丰田车系汽车防滑转（ASR)控制系统的维修 毕业论文.doc

0 丰田车系汽车防滑转（ asr)控制系统 的维修 系 别： 汽车与电气工程系 专 业： 汽车检测与维修技术 班 级： 08 汽检（2）班 姓 名： 学 号： 0802020421 指导教师： 完成时间： 2011 年 5 月 1 丰田车系汽车 防滑转（ asr)控制系统 的维修 摘 要 ： 国际上自 80 年代中期，汽车驱动轮防滑转控制系统作为新型实 用的汽车安全技术已开始应用在高档汽车上，它是继防抱死制动系统之后 应用于车轮防滑的电子控制系统。由于它能够提高车辆的牵引性、操纵性、 稳定性和舒适性, 减少轮胎磨损和事故风险, 增加行使安全性和驾驶轻便 性, 使得汽车在附着状况不好的路面上能顺利起步和行驶, 所以这项技术 自诞生以来, 获得了迅速的发展。 它的主要目的是防止汽车驱动轮在加速时出现打滑,(特别是下雨下雪 冰雹路冻等摩擦力较小的特殊路面上,当汽车加速时将滑动率控制在一定 的范围内,从而防止驱动轮快速滑动.没有 asr 的汽车加速时驱动轮容易打 滑;如是后驱动的车辆容易甩尾,如是前驱动的车辆容易方向失控.有 asr 时,汽车在加速时就不会有或能够减轻这种现象.在转弯时,如果发生驱动 轮打滑会导致整个车辆向一侧偏移,当有 asr 时就会使车辆沿着正确的路 线转向;最重要的是车辆转弯时,一旦驱动轮打滑就会全车一侧偏移,这在 山路上极度危险的,有 asr 的车一般不会发生这种现象. 关键词： 驱动防滑控制( asr); 传感器; 检修 2 引 言： 驱动轮防滑转控制系统是汽车制动防抱死系统基本思想在驱动 领域的发展和推广。 我们知道，汽车在起步、加速或冰雪路面上行驶时，容易出现打滑现 象。这是因为汽车发动机传递给车轮的最大驱动力，是由轮胎与路面之间 的附着系数和地面作用在驱动轮上的法向反力的乘积（ 即附着力）决定 的。当传递给车轮的驱动力超过附着力时，车轮就会发生打滑空转，即滑 转。当汽车在低附着系数路面（ 如泥泞路面、冰雪路面）上行驶时，由 于地面对车轮施加的反作用转矩很小，因此，在起步、加速时驱动轮就会 发生滑转。此外，当汽车在越野条件下行驶时，如果某个驱动轮处在附着 系数低的路面上，那么地面对车轮施加的反作用转矩将很小，虽然另一个 车轮处在附着系数较高的路面上，但是根据差速器转矩等量分配特性，它 能够提供的驱动转矩只能与处在低附着系数路面上车轮提供的驱动转矩相 等。因此，在驱动力不足的情况下，汽车将无法前进，发动机输出的功率 大部分消耗在车轮的滑转上，不仅浪费燃油，加速轮胎磨损，而且降低了 车辆的通过性能和机动性能。 防止驱动轮滑转曾采用过许多办法，如装防滑链，使用防滑的雪地轮 胎和带防滑钉的防滑轮胎等，但至今为止最有效的办法还是采用asr系统。 asr 系统的主要功用是：在车轮开始滑转时，通过降低发动机的输出转矩 或控制制动系统的制动力等来减小传递给驱动车轮的驱动力，防止驱动力 超过轮胎与路面之间的附着力而导致驱动轮滑转，提高车辆的通过性，改 善汽车的方向操纵性和行驶稳定性。 3 第 1 章 防滑转（asr）控制系统的概述 汽车驱动防滑控制系统或牵引力控制系统是国际上八十年代中期开始发展起来的 以限制汽车驱动轮过度滑转,产生最佳纵向牵引力的新型主动安全控制系统,是继汽车 制动防抱死控制系统(abs) 之后,在汽车纵向力控制上的又一新发展。 asr 系统的本质是:控制作用在驱动轮上的转矩;在非对称路面,对传到驱动轮上的 转矩实现最佳分配,从而改善汽车的加速性、方向稳定性和操纵性。实际应用中,由于 各种控制方式都有一定的局限,所以一般不单独使用某一种控制手段,而是组合使用,目 前应用最为广泛的控制方式是综合发动机输出扭矩调节(节气门开度调节) 和驱动轮制 动力矩调节。 1.1防 滑转（asr）控制 系统 的 作 用 。 