汽車(chē)空氣懸架計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)(最終修改版)

1、北京理工大學(xué)珠海學(xué)院2006屆本科生畢業(yè)設(shè)計(jì)汽車(chē)空氣懸架計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)摘 要由于在平順性和車(chē)高控制上的諸多優(yōu)點(diǎn)，越來(lái)越多的客車(chē)生產(chǎn)商已經(jīng)開(kāi)始使用電子控制空氣懸架，通過(guò)控制彈簧剛度和減振器的阻尼來(lái)獲得好的平順性和操縱穩(wěn)定性。本文設(shè)計(jì)對(duì)汽車(chē)在制動(dòng)、轉(zhuǎn)向、加速、高速等工況下的空氣彈簧剛度的調(diào)節(jié)來(lái)實(shí)現(xiàn)對(duì)懸架剛度的控制，在不同車(chē)速下對(duì)車(chē)高的調(diào)節(jié)以減少風(fēng)阻。通過(guò)介紹懸架的種類(lèi)和特點(diǎn)，分析空氣懸架當(dāng)前發(fā)展?fàn)顩r，概述平順性的研究?jī)?nèi)容，提出本文研究的主要內(nèi)容和基本流程。文中以簡(jiǎn)化的汽車(chē)1/4懸架模型為基礎(chǔ)，通過(guò)分析剛度和系統(tǒng)頻率對(duì)平順性的影響，得出空氣懸架的主要控制參數(shù)。接著使用MATLAB/SIMULIN

2、K計(jì)算機(jī)仿真軟件，模擬路面隨機(jī)輸入，仿真被動(dòng)懸架及空氣懸架的加速度變化，通過(guò)對(duì)比看出其優(yōu)點(diǎn)。MCS-96系列單片機(jī)在接口、抗干擾及運(yùn)算速度方面的特點(diǎn)，使得其系列單片機(jī)在實(shí)現(xiàn)對(duì)懸架的控制方面有著較大的優(yōu)勢(shì)。本文使用MCS-96系列單片機(jī)匯編語(yǔ)言編譯控制程序，編寫(xiě)出各功能子系統(tǒng)程序段，以順序執(zhí)行指令模式運(yùn)行，通過(guò)對(duì)各傳感器的信號(hào)來(lái)判斷行駛狀況，從而輸出對(duì)應(yīng)的控制信號(hào)。硬件使用80C196KC單片機(jī)。關(guān)鍵字：空氣彈簧 電控懸架 控制程序 仿真 單片機(jī) 46Air Suspension Control System DesignABSTRACTAs the car ride and the many

3、advantages of high control, more and more bus manufacturers have begun using electronic control air suspension, by controlling the spring stiffness and damping shock absorbers to get a good ride comfort and handling stability. In this paper, we design to adjust the air spring stiffness to achieve th

4、e control of the suspension stiffness in the braking, steering, acceleration, speed and other working conditions. By adjusting the stiffness of the spring and shock absorber damping to reduce the wind resistance in high-speed condition. By introducing the suspension of the type and characteristics o

5、f the current development of air suspension, ride comfort of an overview of the contents of this paper presented the main content and basic processes. By simplifying the car 1 / 4 suspension model, analyzing the stiffness and system frequency on the Ride, come to the main control parameters of air s

6、uspension. Then use the MATLAB / SIMULINK simulation software to simulate the random road input, simulation passive suspension and air suspension, acceleration changes, by comparing to see its advantages. As the MCS-96 series MCU interface, interference, and the characteristics of computing speed, m

7、akes the MCS-96 family of single chip to achieve the control of the suspension has a big advantage. This article uses the MCS-96 Microcontroller assembly language compiler control procedures, the preparation of the segment of each functional subsystem, to order the implementation of instruction mode

8、, the signal on each sensor to determine the operating conditions, and thus the corresponding output control signals. Use 80C196KC MCU.Keywords: air spring; ECAS; control procedures; SIMULINK; MCU目 錄摘要IABSTRACTII1緒論11.1懸架概述11.2懸架的分類(lèi)11.3主動(dòng)懸架21.4空氣懸架發(fā)展與現(xiàn)狀21.5平順性理論概述31.6本文的主要內(nèi)容42空氣懸架的工作原理及功能52.1空氣懸架工作原

9、理52.2空氣懸架功能53空氣懸架系統(tǒng)73.1空氣懸架主要元件結(jié)構(gòu)73.2空氣懸架輸入輸出部件73.3空氣懸架的具體工作方式134空氣懸架數(shù)學(xué)模型144.1垂直剛度設(shè)計(jì)計(jì)算：144.2空氣彈簧系統(tǒng)頻率的計(jì)算144.3單質(zhì)量系統(tǒng)的自由振動(dòng)155系統(tǒng)控制流程165.1總控制流程圖165.2各子系統(tǒng)流程圖176系統(tǒng)仿真計(jì)算246.1MATLAB軟件介紹246.2路面激勵(lì)譜256.3SIMULINK計(jì)算仿真267匯編程序設(shè)計(jì)307.1MCS-96系列單片機(jī)的特點(diǎn)307.2匯編語(yǔ)言程序工作原理307.3硬件圖32本文總結(jié)33參考文獻(xiàn)33注釋33附錄33謝辭331緒論1.1懸架概述懸架是汽車(chē)的重要組成部分

10、，它把車(chē)體與車(chē)軸彈性地連接起來(lái)，并承受作用在車(chē)輪和車(chē)體之間的作用力，緩沖來(lái)自不平路面給車(chē)體傳遞的沖擊載荷，衰減各種動(dòng)載荷引起的車(chē)體振動(dòng)。懸架對(duì)汽車(chē)的行駛平順性、乘座舒適性及操縱穩(wěn)定性等多種使用性能都有很大影響，因此懸架設(shè)計(jì)一直是汽車(chē)設(shè)計(jì)人員非常關(guān)注的問(wèn)題之一。汽車(chē)懸架盡管有各種不同的結(jié)構(gòu)形式，但一般都是由彈性元件、減振器和導(dǎo)向機(jī)構(gòu)三部分組成。由于汽車(chē)行駛的路面不可能絕對(duì)平坦，路面作用于車(chē)輪上的垂直反力往往是沖擊性的，特別是在壞路面上高速行駛時(shí)，這種沖擊力將達(dá)到很大的數(shù)值。沖擊力傳到車(chē)身時(shí)，可能引起汽車(chē)機(jī)件的早期損壞；傳給乘員和貨物時(shí)，將使乘員感到極不舒適，貨物也可能受到損傷。為了緩和沖擊，在汽

11、車(chē)行駛系中，除了采用彈性的充氣輪胎之外，在懸掛中還必須裝有彈性元件，使車(chē)身與車(chē)輪之間作彈性聯(lián)系。但彈性系統(tǒng)在受到?jīng)_擊后，將產(chǎn)生振動(dòng)。持續(xù)的振動(dòng)易使乘員感到不舒適和疲勞。故懸掛系統(tǒng)還應(yīng)具有減振作用，以使振動(dòng)迅速衰減，振幅迅速減小。為此，在許多形式的懸掛系統(tǒng)中都設(shè)有專(zhuān)門(mén)的減振器陳家瑞；汽車(chē)構(gòu)造（第5版）；M.北京：人民交通出版社，2005；221222；。1.2懸架的分類(lèi)懸架的結(jié)構(gòu)形式較多，按導(dǎo)向機(jī)構(gòu)的形式，可分為獨(dú)立懸架和非獨(dú)立懸架兩大類(lèi)。按工作原理不同，懸架可分為被動(dòng)懸架、半主動(dòng)懸架及主動(dòng)懸架三種。目前在汽車(chē)上普遍采用的多為被動(dòng)懸架。隨著汽車(chē)速度的提高，對(duì)汽車(chē)懸架的性能提出了越來(lái)越高的要求。由

