CN111422018A - 商用车自适应空气悬架系统及控制方法 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种商用车自适应空气悬架系统及控制方法，该空气悬架系统，包括前桥左气囊、前桥右气囊、第一电磁阀、驱动桥左气囊、驱动桥右气囊、第二电磁阀、随动桥左气囊、随动桥右气囊、提升桥气囊和第三电磁阀，通过ECU控制单元接收车用传感器采集信号和驾驶室开关信号，分析整车实时数据并判定当前车辆的行驶工况，进而做出目标高度决策以控制电磁阀对气囊进行充放气，以达到一种最佳的行驶状态，不仅能够满足用户对驾驶平顺性和乘坐舒适性的基本要求，相比传统的悬架系统驱动性和节能减排性也会更优，同时这种自适应调节能力还能够减少驾驶员的频繁操作因而更加便捷和舒适。

Description

商用车自适应空气悬架系统及控制方法
技术领域
本发明涉及汽车悬架系统，具体涉及一种商用车自适应空气悬架系统及控制方法。
背景技术
随着汽车电子技术的飞速发展以及人民生活水平大的不断提高，汽车悬架系统的操作稳定性和乘坐舒适性越来越受重视。传统的汽车通常采用钢板弹簧悬架，而这种悬架结构的操作稳定性和乘坐舒适性往往相互排斥无法同时满足，即使进行优化处理也难以达到理想的效果。为了解决这个问题，智能型的电控悬架系统应运而生，使汽车的性能得到极大的提升。电控悬架系统，它通过ECU控制调节悬架的刚度和阻尼力，突破传统被动悬架的局限性，使车辆的悬架特性与道路状况和行驶状态相适应，从而保证车辆行驶的平顺性和操纵的稳定性要求得到更好的满足。电控悬架系统采用主动悬架，可以根据不同的路面条件、不同的载荷质量、不同的行驶速度等，来控制悬架系统的刚度、调节减振器的阻尼力的大小、甚至可以调节车身高度，从而使车辆的行驶平顺性和操纵稳定性在各种行驶条件下达到最佳的组合。
目前市面上常见的主流的主动悬架主要有四种形式：空气悬架、液压悬架、电磁悬架以及电子液力悬架。而空气悬架因其具有结构简单、重量轻、无需润滑、良好的通过性、舒适性及互换性等优点，近年来备受广大汽车爱好者所青睐，也在商用车领域得到了广泛的应用，并取得了显著的成效。电控空气悬架系统(ECAS)主要时是由电子控制器(ECU)、高度传感器、电磁阀、遥控器(RCU)、气压传感器等组成，ECU通过接收来自高度传感器的底盘高度信号，以及遥控器、车速、制动状态、气囊压力等信号。在车辆需要高度控制时，ECU控制电磁阀对空气悬架气囊充气或放气，最终调节底盘到达目标高度。电控空气悬架因其卓越的性能，目前在商用车领域也得到了广泛的应用。
当前市面上所采用的空气悬架控制系统，主要功能在于手动控制功能，由驾驶员根据实际行驶状况做出判断，控制器接受驾驶室开关控制信号来调节整车底盘高度，这种现有控制方法受驾驶员主观因素影响较大，无法准确并且及时对各种工况做出反应；而对于自动调节能力，大多局限于随车速的变化来调节车辆高度，对车辆当前行驶工况的识别能力不强，无法做出准确而全面的判断并主动适应实时工况。
发明内容
为解决以上问题，本发明提供一种商用车自适应空气悬架系统及控制方法，通过商用车上的若干个传感器信号来识别和判定当前车辆的行驶状态，自适应性的调整当前车辆的底盘高度来达到最佳的行驶状态。
本发明采用的技术方案是：一种商用车自适应空气悬架系统，其特征在于：包括前桥左气囊、前桥右气囊、第一电磁阀、驱动桥左气囊、驱动桥右气囊、第二电磁阀、随动桥左气囊、随动桥右气囊、提升桥气囊和第三电磁阀，所述第一电磁阀的进气口与储气罐连通，所述第一电磁阀的一个出气口与前桥左气囊连通，另一个出气口与前桥右气囊连通；
所述第二电磁阀的进气口与储气罐连通，所述第二电磁阀的一个出气口与驱动桥左气囊连通，另一个出气口与驱动桥右气囊连通；