asr 的功能是防止汽车在起步或加速时驱动轮打滑，特别防止汽车在非对称路面或 转弯时驱动轮空转及在冰、雪、积水、泥等路况下的行车安全，当 汽 车 加 速 时 将 滑 动 控 制 在 一 定 的 范 围 内 ， 从 而 防 止 驱 动 轮 快 速 滑 动 。 它 的 功 能 一 是 提 高 牵 引 力 ； 二 是 保 持 汽 车 的 行 驶 稳 定 性 。 当 汽 车 快 速 起 步 ， 急 加 速 ， 或 行 驶 在 冰 雪 ， 雨 天 的 路 面 上 ， 没 有 asr 的 汽 车 加 速 时 驱 动 轮 容 易 打 滑 ； 如 果 是 后 驱 动 的 车 辆 容 易 甩 尾 ， 如 果 是 前 驱 动 的 车 辆 容 易 方 向 失 控 。 有 asr 时 ， 汽 车 在 坏 的 路 面 快 速 起 步 ， 急 加 速 时 就 不 会 有 或 能 够 减 轻 这 种 现 象 。 在 转 弯 时 ， 如 果 发 生 驱 动 轮 打 滑 会 导 致 整 个 车 辆 向 一 侧 偏 移 ， 当 有 asr 时 就 会 使 车 辆 沿 着 正 确 的 路 线 转 向 。 在 装 有 asr 的 车 上 ， 从 油 门 踏 板 到 汽 油 机 节 气 门 （ 柴 油 机 喷 油 泵 操 作 杆 ） 之 间 的 机 械 连 接 被 电 控 油 门 装 置 所 代 替 。 当 传 感 器 将 油 门 踏 板 的 位 置 及 轮 速 信 号 送 到 单 元 （ cpu） 时 ， 控 制 单 元 就 会 产 生 控 制 电 压 信 号 ， 伺 服 电 机 依 此 信 号 重 新 调 整 节 气 门 的 位 置 （ 或 者 柴 油 机 操 纵 杆 的 位 置 ） ， 然 后 将 该 位 置 信 号 反 馈 至 控 制 单 元 ， 以 便 及 时 调 整 制 动 器 。 1.2 防滑转（asr）控制系统的理论基础 汽车行驶时,驱动力的增大受到地面附着条件的限制。随着驱动轮转矩的不断增大,汽 车的驱动力也随之增大,当驱动力超过地面附着力时,驱动轮就开始滑转。轮胎与路面 之间的附着系数与滑转率有直接关系。驱动轮的滑转率表示驱动轮的滑转程度,可用下 式表示: 4 sx = (vw - v) / vw 100 % = (rw- v) / rw100 % 式中:vw 车轮滚动时的瞬时圆周速度(m/ s) ; v 汽车实际行驶速度(m/s) ; r 车轮半径(m) ; w车轮转动角速度(rad/s) 。 图1-2-1 是驱动轮纵向驱动力与其滑转率的关系图。从图中可以看到, 当驱动轮滑转 率 sx从0开始增加时, 驱动力 fx也随之增大, 当 sx达到 st(一般 st= 0. 08 0.30) 时, 驱动力达到最大值 fxmax ,此后,如果 sx继续增加, 驱动力反而随之下降,当 sx达到1时, 即车轮发生纯滑转时, 其驱动力要远远小于 fxmax , 所以从牵引性上考虑, 驱动轮的 滑转率最好处于 st的一个小邻域内,但同时考虑到车辆侧向力 fy随纵向滑转率的增大而 急剧减小, 所以从侧向力上考虑, 并注意到车辆的方向稳定性, 一般认为驱动轮的最 佳滑转率在略小于 st的范围内,可取在0.080.15之间。 图1-2-1 纵向力与侧向力与车轮滑转率的关系 1.3 防滑转（ asr）控制系统 的 特 点 及 与 abs 的 比 较 1.3.1 防滑转（asr）控制系统的 特 点 1) asr可以由驾驶员通过asr 选择开关对其是否进入工作状态进行选择,在asr 进 行防滑转调节时,asr 工作指示灯会自动点亮,如果通过asr 选择开关关闭asr , asr 关闭指示灯自动点亮。 2) asr处于关闭状态时,副节气门将自动处于全开位置;asr 制动压力调节器不会 影响制动系统的正常工作。 3) 如果在asr处于防滑转调节过程中,驾驶员踩下制动踏板进行制动时,asr 将自 5 动退出防滑转调节,而不影响制动过程的进行。 