12、于被動(dòng)懸架存在本質(zhì)性的問(wèn)題，設(shè)計(jì)人員無(wú)法對(duì)其結(jié)構(gòu)進(jìn)行改造和參數(shù)優(yōu)化以達(dá)到期望的性能指標(biāo)，所以半主動(dòng)懸架和主動(dòng)懸架越來(lái)越受到汽車(chē)制造商和汽車(chē)研究人員的關(guān)注。只有半主動(dòng)懸架和主動(dòng)懸架可以采用電子控制的方式，即通常所說(shuō)的電控懸架。懸架電子控制的目的在于如下幾點(diǎn)李炎亮，高秀華，成凱；汽車(chē)電子技術(shù)；M.北京：化學(xué)工業(yè)出版社，2005；201202；。a. 降低路面凹凸不平引起的加速度和車(chē)身急劇跳動(dòng)對(duì)乘員的影響。b. 減少汽車(chē)行駛時(shí)的車(chē)身姿態(tài)變化（如側(cè)傾、縱搖、俯仰等）。c. 保證在彎曲路段行駛時(shí)的操縱穩(wěn)定性。d. 在乘客數(shù)目和載貨質(zhì)量變化時(shí)維持車(chē)身高度不變，并在高速行駛時(shí)降低車(chē)輛高度，在粗糙路面行駛時(shí)增

13、加車(chē)輛高度。隨著半主動(dòng)懸架和主動(dòng)懸架在商用車(chē)上應(yīng)用范圍的擴(kuò)大，對(duì)作為其主要組成部分的空氣彈簧的研究顯得越來(lái)越重要。1.3主動(dòng)懸架平順性和操縱穩(wěn)定性對(duì)汽車(chē)懸掛系統(tǒng)這一互為矛盾的要求，在傳統(tǒng)的被動(dòng)懸掛系統(tǒng)設(shè)計(jì)中幾乎無(wú)法同時(shí)滿(mǎn)足。即使經(jīng)過(guò)慎重的權(quán)衡，通過(guò)最優(yōu)控制理論使懸架系統(tǒng)在平順性和操縱穩(wěn)定性之間尋求一個(gè)折衷的方案，而這種最優(yōu)的折衷也只能是在特定的道路狀態(tài)和速度下達(dá)到。為了克服傳統(tǒng)的被動(dòng)懸掛系統(tǒng)對(duì)其性能改善的限制，在現(xiàn)代汽車(chē)中采用和發(fā)展了新型的電子控制懸掛系統(tǒng)。電子控制懸掛系統(tǒng)可以根據(jù)不同的路面條件，不同的載重質(zhì)量，不同的行駛速度等，來(lái)控制懸掛系統(tǒng)的剛度、調(diào)節(jié)減振器的阻尼力大小，甚至可以調(diào)整車(chē)身高

14、度，從而使車(chē)輛的平順性和操縱穩(wěn)定性在各種行駛條件下達(dá)到最佳的組合。主動(dòng)懸架是一種具有做功能力的懸架，不周于單純吸收能量、緩和沖擊的傳統(tǒng)懸架系統(tǒng)。當(dāng)汽車(chē)載荷、行駛速度、路面情況等行駛條件發(fā)生變化時(shí)，主動(dòng)懸架系統(tǒng)能自動(dòng)調(diào)整懸架的剛度，從而同時(shí)滿(mǎn)足汽車(chē)的行駛平順性、操縱穩(wěn)定性等各方面的要求。它在下述幾方面使汽車(chē)性能得到改善。a. 懸架剛度可以設(shè)計(jì)得很小，使車(chē)身具有較低的固有頻率，以保證正常行駛時(shí)的乘坐舒適性。由于剛度可調(diào)，使汽車(chē)轉(zhuǎn)彎出現(xiàn)的車(chē)身側(cè)傾、制動(dòng)、加速等引起車(chē)身的縱向擺動(dòng)等得到解決。b. 采用主動(dòng)懸架系統(tǒng)時(shí)，因不必兼顧正常行駛時(shí)汽車(chē)的舒適性，可將汽車(chē)抗側(cè)傾、抗縱擺的剛度設(shè)計(jì)得較大，因而提高了汽

15、車(chē)的操縱穩(wěn)定性，使汽車(chē)的行駛安全性得以提高。c. 汽車(chē)載荷變化時(shí)，主動(dòng)懸架系統(tǒng)能自動(dòng)維持車(chē)身高度不變，汽車(chē)即使在凹凸不平的道路上行駛也可保持車(chē)身平穩(wěn)。d.普通汽車(chē)在制動(dòng)時(shí)車(chē)頭向下俯沖，由于前后軸載荷發(fā)生變化，使后輪與地面的附著條件惡化，延長(zhǎng)了制動(dòng)過(guò)程。主動(dòng)懸架系統(tǒng)可以在制動(dòng)時(shí)使車(chē)尾下沉，充分利用車(chē)輪與地面的附著條件，加速制動(dòng)過(guò)程，縮短制動(dòng)距離。e.主動(dòng)懸架可使車(chē)輪與地面保持良好接觸，即車(chē)輪跳離地面的傾向減小，因而可提高車(chē)輪與地面的附著力，從而提高汽車(chē)抵抗側(cè)滑的能力。1.4空氣懸架發(fā)展與現(xiàn)狀自從1847年John Lewis首次發(fā)明了火車(chē)用空氣彈簧以來(lái)，以降低剛度和獲得優(yōu)良的剛度變化特性為目標(biāo)，

16、經(jīng)過(guò)一個(gè)半世紀(jì)的不斷探討與創(chuàng)新，人們研制了各種各樣的空氣彈簧。同其它新技術(shù)一樣，空氣懸架的推廣普及也不是一帆風(fēng)順的，但最終空氣懸架還是以其獨(dú)特的優(yōu)良性能在車(chē)輛懸架系統(tǒng)中得到了極其廣泛的應(yīng)用，現(xiàn)在，國(guó)外高級(jí)大客車(chē)幾乎全部使用空氣懸架；重型載貨車(chē)上空氣懸架的占有率也達(dá)到了85；大約80的拖掛車(chē)使用空氣懸架；空氣懸架在輕型貨車(chē)上的應(yīng)用目前只占市場(chǎng)份額的10， 預(yù)測(cè)到2008年將達(dá)到40 ；部分轎車(chē)也逐漸裝備了空氣彈簧懸架周永清，朱思洪；車(chē)輛空氣懸架研究綜述J；輕型汽車(chē)技術(shù)，2003(10)：3034；。電子控制空氣懸架系統(tǒng)(Electronically Controlled Air Suspensi

17、on System，簡(jiǎn)稱(chēng)(ECAS)可以根據(jù)車(chē)身高度、行駛速度、轉(zhuǎn)向角度、制動(dòng)等信號(hào)，由電子控制單元(ECU)控制系統(tǒng)中的電磁閥或步進(jìn)電機(jī)等執(zhí)行元件，進(jìn)行調(diào)整橡膠空氣彈簧內(nèi)的壓縮空氣量，懸架剛度和車(chē)身高度隨之改變，以抑制車(chē)輛急加速、制動(dòng)時(shí)產(chǎn)生的俯仰運(yùn)動(dòng)和轉(zhuǎn)向時(shí)產(chǎn)生的側(cè)傾運(yùn)動(dòng)，保持車(chē)身姿態(tài)平衡莊繼德汽車(chē)電子控制系統(tǒng)工程M北京：北京理工大學(xué)出版社，1998；l14l22；。因此，ECAS能夠有效地提高車(chē)輛的乘坐舒適性和操縱穩(wěn)定性。ECAS在歐美發(fā)達(dá)國(guó)家的大客車(chē)、載重汽車(chē)和高檔乘用車(chē)上已得到廣泛應(yīng)用，各大著名汽車(chē)生產(chǎn)企業(yè)(FORD，GM，VOLVO，TOYOTA，RENAUL，BENZ等)均有自己的

