空氣懸架系統(tǒng)車身高度和水平控制原理

朱春紅，梁時(shí)光，李婕，宋建桐

（北京電子科技職業(yè)學(xué)院，北京 100176）

空氣懸架系統(tǒng)車身高度和水平控制原理

朱春紅，梁時(shí)光，李婕，宋建桐

（北京電子科技職業(yè)學(xué)院，北京 100176）

空氣懸架系統(tǒng)較其他懸架使汽車具有更好的舒適性和操作穩(wěn)定性，近年來在高檔轎車上應(yīng)用越來越廣泛。本文以奔馳CLS350型汽車為例，對(duì)空氣懸架系統(tǒng)的高度和水平控制進(jìn)行簡要分析。

空氣懸架；奔馳；高度控制；水平控制

CLC NO.: U463.3 Document Code: A Article ID: 1671-7988(2015)01-60-03

引言

在奔馳和寶馬等高端車型上，其懸架裝置目前主要應(yīng)用空氣懸架系統(tǒng)，空氣懸架系統(tǒng)與普通懸架相比，其最大的特點(diǎn)就是可以按照駕駛員的需求和行駛速度的變化調(diào)整車身高度，并保證不論車上負(fù)載情況如何以及道路狀況如何，都能保持車身水平[1-3]。本文以奔馳CLS350車型為例，介紹空氣懸架的車身高度和水平控制原理。

1、車身高度控制

車身高度控制是駕駛員通過高度調(diào)節(jié)開關(guān)（N72s18）和舒適型/運(yùn)動(dòng)型開關(guān)（N72s25）開關(guān)手動(dòng)整體升降車身高度，如圖1所示，或者是根據(jù)車速自動(dòng)升降車身水平高度。車身高度控制是同時(shí)控制四個(gè)空氣懸架支柱[4]。奔馳CLS350型汽車有4種可用的車身水平高度級(jí)別，如圖2所示。

① 正常車身水平高度N（0）位置，車身高度調(diào)節(jié)值為0mm；

② 車身水平高度比正常車身高度N升高25mm，K（+25）位置。這一高度僅能通過高度調(diào)節(jié)開關(guān)手動(dòng)升高；

③ 車身水平高度比正常車身高度N降低10mm，SI（-10）位置，即“運(yùn)動(dòng)型Ⅰ”模式，這一位置可根據(jù)車速控制或通過舒適型/運(yùn)動(dòng)型開關(guān)手動(dòng)降低；

④ 車身水平高度比正常車身高度N降低15mm，SII（-15）位置，即“運(yùn)動(dòng)型Ⅱ”模式，這一位置可根據(jù)速度控制或通過舒適型/運(yùn)動(dòng)型開關(guān)手動(dòng)降低。

如果高度調(diào)節(jié)開關(guān)被促動(dòng)、發(fā)動(dòng)機(jī)運(yùn)轉(zhuǎn)、車速處于0-120km/h，且車輛處于N時(shí)，車身水平高度將立即被調(diào)整升高25mm，至K位置。在調(diào)整過程中，儀表盤（A1）內(nèi)的多功能顯示屏（A1p13）（見圖1）顯示：“Vehicle rising（車身升高中）”，在調(diào)節(jié)過程中高度調(diào)節(jié)開關(guān)內(nèi)的LED閃爍。當(dāng)完成調(diào)整后，即達(dá)到K位置后，LED持續(xù)點(diǎn)亮，不再閃爍。

車身高度處于K位置時(shí)，如果車速高于80km/h持續(xù)超過t=5分鐘，見圖2中“a”段，駕駛員“升高車身高度”的請(qǐng)求被取消，車身會(huì)自動(dòng)降低至N位置。在儀表盤的多功能顯示器上的顯示：“Level selection canceled（高度選擇被取消）”。如果車速高于80km/h持續(xù)時(shí)間t不足5分鐘并且車速未超過120km/h，則車身會(huì)保持在K，這種情況下只有通過操作高度調(diào)節(jié)開關(guān)才能再次降低到N位置。

