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          淺析汽車空氣懸架系統中的電機驅動應用
          
						
          
				作者：時間：2023-06-15來源：TI收藏
			
          

			
          


			
          
			
          


			
          
			
          


			
          
			
          
			
			
          
			
			
          


			
          
                
				
          汽車懸架系統可以調節車身的高度、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感。
          本文引用地址：http://www.ex-cimer.com/article/202306/447723.htm
          1. 電動空氣懸架系統介紹
          汽車懸架系統可以調節車身的高度、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感。
          傳統懸架系統需要通過各式各樣的流通閥實現精細的調校結果。但是豐富細致的閥系設計也會使得調校比較復雜?？勺冏枘峒夹g將一部分需求交給了減震器的可變阻尼功能，簡化了調校的復雜性。但是隨著懸架系統對靈活性、響應速度和可變范圍要求的進一步提升，懸架系統便需要向電控技術方向進一步升級了。
          電控空氣懸架系統會結合車身高度傳感器、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，剛度和阻尼力等進行精細調節。
          2. 電控閥系驅動設計及選型
          2.1 CDC比例閥
          CDC比例閥通過調節電磁閥門來改變減振器中油液工作腔孔的大小來調節阻尼，從而實現阻力的連續可調。一般為了保持控制信號的穩定，控制器會以2kHZ左右頻率的PWM電流驅動電磁閥，通過調節占空比改變電流的大小，從而控制缺口開度的大小，進而實現可變阻尼。
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          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?，F需要在3%以內。通常的閥只需要半橋驅動即可，然而CDC閥需要能夠根據使用場景的差異對響應速度即續流模式進行切換。在響應速度要求較低時使用慢速續流，如果需求毫秒級的快速響應，需要能夠支持對管快速續流的功能。另外由于空氣懸架在汽車行駛過程中工作，對系統的功能安全有一定要求，所以在快速續流時，也需要采用MOSFET續流，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4通道智能半橋驅動芯片，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，支持系統控制快速和慢速續流的需求。將H橋的四個MOSFET以從左到右、從上到下的順序以1~4標序，其中MOSFET 1使用PWM控制，精確調節電流大小，MOSFET 4使用On OFF控制，用于對慢速續流和快速續流進行選擇。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導通，慢速續流和快速續流對應的工作狀態。
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          表1 CDC閥控制過程中MOSFET 1~4工作狀態
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          圖2 PWM 導通
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          圖3 慢速續流
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          圖4 快速續流
          2.2 多腔空簧閥
          在空氣懸架系統中，空氣彈簧內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剛度曲線。然而單腔空氣彈簧內部開孔有限且無法改變截面積，所以剛度調整受限。 將單腔的氣室使用電磁閥分割成多個，可以更大范圍實現充放電時空氣彈簧內部受力面積的變化，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在小鵬、寶馬、保時捷等多家車產的高端車型中被應用。
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          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，且沒有對續流的特殊要求，因而可以通過半橋驅動的方式。為了實現降低功耗的要求，可以通過軟件進行peak hold控制。為了避免人耳及寵物的聽覺范圍，多腔空簧閥的開關頻率通常要求高達50-60kHz。相較于競品，DRV8714-Q1的控制頻率可以高達100kHz，能夠勝任這一應用高速開關的需求。
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          圖6 DRV8714-Q1手冊中對最高PWM開關頻率描述
          2.3 氣路分配閥
          電控空懸系統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開關控制，需要使用peak hold模式降低系統的電流和能耗，其開關控制頻率通常為20kHz左右，也可以使用DRV8714-Q1進行控制。
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          圖7 Accuair氣路分配閥4
          參考鏈接：
          1. SACHS CDC 比例閥 https://aftermarket.zf.com/go/en/sachs/products/cars-and-vans/shock-absorbers-and-dampers/cdc/
          2. DRV8714-Q1 數據手冊https://www.ti.com/lit/ds/symlink/drv8718-q1.pdf
          3. Vibracoustic 多腔空簧閥 https://www.vibracoustic.com/en/product/switchable-three-chamber-air-springs/
          4. Accuair 氣路分配閥 https://accuair.com/collections/valve-manifolds
          作者：Scarlett Cao

          
				
            	
                
				
								
          
				          
                
				              
              
            
          
		
          
		
          
		
          
		
          
		
          
			
          


			
          
			
            
			  
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          關鍵詞：
            			            TI
                        空氣懸架
                        
            
          
            
			
          
		
          	
		

	

          
	
	
          
		
          
			
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