所述第三电磁阀的进气口与储气罐连通，所述第三电磁阀的一个出气口与随动桥左气囊和随动桥右气囊均连通，另一个出气口与提升桥气囊连通；
所述第一电磁阀、第二电磁阀和第三电磁阀均与ECU连接。
作为优选，所述驱动桥左气囊和驱动桥右气囊处均设有压力传感器和高度传感器。
作为优选，所述前桥左气囊处设有高度传感器。
作为优选，所述随动桥左气囊处设有压力传感器。
作为优选，所述提升桥气囊处设有压力传感器。
作为优选，所述ECU与驾驶室开关或遥控器相连。
一种商用车自适应空气悬架系统控制方法，其特征在于：包括以下步骤：
a、车辆启动后，当车速低于设定值V1(标定量，默认值约为20Km/h)并持续设定时间ΔT1，同时ECU收到驾驶室开关信号或遥控器信号时，进入手动控制工况；此时ECU以驾驶室开关信号或遥控器控制信号为目标输入，结合高度传感器、压力传感器及车速传感器反馈的实时信号，判断当前状态并对当前车辆高度进行控制；此时，正常高度控制、遥控器控制、牵引辅助功能、提升桥控制功能及轴荷控制功能均可执行；
b、当车速高于设定值V2(标定量，默认值约为20Km/h)并持续设定时间ΔT2(标定量)时，进入自适应控制工况，在自适应控制工况下，ECU以高度传感器、压力传感器及车速传感器实时信号为输入，自动辨识当前实时工况，并作出自适应调节以确保车辆平稳行驶。
作为优选，步骤a中，当车速低于设定值(默认值约为15Km/h)且持续时间超过设定值时，若检测到遥控器信号输入，则进入遥控器控制模式。
作为优选，步骤b中，车速超过设定值(默认值约为90Km/h)持续一定时间，且左右高度传感器差值小于设定值并持续设定时间值，当前车辆进入直线高速行驶工况，ECU对气囊放气，将当前底盘高度降低到设定值(低于高度II档)，以保证车辆高速平稳行驶；
检测到制动信号(发动机制动、排气制动、缓速器制动、行车脚刹)时系统进入制动工况，此工况下高度控制功能禁用，ECU不会对充放气进行控制；
左右高度传感器的高度偏离正常高度，并且高度差在设定时间内保持稳定。高度起伏幅度大小受车速影响，持续时间超过设定值，此时当前车辆进入连续转弯工况，ECU不会对充放气进行控制，使气囊以完整的弹簧模型在悬架系统中起作用。否则，在完成转弯后，车辆会出现左右不平的情况；
左右高度传感器的高度变化曲线呈现同步上下起伏状态，并持续一定时间，此时当前车辆进入起伏路面工况，ECU不会对充放气进行控制，使气囊以完整的弹簧模型在悬架系统中起作用，否则，在完成转弯后，车辆会出现左右不平的情况；
高度传感器的高度发生突变，振动时间较短，振幅大，此时当前车辆进入冲击路面工况，ECU不会对充放气进行控制，使气囊以完整的弹簧模型在悬架系统中起作用，否则，车辆会出现左右高度不在正常位置的情况，需重新将高度调节回去。
本发明取得的有益效果是：通过ECU控制单元接收车用传感器采集信号和驾驶室开关信号，分析整车实时数据并判定当前车辆的行驶工况，进而做出目标高度决策以控制电磁阀对气囊进行充放气，以达到一种最佳的行驶状态。通过商用车上的若干个传感器信号来识别和判定当前车辆的行驶状态，自适应性的调整当前车辆的底盘高度来达到最佳的行驶状态，不仅能够满足用户对驾驶平顺性和乘坐舒适性的基本要求，相比传统的悬架系统驱动性和节能减排性也会更优，同时这种自适应调节能力还能够减少驾驶员的频繁操作因而更加便捷和舒适。
附图说明
图1为三点高度控制6×2带提升桥ECAS结构示意图；
图2为高度控制策略框图；
附图标记：1、ECU；2、第一电磁阀；3、第二电磁阀；4、第三电磁阀；5、储气罐；6、驾驶室开关或遥控器信号；7、前桥左气囊；8、前桥右气囊；9、驱动桥左气囊；10、驱动桥右气囊；11、随动桥左气囊；12、随动桥右气囊；13、提升桥气囊；14、高度传感器；15、压力传感器。