18、相關(guān)產(chǎn)品；國(guó)內(nèi)只有小部分高檔客車(chē)(如蘇州金龍)、極少高檔轎車(chē)(2006年國(guó)產(chǎn)新AUDI A6和A8)在引進(jìn)、消化、吸收的基礎(chǔ)上已經(jīng)開(kāi)始安裝ECAS系統(tǒng)，但是可以預(yù)見(jiàn)，ECAS這一先進(jìn)的空氣懸架系統(tǒng)在不久的將來(lái)會(huì)在國(guó)產(chǎn)汽車(chē)上越來(lái)越普及陳興林，胡樹(shù)華；車(chē)空氣懸架的應(yīng)用發(fā)展與我國(guó)汽車(chē)業(yè)的應(yīng)對(duì)策略；J；汽車(chē)科技，2004(4)：69；。ECAS具有諸多優(yōu)點(diǎn)，是汽車(chē)懸架系統(tǒng)當(dāng)前的研究熱點(diǎn)之一，也是未來(lái)智能懸架的研究基礎(chǔ)。1.5平順性理論概述汽車(chē)行駛時(shí)，由于路面不平等因素激起汽車(chē)的振動(dòng)，使乘員處于振動(dòng)環(huán)境中，振動(dòng)影響著人的舒適性、工作效能和身體健康。保持振動(dòng)環(huán)境的舒適性，以保證駕駛員在復(fù)雜的行駛和操縱條件

19、下具有良好的心理狀態(tài)和準(zhǔn)確靈敏的反應(yīng)，它將影響“人車(chē)”系統(tǒng)的操縱穩(wěn)定性對(duì)確保安全行駛是非常重要的。汽車(chē)的平順性可由圖1- 1所示的汽車(chē)振動(dòng)系統(tǒng)框圖來(lái)分析。系統(tǒng)的輸入主要是由汽車(chē)以一定的車(chē)速駛過(guò)隨機(jī)的路面不平度所引起，此輸入經(jīng)過(guò)由輪胎、懸架、座椅等彈性、阻尼元件和懸掛質(zhì)量、非懸掛質(zhì)量構(gòu)成的振動(dòng)系統(tǒng)，傳遞到懸掛質(zhì)量或人體，這兩部分的加速度就是輸出的振動(dòng)物理量。然后，根據(jù)人體對(duì)振動(dòng)的反應(yīng)-乘坐者的舒適程度來(lái)評(píng)價(jià)汽車(chē)的平順性。汽車(chē)振動(dòng)系統(tǒng)的輸出通常還要同時(shí)考慮車(chē)輪與路面之間的動(dòng)載，它與車(chē)輪接地性有關(guān)影響操縱穩(wěn)定性。圖1- 1 “路面汽車(chē)人”系統(tǒng)的框圖研究平順性的主要目的就是控制汽車(chē)振動(dòng)系統(tǒng)的動(dòng)態(tài)特性，

20、使振動(dòng)的“輸出”在給定工況的“輸入”下不超過(guò)界限，以保持乘員的舒適性余志生；汽車(chē)?yán)碚摚ǖ?版）；M.北京：機(jī)械工業(yè)出版社，2006；202；。其基本內(nèi)容為：1） 人體對(duì)振動(dòng)的反應(yīng)和平順性的評(píng)價(jià)。2） 振動(dòng)“輸入”路面不平度的統(tǒng)計(jì)特性。3） 汽車(chē)振動(dòng)系統(tǒng)的簡(jiǎn)化。1.6本文的主要內(nèi)容本文通過(guò)對(duì)空氣懸架的基本原理和工作方式的闡述，建立汽車(chē)空氣主動(dòng)懸架1/4 模型, 分析車(chē)身振動(dòng)的單質(zhì)量系統(tǒng)，并通過(guò)計(jì)算機(jī)仿真進(jìn)行比較。該懸架系統(tǒng)模型結(jié)合現(xiàn)在流行的膜式空氣彈簧，計(jì)算彈簧剛度，設(shè)計(jì)控制系統(tǒng)流程，用軟件對(duì)空氣懸架進(jìn)行控制，實(shí)現(xiàn)空氣懸架在制動(dòng)、轉(zhuǎn)向、加速、高速等工況空氣彈簧剛度的調(diào)節(jié)，從而調(diào)整汽車(chē)行駛姿勢(shì)。2

21、空氣懸架的工作原理及功能2.1空氣懸架工作原理空氣懸架主要由空氣壓縮機(jī)、干燥器、空氣電磁閥、車(chē)身高度傳感器、帶有減振器的空氣彈簧、懸掛控制執(zhí)行器、懸掛控制選擇開(kāi)關(guān)及電子控制單元等組成?？諝鈮嚎s機(jī)由直流電機(jī)驅(qū)動(dòng)，形成壓縮空氣，壓縮空氣經(jīng)干燥器干燥后由空氣管道經(jīng)空氣電磁閥送至空氣彈簧的主氣室。當(dāng)車(chē)身需要升高時(shí)，電子控制單元控制空氣電磁閥使壓縮空氣進(jìn)入空氣彈簧的主氣室，使空氣彈簧伸長(zhǎng)，車(chē)身升高；當(dāng)車(chē)身需要降低時(shí)，電子控制單元控制電磁閥使空氣彈簧主氣室中壓縮空氣排到大氣中去，空氣彈簧壓縮，車(chē)身降低。在空氣彈簧的主、輔氣室之間有一連通閥，空氣彈簧的上部裝有懸掛控制執(zhí)行器。電子控制單元根據(jù)各傳感器輸出信號(hào)

22、，控制懸掛執(zhí)行器，一方面使空氣彈簧主、輔氣室之間的連通閥門(mén)發(fā)生改變，使主、輔氣室之間的氣體流量發(fā)生變化，因此而改變懸掛的彈簧剛度 張美娟，廖學(xué)軍，梁文家；汽車(chē)電器與電控系統(tǒng)簡(jiǎn)明教學(xué)圖解；M.北京；電子工業(yè)出版社，2004；67；另一方面，調(diào)節(jié)懸架的阻尼，具體見(jiàn)注釋。2.2空氣懸架功能在轎車(chē)采用的主動(dòng)式空氣懸掛系統(tǒng)中，車(chē)高、彈簧剛度可同時(shí)得到控制，且各自可以取不同數(shù)值，其所取數(shù)值由電子控制單元根據(jù)當(dāng)時(shí)的運(yùn)行條件決定。具體控制內(nèi)容如下楊生輝，舒華，王克才；汽車(chē)電器與電子技術(shù)；M.北京；國(guó)防工業(yè)出版社，2004； 432；1.利用彈簧剛度/減振器阻尼力進(jìn)行控制1）抗后坐：通過(guò)傳感器檢測(cè)油門(mén)踏板移動(dòng)速

23、度和位移。當(dāng)節(jié)氣門(mén)位置傳感器顯示駕駛員快速踩踏板時(shí)，控制單元將增加后空氣彈簧的氣壓，以防止汽車(chē)仰頭（又稱(chēng)為俯仰）。當(dāng)車(chē)速穩(wěn)定后，控制單元將使空氣彈簧恢復(fù)到原來(lái)的氣壓。當(dāng)車(chē)速低于30km/h時(shí)，優(yōu)先執(zhí)行該控制。2）抗側(cè)傾：電子控制懸架系統(tǒng)的控制單元通過(guò)方向盤(pán)轉(zhuǎn)向盤(pán)轉(zhuǎn)角與轉(zhuǎn)動(dòng)方向傳感器來(lái)監(jiān)視車(chē)身的側(cè)傾。當(dāng)這些信號(hào)表明汽車(chē)急轉(zhuǎn)彎時(shí)，控制單元將給空氣彈簧執(zhí)行元件發(fā)出信號(hào)，使轉(zhuǎn)向外側(cè)的空氣彈簧增加空氣，從而減少車(chē)身側(cè)傾的趨勢(shì)。當(dāng)轉(zhuǎn)向完成后，控制單元將使充滿(mǎn)氣的空氣彈簧緩慢放氣。 3）抗“點(diǎn)頭”：車(chē)速高于30 km/h時(shí)緊急制動(dòng)，控制單元能根據(jù)車(chē)速傳感器提供的車(chē)速信號(hào)，向前空氣彈簧執(zhí)行元件發(fā)出指令使其氣壓

