一种客车空气悬架车高控制系统的制作方法

本实用新型涉及客车车身高度控制领域，特别是涉及一种电控悬架车身高度调节控制系统。

背景技术：

随着汽车技术的发展，人们对汽车的要求越来越高，特别是对于客车，在汽车高速行驶时乘客的舒适性和操纵稳定性的要求也越来越高。传统的悬架主要是由钢板弹簧或者螺旋弹簧，减震器以及导向机构组成，其刚度和阻尼都不可调整，为被动悬架。当被动悬架的刚度较小时，则悬架的平顺性好，乘客的乘坐舒适性好，但是过低的悬架刚度会导致汽车在行驶过程中容易产生横摆和纵摇，破坏汽车的正常行驶状态，从而降低了汽车的行驶稳定性。而电控空气悬架作为一种刚度可以调整的主动悬架，目前已经广泛应用于大部分汽车。

传统的空气悬架的控制模式是采用机械高度阀，没有控制器，是采用高度的变化直接导致高度阀阀门的开启来实现空气弹簧的充放气功能，从而保持汽车稳定恒定的车身高度。但是机械式的高度阀反应迟钝，功能模式单一，只能设定一个恒定高度，不能根据行驶状况和路面条件来改变车身高度，不能很好满足汽车的操纵稳定性，乘坐舒适性，燃油经济性等要求。

目前空气悬架电控系统基本可以对悬架进行以下控制：1、可以自身进行调节使汽车保持稳定高度行驶；2、在有效范围内对悬架高度手动调节；3、可以根据车辆行驶速度调整汽车车身高度。其功能上基本可以满足一般需求，但是目前还存在很多问题：1、在车身高度调整过程中，由于对四个空气弹簧分开控制器充放气，这可能会导致车身发生俯仰或者侧倾，而这会严重影响乘客的乘坐舒适性和汽车的操纵稳定性，因此在车高调整过程中还必须考虑进车身产生侧倾和俯仰的情况。2、空气弹簧的充放气是由电磁阀进行控制的，但是由于电磁阀的进出口较大并且气体具有一定的惯性，这就会导致过量的气体充入空气弹簧或者从空气弹簧流出，从未导致车身高度在调节过程中发生震荡，使得高度调整过程中空气弹簧发生“过充”，“过放现象”。3、在汽车低速运行时，压缩机的压力不足，无法保证充气过程的顺利进行。

技术实现要素：

本实用新型的目的在于克服现有技术之不足，提供了一种客车空气悬架车高控制系统，在考虑车身高度传感器输入的高度信号时，引入了允许误差区域和滞回区域，防止电磁阀通断状态出现频繁切换的现象，也有效避免了“过充”，“过放”现象，提高电磁阀的使用寿命，节约系统能耗。同时将调节过程中导致的车身俯仰角和侧倾角考虑在内，通过车高控制单元输出各个电磁阀阀的通断信号以及各个电磁阀阀开启的PWM信号，快速避免了车身不稳定现象。为了防止汽车在低速运行时压力不足无法对空气弹簧进行顺利充气的情况，客车处于低速时，本新型的车高控制单元控制电磁阀动作将储气罐作为充气源对空气弹簧进行充气，客车处于高速时，控制电磁阀动作将压缩机对作为充气源为空气弹簧充气。

本实用新型解决其技术问题所采用的技术方案是：

一种客车空气悬架车高控制系统，应用安装于空气弹簧高度调整悬架，该空气弹簧高度调整悬架包括前桥空气弹簧组和后桥空气弹簧组，车高控制系统包括车速传感器、车身高度传感器、陀螺仪、储气罐、压缩机和车高控制单元；所述车速传感器、陀螺仪分别与车高控制单元信号连接，且该车速传感器检测获得客车的行驶速度，该陀螺仪检测获得客车车身倾斜状态；所述储气罐和压缩机分别通过第一电磁阀和第二电磁阀进行通断控制，前桥空气弹簧组和后桥空气弹簧组的气路分别通过该第一电磁阀连接至所述储气罐，以及通过该第二电磁阀连接至所述压缩机。

本实用新型所使用的车高控制单元可通过现有技术中通用的硬件，如PLC控制器、单片机控制器等硬件设备实现。或通过将控制逻辑通过数字电路集成的方式，也可实现。不涉及依赖软件实现的功能。

