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1、 硕士研究生课程论文电控悬架理论及关键技术研究课程名称：汽车电子与控制技术任课教师：XXX学生姓名：XXX年 级：2013级学生编号：XXX专 业：车辆工程时 间：2014年1月10日电控悬架理论及关键技术研究摘要：本文首先对电控悬架概念、结构原理及分类做出简要概述。针对电控悬架系统，建立了基于PID 控制的仿真模型。通过仿真，对比了空气悬架的簧载质量振动加速度、车轮动载荷以及悬架的动行程的动态变化。利用MATLAB实时工具xPc Target，实现电控悬架的硬件在环实时仿真。关键词：电控悬架；PID 控制；硬件在环 Study on the Theory and Key Technology
2、 of Electronic Control SuspensionAbstract: This paper first makes a brief overview of the concept, structure and classification of electronic control suspension. For the electronically controlled air suspension systems, one simulation model is established which based on PID control strategy. Through
3、 the simulation, we compare the dynamic changes of the sprung mass vibration acceleration, the dynamic wheel load and the suspension travel for air suspension.Key Words: ECAS；PID control；Hardware in the Loop目录1 研究目的和意义.42 ECAS国内外发展概况.5 2.1 国外发展概况.5 2.2 国内发展概况.63 ECAS的主要结构及其工作原理.6 3.1 ECAS的主要结构6 3.2
4、电子控制空气悬架的工作原理.8 3.3 ECAS的主要功能及其实现94 ECAS仿真模型的建立.10 4.1 ECAS动力学模型的建立.11 4.2 路面激励模型12 4.3 PID控制器参数的调整.14 4.4 PID控制器的设计.155 电控半主动悬架硬件在环仿真.17 5.1 硬件在环的实现形式.17 5.2 硬件在环仿真试验台结构及原理18 5.3 xPC Target.19 5.4 PC-818L数据采集板卡20 5.5 建立Simulink电控半主动悬架硬件在环仿真模型.20结 论.22参考文献22随着人们对车辆乘坐舒适性要求的提高和我国汽车悬架技术的发展，以及系统应用的推广和车辆
5、控制技术的发展，电子控制悬架逐渐取代传统的机械控制的悬架，电子控制悬架系统应运而生。电子控制空气悬架ECAS(Electronically Controlled Air Suspension)可以显著提高车辆乘坐舒适性、行驶平顺性和操纵稳定性，毫无疑问，ECTS这一先进的悬架系统在汽车上的应用将越来越普及。1 研究目的和意义悬架系统影响汽车的平顺性、操纵稳定性、轮胎接地性等主要性能。带有机械式高度调节的空气悬架系统是根据载荷变化来调节悬架刚度，使车身高度保持不变，但它不能根据汽车操纵稳定性和行驶平顺性指标综合考虑控制因素来调节悬架刚度。随着汽车技术的进步及人们对车辆乘坐舒适性要求的提高，研究电
6、子控制空气悬架系统(ECAS)成了汽车工程师们关注的课题。在国外，ECAS已在客车、重型汽车上得到广泛的应用，高档轿车上也开始应用，国内近几年才开始研究，但仍未见具有完全自主知识产权的ECAS成熟产品，电子控制空气悬架系统整套电控系统均是从国外进口，其成本占整个系统的30%左右，大大削弱了国内电子控制空气悬架系统车辆企业在国际舞台上竞争能力。主要原因是ECAS的设计理论还不够深入，尤其是对空气悬架与整车匹配、空气弹簧设计和悬架控制理论与技术等方面，除此之外，电控空气悬架的刚度、阻尼多级甚至无级可调、控制的智能集成化技术也是悬架技术发展的必然趋势。因此，开展车辆ECAS设计理论与关键技术研究，提
7、高车辆的操纵稳定性、操纵轻便性、行驶平顺性和安全性等综合性能，这不仅具有重要的工程意义，而且具有重要的学术价值。电子控制空气悬架系统的研究在国内还处于起步阶段，对空气悬架的控制必然经历控制对象由简单到复杂、控制参数由少到多的发展过程，其技术只能通过消化吸收再提高。预测电子控制空气悬架系统在国内市场的推广次序是高级车辆、重型汽车、高档轿车，故优先选择高级车辆电子控制空气悬架系统，对其车身高度的控制、可调阻尼减振器的控制以及空气弹簧充放气的控制策略等关键技术进行重点研究。在项目支撑的条件下，结合多学科、多领域，对电子控制空气悬架系统进行深入的研究，最终实现电子控制空气悬架系统产品的产业化，使得电子
