電子控制空氣懸架系統(tǒng)ECAS CAN2在GZ-4客車上的應(yīng)用

史先松

電子控制空氣懸架系統(tǒng)ECAS CAN2在GZ-4客車上的應(yīng)用

史先松

（安徽安凱汽車股份有限公司，合肥230051）

介紹電子控制空氣懸架系統(tǒng)ECAS CAN2的組成、功能及其在GZ-4客車上的應(yīng)用，闡述ECAS CAN2在城市客車上的應(yīng)用優(yōu)勢(shì)。

電子控制；空氣懸架系統(tǒng)；城市客車；ECAS CAN2

傳統(tǒng)的空氣懸架采用機(jī)械高度閥的控制模式，即通過高度閥進(jìn)排氣口的開閉實(shí)現(xiàn)對(duì)氣囊的充放氣調(diào)節(jié)，從而使車輛的車身保持恒定高度[1-2]。隨著懸架控制技術(shù)的發(fā)展，出現(xiàn)了電子控制空氣懸架系統(tǒng)ECAS。該系統(tǒng)在提高行車舒適性和反應(yīng)靈敏度的同時(shí)，較傳統(tǒng)空氣懸架可節(jié)省20%～25%的空氣消耗量，同時(shí)附加多種輔助功能，如：車輛升降功能、側(cè)跪（kneeling）功能、過載保護(hù)及提升橋控制等。本文以我公司GZ-4客車為例，闡述第二代電子控制空氣懸架系統(tǒng)ECAS CAN2（該系統(tǒng)在原ECAS基礎(chǔ)上，采用了CAN總線通訊技術(shù)與整車系統(tǒng)進(jìn)行通訊，除了具有更加強(qiáng)大的功能外，在控制精度和響應(yīng)特性上也進(jìn)行了相應(yīng)優(yōu)化）的組成、工作原理及其在城市客車上應(yīng)用的優(yōu)勢(shì)[2]。

1 ECAS CAN2的組成及功能

ECASCAN2由ECU電控單元、組合電磁閥、高度傳感器、壓力傳感器、CAN總線系統(tǒng)等組成，各部件的功能如下：

1）ECU電控單元。可實(shí)現(xiàn)車輛不同高度值的儲(chǔ)存和管理，負(fù)責(zé)與診斷工具進(jìn)行數(shù)據(jù)交換，同時(shí)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)所有部件的操作，檢測(cè)并儲(chǔ)存系統(tǒng)故障。

2）組合電磁閥。ECASCAN2電磁閥是高度集成化和模塊化的設(shè)計(jì)。取決于不同的配置，在通用的外部殼體內(nèi)可以布置不同數(shù)量的電磁閥部件。ECAS CAN2組合電磁閥可大大節(jié)省零部件數(shù)量、安裝空間以及裝配費(fèi)用。為了降低排氣噪聲，電磁閥排氣口帶有消聲器。組合電池閥整個(gè)工作過程主要包括：建壓、保壓和泄壓等。

3）高度傳感器。外形看起來與機(jī)械高度閥相似，其安裝方式和安裝位置也完全相同。傳感器內(nèi)部包含線圈和樞軸，當(dāng)車橋與車身之間的距離發(fā)生變化時(shí)，高度橫擺桿轉(zhuǎn)動(dòng)并帶動(dòng)相應(yīng)的電樞在線圈中上下直線運(yùn)動(dòng)，產(chǎn)生電流信號(hào)，傳遞給ECU。

4）壓力傳感器。安裝在懸架氣囊上，用來監(jiān)測(cè)空氣懸架氣囊壓力[3]。

ECAS CAN2可與整車CAN總線系統(tǒng)的信息共享，CAN總線通訊均遵循SAE-J1939協(xié)議。ECASCAN2系統(tǒng)可從整車CAN系統(tǒng)中獲得發(fā)動(dòng)機(jī)信號(hào)、制動(dòng)信號(hào)、車速信號(hào)、車門信號(hào)及氣壓信號(hào)等，結(jié)合高度傳感器檢測(cè)到的車架和車橋間距離變化的信號(hào)，共同傳遞給ECU電控單元，ECU電控單元綜合所有的輸入信息，判斷當(dāng)前車輛狀態(tài)，按照其內(nèi)部的控制邏輯激發(fā)組合電磁閥工作，實(shí)現(xiàn)對(duì)各個(gè)氣囊的充放氣調(diào)節(jié)。圖1為ECASCAN2系統(tǒng)整車構(gòu)架圖[4]。

