一种可提升车轮的空气悬架系统及其控制方法与流程

本发明涉及汽车底盘电控空气悬架，具体涉及一种可提升车轮的空气悬架系统及其控制方法。

背景技术：

1、在现有汽车电控空气悬架系统中，如果要实现单个车轮抬起功能，普遍需要配置独立于悬架本体之外的额外提升装置。这类提升装置大多依托杠杆力学原理，依靠额外动力部件驱动杠杆机构，抬升对应车桥或者单侧车轮；提升装置一般布置在车桥中部或者单侧悬架旁侧。

2、现有提升装置主要由独立提升气囊以及配套金属结构件组成，工作条件严苛，只能够在车辆完全驻车静止状态下，先将承载气囊气体排空，再向提升气囊充入高压气体，依靠气囊膨胀推力驱动杠杆抬升车轮。

3、现有技术存在多项缺陷：

4、第一，空间布置复杂度高，底盘适配性差。提升机构属于完全独立的第二套执行机构，底盘需要单独预留安装点位、固定支架、气路接口以及动作余量，增大底盘布置难度。商用车、特种车辆底盘管线、储气筒、传动部件排布密集，提升机构极易和周边零部件发生干涉，同时会压缩底盘离地间隙，降低车辆通过性能。

5、第二，物料成本、制造成本同步上升。独立提升机构包含提升气囊、金属支撑支架、紧固件、密封件等大量零部件，物料采购成本高；新增零部件带来装配、定位、调校多道工序，拉长整车生产节拍，增加整车自重，不利于轻量化与燃油经济性。

6、第三，操作场景受限，故障响应安全性不足。现有提升机构仅支持驻车后手动操作，行驶过程中轮胎出现亏气、爆胎故障时，驾驶员必须将车辆停靠到路边再手动操作提升机构；如果车辆处于车流大的路段，驻车本身风险高；轮胎彻底损坏无法滚动时，车辆甚至无法移动至安全区域，发生趴窝，场景适应性差。

7、第四，功能单一，缺少车身姿态补偿能力。现有提升机构只具备抬升功能；单轮抬起后载荷向其余车轮转移，其余承载气囊压缩量发生变化，车身发生倾斜，故障低速行驶时操控稳定性变差。

8、基于以上痛点，本发明对悬架摆臂与铰接衬套做定向结构设计，充分复用空气悬架原有气路系统、传感系统，不额外增加提升机构零部件，实现行驶工况下轮胎故障自动识别、报警、车轮自动抬升，同时完成其余空气弹簧高度补偿，维持整车姿态稳定，提升故障工况行驶安全性以及户外适配能力。

技术实现思路

1、本发明目的在于克服现有技术缺陷，提供一种可提升车轮的空气悬架系统及其控制方法，一方面从机械结构层面，通过摆臂尺寸、衬套刚度、装配预扭转角度匹配设计，依靠悬架自身导向机构实现车轮抬升，省去独立提升机构，简化底盘布置，降低综合成本；另一方面从电控逻辑层面，构建胎压监测-故障判断-自动抬轮-姿态补偿完整闭环控制，允许行驶工况安全触发，单轮抬升后维持整车车身高度，提升故障工况操控稳定性。

2、为实现上述目的，发明的技术方案为：一种可提升车轮的空气悬架系统，包括若干空气弹簧、与空气弹簧一一对应的摆臂、非金属衬套、车轮安装架以及轮胎；

3、摆臂一端弯曲部位固定装配非金属衬套，非金属衬套构成摆臂与车辆车架转动铰接的支点；摆臂的另一端先向下弯折再向外水平弯折，该弯折末端的上表面固定安装空气弹簧；在空气弹簧与非金属衬套两者之间的摆臂下表面固定设置车轮安装架，车轮安装架用于装配轮胎；定义非金属衬套轴心至轮胎轴心的水平距离为负载力臂l2，非金属衬套轴心至空气弹簧轴心的水平距离为主动力臂l1，主动力臂l1长度大于负载力臂l2长度；

4、非金属衬套为改性聚氨酯非金属弹性件，过盈压装于摆臂铰接孔内；整车装配完成后摆臂处于自由状态时与地面形成预设安装夹角，使非金属衬套产生预扭转并储存弹性势能；当对应空气弹簧排气泄压失去支撑力后，非金属衬套释放预扭转弹性力矩驱动摆臂绕非金属衬套的铰接支点向上摆动，借助杠杆效应带动轮胎抬升离地；