4) asr通常只在一定的车速范围内进行防滑转调节,当车速达到一定值(120km/h 或80 km/h)后,asr 自动退出防滑转控制。 5) asr在其工作车速范围内通常具有不同的优先选择性。在车速较低时优先选择 提高牵引力,此时对两驱动车轮施加的制动力矩可以不同,即对两后轮缸的制动压力进 行分别调节。而在车速较高时优先选择提高行驶方向稳定性,此时对两驱动车轮施加的 制动力矩相同,即对两后轮缸的制动压力进行一同调节。 6) asr具有自诊断功能,一旦发现存在影响系统正常工作故障时,asr 将自动关闭, 并向驾驶员发出警示信号。 7) asr和abs都是通过控制作用在被控车轮上,而将车轮的滑移率控制在设定的理 想范围内,以提高车轮附着力的利用率,从而缩短汽车制动距离或提高汽车的加速性能, 改善汽车的行驶方向稳定性和转向控制能力。 8) asr和abs都要求系统具有快速反应能力,以适应车轮附着力的变化;都要求控制 偏差尽可能达到最小,以免引起汽车及传动系统的振动;都要求尽量减少调节过程中的 能量消耗。 1.3.2 防滑转（asr）控制系统与 abs 的比较 现 在 汽 车 发 展 的 趋 势 ， 一 是 装 备 动 力 更 强 大 的 发 动 机 ， 追 求 汽 车 的 动 力 性 和 更 高 的 车 速 ， 二 是 更 加 强 调 汽 车 的 操 纵 方 便 和 安 全 性 。 abs 和 asr 这 两 项 汽 车 防 滑 控 制 技 术 作 为 汽 车 主 动 安 全 性 控 制 系 统 的 核 心 内 容 ， 对 保 障 汽 车 在 极 限 驾 驶 工 况 下 的 安 全 性 能 起 到 显 著 的 作 用 。 1） abs 系 统 在 汽 车 制 动 时 调 节 控 制 制 动 压 力 ， 以 获 得 尽 可 能 高 的 减 速 度 使 制 动 力 接 近 但 不 超 过 轮 胎 与 路 面 间 的 最 大 附 着 力 ， 使 车 轮 滑 移 率 保 持 在 15%-25%的 范 围 内 ， 从 而 提 高 制 动 减 速 度 并 缩 短 制 动 距 离 ， 它 能 有 效 地 提 高 制 动 时 汽 车 的 方 向 操 纵 性 和 行 驶 稳 定 性 。 2） asr 在 汽 车 驱 动 加 速 时 发 挥 作 用 ， 以 获 得 尽 可 能 高 的 加 速 度 ， 使 驱 动 轮 的 驱 动 力 不 超 过 轮 胎 与 路 面 间 的 附 着 力 ， 以 防 止 车 轮 滑 转 从 而 改 善 汽 车 的 操 纵 稳 定 性 和 加 速 性 能 ， 提 高 汽 车 的 行 驶 平 顺 性 ， 与 abs 不 同 的 是 asr 在 整 个 汽 车 行 驶 过 程 中 均 起 作 用 。 3） abs 及 asr 均 以 改 善 汽 车 行 驶 稳 定 性 为 前 提 ， 以 控 制 车 轮 运 动 状 态 为 目 标 。 abs 是 使 车 轮 转 动 角 速 度 不 为 零 ， 防 止 车 轮 抱 死 滑 移 一 般 在 车 速 很 低 时 不 起 作 用 。 a sr 是 使 车 轮 中 心 平 移 速 度 即 车 速 不 为 零 6 ， 防 止 车 轮 滑 转 ， 一 般 在 车 速 很 高 时 （ 大 于 80-120km/h） 不 起 作 用 。 abs 与 asr 均 是 以 车 轮 的 运 动 学 参 数 或 动 力 学 参 数 为 控 制 参 数 ， 因 此 两 者 可 以 密 切 配 合 abs 的 发 展 已 经 历 了 漫 长 的 时 期 ， 而 asr 继 abs 之 后 迅 速 发 展 的 原 因 就 在 于 此 ， 当 代 先 进 的 abs 系 统 ， 均 配 有 asr 功 能 ， 这 就 是 常 见 的 abs/asr 系 统 。 