电子控制空气悬架系统ECAS CAN2在GZ-4客车上的应用

史先松

电子控制空气悬架系统ECAS CAN2在GZ-4客车上的应用

史先松

（安徽安凯汽车股份有限公司，合肥230051）

介绍电子控制空气悬架系统ECAS CAN2的组成、功能及其在GZ-4客车上的应用，阐述ECAS CAN2在城市客车上的应用优势。

电子控制；空气悬架系统；城市客车；ECAS CAN2

传统的空气悬架采用机械高度阀的控制模式，即通过高度阀进排气口的开闭实现对气囊的充放气调节，从而使车辆的车身保持恒定高度[1-2]。随着悬架控制技术的发展，出现了电子控制空气悬架系统ECAS。该系统在提高行车舒适性和反应灵敏度的同时，较传统空气悬架可节省20%～25%的空气消耗量，同时附加多种辅助功能，如：车辆升降功能、侧跪（kneeling）功能、过载保护及提升桥控制等。本文以我公司GZ-4客车为例，阐述第二代电子控制空气悬架系统ECAS CAN2（该系统在原ECAS基础上，采用了CAN总线通讯技术与整车系统进行通讯，除了具有更加强大的功能外，在控制精度和响应特性上也进行了相应优化）的组成、工作原理及其在城市客车上应用的优势[2]。

1 ECAS CAN2的组成及功能

ECASCAN2由ECU电控单元、组合电磁阀、高度传感器、压力传感器、CAN总线系统等组成，各部件的功能如下：

1）ECU电控单元。可实现车辆不同高度值的储存和管理，负责与诊断工具进行数据交换，同时监测系统所有部件的操作，检测并储存系统故障。

2）组合电磁阀。ECASCAN2电磁阀是高度集成化和模块化的设计。取决于不同的配置，在通用的外部壳体内可以布置不同数量的电磁阀部件。ECAS CAN2组合电磁阀可大大节省零部件数量、安装空间以及装配费用。为了降低排气噪声，电磁阀排气口带有消声器。组合电池阀整个工作过程主要包括：建压、保压和泄压等。

3）高度传感器。外形看起来与机械高度阀相似，其安装方式和安装位置也完全相同。传感器内部包含线圈和枢轴，当车桥与车身之间的距离发生变化时，高度横摆杆转动并带动相应的电枢在线圈中上下直线运动，产生电流信号，传递给ECU。

4）压力传感器。安装在悬架气囊上，用来监测空气悬架气囊压力[3]。

ECAS CAN2可与整车CAN总线系统的信息共享，CAN总线通讯均遵循SAE-J1939协议。ECASCAN2系统可从整车CAN系统中获得发动机信号、制动信号、车速信号、车门信号及气压信号等，结合高度传感器检测到的车架和车桥间距离变化的信号，共同传递给ECU电控单元，ECU电控单元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组合电磁阀工作，实现对各个气囊的充放气调节。图1为ECASCAN2系统整车构架图[4]。

组合电磁阀对气囊充、放气的控制过程中，会在车辆即将达到标准高度前，减少进、放气量降低上升或下降速度，避免气囊出现过充或过放气现象。为达到良好的节流效果，ECAS ECU采用脉冲方式控制电磁阀的开启。根据车辆当前实际高度与预期调节高度的偏差，ECU计算电磁阀的调节脉冲长度，如果需要调节的高度量大、由于气囊没有过充气的危险，ECU将给出一个长的脉冲，同时，快的上升速度将减小脉冲长度，这样就能精确控制车辆的高度调节速度，极大地避免了高度的过冲及振荡调节[5]。

2 ECAS CAN2在GZ-4客车上的应用

2.1 GZ-4整车主要参数及要求

GZ-4城市客车采用全承载骨架结构，车长12 000 mm，车宽2 550 mm，车高3 250 mm，轴距6 100 mm，前悬长度2 620 mm，后悬长度3 280 mm，前桥轮距2 096 mm，后桥轮距1 860 mm，最大总质量为18 000 kg。根据国家标准和最大总质量，采用两轴承载，前轴满载轴荷6 500 kg，后轴满载轴荷11 500 kg[6]。柴油动力驱动，发动机排量8.4 L，最大功率177 kW，自动变速器，驱动桥主减速器速比6.14，最高行驶车速69km/h。低地板一级踏步结构，实现更大的车内乘坐及站立空间；空气悬架系统具有升降功能及侧跪（kneeling）功能；最高车速69km/h[7]。

2.2 ECAS CAN2在GZ-4客车上的安装

ECASCAN2在GZ-4客车上的应用过程中，整车气压应达到气囊满载气压要求，气囊行程必须与减震器行程、推力杆行程等相关运动零部件的行程匹配，储气筒容量不能小于40 L，在气囊行程范围内无零部件干涉现象，系统气路无漏气现象，保持气路畅通，无气管弯折现象，安装溢流阀，确保制动系统压力，安装管路滤清器保证气路清洁。