5、另外，空气悬架系统还包括气路执行模块、传感检测模块以及控制交互模块；气路执行模块包含储气罐、打气泵和电磁阀组；打气泵出气端连通储气罐进气端；储气罐出气端经过主路电磁阀后分别连通各个空气弹簧所对应的充气电磁阀进气端；每一个空气弹簧的排气口分别独立连接排气电磁阀，排气电磁阀出气端直通大气；

6、传感检测模块包括压力传感器、高度传感器、tpms轮胎压力监测传感器和温度传感器；每一个空气弹簧对应配置个压力传感器以及个高度传感器，压力传感器接入空气弹簧与充气电磁阀之间的管路；高度传感器上端连接车架、下端连接摆臂；每一条轮胎配置一个tpms轮胎压力监测传感器；温度传感器电连接于打气泵上；

7、控制交互模块包含控制器、中控仪表台；全部压力传感器、高度传感器、tpms轮胎压力监测传感器、温度传感器信号输出端均电连接至控制器信号输入端；控制器控制输出端分别电连接电磁阀组、打气泵；中控仪表台通过can总线与控制器双向通信。

8、进一步，非金属衬套采用分段扭转刚度设计；小扭转角正常行驶区间采用中等扭转刚度，兼顾悬架操控以及隔振舒适性；大扭转角抬轮工作区间采用高扭转刚度，输出充足弹性回复力矩；整车极限跳动工况，非金属衬套最大扭转角度不超过±12°，保障衬套疲劳寿命。

9、进一步，整车装配完成，摆臂自由状态与地面预设安装夹角优选为8°，不同车型可根据整车载荷参数进行适配调整。

10、本发明还提供上述悬架系统对应的可提升车轮的控制方法，包括如下步骤：

11、s1、轮胎故障实时检测报警：车辆通电行驶过程中，tpms轮胎压力监测传感器实时采集各轮胎胎压数据并传输至控制器；控制器对胎压数据滤波处理，当单条轮胎胎压降幅超过预设标准胎压的25%，判定轮胎故障，向中控仪表台发送故障信号，触发光声报警；

12、s2、车速安全校验：控制器读取整车can总线车辆行驶速度；如果车速高于安全阈值（优选60km/h），仅保持报警；当车速下降至安全阈值以内，进入抬轮执行流程；或者由驾驶员手动确认后触发抬轮；

13、s3、故障车轮提升执行：控制器开启故障车轮对应空气弹簧的排气电磁阀，对故障侧空气弹簧排气；压力传感器与高度传感器同步回传数据；当同时检测到该空气弹簧内部压力低于0.1mpa、悬架高度下降至最低设计高度，关闭排气电磁阀；故障侧空气弹簧支撑力消失，非金属衬套释放预扭转弹性力矩驱动摆臂摆动，带动故障轮胎抬升离地；

14、s4、车身高度自适应补偿：控制器开启其余正常车轮对应的充气电磁阀，储气罐向其余各空气弹簧充气；各高度传感器实时采集悬架高度，当全部正常侧悬架高度回升至标准设定高度，关闭充气电磁阀，保持整车车身姿态水平；

15、s5、故障复位：接收中控仪表台下发的复位指令，控制器控制故障侧空气弹簧重新充气，空气弹簧支撑力克服非金属衬套预扭转弹性力矩，将摆臂压回正常工作位置，悬架恢复正常工作状态。

16、本发明相较于现有技术，具有以下有益效果：

17、1、无需额外设置独立提升机构，降本与底盘布置优势明显。直接复用原有摆臂-衬套结构实现抬轮，不需要提升气囊、金属支架等新增零部件；减少底盘干涉风险，减少零部件数量与装配工序，降低物料与制造成本，同时有利于整车轻量化。

18、2、支持行驶工况触发抬轮，故障安全性提升。系统实时监测轮胎状态，经过车速安全校验后自动抬轮，不需要驻车手动操作；户外偏远路段轮胎损坏后，可以抬升故障车轮，车辆低速行驶前往维修点，避免车辆趴窝。

19、3、具备车身姿态自动补偿功能。单轮抬升同时对其余空气弹簧做充气补偿，整车车身高度保持水平，消除载荷转移带来的车身倾斜，保证故障低速行驶操控稳定性。

20、4、压力+高度双传感器闭环校验，执行可靠性高。采用压力、高度双重条件判断排气完成与抬轮到位，控制逻辑闭环，减少误动作、动作不到位风险。

21、5、车型适配通用性强。参数化设计，不同车型仅调整摆臂力臂尺寸、衬套刚度、装配预扭转角度、控制参数即可适配，可覆盖乘用车、商用车、房车、双后桥特种车辆。