8、控制空气悬架系统的主要性能应达到国际先进水平，以满足国内和国际市场竞争的需要。2 ECAS国内外发展概况2.1 国外发展概况1908年George Bancroft申报了第一个汽车悬架上空气弹簧的专利，1910年美国首先在普尔曼车上使用空气弹簧，随后英、法等国加大了研究与应用。由于空气弹簧刚度与阻尼匹配比较困难，加之弹簧密封件容易损坏，维修复杂，使得空气弹簧一度发展缓慢。1986年Toyoto 公司在Soarer和LEXUSLS400GT3车前后悬架上均采用EACS系统并且其刚度可在“软”和“硬”之间调节，4个减振器可以在“软”、“中”和“硬”之间调节，从而使悬架刚度和阻尼最优配合，抑制车身姿
9、态变化。后来福特公司在Continental Mark 车型上成功推出了ECAS系统。 随后ECAS系统高速发展，美国的Ford，德国的Benz、Man、Audi，瑞典的Volvo，法国的雷诺，日本的丰田、尼桑、日野、三菱等相继采用ECAS系统。 据统计，2006 年仅在欧洲市场，就有55万辆车采用空气悬架。目前，国外豪华汽车上多数已经配备了相应的ECAS系统，如美国的林肯、凯迪拉克凯雷德，德国的Benz300SE、奥迪A6 Quattro、大众Phaeton、BMW7系列，英国的路虎-发现3、劳斯莱斯Ghost，意大利的保时捷Cayenne Turbo S，韩国的起亚-霸锐和现代Rohens
10、 等。在高速客车和豪华城市客车上的使用率已达到100%，在中、重型货车以及挂车上也超过80%，在一些特种车辆（如仪表车、救护车及集装箱运输车）上，空气悬架几乎成了唯一选择。目前汽车工业发达国家已形成几大空气悬架和空气弹簧生产厂家，如美国的WABCO 、NEWAY、RIDEWELL、FIRESTONE、GOOD YEAR和德国的 SAY、BPW等。在实际应用方面， 高效的空气悬架供给系统和控制系统一直是研究的重点。 美国的WABCO公司在这方面无疑走在世界前列，其良好的控制性能赢得了大众、尼桑、三菱、五十铃、日野、中国一汽、中国重汽、郑州宇通，厦门金龙等大批世界各地企业的青睐。最新数据显示，目前
11、WABCO电子控制空气悬架系统仅在欧洲市场每年销售超过20万套。2008年，WABCO公司为奥迪A8轿车配备了具有突破性的悬架电子控制系统及创新性的高效空气供给系统。该空气悬挂系统的电子控制单元以FlexRayTM技术为特色，是车载控制系统数据网络的重大突破。2010年，WABCO公司为劳斯莱斯最新豪华车型Ghost开发了包括空气悬架、主动侧倾控制系统及电子可调减振装置的电控空气悬架系统。2012年德国汉诺威商用车博览会，WABCO展示了最新电子挂车空气悬架控制系统。该系统是一种融合。智能挂车程序。与 OptilevelTM技术的全新ECAS系统，这是全球挂车市场上的首个集传统悬架功能与电子悬
12、架功能于一身的系统。2.2 国内发展概况我国对空气弹簧进行研究始于20世纪50年代，1957年，长春汽车研究所与化工部橡胶工业研究所合作制造出我国第一辆装有空气悬架的载重汽车，而后又设计了公共汽车、无轨电车以及轨道车辆等。20世纪90年代，国内客车厂纷纷从国外购置空气悬架，发展大致经历了。引进国外空气悬架的整车引进国外空气悬架系统自主研发空气悬架系统，3个阶段。据统计，2005年在全国销售的8万多辆大、中型客车中，配制空气悬架的客车已占总量的8%左右。近年来，为满足市场需要，国内已有一些企业正在开发生产空气悬架及零部件。这类企业主要有上海科曼车辆部件系统有限公司、东风汽车悬架弹簧有限公司等。这
13、些企业已经开发了中型客车、大型客车、客车前独立悬架、重型载货汽车等共8个平台近90 个品种的全空气悬架系统产品。2002年8月，我国实现中巴 ，气囊全空气悬架装车试验并通过国家检测中心（襄阳汽车试验场）多项性能试验，开始批量装车上市。2003年12月，我国研制出第一套大巴用独立悬架全空气悬架系统。2004年12月，我国完成重卡6x4 产品配套的首台双驱动桥8气囊空气悬架产品试制。2006年，我国自主研发的大中型旅游客车、一级踏步的公交车空气悬架系统远销马来西亚、印度、埃及，澳大利亚等国。2010年，空气悬架在国内客车上的使用率已经达到10%。虽然我国已经拥有重汽HOWO-A7、 重汽SCANIA、东风天龙、解放J6、华菱星凯马、东风EQ6850KR、苏州金龙KLQ6128Q、海格A80等大批自主品牌的空气悬架系统汽车，在空气悬架的研发与应用方面取得了很大的进步，但我国仍处于EC
