引言

　　空氣懸架" title="空氣懸架">空氣懸架主要有被動懸架和可控電子懸架兩種,。被動懸架一定程度上抑制和降低了車體和車輪的動載和振動，保證了車輛行駛安全性和乘坐舒適型,。但由于被動懸架的剛度和阻尼系數(shù)一般按經(jīng)驗選取,，只在特定環(huán)境下是最優(yōu)，而一旦載荷,，路況,，速度等因素發(fā)生變化,，被動懸架不能隨之而自動調(diào)節(jié)，更不能手動調(diào)節(jié),。為了克服這一缺陷,，電子空氣懸架系統(tǒng)（ECAS）由此產(chǎn)生。ECAS是目前最先進的汽車懸架系統(tǒng),，它可以隨著路況,，載荷，速度等變化因子自動調(diào)節(jié)懸架剛度,，車身高度,，減少了空氣消耗，且具有反應迅速,，安裝容易,，操作簡單等優(yōu)點，因此可控電子懸架已經(jīng)成為汽車電子領域研究的一個熱門課題,，其有著廣闊的發(fā)展前景,。

　　1 ECAS的組成及原理

　　電控" title="電控">電控空氣懸架系統(tǒng)由電子控制單元（ECU），高度傳感器,、空氣彈簧,、速度傳感器、減震器,，車高升降控制鍵盤等組成,。ECU通過高度傳感器實時檢測車身高度，間接獲得車身垂直加速度,，同時通過速度傳感器檢測車輛行駛速度,。ECU內(nèi)保存若干指標高度和三級可調(diào)阻尼值，指標高度與彈簧的舒適性,、駕駛安全性和與應用規(guī)范保持一致,。車速在不同的行駛條件下由ECU自動執(zhí)行相應的指標高度，也可由駕駛員手動控制高度和阻尼值,。通過比較高度傳感器檢測結果和指標高度,，若高度差超過了一定的公差范圍，電磁閥就會被激發(fā),，通過充放氣將實際高度調(diào)整到指標高度,。減震器阻尼力共三檔，根據(jù)車身上升速度,、加速度控制減震器,，執(zhí)行相應的阻尼力，從而滿足汽車行駛平順性和乘坐舒適型的要求。電控空氣懸架組成結構如圖1,。

　　2 ECAS系統(tǒng)各功能模塊的設計

　　ECAS主要由6大功能模塊組成,，分別是中央處理單元，信號輸入模塊（即傳感器信號）,，信號輸出模塊（即控制量的輸出）,，操作界面模塊，電源模塊,，其他模塊（外接存儲器,，RS485通信，系統(tǒng)的升級擴展端口）,。

　　2.1 MC9S08GB60

　　單片機是ECU的核心部件,，它要經(jīng)常處理大量的輸入和輸出信號，而且要實現(xiàn)高精度和實時控制,。本設計采用了美國飛思卡爾公司的加強型8位車用微控制器——MC9S08GB60單片機,。該單片機內(nèi)有64Kflash和4K的E2PROM，高度集成了四個串行通信端口（SCI1,SCI2,SPI,I2C）,，最多達8個定時器（PWM）,，8通道的10位A/D轉換模塊。

　　2.2 信號傳感輸入模塊

　　該模塊主要由3個高度傳感器和1個速度傳感器構成,。車身高度傳感器等效電感串聯(lián)電阻,。等效電感0°轉角時對應約20mH，-45°轉角時對應約8mH,，+45°轉角時對應約35mH,。等效電阻120Ω。為此設計了LC三點式振蕩電路來檢測車身高度傳感器傳來的信號,，即設計一個正弦波發(fā)生器,，由TL082元件及外圍電路構成，正弦波的頻率隨高度傳感器等效電感的變化而不斷變化,，而后經(jīng)比較器出來一個頻率隨電感不斷變化的方波,，經(jīng)三極管放大和光耦隔離后輸入到MCU的輸入捕捉端口。MCU通過檢測這一不斷變化的頻率來實現(xiàn)對高度傳感器傳來信號的檢測,。電路如圖2所示,，對速度傳感器信號的檢測也是通過檢測其頻率實現(xiàn)的，原理同高度傳感輸入電路類似,。