當(dāng)車身水平處于K位置時(shí)，車速如果高于120km/h時(shí)，駕駛員的設(shè)置的K位置被立即取消，車身立即自動(dòng)降低至N位置，如b所示。此時(shí)，如果繼續(xù)加速，當(dāng)車速高于140km/h時(shí)，車身水平高度自動(dòng)降低至降低的水平高度SI位置，如c所示；車速高于180km/h時(shí)，車身水平高度自動(dòng)降低至降低的水平高度SII位置，如d所示。如果車身已經(jīng)降到SII位置，車速再升高，車身高度不會(huì)再繼續(xù)下降。在SII位置時(shí)，如果車輛減速，當(dāng)車速低于130km/h時(shí)，車身會(huì)自動(dòng)升高到SI位置，如e所示；車速繼續(xù)降低，低于90km/h時(shí)，車身會(huì)升高到正常水平高度N位置，如f所示，車速繼續(xù)降低，車身高度不會(huì)自動(dòng)回到之前設(shè)置的K位置。

如果高度調(diào)節(jié)開關(guān)未被促動(dòng)、發(fā)動(dòng)機(jī)運(yùn)轉(zhuǎn)、車速在0-140km/h時(shí)，車身高度將始終保持在N位置；車速高于140km/h時(shí)，車身水平高度將立即自動(dòng)降低至降低的水平高度SI位置，如c所示；車速高于180km/h時(shí)，車身水平高度將立即自動(dòng)降低至SII，如d所示。如果車身已經(jīng)降到SII，車速再升高，車身高度不會(huì)再繼續(xù)下降。如果此時(shí)車輛開始減速，車速低于130km/h時(shí)，車身會(huì)自動(dòng)升高到SI位置，如e所示；車速低于90km/h時(shí)，車身會(huì)升高到正常水平高度N，0mm位置，如f所示。

當(dāng)舒適型/運(yùn)動(dòng)型開關(guān)被促動(dòng)為“運(yùn)動(dòng)型Ⅰ”模式，即一個(gè)LED亮起時(shí)，車身水平高度會(huì)立即降低至SI位置，車速在0-180km/h時(shí)，車身高度始終保持在這個(gè)位置，當(dāng)車速高于180km/h時(shí)，車身水平高度自動(dòng)降低至SII，如d所示。當(dāng)車速降低至130km/h時(shí)，車身高度會(huì)恢復(fù)到SI位置，如e所示，車速再降，車身高度不會(huì)再改變。選擇減震程序“運(yùn)動(dòng)型Ⅰ”后，信息“AIRMATIC DC Sport1（雙控空氣懸架系統(tǒng)運(yùn)動(dòng)型1）”在多功能顯示屏上顯示約5秒。

當(dāng)舒適型/運(yùn)動(dòng)型開關(guān)被促動(dòng)為“運(yùn)動(dòng)型Ⅱ”模式，即兩個(gè)發(fā)光二極管亮起時(shí)，車身水平高度會(huì)立即降低至SII位置，并保持在該位置不變，車速的增減不會(huì)影響車身高度，即車身水平高度與車速無關(guān)。選擇“運(yùn)動(dòng)型II”后，信息“AIRMATIC DC Sport 2（雙控空氣懸架系統(tǒng)運(yùn)動(dòng)型2）”在多功能顯示屏上顯示約5秒。

如果隨后選擇“舒適型”，即兩個(gè)LED都熄滅，這時(shí)如果車速低于90km/h，則車身水平高度再次升高到N位置，如f所示，選擇“舒適型”后，信息“AIRMATIC DC Comfort（雙控空氣懸架系統(tǒng)舒適型）”在多功能顯示屏上顯示約5 秒。

由駕駛員設(shè)置的高度調(diào)節(jié)開關(guān)以及舒適型/運(yùn)動(dòng)型開關(guān)狀態(tài)在點(diǎn)火開關(guān)關(guān)閉后會(huì)被保存，只有通過手動(dòng)改變或由于超過某一車速閾值或時(shí)間閾值而被取消。