24、升高，增大前空氣彈簧的剛度。當(dāng)控制單元檢測(cè)到?jīng)]緊急制動(dòng)信號(hào)時(shí)，表明無(wú)需抗點(diǎn)頭控制時(shí)，就使空氣彈簧恢復(fù)到原來(lái)的壓力。4）高速感應(yīng)：當(dāng)車(chē)速大于80km/h時(shí)，系統(tǒng)將使彈簧剛度調(diào)至高值，從而提高高速行駛時(shí)操縱穩(wěn)定性。當(dāng)車(chē)速繼續(xù)增加時(shí)，進(jìn)入車(chē)高控制程序。2.車(chē)身高度控制 由左右前輪和左右后輪四個(gè)車(chē)身高度傳感器發(fā)出車(chē)高信號(hào)，ECU發(fā)出指令來(lái)進(jìn)行車(chē)身高度調(diào)整。車(chē)高控制的空氣彈簧由高度控制閥進(jìn)行控制，當(dāng)判定“車(chē)高低了”則向氣室充氣，當(dāng)判定“車(chē)高高了”，則放氣，高度控制在高速時(shí)降低車(chē)高可以減少風(fēng)阻，提高穩(wěn)定性。高速感應(yīng)：當(dāng)車(chē)速高于100km/h時(shí)，將車(chē)身高度降低，以減小風(fēng)阻，提高行駛穩(wěn)定性。車(chē)速低于100km

25、/h時(shí)，車(chē)高恢復(fù)原狀。表2- 1電子控制空氣懸架系統(tǒng)的功能控制項(xiàng)目功能防側(cè)傾控制使彈簧剛度和減振阻尼變成“硬”狀態(tài)。該項(xiàng)控制能抑制側(cè)傾，使汽車(chē)的姿勢(shì)變化減至最小，以改善操縱性防“點(diǎn)”頭控制使彈簧剛度和減振阻尼變成“硬”狀態(tài)。該項(xiàng)控制能抑制汽車(chē)制動(dòng)“點(diǎn)”頭，使汽車(chē)的姿勢(shì)變化減至最小防后仰控制使彈簧剛度和減振阻尼變成“硬”狀態(tài)。該項(xiàng)控制能抑制汽車(chē)加速時(shí)后仰，使汽車(chē)的姿勢(shì)變化減至最小高車(chē)速控制使彈簧剛度變成“硬”狀態(tài)和使減振阻尼變成“硬狀態(tài)。該項(xiàng)控制能改善汽車(chē)高速行駛時(shí)的穩(wěn)定性和操縱性高車(chē)速控制當(dāng)高度控制條件達(dá)成時(shí)，汽車(chē)高度會(huì)降低到“正?！睜顟B(tài)。這就改善高速行駛時(shí)的空氣動(dòng)力學(xué)和穩(wěn)定性3空氣懸架系統(tǒng)3

26、.1空氣懸架主要元件結(jié)構(gòu) 圖3- 1空氣懸架結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)圖史文庫(kù)；現(xiàn)代汽車(chē)新技術(shù)；M.北京；國(guó)防工業(yè)出版社，2004；60；控制閥（高度閥）用來(lái)控制空氣彈簧內(nèi)壓的執(zhí)行機(jī)構(gòu)，分別是保持、充氣、放氣。當(dāng)需要增加車(chē)高或增加剛度時(shí)，充氣；當(dāng)需要降低車(chē)高時(shí)，放氣。開(kāi)關(guān)閥（空氣閥芯），改變主輔氣室之間的開(kāi)閉，改變剛度大小。壓力源（儲(chǔ)氣筒）提供壓力大于彈簧最大的剛度的壓縮空氣，保證空氣彈簧能正常充氣。輔助氣室(Auxiliary chamber)有足夠大的容積，以保證可以降到彈簧最小的剛度以下。輔助氣室通過(guò)管道(Pipe)與空氣彈簧相連。3.2空氣懸架輸入輸出部件 1）制動(dòng)減速度傳感器減速度傳感器又稱(chēng)為加速度傳感

27、器，其功用是：檢測(cè)汽車(chē)的減速度大小，并將其轉(zhuǎn)換為電信號(hào)輸入控制器。 透光板的作用是允許或阻隔發(fā)光二極管到光電三極管之間的光線(xiàn)，以此控制光電三極管的開(kāi)與關(guān)。兩對(duì)發(fā)光二極管和光電三極管的組合可以將汽車(chē)的減速度分為多個(gè)等級(jí)。光電式減速度傳感器工作原理：光電式減速度傳感器的透光板的作用是透光或遮光。當(dāng)透光板上的開(kāi)口位于發(fā)光二極管和光電三極管之間時(shí)，發(fā)光二極管發(fā)出的管線(xiàn)能照射到光電三極管上，使光電三極管導(dǎo)通。當(dāng)透光板上的齒扇于發(fā)光二極管和光電三極管之間時(shí)，發(fā)光二極管發(fā)出的管線(xiàn)不能照射到光電三極管上，光電三極管處于截止?fàn)顟B(tài)。 汽車(chē)勻速行駛時(shí)，透光板靜止不動(dòng)，傳感器無(wú)信號(hào)輸出。當(dāng)車(chē)輛減速時(shí)，透光板沿著汽車(chē)縱

28、向擺動(dòng)。減速度大小不同，透光板擺動(dòng)的角度不同，兩只光電三極管導(dǎo)通與截止的狀態(tài)就不同。圖3- 2光電式減速度傳感器的結(jié)構(gòu)1發(fā)光二極管；2透光板；3光電三極管；4信號(hào)轉(zhuǎn)換電路。圖3- 3光電式減速度傳感器的工作原理1光電三極管；2透光縫；3透光板；4發(fā)光二極管。2）車(chē)高傳感器車(chē)身位移傳感器也稱(chēng)為車(chē)身高度傳感器，用于檢測(cè)車(chē)身相對(duì)于車(chē)橋的位移。光電式車(chē)身位移傳感器具有結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、定位準(zhǔn)確等優(yōu)點(diǎn)。車(chē)高傳感器裝于車(chē)身上，并通過(guò)傳動(dòng)軸、連桿與懸架臂相連接，而連桿隨著汽車(chē)高度的變化而上、下擺動(dòng)。不同的車(chē)高時(shí)，由于開(kāi)口圓盤(pán)位置的變化，而使光電傳感器發(fā)出的光線(xiàn)通或斷，檢測(cè)車(chē)高信息。光電傳感器是由發(fā)光二極管與遮光器的

29、光敏晶體管組成。開(kāi)口圓盤(pán)與連桿組合成一個(gè)組件一起上、下旋轉(zhuǎn)，兩個(gè)光電傳感器在開(kāi)口圓盤(pán)的兩側(cè)，車(chē)高變化時(shí)由于開(kāi)口盤(pán)位置的變化，使發(fā)光二極管發(fā)出的光線(xiàn)被開(kāi)口圓盤(pán)遮擋或通過(guò)，從而檢測(cè)出不同的車(chē)高信號(hào)。(a)（b）圖3- 4光電式車(chē)身高度傳感器（a）車(chē)身高度傳感器工作原理；（b）光電傳感。1光電傳感器；2軸；3連桿；4開(kāi)口盤(pán)。3）方向盤(pán)轉(zhuǎn)角傳感器轉(zhuǎn)向傳感器裝在轉(zhuǎn)向柱上，用來(lái)檢測(cè)轉(zhuǎn)向。 轉(zhuǎn)向傳感器由一個(gè)帶孔圓盤(pán)和兩個(gè)光電傳感器組成，其外形和工作原理如圖所示圖3- 5光電式轉(zhuǎn)向盤(pán)轉(zhuǎn)角傳感器1方向盤(pán)轉(zhuǎn)角傳感器；2光電耦合器；3遮光盤(pán)；4轉(zhuǎn)向器軸；5傳感器圓盤(pán)圖3- 6光電式轉(zhuǎn)角傳感器原理1發(fā)光二極管；2光敏

