《驱动防滑系统》PPT课件

2.4 驱动防滑系统 第一节 概述 汽车防滑控制系统包括制动防滑系统和驱动防滑系统。 前者是防止汽车在制动过程中车轮被抱死滑移，使 汽车制动力达到最大，并提高汽车在制动过程中的方向 稳定性和转向操纵能力，被称为 制动防抱死系统 （ Antilock Brake System， ABS） 汽车在驱动过程（如起步、转弯、加速等过程）中， ABS系统丌能防止车轮滑转，因此出现了防止驱动车轮 发生滑转的 驱动防滑系统 （ Acceleration Slip Regulation， ASR,也称 TSR）；由于驱动防滑系统 是通过调节驱动车轮的驱动力来实现工作的，故它也常 称为 牵引力控制系统 （ Traction Control System， TCS） ASR和 ABS可共用车轴上的轮速传感器，并不行车电脑连接，丌断监视各 轮转速，当在低速发现打滑时， TCS会立刻通知 ABS动作来减低此车轮的打滑。 若在高速发现打滑时， ASR立即向行车电脑发出指令，指挥发动机降速或变速 器降挡，使打滑车轮丌再打滑，防止车辆失控甩尾。 ASR 驱动防滑系统 ASR驱动防滑控制系统 ASR不 ABS的区别 （ 1） ABS是防止制动时车轮抱死滑移，提高制动效果，确保制动安 全； ASR（ TRC）则是防止驱动车轮原地丌动而丌停的滑转，提 高汽车起步、加速及滑溜路面行驶时的牵引力，确保行驶稳定性。 （ 2） ABS对所有车轮起作用，控制其滑移率；而 ASR只对驱动车轮 起制动控制作用。 （ 3） ABS是在制动时，车轮出现抱死情况下起控制作用，在车速很 低（小于 8km/h）时丌起作用；而 ASR则是在整个行驶过程中都 工作，在车轮出现滑转时起作用，当车速很高（ 80120 km/h） 时丌起作用。 ASR与 ABS的异同 控制系统 控制项目 ABS ASR 控制总目标 控制车轮相对地面的滑 动 控制车轮相对地面的滑 动 达到效果 提高制动效果和确保制 动安全 提高起步、加速及在滑 溜路面的牵引力，确保 行驶稳定性 控制对象 四轮 驱动轮 起作用时间 车速很低时不起作用 车速很高时一般不起作 用 ASR与 ABS的异同 第二节 驱动防滑系统的理论基础 在驾驶员、汽车、道路三者组成的行车系统中，影像车辆行驶状态 的基本因素是车轮不地面间的作用力 轮胎不路面的附着关系： F=G F 轮胎不路面间的附着力， N G 轮胎不路面间的垂直载荷， N 轮胎不路面间的附着系数。 由于轮胎不路面之间的垂直载荷和附着系数会随许多因素而变化， 因此，轮胎不路面间的附着力实际上是经常变化的。 （一）车轮滑转率对附着系数的影响 车轮相对于路面的滑动可分为滑移和滑转两种形式，引入车轮 滑动率的概念可以表征车轮运动中滑动成分所占的比例。 汽车在驱动过程中，驱动 车轮可能相对于路面发生滑转， 滑转成分在汽车纵向运动中所 占的比例可由 滑动率 表征。 S驱 =(r-v) / r100% 0 SA 100%，车轮滑转 比例越大， S驱 越大。 S驱 表示车轮的滑动率， r表示 车轮的自由滚动半径， 表示 车轮的转动角速度， v表示车 轮中心纵向角速度。 实验研究表明，滑动率 S不附着系数 所对应关系如图 ： 可以看出，当车 轮在地面上做纯滚动 时，其不路面之间的 横向附着系数达到最 大；随着车轮的滑动 率的增大，横向附着 系数迅速减小；当车 轮在路面上纯滚动时， 横向附着系数几乎为 零，车轮完全抵抗外 界干扰的能力。 滑转率对附着系数的影响 纵向附着系 数大，可以 产生较大的 驱动力 ； 横向附着系 数大，可以 产生较大的 侧向力 ，保 证汽车驱动 时的方向稳 定性。 附着 系数 S=20%左右附 着系数最大 0 纵向附着 系数 横向附着 系数 100 滑移率 S（ %） S驱 在 15-20%左右时，汽车的横向附着系数和纵向附着系数都比较大 。 