1.4 防滑转（asr）控制系统的 控 制 方 式 控制车轮的滑转率是通过控制作用于车轮上的力矩实现的。汽车驱动轮的滑转是 由于驱动扭矩超过了轮胎与路面的附着极限,所以合理地减小汽车发动机扭矩或动力传 动中任一部件的扭矩都可以实现驱动防滑控制的目的。从控制手段上,目前主要有以下 几种控制方式: (1)发动机输出扭矩调节 发动机是汽车的动力源, 通过调节发动机输出扭矩, 就可以控制传递到驱动轮上 的扭矩, 从而调节驱动轮的滑转率。发动机输出扭矩调节主要有三种方式: 点火参数 调节、燃油供给调节和节气门开度调节。点火参数调节多是指减小点火提前角.如果此 时驱动轮滑转仍然持续增长, 则可暂时中断点火(但此时也要暂停供油, 以避免排放超 标) , 点火参数调节是比较迅速的一种驱动防滑控制方式(反应时间为30 100m s)。 燃油供给调节是指减少供油或暂停供油,即当发现驱动轮发生过度滑转时,电子调节装 置将自动减少供油量, 甚至中断供油,以减小发动机输出扭矩, 燃油供给调节是现代电 控内燃机中比较易于实现的一种驱动防滑控制方式, 但是点火参数调节和燃油供给调 节都将引起发动机的不正常工作, 对发动机和传动系的寿命有较大损害。节气门开度 调节是指在原节气门体的基础上, 串联一个副节气门 , 由传动机构控制其开度, 从而 使其有效节气门开度获得调节, 它工作比较平稳, 易于与其它控制方式配合使用, 但 它响应较慢, 需要和其它控制方式配合使用。发动机输出扭矩调节是最早应用的驱动 防 滑控制方式,它在附着系数较小的冰雪路面上或在高速下, 驱动轮发生过度滑转时, 该控制方式十分有效。图1-4-1是通过发动机输出扭矩调节的带有abs的asr系统图。 (2)驱动轮制动力矩调节 驱动轮制动力矩调节就是在发生打滑的驱动轮上施加制动力矩, 使车轮转速降至 最佳的滑转率范围内。制动力矩调节一般与发动机输出扭矩调节结合起来应用, 即干 预制动后要紧接着调节发动机输出扭矩, 否则可能会出现制动力矩和发动机输出扭矩 之间无意义平衡引起的功率消耗。制动力矩调节的实质是控制差速作用,所以该控制方 7 式对路面两侧附着系数差别较大, 只有一个车轮打滑时 , 效果较好, 但在高速(大于48 km/h ) 下, 不宜使用, 以避免制动摩擦片过热。图1-4-2是带有发动机输出扭矩调节 的驱动轮制动力控制的asr 系统图。 图 1-4-1 发动机输出扭矩调节 asr 系统图 图 1-4-2 驱动轮制动力调节 asr 系统图 (3)差速器锁止控制 普通的开式差速器在任何时刻都向左右轮输出相同的扭矩, 对差速器进行锁止控 制就是使左右驱动轮的输入扭矩根据控制指令(锁止比) 和路面情况而不同。当路面两 侧附着系数l差别较大时, 低l一侧驱动轮发生滑转时, 电子控制装置驱动锁止阀,一定 程度地锁止差速器,使高l一侧驱动轮的驱动力得以充分发挥, 车速和行驶稳定性获得 提高,但该方法成本较高。图1-4-3是通过防滑差速器进行驱动防滑控制的asr系统图。 图 1-4-3 差速器控制 asr 系统图 8 (4)离合器或变速器控制 离合器控制是指当发现汽车驱动轮发生过度滑转时, 减弱离合器的接合程度, 使 离合器主、从动盘出现部分相对滑转, 从而减小传输到半轴的发动机输出扭矩; 变速 器控制是指通过改变传动比来改变传递到驱动轮的驱动扭矩, 以减小驱动轮滑转程度 的一种驱动防滑控制。由于离合器和变速器控制反应较慢, 变化突然, 所以一般不作 为单独的控制方式, 而且由于压力和磨损等问题, 使其应用也受到很大限制。 表1-4-4是上述几种控制及其组合控制在性能上的对比。由于各自控制方式的局限 性, 所以一般不仅仅使用一种控制手段, 而是组合应用。现在广泛采用的控制方式是 发动机节气门开度调节和驱动轮制动力矩调节的组合应用。 