1）ECU电控单元安装。安装在驾驶室或电气舱中，要求接近性好，电插口朝下安装，电插口下方留150 mm空间，以便诊断，ECU地线距ECU不超过3 m，避开热源安装。

2）组合电磁阀安装。电磁阀安装在相应的车轴附近的车架或车架横梁上，进气管内径不小于10 mm，出气管内径不小于8 mm。电磁阀的排气口应水平方向。ECAS CAN2系统两个电磁阀，分别安装在前轴及后轴附近。

3）高度传感器安装。安装在左右车架纵梁上或纵梁支架上，确保安装牢固。高度传感器L型连接杆支架安装在车桥支架上，垂直安装，横摆杆和纵摆杆应保持在同一平面内，纵摆杆保持在垂直位置。选择合适的纵杆长度，使气囊行程充分利用横摆杆角度范围±50°，同时避免在车辆上升时产生反跳。安装过程中应注意横摆杆随车架上升下降而摆动的方向。图2是高度传感器及其摆杆常见的两种安装结构。

4）压力传感器安装。压力传感器应尽量靠近气囊，气囊与压力传感器之间不可接装其他设备，最好为独立连接。

2.3 ECAS CAN2标定

1）在下列情况时，ECAS系统的高度传感器和压力传感器需要进行标定：ECAS CAN2初次安装时；ECAS CAN2不同车辆应用（如：从部分空气悬架车辆换到全空气悬架车辆上）时；更换高度传感器或压力传感器时。ECAS CAN2正在连接诊断设备进行标定时，不能使用遥控器、操作按键或者通过CAN总线报文进行操作。

2）ECASCAN2标定主要包括：基本参数（车辆类型、高度传感器数量及位置等）标定、高度传感器标定、压力传感器标定（如果ECASCAN2装有压力传感器，则需要对压力传感器进行标定）、最大轴荷标定（如果ECASCAN2装有相应的压力传感器，则可开通轴荷监测功能。同时需要对最大轴荷进行标定）、轴荷特定曲线标定（如果需要ECASCAN2在CAN数据总线上发送车辆轴荷的“Vehicle Weight”报文信号，则需要标定轴荷特定曲线）、CAN总线配置（如果客户对CAN总线通讯有特殊需求，可通过专用诊断软件对CAN总线参数进行设置）。待完成前面所述进程后，需要清除系统故障记录，只有当系统没有任何故障时，才能进行下一步工作[8]。退出电脑诊断软件，断开诊断适配器与车辆的通讯，关闭车辆电源3 s后重新上电。操作ECAS遥控器或车辆按键进行上升、下降和复位操作。客车可通过按键（CAN总线ASC2_A命令）进行ECAS操作。如有必要，可用CAN总线分析仪记录CAN总线数据。检查车辆ECAS系统各项功能正常。将ECASCAN2中ECU电控单元中保存的数据保存至电脑文件。此数据包含ECAS CAN2中ECU电控单元参数设置和各项标定数据，需妥善保存。将保存的ECU文件交与客户负责人以备车辆量产时使用，ECAS标定结束。

3）量产车ECAS CAN2系统标定。系统标定前，通过外部设备、外接气源或系统诊断软件将车辆调至正常行驶高度。微调高度传感器摆杆，使高度传感器处于“0”位。通过验证传感器转动翼上小孔是否与传感器壳体小孔对齐可验证高度传感器是否处于“0”位，如图3所示。

连接诊断适配器，打开诊断软件，写入样车ECAS CAN2系统标定ECU文件。

标定高度传感器的行程上下限：通过工装或测量将车辆调整至正常高度，保存正常高度；通过诊断适配器中的诊断软件控制组合电磁阀对气囊进行充气，将车辆调整至最高高度（不要再调整高度传感器摆杆），保存上限高度；通过诊断适配器中的诊断软件控制组合电磁阀对气囊进行放气，将车辆调整至最低高度，保存下限高度。ECASCAN2系统高度传感器标定完成。

2.4 ECAS CAN2在GZ-4客车上的应用优势

ECAS CAN2在GZ-4客车上的应用优势主要体现在以下几个方面：

1）ECAS CAN2系统在ECAS基础上进行升级，接入整车CAN总线，减少了系统线束。

2）提高悬架控制精度。ECASCAN2系统接入CAN总线之后，可直接从CAN总线中采集整车各种信号报文，更加准确地判断车辆状态。同时，ECAS CAN2系统由原先的一个组合电磁阀改成两个组合电磁阀，分别控制前后悬架，高度传感器数量由原先的3个增加到4个，大大增加了悬架的控制精度。