所述空气弹簧高度调整悬架，包括分布于客车左前、右前、左后和右后的四个空气弹簧，且前侧二个空气弹簧统一控制构成前桥空气弹簧

较佳地，所述的车速传感器测得的车速V<V1时，车高控制单元控制电磁阀1开启，电磁阀2关闭，充气源变为储气罐；车速V>V2时，车高控制单元控制电磁阀1关闭，电磁阀2开启，充气源变为压缩机；当车速V1<V<V2；车高控制单元对于电磁阀1和电磁阀2的输出信号保持不变，例如开始V<V1时，电磁阀1开启，电磁阀2关闭，然后V1<V<V2时，保持电磁阀1开启，电磁阀2关闭，当车速变化为V>V2，车高控制单元控制电磁阀1关闭，电磁阀2开启。[V1，V2]为充气源变换过程中车速滞回区间。

作为一种优选，所述车速传感器安装于客车的变速器的输出轴。

作为一种优选，所述车高传感器共包括三个，该三个车高传感器分别设置于客车的前桥车门一侧车架、后桥左侧车架和后桥右侧车架，所述高度传感器通过横摆杆和竖摆杆与客车车桥相连。

作为一种优选，所述陀螺仪共包括二个，该二个陀螺仪分别测量客车车身的俯仰角和侧倾角。

作为一种优选，所述前桥空气弹簧和后桥空气弹簧分别通过二个组合电磁阀进行控制。

作为一种优选，所述组合电磁阀包括三个受所述车高控制单元独立控制的两通阀A、两通阀B和两通阀C；所述储气罐和压缩机的气路通过两通阀B分别连接至两通阀A、两通阀C以及大气，所述两通阀A和两通阀C分别控制左右二侧的空气弹簧的气路。

较佳地，所述的电磁阀的工作情况如下为(以下分别用A、B、C简称两通阀A、两通阀B、两通阀C)：B开启，A开启且C开启时，左右空气弹簧都充气；B开启，A开启且C关闭时，左空气弹簧充气，右空气弹簧状态不变；B开启，A关闭且C开启时，左空气弹簧状态不变，右空气弹簧充气；B开启，A关闭且C关闭时，左右空气弹簧状态都不变。B关闭，A开启且C开启时，左右空气弹簧都放气；B关闭，A开启且C关闭时，左空气弹簧放气，右空气弹簧状态不变；B关闭，A关闭且C开启时，左空气弹簧状态不变，右空气弹簧放气；B关闭，A关闭且C关闭时，左右空气弹簧状态都不变。

作为一种优选，所述两通阀B通过0-1信号进行控制，所述两通阀A和两通阀C通过PMW信号进行控制。

进一步地，所述的侧倾角的正负：根据客车的前进方向，若车身左边高右边低，则侧倾角为正，反之则为负；所述的俯仰角的正负定义：根据客车的前进方向，若车身前面高后面低，则俯仰角为正，反之则为负。

进一步地，将二个组合电磁阀所属两通阀A,B,C分别记为A1、B1和C1，以及A2、B2和C2。

进一步地，所述的δ_A1，δ_C1，δ_A2，δ_C2分别为由车身高度传感器输入的车身高度确定的A1阀，C1阀，A2阀和C2阀的开启情况。当电磁阀开启时，δ＝1，当电磁阀关闭时，δ＝0。所述的sign(A1)代表前左空气弹簧的充放气状态，sign(C1)代表前右空气弹簧的充放气状态，sign(A2)代表后左空气弹簧的充放气状态，sign(C2)代表后右空气弹簧的充放气状态。充气时，状态变量sign＝1,放气时sign＝-1，不充也不放时sign＝0。

进一步地，所述的车高控制单元对于侧倾角和俯仰角对电磁阀的修正量为：当侧倾角θ>qx时，空气弹簧电磁阀开启状态的占空比修正为θx＝qx0；当侧倾角θ<-qx时，空气弹簧电磁阀开启状态的占空比修正量为θx＝-qx0；当侧倾角θ满足-qx<θ<qx时，修正量为θx＝0。当俯仰角φ>qy时，空气弹簧电磁阀开启状态的占空比修正为φy＝qy0，当俯仰角φ<-qy时，空气弹簧电磁阀开启状态的占空比修正量为φy＝qy0,当俯仰角φ满足-qy<φ<qy时，修正量为φy＝0。

更进一步地，所述的车高控制单元对于侧倾角和俯仰角对电磁阀的修正控制策略为：电磁阀组1的阀A,B,C分别记为A1，B1，C1，电磁阀组2的阀A,B,C分别记为A2，B2，C2。A1，C1，A2，C2阀的PWM控制信号的占空比分别为：PWM_A1＝δ_A1-sign(A1)*(θx+φy)，PWM_c1＝δ_C1+sign(A1)*(θx-φy)，PWM_A2＝δ_A2+sign(A1)*(-θx+φy)，PWM_C2＝δ_C2+sign(A1)*(θx+φy)。

