空氣懸架系統車身高度和水平控制原理

朱春紅，梁時光，李婕，宋建桐

（北京電子科技職業學院，北京 100176）

空氣懸架系統車身高度和水平控制原理

朱春紅，梁時光，李婕，宋建桐

（北京電子科技職業學院，北京 100176）

空氣懸架系統較其他懸架使汽車具有更好的舒適性和操作穩定性，近年來在高檔轎車上應用越來越廣泛。本文以奔馳CLS350型汽車為例，對空氣懸架系統的高度和水平控制進行簡要分析。

空氣懸架；奔馳；高度控制；水平控制

CLC NO.: U463.3 Document Code: A Article ID: 1671-7988(2015)01-60-03

引言

在奔馳和寶馬等高端車型上，其懸架裝置目前主要應用空氣懸架系統，空氣懸架系統與普通懸架相比，其最大的特點就是可以按照駕駛員的需求和行駛速度的變化調整車身高度，并保證不論車上負載情況如何以及道路狀況如何，都能保持車身水平[1-3]。本文以奔馳CLS350車型為例，介紹空氣懸架的車身高度和水平控制原理。

1、車身高度控制

車身高度控制是駕駛員通過高度調節開關（N72s18）和舒適型/運動型開關（N72s25）開關手動整體升降車身高度，如圖1所示，或者是根據車速自動升降車身水平高度。車身高度控制是同時控制四個空氣懸架支柱[4]。奔馳CLS350型汽車有4種可用的車身水平高度級別，如圖2所示。

① 正常車身水平高度N（0）位置，車身高度調節值為0mm；

② 車身水平高度比正常車身高度N升高25mm，K（+25）位置。這一高度僅能通過高度調節開關手動升高；

③ 車身水平高度比正常車身高度N降低10mm，SI（-10）位置，即“運動型Ⅰ”模式，這一位置可根據車速控制或通過舒適型/運動型開關手動降低；

④ 車身水平高度比正常車身高度N降低15mm，SII（-15）位置，即“運動型Ⅱ”模式，這一位置可根據速度控制或通過舒適型/運動型開關手動降低。

如果高度調節開關被促動、發動機運轉、車速處于0-120km/h，且車輛處于N時，車身水平高度將立即被調整升高25mm，至K位置。在調整過程中，儀表盤（A1）內的多功能顯示屏（A1p13）（見圖1）顯示：“Vehicle rising（車身升高中）”，在調節過程中高度調節開關內的LED閃爍。當完成調整后，即達到K位置后，LED持續點亮，不再閃爍。

車身高度處于K位置時，如果車速高于80km/h持續超過t=5分鐘，見圖2中“a”段，駕駛員“升高車身高度”的請求被取消，車身會自動降低至N位置。在儀表盤的多功能顯示器上的顯示：“Level selection canceled（高度選擇被取消）”。如果車速高于80km/h持續時間t不足5分鐘并且車速未超過120km/h，則車身會保持在K，這種情況下只有通過操作高度調節開關才能再次降低到N位置。

當車身水平處于K位置時，車速如果高于120km/h時，駕駛員的設置的K位置被立即取消，車身立即自動降低至N位置，如b所示。此時，如果繼續加速，當車速高于140km/h時，車身水平高度自動降低至降低的水平高度SI位置，如c所示；車速高于180km/h時，車身水平高度自動降低至降低的水平高度SII位置，如d所示。如果車身已經降到SII位置，車速再升高，車身高度不會再繼續下降。在SII位置時，如果車輛減速，當車速低于130km/h時，車身會自動升高到SI位置，如e所示；車速繼續降低，低于90km/h時，車身會升高到正常水平高度N位置，如f所示，車速繼續降低，車身高度不會自動回到之前設置的K位置。

如果高度調節開關未被促動、發動機運轉、車速在0-140km/h時，車身高度將始終保持在N位置；車速高于140km/h時，車身水平高度將立即自動降低至降低的水平高度SI位置，如c所示；車速高于180km/h時，車身水平高度將立即自動降低至SII，如d所示。如果車身已經降到SII，車速再升高，車身高度不會再繼續下降。如果此時車輛開始減速，車速低于130km/h時，車身會自動升高到SI位置，如e所示；車速低于90km/h時，車身會升高到正常水平高度N，0mm位置，如f所示。

