【文章內(nèi)容簡介】 態(tài)，則為左轉(zhuǎn)向；如果信號B為斷狀態(tài)，則為右轉(zhuǎn)向[[] 遲瑞娟，李民雄；汽車電子技術(shù)；[M].北京；國防工業(yè)出版社，2008，241；]。圖3 7 轉(zhuǎn)向方向判斷4）壓力傳感器：半導體壓敏電阻式傳感器，其壓力轉(zhuǎn)換元件由絕對真空室、硅膜片等構(gòu)成。利用半導體的壓阻效應(yīng)將壓力轉(zhuǎn)換為相應(yīng)的電壓信號，其原理為:硅膜片的一側(cè)是真空室，另一側(cè)承受進氣管絕對壓力變化時，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，進氣管絕對壓力變化時，硅膜片的變形量不同，硅膜片是一個壓力轉(zhuǎn)換元件，薄膜上有四個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，電橋就會有相應(yīng)的電壓輸出。電橋輸出的信號較弱，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)氣門位置傳感器：節(jié)氣門由駕駛員通過加速踏板來操縱，以改變發(fā)動機的進氣量，從而控制發(fā)動機的運轉(zhuǎn)。不同的節(jié)氣門開度標志著發(fā)動機的不同運轉(zhuǎn)工況。為了使噴油量滿足不同工況的要求，電子控制汽油噴射系統(tǒng)在節(jié)氣門體上裝有節(jié)氣門位置傳感器。它可以將節(jié)氣門的開度轉(zhuǎn)換成電信號輸送給ECU，作為ECU判定發(fā)動機運轉(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，當突然加速時，節(jié)氣門開度突然增大，數(shù)字量差值變大，通過與預(yù)先設(shè)定的值相比較，達到事先要求，則汽車出現(xiàn)后坐現(xiàn)象，此時需要將后輪的兩個空氣彈簧的剛度增加。線性式節(jié)氣門位置傳感器相當于一個加設(shè)了怠速觸點的滑片式電位器，測節(jié)氣門位置滑片和測節(jié)氣門全關(guān)滑片都與節(jié)氣門聯(lián)動。節(jié)氣門開度變化時，氣門位置滑片在電阻體上作相應(yīng)的滑動，電位器輸出與節(jié)氣門位置相對應(yīng)的電壓信號。在節(jié)氣門關(guān)閉時，節(jié)氣門關(guān)閉滑片使怠速觸電處于接通狀態(tài)。圖3 9 線性節(jié)氣門傳感器的結(jié)構(gòu)與原理1—電阻體；2—檢測節(jié)氣門的電刷；3—檢測節(jié)氣門全閉的電刷（怠速觸點）；Vc—電源；VTA—節(jié)氣門開度輸出信號；IDL—怠速觸點；E—地線。6）電磁閥：控制閥（開關(guān)閥），分別是保持、充氣、放氣。當需要增加車高或增加剛度時，充氣；當需要降低車高時，放氣。開關(guān)閥（空氣閥芯）。增加剛度時，斷開并放氣；降低剛度時，打開并進氣。7）車速傳感器霍耳式轉(zhuǎn)速傳感器利用霍耳效應(yīng)原理，產(chǎn)生與車輪轉(zhuǎn)角相對應(yīng)的電壓脈沖信號。當磁性材料制成的傳感器轉(zhuǎn)子上的凸齒交替經(jīng)過永久磁鐵的空隙時，就會有一個變化的磁場作用于霍耳元件（半導體材料）上，使霍耳電壓產(chǎn)生脈沖信號。根據(jù)所產(chǎn)生的脈沖數(shù)目即可檢測轉(zhuǎn)速。圖3 10 霍耳式轉(zhuǎn)速傳感器 空氣懸架的具體工作方式當懸架剛度需要變硬時，斷開開關(guān)閥，輔助氣室與空氣彈簧主氣室斷開；并同時打開控制閥的充氣口，此時彈簧充氣且不會流入輔助氣室。懸架剛度開始變高，同時壓力傳感器檢測壓力升高狀況，當達到預(yù)定壓力時，電子控制器將發(fā)出信號，停止控制閥的充氣口充氣。當懸架剛度需要變軟時，打開開關(guān)閥，此時彈簧氣體會流入輔助氣室；同時控制閥轉(zhuǎn)到放氣狀態(tài)，與大氣相通，懸架剛度開始變小，同時壓力傳感器檢測壓力降低狀況，當達到預(yù)定壓力時，電子控制器將控制閥設(shè)置到斷開狀態(tài)。具體工作過程見系統(tǒng)控制流程。4 空氣懸架數(shù)學模型 垂直剛度設(shè)計計算：在空氣彈簧的設(shè)計計算中，有效面積A是其主要參數(shù)，A=2p，因此彈簧上所愛的載荷F為式中 p—空氣彈簧的內(nèi)壓力。 空氣彈簧的軸向剛度的精確計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度k的一般近似計算式式中： m—多變指數(shù)，其值的大小決定于空氣變化過程的流動速度。對于等溫過程，即熱交換充分，溫度能保持警惕不變時，m=1。對于絕熱過程，m= 。一般實際情況時，1m； p—空氣彈簧的內(nèi)壓力（表壓力）（MPa）； pa—大氣壓力，計算時取pa =； 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)[[] 機械設(shè)計手冊編委會；機械設(shè)計手冊（單行本）：彈簧摩擦輪及螺旋傳動；[M].北京；機械工業(yè)出版社，2007，67.]。以上討論的剛度為空氣彈簧的垂直剛度，并沒有考慮空氣彈簧的橫向變形。 空氣彈簧系統(tǒng)頻率的計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頻率（亦稱振動系統(tǒng)的固有頻率）是影響汽車行駛平順性的重要性能指標之一。人體所習慣的垂直振動頻率是步行時身體上下運動的頻率，約為1~。車身自然振動頻率應(yīng)當盡可能地處于或接近這一頻率范圍。根據(jù)力學分析，如果將汽車看成一個在彈性懸架上作單自由度振動的質(zhì)量，則懸架系統(tǒng)的自然振動頻率（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，指使車輪中心相對于車架和車身向上移動的單位距離所需加于懸架 上的垂直載荷。