基于UDS的空氣懸架車輛自動化生產(chǎn)線的設(shè)計(jì)

王斌

摘要：針對空氣懸架車輛生產(chǎn)過程由于自動化、信息化水平低而導(dǎo)致的生產(chǎn)效率低下的問題，文章設(shè)計(jì)了基于UDS的空氣懸架車輛自動化生產(chǎn)線。該系統(tǒng)基于UDS協(xié)議實(shí)現(xiàn)生產(chǎn)線設(shè)備、車輛控制器、云端之間的的通信，實(shí)現(xiàn)了在空氣彈簧充氣、車高標(biāo)定、最終檢測過程中的智能流程控制，對生產(chǎn)過程實(shí)現(xiàn)云端實(shí)時監(jiān)控，有效地提升了企業(yè)生產(chǎn)與故障診斷效率。

關(guān)鍵詞：空氣懸架;生產(chǎn)線;自動化

0? 引言

空氣懸架主要由空氣彈簧、阻尼連續(xù)可調(diào)減振器、空氣壓縮機(jī)、儲氣罐、電磁閥、空氣懸架ECU、高度傳感器、加速度傳感器等零件組成[1]。空氣懸架的高度模式一般分為高位模式、正常高度模式、低位模式[2]。通過調(diào)節(jié)不同的高度模式以及減振器阻尼，空氣懸架可以有效提升車輛的乘坐舒適性、提高底盤越野及通過能力、完成在不同載荷條件下的車身高度保持、隔離高頻振動改善車內(nèi)聲品質(zhì)感、提高操控性及安全性、通過高度隨速調(diào)節(jié)降低能耗[3]。由于空氣懸架車輛電控程度較高，因此在裝配期間容易出現(xiàn)一些裝配故障，導(dǎo)致生產(chǎn)效率降低、診斷與解決故障的時間長。本文主要設(shè)計(jì)了一種基于UDS的空氣懸架車輛自動化生產(chǎn)線，既提高了自動化程度，又能夠?qū)崿F(xiàn)故障自診斷功能。

1? 硬件系統(tǒng)

硬件系統(tǒng)主要有：充氣站、電檢設(shè)備。

充氣站的結(jié)構(gòu)原理如圖1所示。

其中：ECU是指充氣站內(nèi)的處理器，其可以與空氣懸架ECU建立通信并可以向其寫入配置碼;壓縮機(jī)的作用是吸收工廠的氣源并繼續(xù)壓縮成高壓氣體，最終輸出給空氣彈簧或者車輛儲氣罐。

充氣站工作時的原理圖如圖2，圖中藍(lán)色箭頭代表高壓氣體流動方向。充氣站加注槍與儲氣罐單向閥連接，單向閥只可以輸入氣體而不可以輸出氣體，氣體到達(dá)儲氣罐之后，此時電磁閥與前軸空氣彈簧1、2連接的兩個端口會被打開，高壓氣體進(jìn)入前軸空氣彈簧1、2，達(dá)到充氣壓力目標(biāo)后，電磁閥與前軸空氣彈簧1、2連接的兩個端口關(guān)閉，與后軸空氣彈簧3、4連接的兩個端口打開，繼續(xù)向后軸空氣彈簧3、4充氣，達(dá)到目標(biāo)壓力后關(guān)閉閥門，這時候充氣站的氣體會在儲氣罐中積累，直到達(dá)到儲氣罐的目標(biāo)壓力值，整個充氣過程結(jié)束。

電檢設(shè)備具有ECU通信、數(shù)據(jù)寫入、高度傳感器標(biāo)定、故障診斷、云端通信等功能。采用Win7 Embedded系統(tǒng)操作系統(tǒng)，方便生產(chǎn)人員操作，通過UDS協(xié)議與整車ECU通訊。如圖3所示。

2? 空氣懸架車輛生產(chǎn)工序

2.1 空氣彈簧與儲氣罐充氣

充氣工位的流程為：

①充氣站連接儲氣罐并且給整車供電，充氣站加注槍與儲氣罐單向閥連接，掃取車輛VIN，充氣站與車輛ECU基于UDS協(xié)議建立通信[4]，自動向空氣懸架ECU寫入代表不同車型的配置碼。

②充氣站加注槍向前軸空氣彈簧、后軸空氣彈簧、儲氣罐依次充氣。原則上將儲氣罐氣壓充到充氣站的最高輸出壓力，如果受制于工序的時間限制，可以適當(dāng)降低儲氣罐中的充氣壓力，但是不得低于壓力下限值，壓力下限值的計(jì)算方式如下：

假設(shè)高位高度模式下前空氣彈簧的體積為V1，高位高度模式下后空氣彈簧的體積為V2，正常高度模式下前空氣彈簧的體積為V3，正常高度模式下后空氣彈簧的體積為V4，低位高度模式下前空氣彈簧的體積為V5，低位高度模式下后空氣彈簧的體積為V6，儲氣罐的容積為V7，儲氣罐的充氣壓力下限值為Pmin。則在靜態(tài)檢測工位由于車輛高度上升需要的氣體體積為2（P1V1-P3V3）+2（P2V2- P4V4），在高度標(biāo)定工位由于車輛高度上升需要的氣體體積不大于2（V3-V5）+2（V4-V6），在最終檢測工位由于車輛高度反復(fù)調(diào)整需要的氣體體積為2（P1V1-P5V5）+2（P2V2- P6V6），故需要的氣體總量不大于4（P1V1-P5V5）+4（P2V2- P6V6）。