組合電磁閥對(duì)氣囊充、放氣的控制過程中，會(huì)在車輛即將達(dá)到標(biāo)準(zhǔn)高度前，減少進(jìn)、放氣量降低上升或下降速度，避免氣囊出現(xiàn)過充或過放氣現(xiàn)象。為達(dá)到良好的節(jié)流效果，ECAS ECU采用脈沖方式控制電磁閥的開啟。根據(jù)車輛當(dāng)前實(shí)際高度與預(yù)期調(diào)節(jié)高度的偏差，ECU計(jì)算電磁閥的調(diào)節(jié)脈沖長(zhǎng)度，如果需要調(diào)節(jié)的高度量大、由于氣囊沒有過充氣的危險(xiǎn)，ECU將給出一個(gè)長(zhǎng)的脈沖，同時(shí)，快的上升速度將減小脈沖長(zhǎng)度，這樣就能精確控制車輛的高度調(diào)節(jié)速度，極大地避免了高度的過沖及振蕩調(diào)節(jié)[5]。

2 ECAS CAN2在GZ-4客車上的應(yīng)用

2.1 GZ-4整車主要參數(shù)及要求

GZ-4城市客車采用全承載骨架結(jié)構(gòu)，車長(zhǎng)12 000 mm，車寬2 550 mm，車高3 250 mm，軸距6 100 mm，前懸長(zhǎng)度2 620 mm，后懸長(zhǎng)度3 280 mm，前橋輪距2 096 mm，后橋輪距1 860 mm，最大總質(zhì)量為18 000 kg。根據(jù)國家標(biāo)準(zhǔn)和最大總質(zhì)量，采用兩軸承載，前軸滿載軸荷6 500 kg，后軸滿載軸荷11 500 kg[6]。柴油動(dòng)力驅(qū)動(dòng)，發(fā)動(dòng)機(jī)排量8.4 L，最大功率177 kW，自動(dòng)變速器，驅(qū)動(dòng)橋主減速器速比6.14，最高行駛車速69km/h。低地板一級(jí)踏步結(jié)構(gòu)，實(shí)現(xiàn)更大的車內(nèi)乘坐及站立空間；空氣懸架系統(tǒng)具有升降功能及側(cè)跪（kneeling）功能；最高車速69km/h[7]。

2.2 ECAS CAN2在GZ-4客車上的安裝

ECASCAN2在GZ-4客車上的應(yīng)用過程中，整車氣壓應(yīng)達(dá)到氣囊滿載氣壓要求，氣囊行程必須與減震器行程、推力桿行程等相關(guān)運(yùn)動(dòng)零部件的行程匹配，儲(chǔ)氣筒容量不能小于40 L，在氣囊行程范圍內(nèi)無零部件干涉現(xiàn)象，系統(tǒng)氣路無漏氣現(xiàn)象，保持氣路暢通，無氣管彎折現(xiàn)象，安裝溢流閥，確保制動(dòng)系統(tǒng)壓力，安裝管路濾清器保證氣路清潔。

1）ECU電控單元安裝。安裝在駕駛室或電氣艙中，要求接近性好，電插口朝下安裝，電插口下方留150 mm空間，以便診斷，ECU地線距ECU不超過3 m，避開熱源安裝。

2）組合電磁閥安裝。電磁閥安裝在相應(yīng)的車軸附近的車架或車架橫梁上，進(jìn)氣管內(nèi)徑不小于10 mm，出氣管內(nèi)徑不小于8 mm。電磁閥的排氣口應(yīng)水平方向。ECAS CAN2系統(tǒng)兩個(gè)電磁閥，分別安裝在前軸及后軸附近。