當舒適型/運動型開關被促動為“運動型Ⅰ”模式，即一個LED亮起時，車身水平高度會立即降低至SI位置，車速在0-180km/h時，車身高度始終保持在這個位置，當車速高于180km/h時，車身水平高度自動降低至SII，如d所示。當車速降低至130km/h時，車身高度會恢復到SI位置，如e所示，車速再降，車身高度不會再改變。選擇減震程序“運動型Ⅰ”后，信息“AIRMATIC DC Sport1（雙控空氣懸架系統運動型1）”在多功能顯示屏上顯示約5秒。

當舒適型/運動型開關被促動為“運動型Ⅱ”模式，即兩個發光二極管亮起時，車身水平高度會立即降低至SII位置，并保持在該位置不變，車速的增減不會影響車身高度，即車身水平高度與車速無關。選擇“運動型II”后，信息“AIRMATIC DC Sport 2（雙控空氣懸架系統運動型2）”在多功能顯示屏上顯示約5秒。

如果隨后選擇“舒適型”，即兩個LED都熄滅，這時如果車速低于90km/h，則車身水平高度再次升高到N位置，如f所示，選擇“舒適型”后，信息“AIRMATIC DC Comfort（雙控空氣懸架系統舒適型）”在多功能顯示屏上顯示約5 秒。

由駕駛員設置的高度調節開關以及舒適型/運動型開關狀態在點火開關關閉后會被保存，只有通過手動改變或由于超過某一車速閾值或時間閾值而被取消。

2、車身水平控制

車身水平控制是保證車身在行駛過程中因路面不平或因車輛負載不均衡等狀況下確保車身能夠保持水平狀態[5]。為確保車身保持水平，各個懸架支柱可以被單獨調節。空氣懸架系統氣壓回路原理，如圖3所示。

奔馳CLS350汽車的前軸和后軸處的空氣懸架系統是一種完全承重式懸架系統。發動機運轉時，不論負載情況如何，該系統均可使車身保持水平而不發生傾斜。在此過程中，空氣從空氣懸架系統壓縮機（A9/1）通過左右前懸架支柱的空氣懸架系統額外空氣量閥（Y51/1y1、Y52/1y1）和左右后懸架支柱的空氣懸架系統額外空氣量閥（Y53/1y1、Y54/1y1）傳遞到前軸懸架支柱40和后軸彈簧減震柱41，直到車輛高度水平被調整。車輛水平由前軸處的左前、右前水平傳感器（B22/8、B22/9）以及后軸處的后軸水平傳感器（B22/3）記錄，并傳送到帶ADS的空氣懸架系統的控制單元（N51）。

空氣懸架系統額外空氣量閥集成在每個彈簧減震柱內，它們與空氣懸架系統壓縮機上的空氣懸架系統減壓閥（A9/1y1）共同作用，控制車身保持水平。空氣懸架系統中央蓄壓器（42）用于存儲壓縮空氣，并能在發動機不運轉時調節車輛水平。水平控制功能包含以下功能：

① 鎖止功能

當車輛停止時，如果空氣懸架系統控制單元檢測到所有車輪均無負載，如車輛被用舉升器舉起，則空氣懸架系統額外空氣量閥關閉，不會對車身水平高度進行調節，車輛會保持當前水平高度。這在更換車輪或進行修理工作等情況下非常重要。

② 正常功能（發動機運轉）

車輛停止時，如果打開車門或行李箱蓋后，各個減振器支柱間出現大于+/-8mm的偏差，則對車身水平進行重新調節。當車輛停止時，車身水平可以被補償，約為每5秒鐘一次。

行駛過程中，如果偏差大于+/-8mm，同樣可以對車身水平進行調整。在行駛過程中，因為車輛振動對車身水平信號有影響，因此空氣懸架系統控制單元可以過濾因為車輛振動引起的各個懸架支柱水平高度不一致問題，因此，行駛過程中的車身水平調節最短時間為每180秒被補償一次。