本实用新型的有益效果是：

其有益效果在于首先通过车身高度传感器的高度信号输入和车高控制单元的控制策略得到各个电磁阀阀口的通断情况，在此基础上，通过陀螺仪测得的俯仰角和侧倾角来修正输出电磁阀阀口的开启状态的PWM信号的占空比，通过调整电磁阀开启状态的持续时间，对汽车的四个空气弹簧分别进行调整。同时，有益效果在于当客车处于低速行驶时，压缩机的压力不足以使空气弹簧充气时，此时车高控制单元会控制电磁阀动作使得充气源变为储气罐，当客车处于低速行驶时，车高控制单元会控制电磁阀动作使得充气源变为压缩机。

以下结合附图及实施例对本实用新型作进一步详细说明；但本实用新型的一种客车空气悬架车高控制系统不局限于实施例。

附图说明

图1为本实用新型的客车空气悬架控制系统的结构示意图。(虚线为电路，粗实线为气路)

图2为本实用新型的充气源变换控制原理图。

图3为本实用新型的车身高度控制原理图。

图4为本实用新型的侧倾角控制原理图。

图5为本实用新型的俯仰角控制原理图。

具体实施方式

实施例：

如图1所示，本实用新型的客车空气悬架控制系统主要由四个空气弹簧，两个电磁阀组，两个电磁阀，三个高度传感器4，两个陀螺仪6，一个车速传感器5，一个压缩机3，一个储气罐2和一个车高控制单元1组成。

高度传感器4通过横拉杆和竖拉杆与车架相连，车高传感器1用来测量客车前右角高度，车高传感器2用来测量客车后左角高度，车高传感器3用来测量客车后右角高度；车速传感器5与客车上安装的速度传感器共用，该车速传感器5安装于变速器的输出轴上，两个陀螺仪6分别用来测量汽车车身的侧倾角和俯仰角。组合电磁阀81用来控制前桥空气弹簧组(包括空气弹簧71和空气弹簧72)的充放气，组合电磁阀82用来控制后桥空气弹簧组(包括空气弹簧73和空气弹簧74)的充放气。

组合电磁阀81、82分别包括两通阀A、两通阀B和两通阀C；中间的两通阀B控制充气和放气状态的切换，左右A,C阀口控制的是电磁阀充气与放气工作与否。第一电磁阀21用来控制储气罐2与充气气路的连通，第二电磁阀31用来控制压缩机3与充气气路的连通。需指出的是，本实用新型中，所提到的组合电磁阀81、82中所使用的两通阀A、两通阀B和两通阀C，即第一电磁阀21和第二电磁阀22可为同一结构的电磁阀，使用不同名称描述仅为了区分不同功能位置的电池阀。

车高控制单元1的输入为：三个高度传感器4的高度输入信号，两个陀螺仪6输入的侧倾角信号和俯仰角信号，车速传感器5输入的车速信号，车高控制单元1的输出为：电磁阀组的B1阀和B2阀的通断0-1信号，电磁阀1和电磁阀2的通断0-1信号，电磁阀组的A1,C1，A2和C2阀的开启状态的PWM信号。

所述的由车速传感器5输入的信号，充气源的变换策略如下：由车速传感器5得到的车速V<V1时，充气源为储气罐2，电磁阀1开启，电磁阀2关闭；当车速V>V1时,充气源为压缩机3,电磁阀1关闭，电磁阀2开启，此时车速V<V2时,充气源为储气罐2，电磁阀1开启，电磁阀2关闭；此时的[V1，V2]为充气源变化过程中车速滞回区域。

所述的由车高传感器输入的信号，车身高度调节策略如下：当车身高度传感器4测得的车身高度h在h3-h4时，控制电磁阀通断使车身高度不变；当车身高度h小于h3时，控制电磁阀通断使车身高度上升至h1不变；当车身高度h大于h4时，控制电磁阀通断使车身高度下降至h2不变。

所述的由车高传感器输入的信号，由陀螺仪6测得的侧倾角和俯仰角对电磁阀开启状态的修正策略如下：A1，C1，A2，C2阀的PWM控制信号的占空比分别为：PWM_A1＝δ_A1-sign(A1)*(θx+φy)，PWM_c1＝δ_C1+sign(A1)*(θx-φy)，PWM_A2＝δ_A2+sign(A1)*(-θx+φy)，PWM_C2＝δ_C2+sign(A1)*(θx+φy)。

上述实施例仅用来进一步说明本实用新型的一种客车空气悬架车高控制系统，但本实用新型并不局限于实施例，凡是依据本实用新型的技术实质对以上实施例所作的任何简单修改、等同变化与修饰，均落入本实用新型技术方案的保护范围内。