一種用于空氣懸架壓縮機的測試方法及試驗裝置設計

摘要：隨著汽車零部件空氣懸架壓縮機快速發展，空氣懸架的安全性無疑是最重要的環節，為解決空氣懸架試驗方法問題，提出一種空氣懸架壓力、流量等需要進行測試的測試臺架。該測試臺架可實現在不同供電電壓和不同環境溫度下，對空氣懸架進行一般功能性能的安全測試。

關鍵詞：空氣懸架；測試臺架；性能安全測試

中圖分類號：U467.5" 收稿日期：2024-12-18

DOI：1019999/jcnki1004-0226202502018

1 前言

汽車空氣懸架是一種安裝在汽車底盤上的部件，它能通過調節減震氣囊或氣室內的氣體，起到改變減震狀態以及穩定車身水平的作用。隨著新能源技術日新月異，汽車空氣懸架的使用也逐漸面向大眾化，普及面更加寬泛，其性能安全問題也需要標準化。

其中，電控空氣懸架系統通過控制空氣壓縮機、高度控制閥和排氣閥動作，使空氣彈簧自動壓縮或伸長，從而降低或升高底盤的離地間隙，使車身保持在合適的高度上。當汽車急轉彎、急加速和緊急制動時，抑制汽車“后挫”“點頭”和側翻，防止汽車姿態的過大變化，可以提高車輛的操縱穩定性。這就對空氣懸架壓縮機的充放氣速率具有較高的要求，需要明確各種環境因素對充放氣速率的影響，方可以最快的速度和最精確的控制調節車身姿態。

基于此，需要設計一套空氣懸架壓縮機的測試方法，來獲取壓縮機充放氣速率與環境因素的關系，進而根據試驗結果優化空氣懸架壓縮機。

2 空氣懸架壓縮機試驗標準及測試方法

由浙江孔輝汽車科技有限公司、中國汽車工程研究院有限公司、中國第一汽車集團有限公司、嵐圖汽車科技有限公司、艾萊克斯汽車科技（保定）有限公司、招商局檢測車輛技術研究院有限公司、重慶長安汽車股份有限公司、上海蔚來汽車有限公司、上海保隆汽車科技（安徽）有限公司、浙江極氪智能科技有限公司寧波前灣新區分公司等單位共同起草，針對乘用車空氣懸架用空氣彈簧系統的特性制定的標準，T/CSAE 79—2022《乘用車空氣懸架用空氣彈簧技術規范》［1］發布，滿足了產業需求，填補了乘用車空氣懸架系統領域的標準空白，大大提高了空氣懸架的工作特性、安全特性，降低了開發成本。該標準的推廣應用將有助于產業鏈的形成和產業生態的培育，推動行業發展。

隨著乘用車空氣懸架快速發展，我國的自主汽車企業直接制定和使用自己的企業標準，如吉利、奇瑞、蔚來等國產汽車企業使用的就是自己制定的企業標準。

研制空氣懸架壓縮機試驗設備的目的是滿足驗證空氣懸架壓縮機安全性能測試，能適用絕大部分空氣懸架的功能測試試驗，也能將空氣懸架的性能測試進一步規范化。

21 空氣懸架試驗測試方法

通過多家企業的技術標準以及試驗驗證對比，空氣懸架的基本性能主要可分為以下四個方面：

a不同供電電壓下，不同環境溫度下的一般功能。

b在標準37 L儲氣罐下，0～2 MPa之間的充氣時間對應空氣流量速率和電流值（常溫和低溫下）。

c在選用1 L（避免壓縮機長時間工作發熱）儲氣罐下，0～2 MPa之間的充氣時間對應空氣流量速率和電流值（高溫下）。

d從2～0.5 MPa的排氣時間，排氣最大流量速率及殘余壓力。

通過記錄在不同壓力點下充氣流量速率，排氣流量速率，殘余壓力可以更加直觀體現空氣懸架的基本性能。空氣懸架需要在惡劣環境下工作，環境溫度對于工況的影響也需要記錄。

22 空氣懸架試驗測試方法驗證

為驗證試驗方法可行性，對市面上現有的空氣懸架由浙江孔輝汽車科技有限公司提供，分別在常溫環境、低溫-40 ℃環境、高溫80 ℃環境下進行測試，分別記錄空氣懸架需要的性能參數。

常溫下，對抽樣空氣懸架進行測試，測試結果如表1所示。

3 空氣懸架壓縮機耐久測試臺架總體方案

為滿足空氣懸架性能的安全測試，需要選用合適臺架，用于解決現有技術中環境因素影響空氣懸架壓縮機的充放氣速率等問題。

解決該問題的技術方案是選用一種用于空氣懸架壓縮機的試驗裝置，包括：溫控箱，用以調節空氣懸架壓縮機的溫度；供電電源，其與所述空氣懸架壓縮機電連接，用以向所述空氣懸架壓縮機供電；儲氣罐，其與所述空氣懸架壓縮機通過管道連通；控制箱，包括PLC芯片，該PLC芯片用于控制溫控箱的溫度以及供電電源的供電電壓。

