引言
威伯科(WABCO)早在1986年就开始了电子控制空气悬架ECAS(electronically controlled air suspension)的开发和应用，目前，随着商用车行业的快速发展，人们对悬架舒适性的要求越来越高，从而电子控制空气悬架在高端商用车上的应用也越来越广泛：因此，系统的故障诊断方法就成为日益关注的焦点。
ECAS(图1)主要由电子控制单元ECU、电磁阀、高度传感器等部件组成。基本工作原理(图2)是，安装在车桥上的高度传感器实时检测车辆高度(车架和车桥间的距离)的变化，并把这一信息传递给ECU，同时ECU还接受其他的输入信息，如车速信息、制动信息、车门状态和压力信息等，然后ECU根据所有的输入信息来判断当前的车辆状态，按照其内部预先设定的控制逻辑来控制电磁阀的动作，从而实现对各个气囊的充气和放气来调节空气悬架的气囊高度。另外，ECU采用脉冲方式控制电磁阀的开启，首先根据当前实际高度与预期调节高度的偏差来计算电磁阀的调节脉冲长度，然后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现象。
故障检测策略
为了满足车辆的高安全性要求，ECAS对故障的检测采取以安全为导向的策略。在监测系统工作的过程中，ECU检测每一个部件的电气连接，并将输入电压和电阻与指标值相比较，来判断零部件的连接状态和工作状态。需要注意的是这种方法无法检测开关的工作状态。
为了提醒驾驶员系统出现故障，仪表板上应装有故障灯，根据故障的严重程度，警告灯将一直亮(不严重故障)或闪烁(严重故障)。此外，还应装有指示灯，提醒驾驶员目前的高度状态。当打开点火开关后，指示灯将亮2 s后熄灭以通知驾驶员系统工作正常。
为了保证系统工作的安全性，对于不同的故障模式采取的策略如下。
(1)对于容易识别的不严重故障，系统将继续工作。
系统存在下列所述的不严重故障时，ECU将对其功能进行部分限制以便车辆不会立即停止。
①如果一个高度传感器失效，而同一桥上安装着另一高度传感器并且工作正常；
②速度信号失效，安全敏感控制带(带侧跪功能的系统检测降低高度一侧与地面的距离是否在安全范围内)失效，压力传感器失效；
③储存在WABCO ECU中的数据故障；
对于此类故障系统会作出如下反应：
①红色警告灯常亮；
②故障储存在ECU的内存中，系统继续工作但不会完全发挥其功能，一旦缺陷被清除，系统将继续正常工作。
(2)存在下列所述故障时，系统将暂时停止工作。
在一个控制过程开始的前30 s内，如果系统没有反应，原因可能是下列故障之一：
①电磁阀无法使气囊增压；
②电磁阀无法减少气囊压力；
③尽管控制过程已经结束，电磁阀仍然保持在压力增加或压力释放的位置；
④气源供给有故障；
⑤气囊破裂；
⑥管路断裂或扭结；
此外，由于ECU无法检测电磁阀进出气口的工作状态，因此，只能从高度传感器的反馈信号来判断指标值与实际值的偏差。事实上，在ECU控制气囊增压时，而车身高度不变，也可能是气压不足所造成的：因此，为了避免这种情况，ECU将在点火开关打开后隐瞒故障信息一段时间，以允许车辆空压机有充裕的时间建立系统压力。
(3)在执行性故障(执行零部件失效)下系统的反应。
①故障灯常亮；
②故障储存在ECU的内存中;
③中断控制过程并且关闭自动高度调整功能；
在系统工作中产生的临时故障能够通过关闭然后打开点火开关，或通过按下升／降开关而消除，尽管故障被记录在ECU的内存中，但是如果故障不再出现，系统就能够正常运行。
(4)对于容易识别的严重故障，系统将永久关闭。
这些缺陷包括会造成很大操作风险的缺陷：
①在ECUROM中的程序故障；
②在ECU RAM主内存中故障储存位置的故障；
③参数故障，参数值不在系统规定的有效范围或者ECU中没有设置参数；
④标定故障，参数值不在系统规定的有效范围或者系统不允许操作标定的高度位置；
⑤电磁阀内或连接电磁阀的导线断路或者短路；
⑥在一个桥上的所有高度传感器失效；
⑦电磁阀的电路故障、禁止启动功能或开门机构的电气故障。
在系统有此类严重缺陷时系统的反应如下：
①故障灯闪烁；
②缺陷储存在ECU的内存中；
③整个系统自动关闭。
在此类故障条件下，即使点火开关关闭然后打开，系统仍保持不可操作状态。此时可以通过紧急操作开关来调整车辆高度。
(5)对电路连接的断续性接触故障的系统反应。
由电路连接的断续性接触故障造成的临时缺陷，故障灯将显示故障信息或者系统关闭。当维修工作完成后，故障信息将储存在ECU故障内存中。