由上式可見：1）在懸架所受垂直載荷一定時，懸架剛度越小，則汽車自然頻率越低。但懸架剛度越小，在一定載荷下懸架垂直變形就越大，即車輪上下跳動所需要的空間越大。2）當懸架剛度一定時，簧載質(zhì)量越大，則懸架垂直變形越大，而自然頻率越大。故空車行駛時的車身自然頻率要比滿載行駛時的高。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)量從相當于汽車空載到滿載的范圍內(nèi)變化時，車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，即空車時懸架剛度小，而載荷增加時，懸架剛度隨之增加[1]。 單質(zhì)量系統(tǒng)的自由振動圖41是分析車身振動的單質(zhì)量系統(tǒng)模型，它由車身m2和彈簧剛度K、減振器阻尼系數(shù)為C的懸架組成。q是輸入的路面不平度函數(shù)。車身垂直位移坐標z的原點取在靜力平衡位置，由牛頓第二定律，得到描述系統(tǒng)運動的微分方程為[[] 余志生；汽車理論（第4版）；[M].北京：機械工業(yè)出版社，2006；213；]圖4 1 車身單質(zhì)量系統(tǒng)模型式中： m2—車身質(zhì)量； z—車身垂直位移； 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 總控制流程圖圖5 1 程序流程圖圖5 1為整個控制系統(tǒng)的流程圖，使用順序循環(huán)執(zhí)行的方式運行，當指令運行到各子程序入口時，判斷當前條件是否滿足， 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 5制動子程序圖5 6 高速感應(yīng)子程序圖5 7 高度子程序圖5 8 復位子程序6 系統(tǒng)仿真計算 MATLAB軟件介紹MATLAB軟件是目前世界上最為流行的軟件之一，它是以復數(shù)矩陣作為基本編程單元的一種程序設(shè)計語言，它提供了豐富可靠的矩陣運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)計等便利工具，較為常見的工具箱包括[[] 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)辨識工具箱system identification toolbox。3）魯棒控制工具箱robust control toolbox。4）模糊邏輯工具箱子fuzzy logic toolbox5）多變量頻率設(shè)計工具箱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）信號處理工具箱signal processing toolbox 。一種語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言的特點。正如同F(xiàn)ORTRAN和C等高級語言使人們擺脫了需要直接對計算機硬件資源進行操作一樣，被稱作為第四代計算機語言的MATLAB，利用其豐富的函數(shù)資源，使編程人員從繁瑣的程序代碼中解放出來。MATLAB的最突出的特點就是簡潔。MATLAB用更直觀的、符合人們思維習慣的代碼，代替了C和FORTRAN語言的冗長代碼。MATLAB給用戶帶來的是最直觀、最簡潔的程序開發(fā)環(huán)境。在MATLAB中有一個專門用于控制系統(tǒng)交互式模型輸入與仿真的工具SIMULINK，它是一個用來對動態(tài)系統(tǒng)進行建模、仿真和分析的軟件包，它支持連續(xù)、離散及兩者混合的線性和非線性系統(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、方便、靈活的優(yōu)點。SIMULINK包含Sinks(輸出方式)、Sources（輸入源）、Linear（線性環(huán)節(jié)）、Nonlinear（非線性環(huán)節(jié)）、Connections（連接與接口）和 Extra（其它環(huán)節(jié)）子模型庫，而且每個子模型庫中包含有相應(yīng)的功能模塊。SIMULINK與MATLAB集成在一起，可以在兩種環(huán)境下對建立的模型進行仿真、分析和修改。 路面激勵譜當把汽車近似作為線性系統(tǒng)處理時，掌握了輸入的路面不平度功率譜以及車輛系統(tǒng)的頻響函數(shù)，就可以求出各物理量的功率譜，用來分析振動系統(tǒng)參數(shù)對各響應(yīng)物理量的影響和評價平順性[[] 余志生；汽車理論（第4版）；[M].北京：機械工業(yè)出版社，2006；206；]。作為車輛振動輸入的路面不平度，主要采用路面功率譜密度描述其統(tǒng)計特性。路面功率譜密度 用下列式作為擬合表達式： （61）式中，n為空間頻率（m1），它是波長l的倒數(shù)，表示每米中包括幾個波長；n0 為參考空間頻率，n0 = m1 ；為參考空間頻率n0 路面功率譜密度值，稱為路面不平度系數(shù)，單位為m2 / m1 = 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) 對縱向長度I 的一階導數(shù)，即速度功率譜密度 和二階導數(shù)，即加速度功率譜密度來補充描述路面不平度的統(tǒng)計特性。（單位為1/m1 = m）和 （單位為m2 / m1 = m1）與的關(guān)系如下 （62） （63）當頻率指數(shù)W = 2時，將式（61）表達的代入（62）得到可以看出，此時路面速度功率譜密度幅值在整個頻率范圍為一常數(shù)，即為一“白噪聲”，幅值大小只與不平度系數(shù)有關(guān)。在進行輸出系統(tǒng)的動力學仿真分析時，MATLAB/SIMULINK是有效手段。車輪受到的路面隨機激勵時域數(shù)學模型可以用下式進行描述：式中： q(t)—為車輪