气悬架研制与开发（BE2008114）”。电子控制空气悬架系统能够自适应车辆行驶状态的变化,提高了悬架操作舒适性和反应灵敏度。与国外同类产品相比,自主开发的电子控制空气悬架系统仅为其售价的20%左右,国内装备电子控制空气悬架系统主要依赖于进口,大大增加了国内市场的成本。本项研究成果进一步产业化并实施,必将带动以空气悬架系统为平台的一批相关企业（电子、机械、传感器、软件等）的发展,完全可以形成电子控制空气悬架系统的产业链,构建整个电控空气悬架系统与整车匹配的新领域,为社会带来巨大的经济效益。与此同时,电子控制空气悬架系统的发展既可以大幅度提高汽车的性能,又能为我国相关企业参与国际竞争提供有力支持,同时推进我国汽车行业的科技进步。 通过提炼关键技术问题,分析空气弹簧、悬架及其电控技术集成系统的基础理论,深入研究了空气悬架系统与整车的性能匹配,从理论上研究了空气弹簧的特性及空气悬架系统的控制方法,提出了高度阻尼的集成控制策略并进行了相关的仿真分析,设计并研制了摆动气缸式两档阻尼可调阻尼减振器。基于高度阻尼集成控制方案,开发以Freescale公司的MC9S08GB60A单片机为内核的电控空气悬架系统控制器。搭建电子控制空气悬架试验台,并对空气弹簧和可调阻尼减振器进行特性试验。最后,将自主开发的电子控制空气悬架系统应用于某款样车上,验证了本研究成果的可行性和有效性。 课题组从理论计算、设计和试验分析等方面对车辆电子控制空气悬架进行了较系统的研究,并完成了课题计划任务书规定的各项任务,达到如下性能指标： （1）指标要求ECAS的偏频为1～1.5Hz,实际自主开发ECAS系统客车的前悬架车身固有频率为1.46Hz,后悬架车身固有频率为1.36Hz。 （2）指标要求垂直加速度等效均值≤113dB,实际自主开发ECAS系统客车的垂直加速度等效均值小于111dB。 （3）指标要求动载荷均方根值衰减率20%,实际自主开发ECAS系统客车的动载荷均方根值衰减率为27.7%。 （4）开发高性能的电子控制空气悬架系统样机。 （5）设计开发了电子控制空气悬架试验台架。 通过电子控制空气悬架系统与整车的性能匹配,研究空气悬架系统的控制模式与控制方法,选择合理的空气弹簧、设计可调阻尼减振器以及开发电子控制空气悬架系统控制器。在理论分析和计算的基础上,进行电子控制空气悬架系统关键部件的特性试验和样车的整车性能试验,验证了所设计集成控制系统的可靠性、稳定性以及与整车的匹配效果。其研究成果主要体现在以下几个方面： （1）利用虚拟样机技术,建立电子控制空气悬架系统的整车分析平台,匹配及优化了空气悬架参数,满足整车性能要求,同时研究的匹配平台也满足参数化、系列化的要求。 （2）设计了摆动气缸式两档阻尼可调减振器。新型的可调结构和驱动形式均在国内同类研究中未见报道,申请了国家发明专利并获得授权。 （3）基于计算机平台,利用结构设计理论、CAD技术以及有限元分析,首次提出空气弹簧现代设计方法。 （4）利用车身高度传感器,提出基于神经网络算法的道路信息估计模型。申请了国家发明专利。 （5）基于电感式高度传感器,采用电感积分方法设计车身高度检测电路,并设计了专用滤波软件,解决了车身高度检测时的温漂现象,提高了车身高度检测的稳定性和实时性。 （6）提出基于车速信息的高度阻尼集成控制系统并设计其控制器。根据车辆行驶车速的不同,判断车身高度位置及减振器阻尼大小;以Freescale公司的MC9S08GB60A单片机为内核的电子控制空气悬架系统控制器。 本成果经过进一步的研究发展成熟后,主要适合于在中高档轿车、客车上推广应用,然后逐步推广到运输车上。随着我国对车辆乘坐性能的不断提高,对电子控制空气悬架系统的需求将进一步增加。目前,需要进一步解决系统的集成设计、控制系统硬件的低成本设计等问题,以控制装车成本,从而逐步扩大应用范围。