(6)ECU无法检测的缺陷。
如果指示灯烧毁，ECU无法检测到此故障，此时应由驾驶员打开点火开关后检查灯泡。正如前面所述，ECU不能检查开关和按键的工作状态。另一方面，操作开关的失效通常不作为主要缺陷，因为操作人员将会马上发现。
如果高度传感器的连杆被折弯，会造成较严重的问题，将造成不正确的高度或带有2个高度传感器的车桥两侧的高度不同。
(7)指示灯显示的控制策略。
ECAS系统的指示灯主要有黄色的高度指示灯和红色的故障灯，其故障显示策略如表1所示。
另外，对于安装特殊高度II指示灯的车辆，在车辆高度处于特殊高度II时指示灯亮，以提示驾驶员注意特殊高度不宜长时间使用。由于在特殊高度时，气囊高度和减震器高度等都处于非正常工作状态，如果长时间使用，必然对整车寿命及相关零部件寿命产生影响；因此，最好在特殊路面上才使用此高度功能。
故障诊断方式
ECAS系统的故障诊断方式主要有3种：诊断仪诊断、闪码诊断和PC诊断。
1． 诊断连接方式
专用诊断工具的诊断方式如诊断仪诊断和PC诊断的连接方式如图3所示。
在主机厂进行整车设计时，应设计车辆诊断连接接口以方便诊断设备和车辆ECU的信息交换，并且应符合ISO9141标准的诊断接口(图4)。如果车辆上没有符合ISO 9141标准的诊断插头，可以采用结合器连接的方式(图5)。首先关闭点火开关，然后用结合器连接ECAS ECU和车上的线束，结合器的诊断输入插头连接诊断仪或者PC诊断的适配器，从而建立诊断连接和所需要的电源。在诊断结束后，结合器必须拆掉，恢复原状态。
2．诊断仪诊断
诊断仪诊断主要用于车辆下线诊断，可实现故障诊断／检测系统零部件／进行系统参数设置和高度标定。如图6所示，诊断设备主要包括：①诊断仪；②诊断卡；③35 pin转换器；④万用表黑线：⑤万用表红线；⑥结合器；⑦诊断线ISO 914l。
3．闪码诊断
闪码诊断是一种简单而实用的诊断方法，尤其在车辆处于野外并没有诊断设备的情况下，闪码诊断是最直接有效的方法。闪码诊断可以实现故障诊断和人工高度标定功能。
WABCO的ECAS系统允许通过闪码的方法将故障显示出来，可以借助故障灯(红色)闪出故障代码。当点火开关打开后，将符合ISO 9141的诊断L线(ECU pin2)接地至少2s，然后接地中断，在大约3s后出现第一个故障的闪码。故障码以上升的顺序被单个闪出，这也表明了故障的优先性，一旦1个故障码被显示完毕，故障灯的闪烁将停止。在存在其他故障的情况下，L线必须再一次接地，每次至少250ms，在接地中断3 s后将闪出下一个故障代码。需要注意的是，如果L线被激发超过1.8s，闪码将中断，电子控制器恢复正常工作状态。
ECU中的储存故障是指系统故障已经不存在，只是故障信息储存在内存中。当前故障是指系统当前存在的故障，此故障还没有消除并储存在内存中。对于储存故障可以通过闪码进行删除，首先在点火开关关闭时将L线接地来进行删除储存故障，然后将点火开关打开。为此，必须保证点火开关关闭至少6.4s，长于ECU参数设置的时间，当点火开关打开后，L线必须至少保持接地2s，在2s之后所有故障记忆被删除，电子控制器将自动转入正常工作状态。需要强调的是当前故障不可能被删除。
4．PC诊断
对于工程师来说，PC诊断是一种容易操纵而且比较方便的一种诊断方式，通过视窗化的菜单操作就可以和ECAS ECU进行交互式信息传递，也是车辆诊断的主要发展方向。PC诊断方式主要用于车辆下线诊断和售后维修诊断，可实现故障诊断、检测系统零部件、进行系统参数设置和高度标定。如图7所示，PC诊断设备主要包括PC电脑、诊断软件、诊断线、适配器和结合器。通过点击诊断软件的相应诊断选单，就可以获得ECAS系统的故障信息，然后根据信息提示进行系统故障排除。
常见故障和解决方案
常见故障和解决方案
1．指示灯亮的常见故障和解决方案
首先通过以下方法判断ECAS系统是否处于工作正常状态。打开点火开关后，警告灯和高度指示灯亮2 s，然后灭掉，系统处于正常工作状态；如果高度指示灯(黄色)亮，说明当前高度不在正常高度状态，如车辆气源气压充足，可以按下恢复正常高度按键，黄灯应熄灭：如果故障指示灯(红色)亮，说明ECAS系统存在故障。当系统出现故障时，取决于故障的严重性，警告灯将一直亮(不严重故障)或闪烁(严重故障)，以提醒驾驶员系统出现故障。造成指示灯亮的原因可以参见表l指示灯显示的控制策略。但当系统处于诊断模式下(如使用诊断仪或PC诊断)，红色故障灯会闪烁，系统本身并不存在故障。
