基于UDS的空氣懸架車輛自動化生產線的設計

王斌

摘要：針對空氣懸架車輛生產過程由于自動化、信息化水平低而導致的生產效率低下的問題，文章設計了基于UDS的空氣懸架車輛自動化生產線。該系統基于UDS協議實現生產線設備、車輛控制器、云端之間的的通信，實現了在空氣彈簧充氣、車高標定、最終檢測過程中的智能流程控制，對生產過程實現云端實時監控，有效地提升了企業生產與故障診斷效率。

關鍵詞：空氣懸架;生產線;自動化

0? 引言

空氣懸架主要由空氣彈簧、阻尼連續可調減振器、空氣壓縮機、儲氣罐、電磁閥、空氣懸架ECU、高度傳感器、加速度傳感器等零件組成[1]。空氣懸架的高度模式一般分為高位模式、正常高度模式、低位模式[2]。通過調節不同的高度模式以及減振器阻尼，空氣懸架可以有效提升車輛的乘坐舒適性、提高底盤越野及通過能力、完成在不同載荷條件下的車身高度保持、隔離高頻振動改善車內聲品質感、提高操控性及安全性、通過高度隨速調節降低能耗[3]。由于空氣懸架車輛電控程度較高，因此在裝配期間容易出現一些裝配故障，導致生產效率降低、診斷與解決故障的時間長。本文主要設計了一種基于UDS的空氣懸架車輛自動化生產線，既提高了自動化程度，又能夠實現故障自診斷功能。

1? 硬件系統

硬件系統主要有：充氣站、電檢設備。

充氣站的結構原理如圖1所示。

其中：ECU是指充氣站內的處理器，其可以與空氣懸架ECU建立通信并可以向其寫入配置碼;壓縮機的作用是吸收工廠的氣源并繼續壓縮成高壓氣體，最終輸出給空氣彈簧或者車輛儲氣罐。

充氣站工作時的原理圖如圖2，圖中藍色箭頭代表高壓氣體流動方向。充氣站加注槍與儲氣罐單向閥連接，單向閥只可以輸入氣體而不可以輸出氣體，氣體到達儲氣罐之后，此時電磁閥與前軸空氣彈簧1、2連接的兩個端口會被打開，高壓氣體進入前軸空氣彈簧1、2，達到充氣壓力目標后，電磁閥與前軸空氣彈簧1、2連接的兩個端口關閉，與后軸空氣彈簧3、4連接的兩個端口打開，繼續向后軸空氣彈簧3、4充氣，達到目標壓力后關閉閥門，這時候充氣站的氣體會在儲氣罐中積累，直到達到儲氣罐的目標壓力值，整個充氣過程結束。

電檢設備具有ECU通信、數據寫入、高度傳感器標定、故障診斷、云端通信等功能。采用Win7 Embedded系統操作系統，方便生產人員操作，通過UDS協議與整車ECU通訊。如圖3所示。

2? 空氣懸架車輛生產工序

2.1 空氣彈簧與儲氣罐充氣

充氣工位的流程為：

①充氣站連接儲氣罐并且給整車供電，充氣站加注槍與儲氣罐單向閥連接，掃取車輛VIN，充氣站與車輛ECU基于UDS協議建立通信[4]，自動向空氣懸架ECU寫入代表不同車型的配置碼。

②充氣站加注槍向前軸空氣彈簧、后軸空氣彈簧、儲氣罐依次充氣。原則上將儲氣罐氣壓充到充氣站的最高輸出壓力，如果受制于工序的時間限制，可以適當降低儲氣罐中的充氣壓力，但是不得低于壓力下限值，壓力下限值的計算方式如下：

假設高位高度模式下前空氣彈簧的體積為V1，高位高度模式下后空氣彈簧的體積為V2，正常高度模式下前空氣彈簧的體積為V3，正常高度模式下后空氣彈簧的體積為V4，低位高度模式下前空氣彈簧的體積為V5，低位高度模式下后空氣彈簧的體積為V6，儲氣罐的容積為V7，儲氣罐的充氣壓力下限值為Pmin。則在靜態檢測工位由于車輛高度上升需要的氣體體積為2（P1V1-P3V3）+2（P2V2- P4V4），在高度標定工位由于車輛高度上升需要的氣體體積不大于2（V3-V5）+2（V4-V6），在最終檢測工位由于車輛高度反復調整需要的氣體體積為2（P1V1-P5V5）+2（P2V2- P6V6），故需要的氣體總量不大于4（P1V1-P5V5）+4（P2V2- P6V6）。

