淺析汽車空氣懸架系統(tǒng)中的電機驅(qū)動應(yīng)用

作者：時間：2023-06-15 來源：TI

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汽車懸架系統(tǒng)可以調(diào)節(jié)車身的高度、阻尼、剛度，有效提升駕駛的舒適性與操控性，從而讓駕駛者在不同的車速、路面條件下有不同的駕駛感受，提高車輛的平順性和品質(zhì)感。

本文引用地址：http://m.butianyuan.cn/article/202306/447723.htm

1. 電動空氣懸架系統(tǒng)介紹

傳統(tǒng)懸架系統(tǒng)需要通過各式各樣的流通閥實現(xiàn)精細(xì)的調(diào)校結(jié)果。但是豐富細(xì)致的閥系設(shè)計也會使得調(diào)校比較復(fù)雜?？勺冏枘峒夹g(shù)將一部分需求交給了減震器的可變阻尼功能，簡化了調(diào)校的復(fù)雜性。但是隨著懸架系統(tǒng)對靈活性、響應(yīng)速度和可變范圍要求的進(jìn)一步提升，懸架系統(tǒng)便需要向電控技術(shù)方向進(jìn)一步升級了。

電控空氣懸架系統(tǒng)會結(jié)合車身高度傳感器、加速度傳感器等的輸入信號和駕駛員的指令（駕駛模式、加減速、轉(zhuǎn)彎等），通過控制電磁閥來控制空氣彈簧和減震器，從而對懸架的高度，剛度和阻尼力等進(jìn)行精細(xì)調(diào)節(jié)。

2. 電控閥系驅(qū)動設(shè)計及選型

2.1 CDC比例閥

CDC比例閥通過調(diào)節(jié)電磁閥門來改變減振器中油液工作腔孔的大小來調(diào)節(jié)阻尼，從而實現(xiàn)阻力的連續(xù)可調(diào)。一般為了保持控制信號的穩(wěn)定，控制器會以2kHZ左右頻率的PWM電流驅(qū)動電磁閥，通過調(diào)節(jié)占空比改變電流的大小，從而控制缺口開度的大小，進(jìn)而實現(xiàn)可變阻尼。

圖1 SACHS CDC比例閥1

CDC電磁閥的控制電流一般較小，不會超過2A，且電流采樣精度較高，通常現(xiàn)需要在3%以內(nèi)。通常的閥只需要半橋驅(qū)動即可，然而CDC閥需要能夠根據(jù)使用場景的差異對響應(yīng)速度即續(xù)流模式進(jìn)行切換。在響應(yīng)速度要求較低時使用慢速續(xù)流，如果需求毫秒級的快速響應(yīng)，需要能夠支持對管快速續(xù)流的功能。另外由于空氣懸架在汽車行駛過程中工作，對系統(tǒng)的功能安全有一定要求，所以在快速續(xù)流時，也需要采用MOSFET續(xù)流，而非體二極管或者外置二極管的方式，以獲得更加已知的電壓信息。DRV8714-Q12 是車規(guī)4通道智能半橋驅(qū)動芯片，同時也可以配置為兩個H橋模式。 DRV8714-Q1具有兩個獨立的電流采樣運放，可以對兩個H橋電流進(jìn)行采樣，且可以滿足CDC閥電流采樣精度要求。且四個MOSFET獨立可控，支持系統(tǒng)控制快速和慢速續(xù)流的需求。將H橋的四個MOSFET以從左到右、從上到下的順序以1~4標(biāo)序，其中MOSFET 1使用PWM控制，精確調(diào)節(jié)電流大小，MOSFET 4使用On OFF控制，用于對慢速續(xù)流和快速續(xù)流進(jìn)行選擇。同一橋臂的兩個MOSFET控制邏輯相反，以避免直通。表1與圖2-4為PWM導(dǎo)通，慢速續(xù)流和快速續(xù)流對應(yīng)的工作狀態(tài)。

表1 CDC閥控制過程中MOSFET 1~4工作狀態(tài)

圖2 PWM 導(dǎo)通

圖3 慢速續(xù)流

圖4 快速續(xù)流

2.2 多腔空簧閥

在空氣懸架系統(tǒng)中，空氣彈簧內(nèi)部的氣室可能有單腔、雙腔或者更多腔。單腔空氣彈簧利用柔性封閉容器中空氣的可壓縮性實現(xiàn)剛度曲線。然而單腔空氣彈簧內(nèi)部開孔有限且無法改變截面積，所以剛度調(diào)整受限。將單腔的氣室使用電磁閥分割成多個，可以更大范圍實現(xiàn)充放電時空氣彈簧內(nèi)部受力面積的變化，從而更大范圍改變空氣彈簧的剛度。目前多腔空氣懸架已經(jīng)在小鵬、寶馬、保時捷等多家車產(chǎn)的高端車型中被應(yīng)用。

圖5 Vibracoustic 多腔空簧閥3

分割空氣彈簧氣室的閥門為成為多腔空簧閥。與CDC比例閥不同，多腔空簧閥的閥體只需要On Off控制，且沒有對續(xù)流的特殊要求，因而可以通過半橋驅(qū)動的方式。為了實現(xiàn)降低功耗的要求，可以通過軟件進(jìn)行peak hold控制。為了避免人耳及寵物的聽覺范圍，多腔空簧閥的開關(guān)頻率通常要求高達(dá)50-60kHz。相較于競品，DRV8714-Q1的控制頻率可以高達(dá)100kHz，能夠勝任這一應(yīng)用高速開關(guān)的需求。

圖6 DRV8714-Q1手冊中對最高PWM開關(guān)頻率描述

2.3 氣路分配閥

電控空懸系統(tǒng)中還有一類閥為氣路分配閥，可以將儲氣罐中的氣體分到四個輪子不同的空氣支路，進(jìn)入到四個輪子各自空氣彈簧控制的氣柱中。與多腔空簧閥類似，氣路分配閥同樣為On Off開關(guān)控制，需要使用peak hold模式降低系統(tǒng)的電流和能耗，其開關(guān)控制頻率通常為20kHz左右，也可以使用DRV8714-Q1進(jìn)行控制。