对于不同指示灯提示的故障信息，解决方案如下。
(1)高度指示灯亮。常见的原因是车辆高度不在正常高度位置；高度指示灯闪烁，常见的原因是给气囊供气的储气筒压力小于0.6 MPa。解决的方案是检查车辆高度是否正常，如果车辆恢复到正常高度指示灯应熄灭；如果指示灯闪烁，首先检查车辆气压是否过低，同时检查气路漏气情况。
(2)故障指示灯(红色)亮。常见的原因是系统存在不严重故障或者同时操纠多个按键；红灯闪烁，系统存在严重故障或系统处于检测模式中。解决方案加下：一是检查系统电压应符合系统要求；二是通过诊断仪诊断，闪码诊断或PC诊断工具来找出当前故障信息；三是由于操作失误(同一时间，多个命令操作)引起的红灯亮，可通过熄火后重启动系统消除。
(3)根据客户的要求，系统可以增加拓展功能，如侧跪功能和特殊高度II功能，此时仪表板需要安装侧跪指示灯和特殊高度II指示灯。当侧跪指示灯亮时，系统提醒驾驶员车辆处于侧跪高度状态；当特殊高度II指示灯亮时，系统提醒驾驶员车辆处于特殊高度II状态。值得注意的是，车辆不能长时间工作在特殊高度II状态，否则对减振器、气囊及整车寿命会产生不良影响。建议仅在特殊工况下使用特殊高度II，然后马上恢复车辆行驶正常高度。
2．系统的常见故障和解决方案
ECAS在实际应用过程中常见的故障和解决方案如下。
(1)车辆熄火一段时间后， 出现车身歪斜现象。常见的原因是管路系统漏气，应检查ECAS电磁阀到各个气囊间的气管路气密性，建议熄火前将车辆高度降低。
(2)车辆行驶过程中，突然一侧空气气囊完全放气。常见的原因是高度传感器纵拉杆脱落或气囊漏气，应检查高度传感器的摆杆处于正常状态，并检查空气气囊和管路的漏气情况。
(3)制动时出现多次高度调节现象。经常是ECU接收的制动信号有问题，应检查ECU pin7制动开关信号接线正常。
(4)出现反复高度调节现象。应减小管路直径，或者通过调整系统参数设置来加大正常高度的高度公差范围。
(5)车辆高度不受车速控制(如车辆超过特定的车速时应恢复正常高度并且不能进行高度调整)或者车速控制不正确。一般是车身信号不正确，应检查ECU 22pin的车速信号接线，并检查系统参数中车速的设置是否正确。
(6)车辆高度调节速度慢。常见的原因是气源压力或容量不足，应检查系统气源气压和储气筒容量是否符合要求。整车系统气压应满足车辆满载甚至超载工况(车辆实际运行状况)的要求，同时应考虑系统悬架进行高度调节时所消耗的气源。一般推荐，对于城市公交车空压机流量应大于600L／min，空压机排量不小于400 mL。空气悬架系统的供气气压一般要求不小于0.8 MPa，在空压机供气能力足够的情况下，建议将空气悬架供气压力提高到0.85 MPa，在欧洲常规空气悬架系统压力一般为1 MPa。另外，为了保证系统有足够的气源供应，气囊用气储气筒容量不小于60L，一般推荐气囊用气储气筒容量80～100L。
(7)整个系统不起作用，打开点火开关后指示灯不亮。一般是电路故障，应检查系统电压，系统供电回路并检查指示灯是否烧坏。
(8)在维修时，高度无法调整到正常高度。一般是高度传感器的连接杆存在问题，应检查高度传感器的摆杆在运动范围内无部件干涉并且凸角位置正确。高度传感器可以水平安装也可以垂直安装，安装时必须注意传感器上与摆杆圆形连接面上2个凸块(图8)与横摆杆之间的相对位置，它们决定了高度传感器传递给ECU的信息正确与否。安装应遵循2个原则：第一，圆形连接面上的2个凸块应与高度传感器轴线平行；第二，当车辆上升时，2个凸块都应朝高度传感器电插口方向运动。
(9)在闪码诊断、PC诊断或诊断仪诊断时，故障代码是0～9，故障信息是控制阀继电器故障。一般是电源有问题如短路或断路，应检查电源接线，主要是火线。
(10)系统下降和侧跪开关失效，但上升和复位开关有效。一般是供气压力低于0．6MPa，系统禁止下降和侧跪功能，应检查系统压力、压力开关及其接线。
(11)车辆轻载时系统表现正常，重载时提升高度达不到指标值。一般是气压不足，应检查车辆重载时气囊的压力值。
(12)车辆正常高度值或其他设定高度值不正确，但系统功能正常。这种情况下应调整高度传感器的调整杆长度，并重新标定车辆高度值。
随着电子控制空气悬架系统在高端商用车上的应用越来越多，车辆使用的工况越来越广，可能会出现一些极端工况或者偶然工况下系统的非常见故障；因此，还需要做进一步的工作来使系统更加稳定和可靠。