2、車身水平控制

車身水平控制是保證車身在行駛過程中因路面不平或因車輛負(fù)載不均衡等狀況下確保車身能夠保持水平狀態(tài)[5]。為確保車身保持水平，各個(gè)懸架支柱可以被單獨(dú)調(diào)節(jié)。空氣懸架系統(tǒng)氣壓回路原理，如圖3所示。

奔馳CLS350汽車的前軸和后軸處的空氣懸架系統(tǒng)是一種完全承重式懸架系統(tǒng)。發(fā)動(dòng)機(jī)運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)，不論負(fù)載情況如何，該系統(tǒng)均可使車身保持水平而不發(fā)生傾斜。在此過程中，空氣從空氣懸架系統(tǒng)壓縮機(jī)（A9/1）通過左右前懸架支柱的空氣懸架系統(tǒng)額外空氣量閥（Y51/1y1、Y52/1y1）和左右后懸架支柱的空氣懸架系統(tǒng)額外空氣量閥（Y53/1y1、Y54/1y1）傳遞到前軸懸架支柱40和后軸彈簧減震柱41，直到車輛高度水平被調(diào)整。車輛水平由前軸處的左前、右前水平傳感器（B22/8、B22/9）以及后軸處的后軸水平傳感器（B22/3）記錄，并傳送到帶ADS的空氣懸架系統(tǒng)的控制單元（N51）。

空氣懸架系統(tǒng)額外空氣量閥集成在每個(gè)彈簧減震柱內(nèi)，它們與空氣懸架系統(tǒng)壓縮機(jī)上的空氣懸架系統(tǒng)減壓閥（A9/1y1）共同作用，控制車身保持水平?？諝鈶壹芟到y(tǒng)中央蓄壓器（42）用于存儲(chǔ)壓縮空氣，并能在發(fā)動(dòng)機(jī)不運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)調(diào)節(jié)車輛水平。水平控制功能包含以下功能：

① 鎖止功能

當(dāng)車輛停止時(shí)，如果空氣懸架系統(tǒng)控制單元檢測到所有車輪均無負(fù)載，如車輛被用舉升器舉起，則空氣懸架系統(tǒng)額外空氣量閥關(guān)閉，不會(huì)對(duì)車身水平高度進(jìn)行調(diào)節(jié)，車輛會(huì)保持當(dāng)前水平高度。這在更換車輪或進(jìn)行修理工作等情況下非常重要。

② 正常功能（發(fā)動(dòng)機(jī)運(yùn)轉(zhuǎn)）

車輛停止時(shí)，如果打開車門或行李箱蓋后，各個(gè)減振器支柱間出現(xiàn)大于+/-8mm的偏差，則對(duì)車身水平進(jìn)行重新調(diào)節(jié)。當(dāng)車輛停止時(shí)，車身水平可以被補(bǔ)償，約為每5秒鐘一次。

行駛過程中，如果偏差大于+/-8mm，同樣可以對(duì)車身水平進(jìn)行調(diào)整。在行駛過程中，因?yàn)檐囕v振動(dòng)對(duì)車身水平信號(hào)有影響，因此空氣懸架系統(tǒng)控制單元可以過濾因?yàn)檐囕v振動(dòng)引起的各個(gè)懸架支柱水平高度不一致問題，因此，行駛過程中的車身水平調(diào)節(jié)最短時(shí)間為每180秒被補(bǔ)償一次。

根據(jù)情況的不同，用于調(diào)整車身水平的高壓空氣可由空氣懸架系統(tǒng)的壓縮機(jī)或空氣懸架系統(tǒng)中央蓄壓器（42）的壓力提供。如果車輛停止，為避免壓縮機(jī)裝置工作時(shí)產(chǎn)生噪音，一般只使用空氣懸架系統(tǒng)中央蓄壓器（42）內(nèi)的高壓空氣。如果有特殊高壓要求，則空氣懸架系統(tǒng)壓縮機(jī)和空氣懸架系統(tǒng)中央蓄壓器（42）可同時(shí)供給壓縮空氣。當(dāng)車輛負(fù)載增加時(shí)，控制單元通過水平傳感器檢測到車身傾斜或高度降低。這時(shí)則通過促動(dòng)電磁閥，將空氣供給前軸懸架支柱（40）或后軸懸架支柱（41），直到車身水平及高度達(dá)到其設(shè)定值。當(dāng)懸架支柱達(dá)到調(diào)整高度后，彈簧減震柱的水平閥和空氣懸架系統(tǒng)的減壓閥斷電，從而防止空氣壓力泄漏到外界大氣造成車身降低。