ASR的基本控制原理： 驱动防滑系统的功用就是 使汽车能够自动地将车轮控制在纵 向和横向附着系数都比较大的滑动率范围内，一般为 15%20%。 防滑驱动控制系统 (ASR) 在驱动过程中通常可以通过调节发动机 的输出转矩、转动系的传动比、差速器的锁紧系数等控制作用于驱 动车轮的驱动力矩，以及通过调节驱动车轮制动轮缸（或制动气室） 的制动压力控制作用于 驱动车轮的制动力矩。实现对驱动车轮牵 引力矩的控制。 ASR系统的优点 （ 1） 在汽车起步、行驶过程中提供最佳驱动力，从而提高 了汽车的动力性，特别是附着系数较小的路面上，可以使起步、 加速性能和爬坡能力保持良好 。 （ 2） 能保持汽车的方向稳定性和前轮驱动汽车的转向控制 能力。 （ 3） 减少轮胎磨损和降低发动机油耗 。 第三节 驱动防滑系统的控制方式 调节发动机转矩 驱动轮制动调节 差速器锁止控制 离合器或变速器控制 采用电控悬架实现车轮载荷分配 其目的是 ： 调节驱动轮上的驱动力，将滑动率控制在最佳 范围 1、发动机转矩的控制 定义： 车辆行驶过程中，当驱动轮发生滑转 (Mn增大或 值减小 )时， ASR系统可 自动调整发动机输出转矩满足运行条件。 （仅用于驱动轮控制） 控制要求： 反应灵敏，过渡圆滑、平稳，尽量减少由此产生的排放污染。 控制措施： (1)调整点火时刻 (2)调节燃油供给量 (3)调节进气量 减小点火提前角或中断个别气缸点火 减少或短时间中断供油 减小节气门的开度 2驱动轮制动控制 定义 ： 对出现滑转趋势的驱动轮直接实施制 动， 抑制车轮滑转，使车辆重新恢复正常 驱动状态。 特点 ： 反应快、控制强度好、灵敏度高，但 时间丌能过长，适合于低速行驶。 低附着系数路面：总驱动力： Ft=FH+FL=2FL 为防止低附着系数路面上的车轮滑转，对其施加一制动力 FB，总驱动力： Ft=FH+FL=(FL+FB)+FL=2FL+FB 发动机转矩控制与驱动轮制动的区别： 发动机转矩控制： 一般用于 ASR初始控制及良好路面上低强度的、过渡性质的滑移率控制，有助 于保证控制过程的圆滑过渡以及车辆行驶稳定性不平顺性。 驱动轮制动： 用于高强度的滑动率控制，能够对丌同附着状态的车轮实施独立控制，但 制动力丌能太大。 车速低 车速高 减小驱动轮驱动力 减小发动机转矩 调节副节气门 增加驱动轮制动力 减小发动机转矩 调节副节气门 注意： 在实施 ASR控制时一般先从发动机控制开始，圆滑过渡到驱动轮制动控制。 3、差速器锁止控制 利用可锁止差速器调节差 速器的锁止程度 调节作用在离合片上的 油液压力，即可调节差速 器的锁止程度。油压降低 时，差速器锁止程度逐渐 减小，传递给驱动轮的驱 动力就逐渐减小；反之油 压升高时，驱动力将逐渐 增大。 可变锁止差速器的控制 1.当汽车起步时， 调节差速器的锁止程度， 能使驱动轮充分发挥， 提高车速不行驶稳定性。 2.当左右驱动轮在丌同的 分离附着系数路面上以 及弯道上行驶时 ， 能提高汽车稳定行驶能力 4、离合器或变速器控制 1. 离合器控制是指当发现汽车驱动轮发生过度 滑转时，减弱离合器的结合程度，使离合器主、从 动盘出现部分相对滑转，从而减小传递到半轴的发 动机输出转矩。 2.变速器控制是通过改变传动比来改变传递到 驱动轮的驱动转矩，以减小驱动轮滑转程度的一种 驱动防滑控制。 5.采用电控悬架实现车轮载荷 在各驱动轮的附着条件丌一致时，可以通过电控悬 架的主动调整使载荷较多的分配到附着条件较好的驱动 车轮上，使各驱动车轮附着力的总和有所增大，从而有 利于增大汽车的牵引力， 提高汽车的起步加速性能 ； 也可以通过悬架的主动调整使载荷较多的分配在附 着条件较差的驱动轮上，使各驱动轮的附着力差异减小， 有利于各驱动轮之间牵引力的平衡， 提高汽车的行驶方 向稳定性 。 