空气悬架系统车身高度和水平控制原理

朱春红，梁时光，李婕，宋建桐

（北京电子科技职业学院，北京 100176）

空气悬架系统车身高度和水平控制原理

朱春红，梁时光，李婕，宋建桐

（北京电子科技职业学院，北京 100176）

空气悬架系统较其他悬架使汽车具有更好的舒适性和操作稳定性，近年来在高档轿车上应用越来越广泛。本文以奔驰CLS350型汽车为例，对空气悬架系统的高度和水平控制进行简要分析。

空气悬架；奔驰；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

在奔驰和宝马等高端车型上，其悬架装置目前主要应用空气悬架系统，空气悬架系统与普通悬架相比，其最大的特点就是可以按照驾驶员的需求和行驶速度的变化调整车身高度，并保证不论车上负载情况如何以及道路状况如何，都能保持车身水平[1-3]。本文以奔驰CLS350车型为例，介绍空气悬架的车身高度和水平控制原理。

1、车身高度控制

车身高度控制是驾驶员通过高度调节开关（N72s18）和舒适型/运动型开关（N72s25）开关手动整体升降车身高度，如图1所示，或者是根据车速自动升降车身水平高度。车身高度控制是同时控制四个空气悬架支柱[4]。奔驰CLS350型汽车有4种可用的车身水平高度级别，如图2所示。

① 正常车身水平高度N（0）位置，车身高度调节值为0mm；

② 车身水平高度比正常车身高度N升高25mm，K（+25）位置。这一高度仅能通过高度调节开关手动升高；

③ 车身水平高度比正常车身高度N降低10mm，SI（-10）位置，即“运动型Ⅰ”模式，这一位置可根据车速控制或通过舒适型/运动型开关手动降低；

④ 车身水平高度比正常车身高度N降低15mm，SII（-15）位置，即“运动型Ⅱ”模式，这一位置可根据速度控制或通过舒适型/运动型开关手动降低。

如果高度调节开关被促动、发动机运转、车速处于0-120km/h，且车辆处于N时，车身水平高度将立即被调整升高25mm，至K位置。在调整过程中，仪表盘（A1）内的多功能显示屏（A1p13）（见图1）显示：“Vehicle rising（车身升高中）”，在调节过程中高度调节开关内的LED闪烁。当完成调整后，即达到K位置后，LED持续点亮，不再闪烁。

车身高度处于K位置时，如果车速高于80km/h持续超过t=5分钟，见图2中“a”段，驾驶员“升高车身高度”的请求被取消，车身会自动降低至N位置。在仪表盘的多功能显示器上的显示：“Level selection canceled（高度选择被取消）”。如果车速高于80km/h持续时间t不足5分钟并且车速未超过120km/h，则车身会保持在K，这种情况下只有通过操作高度调节开关才能再次降低到N位置。

当车身水平处于K位置时，车速如果高于120km/h时，驾驶员的设置的K位置被立即取消，车身立即自动降低至N位置，如b所示。此时，如果继续加速，当车速高于140km/h时，车身水平高度自动降低至降低的水平高度SI位置，如c所示；车速高于180km/h时，车身水平高度自动降低至降低的水平高度SII位置，如d所示。如果车身已经降到SII位置，车速再升高，车身高度不会再继续下降。在SII位置时，如果车辆减速，当车速低于130km/h时，车身会自动升高到SI位置，如e所示；车速继续降低，低于90km/h时，车身会升高到正常水平高度N位置，如f所示，车速继续降低，车身高度不会自动回到之前设置的K位置。

如果高度调节开关未被促动、发动机运转、车速在0-140km/h时，车身高度将始终保持在N位置；车速高于140km/h时，车身水平高度将立即自动降低至降低的水平高度SI位置，如c所示；车速高于180km/h时，车身水平高度将立即自动降低至SII，如d所示。如果车身已经降到SII，车速再升高，车身高度不会再继续下降。如果此时车辆开始减速，车速低于130km/h时，车身会自动升高到SI位置，如e所示；车速低于90km/h时，车身会升高到正常水平高度N，0mm位置，如f所示。

当舒适型/运动型开关被促动为“运动型Ⅰ”模式，即一个LED亮起时，车身水平高度会立即降低至SI位置，车速在0-180km/h时，车身高度始终保持在这个位置，当车速高于180km/h时，车身水平高度自动降低至SII，如d所示。当车速降低至130km/h时，车身高度会恢复到SI位置，如e所示，车速再降，车身高度不会再改变。选择减震程序“运动型Ⅰ”后，信息“AIRMATIC DC Sport1（双控空气悬架系统运动型1）”在多功能显示屏上显示约5秒。

当舒适型/运动型开关被促动为“运动型Ⅱ”模式，即两个发光二极管亮起时，车身水平高度会立即降低至SII位置，并保持在该位置不变，车速的增减不会影响车身高度，即车身水平高度与车速无关。选择“运动型II”后，信息“AIRMATIC DC Sport 2（双控空气悬架系统运动型2）”在多功能显示屏上显示约5秒。

如果随后选择“舒适型”，即两个LED都熄灭，这时如果车速低于90km/h，则车身水平高度再次升高到N位置，如f所示，选择“舒适型”后，信息“AIRMATIC DC Comfort（双控空气悬架系统舒适型）”在多功能显示屏上显示约5 秒。

由驾驶员设置的高度调节开关以及舒适型/运动型开关状态在点火开关关闭后会被保存，只有通过手动改变或由于超过某一车速阈值或时间阈值而被取消。

2、车身水平控制

车身水平控制是保证车身在行驶过程中因路面不平或因车辆负载不均衡等状况下确保车身能够保持水平状态[5]。为确保车身保持水平，各个悬架支柱可以被单独调节。空气悬架系统气压回路原理，如图3所示。