表 1-4-4 上述几种控制及其组合控制在性能上的对比 1.5 防滑转（asr）控制系统的主要发展历程 汽车驱动防滑控制系统是伴随着汽车制动防抱死系统( abs) 的产品化而发展起来 的, 实质上它是abs 基本思想在驱动领域的发展和推广。世界上最早的汽车电子驱动 防滑装置是在1985 年由瑞典保时捷汽车公司试制生产的 , 并安装在保时捷汽车上, 该 系统被称为etc ( 电子牵引力控制) , 是通过调节燃油供给量来调节发动机输出扭矩, 从而控制驱动轮滑转率, 产生最佳驱动力的。1986 年在底特律汽车巡回展中, 美国通 用汽车公司雪佛兰分部在其生产的克尔维特英迪牌轿车上安装了牵引力控制系统, 为驱动防滑控制系统的发展作了良好的宣传。同年12月, 博士公司第一次将制动防抱 死(abs) 技术与驱动防滑(asr) 技术结合起来应用到奔驰s级轿车上, 并开始了小批量 生产;与此同时,奔驰公司与威伯科公司也开发出了驱动防滑系统, 并应用在货车上。 1987年, 博士公司在原abs/ asr 的基础上开始大批量生产两种不同形式的汽车驱动防 9 滑系统, 一种是可保证方向稳定性的完全通过发动机输出扭矩控制的abs/asr, 另一种 是既可保证方向稳定性, 又可改善牵引性的驱动轮制动力调节与发动机输出扭矩调节 综合控制的abs/ asr; 同年9月, 日本丰田汽车公司也在其生产的皇冠牌轿车上安装了 tcs。1989 年, 德国奥迪公司首次将驱动防滑调节装置安装在前置前驱动的奥迪轿车 上。截至1990年底, 世界上已有23个厂牌的50 余种车型安装了驱动防滑装置, 并且许 多厂家开始削减四轮驱动车型号, 而改为发展asr 系统。1993 年, 博士公司又开发出 了第五代asr, 使其结构更紧凑, 成本大大降低,可靠性增强。据有关专家预测, 到 2000年, 将有50%的轿车、货车装备asr。 10 第 2 章 防滑转（asr）控制系统的 结 构 与 工 作 原 理 2.1 防滑转（asr）控制系统的 基 本 组 成 及 工 作 原 理 2.1.1 防滑转（asr）控制系统的 基 本 组 成 防滑转（asr）控制系统的 主要由传感器、ecu 、执行器、驱动车轮制动器等组成 。下图 2-1-1 为典型的 asr 系统。 图 2-1-1 典型的 abs/asr 系统示意图 2.1.2 防滑转（asr）控制系统的 工 作 原 理 如图 2-1-2：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。 图 2-1-2 asr 工作流程图 11 2.2 asr 传感器 asr 系统的传感器主要是轮速传感器和节气门位置传感器。一般轮速传感器与 abs 系统共用，主要完成对车轮速度的检测，并将轮速信号传送给 abs 和 asr 电子控制单 元。主、副节气门位置传感器用于检测节气门的开启角度，并将这些信号传送给发动 机和自动变速器电子控制单元。asr 专用的信号输入装置是 asr 选择开关，将 asr 选择 开关关闭，asr 就不起作用，比如在需要将汽车驱动车轮悬空转动来检查汽车传动系统 或其他系统故障时，asr 就可能对驱动车轮施加制动，影响故障的检查，这时，关闭 a sr 开关，中止 asr 作用，就可避免这种影响。 2.2.1 轮速传感器 轮速传感器有电磁感应式与霍尔式两大类。前者利用电磁感应原理，将车轮转 动的位移信号转化为电压信号，由随车轮旋转的齿盘和固定的感应元件组成。图2- 2-1给出了各种传感器在汽车上的安装位置。此类传感器的不足之处在于，传感器输 出信号幅值随转速而变，低速时检测难，频响低，高速时易产生误信号，抗干扰能 力差。 图2-2-1 轮速传感器安装位置 后者利用霍尔半导体元件的霍尔效应工作。当电流iv流过位于磁场中的霍尔半导体 层时如图2-2-2所示，电子向垂直于磁场和电流的方向转移，在半导体横断面上出现 霍 尔电压uh，这种现象称之为霍尔效应。 