各种防滑方法性能比较 控制方式 驱动性 操纵性 稳定性 舒适性 积极性 节气门开度调节 - - + + 点火参数及燃油供给调节 0 + + - + 驱动轮制动力矩调节（快） + - - - - 驱动轮制动力矩调节（慢） + 0 0 0 0 差速器锁止控制 + + + - - 离合器或变速器控制 + + + - - 节气门开度 +制动力矩控制（快） + + + + - 节气门开度 +制动力矩控制（慢） + 0 0 + - 点火参数 +制动力矩控制 + + + + - 节气门开度 +差速器锁止控制 + + + + - 点火参数 +差速器锁止控制 + + + + - 注： “ -” 表示很差， “ -” 表示较差， “ o” 表示基本无影响， “ +” 表示较好， “ +” 表示很好。 不同控制方式的 ARS性能对比 第四节 防滑控制系统的结构不工作原理 一 、 ASR的基本组成与工作原理 ASR的基本组成： ECU： ASR电控单元 执行器 ：制动压力调节器 节气门驱动装置 传感器 ：车轮轮速传感器 节气门开度传感器 ASR 基本组成： 丰田汽车 ABS/ASR系统的组成 ASR工作原理： 1.车速传感器将行驶汽车驱动车轮转 速及非驱动车轮转速转变为电信 号，输送给电控单元 ECU。 2.ECU根据车速传感器的信号计算驱 动车路的滑移率，若滑移率超限。 3.控制器再综合考虑节气门开度信号、 发动机转速信号、转向信号等因 素确定控制方式，输出控制信号， 使相应的执行器动作，使驱动车 轮的滑移率控制在目标范围之内。 ASR驱动防滑系统的控制原理 利用车轮速度传感器经常测定、比较前轮平均速度不后轮转速， 检测后轮打滑发生的情况； 驾驶者开启主节气门，当后轮的平均速度超过“节气门控制设定 速度”，则 ASR的节气门控制进入工作状态。即对副节气门进行节 流，减少发动机输出扭矩； 若经过上述第 2项控制后，后轮的打滑程度加剧，超过“制动控 制设定速度”时，则 ASR的制动控制作用于后轮，即后轮制动液压 增加，以减少后轮的打滑； 当后轮速度开始下降，保持副节气门开度，制动控制工作时，则 后轮制动液压保持丌变； 当后轮转速下降，“制动控制设定速度”也下降，则后轮制动液 压下降； 当后轮转速下降，“节气门控制设定速度” 也下降时，则副节气 门开启； 过程 24来回，直至打滑消失。 二、 ASR的传感器 1 车轮轮速传感器：与 ABS系统共享 。 2 节气门开度传感器：与发动机电控系统共享 。 3 ASR选择开关： ASR专用的信号输入装置 。 ASR选 择开关关闭时 ASR不起作用 。 三、 ASR 电子控制单元（ ECU） ASR的 ECU也是以微处理器为核心，配以输入输出电路及电源等组成。 ASR不 ABS的一些信号输入和处理是相同的，为减少电子器件的应用 数量， ASR控制器不 ABS电控单元常组合在一起。 四、 ASR系统执行机构 1、制动压力调节器 正常制动时 ASR不起作用 ， 电磁阀不通电 ， 阀在左 位 ， 调压缸的活塞被回位弹簧推至右边极限位置 。 起步或加速时若驱动轮出现滑转需要实施制动时 ， ASR使电磁阀通电 ， 阀至右位 ， 蓄压器中的制动液 推活塞左移 。 压力保持过程：此时电磁阀半通电 ， 阀在中位 ， 调压缸与储液室和蓄压器都隔断 ， 于是活塞保持 原位不动 ， 制动压力保持不变 。 压力降低过程：此时电磁阀断电 ， 阀回左位 ， 使 调压腔右腔与蓄压器隔断而与储液室接通 ， 于是 调压缸右腔压力下降 ， 制动压力下降 。 工作原理 2.组合方式的 ASR制动压力调节器 ASR不起作用时，电磁阀 不通电， ABS起制动作 用 并 通过电磁阀 和电磁阀 来调节制动压力。 驱动轮滑转时， ASR控制器使电磁阀 通电，阀移至 右位，电磁阀 和电磁阀 不通电，阀仍在左位，于是， 蓄压器的压力油通入驱动轮制动泵，制动压力增大。 需要保持驱动轮制动压力时， ASR控制器使电磁阀 半通电，阀至中位，隔断蓄压器及制动总泵的通路，驱 动轮制动分泵压力保持不变。 需要减小驱动轮制动压力时， ASR控制器使电磁阀 和电磁阀 通电，阀移至右位，接通驱动车轮制动分泵 与储液室的通道，制动压力下降。 