具体实施方式
下面结合附图和具体实施例对本发明作更进一步的说明。
如图1所示，本发明的一种商用车自适应空气悬架系统，包括前桥左气囊、前桥右气囊、第一电磁阀、驱动桥左气囊、驱动桥右气囊、第二电磁阀、随动桥左气囊、随动桥右气囊、提升桥气囊和第三电磁阀，第一电磁阀的进气口与储气罐连通，第一电磁阀的一个出气口与前桥左气囊连通，另一个出气口与前桥右气囊连通；
第二电磁阀的进气口与储气罐连通，第二电磁阀的一个出气口与驱动桥左气囊连通，另一个出气口与驱动桥右气囊连通；
第三电磁阀的进气口与储气罐连通，第三电磁阀的一个出气口与随动桥左气囊和随动桥右气囊均连通，另一个出气口与提升桥气囊连通；第一电磁阀、第二电磁阀和第三电磁阀均与ECU连接。
本实施例中，驱动桥左气囊和驱动桥右气囊处均设有压力传感器和高度传感器。前桥左气囊处设有高度传感器，随动桥左气囊处设有压力传感器，提升桥气囊处设有压力传感器，ECU与驾驶室开关或遥控器相连。
通过ECU控制单元接收车用传感器采集信号和驾驶室开关信号，分析整车实时数据并判定当前车辆的行驶工况，进而做出目标高度决策以控制电磁阀对气囊进行充放气，以达到一种最佳的行驶状态。
本发明还提供了一种商用车自适应空气悬架系统控制方法，包括以下步骤：
a、车辆启动后，当车速低于设定值V1(标定量，默认值约为20Km/h)并持续设定时间ΔT1，同时ECU收到驾驶室开关信号或遥控器信号时，进入手动控制工况；此时ECU以驾驶室开关信号或遥控器控制信号为目标输入，结合高度传感器、压力传感器及车速传感器反馈的实时信号，判断当前状态并对当前车辆高度进行控制；此时，正常高度控制、遥控器控制、牵引辅助功能、提升桥控制功能及轴荷控制功能均可执行。
正常高度控制：正常高度控制包含I/II/III三个档位，分别对应车身中位，车身高位和车身低位；正常高度控制模式时，ECU上电后保持当前高度不变，当接收到开关请求输入(开关上升沿变化)时，依照开关请求输入，控制电磁阀对气囊进行充气/放气，调整车辆高度至请求高度。
当车速低于设定值1(默认值约为20Km/h)时，为正常高度控制模式，此时悬架高度由驾驶室正常高度控制开关按钮控制。
遥控器控制：当车速低于设定值2(默认值约为15Km/h)且持续时间超过设定值时，若检测到遥控器信号输入，则进入遥控器控制模式。遥控器功能：前轴控制指示灯、后轴控制指示灯、提升轴控制指示灯、前轴控制开关键、后轴控制开关键、提升轴控制开关键、记忆高度M1、记忆高度M2、复位键、上升键、下降键、停止键，车速大于设定值(标定量，默认值约为15Km/h)且持续时间超过设定值(标定量)后，遥控器不可用。
牵引辅助功能：依据牵引辅助控制开关请求输入或者系统收到差速锁信息(CAN信号)，控制电磁阀对驱动桥气囊执行充气动作至驱动桥压力传感器读数到设定最大值(标定量)。车速超过设定值(标定量，默认值20Km/s)，并且持续时间超过设定值(标定量)，牵引辅助功能解除。
提升桥控制功能：
1、依据提升桥控制开关请求输入(2档，提升或者下降，默认下降)或者遥控器开关请求输入，控制提升桥电磁阀对提升气囊进行充气、放气，使得提升桥提升或者下落到设定高度(提升气囊和承载气囊气压反馈，该值随车型变化)；
2、提升桥处于提升状态，控制驱动桥气囊高度增加一定值(标定量)，同时将高度控制I/II/III三档值分别提高一定值(标定量)；
3、车速大于设定值(标定量)(默认值约为20Km/h)、或者系统检测到制动信号(发动机制动、排气制动、缓速器制动、行车脚刹)，提升桥控制不可用；
4、过载保护功能：采用气压传感器监控驱动桥支撑的气压，设定需要监控的临界气压值，当车辆载荷大于设定值时，系统进行相应动作以实现自我保护；