③測量空氣彈簧壓力，該操作主要是避免空氣懸架系統(tǒng)中出現(xiàn)明顯的漏氣點(diǎn)，如果空氣彈簧壓力低于目標(biāo)值，則該車輛必須進(jìn)入維修區(qū)進(jìn)行檢查與維修，空氣彈簧壓力目標(biāo)值來源于云端1000輛份空氣彈簧壓力的正態(tài)分布分析，取u-3σ為空氣彈簧壓力的下限值。

④整個過程的Log會被設(shè)備自動記錄并上傳云端，云端自動分析異常情況，并在聯(lián)機(jī)系統(tǒng)中提醒。

充氣站的流程圖如圖5所示。

2.2 靜態(tài)檢測

2.2.1 空氣懸架系統(tǒng)氣密性檢測? 車輛落地后，將電檢設(shè)備與車輛ECU建立通信，再次檢查四個彈簧的氣壓，與目標(biāo)值進(jìn)行對比，不合格則進(jìn)入維修區(qū)。目標(biāo)值來源于云端儲存的1000輛份空氣彈簧壓力值的正態(tài)分布分析，取u-3σ為空氣彈簧壓力的下限值。

空氣彈簧壓力低于下限值可能的原因有：①電磁閥漏氣[7]、空氣彈簧出氣口處的密封失效，可以用對產(chǎn)品無影響的氣體泄漏檢測試劑或在專業(yè)檢測設(shè)備中進(jìn)行檢測以發(fā)現(xiàn)漏點(diǎn)[8]。②空氣彈簧本身出現(xiàn)泄漏，可能出現(xiàn)漏點(diǎn)的地方為囊皮褶皺處、囊皮與金屬連接處。③氣路出現(xiàn)漏點(diǎn)，可能是管路被劃傷或者出廠質(zhì)量問題。④電磁閥殼體出現(xiàn)泄漏，由于電磁閥殼體一般采用實(shí)心注塑，因此可能性較小[9]。

2.2.2 高度傳感器裝配檢測? 電檢設(shè)備控制車輛上升3mm，判斷車高信號是否同步上升。如果車高信號并未出現(xiàn)相同變化趨勢，則表明高度傳感器的裝配出現(xiàn)問題，必須立刻檢查與維修，否則會影響后面的高度標(biāo)定工序與終檢工序。

高度傳感器裝配出現(xiàn)問題的可能性為：①高度傳感器兩個控制臂被反轉(zhuǎn)，為工人裝配誤操作;②高度傳感器支架偏斜，導(dǎo)致高度識別超差;③升降功能檢查。將空氣懸架從正常高度模式升高到高位高度模式后再降為正常高度模式，電檢設(shè)備判斷高度模式是否依次變?yōu)楦呶桓叨饶Ｊ?、正常高度模式[10];④Log上傳云端并進(jìn)行比對。靜態(tài)檢測流程框圖如圖6所示。

2.3 高度傳感器標(biāo)定

由于車輛下線后車輛的高度并不一定是設(shè)計(jì)高度，因此需要借助電檢設(shè)備來對空氣懸架ECU進(jìn)行初始化[11]。剛下線的車輛由于底盤結(jié)構(gòu)（如控制臂襯套）中含有未被釋放的應(yīng)力，因此車輛需要經(jīng)過足夠長的顛簸帶[12]來釋放這些應(yīng)力，否則會影響車高標(biāo)定的結(jié)果[13]。

當(dāng)車輛駛上四輪定位設(shè)備時，四輪定位設(shè)備通過激光識別四個輪的高度，并將該高度值返回給電檢設(shè)備，電檢設(shè)備根據(jù)實(shí)測高度值與ECU原存儲值之差對車輛高度進(jìn)行調(diào)整，直到滿足|ECU顯示高度-實(shí)測高度|≤3mm且|ECU顯示高度-設(shè)計(jì)高度|≤10mm，完成高度傳感器的標(biāo)定。同樣，標(biāo)定的log也會上傳云端。

高度傳感器標(biāo)定流程圖如圖7所示。

2.4 最終檢測

2.4.1 檢測阻尼連續(xù)可調(diào)減振器電流? 設(shè)備自動獲取減振器電流值，正常工作時阻尼連續(xù)可調(diào)減振器會通過電流來控制其阻尼[14]，阻尼在額定范圍內(nèi)即為正常。

2.4.2 原地升降檢測空氣懸架功能? 對空氣懸架高度模式執(zhí)行如下操作：正常高度模式——高位高度模式——低位高度模式——正常高度模式，設(shè)備判斷高度模式及實(shí)際高度是否依次變化。

2.4.3 空氣懸架生產(chǎn)線模式結(jié)束? 當(dāng)以上檢測完成后，設(shè)備終止空氣懸架生產(chǎn)線模式，空氣懸架功能恢復(fù)正常。

3? 結(jié)束語

通過對某公司的空氣懸架裝配需求分析和調(diào)研，采用基于UDS的ECAS下線檢測系統(tǒng)。該系統(tǒng)具有自動化程度高、故障診斷與呈現(xiàn)效率高的優(yōu)點(diǎn)。該系統(tǒng)已在某企業(yè)順利實(shí)施并且平穩(wěn)運(yùn)行，提高了生產(chǎn)線的生產(chǎn)效率，降低了裝配問題的診斷與檢測時間。

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