【正文】 汽車空氣懸架計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)摘 要由于在平順性和車高控制上的諸多優(yōu)點(diǎn)，越來越多的客車生產(chǎn)商已經(jīng)開始使用電子控制空氣懸架，通過控制彈簧剛度和減振器的阻尼來獲得好的平順性和操縱穩(wěn)定性。本文設(shè)計(jì)對(duì)汽車在制動(dòng)、轉(zhuǎn)向、加速、高速等工況下的空氣彈簧剛度的調(diào)節(jié)來實(shí)現(xiàn)對(duì)懸架剛度的控制，在不同車速下對(duì)車高的調(diào)節(jié)以減少風(fēng)阻。通過介紹懸架的種類和特點(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1/4懸架模型為基礎(chǔ)，通過分析剛度和系統(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/SIMULINK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，通過對(duì)比看出其優(yōu)點(diǎn)。MCS96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MCS96系列單片機(jī)匯編語言編譯控制程序，編寫出各功能子系統(tǒng)程序段，以順序執(zhí)行指令模式運(yùn)行，通過對(duì)各傳感器的信號(hào)來判斷行駛狀況，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) Air Suspension Control System DesignABSTRACTAs the car ride and the many 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 fort and handling stability. In this paper, we design to adjust the air spring stiffness to achieve the 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 highspeed condition. By introducing the suspension of the type and characteristics of the current development of air suspension, ride fort 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, e to the main control parameters of air suspension. Then use the MATLAB / SIMULINK simulation software to simulate the random road input, simulation passive suspension and air suspension, acceleration changes, by paring to see its advantages. As the MCS96 series MCU interface, interference, and the characteristics of puting speed, makes the MCS96 family of single chip to achieve the control of the suspension has a big advantage. This article uses the MCS96 Microcontroller assembly language piler control procedures, the preparation of the segment of each functional subsystem, to order the implementation of instruction mode, 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 IABSTRACT II1 緒論 1 懸架概述 1 懸架的分類 1 主動(dòng)懸架 2 空氣懸架發(fā)展與現(xiàn)狀 2 平順性理論概述 3 本文的主要內(nèi)容 42 空氣懸架的工作原理及功能 5 空氣懸架工作原理 5 空氣懸架功能 53 空氣懸架系統(tǒng) 7 空氣懸架主要元件結(jié)構(gòu) 7 空氣懸架輸入輸出部件 7 空氣懸架的具體工作方式 134 空氣懸架數(shù)學(xué)模型 14 垂直剛度設(shè)計(jì)計(jì)算： 14 空氣彈簧系統(tǒng)頻率的計(jì)算 14 單質(zhì)量系統(tǒng)的自由振動(dòng) 155 系統(tǒng)控制流程 16 總控制流程圖 16 各子系統(tǒng)流程圖 176 系統(tǒng)仿真計(jì)算 24 MATLAB軟件介紹 24 路面激勵(lì)譜 25 SIMULINK計(jì)算仿真 267 匯編程序設(shè)計(jì) 30 MCS96系列單片機(jī)的特點(diǎn) 30 匯編語言程序工作原理 30 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 懸架概述懸架是汽車的重要組成部分，它把車體與車軸彈性地連接起來，并承受作用在車輪和車體之間的作用力，緩沖來自不平路面給車體傳遞的沖擊載荷，衰減各種動(dòng)載荷引起的車體振動(dòng)。懸架對(duì)汽車的行駛平順性、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)一直是汽車設(shè)計(jì)人員非常關(guān)注的問題之一。汽車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。由于汽車行駛的路面不可能絕對(duì)平坦，路面作用于車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。沖擊力傳到車身時(shí)，可能引起汽車機(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，在汽車行駛系中，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，使車身與車輪之間作彈性聯(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)有專門的減振器[[] 陳家瑞；汽車構(gòu)造（第5版）；[M].北京：人民交通出版社，2005；221～222；]。 懸架的分類懸架的結(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。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。目前在汽車上普遍采用的多為被動(dòng)懸架。隨著汽車速度的提高，對(duì)汽車懸架的性能提出了越來越高的要求。由于被動(dòng)懸架存在本質(zhì)性的問題，設(shè)計(jì)人員無法對(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)懸架越來越受到汽車制造商和汽車研究人員的關(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；汽車電子技術(shù)；[M].北京：化學(xué)工業(yè)出版社，2005；201～202；]。a. 降低路面凹凸不平引起的加速度和車身急劇跳動(dòng)對(duì)乘員的影響。b. 減少汽車行駛時(shí)的車身姿態(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)維持車身高度不變，并在高速行駛時(shí)降低車輛高度，在粗糙路面行駛時(shí)增加車輛高度。隨著半主動(dòng)懸架和主動(dòng)懸架在商用車上應(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越重要。 主動(dòng)懸架平順性和操縱穩(wěn)定性對(duì)汽車懸掛系統(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)中幾乎無法同時(shí)滿足。即使經(jīng)過慎重的權(quán)衡，通過最優(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)整車身高度，從而使車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)滿足汽車的行駛平順性、操縱穩(wěn)定性等各方面的要求。它在下述幾方面使汽車性能得到改善。a. 懸架剛度可以設(shè)計(jì)得很小，使車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)，使汽車轉(zhuǎn)彎出現(xiàn)的車身側(cè)傾、制動(dòng)、加速等引起車身的縱向擺動(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)汽車的舒適性，可將汽車抗側(cè)傾、抗縱擺的剛度設(shè)計(jì)得較大，因而提高了汽車的操縱穩(wěn)定性，使汽車的行駛安全性得以提高。c. 汽車載荷變化時(shí)，主動(dòng)懸架系統(tǒng)能自動(dòng)維持車身高度不變，汽車即使在凹凸不平的道路上行駛也可保持車身平穩(wěn)。d. 普通汽車在制動(dòng)時(shí)車頭向下俯沖，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)過程。主動(dòng)懸架系統(tǒng)可以在制動(dòng)時(shí)使車尾下沉，充分利用車輪與地面的附著條件，加速制動(dòng)過程，縮短制動(dòng)距離。e. 主動(dòng)懸架可使車輪與地面保持良好接觸，即車輪跳離地面的傾向減小，因而可提高車輪與地面的附著力，從而提高汽車抵抗側(cè)滑的能力。 空氣懸架發(fā)展與現(xiàn)狀自從1847年John Lewis首次發(fā)明了火車用空氣彈