30、三極管；3遮光盤(pán)開(kāi)有20個(gè)口的圓盤(pán)隨方向盤(pán)一起轉(zhuǎn)動(dòng)，圓盤(pán)的兩側(cè)為由發(fā)光二極管和光敏晶體管組成的光電傳感器，它們兩者之間的光線(xiàn)變化隨著圓盤(pán)遮擋轉(zhuǎn)換成“通”或“斷”信號(hào)。汽車(chē)直線(xiàn)行駛時(shí)，信號(hào)A處于通斷的中間位置（高電平，斷狀態(tài)）。在圖中，信號(hào)A由斷狀態(tài)變?yōu)橥顟B(tài)（低電平）時(shí)，如果信號(hào)B為通狀態(tài)，則為左轉(zhuǎn)向；如果信號(hào)B為斷狀態(tài)，則為右轉(zhuǎn)向 遲瑞娟，李民雄；汽車(chē)電子技術(shù)；M.北京；國(guó)防工業(yè)出版社，2008，241；。圖3- 7轉(zhuǎn)向方向判斷4）壓力傳感器：半導(dǎo)體壓敏電阻式傳感器，其壓力轉(zhuǎn)換元件由絕對(duì)真空室、硅膜片等構(gòu)成。利用半導(dǎo)體的壓阻效應(yīng)將壓力轉(zhuǎn)換為相應(yīng)的電壓信號(hào)，其原理為:硅膜片的一側(cè)是真空室，另一

31、側(cè)承受進(jìn)氣管絕對(duì)壓力變化時(shí)，在此壓力作用下使硅片產(chǎn)生變形。由于真空室的壓力是固定的，進(jìn)氣管絕對(duì)壓力變化時(shí)，硅膜片的變形量不同，硅膜片是一個(gè)壓力轉(zhuǎn)換元件，薄膜上有四個(gè)以惠斯頓電橋方式連接的應(yīng)變電阻，應(yīng)變電阻的阻值隨膜片的變形而成正比變化。其電阻發(fā)生變化，電橋就會(huì)有相應(yīng)的電壓輸出。電橋輸出的信號(hào)較弱，須經(jīng)集成放大電路放大后輸出。圖3- 8壓力傳感器示意圖 1硅膜片；2放大器5）節(jié)氣門(mén)位置傳感器：節(jié)氣門(mén)由駕駛員通過(guò)加速踏板來(lái)操縱，以改變發(fā)動(dòng)機(jī)的進(jìn)氣量，從而控制發(fā)動(dòng)機(jī)的運(yùn)轉(zhuǎn)。不同的節(jié)氣門(mén)開(kāi)度標(biāo)志著發(fā)動(dòng)機(jī)的不同運(yùn)轉(zhuǎn)工況。為了使噴油量滿(mǎn)足不同工況的要求，電子控制汽油噴射系統(tǒng)在節(jié)氣門(mén)體上裝有節(jié)氣門(mén)位置傳感器

32、。它可以將節(jié)氣門(mén)的開(kāi)度轉(zhuǎn)換成電信號(hào)輸送給ECU，作為ECU判定發(fā)動(dòng)機(jī)運(yùn)轉(zhuǎn)工況的依據(jù)。其輸入量是模擬量，需要轉(zhuǎn)化為數(shù)字量，當(dāng)突然加速時(shí)，節(jié)氣門(mén)開(kāi)度突然增大，數(shù)字量差值變大，通過(guò)與預(yù)先設(shè)定的值相比較，達(dá)到事先要求，則汽車(chē)出現(xiàn)后坐現(xiàn)象，此時(shí)需要將后輪的兩個(gè)空氣彈簧的剛度增加。線(xiàn)性式節(jié)氣門(mén)位置傳感器相當(dāng)于一個(gè)加設(shè)了怠速觸點(diǎn)的滑片式電位器，測(cè)節(jié)氣門(mén)位置滑片和測(cè)節(jié)氣門(mén)全關(guān)滑片都與節(jié)氣門(mén)聯(lián)動(dòng)。節(jié)氣門(mén)開(kāi)度變化時(shí)，氣門(mén)位置滑片在電阻體上作相應(yīng)的滑動(dòng)，電位器輸出與節(jié)氣門(mén)位置相對(duì)應(yīng)的電壓信號(hào)。在節(jié)氣門(mén)關(guān)閉時(shí)，節(jié)氣門(mén)關(guān)閉滑片使怠速觸電處于接通狀態(tài)。圖3- 9線(xiàn)性節(jié)氣門(mén)傳感器的結(jié)構(gòu)與原理1電阻體；2檢測(cè)節(jié)氣門(mén)的電刷；3

33、檢測(cè)節(jié)氣門(mén)全閉的電刷（怠速觸點(diǎn)）；Vc電源；VTA節(jié)氣門(mén)開(kāi)度輸出信號(hào)；IDL怠速觸點(diǎn)；E地線(xiàn)。6）電磁閥：控制閥（開(kāi)關(guān)閥），分別是保持、充氣、放氣。當(dāng)需要增加車(chē)高或增加剛度時(shí)，充氣；當(dāng)需要降低車(chē)高時(shí)，放氣。開(kāi)關(guān)閥（空氣閥芯）。增加剛度時(shí)，斷開(kāi)并放氣；降低剛度時(shí)，打開(kāi)并進(jìn)氣。7）車(chē)速傳感器霍耳式轉(zhuǎn)速傳感器利用霍耳效應(yīng)原理，產(chǎn)生與車(chē)輪轉(zhuǎn)角相對(duì)應(yīng)的電壓脈沖信號(hào)。當(dāng)磁性材料制成的傳感器轉(zhuǎn)子上的凸齒交替經(jīng)過(guò)永久磁鐵的空隙時(shí)，就會(huì)有一個(gè)變化的磁場(chǎng)作用于霍耳元件（半導(dǎo)體材料）上，使霍耳電壓產(chǎn)生脈沖信號(hào)。根據(jù)所產(chǎn)生的脈沖數(shù)目即可檢測(cè)轉(zhuǎn)速。圖3- 10霍耳式轉(zhuǎn)速傳感器3.3空氣懸架的具體工作方式當(dāng)懸架剛度需要變

34、硬時(shí)，斷開(kāi)開(kāi)關(guān)閥，輔助氣室與空氣彈簧主氣室斷開(kāi)；并同時(shí)打開(kāi)控制閥的充氣口，此時(shí)彈簧充氣且不會(huì)流入輔助氣室。懸架剛度開(kāi)始變高，同時(shí)壓力傳感器檢測(cè)壓力升高狀況，當(dāng)達(dá)到預(yù)定壓力時(shí)，電子控制器將發(fā)出信號(hào)，停止控制閥的充氣口充氣。當(dāng)懸架剛度需要變軟時(shí)，打開(kāi)開(kāi)關(guān)閥，此時(shí)彈簧氣體會(huì)流入輔助氣室；同時(shí)控制閥轉(zhuǎn)到放氣狀態(tài)，與大氣相通，懸架剛度開(kāi)始變小，同時(shí)壓力傳感器檢測(cè)壓力降低狀況，當(dāng)達(dá)到預(yù)定壓力時(shí)，電子控制器將控制閥設(shè)置到斷開(kāi)狀態(tài)。具體工作過(guò)程見(jiàn)系統(tǒng)控制流程。4空氣懸架數(shù)學(xué)模型4.1垂直剛度設(shè)計(jì)計(jì)算：在空氣彈簧的設(shè)計(jì)計(jì)算中，有效面積A是其主要參數(shù)，A=2p，因此彈簧上所愛(ài)的載荷F為式中 p空氣彈簧的內(nèi)壓力。

35、空氣彈簧的軸向剛度的精確計(jì)算難以用解析法處理，只能用圖解法。下面是空氣彈簧軸向風(fēng)度k的一般近似計(jì)算式式中：m多變指數(shù)，其值的大小決定于空氣變化過(guò)程的流動(dòng)速度。對(duì)于等溫過(guò)程，即熱交換充分，溫度能保持警惕不變時(shí)，m=1。對(duì)于絕熱過(guò)程，m=1.4 。一般實(shí)際情況時(shí)，1m1.4；p空氣彈簧的內(nèi)壓力（表壓力）（MPa）；pa大氣壓力，計(jì)算時(shí)取pa =0.098MPa；A空氣彈簧的有效面積（承載面積）（mm2）V空氣彈簧的有效容積（mm3），等于空氣彈簧本身橡膠囊容積和附加空氣室容積之和；a空氣彈簧軸向變形的形狀系數(shù) 機(jī)械設(shè)計(jì)手冊(cè)編委會(huì)；機(jī)械設(shè)計(jì)手冊(cè)（單行本）：彈簧摩擦輪及螺旋傳動(dòng)；M.北京；機(jī)械工業(yè)出版

