电控空气悬架系统试验台设计
随着我国汽车控制技术的不断进步，电控空气悬架以其优越性逐渐代替了传统空气悬架。搭载电控空气悬架的汽车日益增多，对于学习汽车相关的学生来说，掌握了解电控空气悬架的结构组成及工作原理是非常重要的，这需要有相关的设备让学生来学习研究，为此，设计电控空气悬架系统试验台对学生在校的学习有着极其重要的意义。文章以雷克萨斯ls400的电控空气悬架系统为设计基础，设计了一台能够进行故障演示的电控空气悬架试验台。首先阐述了电控空气悬架的结构组成及工作原理，然后对试验台进行了一些规格设计，主要包括了试验台设计原则及功能、台架设计、动力源及负载选择、台架电路图、故障点设计等内容；最后对台架故障演示说明与相关故障点进行了一些相关介绍，从而完成了电控空气悬架系统试验台的设计。
关键词 电控悬架，试验台，雷克萨斯ls400，空气弹簧
目 录
1 绪论 1
1.1 选题背景及意义 1
1.2 国内外研究现状及发展趋势 1
1.3 本文主要研究内容 3
2 LS400电控空气悬架系统的结构与工作原理 4
2.1 电控空气悬架的基本组成 4
2.2 控制原理 5
2.3 系统电路图 11
3 电控空气悬架系统试验台的总体设计方案 11
3.1 试验台设计原则 11
3.2 试验台主要功能 12
3.3 试验台架的设计 13
3.4 试验台动力源和负载的选择 13
4 试验台的电路图设计及其故障演示 14
4.1 试验台面板电路图的设计 14
4.2 台架故障演示步骤说明 14
4.3 故障点设计 16
4. *好棒文|www.hbsrm.com +Q: *351916072*
4 故障点解析 16
4.5 电控空气悬架在不同行驶状况下传感器控制状态表 18
4.6 故障开关设计 19
4.7 故障诊断 19
结论 24
致谢 25
参考文献 26
1 绪论
1.1 选题背景及意义
1.1.1 选题背景
悬架是汽车底盘系统中的一个关键的部分，这个部分的性能对于车辆行驶的平顺性以及安全性有着重要深远的影响。通过控制弹簧的刚度和阻尼，主动和半主动的电控空气悬架得以适应汽车行驶的不同的地面条件，这样能显著提高整车行驶的舒适性和保障性，成为汽车底盘技术领域的研究热点之一。这对于学习汽车相关专业的我们和汽车驾驶员和从事汽车维修工作的人员来说，懂得和熟悉该系统的工作原理、结构和工作状况，了解和掌握汽车运行中出现的故障现象、原因及排除方法，对正确运用电控空气悬架系统的使用寿命有着非常重要的意义。
随着人们对汽车驾驶和乘坐的舒适性的追求不断提高,电子控制空气悬架系统的深入研究成为人们重点深入的课题。据此根据电控空气悬架系统工作原理，研制了ls400汽车电控空气悬架系统试验台，以此来增强实践动手能力，并且为以后的教学提供了非常好的教学实验平台。
1.1.2 课题研究的意义
基于上述背景，本课题以ls400汽车为例，通过设计制作电控空气悬架系统试验台，更系统的了解汽车电控空气悬架的一般概念和基本原理、汽车悬架工作过程和工作情况以及如何正确使用电控空气悬架、分析电控空气悬架系统的研究现状及其发展趋势，重点研究电控空气悬架系统，对电控空气悬架系统有更深刻的掌握。
1.2 国内外研究现状及发展趋势
1.2.1 国外现状
1973年，美国加州大学的两位学者D．C．Kamopp与D．A．Crosby第一次提出了可调节的半主动悬架的基本概念。其原理是根据可调刚度弹簧或可调阻尼的减振器组成的悬架，通过车身载重以及车速、路况等各种信号来反馈，从而改变弹簧刚度和减振器的阻尼，以达到较好的减振效果。1947年，美国率先将空气弹簧运用在普尔曼车上，自此之后，其他西方发达国家及日本等国家才开始展开对空气弹簧的研究。
2002年，梅赛德斯一奔驰在Adaptive Damping System II基础上研发了自适应阻尼的ECAS系统(Airmatic DC System)，并应用于新E级轿车上。2006年，新Audi A8L 6.0 quattro空气悬架的减振器采用无级电子双管气压控制，实现了非智能材料减振器阻尼力的无级调节侧。
目前，空气悬架在国外豪华汽车上已被广泛采用，在高速客车和豪华城市客车上的使用率已达100%，在中、重型货车以及挂车上的使用率也超过80%。同时部分高级轿车上也有选装空气弹簧悬架的，如美国的林肯，德国的Benz300SE和Benz600等。目前空气悬架和空气弹簧生产的厂家主要集中在汽车工业发达国家，如美国的Neway , Ridewell. Fire- stone , Good year和德国的SAF.BPW等。
