电气与自动化第十章汽车防滑控制系统.docx

汽车驱动防滑转电子控制系统
12．1 概 述
12．1．1 汽车驱动防滑转电子控制（ASR）系统的作用
在汽车驱动状态下，汽车的受力如图12＊所示，其中C是作用在汽车质心的重力，Fzl和Fz2是相应作用在车轮上的地面支承力，Fj是因改变汽车运动状态（加速）而作用在质心上的惯性力，Mt和Ft则分别是发动机经传动系传到驱动轮上的驱动转矩和相应地面作用在车轮边缘的驱动力。其中只有地面的摩擦力Ft是推动汽车向前行驶的外力。
在汽车行驶过程中，时常会出现车轮转动而车身不动，或者汽车的移动速度低于驱动轮轮缘速度的情况，这时，意味着轮胎接地点与地面之间出现了相对滑动，我们把这种滑动称为驱动轮的“滑转”，以区别于汽车制动时车轮抱死而产生的车轮“滑移”。驱动车轮的滑转，同样会使车轮与地面的纵向附着力下降，从而使得驱动轮上可获得的极限驱动力减小，最终导致汽车的起步、加速性能和在湿滑路面上通过性能的下降。同时，还会由于横向摩擦系数几乎完全丧失，使驱动轮上出现横向滑动，随之产生汽车行驶过程中的方向失控。

驱动力控制系统（Traction Control System，简称TCs或TRC）又称驱动轮防滑转调节系统（Anti－Slip Regulation，简称“ASR），它是继防抱死制动系统（ABS）之后，设置在汽车上专门用来防止驱动轮起步、加速和在湿滑路面行驶时滑转的电子驱动力调节系统。它可以在驱动状态下，通过计算机帮助驾驶员实现对车轮运动方式的控制，以便在汽车的驱动轮上获得尽可能大的驱动力，同时保持汽车驱动时的方向控制能力，改善燃油经济性，减少轮胎磨损。
12．1．2 ASR的工作原理
驱动防滑转控制系统的控制参数仍然是滑动率，滑动率的计算公式如下：
S=UL-Ua
UL
式中：S——驱动滑动率；
UL——驱动轮轮缘速度;
Ua——汽车车身速度，实际应用时常以非驱动轮轮缘速度代替。
当车身未动（Ua＝0）而驱动车轮转动时，S＝100％，车轮处于完全滑转状态；当UL=Ua时，S＝0，驱动车轮处于纯滚动状态。ASR系统的电子控制器可以根据各车轮上的转速传感器信号，适时计算出各车轮的滑动率S。当S值超过预先设定的界限值时，电子控制器就会向ASR执行装置输出控制信号，抑制或消除驱动车轮上的滑转。
为达到上述对汽车驱动轮运动状态的控制，汽车的驱动防滑转电子控制系统通常可以通过以下控制方式加以实现。
1．发动机输出功率控制
当汽车起步、加速时，若加速踏板踩得过猛，时常会因驱动力超出轮胎和地面的附着极限，出现驱动轮短时间的滑转。这时，ASR电子控制器将根据加速踏板行程大小发出控制指令溉可通过发动机的副节气门驱动装置，适当调节节气门开度，也可以直接控制发动机ECU，改变点火时刻或燃油喷射量，通过限制发动机功率输出，达到抑制驱动轮滑转的目的。
2．驱动轮制动控制
在单侧驱动轮打滑时，ASR电子控制器将发出控制指令，通过制动系统的压力调节器，对产生滑转的车轮施加制动。随着滑转车轮被制动减速，其滑动率会逐渐下降。当滑动率降到预定范围之内以后，电子控制单元立即发出指令，减少或停止这种制动，其后，若车轮又开始滑转，则继续下一轮的控制，直至将驱动轮的滑动率控制在理想范围内。与此同时，另一侧力F滑转车轮仍然保持着正常的驱动力。这种作用类似于驱动桥差速器中的差速锁，即当一侧驱动轮陷入泥坑中，部分或完全丧失了驱动能力时，若制动该车轮，另一侧的驱动轮仍能够辨出足够的驱动力，以便维持汽车正常的行驶。当两侧驱动轮均出现滑转，但滑动率不同时，可以通过对两边驱动轮施加不同的制动力，分别抑制它们的滑转，从而可提高汽车在湿滑路面上的起步、加速能力和行驶的方向稳定性。这种方式是防止驱动轮滑转最迅速有效的一种控制方法。但是，出于对舒适性的考虑，一般这种制动力不可太大。因此，常常作为第一种方法的补充，以保证控制效果和控制速度的统一。
