一種用于空氣懸架壓縮機的測試方法及試驗裝置設(shè)計

摘要：隨著汽車零部件空氣懸架壓縮機快速發(fā)展，空氣懸架的安全性無疑是最重要的環(huán)節(jié)，為解決空氣懸架試驗方法問題，提出一種空氣懸架壓力、流量等需要進行測試的測試臺架。該測試臺架可實現(xiàn)在不同供電電壓和不同環(huán)境溫度下，對空氣懸架進行一般功能性能的安全測試。

關(guān)鍵詞：空氣懸架；測試臺架；性能安全測試

中圖分類號：U467.5" 收稿日期：2024-12-18

DOI：1019999/jcnki1004-0226202502018

1 前言

汽車空氣懸架是一種安裝在汽車底盤上的部件，它能通過調(diào)節(jié)減震氣囊或氣室內(nèi)的氣體，起到改變減震狀態(tài)以及穩(wěn)定車身水平的作用。隨著新能源技術(shù)日新月異，汽車空氣懸架的使用也逐漸面向大眾化，普及面更加寬泛，其性能安全問題也需要標準化。

其中，電控空氣懸架系統(tǒng)通過控制空氣壓縮機、高度控制閥和排氣閥動作，使空氣彈簧自動壓縮或伸長，從而降低或升高底盤的離地間隙，使車身保持在合適的高度上。當(dāng)汽車急轉(zhuǎn)彎、急加速和緊急制動時，抑制汽車“后挫”“點頭”和側(cè)翻，防止汽車姿態(tài)的過大變化，可以提高車輛的操縱穩(wěn)定性。這就對空氣懸架壓縮機的充放氣速率具有較高的要求，需要明確各種環(huán)境因素對充放氣速率的影響，方可以最快的速度和最精確的控制調(diào)節(jié)車身姿態(tài)。

基于此，需要設(shè)計一套空氣懸架壓縮機的測試方法，來獲取壓縮機充放氣速率與環(huán)境因素的關(guān)系，進而根據(jù)試驗結(jié)果優(yōu)化空氣懸架壓縮機。

2 空氣懸架壓縮機試驗標準及測試方法

由浙江孔輝汽車科技有限公司、中國汽車工程研究院有限公司、中國第一汽車集團有限公司、嵐圖汽車科技有限公司、艾萊克斯汽車科技（保定）有限公司、招商局檢測車輛技術(shù)研究院有限公司、重慶長安汽車股份有限公司、上海蔚來汽車有限公司、上海保隆汽車科技（安徽）有限公司、浙江極氪智能科技有限公司寧波前灣新區(qū)分公司等單位共同起草，針對乘用車空氣懸架用空氣彈簧系統(tǒng)的特性制定的標準，T/CSAE 79—2022《乘用車空氣懸架用空氣彈簧技術(shù)規(guī)范》［1］發(fā)布，滿足了產(chǎn)業(yè)需求，填補了乘用車空氣懸架系統(tǒng)領(lǐng)域的標準空白，大大提高了空氣懸架的工作特性、安全特性，降低了開發(fā)成本。該標準的推廣應(yīng)用將有助于產(chǎn)業(yè)鏈的形成和產(chǎn)業(yè)生態(tài)的培育，推動行業(yè)發(fā)展。

隨著乘用車空氣懸架快速發(fā)展，我國的自主汽車企業(yè)直接制定和使用自己的企業(yè)標準，如吉利、奇瑞、蔚來等國產(chǎn)汽車企業(yè)使用的就是自己制定的企業(yè)標準。

研制空氣懸架壓縮機試驗設(shè)備的目的是滿足驗證空氣懸架壓縮機安全性能測試，能適用絕大部分空氣懸架的功能測試試驗，也能將空氣懸架的性能測試進一步規(guī)范化。

21 空氣懸架試驗測試方法

通過多家企業(yè)的技術(shù)標準以及試驗驗證對比，空氣懸架的基本性能主要可分為以下四個方面：

a不同供電電壓下，不同環(huán)境溫度下的一般功能。

b在標準37 L儲氣罐下，0～2 MPa之間的充氣時間對應(yīng)空氣流量速率和電流值（常溫和低溫下）。

c在選用1 L（避免壓縮機長時間工作發(fā)熱）儲氣罐下，0～2 MPa之間的充氣時間對應(yīng)空氣流量速率和電流值（高溫下）。

d從2～0.5 MPa的排氣時間，排氣最大流量速率及殘余壓力。

通過記錄在不同壓力點下充氣流量速率，排氣流量速率，殘余壓力可以更加直觀體現(xiàn)空氣懸架的基本性能?？諝鈶壹苄枰趷毫迎h(huán)境下工作，環(huán)境溫度對于工況的影響也需要記錄。