根據情況的不同，用于調整車身水平的高壓空氣可由空氣懸架系統的壓縮機或空氣懸架系統中央蓄壓器（42）的壓力提供。如果車輛停止，為避免壓縮機裝置工作時產生噪音，一般只使用空氣懸架系統中央蓄壓器（42）內的高壓空氣。如果有特殊高壓要求，則空氣懸架系統壓縮機和空氣懸架系統中央蓄壓器（42）可同時供給壓縮空氣。當車輛負載增加時，控制單元通過水平傳感器檢測到車身傾斜或高度降低。這時則通過促動電磁閥，將空氣供給前軸懸架支柱（40）或后軸懸架支柱（41），直到車身水平及高度達到其設定值。當懸架支柱達到調整高度后，彈簧減震柱的水平閥和空氣懸架系統的減壓閥斷電，從而防止空氣壓力泄漏到外界大氣造成車身降低。

③ 停車時降低水平高度

如果車輛在“舒適型”模式下駐車，當所有的車門（包括行李箱蓋）關閉，且車輛通過遙控鑰匙（A8/1）鎖止，車輛自動降低約15mm，進入“睡眠位置”。如果車輛處于“運動型Ⅰ”模式時駐車，則車身高度從-10mm降低到-15mm。當車輛處于“運動型Ⅱ”模式下駐車時，水平高度保持在-15mm。

④ 喚醒功能（功能持續時間約為1分鐘）

當用遙控鑰匙解鎖車輛，并且前后左右任一車門被打開或行李箱被打開，則空氣懸架系統控制模塊被“喚醒”，并檢查當前車身水平及高度，如果車身傾斜或高度過低，且中央蓄壓器有足夠的壓力，空氣懸架系統則會調整車身。

如果駐車時的車身傾斜或高度降低超過20mm，且空氣懸架系統中央蓄壓器（42）壓力大于11巴時，空氣懸架系統將會調整車身車身水平或將車身升高到正常高度。

如果前軸的車身水平高度小于-50mm，后軸的水平高度小于-60mm時，依然可以在儲壓罐壓力小于11巴時通過空氣懸架系統的壓縮機（必要條件：電池電壓大于12.4V）升高車身。

不論有無負載，當車身個別懸架的高度與調節后的車身高度的偏差超過+/-8mm，則會通過先降低或升高懸架支柱內的壓力，然后再將其調節到適當的高度。發動機關閉時，無法使用水平調節開關升高車身。如果在停車時降低了車身，車輛會在發動機起動后從睡眠位置再次升到駕駛員上次調節的位置。

3、結論

空氣懸架系統正是因為其具有如上所述的車身高度和車身水平的自動、手動控制功能，使汽車的舒適型操控性能有了很大的提高，因此在高端車型上被應用的越來越多，希望隨著這種技術發展，能夠降低其造價，推廣到更多的中級轎車中使用，讓更多的人很夠體驗到技術的發展為人們的生活帶來的舒適與安全。

[1] 張建文, 郭二生, 黃治國, 等. 空氣懸架大客車平順性仿真分析[J]. 汽車技術, 2005(04):1-5.

[2] 李仲興, 孫鋼, 朱晶晶, 等. 客車空氣懸架參數匹配研究[J]. 拖拉機與農用運輸車, 2009(06):30-33.

[3] 劉后毅. 空氣懸架的原理和使用[J]. 山東交通科技, 2001 (01):67-69.

[4] 方瑞華. 汽車空氣懸架非線性振動理論和試驗[J]. 農業機械學報, 2007(07):13-15.

[5] 姜立標, 王登峰. 貨車空氣懸架的現狀及發展趨勢[J]. 齊齊哈爾大學學報, 2005(01):66-69.

The Principle of height and level control of the vehicle body with air suspension system

Zhu Chunhong, Liang Shiguang, Li Jie, Song Jiantong

（Beijing Polytechnic, Beijing 100176）

air suspension system makes the vehicle has better comfort and operation stability than other suspension. It is used more and more widely in high-grade cars in recent years . In this paper, the Mercedes Benz CLS350 car as an example, height and level control of air suspension system are analyzed.

air suspension; Mercedes Benz; height control; level control

U463.3

A

1671-7988(2015)01-60-03

朱春紅，講師，畢業于吉林工業大學內燃機專業，就職于北京電子科技職業學院汽車工程學院。