霍尔传感器可以将带隔板的转子置于永磁铁和霍尔集成电路之间的空气间隙中。 霍尔集成电路由一个带封闭的电子开关放大器的霍尔层构成，当隔板切断磁场与霍尔 集成电路之间的通路时，无霍尔电压产生，霍尔集成电路的信号电流中断；若隔板离 开空气间隙，磁场产生与霍尔集成电路的联系，则电路中出现信号电流。 霍尔轮速传感器由传感头和齿圈组成，传感头包含有永磁体。霍尔元件和电子 电路等结构如图2-2-3所示。永磁体的磁力线穿过霍尔元件通向齿轮，当齿轮处于图 12 2-2-3(a)位置时，穿过霍尔元件的磁力线分散于两齿之中，磁场相对较弱。当齿轮 位于图 2-2-3(b)位置时，穿过霍尔元件的磁力线集中于一个齿上，磁场相对较强。 穿过霍尔元件的磁力线密度所发生的这种变化会引起霍尔电压的变化，其输出一个 毫伏级的准正弦波电压。此电压经波形转换电路转换成标准的脉冲电压信号输人 ecu。 图2-2-2 霍尔传感器原理 由霍尔传感器输出的毫伏级正弦波电压经过放大器放大为伏级正弦波信号电压， 在施密特触发器中将正弦波信号转换成标准的脉冲信号，由放大级放大输出。各级 输出波形信号也一并显示在图2-2-3中。 图 2-2-3 霍 尔 轮 速 传 感 器 磁 路 2.3 asr 电 子 控 制 单 元 一般，abs 和 asr 共用一个电子控制单元。对于驱动防滑系统，它根据驱动车轮转 速传感器输送的速度信号计算判断出车轮与路面间的滑转状态，并适时地向其执行机 构发出指令，以降低发动机的输出转矩和车轮的转速，从而实现防止驱动轮滑转的目 的。 此外，电子控制单元（ecu）还具有以下四种功能： 13 轮防滑控制 ps更多下载： 电子控制单元不断地监测由驱动轮轮速传感器传来的速度信号，并不断地计算出 每个车轮的速度，同时也计算出汽车的行驶速度和车轮滑转率。当汽车在起步或突然 加速过程中，若驱动轮滑转，电子控制单元（ecu）立即使防滑系统工作。 例如，当踩下加速踏板后，主节气门迅速开启，驱动轮加速。若驱动轮速度超过 设定控制速度后，电子控制单元即发出指令，关闭副节气门，减少发动机进气量，从 而使发动机转矩降低。同时，电子控制单元发出指令接通 asr 制动压力调节器电磁阀， 并将 abs 压力调节器电磁阀置于“增压制动”状态，于是 asr 蓄能器高压制动液使制 动轮缸的液压力迅速升高，实现对滑转驱动轮的制动。 当制动作用后，驱动轮加速度立即减小，电子控制单元将 abs 压力调节器的三位 电磁阀置于“保压制动”状态；若驱动轮速度降低太多，电磁阀就处于“减压制动” 状态，使制动轮缸中的液压降低，驱动轮转速又恢复升高。 初始检测功能 当汽车处在停止状态，自动变速器选档杆处在“p”或“n”位置而接通点火开关 时，电子控制单元（ecu）即开始对副节气门驱动装置和 asr 制动压力调节器电磁阀的 工作状态进行检测。 故障自诊断功能 当电子控制单元检测到防滑转系统出现故障时，即点亮仪表盘上的 asr 警告灯， 以警告驾驶员 asr 系统已出现故障，同时将故障以代码的形式存入存储器，供诊断时 重新显示出来。 失效保护功能 当电子控制单元（ecu）检测到 asr 有故障时，电子控制单元（ecu）立即发出指 令，断开 asr 节气门继电器、asr 液压泵电机继电器和 asr 制动主继电器，从而使 asr 系统不起作用。而发动机和制动系统仍可以按照没有采用 asr 系统时那样工作。 2.4 asr 系统的执行机构 asr 系统的执行机构主要是 asr 制动压力调节器和节气门驱动装置。前者是根据从 abs 和 asr 电子控制单元传来的信号，为 abs 执行器提供液压；后者则根据 asr 电子控 制单元传来的信号控制副节气门的开启角度。 2.4.1 asr 制动压力调节器 14 asr 制动压力调节器主要由制动总泵、储压器、储压器切断电磁阀、总泵切断电磁 阀、储液罐切断电磁阀，压力传感开关组成。