22 空氣懸架試驗測試方法驗證

為驗證試驗方法可行性，對市面上現(xiàn)有的空氣懸架由浙江孔輝汽車科技有限公司提供，分別在常溫環(huán)境、低溫-40 ℃環(huán)境、高溫80 ℃環(huán)境下進行測試，分別記錄空氣懸架需要的性能參數(shù)。

常溫下，對抽樣空氣懸架進行測試，測試結(jié)果如表1所示。

3 空氣懸架壓縮機耐久測試臺架總體方案

為滿足空氣懸架性能的安全測試，需要選用合適臺架，用于解決現(xiàn)有技術(shù)中環(huán)境因素影響空氣懸架壓縮機的充放氣速率等問題。

解決該問題的技術(shù)方案是選用一種用于空氣懸架壓縮機的試驗裝置，包括：溫控箱，用以調(diào)節(jié)空氣懸架壓縮機的溫度；供電電源，其與所述空氣懸架壓縮機電連接，用以向所述空氣懸架壓縮機供電；儲氣罐，其與所述空氣懸架壓縮機通過管道連通；控制箱，包括PLC芯片，該PLC芯片用于控制溫控箱的溫度以及供電電源的供電電壓。

具體步驟包括：

步驟1：將空氣懸架壓縮機與試驗裝置連接。

步驟2：將空氣懸架壓縮機由初始溫度調(diào)節(jié)至第一預(yù)設(shè)溫度。

步驟3：使空氣壓縮機分別以第一供電電壓、第二供電電壓和第三供電電壓工作，并分別獲取空氣壓縮機在第一供電電壓、第二供電電壓和第三供電電壓下的工作狀態(tài)參數(shù)。

步驟4：將空氣懸架壓縮機的環(huán)境溫度調(diào)節(jié)至第二預(yù)設(shè)溫度，并重復(fù)步驟3。

步驟5：將空氣懸架壓縮機的環(huán)境溫度調(diào)節(jié)至第三預(yù)設(shè)溫度，并重復(fù)步驟3。本發(fā)明中，通過調(diào)整單一變量的方法，得出各種環(huán)境因素對空氣懸架壓縮機的工作狀態(tài)參數(shù)的影響，以便于根據(jù)試驗結(jié)果優(yōu)化空氣懸架壓縮機。

31 硬件結(jié)構(gòu)設(shè)計

測試臺架硬件結(jié)構(gòu)硬件結(jié)構(gòu)主要由工控機、PLC、顯示器、控制柜、壓力表/流量表/電磁閥等模塊組成，如圖5所示。

a工控機：作為該機臺人機交互界面及載體，主要作用為實現(xiàn)客戶實驗參數(shù)的設(shè)置、實驗過程監(jiān)控、實驗數(shù)據(jù)記錄，以及實驗數(shù)據(jù)報表生成。使用研華晶牌工控機，正版WlN10系統(tǒng)，可7天×24 h不間斷工作。

bPLC：作為邏輯控制載體，主要作用為實現(xiàn)實驗設(shè)置參數(shù)的自動運行、控制機臺電磁閥自動動作，以及與工控機軟件進行實時通信。

c模擬量信號采集板卡：主要作用為實現(xiàn)實驗過程中壓力、流量、電流等模擬量數(shù)據(jù)的采集，并上傳至工控機軟件系統(tǒng)，標配6路模擬量輸入通道，其中預(yù)留2路供后期拓展使用。

d485通信板卡：主要作用為實現(xiàn)實驗用直流電源的數(shù)據(jù)采集，通過485接口與直流電源進行通信，讀取直流電源的實時電流、電壓，并做好記錄。

e壓力表/流量表/電磁閥：用于實現(xiàn)整個氣路的控剞輸出及狀態(tài)參數(shù)輸入。

f2路13 V開關(guān)電源，2個繼電器，用于控制樣品里的電磁閥開合。

32 軟件設(shè)計

上位機軟件采用智能化、模塊化全新簡約風(fēng)格的設(shè)計，讓使用者達到“簡易式”的實用體驗，符合國內(nèi)用戶的使用習(xí)慣，同時規(guī)避了企業(yè)在員工培訓(xùn)所付出大量的、不必要的成本。