3．差速锁止控制
采用由电子控制的可锁止式差速器，可将驱动轮的差速滑动率控制在一定的范围内。
4．综合控制
为了达到更理想的控制效果，可采用上述各种控制相结合的控制系统。汽车在行驶过程中，路面湿滑程度各不相同，驱动力的状态也随时变化，综合控制系统将根据发动机工况和车轮滑转的实际情况采取相应的控制措施。如在发动机输出大转矩的状态下，车轮滑转的主要原因往往是因路面湿滑所致，采用对滑转车轮施加制动比较有效，而当发动机输出大功率时车轮滑转则以减小发动机输出功率的方法更有效。在更为复杂的工况下，借助综合控制的方式能够更好地达到控制驱动轮滑转的目的。
典型的ASR系统如图12．2所示。它由ASR选择开关、车轮转速传感器、防抱死制动和驱动防滑转电子控制单元、制动主继电器、制动执行装置、制动灯开关。节气门继电器、主节气门位置传感器、副节气门位置传感器、副节气门执行器。液压调节装置。故障指示灯、压力调节和液面高度调节传感器和执行器等部分组成。
其中车轮转速传感器用来检测各车轮的转速；节气门位置传感器检测主、副节气门位置；电控单元根据车轮转速信号、发动机节气门开度信号等判断汽车的行驶状况，向制动执行器和副节气门执行装置发出控制指令，并可在系统出现故障时，记录故障代码，点亮故障报警灯；制动主继电器向制动执行装置和泵电机继电器提供电流；节气门继电器向副节气门执行器提供电流；副节气门执行器接受电控单元的指令信号，控制副节气门的开启角度；液压调节装置接受电控单元的指令信号，控制各制动工作缸中的制动压力；故障报警灯指示系统装置是否工作正常，并可闪烁出故障码；空档起动开关向防抱死制动和驱动防滑转电控单元提供变速手柄位置；液面高度、压力传感器和执行器控制调节系统油液量和压力。其中许多传感器和执行器可以与ABS系统共用。
系统各部分的工作流程如图12．3所示。

车轮转速传感器将驱动轮和非驱动轮转速转变为电信号，输入给控制器，控制器根据这些信号计算出驱动轮的滑动率，当滑动率超出设定范围时，电子控制器便依据节气门开度信号。
发动机转速信号、转向盘转向信号等选定控制方式，然后向各执行器发出控制指令，最终将驱动轮的滑动率控制在目标范围内。
汽车上的ASR系统通常和ABS系统结合为一体，平时处于待命状态，不干预常规行驶，只有当驱动车轮滑转出现后才开始工作。当ASR系统出现故障时，以警示灯告知驾驶员，发动机和制动系统正常工作不受影响。
12．1．3 ASR与ABS的比较
尽管现代汽车上所采用的ASR系统各不相同，但是，概括说来它们均具有以下一些共性：
①ASR系统可由开关选择其是否工作，并由相应的指示灯提示；
②ASR系统关闭时，副节气门处于全开位置，此时，其制动压力调节装置不影响制动系统的正常工作；
③ASR系统工作时，ABS具有调节优先权；
④ASR系统只在一定车速范围内（如 80 kin／h或 120 kin／h）起作用；
⑤ASR系统在不同的车速范围内通常具有不同的特性。如车速较低时，以提高牵引力为目的，对两驱动轮可施加不同的制动力矩（即两驱动轮制动压力独立调节）；车速较高时，则以保持行驶方向稳定性为目的，施加在两驱动轮上的制动力矩保持相同（两轮一同控制）；
⑥ASR与ABS一样，具有自诊断功能。
若将ASR系统与ABS系统相比较，可以发现两者之间所存在的异同之处。它们所具有的共性主要有：
①ABS与ASR均可以通过控制车轮的力矩来达到控制车轮滑动率目的;
②ABS与ASH均要求系统具有迅速的反应能力和足够的控制精度；
③两种系统均要求调节过程尽可能小的能量消耗。
同时，两个系统也存在如下一些明显的区别：
①ABS对所有车轮实施调节，ASR只对驱动轮加以调节控制；
②ABS作过程中，通常离合器分离、发动机怠速，但在ASR控制期间，离合器却处接合状态，因此，发动机的惯性会对控制产生较大影响；
