基于AMESim的電子控制空氣懸架系統(tǒng)特性的分析

林良高

摘 要：本文通過熱力學(xué)與流體力學(xué)對某種電子控制空氣懸架系統(tǒng)進行相關(guān)的數(shù)學(xué)模型搭建，基于AMESim軟件的功能進行元件與子模型的仿真搭建，同時對該空氣懸架系統(tǒng)的性能加以仿真模擬，仿真效果良好，并獲取剛度及阻尼特性，再通過試驗臺實踐性試驗，發(fā)現(xiàn)該模型能夠有效仿真電子控制空氣懸架系統(tǒng)的特性。

關(guān)鍵詞：AMESim；電子控制；空氣懸架系統(tǒng)；特性仿真

目前，許多發(fā)達國家的大型客車基本全部使用了ECAS系統(tǒng)，重型載貨車使用ECAS的比例也達到了85%以上，部分的轎車目前也逐漸開始安裝空氣懸架，而對于特種車輛，像救護車、消防車等則必須安裝空氣懸架。

國外車輛空氣懸架經(jīng)歷了幾個主要階段的發(fā)展，ECAS的電子控制系統(tǒng)能夠讓車輛在不同路況的路面實現(xiàn)主動調(diào)節(jié)與控制，具有很高的適用性。而我國對空氣懸架的應(yīng)用水平目前還遠遠落后于國外，近幾年隨著高檔車數(shù)量的增多，人們開始重視汽車的舒適性，這才使得空氣懸架逐步在國內(nèi)應(yīng)用起來。

由于電子控制空氣懸架系統(tǒng)的特性決定了車輛的安全穩(wěn)定性，因此，在對ECAS應(yīng)用之前進行全面的數(shù)據(jù)特性模擬分析具有重要意義。

一、ECAS系統(tǒng)的簡介與特性分析

ECAS誕生于1986年，由威伯科汽車公司發(fā)明，全稱為electronic-controlled air suspension，ECAS的制造與應(yīng)用讓全世界的車輛首次擁有電子控制空氣懸架系統(tǒng)。ECAS能夠讓車輛在路況較差的路段進行高度調(diào)整，減輕車輛震蕩的影響，同時能夠通過氣囊改變客車側(cè)門高度，有助于一些行動不便的乘客搭乘。

（一）ECAS系統(tǒng)組成

ECAS系統(tǒng)主要由電子控制單元、高度傳感器、電磁閥、氣囊等部件組成，如圖1所示。

（二）ECAS工作原理

它的基本工作原理是將高度傳感器安裝于車架上，通過擺桿與橋連接，當車身與橋高度變化時，高度傳感器內(nèi)產(chǎn)生感應(yīng)電流，電信號傳至ECU，進而與設(shè)定高度比較，給出控制信號，通過氣囊的充放氣來實現(xiàn)車身高度的恒定。

（三）ECAS功能特性

1.底盤升降功能

車輛行駛在一些復(fù)雜路段時，底盤過低可能會對車輛造成一些損害，ECAS能夠控制底盤的高度，保證底盤適應(yīng)路況，確保車輛行駛安全。

2.調(diào)節(jié)過程加快

通過采用截面較大的出氣口電磁閥，能夠有效降低調(diào)節(jié)速度，實現(xiàn)及時的調(diào)節(jié)控制。

3.降低空氣消耗

車輛振動行駛中會產(chǎn)生較大的空氣消耗，ECAS對機械高度閥的控制，能夠有效降低空氣消耗。

（四）ECAS主要組成部件結(jié)構(gòu)原理

1.懸架控制開關(guān)

這是一種安裝于變速器操作桿周邊的雙翹板式開關(guān)，主要有LRC開關(guān)與高度控制開關(guān)。其中LRC開關(guān)用于對減振器阻尼力以及蛋黃剛度的選擇，并且其操作狀況能夠從儀表盤中得到顯示；高度控制開關(guān)，顧名思義是進行汽車高度控制的開關(guān)，其操作狀態(tài)也能夠從儀表盤中得以顯示。

2.轉(zhuǎn)向角度傳感器

這是安裝于轉(zhuǎn)向軸的設(shè)備，通過光靈敏晶體管進行轉(zhuǎn)向信息的檢測，包括轉(zhuǎn)向角度與方向。其工作原理是槽孔圓盤轉(zhuǎn)動結(jié)合遮光器進光信號與開關(guān)信號的轉(zhuǎn)換。

二、對某種ECAS系統(tǒng)的AMESim仿真模型建立

（一）構(gòu)建數(shù)學(xué)模型

1.空氣彈簧數(shù)學(xué)模型

2.減振器數(shù)學(xué)模型

減振器的運行過程中，分為壓縮與回彈兩個部分，除了液體流向相反，其余的原理形式均相同。在實際的運行中，減振器的活塞相對減振器油缸作向下垂直運動，容積受壓縮變小，油液一部分流入上腔，一部分流入回油腔，進而流入上腔，一部分通過流通孔流入補償腔，一部分流入阻尼調(diào)節(jié)器中，進而流入回油腔，在流入上腔。

公式中對應(yīng)符號分別表示為：t時刻氣體壓力、氣體體積、補償腔油液流量、初始時刻氣體壓力、初始時刻氣體體積。

（二）仿真模型的建立

基于AMESim軟件進行元件選定，對以上ECAS數(shù)學(xué)模型進行系統(tǒng)仿真搭建，同時設(shè)立相應(yīng)的子模型，同時搭建空氣彈簧、可調(diào)阻尼減震器一系列部件模型，再通過調(diào)節(jié)電磁閥輸入信號，控制開閉。實驗中，對仿真模型施加0.05m振幅，頻率采用0.2-1.0Hz共五種。

（三）仿真與試驗結(jié)果對比

試驗發(fā)現(xiàn)，一定頻率下，懸架系統(tǒng)有4種工況變化情況：

仿真模型在單個周期內(nèi)減振器能量消耗的結(jié)果與試驗結(jié)果對比為下表：

由此表可得，該模型能夠準確表達4中工況能耗的相連關(guān)系，其中，不通工況下能耗最多，全通工況下能耗最少，上通時減震系統(tǒng)回彈時與全通工況吻合，進而產(chǎn)生疊加效果，能耗巨大，下通工況與上通原理能耗情況基本相同。上通與下通時，單個周期能耗相差較小，在全通或不通能耗之間。在減振器阻尼力與速度的關(guān)系上，試驗發(fā)現(xiàn)震蕩速度越高，阻尼力越高。不通工況下阻尼力最大，全通下最小，上通與下通，分別在壓縮過程與拉伸過程阻力為最大值，相反在拉伸與壓縮過程為最小值。通過試驗分析可知，該仿真模型能夠較好反應(yīng)懸架系統(tǒng)能耗情況，準確表達懸架行程中間位置速度與阻尼力的關(guān)系，較強地反映出ECAS系統(tǒng)的剛度特性。

三、結(jié)語

通過對ECAS的結(jié)構(gòu)以及原理進行分析闡述，提出ECAS所具備的優(yōu)勢，并對某種ECAS系統(tǒng)進行數(shù)學(xué)模型構(gòu)建，進而基于AMESim系統(tǒng)進行仿真處理，通過對懸架系統(tǒng)減振器性能的試驗分析，對ECAS進行特性分析，得知該模型能夠有效對懸架剛度、阻尼特性等進行仿真。

參考文獻：

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