1.2.2 国内现状
我国对空气弹簧进行研究始于20世纪50年代。1957年，长春汽车研究所与化工部橡胶工业研究所合作制造出我国第一辆装有空气悬架的载重汽车，而后相继又设计了公共汽车、无轨电车以及轨道车辆等多种车辆的空气悬架。
近年来，随着高档客车制造技术的引进，加上国家对客车等级划分标准的实施，空气悬架开始逐步应用起来。目前空气悬架主要集中应用在高级客车上，但是受多方而因素的制约，其配置率仍然很低，基本上还属于“引进”阶段。据统计，国内相对较多的应用主要集中在郑州宇通、厦门金龙、苏州金龙、金华青年、济南重汽、扬州亚星、一汽客车、东风杭汽等规模较大的客车、载重车及底盘厂家。此外，国内其他一些客车厂家都是以选装国外空气悬架产品为主。严格地说，目前我国还没有整套空气悬架的生产厂家，而且在载重汽车上的应用也还处于起步阶段，自主开发能力还有待于进一步的提高。
国内现阶段的研究主要集中在以下方而:悬架系统的建模和分析;控制算法的研究;空气弹簧及减振器的研究。相信随着我国汽车业的高速发展，以及电控技术和精密加工技术等相关技术的不断飞跃创新、生产成本的大幅度降低，国内电控空气悬架系统的研究将会越来越成熟。
1.2.3 发展趋势
自二十世纪以来，汽车和有关汽车的发明的迅猛发展，尤其是二十世纪末期，它的发展对人的生活方式有了莫大的影响，不仅改变了人们的交通工具，也使得人们对汽车的厚望越来越大，不仅要求其在方便出行的同时，还可以实现快捷、舒适、安全、可靠这些要求。由于汽车的驾驶稳定性、平顺性，乘坐舒适性越来越受到人们的重视，汽车电控空气悬架系统现已成为汽车的最为基本的设备，包括相关工业的飞速发展为电控空气悬架的发展获得了有效的保障，电控空气悬架系统正迅速发展和普及。
2010年以来，中国汽车业发展迅速，到目前我国生产的各类汽车中，中高端轿车基本上都配置了电控空气悬架系统。电控空气悬架系统其在汽车上的运用与日俱增，直接导致分析和检修电控空气悬架系统的结构成为了每一位汽车维修人员的必备技能。目前国外生产的电控空气悬架系统试验台的结构复杂，且价格较高，在国内汽车维修行业中应用也相对较少，国产试验台的应用较多。所以开发具有自主知识产权的检测设备和电子控制悬架系统试验台完全适合我国当前的情况,台架试验和分析各种电子控制悬架系统的基本性质和常见的故障,在试验平台的设计和开发上我们任重道远。
图2.5 车身高度传感器与ECU之间的连接电路
空气弹簧是电控空气悬架系统中的关键部件之一，它的组成是橡胶气囊、上盖板、底座、辅助气室、夹紧环、缓冲块等一系列部件组成，在其内部充满了压缩气体。
1 绪论 1
1.1 选题背景及意义 1
1.2 国内外研究现状及发展趋势 1
1.3 本文主要研究内容 3
2 LS400电控空气悬架系统的结构与工作原理 4
2.1 电控空气悬架的基本组成 4
2.2 控制原理 5
2.3 系统电路图 11
3 电控空气悬架系统试验台的总体设计方案 11
3.1 试验台设计原则 11
3.2 试验台主要功能 12
3.3 试验台架的设计 13
3.4 试验台动力源和负载的选择 13
4 试验台的电路图设计及其故障演示 14
4.1 试验台面板电路图的设计 14
4.2 台架故障演示步骤说明 14
4.3 故障点设计 16
4. *好棒文|www.hbsrm.com +Q: *351916072*
4 故障点解析 16
4.5 电控空气悬架在不同行驶状况下传感器控制状态表 18
4.6 故障开关设计 19
4.7 故障诊断 19
结论 24
致谢 25
参考文献 26
1 绪论
1.1 选题背景及意义
1.1.1 选题背景
悬架是汽车底盘系统中的一个关键的部分，这个部分的性能对于车辆行驶的平顺性以及安全性有着重要深远的影响。通过控制弹簧的刚度和阻尼，主动和半主动的电控空气悬架得以适应汽车行驶的不同的地面条件，这样能显著提高整车行驶的舒适性和保障性，成为汽车底盘技术领域的研究热点之一。这对于学习汽车相关专业的我们和汽车驾驶员和从事汽车维修工作的人员来说，懂得和熟悉该系统的工作原理、结构和工作状况，了解和掌握汽车运行中出现的故障现象、原因及排除方法，对正确运用电控空气悬架系统的使用寿命有着非常重要的意义。
随着人们对汽车驾驶和乘坐的舒适性的追求不断提高,电子控制空气悬架系统的深入研究成为人们重点深入的课题。据此根据电控空气悬架系统工作原理，研制了ls400汽车电控空气悬架系统试验台，以此来增强实践动手能力，并且为以后的教学提供了非常好的教学实验平台。
