基于乘用車空氣彈簧懸架系統(tǒng)的加注裝置及應(yīng)用研究

祝庭輝，劉福鵬，張爭光，趙德文，吳曉方，范武

（吉利汽車研究院（寧波）有限公司，寧波 315336）

前言

為了保證乘坐舒適性，要求懸架要“軟”。為了減小車體的側(cè)傾和俯仰，提高汽車操縱穩(wěn)定性，則又要求懸架較“硬”。在低速及好路面行駛時要求懸架要“軟”，在高速時要求懸架要“硬”。總之，在汽車行駛中，要求懸架根據(jù)實際需要隨時調(diào)節(jié)其剛度和阻尼力，以達(dá)到最佳的行駛平順性和操縱穩(wěn)定性。因此，目前在高級轎車上電子控制的空氣懸架系統(tǒng)，如圖1，得到了廣泛的應(yīng)用[1]。

圖1 奔馳空氣彈簧懸架

1 空氣懸架系統(tǒng)框圖

整套懸架系統(tǒng)由左前空氣彈簧、右前空氣彈簧、左后空氣彈簧、右后空氣彈簧、空氣管路、儲氣罐、空壓機、電磁閥、ECU、壓力傳感器、高度傳感器等多種元器件組成，如圖2，其中壓縮機和電磁閥多為裝配一體的總成件。

圖2 空氣懸架系統(tǒng)框圖

2 氣體加注邏輯

當(dāng)整車在生產(chǎn)線制造時，因空氣彈簧和氣罐在裝配時氣壓很低，不足以支撐車體重量，所以我們需要在懸架承受車重以前的高工位，將所有空氣懸架零件都組裝好并填充好定量的壓縮氣體，最后才能將車輛落地。

以上所有的操作都是在汽車SUM 控制器不工作的狀態(tài)下進行，要求能夠控制懸架系統(tǒng)內(nèi)的進氣電磁閥和排氣電磁閥，其中進氣電磁閥內(nèi)有壓力傳感器[2]，通過設(shè)備檢測管路壓力對加注壓力進行控制，壓力過大時由設(shè)備控制排氣電磁閥對壓力進行釋放。因此，加氣設(shè)備需要設(shè)計接口，繞過SUM 控制器， 監(jiān)控壓力傳感器的數(shù)值，并直接驅(qū)動進氣和排氣電磁閥，使空氣壓力保持在設(shè)計范圍內(nèi)。

由此可見，氣體加注設(shè)備需要配置有電子控制單元ECU 和空氣壓縮機。在給氣罐和空氣彈簧加注之前，設(shè)備需要清潔和干燥空氣，使其滿足我們的加注氣體標(biāo)準(zhǔn)。同時設(shè)備ECU 需要控制電磁閥和檢測加注氣體壓力，使加注氣壓控制在設(shè)計規(guī)定范圍內(nèi)，并且能夠識別故障顯示在操作屏上，如加注時間超時等。發(fā)生故障時能夠主動切斷供氣操作避免事故發(fā)生[3]。

3 氣體加注流程

3.1 設(shè)備工作原理

空氣彈簧加注設(shè)備的工作原理主要是通過用PLC 軟件控制各電氣部件，由流體控制、電氣控制兩個部分構(gòu)成，流體控制主要是對空氣的充氣等實時檢測等；電氣控制部分主要是完成系統(tǒng)的過程控制、檢測，過程參數(shù)數(shù)據(jù)的處理，以及系統(tǒng)運行的實時監(jiān)控、數(shù)據(jù)顯示、故障報警等。