3）车辆升降功能。ECASCAN2系统可通过控制开关提升或降低车辆的底盘高度，方便车辆通过隧道或其它特殊路况。ECAS还可通过车速控制整车高度，比如当车速达到15 km/h时，车辆可自动恢复正常行程高度[9]。

4）侧跪功能。ECASCAN2系统可以实现对侧倾高度的设定和控制，有单侧侧倾或单轴侧倾两种方式供选择。可以监视安装在车门下的接触开关来保证降低过程的安全性，如果接触开关在降低过程中有反应，客车将自动回复到正常行车高度[9]。此功能是应用于城市客车的专用功能。当车辆到站时，车门侧气囊放气，如只有前车门则将该侧前左右两个气囊同时放气；如有前、后两个车门，则该侧前后气囊放气，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。

5）车辆限高功能。ECASCAN2系统可以设置车辆的最低和最高底盘高度。一旦达到设定的最低或最高位置，将自动结束高度调节。

6）车辆高度自动调整功能。ECASCAN2系统可以控制电磁阀使车辆保持在一个稳定的高度。在公交线路上下客时，ECAS可自动执行高度保持功能。一旦车辆偏离正常高度，电子高度控制器将根据标定的控制参数进行高度调整。在车辆行驶过程中，如果车辆高度在非行驶高度位置，在车速超过30 km/h后，ECAS将自动调整车辆高度恢复至行驶高度，以保证车辆的行驶安全。

7）牵引辅助功能（适用于三轴及三轴以上车辆）。ECAS CAN2系统通过对各车轴气囊气压的调节，实现负载在从动轴和驱动轴之间转移，提高车辆的通过性能。

8）压力监视功能。ECASCAN2系统通过ECU检测供气压力，当气压低于一定值时，出于安全考虑，系统下降和侧倾功能将受限。

9）安全控制。ECASCAN2系统中ECU根据当前车门开关信息，判断是否能提升/下降车辆。

10）故障诊断。ECASCAN2系统专用诊断软件和检测设备，可做到下线时快速诊断及调整；方便的闪码功能，便于售后维修检测。

11）节约用气量。避免车辆正常行驶振动过程中的空气消耗。以低地板城市客车为例与机械高度阀控制的空气悬架系统相比，ECAS CAN2系统可节省大约25%的空气消耗。

3 结束语

ECAS系统自1986年问世以来，在市场上得以迅速推广和应用。在我国，ECAS已开始应用于高档城市客车和旅游客车市场，它的功能性和便利性越来越多地被市场所接受。在北京城市客车等城市客车市场上，已经开始规模使用ECASCAN2系统。随着我国城市客车性能的提升和客车产品的换代，可以实现车身“侧倾”功能的ECAS CAN2系统，将会越来越多地出现在城市客车市场，助力公共交通事业的发展[10]。

[1]陈家瑞.汽车构造:下册[M].北京:机械工业出版社，2009.

[2]刘惟信.汽车设计[M].北京:清华大学出版社，2001.

[3]季翔，王皆，王学军.ECAS空气悬架电控系统介绍[J].汽车实用技术，2015（8）:11-13.

[4]李莉薇.客车电子控制的空气悬架系统（ECAS）[J].汽车与配件，2006（35）:47-49.

[5]杨启耀.ECAS客车悬架系统的匹配与充放气研究[D].镇江：江苏大学，2008.

[6]全国汽车标准化技术委员会.汽车、挂车及汽车列车外廓尺寸、轴荷及质量限值:GB 1589-2016[S].北京:中国标准出版社，2016:7.

[7]公安部道路交通管理标准化技术委员会.机动车运行安全技术条件:GB7258-2012[S].北京:中国标准出版社，2012:5.

[8]罗文发，李莉薇.电子控制空气悬架ECAS的故障诊断方法[J].商用汽车，2008（2）:121-124.

[9]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，2003，25（5）:18-19.

[10]吴修义.客车电子控制空气悬架（ECAS）系统及其发展趋势[J].重型汽车，2008（6）:15-16.

修改稿日期：2016-11-14

Application of Electronic Controlled Air Suspension System ECAS CAN2 on GZ-4 Bus

Shi Xiansong
（Anhui Ankai Automobile Co.,Ltd,Hefei 230051,China）

This paper introduces the composition and functions of the electronic controlled air suspension system ECASCAN2 and its application on the GZ-4 bus,and expounds the advantages ofthe application ofECASCAN2 on the citybus.

electronic controlled；air suspension system;citybus；ECASCAN2

U463.33；U469.1

B

1006-3331（2017）02-0015-04

史先松（1989-），男，工程师；主要从事车辆转向系及行驶系研发工作。