ECAS技术的发展与趋势分析

1 ECAS发展

ECAS (Electronically Controlled Air Suspension) , 电子控制空气悬架。该技术是由美国威伯科汽车控制系统集团公司 (WABCO Vehicle Control Systems) 于1986年开发和应用的, 它是目前汽车悬架技术上最为先进并且应用最为广泛的电控空气悬架系统。

汽车悬架的主要作用是缓冲和吸收来自车轮传递来的复杂振动, 可保障人员舒适和货物的完好。

汽车悬架, 经历了被动式的传统悬架系统和主动式的现代悬架系统。

(1) 被动式的传统悬架系统。主要由弹性元件 (弹簧) 、阻尼元件 (减振器) 、缓冲装置和传力装置四部分组成。其中弹性元件、阻尼元件和轮胎的综合性能, 决定了汽车的舒适性、操纵性和平顺性。汽车悬架系统尽管多年来做了许多改进, 但也无法满足变化莫测的路面状况和汽车行驶状况, 而且这种悬架只能被动的承受车身的各种作用力, 无法对复杂的振动和多变的作用力进行主动的调节, 很难使舒适性、操纵性和平顺性达到统一和谐, 只能在操纵性和平顺性之间进行折衷。

(2) 主动式的现代悬架系统。随着汽车制造研发水平的不断提高, 人们对于汽车的操控性、舒适性和平顺性有了更高的需求。主动悬架式汇集了力学和电子学的一种比较复杂的高技术装置。

采用主动式悬架其优点是汽车对侧倾、俯仰、横摆跳动和车身的控制都能更加迅速、精确, 汽车高速行驶和转弯的稳定性提高, 车身侧倾减少。制动时车身前俯小, 启动和急加速可减少后仰。即使在坏路面, 车身的跳动也较少, 轮胎对地面的附着力提高。缺点是装置复杂, 技术要求高, 成本高。目前市面上主流的主动悬架主要有四种形式:空气悬架、液压悬架、电磁悬架以及电子液力悬架。

(1) 空气式可调悬架。优点:底盘可升降, 反映速度快, 应用车型广;缺点:成本较高, 可靠性不如螺旋弹簧;应用车型:MAN、HINO、KINGLONG等。

在主动悬架系统, 应用最广泛的自然是空气式可调悬架, 主要是控制车身的水平运动, 调节车身的水平高度以及调节减震器的软硬程度。

(2) 液压式可调悬架。优点:底盘可升降, 采用液压油耐用性更好;缺点:技术水平相对老旧, 反应速度偏慢。应用车型:CITROEN。

液压式可调悬架, 就是利用液压变化来调节车身的悬架系统。它的核心部件是一个内置式电子液压集成模块, 可以根据车辆行驶速度对减震器的伸缩频率和程度加以调整。

(3) 电磁式可调悬架。优点:底盘可升降, 系统响应迅速;缺点:成本较高, 稳定性有待检验。应用车型:AUDI、CADILLAC。

电磁式可调悬架就是利用电磁反应来实现汽车底盘高度升降变化的一种悬架方式, 它可以在极短的时间内作出反应, 它的反应速度比被动式的传统悬架系统快5倍。

(4) 电子液力式可调悬架。优点:控制精准, 反应速度快;缺点:稳定性有待检验。应用车型:OPEL、BUICK。

电子液力式可调悬架也称连续减震控制系统。该系统可以独立控制每个车轮的悬架阻尼。其电子感应器能根据读取路况信息, 适时对减震器作出调整, 使之在软硬间频繁切换。从而更迅速准确地控制车身的侧倾、俯仰以及横摆跳动。提高车辆高速行驶和过弯的稳定性。

从以上四种主动式悬架系统来看, 液压悬架由于需要液压油缸等设备, 因而体积较为庞大;电磁悬架反应速度快, 适合运动型轿车, 但是这套系统只能调节悬架的软硬, 通常不能控制离地间隙, 并且可靠性有待进一步检验;电子液力式减震也是同样的问题;因而采用电子控制的空气悬架就成了目前最主流的主动悬架系统, 即ECAS系统。