3.2 氣體加注流程圖（以左右前彈簧加注為例，如圖3）

圖3 空氣彈簧加注流程

4 設(shè)備使用條件

在滿足加注功能的前提下，設(shè)備設(shè)計時還需要考慮生產(chǎn)車間，以及裝配工位的技術(shù)條件，舉例如下：

1）環(huán)境溫度：夏季氣溫：40 ℃。冬季氣溫：室外-4 ℃；室內(nèi)15 ℃。

2）相對濕度：年平均相對濕度：50 ～60%。

3）工作電源： 設(shè)備：三相AC 380 V±10 %；50 HZ±5 % 控制電壓：DC 24 V。

4）設(shè)備在設(shè)計上必須保證在使用地的環(huán)境條件下不會對其功能、測量的穩(wěn)定性及使用壽命產(chǎn)生不良影響，包括液壓、氣動、電氣控制部分、測試儀表及設(shè)備表面油漆。

5）空氣加注必須在車輛懸空狀態(tài)和懸架系統(tǒng)安裝完畢的工位進行。

6）加注設(shè)備需要加注干燥且清潔達(dá)標(biāo)的氣體進入罐體和彈簧，壓縮空氣要求符合。

7）加注設(shè)備必須能夠檢測系統(tǒng)故障，并且在檢測到故障時關(guān)閉輸出。

8）加注時間要滿足工藝生產(chǎn)節(jié)拍等。

5 產(chǎn)品工藝輸入及設(shè)備參數(shù)

基于以上條件，空氣懸架的系統(tǒng)結(jié)構(gòu)和控制邏輯，以及生產(chǎn)線的客觀條件，經(jīng)評估分析后，對產(chǎn)品及工藝要求進行歸納，見表1。

表1 產(chǎn)品及工藝要求

另外，見表2 所示，設(shè)備的其余技術(shù)指標(biāo)還需要關(guān)注壓力檢測、操作系統(tǒng)、功率等。

表2 設(shè)備技術(shù)指標(biāo)

6 操作過程

設(shè)備的實際運行包含車型識別、線束及加注頭連接、充氣、保壓等過程，見表3。

表3 設(shè)備運行過程

步驟一：確定車型：手動掃描車型（MES 集成功能）或者在觸摸屏上手動輸入車型；

步驟二：操作工人連接空氣懸架系統(tǒng)的解碼器，設(shè)備開始自動解碼；

步驟三：將加注槍的快插接頭分別與儲氣罐上的接口連接；按下加注槍上的啟動按鈕；

步驟四：加注系統(tǒng)往車輛中充入干空氣，當(dāng)壓力傳感器檢測到管路壓力為設(shè)定值，設(shè)備停止向車輛管路充壓，然后車輛管路與設(shè)備管路保壓一段時間，保壓合格后，設(shè)備自動泄壓；

步驟五：操作工將加注軟管接頭卸下，作業(yè)結(jié)束，整個過程工時合計約100 s。

7 結(jié)束語

空氣懸架系統(tǒng)它融合了空氣動力學(xué)及懸架技術(shù)的新型懸架系統(tǒng),是發(fā)展大型特種車輛,高檔轎車以及日后應(yīng)用在傳統(tǒng)家庭轎車上的關(guān)鍵技術(shù).空氣彈簧具有非常優(yōu)良的非線性特性,在懸架系統(tǒng)中應(yīng)用空氣彈簧會對汽車行駛平順性產(chǎn)生良好的效果[4]。隨著空氣懸架在乘用車上的普及運用，并行設(shè)計開發(fā)適用于各生產(chǎn)線的氣體加注設(shè)備顯得愈發(fā)重要。在開發(fā)設(shè)備前，總結(jié)需要明確加注邏輯、ECU 控制邏輯、電磁閥陣腳定義、加注壓力值、加注接口數(shù)據(jù)、車間工藝條件等具體信息。另外值得說明，本文提及的加注裝置適應(yīng)于試制/量產(chǎn)車間，與車輛的實際接口建議考慮單獨分體設(shè)計，便于多車型的適應(yīng)性改造。但該裝置并不適用于售后維修，因為在售后服務(wù)中，我們可以直接通過診斷設(shè)備與懸架控制器的通訊，從而直接進行加氣操作。