通過控制邏輯、485通信交互的方式實現(xiàn)懸架測試中氣泵上各控制閥的自動打開/關(guān)閉、氣泵的自動啟動/停止、實驗過程中實時氣體流量/壓力的實時監(jiān)控及記錄，從而實現(xiàn)設(shè)定實驗參數(shù)后，即可一鍵啟動的功能，并在實驗結(jié)束后自動記錄所需數(shù)據(jù)，如圖6所示。軟件上實現(xiàn)方式如下：

a.軟件操作頁面設(shè)計。

b.軟件權(quán)限管理設(shè)計。

c.數(shù)據(jù)通信設(shè)計。

d.實時數(shù)據(jù)顯示曲線圖設(shè)計。

e.可實時查看到當(dāng)前實驗的數(shù)據(jù)曲線。

f.數(shù)據(jù)記錄設(shè)計。

g.實驗結(jié)束可通過軟件頁面上查詢到實驗所需的數(shù)據(jù)信息。

4 測試臺架安全驗證

在研制測試臺架的過程中，需要通過多種方法去分析、設(shè)計，以保證系統(tǒng)軟件和硬件的質(zhì)量，但是空氣懸架作為一種需要高性能測試零部件，其中的自檢功能必不可少。通過對設(shè)備實際應(yīng)用可以有效地檢驗出設(shè)備在開發(fā)過程中隱藏的缺陷。

如圖7所示，可在實驗參數(shù)欄中設(shè)置實驗的各個參數(shù)；數(shù)據(jù)記錄壓力點參數(shù)中設(shè)置所需記錄數(shù)據(jù)的壓力點，最多可設(shè)置100個壓力點；壓力點設(shè)置0時，該壓力點無效；壓力點的設(shè)置需要由小至大。在后臺中，系統(tǒng)將檢測參數(shù)設(shè)置是否正確，若不正確，則給出參數(shù)設(shè)置范圍提示。

a.電源電壓輸出檢測：空氣懸架壓縮機主要有主泵、分配閥、泄壓閥，對應(yīng)電源輸出電壓變化范圍為0～36 V。軟件上設(shè)置自檢功能，可在試驗前測試通斷，連接是否正常。

b.數(shù)據(jù)采集功能檢測：輸入所需的參數(shù)，并以實驗名稱為頭文件進行命名。設(shè)定的實驗參數(shù)是實現(xiàn)空氣懸架測試功能的核心要求，其完全獨立于其他運行程序。對于設(shè)定的參數(shù)，系統(tǒng)也會自動檢查參數(shù)的合理性，對于超限的參數(shù)給出提示信息并不被使用，以保護系統(tǒng)的設(shè)備安全。

c.運行時功能檢測：參數(shù)設(shè)置完畢后可進入運行試驗過程，操作人員輸入試驗時長并點擊開始運行鍵，整個系統(tǒng)將設(shè)定參數(shù)發(fā)送至可編程穩(wěn)壓電源，并給出指令讓其開始按照設(shè)定參數(shù)運行。

在運行過程中，系統(tǒng)會實時監(jiān)控運行中的各項參數(shù)，例如壓力傳感器、流量傳感器反饋的實時流量/壓力數(shù)據(jù)，穩(wěn)壓電源的實時電壓電流等，同時該參數(shù)會通過實時曲線進行顯示，當(dāng)運行過程中參數(shù)超限，系統(tǒng)給出報警提示，同時停止試驗，以保護設(shè)備及人身安全。

5 結(jié)語

通過多次試驗與探索，對方案進行改進和可行性驗證，并與多家生產(chǎn)企業(yè)溝通后，確定此試驗方法符合市面上空氣懸架性能的測定，試驗臺架的試驗方案得到多家企業(yè)認可。從驗證結(jié)果來看，該設(shè)備精度達到要求，穩(wěn)定性高，自動化程度高，滿足預(yù)期指標。空氣懸架的一般功能性測試方法滿足對空氣懸架的性能測試，為評判空氣懸架的質(zhì)量性能提供了可靠標準。

參考文獻：

［1］T/CSAE 79—2022 乘用車空氣懸架用空氣彈簧技術(shù)規(guī)范［S］.

作者簡介：

吳澤龍，男，1994年生，助理工程師，研究方向為空氣懸架耐久性測試研發(fā)。