2 ECAS系统的结构和功能

随着电子技术的飞速发展, 电子控制技术被有效的应用于现代汽车悬架系统, 电子控制悬架系统的最大优点就是它能使悬架不同的路面和行驶状态作出不同反应。既能使汽车的乘坐舒适性达到令人满意的状态, 又能使汽车的操纵性达到最佳状态。

2.1 ECAS系统的结构原理

ECAS系统主要由ECU、电磁阀、高度传感器、空气气囊等部件组成。它的基本工作原理是高度传感器负责检测车辆高度的变化, 并把这一信息传递给ECU, 除高度信息外, ECU还接受其它的输入信息, 如车速、制动、车门和供气压力等信息, 然后ECU综合所有的输入信息, 判断当前车辆状态按照其内部的控制逻辑, 激发电磁阀工作, 电磁阀实现对各个空气气囊的充放气调节。

2.2 ECAS系统的功能

(1) 车辆升降功能。车辆行驶时, ECAS维持正常底盘高度, 在特殊路况和行驶条件下, 可通过控制开关提升或者降低车辆的底盘高度, 方便车辆轮渡或者通过隧道。ECAS还允许ECU设置车辆速度, 通过车速控制整车高度。 (2) 侧倾功能。此功能是用于城市公交车的专用功能。当车辆到站时, 通过调节空气气囊放气, 使车门侧的踏步高度可自动降低, 便于婴儿车、轮椅车的上下, 方便老、幼年乘客和残障人士乘车。 (3) 车辆限高功能。ECAS可以设置车辆的最低和最高底盘高度。 (4) 高度集成化的系统。系统零部件少, 安装简单降低装配成本。 (5) 快速调节。由于采用大截面进 (出) 气口的电磁阀而使所有升降过程变得非常迅速。 (6) 压力监视功能。ECU检测供气压力, 处于安全的考虑如果气压低于一定值, 下降和侧倾功能将受限。 (7) 安全控制。ECU根据当前车门开关信息, 判断是否能提升/下降车辆。 (8) 维修检测。专用诊断软件和检测设备, 可做到下线时快速检测及调整;便于售后维修检测。

3 ECAS的市场前景和发展趋势

2010年3月31日在中国 (天津) 国际客车展上, 威伯科公司与宇通、金龙等多家国内知名客车企业进行了深入的合作;此外, 还与全球最大的公交运营企业北京公交展开多方面的合作。车展上, 厦门金龙、丹东黄海等客车厂家展出的大型铰接BRT城市客车均采用了ECAS。该系统能够实现整车高度的自动升降, 还具有侧倾功能, 方便行动不便者上下车, 大大提高了车辆的舒适性, 体现了人性化设计理念。ECAS代表了目前汽车空气悬架的发展方向。国际上汽车悬架的发展经历了“钢板弹簧→气囊复合式悬架→被动全空气悬架→主动全空气悬架 (即ECAS系统) ”的变化过程。目前ECAS系统在欧洲部分大客车上已经开始应用。随着车辆控制技术的发展, 电子控制逐渐取代传统的机械控制, ECAS系统这种先进的空气悬架系统将成为汽车悬架的一个发展方向。

摘要：ECAS是目前比较先进的一种悬架技术, 它以优良的减振性能和振动控制得到越来越广泛的应用。目前我国的ECAS技术已经开始应用, 虽然该技术的开发还处于起步阶段, 但电子控制技术明显的优势, ECAS技术已是汽车悬架技术的发展必然。

关键词：ECAS,ECU,发展,趋势,分析

参考文献

[1] 予峻峰.最先进的汽车空气悬挂系统—ECAS[J].车天车地, 2000.

[2] 陈小东, 黄永勇.电子控制空气悬架系统在城市客车上的应用[J].客车技术与研究, 2003.