③ABS作过程中传动系振动较小，易控制，而在ASR控制过程中，传动系易产生较大振动；
④ABS控制中各车轮间相互影响较小，ASR控制中两驱动轮间相互影响较大；
⑤ASR是一个涉及到制动控制、发动机控制和差速器锁止控制等的多环控制系统，则其控制更加复杂。
12．2 ASR系统部件的结构原理
12.2.1ASR的输入
ASR系统的传感器主要有车轮转速传感器和节气门开度传感器，车轮转速传感器与ABS系统共用，而节气门开度传感器则与发动机电子控制系统共用，其结构不再赘述。
ASR选择开关是系统的另一个输入装置，如将ASR选择开关切断（处于OFF位置），系统可以靠人为因素使系统退出工作状态，以便适应某些特殊的需要。如为了检查汽车传动系统或其他系统故障时，让系统停止工作，可以避免因驱动轮悬空，ASR对驱动轮施加制动而影响故障检查。
12．2．2 ASR系统的ECU
ASR电子控制器以微处理器为核心，配以输入、输出电路及电源电路等。为了减少电子元器件的数目，简化和紧凑结构，ASR控制器通常均与ABS控制器组合为一体（见图12．4），ASR－ECU的输人信号来自ＡＢS－ECU发动机控制ＥＣU和几个选择控制开关等。根据上述输入信号，ASR－ECU通过计算后向制动器与发动机节气门发出工作指令，并通过指示灯显示当前的工作状态。一旦ASR－ECU检测到任何故障，则立即停止ASR调节，此时，车辆仍可以保持常规方式行驶，同时系统会将检测出的故障信息存人计算机的RAM，所诊断的故障码输出到多路显示ECU，并让报警指示灯闪烁。

12．2．3ASR系统的执行机构
ASR制动压力调节器执行ASR控制器的指令，对滑转车轮施加制动力，并控制制动力的大小，以使驱动轮的滑动率处于目标范围内。高压储能器是ASR的制动压力源，而经过制动压力调节电磁间可以调节驱动轮制动压力的大小。ASR制动压力调节器有独立和组合两种结构型式，前者指ASR与ABS制动压力调节器彼此分立的结构型式，它比较适合将ASR作为选装系统的车辆，布置较灵活，但结构不紧凑，连接点较多，易泄漏。后者是将两套压力调节装置合二为一的结构型式，特点与独立式结构相反。
制动压力独立调节的型式如图12．5所示。
当三位三通电磁阀处于断电状态而取左位时，调压缸右腔与储液室相通，压力较低，故缸内活塞在回位弹簧推力作用下被推至右极限位置，此时，一方面可借助调压缸中部的通液孔将ABS制动压力调节器与车轮上制动轮缸导通，使ASR不起作用，而保证ABS实现正常调压，另一方面也可实现ASR对制动轮缸的减压。
若电磁阀通电而处于右位时，调压缸右腔与储液室隔断，但与高压储能器导通，具有一定减的液体将调压缸活塞推向左端，截断ABS制动压力调节器与制动轮缸的联系，调压缸左腔的压力会随活塞的左移而增大，带动制动轮缸压力的上升，便可实现对驱动轮制动压力的增压调节。
当电子控制器使电磁阀半通电而处于中间位置时，调压缸与储液室和高压储能器均相通，调压缸活塞保持不动，驱动轮制动轮缸压力维持不变。
组合方式的ASR压力调节器如图12．6所示。
当ASR调节电磁阀断电而取左位时，ASR不起作用。通过两调压电磁阀的作用，可钻对两驱动轮制动压力的ABS调节。
当ASR调节电磁阀通电而取右位时，若调压电磁间仍处于断电状态而取左位，这时，高压储能器的压力油可通人驱动车轮制动轮缸，达到制动增压的目的。
若ASR调节电磁阀半通电，处于中间位置时，则切断了高压储能器与制动主缸的联系，驱动轮制动轮缸压力维持不变。
当两调压调节电磁阀通电而取右位时，驱动轮制动轮缸与储液室导通，制动压力下降，实＠制动减压。
ASR以副节气门控制发动机输出功率是应用最广的方法，当ASR不起作用时，副节气门处于全舰冻控制副节气门开度便可实现发动机输出功率的调节。节气门驱动装置一般由步进电机和购机构组成，步进电机根据ASR电子控制器输出的控制脉冲使副节气门转过规定的角度。