36、社，2007，67.。以上討論的剛度為空氣彈簧的垂直剛度，并沒(méi)有考慮空氣彈簧的橫向變形。4.2空氣彈簧系統(tǒng)頻率的計(jì)算由懸架剛度和懸架彈簧支承的質(zhì)量（簧載質(zhì)量）所決定的輻射自然振動(dòng)頻率（亦稱(chēng)振動(dòng)系統(tǒng)的固有頻率）是影響汽車(chē)行駛平順性的重要性能指標(biāo)之一。人體所習(xí)慣的垂直振動(dòng)頻率是步行時(shí)身體上下運(yùn)動(dòng)的頻率，約為11.6Hz。車(chē)身自然振動(dòng)頻率應(yīng)當(dāng)盡可能地處于或接近這一頻率范圍。根據(jù)力學(xué)分析，如果將汽車(chē)看成一個(gè)在彈性懸架上作單自由度振動(dòng)的質(zhì)量，則懸架系統(tǒng)的自然振動(dòng)頻率（固有頻率）為式中：g重力加速度；f懸架垂直變形（撓度）；M懸架簧載質(zhì)量；K懸架剛度，指使車(chē)輪中心相對(duì)于車(chē)架和車(chē)身向上移動(dòng)的單位距離所需加于

37、懸架上的垂直載荷。由上式可見(jiàn)：1）在懸架所受垂直載荷一定時(shí)，懸架剛度越小，則汽車(chē)自然頻率越低。但懸架剛度越小，在一定載荷下懸架垂直變形就越大，即車(chē)輪上下跳動(dòng)所需要的空間越大。2）當(dāng)懸架剛度一定時(shí)，簧載質(zhì)量越大，則懸架垂直變形越大，而自然頻率越大。故空車(chē)行駛時(shí)的車(chē)身自然頻率要比滿(mǎn)載行駛時(shí)的高。簧載質(zhì)量變化范圍越大，則頻率變化范圍也越大。為了使簧載質(zhì)量從相當(dāng)于汽車(chē)空載到滿(mǎn)載的范圍內(nèi)變化時(shí)，車(chē)身自然頻率保持不變或變化很小，就需要將懸架剛度做成可變的，即空車(chē)時(shí)懸架剛度小，而載荷增加時(shí)，懸架剛度隨之增加1。4.3單質(zhì)量系統(tǒng)的自由振動(dòng)圖4-1是分析車(chē)身振動(dòng)的單質(zhì)量系統(tǒng)模型，它由車(chē)身m2和彈簧剛度K、減振器

38、阻尼系數(shù)為C的懸架組成。q是輸入的路面不平度函數(shù)。車(chē)身垂直位移坐標(biāo)z的原點(diǎn)取在靜力平衡位置，由牛頓第二定律，得到描述系統(tǒng)運(yùn)動(dòng)的微分方程為 余志生；汽車(chē)?yán)碚摚ǖ?版）；M.北京：機(jī)械工業(yè)出版社，2006；213；圖4- 1車(chē)身單質(zhì)量系統(tǒng)模型式中：m2車(chē)身質(zhì)量；z車(chē)身垂直位移；C減振器阻尼系數(shù)；q輸入的路面不平度函數(shù)；K彈簧剛度；5系統(tǒng)控制流程5.1總控制流程圖圖5- 1 程序流程圖圖5- 1為整個(gè)控制系統(tǒng)的流程圖，使用順序循環(huán)執(zhí)行的方式運(yùn)行，當(dāng)指令運(yùn)行到各子程序入口時(shí)，判斷當(dāng)前條件是否滿(mǎn)足，5.2各子系統(tǒng)流程圖圖5- 2 轉(zhuǎn)向子程序（左）圖5- 3 轉(zhuǎn)向子程序（右）圖5- 4 加速子程序圖5-

39、5制動(dòng)子程序圖5- 6 高速感應(yīng)子程序圖5- 7 高度子程序圖5- 8 復(fù)位子程序6系統(tǒng)仿真計(jì)算6.1MATLAB軟件介紹MATLAB軟件是目前世界上最為流行的軟件之一，它是以復(fù)數(shù)矩陣作為基本編程單元的一種程序設(shè)計(jì)語(yǔ)言，它提供了豐富可靠的矩陣運(yùn)算與操作圖形繪制數(shù)據(jù)處理，以及方便的Windows圖形界面設(shè)計(jì)等便利工具，較為常見(jiàn)的工具箱包括 王正林，劉明；精通MATLAB；M.北京；電子工業(yè)出版社，2006；4；： 1）控制系統(tǒng)工具箱control systems toolbox;2）系統(tǒng)辨識(shí)工具箱system identification toolbox;3）魯棒控制工具箱robust cont

40、rol toolbox;4）模糊邏輯工具箱子fuzzy logic toolbox5）多變量頻率設(shè)計(jì)工具箱multivariable frequency design toolbox;6）神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)工具箱neural network toolbox ;7）最優(yōu)化工具箱optimization toolbox;8）信號(hào)處理工具箱signal processing toolbox ;一種語(yǔ)言之所以能如此迅速地普及，顯示出如此旺盛的生命力，是由于它有著不同于其他語(yǔ)言的特點(diǎn)。正如同F(xiàn)ORTRAN和C等高級(jí)語(yǔ)言使人們擺脫了需要直接對(duì)計(jì)算機(jī)硬件資源進(jìn)行操作一樣，被稱(chēng)作為第四代計(jì)算機(jī)語(yǔ)言的MATLAB，利用其

41、豐富的函數(shù)資源，使編程人員從繁瑣的程序代碼中解放出來(lái)。MATLAB的最突出的特點(diǎn)就是簡(jiǎn)潔。MATLAB用更直觀(guān)的、符合人們思維習(xí)慣的代碼，代替了C和FORTRAN語(yǔ)言的冗長(zhǎng)代碼。MATLAB給用戶(hù)帶來(lái)的是最直觀(guān)、最簡(jiǎn)潔的程序開(kāi)發(fā)環(huán)境。在MATLAB中有一個(gè)專(zhuān)門(mén)用于控制系統(tǒng)交互式模型輸入與仿真的工具SIMULINK，它是一個(gè)用來(lái)對(duì)動(dòng)態(tài)系統(tǒng)進(jìn)行建模、仿真和分析的軟件包，它支持連續(xù)、離散及兩者混合的線(xiàn)性和非線(xiàn)性系統(tǒng)，也支持具有多種采樣速率的多速率系統(tǒng)。SIMULINK提供了用方框圖進(jìn)行建模的圖形接口，與傳統(tǒng)的仿真軟件（用微分方程和差分方程建模）相比它具有更直觀(guān)、方便、靈活的優(yōu)點(diǎn)。SIMULINK包含

42、Sinks(輸出方式)、Sources（輸入源）、Linear（線(xiàn)性環(huán)節(jié)）、Nonlinear（非線(xiàn)性環(huán)節(jié)）、Connections（連接與接口）和 Extra（其它環(huán)節(jié)）子模型庫(kù)，而且每個(gè)子模型庫(kù)中包含有相應(yīng)的功能模塊。SIMULINK與MATLAB集成在一起，可以在兩種環(huán)境下對(duì)建立的模型進(jìn)行仿真、分析和修改。6.2路面激勵(lì)譜當(dāng)把汽車(chē)近似作為線(xiàn)性系統(tǒng)處理時(shí)，掌握了輸入的路面不平度功率譜以及車(chē)輛系統(tǒng)的頻響函數(shù)，就可以求出各物理量的功率譜，用來(lái)分析振動(dòng)系統(tǒng)參數(shù)對(duì)各響應(yīng)物理量的影響和評(píng)價(jià)平順性 余志生；汽車(chē)?yán)碚摚ǖ?版）；M.北京：機(jī)械工業(yè)出版社，2006；206；。作為車(chē)輛振動(dòng)輸入的路面不平度，