　　2.3 信號控制輸出模塊

　　ECU采用PWM方式輸出控制電磁閥的開啟,，根據(jù)當前實際高度與預期調(diào)節(jié)高度的偏差來輸出控制信號。ECU計算電磁閥的調(diào)節(jié)脈沖長度,，如果需要調(diào)節(jié)的高度量大、由于沒有過沖危險,，ECU將給出一個長的脈沖,，同時,，快的上升速度將減小脈沖長度，這樣就能精確控制車輛的高度調(diào)節(jié)速度,，極大的避免了高度的過沖及振蕩調(diào)節(jié),。對于電磁閥的驅動，本設計選用了安森美半導體公司生產(chǎn)的NUD3124繼電器驅動芯片,。NUD3124（汽車版本）器件的高反向雪崩能量容量（350mJ）可以控制大多數(shù)用于汽車應用的繼電器,。控制信號經(jīng)過光耦隔離后輸出給NUD3124驅動芯片,，由NUD3124驅動電磁閥工作,，并在NUD3124的輸出端加了一個二極管保護電路。

　　2.4 電源模塊,，操作界面模塊及其他擴展功能模塊

　　ECAS系統(tǒng)主要有兩種電壓源,，一是24V電壓源，二是3V電壓源,。其中3V電壓源分數(shù)字電壓源和模擬電壓源,。24V電源是由車輛自身電源引出，然后經(jīng)π型濾波,，再經(jīng)穩(wěn)壓管穩(wěn)壓,，在經(jīng)過一個濾波電路最終得到一個穩(wěn)定的24V電壓源。3V電壓源與此類似,，只是須要在數(shù)字電源和模擬電源之間加上一個隔離電阻,，以防串擾。

　　操作界面主要是鍵盤輸入和發(fā)光二極管顯示,。當司機要手動控制阻尼和車高的時候,，便可通過鍵盤輸入其操作，然后相應的發(fā)光二極管亮,，顯示其輸入,。鍵盤輸入經(jīng)過了濾波，光耦隔離和IC106濾波及保護,，最終送入ECU,，然后ECU輸出控制驅動相應發(fā)光二極管點亮。其他模塊主要包括便于日后升級的接口,，以及RS485通信,，大容量存儲器等。大容量存儲器采用了ATMAL公司的AT24C1024,，其通過PTC2/SDA和PTC3/SCL與單片機相連,；RS485用典型接法即可，芯片采用max3485；其他未用引腳均通過插槽引出,，以便于日后升級之用,。

　　3 汽車ECAS的軟件設計方案

　　空氣懸架電子控制單元（ECAS）應用軟件由系統(tǒng)初始化模塊、判斷手動自動調(diào)高模塊,、信號采集模塊,，鍵盤響應模塊，輸出控制模塊等構成,。主程序為一循環(huán)體,，它擔負調(diào)節(jié)車身高度和阻尼的任務，車身高度信號經(jīng)傳感器轉換為具有一定占空比的方波信號,，然后經(jīng)過與微處理器中預設的標定高度進行比較,，輸出控制信號，當快達到標定高度時,，減小輸出信號的占空比,，以防止過充。具體主程序框圖如圖3所示,。

　　4 試驗及結果分析

　　本設計做了兩自由度1/4車輛空氣懸架試驗,，通過在一定頻率特性下，對比分析電控空氣懸架和被動空氣懸架在相同的路面激勵下,，得到不同的懸架動行程,，車輛動載荷及垂直加速度，來驗證本設計的可行性,，驗證本設計是否達到了提高車輛行駛平順性和乘坐舒適型的目的,。為下一步將科研成果轉換成汽車電子產(chǎn)品提供技術儲備和試驗手段。