结构形式如图 2-4-1 和图 2-4-2 所示。 1）泵体结构为柱塞式，由电动机驱动，其作用是从制动主缸储液器中提取制动液 ，经泵压缩升压后，再送回储压器。 2）储压器则用于储存加压后的制动液，同时也在 asr 系统工作时向车轮制动轮缸 提供制动液，另外蓄压器中还填满高压氮气，当制动液体积发生变化时，它能起到缓 冲作用。 3）储压器切断电磁阀，在 asr 系统工作时，将来自储压器的液压传送至制动分 泵。总泵切断电磁阀，当储液器的液压正被传送至制动分泵时，这个电磁阀可以阻止 制动液流回到总泵。 4)储液罐切断电磁阀，在 asr 系统工作时这个电磁阀使制动液从制动分泵流回到 总泵。 5)压力传感开关，监测储液器中的压力，将这一信息发送至 abs 和 asr 电子控 制单元，电子控制单元根据这一数据控制泵工作。 2-4-1 制动总泵 2-4-2 制动压力调节器 asr系统中所采用的电磁阀为三位三通电磁阀，它的的结构与工作原理如图2-4- 3所示，移动架6在无磁支撑环3的导向下可沿轴向作微小的运动（约025 mm），由 此可以打开卸荷阀4和将进油阀5关闭。主弹簧13与副弹簧12相对设置且主弹簧刚度 大于副弹簧。检测阀8与进油阀5并联设置，在解除制动时，该阀打开，增大轮缸至 主缸的回油通道，以使轮缸压力得以迅速下降，即使在主弹簧断裂或移动架6被卡死 的情况下，也能使车轮制器的制动得以解除。 15 图2-4-3 三位三通电磁阀结构与原理 1-回油管路接口；2-滤网；3-支撑环；4-卸荷阀；5-进油阀；6-移动架；7-电磁线圈；8-检测阀； 9-阀体；10-轮缸接口；11-托盘；12-副弹簧；13-主弹簧；14-凹槽台阶；15-主缸接口；a-气隙； 2.4.2 asr 制动压力调节器的工作过程。 asr 制动压力调节器执行 asr 电子控制单元的指令对对滑动车轮施加制动力和控制 制动力的大小，以使滑转车轮的滑转率在目标范围内，asr 制动压力源是蓄压器通过电 磁阀来调节驱动车轮制动压力的大小，asr 制动压力调节器的结构形式有单独调节式和 组合调节式两种： （1）单独方式的 asr 制动压力调节器。 所 谓 单 独 结 构 式 是 指 asr 制 动 压 力 调 节 器 和 abs 制 动 压 力 调 节 器 在 结 构 上 各 自 分 开 ， 如 图 2-4-4。 图 2-4-4 asr 单独调节方式 在 asr 不 起 作 用 时 ， 电 磁 阀 不 通 电 ， 阀 位 于 上 端 位 置 ， 调 压 缸 右 油 腔 与 储 液 器 相 通 ， 由 于 右 腔 压 力 低 ， 调 压 缸 的 活 塞 被 回 位 弹 簧 推 到 右 边 极 限 位 ， abs 制 动 压 力 调 节 器 与 驱 动 车 轮 的 制 动 轮 缸 连 通 。 当 驱 动 轮 出 现 滑 转 而 需 要 对 驱 动 车 轮 实 施 制 动 时 ， asr 电 控 单 元 输 出 控 制 单 元 信 号 ， 使 电 磁 阀 线 圈 通 电 移 至 下 端 位 置 。 此 时 调 压 缸 右 腔 与 储 液 器 隔 断 而 与 蓄 压 器 连 通 ， 蓄 压 器 内 的 压 力 制 动 液 推 动 调 压 缸 的 活 塞 左 移 ， 进 而 切 断 abs 制 动 压 力 调 16 节 器 与 驱 动 车 轮 轮 缸 之 间 的 液 压 通 道 。 同 时 随 调 压 缸 活 塞 左 移 压 缩 右 腔 内 的 制 动 液 ， 使 调 压 缸 左 腔 和 驱 动 车 轮 制 动 轮 缸 内 的 制 动 压 力 增 大 ， 从 而 使 车 轮 制 动 。 当 需 要 保 持 驱 动 车 轮 的 制 动 压 力 保 压 时 ， 电 子 控 制 单 元 使 电 磁 阀 电 流 变 小 ， 阀 在 其 回 位 弹 簧 力 的 作 用 下 回 到 中 间 位 置 ， 调 压 缸 右 腔 与 储 液 器 隔 断 与 蓄 压 器 也 隔 断 。 