43、主要采用路面功率譜密度描述其統(tǒng)計(jì)特性。路面功率譜密度 用下列式作為擬合表達(dá)式： （6-1）式中，n為空間頻率（m-1），它是波長(zhǎng)l的倒數(shù)，表示每米中包括幾個(gè)波長(zhǎng)；n0 為參考空間頻率，n0 = 0.1 m-1 ；為參考空間頻率n0 路面功率譜密度值，稱(chēng)為路面不平度系數(shù)，單位為m2 / m-1 = m3 ；W為頻率指數(shù)。上述路面功率譜密度 指的是垂直位移功率譜密度，還可以采用不平度函數(shù)q(I) 對(duì)縱向長(zhǎng)度I 的一階導(dǎo)數(shù)，即速度功率譜密度 和二階導(dǎo)數(shù)，即加速度功率譜密度來(lái)補(bǔ)充描述路面不平度的統(tǒng)計(jì)特性。（單位為1/m-1 = m）和 （單位為m-2 / m-1 = m-1）與的關(guān)系如下 （6-2）

44、（6-3）當(dāng)頻率指數(shù)W = 2時(shí)，將式（6-1）表達(dá)的代入（6-2）得到可以看出，此時(shí)路面速度功率譜密度幅值在整個(gè)頻率范圍為一常數(shù)，即為一“白噪聲”，幅值大小只與不平度系數(shù)有關(guān)。在進(jìn)行輸出系統(tǒng)的動(dòng)力學(xué)仿真分析時(shí)，MATLAB/SIMULINK是有效手段。車(chē)輪受到的路面隨機(jī)激勵(lì)時(shí)域數(shù)學(xué)模型可以用下式進(jìn)行描述：式中：q(t)為車(chē)輪所受到的路面隨機(jī)位移激勵(lì)；w(t)白噪聲；a常數(shù)，是所選路面的空間頻率；B級(jí)路面，a = 0.1303；C級(jí)路面，a = 0.12；v車(chē)速；6.3SIMULINK計(jì)算仿真1）路面隨機(jī)激勵(lì)（B級(jí)路面）圖6- 1 白噪聲隨機(jī)輸入模型圖6- 2 白噪聲隨機(jī)路面輸入使用SIMUL

45、INK中的白噪聲產(chǎn)生模擬B級(jí)路面的隨機(jī)激勵(lì)，通過(guò)修改其中起始數(shù)值可得出不同的隨機(jī)激勵(lì)結(jié)果。2）帶路面隨機(jī)激勵(lì)的單質(zhì)量振動(dòng)系統(tǒng)加速度影響圖6- 3 單質(zhì)量振動(dòng)系統(tǒng)加速度模型圖6- 4 單質(zhì)量振動(dòng)系統(tǒng)加速度圖6- 4為一被動(dòng)懸架的振動(dòng)情況，是在圖6- 2的隨機(jī)路面激勵(lì)下的加速度情況。3）被動(dòng)懸架與空氣懸架的比較圖6- 5 被動(dòng)懸架與空氣懸架加速度比較模型圖6- 6 被動(dòng)懸架與空氣懸架加速度比較被動(dòng)懸架與空氣懸架的比較中，虛線(xiàn)為被動(dòng)懸架在白噪聲隨機(jī)輸入下的加速度響應(yīng)曲線(xiàn)，實(shí)線(xiàn)為空氣懸架。從圖中可以看到，對(duì)相同的隨機(jī)輸入，空氣懸架的加速度變化幅度比被動(dòng)懸架小。車(chē)身振動(dòng)減少，車(chē)身運(yùn)載易碎，易損物品，如電

46、子儀器，玻璃制品等損壞率降至最低。空氣懸架剛度低。裝備空氣懸架的車(chē)輛可以獲得較低的固有頻率，行駛平順性好，乘坐舒適，延長(zhǎng)車(chē)輛使用壽命，減輕車(chē)輛對(duì)路面的破壞。7匯編程序設(shè)計(jì)7.1MCS-96系列單片機(jī)的特點(diǎn)MCS-96系列單片機(jī)為16位字長(zhǎng)的單片機(jī)，由Intel公司于1987年推出。16位單片機(jī)的產(chǎn)生，把單片機(jī)的應(yīng)用推向了一個(gè)新的高度。MCS-96系列單片機(jī)的主要性能如下：1具有16位字長(zhǎng)的并行處理能力，因此系統(tǒng)運(yùn)算速度快，可適用于更廣泛的應(yīng)用場(chǎng)合。2指令系統(tǒng)豐富、高效，為編程提供了方便。3具有6種尋址方式，提高了編程和數(shù)據(jù)處理的靈活性。4在ROM型和EPROM型中，提供了8KB片內(nèi)ROM，為復(fù)

47、雜系統(tǒng)提供了較大的程序存儲(chǔ)空間。5232個(gè)字節(jié)的片內(nèi)RAM，提供了大量片內(nèi)寄存器組，從而減少了運(yùn)算過(guò)程中訪(fǎng)問(wèn)存儲(chǔ)器的次數(shù)，提高了系統(tǒng)運(yùn)算處理速度。6片內(nèi)具有高速I(mǎi)/O部件，能測(cè)量和產(chǎn)生高分辨率脈沖。7片內(nèi)具有10位A/D轉(zhuǎn)換器，可實(shí)現(xiàn)4路或8路模擬量輸入。8最多可擴(kuò)展40個(gè)I/O，提供了與TTL兼容的數(shù)字I/O和標(biāo)準(zhǔn)的8位或16位外設(shè)系統(tǒng)擴(kuò)展能力。9片內(nèi)提供了全雙工串行口，為系統(tǒng)提供了標(biāo)準(zhǔn)的輸入/輸出通信接口，從而實(shí)現(xiàn)雙機(jī)或多機(jī)系統(tǒng)提供了方便。10具有8個(gè)優(yōu)先級(jí)可編程中斷系統(tǒng)，20多個(gè)中斷源可實(shí)時(shí)響應(yīng)隨機(jī)事件的種中斷請(qǐng)求。11具有脈沖寬度調(diào)制輸出能力，為模擬量輸出提供了方便。12具有監(jiān)視跟蹤定

48、時(shí)器，能對(duì)軟件和硬件故障進(jìn)行恢復(fù)處理。綜上所述，MCS-96系列單片機(jī)具有豐富的硬件資源和高效的指令系統(tǒng)，具有極強(qiáng)的實(shí)時(shí)處理能力，又具有較強(qiáng)的數(shù)據(jù)處理能力，因而開(kāi)拓了廣闊的應(yīng)用領(lǐng)域。7.2匯編語(yǔ)言程序工作原理HIS口：本控制系統(tǒng)一共使用3個(gè)HSI接口,分別為HSI.0, HSI.1, HSI.2HSI.0用于記錄車(chē)速的程序,主要用于記錄脈沖的個(gè)數(shù),以此來(lái)?yè)Q算車(chē)速;HSI.1和HSI.2用于轉(zhuǎn)向盤(pán)轉(zhuǎn)角程序,分別記錄兩路來(lái)自轉(zhuǎn)向盤(pán)的信號(hào),通過(guò)對(duì)接收信號(hào)時(shí)間的比較,來(lái)判斷轉(zhuǎn)向盤(pán)轉(zhuǎn)向,改變左右輪空氣彈簧的剛度;P0口：ACH0、ACH1、ACH2、ACH3分別為1、2、3、4號(hào)四個(gè)空氣彈簧的壓力傳感器

