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客车电子控制空气悬架系统技术解析
ECAS电控单元、电磁阀、高度传感器、气囊等部件组成。高度调节器负责检测车辆高度的变化,电控单元将接受输入信息,判断当前车辆状态,激发电磁阀工作,几电磁阀实现对各个气囊的充放气调节。
随着人们对车辆乘坐舒适性要求的提高和我国客车悬架技术的发展,空气悬架在客车上的应用日益广泛。传统的空气悬架控制模式是采用机械高度阀,即通过高度阀阀门的开启调节对气囊的充放气,从而保持车辆恒定的行驶高度。随着系统应用的推广和车辆控制技术的发展,电子控制逐渐取代传统的机械控制电子控制系统不仅提高了操作的舒适性和反应的灵敏度,而且可以附加很多辅助功能。威伯科汽车控制系统有限公司早在1986年就开始了电子控制空气悬架系统ECAS(electroni-controlled air suspension)的开发和应用,它是世界上最为先进并且应用最为广泛的电控空气悬架控制系统。
一、ECAS系统的组成和工作原理
ECAS系统主要由电子控制单元(ECU)、电磁阀、高度传感器、气囊等部件组成(图1)。它的基本工作原理是高度传感器负责检测车辆高度(车架和车桥间的距离)的变化,并把这一信息传递给ECU,除高度信息外,ECU还接受其它的输入信息,如车速信息、制动信息、车门信息和供气压力信息等,然后ECU综合所有的输入信息,判断当前车辆状态按照其内部的控制逻辑,激发电磁阀工作,电磁阀实现对各个气囊的充放气调节。

部件组成示意图
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ECAS的一个主要优点是能快速的达到所需的控制高度这是由于ECAS电磁阀采用大截面的进出气口,然而不管电磁阀的反应有多快,可能过量的空气仍被充入气囊,并导致随后的高度高于期望的标准高度,即过冲。当车辆处于空载状态时,由于系统储气筒压力和空载时气囊间大的压差造成气流速度非常快,导致这种过冲更加频繁。有时过冲能导致高度在标准高度周围长久的振荡这种控制过程不是我们所期望的,同时也减少了电磁阀的寿命。因此,要想达到精确的标准高度,控制过程需按照下面的方式进行:在即将达到标准高度前,减少气流量降低上升速度。如果系统调整的恰当,将不会出现任何过冲。因为电磁阀只能控制气流的通断,不能减少气体的体积,如果用脉冲电流控制电磁阀,那么电磁阀就能短时的中断气体的流通起到了节流的效果。
ECAS ECU采用脉冲方式控制电磁阀的开启,根据当前实际高度与预期调节高度的偏差,ECU计算电磁阀的调节脉冲长度,如果需要调节的高度量大、由于没有过冲的危险ECU将给出一个长的脉冲,同时,快的上升速度将减小脉冲长度,这样就能精确控制车辆的高度调节速度,极大的避免了高度的过冲及振荡调节。如图2所示。

ECU调节脉冲长度防止高度调节过冲的发生
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1.电控单元
电控单元(ECU)通常安装在驾驶室或者电气仓内,可实现不同高度值的管理和储存,控制包括正常高度在内的多个车辆高度,ECU负责与诊断工具进行数据交换,同时监测系统所有部件的操作,检测并储存系统故障。
2.电磁阀
电磁阀通常安装在车架或车架横梁上。ECAS电磁阀是高度集成化和模块化的设计。取决于不同的配置,在通用的外部壳体内可以布置不同数量的电磁阀部件。ECAS组合电磁阀可大大节省了零部件数量和安装空间以及装配费用。为了降低排气噪声,电磁阀排气口带有消音器。
例如,带侧倾功能的ECAS电磁阀,其内部就包含6个小的电磁阀,它们组合在一个壳体内实现对前后桥所有气囊的单独控制和侧倾控制。如图4所示,4x2客车上前桥装一个高度传感器,后桥装二个高度传感器(图3)。线圈61.1控制2位3通中央控制阀,负责总气源的通断:线圈61.2和61.3控制2个2位2通方向控制阀分别控制装有2个高度传感器后桥的左右气囊;62.1和62.3同样控制2个2位2通方向控制阀,分别控制只装一个高度传感器前桥的左右气囊;63.1可隔断经横行节流通道10连接的的左右2个气囊(图4)。

ECAS系统示意图
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