具體步驟包括：

步驟1：將空氣懸架壓縮機與試驗裝置連接。

步驟2：將空氣懸架壓縮機由初始溫度調節至第一預設溫度。

步驟3：使空氣壓縮機分別以第一供電電壓、第二供電電壓和第三供電電壓工作，并分別獲取空氣壓縮機在第一供電電壓、第二供電電壓和第三供電電壓下的工作狀態參數。

步驟4：將空氣懸架壓縮機的環境溫度調節至第二預設溫度，并重復步驟3。

步驟5：將空氣懸架壓縮機的環境溫度調節至第三預設溫度，并重復步驟3。本發明中，通過調整單一變量的方法，得出各種環境因素對空氣懸架壓縮機的工作狀態參數的影響，以便于根據試驗結果優化空氣懸架壓縮機。

31 硬件結構設計

測試臺架硬件結構硬件結構主要由工控機、PLC、顯示器、控制柜、壓力表/流量表/電磁閥等模塊組成，如圖5所示。

a工控機：作為該機臺人機交互界面及載體，主要作用為實現客戶實驗參數的設置、實驗過程監控、實驗數據記錄，以及實驗數據報表生成。使用研華晶牌工控機，正版WlN10系統，可7天×24 h不間斷工作。

bPLC：作為邏輯控制載體，主要作用為實現實驗設置參數的自動運行、控制機臺電磁閥自動動作，以及與工控機軟件進行實時通信。

c模擬量信號采集板卡：主要作用為實現實驗過程中壓力、流量、電流等模擬量數據的采集，并上傳至工控機軟件系統，標配6路模擬量輸入通道，其中預留2路供后期拓展使用。

d485通信板卡：主要作用為實現實驗用直流電源的數據采集，通過485接口與直流電源進行通信，讀取直流電源的實時電流、電壓，并做好記錄。

e壓力表/流量表/電磁閥：用于實現整個氣路的控剞輸出及狀態參數輸入。

f2路13 V開關電源，2個繼電器，用于控制樣品里的電磁閥開合。

32 軟件設計

上位機軟件采用智能化、模塊化全新簡約風格的設計，讓使用者達到“簡易式”的實用體驗，符合國內用戶的使用習慣，同時規避了企業在員工培訓所付出大量的、不必要的成本。

通過控制邏輯、485通信交互的方式實現懸架測試中氣泵上各控制閥的自動打開/關閉、氣泵的自動啟動/停止、實驗過程中實時氣體流量/壓力的實時監控及記錄，從而實現設定實驗參數后，即可一鍵啟動的功能，并在實驗結束后自動記錄所需數據，如圖6所示。軟件上實現方式如下：

a.軟件操作頁面設計。

b.軟件權限管理設計。

c.數據通信設計。

d.實時數據顯示曲線圖設計。

e.可實時查看到當前實驗的數據曲線。

f.數據記錄設計。

g.實驗結束可通過軟件頁面上查詢到實驗所需的數據信息。

4 測試臺架安全驗證

在研制測試臺架的過程中，需要通過多種方法去分析、設計，以保證系統軟件和硬件的質量，但是空氣懸架作為一種需要高性能測試零部件，其中的自檢功能必不可少。通過對設備實際應用可以有效地檢驗出設備在開發過程中隱藏的缺陷。

如圖7所示，可在實驗參數欄中設置實驗的各個參數；數據記錄壓力點參數中設置所需記錄數據的壓力點，最多可設置100個壓力點；壓力點設置0時，該壓力點無效；壓力點的設置需要由小至大。在后臺中，系統將檢測參數設置是否正確，若不正確，則給出參數設置范圍提示。

a.電源電壓輸出檢測：空氣懸架壓縮機主要有主泵、分配閥、泄壓閥，對應電源輸出電壓變化范圍為0～36 V。軟件上設置自檢功能，可在試驗前測試通斷，連接是否正常。

b.數據采集功能檢測：輸入所需的參數，并以實驗名稱為頭文件進行命名。設定的實驗參數是實現空氣懸架測試功能的核心要求，其完全獨立于其他運行程序。對于設定的參數，系統也會自動檢查參數的合理性，對于超限的參數給出提示信息并不被使用，以保護系統的設備安全。

c.運行時功能檢測：參數設置完畢后可進入運行試驗過程，操作人員輸入試驗時長并點擊開始運行鍵，整個系統將設定參數發送至可編程穩壓電源，并給出指令讓其開始按照設定參數運行。

在運行過程中，系統會實時監控運行中的各項參數，例如壓力傳感器、流量傳感器反饋的實時流量/壓力數據，穩壓電源的實時電壓電流等，同時該參數會通過實時曲線進行顯示，當運行過程中參數超限，系統給出報警提示，同時停止試驗，以保護設備及人身安全。

5 結語

通過多次試驗與探索，對方案進行改進和可行性驗證，并與多家生產企業溝通后，確定此試驗方法符合市面上空氣懸架性能的測定，試驗臺架的試驗方案得到多家企業認可。從驗證結果來看，該設備精度達到要求，穩定性高，自動化程度高，滿足預期指標。空氣懸架的一般功能性測試方法滿足對空氣懸架的性能測試，為評判空氣懸架的質量性能提供了可靠標準。

參考文獻：

［1］T/CSAE 79—2022 乘用車空氣懸架用空氣彈簧技術規范［S］.

作者簡介：

吳澤龍，男，1994年生，助理工程師，研究方向為空氣懸架耐久性測試研發。