(1)正常状态过载保护：此状态时提升桥处于放下状态，当气囊气压达到正常满载气压的130％，系统将报警；当载荷继续增大到支撑气囊所承受的极限气压时，则直接放光所有支撑气囊内的空气，悬架完全放下，防止气囊爆裂；
(2)提升状态过载保护：此状态时提升桥处于未放下状态，用于保护提升桥未放下时的驱动桥支撑气囊；当气压上升并超出保护临界气压时放下提升桥，分担驱动桥的载荷；若载荷继续上升，使气囊气压上升到正常满载气压的130％，系统将报警；当载荷继续增大到支撑气囊所承受的极限气压时，则直接放光所有支撑气囊内的空气，悬架完全放下，防止气囊爆裂；在气囊气压处于正常满载气压的130％之内时，若车辆的负荷减小，驱动桥支撑气囊气压降低到临界气压以下，则重新收起提升桥，重新由驱动桥单独承受负荷。
轴荷控制功能：依据轴荷控制开关请求输入(2档，等比分配或者最佳驱动，默认等比分配)，若开关处在等比分配档，控制驱动桥、提升桥、随动桥气囊压力按设定值比例(标定量)值分配；若开关处在最佳驱动档，优先控制驱动桥气囊压力至设定值(标定量)。车速高于设定值(标定量)，轴荷控制功能不可用。
b、当车速高于设定值V2(标定量，默认值约为20Km/h)并持续设定时间ΔT2(标定量)时，进入自适应控制工况，在自适应控制工况下，ECU以高度传感器、压力传感器及车速传感器实时信号为输入，自动辨识当前实时工况，并作出自适应调节以确保车辆平稳行驶。
通常情况下，ECU实时将当前高度值与储存在ECU中的正常高度档标定高度值(标定量)作比较，当车辆高度不正常且持续时间超过设定值时，ECU控制电磁阀对气囊进行充气/放气，将车辆高度调整到合理高度(即自动高度控制功能)。
正常高度包含I/II/III三个档位，分别对应车身中位，车身高位和车身低位；车辆高度不正常指正常高度I/II/III都有一个偏差(上、下限)，上、下限值同高度传感器相关(标定量)，超出上、下限值车辆高度不正常。即当实时车速低于设定值V3(默认值约为60Km/h)并持续设定时间ΔT3时，高度自动调整到II档；当实时车速高于设定值V4(默认值约为80Km/h)并持续设定时间ΔT4时，高度自动调整到III档。
当车辆识别到特殊工况时，ECU针对不同工况实时作出应对措施：
①直线高速行驶工况
识别条件：车速超过设定值(默认值约为90Km/h)持续一定时间，且左右高度传感器差值小于设定值并持续设定时间值，当前车辆进入直线高速行驶工况。
执行动作：ECU对气囊放气，将当前底盘高度降低到设定值(低于高度II档)，以保证车辆高速平稳行驶；
②制动工况
识别条件：检测到制动信号(发动机制动、排气制动、缓速器制动、行车脚刹)时系统进入制动工况。
执行动作：此工况下高度控制功能禁用，ECU不会对充放气进行控制；
③连续转弯工况
识别条件：左右高度传感器的高度偏离正常高度，并且高度差在设定时间内保持稳定。高度起伏幅度大小受车速影响，持续时间超过设定值，此时当前车辆进入连续转弯工况。
执行动作：ECU不会对充放气进行控制，使气囊以完整的弹簧模型在悬架系统中起作用。否则，在完成转弯后，车辆会出现左右不平的情况。
④起伏路面工况
识别条件：左右高度传感器的高度变化曲线呈现同步上下起伏状态，并持续一定时间，此时当前车辆进入起伏路面工况。
执行动作：ECU不会对充放气进行控制，使气囊以完整的弹簧模型在悬架系统中起作用。否则，在完成转弯后，车辆会出现左右不平的情况。
⑤冲击路面工况
识别条件：高度传感器的高度发生突变，振动时间较短，振幅大。
执行动作：ECU不会对充放气进行控制，使气囊以完整的弹簧模型在悬架系统中起作用。否则，车辆会出现左右高度不在正常位置的情况，需重新将高度调节回去。