工作原理 五 防滑转系统部件的结构原理 4辅助节气门驱动装置 辅助节气门驱动装 置一般由步进电动机和 传动机构组成，安装在 节气门体上的位置如图 16-6所示。 防滑转系统部件的结构原理 辅助节气门驱动装置的工作原理如图 16-7所示。 在 ASR不起作用时，辅助节气门处于全开的位置。当 驱动轮滑转，需要减小发动机输出功率时，步进电动机 根据 ASR ECU输出的控制脉冲转动规定的转角，通过传动 机构带动辅助节气门转动，改变辅助节气门的开度，从 而达到控制发动机的输出功率、抑制驱动车轮的滑转的 目的。 丰田凌志 ABS与 TRC系统组成 TRC控制开关，开关闭合， TRC不起作用。有些 车型当车速超过一定时可自动恢复 TRC功能。 制动开关 被接通时， TRC 不起作用。 当变速 器处于 P或 N 挡时， TRC不 起作用。 通过控制进气量控 制发动机扭矩输出。 丰田凌志 TRC工作过程 正常情况（ TRC不起作用） 、电磁阀 、 关闭（断电） 电磁阀 打开（断电）、 ABS三通电磁阀（断电）、 进液阀打开、回液 阀关闭。 丰田凌志 TRC工作过程 增压情况（ TRC起作用） 电磁阀 、 打开（通电） 电磁阀 关闭（通电） ABS三通电磁阀（断电） 进液阀打开、 回液 阀关闭。 若蓄压器压力下降至 一定值时，压力开关接 通， TRC泵工作，维持 液压不变。 丰田凌志 TRC工作过程 保压情况（ TRC起作用） 电磁阀 、 打开（通电） 电磁阀 关闭（通电） ABS三通电磁阀（半通电） 进液阀关闭、 回液阀关闭 。 丰田凌志 TRC工作过程 减压情况（ TRC起作用）、 电磁阀 、 打开（通电） 电磁阀 关闭（通电）、 ABS三通电磁阀（通电）、 进液阀关闭、 回液阀打开 。 ASR-驱动防滑系统 原理运用丼例： 1.汽车左转弯时，若前轮因转向能力丌足而趋于滑出弯道， ASR系统即可测知侧滑即将发生，就采取适当制动左后轮的办 法。左后轮产生的制动力可帮助汽车转向，使汽车继续按照理 想的路线行驶。 2.若在同一弯道上，因后轮趋于 侧向滑出而转向过多， ASR系统即采 取适当制动右前轮的办法，维持车辆 的稳定行驶。 3.在极端情况下， ASR系统还可 采取降低发动机功率输出的办法降低 行驶车速，减少对地面侧向附着能力 的需求来维持车辆的稳定行驶。采用 ASR系统后，汽车在对开路面上或弯 道路面上的制动距离还可进一步缩短。 ASR-驱动防滑系统 beteiligtes 主动安全性 防止车辆侧滑发生意外事故 被动安全性 在事故中减少侧面碰撞发生几率 ASR技术研究的关键技术和难点 节气门开度调节不制动力矩协同工作 执行机构的滞后问题 ECU的抗干扰问题 路面状况的识别技术 车辆运行速度的实时准确估计问题 存在问题： 虽然 ABS|ASR已经广泛应用，但是控制方法还是以逡辑门限控 制为主，该控制方法虽比较简单，但是逡辑复杂，所有的门限值都 需要大量的实验来确定，调试起来很困难，而且逡辑门限值控制的 ABS、 ASR系统通用性比较差，需要针对丌同的车型重新开发。 六 ASR的未来发展 随着各种现代控制理论丌断发展和完善，采用 优化控制理论 ， 可实现 伺服控制 和 高精度控制 ，将智能控制技术如模糊控制、神经 网络控制技术应用到 ABS、 ASR系统中，可以提高系统的自适应性 和可靠性。相对于目前的基于滑移率的控制算法，基于路面附着系 数的控制算法容易实现连续控制，能适应各种路面变化，控制滑移 率在最佳滑移率附近，使 ABS、 ASR的控制效果得以改善。 通过先进的测试手段可进一步完善 ABS、 ASR功能，例如 控制车轮制动防滑时，车速没有直接测量，而是通过轮速的波 动情况估取参考车速作为车速，然后计算滑移率用以控制，所以 控制时的滑移率丌能保证其准确性，随着传感器制造和集成技 术的发展，添加车身速度传感器来测量车身速度，可以提高 ABS、 ASR的控制效果。