3）高度傳感器安裝。安裝在左右車架縱梁上或縱梁支架上，確保安裝牢固。高度傳感器L型連接桿支架安裝在車橋支架上，垂直安裝，橫擺桿和縱擺桿應(yīng)保持在同一平面內(nèi)，縱擺桿保持在垂直位置。選擇合適的縱桿長(zhǎng)度，使氣囊行程充分利用橫擺桿角度范圍±50°，同時(shí)避免在車輛上升時(shí)產(chǎn)生反跳。安裝過程中應(yīng)注意橫擺桿隨車架上升下降而擺動(dòng)的方向。圖2是高度傳感器及其擺桿常見的兩種安裝結(jié)構(gòu)。

4）壓力傳感器安裝。壓力傳感器應(yīng)盡量靠近氣囊，氣囊與壓力傳感器之間不可接裝其他設(shè)備，最好為獨(dú)立連接。

2.3 ECAS CAN2標(biāo)定

1）在下列情況時(shí)，ECAS系統(tǒng)的高度傳感器和壓力傳感器需要進(jìn)行標(biāo)定：ECAS CAN2初次安裝時(shí)；ECAS CAN2不同車輛應(yīng)用（如：從部分空氣懸架車輛換到全空氣懸架車輛上）時(shí)；更換高度傳感器或壓力傳感器時(shí)。ECAS CAN2正在連接診斷設(shè)備進(jìn)行標(biāo)定時(shí)，不能使用遙控器、操作按鍵或者通過CAN總線報(bào)文進(jìn)行操作。

2）ECASCAN2標(biāo)定主要包括：基本參數(shù)（車輛類型、高度傳感器數(shù)量及位置等）標(biāo)定、高度傳感器標(biāo)定、壓力傳感器標(biāo)定（如果ECASCAN2裝有壓力傳感器，則需要對(duì)壓力傳感器進(jìn)行標(biāo)定）、最大軸荷標(biāo)定（如果ECASCAN2裝有相應(yīng)的壓力傳感器，則可開通軸荷監(jiān)測(cè)功能。同時(shí)需要對(duì)最大軸荷進(jìn)行標(biāo)定）、軸荷特定曲線標(biāo)定（如果需要ECASCAN2在CAN數(shù)據(jù)總線上發(fā)送車輛軸荷的“Vehicle Weight”報(bào)文信號(hào)，則需要標(biāo)定軸荷特定曲線）、CAN總線配置（如果客戶對(duì)CAN總線通訊有特殊需求，可通過專用診斷軟件對(duì)CAN總線參數(shù)進(jìn)行設(shè)置）。待完成前面所述進(jìn)程后，需要清除系統(tǒng)故障記錄，只有當(dāng)系統(tǒng)沒有任何故障時(shí)，才能進(jìn)行下一步工作[8]。退出電腦診斷軟件，斷開診斷適配器與車輛的通訊，關(guān)閉車輛電源3 s后重新上電。操作ECAS遙控器或車輛按鍵進(jìn)行上升、下降和復(fù)位操作?？蛙嚳赏ㄟ^按鍵（CAN總線ASC2_A命令）進(jìn)行ECAS操作。如有必要，可用CAN總線分析儀記錄CAN總線數(shù)據(jù)。檢查車輛ECAS系統(tǒng)各項(xiàng)功能正常。將ECASCAN2中ECU電控單元中保存的數(shù)據(jù)保存至電腦文件。此數(shù)據(jù)包含ECAS CAN2中ECU電控單元參數(shù)設(shè)置和各項(xiàng)標(biāo)定數(shù)據(jù)，需妥善保存。將保存的ECU文件交與客戶負(fù)責(zé)人以備車輛量產(chǎn)時(shí)使用，ECAS標(biāo)定結(jié)束。

3）量產(chǎn)車ECAS CAN2系統(tǒng)標(biāo)定。系統(tǒng)標(biāo)定前，通過外部設(shè)備、外接氣源或系統(tǒng)診斷軟件將車輛調(diào)至正常行駛高度。微調(diào)高度傳感器擺桿，使高度傳感器處于“0”位。通過驗(yàn)證傳感器轉(zhuǎn)動(dòng)翼上小孔是否與傳感器殼體小孔對(duì)齊可驗(yàn)證高度傳感器是否處于“0”位，如圖3所示。