奔驰CLS350汽车的前轴和后轴处的空气悬架系统是一种完全承重式悬架系统。发动机运转时，不论负载情况如何，该系统均可使车身保持水平而不发生倾斜。在此过程中，空气从空气悬架系统压缩机（A9/1）通过左右前悬架支柱的空气悬架系统额外空气量阀（Y51/1y1、Y52/1y1）和左右后悬架支柱的空气悬架系统额外空气量阀（Y53/1y1、Y54/1y1）传递到前轴悬架支柱40和后轴弹簧减震柱41，直到车辆高度水平被调整。车辆水平由前轴处的左前、右前水平传感器（B22/8、B22/9）以及后轴处的后轴水平传感器（B22/3）记录，并传送到带ADS的空气悬架系统的控制单元（N51）。

空气悬架系统额外空气量阀集成在每个弹簧减震柱内，它们与空气悬架系统压缩机上的空气悬架系统减压阀（A9/1y1）共同作用，控制车身保持水平。空气悬架系统中央蓄压器（42）用于存储压缩空气，并能在发动机不运转时调节车辆水平。水平控制功能包含以下功能：

① 锁止功能

当车辆停止时，如果空气悬架系统控制单元检测到所有车轮均无负载，如车辆被用举升器举起，则空气悬架系统额外空气量阀关闭，不会对车身水平高度进行调节，车辆会保持当前水平高度。这在更换车轮或进行修理工作等情况下非常重要。

② 正常功能（发动机运转）

车辆停止时，如果打开车门或行李箱盖后，各个减振器支柱间出现大于+/-8mm的偏差，则对车身水平进行重新调节。当车辆停止时，车身水平可以被补偿，约为每5秒钟一次。

行驶过程中，如果偏差大于+/-8mm，同样可以对车身水平进行调整。在行驶过程中，因为车辆振动对车身水平信号有影响，因此空气悬架系统控制单元可以过滤因为车辆振动引起的各个悬架支柱水平高度不一致问题，因此，行驶过程中的车身水平调节最短时间为每180秒被补偿一次。

根据情况的不同，用于调整车身水平的高压空气可由空气悬架系统的压缩机或空气悬架系统中央蓄压器（42）的压力提供。如果车辆停止，为避免压缩机装置工作时产生噪音，一般只使用空气悬架系统中央蓄压器（42）内的高压空气。如果有特殊高压要求，则空气悬架系统压缩机和空气悬架系统中央蓄压器（42）可同时供给压缩空气。当车辆负载增加时，控制单元通过水平传感器检测到车身倾斜或高度降低。这时则通过促动电磁阀，将空气供给前轴悬架支柱（40）或后轴悬架支柱（41），直到车身水平及高度达到其设定值。当悬架支柱达到调整高度后，弹簧减震柱的水平阀和空气悬架系统的减压阀断电，从而防止空气压力泄漏到外界大气造成车身降低。

③ 停车时降低水平高度

如果车辆在“舒适型”模式下驻车，当所有的车门（包括行李箱盖）关闭，且车辆通过遥控钥匙（A8/1）锁止，车辆自动降低约15mm，进入“睡眠位置”。如果车辆处于“运动型Ⅰ”模式时驻车，则车身高度从-10mm降低到-15mm。当车辆处于“运动型Ⅱ”模式下驻车时，水平高度保持在-15mm。

④ 唤醒功能（功能持续时间约为1分钟）

当用遥控钥匙解锁车辆，并且前后左右任一车门被打开或行李箱被打开，则空气悬架系统控制模块被“唤醒”，并检查当前车身水平及高度，如果车身倾斜或高度过低，且中央蓄压器有足够的压力，空气悬架系统则会调整车身。

如果驻车时的车身倾斜或高度降低超过20mm，且空气悬架系统中央蓄压器（42）压力大于11巴时，空气悬架系统将会调整车身车身水平或将车身升高到正常高度。

如果前轴的车身水平高度小于-50mm，后轴的水平高度小于-60mm时，依然可以在储压罐压力小于11巴时通过空气悬架系统的压缩机（必要条件：电池电压大于12.4V）升高车身。

不论有无负载，当车身个别悬架的高度与调节后的车身高度的偏差超过+/-8mm，则会通过先降低或升高悬架支柱内的压力，然后再将其调节到适当的高度。发动机关闭时，无法使用水平调节开关升高车身。如果在停车时降低了车身，车辆会在发动机起动后从睡眠位置再次升到驾驶员上次调节的位置。

3、结论

空气悬架系统正是因为其具有如上所述的车身高度和车身水平的自动、手动控制功能，使汽车的舒适型操控性能有了很大的提高，因此在高端车型上被应用的越来越多，希望随着这种技术发展，能够降低其造价，推广到更多的中级轿车中使用，让更多的人很够体验到技术的发展为人们的生活带来的舒适与安全。

[1] 张建文, 郭二生, 黄治国, 等. 空气悬架大客车平顺性仿真分析[J]. 汽车技术, 2005(04):1-5.

[2] 李仲兴, 孙钢, 朱晶晶, 等. 客车空气悬架参数匹配研究[J]. 拖拉机与农用运输车, 2009(06):30-33.

[3] 刘后毅. 空气悬架的原理和使用[J]. 山东交通科技, 2001 (01):67-69.

[4] 方瑞华. 汽车空气悬架非线性振动理论和试验[J]. 农业机械学报, 2007(07):13-15.

[5] 姜立标, 王登峰. 货车空气悬架的现状及发展趋势[J]. 齐齐哈尔大学学报, 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

朱春红，讲师，毕业于吉林工业大学内燃机专业，就职于北京电子科技职业学院汽车工程学院。