③ 停車時(shí)降低水平高度

如果車輛在“舒適型”模式下駐車，當(dāng)所有的車門（包括行李箱蓋）關(guān)閉，且車輛通過遙控鑰匙（A8/1）鎖止，車輛自動(dòng)降低約15mm，進(jìn)入“睡眠位置”。如果車輛處于“運(yùn)動(dòng)型Ⅰ”模式時(shí)駐車，則車身高度從-10mm降低到-15mm。當(dāng)車輛處于“運(yùn)動(dòng)型Ⅱ”模式下駐車時(shí)，水平高度保持在-15mm。

④ 喚醒功能（功能持續(xù)時(shí)間約為1分鐘）

當(dāng)用遙控鑰匙解鎖車輛，并且前后左右任一車門被打開或行李箱被打開，則空氣懸架系統(tǒng)控制模塊被“喚醒”，并檢查當(dāng)前車身水平及高度，如果車身傾斜或高度過低，且中央蓄壓器有足夠的壓力，空氣懸架系統(tǒng)則會(huì)調(diào)整車身。

如果駐車時(shí)的車身傾斜或高度降低超過20mm，且空氣懸架系統(tǒng)中央蓄壓器（42）壓力大于11巴時(shí)，空氣懸架系統(tǒng)將會(huì)調(diào)整車身車身水平或?qū)④嚿砩叩秸８叨取?/p>

如果前軸的車身水平高度小于-50mm，后軸的水平高度小于-60mm時(shí)，依然可以在儲(chǔ)壓罐壓力小于11巴時(shí)通過空氣懸架系統(tǒng)的壓縮機(jī)（必要條件：電池電壓大于12.4V）升高車身。

不論有無負(fù)載，當(dāng)車身個(gè)別懸架的高度與調(diào)節(jié)后的車身高度的偏差超過+/-8mm，則會(huì)通過先降低或升高懸架支柱內(nèi)的壓力，然后再將其調(diào)節(jié)到適當(dāng)?shù)母叨?。發(fā)動(dòng)機(jī)關(guān)閉時(shí)，無法使用水平調(diào)節(jié)開關(guān)升高車身。如果在停車時(shí)降低了車身，車輛會(huì)在發(fā)動(dòng)機(jī)起動(dòng)后從睡眠位置再次升到駕駛員上次調(diào)節(jié)的位置。

3、結(jié)論

空氣懸架系統(tǒng)正是因?yàn)槠渚哂腥缟纤龅能嚿砀叨群蛙嚿硭降淖詣?dòng)、手動(dòng)控制功能，使汽車的舒適型操控性能有了很大的提高，因此在高端車型上被應(yīng)用的越來越多，希望隨著這種技術(shù)發(fā)展，能夠降低其造價(jià)，推廣到更多的中級(jí)轎車中使用，讓更多的人很夠體驗(yàn)到技術(shù)的發(fā)展為人們的生活帶來的舒適與安全。

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The Principle of height and level control of the vehicle body with air suspension system

Zhu Chunhong, Liang Shiguang, Li Jie, Song Jiantong

（Beijing Polytechnic, Beijing 100176）

air suspension system makes the vehicle has better comfort and operation stability than other suspension. It is used more and more widely in high-grade cars in recent years . In this paper, the Mercedes Benz CLS350 car as an example, height and level control of air suspension system are analyzed.

air suspension; Mercedes Benz; height control; level control

U463.3

A

1671-7988(2015)01-60-03

朱春紅，講師，畢業(yè)于吉林工業(yè)大學(xué)內(nèi)燃機(jī)專業(yè)，就職于北京電子科技職業(yè)學(xué)院汽車工程學(xué)院。