基于车高调节的空气悬架电子控制单元的设计与实现

摘要

空气悬架与车辆行驶平顺性和操作稳定性有着密切的联系。而传统的被动悬架由于其参数不能随着载荷、车速或路况等不可测因素的变化而自动调节，使之难以很好地满足人们对车辆行驶平顺性和操作稳定性的要求。电子控制半主动悬架由电子控制单元，可调高度的空气弹簧与可调阻尼系数的减振器组成。电子控制单元根据外部环境的变化迅速计算出调节量，然后通过对空气弹簧的充放气调节车身高度，并调节减震器阻尼系数，使恳架系统的参数能够随着外界环境的变化而自动调节，从而很好的满足了车辆行驶平顺性和操作稳定性的要求。电子控制空气悬架将成为汽车悬架技术发展的必然趋势，在我国有着广泛的发展前景。 目前国内对于电子控制空气悬架的研究主要是基于刚度调节的控制策略的研究，但由于刚度调节控制结构较为复杂且耗能严重，故至今还没有成熟产品应用于市场。本文通过对空气弹簧进行充放气试验，找出了刚度—时间—高度之间的关系，并以这个试验得到的数据为皋础进行了仿真，对比分析了基于高度调节和刚度调节的两种恳架，得出基于高度调节的空气悬架总体效果较好，且有节能易实现结构简单等优点。于是本文设计研制出了基于车高调节的空气悬架电子控制单元—全文的核心内容。该控制单元以Freescale公司出品的MC9S08GB60MCU为控制核心，外围电路包括信号检测电路(高度、速度信号)、输出驱动电路、电源电路和通信电路等。在外围电路设计时充分考虑了系统的可扩展性和通用性，使其能适用于多种场合。在系统软件开发过程中，软件采用了结构化和模块化方法，根据系统功能编写了若干模块。考虑到本控制器将用于较为恶劣的环境下，故对系统的软、硬件进行了抗干扰设计。 最后通过对电子控制单元的检测和整车试验，比较了被动悬架和基于高度调节的电子控制悬架对车身垂直加速度的衰减效果，可以看出本文所设计的电子控制单元能够根据检测到的信号及时有效地发出控制指令来改变车身高度和减震器阻尼系数，以提高汽车的行驶平顺性和操作稳定性，试验结果比较理想。

目录

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第一章绪论

1.1汽车悬架系统概述

1.2国内外空气悬架的发展与市场前景

1.2.1国内外空气悬架发展的历史与现状

1.2.2电控空气悬架系统在我国的市场前景

1.3本文的主要内容

第二章电子控制空气悬架设计的理论研究

2.1电子控制空气悬架(ECAS)的原理

2.1.1 ECAS的工作原理

2.1.2 ECAS的主要零部件

2.1.3 ECAS的主要功能

2.2空气悬架关键部件—空气弹簧的特性研究

2.2.1空气弹簧的特性及工作原理

2.2.2空气弹簧的高度与刚度计算

2.2.3空气弹簧充放气实验

2.3电子控制空气悬架的控制方案概述及模型的建立

2.3.1数学模型的建立

2.3.2路面不平度输入模型的建立

2.4基于模糊控制的刚度调节

2.4.1输入输出变量的模糊化及论域、量化因子和比例因子的确定

2.4.2模糊控制规则的建立

2.4.3解模糊方法的确定

2.4.4仿真结果分析

2.5基于PID控制的高度调节

2.6汽车空气悬架的性能指标与评价体系

第三章空气悬架电子控制单元的硬件设计与实现

3.1电子控制空气悬架系统硬件的资源需求及总体设计

3.2 ECAS各功能电路的设计

3.2.1 微控制器核心电路设计

3.2.2信号检测电路

3.2.3输出驱动控制电路

3.3电源模块

3.4通信接口电路设计

3.5电路的抗干扰措施

第四章电子控制空气悬架系统的软件设计与实现

4.1软件系统总体结构的设计

4.2主要程序单元的设计

4.2.1主程序结构的软什设计

4.2.2高度信号检测的软件设计

4.2.3速度信号检测的软件设计

4.2.4控制输出信号的软件设计

4.2.5调校系统软件设计

4.3 MODBUS总线通信程序设计

4.4软件的抗干扰设计

第五章试验结果及分析

5.1试验目的

5.2试验设备

5.3试验方案及过程概述

5.4电子控制单元各个功能模块测试

5.5试验结果及分析

第六章总结与建议

6.1总结

6.2建议

参考文献

致 谢

附录