連接診斷適配器，打開診斷軟件，寫入樣車ECAS CAN2系統(tǒng)標(biāo)定ECU文件。

標(biāo)定高度傳感器的行程上下限：通過工裝或測(cè)量將車輛調(diào)整至正常高度，保存正常高度；通過診斷適配器中的診斷軟件控制組合電磁閥對(duì)氣囊進(jìn)行充氣，將車輛調(diào)整至最高高度（不要再調(diào)整高度傳感器擺桿），保存上限高度；通過診斷適配器中的診斷軟件控制組合電磁閥對(duì)氣囊進(jìn)行放氣，將車輛調(diào)整至最低高度，保存下限高度。ECASCAN2系統(tǒng)高度傳感器標(biāo)定完成。

2.4 ECAS CAN2在GZ-4客車上的應(yīng)用優(yōu)勢(shì)

ECAS CAN2在GZ-4客車上的應(yīng)用優(yōu)勢(shì)主要體現(xiàn)在以下幾個(gè)方面：

1）ECAS CAN2系統(tǒng)在ECAS基礎(chǔ)上進(jìn)行升級(jí)，接入整車CAN總線，減少了系統(tǒng)線束。

2）提高懸架控制精度。ECASCAN2系統(tǒng)接入CAN總線之后，可直接從CAN總線中采集整車各種信號(hào)報(bào)文，更加準(zhǔn)確地判斷車輛狀態(tài)。同時(shí)，ECAS CAN2系統(tǒng)由原先的一個(gè)組合電磁閥改成兩個(gè)組合電磁閥，分別控制前后懸架，高度傳感器數(shù)量由原先的3個(gè)增加到4個(gè)，大大增加了懸架的控制精度。

3）車輛升降功能。ECASCAN2系統(tǒng)可通過控制開關(guān)提升或降低車輛的底盤高度，方便車輛通過隧道或其它特殊路況。ECAS還可通過車速控制整車高度，比如當(dāng)車速達(dá)到15 km/h時(shí)，車輛可自動(dòng)恢復(fù)正常行程高度[9]。

4）側(cè)跪功能。ECASCAN2系統(tǒng)可以實(shí)現(xiàn)對(duì)側(cè)傾高度的設(shè)定和控制，有單側(cè)側(cè)傾或單軸側(cè)傾兩種方式供選擇?？梢员O(jiān)視安裝在車門下的接觸開關(guān)來保證降低過程的安全性，如果接觸開關(guān)在降低過程中有反應(yīng)，客車將自動(dòng)回復(fù)到正常行車高度[9]。此功能是應(yīng)用于城市客車的專用功能。當(dāng)車輛到站時(shí)，車門側(cè)氣囊放氣，如只有前車門則將該側(cè)前左右兩個(gè)氣囊同時(shí)放氣；如有前、后兩個(gè)車門，則該側(cè)前后氣囊放氣，車門側(cè)的踏步高度可自動(dòng)降低，便于嬰兒車、輪椅車的上下，方便老、幼年乘客和殘障人士乘車。

5）車輛限高功能。ECASCAN2系統(tǒng)可以設(shè)置車輛的最低和最高底盤高度。一旦達(dá)到設(shè)定的最低或最高位置，將自動(dòng)結(jié)束高度調(diào)節(jié)。

6）車輛高度自動(dòng)調(diào)整功能。ECASCAN2系統(tǒng)可以控制電磁閥使車輛保持在一個(gè)穩(wěn)定的高度。在公交線路上下客時(shí)，ECAS可自動(dòng)執(zhí)行高度保持功能。一旦車輛偏離正常高度，電子高度控制器將根據(jù)標(biāo)定的控制參數(shù)進(jìn)行高度調(diào)整。在車輛行駛過程中，如果車輛高度在非行駛高度位置，在車速超過30 km/h后，ECAS將自動(dòng)調(diào)整車輛高度恢復(fù)至行駛高度，以保證車輛的行駛安全。

7）牽引輔助功能（適用于三軸及三軸以上車輛）。ECAS CAN2系統(tǒng)通過對(duì)各車軸氣囊氣壓的調(diào)節(jié)，實(shí)現(xiàn)負(fù)載在從動(dòng)軸和驅(qū)動(dòng)軸之間轉(zhuǎn)移，提高車輛的通過性能。