以上显示和描述了本发明的基本原理和主要结构特征。本发明不受上述实例的限制，在不脱离本发明精神和范围的前提下，本发明还会有各种变化和改进，这些变化和改进都落入要求保护的本发明的范围内。本发明要求保护范围由所附的权利要求书及其等效物界定。

Claims (9)

1.一种商用车自适应空气悬架系统，其特征在于：包括前桥左气囊、前桥右气囊、第一电磁阀、驱动桥左气囊、驱动桥右气囊、第二电磁阀、随动桥左气囊、随动桥右气囊、提升桥气囊和第三电磁阀，所述第一电磁阀的进气口与储气罐连通，所述第一电磁阀的一个出气口与前桥左气囊连通，另一个出气口与前桥右气囊连通；
所述第二电磁阀的进气口与储气罐连通，所述第二电磁阀的一个出气口与驱动桥左气囊连通，另一个出气口与驱动桥右气囊连通；
所述第三电磁阀的进气口与储气罐连通，所述第三电磁阀的一个出气口与随动桥左气囊和随动桥右气囊均连通，另一个出气口与提升桥气囊连通；
所述第一电磁阀、第二电磁阀和第三电磁阀均与ECU连接。
2.根据权利要求1所述的商用车自适应空气悬架系统，其特征在于：所述驱动桥左气囊和驱动桥右气囊处均设有压力传感器和高度传感器。
3.根据权利要求1所述的商用车自适应空气悬架系统，其特征在于：所述前桥左气囊处设有高度传感器。
4.根据权利要求1所述的商用车自适应空气悬架系统，其特征在于：所述随动桥左气囊处设有压力传感器。
5.根据权利要求1所述的商用车自适应空气悬架系统，其特征在于：所述提升桥气囊处设有压力传感器。
6.根据权利要求1所述的商用车自适应空气悬架系统，其特征在于：所述ECU与驾驶室开关或遥控器相连。
7.一种商用车自适应空气悬架系统控制方法，其特征在于：包括以下步骤：
a、车辆启动后，当车速低于设定值V1并持续设定时间ΔT1，同时ECU收到驾驶室开关信号或遥控器信号时，进入手动控制工况；此时ECU以驾驶室开关信号或遥控器控制信号为目标输入，结合高度传感器、压力传感器及车速传感器反馈的实时信号，判断当前状态并对当前车辆高度进行控制；此时，正常高度控制、遥控器控制、牵引辅助功能、提升桥控制功能及轴荷控制功能均可执行；
b、当车速高于设定值V2，V2＞V1，并持续设定时间ΔT2时，进入自适应控制工况，在自适应控制工况下，ECU以高度传感器、压力传感器及车速传感器实时信号为输入，自动辨识当前实时工况，并作出自适应调节以确保车辆平稳行驶。
8.根据权利要求1所述的商用车自适应空气悬架系统控制方法，其特征在于：步骤a中，当车速低于设定值V0，V0＜V1，且持续时间超过设定值时，若检测到遥控器信号输入，则进入遥控器控制模式。
9.根据权利要求1所述的商用车自适应空气悬架系统控制方法，其特征在于：步骤b中，车速超过设定值持续一定时间，且左右高度传感器差值小于设定值并持续设定时间值，当前车辆进入直线高速行驶工况，ECU对气囊放气，将当前底盘高度降低到设定值，以保证车辆高速平稳行驶；
检测到制动信号时系统进入制动工况，此工况下高度控制功能禁用，ECU不会对充放气进行控制；
左右高度传感器的高度偏离正常高度，并且高度差在设定时间内保持稳定。高度起伏幅度大小受车速影响，持续时间超过设定值，此时当前车辆进入连续转弯工况，ECU不会对充放气进行控制，使气囊以完整的弹簧模型在悬架系统中起作用；
左右高度传感器的高度变化曲线呈现同步上下起伏状态，并持续一定时间，此时当前车辆进入起伏路面工况，ECU不会对充放气进行控制，使气囊以完整的弹簧模型在悬架系统中起作用；
高度传感器的高度发生突变，振动时间较短，振幅大，此时当前车辆进入冲击路面工况，ECU不会对充放气进行控制，使气囊以完整的弹簧模型在悬架系统中起作用。
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