③測量空氣彈簧壓力，該操作主要是避免空氣懸架系統中出現明顯的漏氣點，如果空氣彈簧壓力低于目標值，則該車輛必須進入維修區進行檢查與維修，空氣彈簧壓力目標值來源于云端1000輛份空氣彈簧壓力的正態分布分析，取u-3σ為空氣彈簧壓力的下限值。

④整個過程的Log會被設備自動記錄并上傳云端，云端自動分析異常情況，并在聯機系統中提醒。

充氣站的流程圖如圖5所示。

2.2 靜態檢測

2.2.1 空氣懸架系統氣密性檢測? 車輛落地后，將電檢設備與車輛ECU建立通信，再次檢查四個彈簧的氣壓，與目標值進行對比，不合格則進入維修區。目標值來源于云端儲存的1000輛份空氣彈簧壓力值的正態分布分析，取u-3σ為空氣彈簧壓力的下限值。

空氣彈簧壓力低于下限值可能的原因有：①電磁閥漏氣[7]、空氣彈簧出氣口處的密封失效，可以用對產品無影響的氣體泄漏檢測試劑或在專業檢測設備中進行檢測以發現漏點[8]。②空氣彈簧本身出現泄漏，可能出現漏點的地方為囊皮褶皺處、囊皮與金屬連接處。③氣路出現漏點，可能是管路被劃傷或者出廠質量問題。④電磁閥殼體出現泄漏，由于電磁閥殼體一般采用實心注塑，因此可能性較小[9]。

2.2.2 高度傳感器裝配檢測? 電檢設備控制車輛上升3mm，判斷車高信號是否同步上升。如果車高信號并未出現相同變化趨勢，則表明高度傳感器的裝配出現問題，必須立刻檢查與維修，否則會影響后面的高度標定工序與終檢工序。

高度傳感器裝配出現問題的可能性為：①高度傳感器兩個控制臂被反轉，為工人裝配誤操作;②高度傳感器支架偏斜，導致高度識別超差;③升降功能檢查。將空氣懸架從正常高度模式升高到高位高度模式后再降為正常高度模式，電檢設備判斷高度模式是否依次變為高位高度模式、正常高度模式[10];④Log上傳云端并進行比對。靜態檢測流程框圖如圖6所示。

2.3 高度傳感器標定

由于車輛下線后車輛的高度并不一定是設計高度，因此需要借助電檢設備來對空氣懸架ECU進行初始化[11]。剛下線的車輛由于底盤結構（如控制臂襯套）中含有未被釋放的應力，因此車輛需要經過足夠長的顛簸帶[12]來釋放這些應力，否則會影響車高標定的結果[13]。

當車輛駛上四輪定位設備時，四輪定位設備通過激光識別四個輪的高度，并將該高度值返回給電檢設備，電檢設備根據實測高度值與ECU原存儲值之差對車輛高度進行調整，直到滿足|ECU顯示高度-實測高度|≤3mm且|ECU顯示高度-設計高度|≤10mm，完成高度傳感器的標定。同樣，標定的log也會上傳云端。

高度傳感器標定流程圖如圖7所示。

2.4 最終檢測

2.4.1 檢測阻尼連續可調減振器電流? 設備自動獲取減振器電流值，正常工作時阻尼連續可調減振器會通過電流來控制其阻尼[14]，阻尼在額定范圍內即為正常。

2.4.2 原地升降檢測空氣懸架功能? 對空氣懸架高度模式執行如下操作：正常高度模式——高位高度模式——低位高度模式——正常高度模式，設備判斷高度模式及實際高度是否依次變化。

2.4.3 空氣懸架生產線模式結束? 當以上檢測完成后，設備終止空氣懸架生產線模式，空氣懸架功能恢復正常。

3? 結束語

通過對某公司的空氣懸架裝配需求分析和調研，采用基于UDS的ECAS下線檢測系統。該系統具有自動化程度高、故障診斷與呈現效率高的優點。該系統已在某企業順利實施并且平穩運行，提高了生產線的生產效率，降低了裝配問題的診斷與檢測時間。

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