8）壓力監(jiān)視功能。ECASCAN2系統(tǒng)通過ECU檢測(cè)供氣壓力，當(dāng)氣壓低于一定值時(shí)，出于安全考慮，系統(tǒng)下降和側(cè)傾功能將受限。

9）安全控制。ECASCAN2系統(tǒng)中ECU根據(jù)當(dāng)前車門開關(guān)信息，判斷是否能提升/下降車輛。

10）故障診斷。ECASCAN2系統(tǒng)專用診斷軟件和檢測(cè)設(shè)備，可做到下線時(shí)快速診斷及調(diào)整；方便的閃碼功能，便于售后維修檢測(cè)。

11）節(jié)約用氣量。避免車輛正常行駛振動(dòng)過程中的空氣消耗。以低地板城市客車為例與機(jī)械高度閥控制的空氣懸架系統(tǒng)相比，ECAS CAN2系統(tǒng)可節(jié)省大約25%的空氣消耗。

3 結(jié)束語

ECAS系統(tǒng)自1986年問世以來，在市場(chǎng)上得以迅速推廣和應(yīng)用。在我國，ECAS已開始應(yīng)用于高檔城市客車和旅游客車市場(chǎng)，它的功能性和便利性越來越多地被市場(chǎng)所接受。在北京城市客車等城市客車市場(chǎng)上，已經(jīng)開始規(guī)模使用ECASCAN2系統(tǒng)。隨著我國城市客車性能的提升和客車產(chǎn)品的換代，可以實(shí)現(xiàn)車身“側(cè)傾”功能的ECAS CAN2系統(tǒng)，將會(huì)越來越多地出現(xiàn)在城市客車市場(chǎng)，助力公共交通事業(yè)的發(fā)展[10]。

[1]陳家瑞.汽車構(gòu)造:下冊(cè)[M].北京:機(jī)械工業(yè)出版社，2009.

[2]劉惟信.汽車設(shè)計(jì)[M].北京:清華大學(xué)出版社，2001.

[3]季翔，王皆，王學(xué)軍.ECAS空氣懸架電控系統(tǒng)介紹[J].汽車實(shí)用技術(shù)，2015（8）:11-13.

[4]李莉薇.客車電子控制的空氣懸架系統(tǒng)（ECAS）[J].汽車與配件，2006（35）:47-49.

[5]楊啟耀.ECAS客車懸架系統(tǒng)的匹配與充放氣研究[D].鎮(zhèn)江：江蘇大學(xué)，2008.

[6]全國汽車標(biāo)準(zhǔn)化技術(shù)委員會(huì).汽車、掛車及汽車列車外廓尺寸、軸荷及質(zhì)量限值:GB 1589-2016[S].北京:中國標(biāo)準(zhǔn)出版社，2016:7.

[7]公安部道路交通管理標(biāo)準(zhǔn)化技術(shù)委員會(huì).機(jī)動(dòng)車運(yùn)行安全技術(shù)條件:GB7258-2012[S].北京:中國標(biāo)準(zhǔn)出版社，2012:5.

[8]羅文發(fā)，李莉薇.電子控制空氣懸架ECAS的故障診斷方法[J].商用汽車，2008（2）:121-124.

[9]陳小東，黃永勇.電子控制空氣懸架系統(tǒng)在城市客車上的應(yīng)用[J].客車技術(shù)與研究，2003，25（5）:18-19.

[10]吳修義.客車電子控制空氣懸架（ECAS）系統(tǒng)及其發(fā)展趨勢(shì)[J].重型汽車，2008（6）:15-16.

修改稿日期：2016-11-14

Application of Electronic Controlled Air Suspension System ECAS CAN2 on GZ-4 Bus

Shi Xiansong
（Anhui Ankai Automobile Co.,Ltd,Hefei 230051,China）

This paper introduces the composition and functions of the electronic controlled air suspension system ECASCAN2 and its application on the GZ-4 bus,and expounds the advantages ofthe application ofECASCAN2 on the citybus.

electronic controlled；air suspension system;citybus；ECASCAN2

U463.33；U469.1

B

1006-3331（2017）02-0015-04

史先松（1989-），男，工程師；主要從事車輛轉(zhuǎn)向系及行駛系研發(fā)工作。