1.1.2 课题研究的意义
基于上述背景，本课题以ls400汽车为例，通过设计制作电控空气悬架系统试验台，更系统的了解汽车电控空气悬架的一般概念和基本原理、汽车悬架工作过程和工作情况以及如何正确使用电控空气悬架、分析电控空气悬架系统的研究现状及其发展趋势，重点研究电控空气悬架系统，对电控空气悬架系统有更深刻的掌握。
1.2 国内外研究现状及发展趋势
1.2.1 国外现状
1973年，美国加州大学的两位学者D．C．Kamopp与D．A．Crosby第一次提出了可调节的半主动悬架的基本概念。其原理是根据可调刚度弹簧或可调阻尼的减振器组成的悬架，通过车身载重以及车速、路况等各种信号来反馈，从而改变弹簧刚度和减振器的阻尼，以达到较好的减振效果。1947年，美国率先将空气弹簧运用在普尔曼车上，自此之后，其他西方发达国家及日本等国家才开始展开对空气弹簧的研究。
2002年，梅赛德斯一奔驰在Adaptive Damping System II基础上研发了自适应阻尼的ECAS系统(Airmatic DC System)，并应用于新E级轿车上。2006年，新Audi A8L 6.0 quattro空气悬架的减振器采用无级电子双管气压控制，实现了非智能材料减振器阻尼力的无级调节侧。
目前，空气悬架在国外豪华汽车上已被广泛采用，在高速客车和豪华城市客车上的使用率已达100%，在中、重型货车以及挂车上的使用率也超过80%。同时部分高级轿车上也有选装空气弹簧悬架的，如美国的林肯，德国的Benz300SE和Benz600等。目前空气悬架和空气弹簧生产的厂家主要集中在汽车工业发达国家，如美国的Neway , Ridewell. Fire- stone , Good year和德国的SAF.BPW等。
1.2.2 国内现状
我国对空气弹簧进行研究始于20世纪50年代。1957年，长春汽车研究所与化工部橡胶工业研究所合作制造出我国第一辆装有空气悬架的载重汽车，而后相继又设计了公共汽车、无轨电车以及轨道车辆等多种车辆的空气悬架。
近年来，随着高档客车制造技术的引进，加上国家对客车等级划分标准的实施，空气悬架开始逐步应用起来。目前空气悬架主要集中应用在高级客车上，但是受多方而因素的制约，其配置率仍然很低，基本上还属于“引进”阶段。据统计，国内相对较多的应用主要集中在郑州宇通、厦门金龙、苏州金龙、金华青年、济南重汽、扬州亚星、一汽客车、东风杭汽等规模较大的客车、载重车及底盘厂家。此外，国内其他一些客车厂家都是以选装国外空气悬架产品为主。严格地说，目前我国还没有整套空气悬架的生产厂家，而且在载重汽车上的应用也还处于起步阶段，自主开发能力还有待于进一步的提高。
国内现阶段的研究主要集中在以下方而:悬架系统的建模和分析;控制算法的研究;空气弹簧及减振器的研究。相信随着我国汽车业的高速发展，以及电控技术和精密加工技术等相关技术的不断飞跃创新、生产成本的大幅度降低，国内电控空气悬架系统的研究将会越来越成熟。
1.2.3 发展趋势
自二十世纪以来，汽车和有关汽车的发明的迅猛发展，尤其是二十世纪末期，它的发展对人的生活方式有了莫大的影响，不仅改变了人们的交通工具，也使得人们对汽车的厚望越来越大，不仅要求其在方便出行的同时，还可以实现快捷、舒适、安全、可靠这些要求。由于汽车的驾驶稳定性、平顺性，乘坐舒适性越来越受到人们的重视，汽车电控空气悬架系统现已成为汽车的最为基本的设备，包括相关工业的飞速发展为电控空气悬架的发展获得了有效的保障，电控空气悬架系统正迅速发展和普及。
2010年以来，中国汽车业发展迅速，到目前我国生产的各类汽车中，中高端轿车基本上都配置了电控空气悬架系统。电控空气悬架系统其在汽车上的运用与日俱增，直接导致分析和检修电控空气悬架系统的结构成为了每一位汽车维修人员的必备技能。目前国外生产的电控空气悬架系统试验台的结构复杂，且价格较高，在国内汽车维修行业中应用也相对较少，国产试验台的应用较多。所以开发具有自主知识产权的检测设备和电子控制悬架系统试验台完全适合我国当前的情况,台架试验和分析各种电子控制悬架系统的基本性质和常见的故障,在试验平台的设计和开发上我们任重道远。
图2.5 车身高度传感器与ECU之间的连接电路
空气弹簧是电控空气悬架系统中的关键部件之一，它的组成是橡胶气囊、上盖板、底座、辅助气室、夹紧环、缓冲块等一系列部件组成，在其内部充满了压缩气体。
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