49、的模擬量輸入，通過(guò)四路A/D轉(zhuǎn)換變成數(shù)字量。ACH4為節(jié)氣門(mén)開(kāi)度傳感器的模擬量輸入，通過(guò)一路A/D轉(zhuǎn)換變成數(shù)字量。P0.5口為減速度傳感器信號(hào)輸入口，當(dāng)達(dá)到一定的減速度制動(dòng)時(shí)，該傳感器產(chǎn)生脈沖信號(hào)，提示此時(shí)減速度過(guò)大，需要使前輪空氣彈簧剛度增加。P2口：P2.0、P2.1、P2.2、P2.3、P2.4、P2.5 、P2.6、 P2.7口分別為1、2、3、4號(hào)四個(gè)空氣彈簧處車(chē)高傳感器的信號(hào)輸入，每?jī)蓚€(gè)為一組，當(dāng)升高或降低一定距離時(shí)，都會(huì)產(chǎn)生脈沖信號(hào)。根據(jù)每組信號(hào)的組合，判斷車(chē)高等級(jí)。P1口：P1口在此用作輸出口。P1.0、P1.1、P1.2、P1.3分別為1、2、3、4號(hào)四個(gè)空氣彈簧充氣開(kāi)關(guān)，該

50、口置1，表示開(kāi)始充氣，清0，表示停止充氣；P1.4、P1.5、P1.6、P1.7分別是1、2、3、4號(hào)四個(gè)空氣彈簧的放氣開(kāi)關(guān)，該口置1，表示開(kāi)始放氣，清0，表示停止放氣。P3口：P3.0、P3.1、P3.2、P3.3分別為1、2、3、4號(hào)四個(gè)空氣彈簧輔助氣室開(kāi)關(guān)，該口置1，表示斷開(kāi)主輔室，清0，表示接通主輔室；P3.4、P3.5分別為左右輪轉(zhuǎn)速記錄用，通過(guò)比較其脈沖個(gè)數(shù)，在轉(zhuǎn)向程序完成操作時(shí)，判斷轉(zhuǎn)向情況INTEL CORPORATION；8XC196Kx, 8XC196Jx, 87C196CA Microcontroller Family Users Manual, Z.U.S.A. ；19

51、95；。具體程序段見(jiàn)附錄。7.3硬件圖圖7- 180C196KC INTEL CORPORATION；80C196KC INTEL，Z.U.S.A. ；1995；圖7- 1中為68腳8XC196KC封裝圖，本程序使用的是80C196KC單片機(jī)，其中X可以為0、3、7，分別表示為CPU ONLY、ROM、OTPROM。本文使用到其中32個(gè)輸入輸出端口，其具體分布如下:圖7- 2車(chē)輪號(hào)碼對(duì)應(yīng)圖表7- 1單片機(jī)端口（輸入類(lèi)）單片機(jī)端口對(duì)應(yīng)傳感器端口A(yíng)CH01號(hào)彈簧壓力傳感器ACH11號(hào)彈簧壓力傳感器ACH21號(hào)彈簧壓力傳感器ACH31號(hào)彈簧壓力傳感器ACH4節(jié)氣門(mén)開(kāi)度傳感器P0.5減速度傳感器輸入H

52、IS.0車(chē)速記錄脈沖輸入（于輸出軸）HIS.1轉(zhuǎn)向盤(pán)轉(zhuǎn)角傳感器 信號(hào)AHIS.2轉(zhuǎn)向盤(pán)轉(zhuǎn)角傳感器 信號(hào)BP2.01號(hào)彈簧處車(chē)高傳感器AP2.11號(hào)彈簧處車(chē)高傳感器BP2.22號(hào)彈簧處車(chē)高傳感器AP2.32號(hào)彈簧處車(chē)高傳感器BP2.43號(hào)彈簧處車(chē)高傳感器AP2.53號(hào)彈簧處車(chē)高傳感器BP2.64號(hào)彈簧處車(chē)高傳感器AP2.74號(hào)彈簧處車(chē)高傳感器BP3.4左輪輪速傳感器P3.5右輪輪速傳感器表7- 2單片機(jī)端口（輸出類(lèi)）P1.01號(hào)彈簧充氣開(kāi)關(guān)P1.12號(hào)彈簧充氣開(kāi)關(guān)P1.23號(hào)彈簧充氣開(kāi)關(guān)P1.34號(hào)彈簧充氣開(kāi)關(guān)P1.41號(hào)彈簧放氣開(kāi)關(guān)P1.52號(hào)彈簧放氣開(kāi)關(guān)P1.63號(hào)彈簧放氣開(kāi)關(guān)P1.74號(hào)彈

53、簧放氣開(kāi)關(guān)P3.01號(hào)輔助氣室開(kāi)關(guān)P3.12號(hào)輔助氣室開(kāi)關(guān)P3.23號(hào)輔助氣室開(kāi)關(guān)P3.34號(hào)輔助氣室開(kāi)關(guān)本文總結(jié)本文介紹了空氣懸架的特性、優(yōu)點(diǎn)、工作原理和功能，根據(jù)已有的技術(shù)資料，設(shè)計(jì)出實(shí)現(xiàn)空氣懸架控制部分功能的系統(tǒng)，以1/4車(chē)輛懸架為模型，研究其剛度和頻率對(duì)汽車(chē)行駛平順性的影響，借助MATLAB軟件，及其SIMULINK模塊編制了路面激勵(lì)，進(jìn)行了隨機(jī)輸入下的動(dòng)態(tài)響應(yīng)仿真分析，設(shè)計(jì)出計(jì)算機(jī)控制流程，最后編寫(xiě)出控制程序。不同的車(chē)型需要的懸架剛度和車(chē)高不一樣，故在設(shè)計(jì)中給出了一個(gè)通用的控制方法，具體車(chē)型有不同的數(shù)值的，這個(gè)數(shù)值在程序中可以修改。電控懸架的控制程序比較復(fù)雜的，在現(xiàn)有的技術(shù)基礎(chǔ)上，不

54、能達(dá)到精確控制，即不能夠根據(jù)具體的工況來(lái)改變到某一定值剛度，只是把剛度分為幾個(gè)等級(jí)，在設(shè)定模式下使用。本文中執(zhí)行器控制輸出分兩等級(jí)，軟和硬，細(xì)化每一工況下的剛度后可設(shè)置多個(gè)等級(jí)。本系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)了空氣懸架在加速，制動(dòng)，轉(zhuǎn)向，高速狀態(tài)的控制，而在空氣懸架應(yīng)用領(lǐng)域中，有更多的控制功能，路面感應(yīng)，自動(dòng)高度控制，不平整道路控制等。其主要區(qū)別在于程序編譯上的不同，本文硬件滿(mǎn)足其軟件要求，可通過(guò)修改程序添加相應(yīng)功能。由于該模型的簡(jiǎn)化，忽略了汽車(chē)的橫向和前后振動(dòng)，忽略了輪胎的影響，選定參數(shù)不準(zhǔn)確等諸多因素限制，使得模型并不能完全表征對(duì)加速度的影響。參考文獻(xiàn)1陳家瑞；汽車(chē)構(gòu)造（第5版）；M.北京：人民交通出版社，2

55、005；221222；2李炎亮，高秀華，成凱；汽車(chē)電子技術(shù)；M.北京：化學(xué)工業(yè)出版社，2005；201202；3周永清，朱思洪；車(chē)輛空氣懸架研究綜述J；輕型汽車(chē)技術(shù)，2003(10)：3034；4莊繼德汽車(chē)電子控制系統(tǒng)工程M北京：北京理工大學(xué)出版社，1998；l14l22；5陳興林，胡樹(shù)華；車(chē)空氣懸架的應(yīng)用發(fā)展與我國(guó)汽車(chē)業(yè)的應(yīng)對(duì)策略；J；汽車(chē)科技，2004(4)：69；6余志生；汽車(chē)?yán)碚摚ǖ?版）；M.北京：機(jī)械工業(yè)出版社，2006；202；7 張美娟，廖學(xué)軍，梁文家；汽車(chē)電器與電控系統(tǒng)簡(jiǎn)明教學(xué)圖解；M.北京；電子工業(yè)出版社，2004；678楊生輝，舒華，王克才；汽車(chē)電器與電子技術(shù)；M.北京；國(guó)防工業(yè)出版