调 压 缸 右 腔 压 力 保 持 不 变 。 当 需 减 小 驱 动 轮 的 制 动 压 力 时 ， 控 制 电 脑 使 电 磁 阀 断 电 ， 阀 在 其 回 位 弹 簧 力 的 作 用 下 回 到 上 端 位 置 ， 调 压 缸 右 腔 与 蓄 压 器 隔 断 而 与 储 液 器 连 通 ， 调 压 缸 右 腔 压 力 下 降 。 活 塞 在 回 位 弹 簧 力 的 作 用 下 右 移 ， 使 调 压 缸 左 腔 和 驱 动 车 轮 制 动 轮 缸 之 间 的 空 间 增 大 ， 从 而 使 制 动 力 下 降 。 在 驱 动 车 轮 出 现 滑 转 时 ， asr ecu 就 是 通 过 对 电 磁 阀 的 上 述 控 制 ， 实 现 对 驱 动 车 轮 制 动 力 的 控 制 ， 将 车 轮 的 滑 转 率 控 制 在 目 标 范 围 内 。 （ 2） 组 合 结 构 方 式 的 asr 制 动 压 力 调 节 器 组 合 结 构 方 式 是 指 asr 制 动 压 力 调 节 器 与 abs 制 动 压 力 调 节 器 在 结 构 上 组 合 成 为 一 个 整 体 ， 称 asr/abs 制 动 压 力 调 节 器 ， 其 工 作 原 理 如 图 2-4-5： 图 2-4-5 asr 组合调节方式 1-电动液压泵 2-abs/asr 制动压力调节器 3-电磁阀 4-蓄压器 5-压力开关 6-循环泵 7-储液室 8-电磁阀 9-电磁阀 10-驱动车轮制动器 其工作情况如下： asr 不起作用时，电磁阀不通电。汽车在制动过程中如果车轮出现抱死，abs 起 作用，通过电磁阀和电磁阀来调节制动压力。 当驱动轮出现滑转时，asr 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，蓄压器的压力通入驱动轮轮缸，制动压力增大。 17 当需要保持驱动轮的制动压力时，asr 控制器使电磁阀半压通电，阀移至中位， 隔断了蓄压器及制动主缸的缸的通路，驱动车轮轮缸的制动压力即保持不变。 当需要减小驱动车轮的制动压力时，asr 控制器使电磁阀和电磁阀通电，阀 和阀移至右位，将驱动车轮轮缸与储液室接通，于是，制动压力下降。 如果需要对左右驱动车轮的制动压务实施不同的控制，asr 控制器分别对电磁阀 和电磁阀实行不同的控制。 2.4.3 副气门驱动装置。 asr 控制系统通过改变发动机副节气门的开度来控制发动机的输出功率，是应用最多的 方法，在 asr 不起作用时，副节气门处于全开的位置，当需要减少发动机的驱动力来 控制车轮滑转时，asr 控制器就输出控制信号，使副节气门驱动装置工作，改变其开度， 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。 节气门驱动装置一般由步进电动机和传动机构组成，步进电动机根据 asr 控制器 输出的控制脉冲转动规定的转角，通过传动机构带动副节气门转动。 （1）副节气门驱动装置功用 副节气门驱动装置的功用是根据电子控制单元传送的指令来控制副节气门的开启 角度，从而控制进入发动机气缸的空气量，达到控制发动机输出转矩的目的。 （2）副节气门驱动装置结构 副节气门驱动装置安装在节气门壳体上，如图 2-4-6 所示。它是一个由电子控制 单元控制转动的步进电动机如图 2-4-7 所示，由永磁体、传感线圈和旋转轴等组成。 在旋转轴的末端安装一个小齿轮（主动齿轮） ，由它带动安装在副节气门轴末端的凸轮 轴齿轮旋转，以此控制副节气门的开启角度。 图 2-4-6 节气门总成 图 2-4-7 副节气门驱动装置（步进电动机） （ 3） 副节气门驱动装置工 作 原 理 驱动防滑系统不工作时，副节气门在弹簧力作用下保持全开状态，进入发动机的 空气量由驾驶员控制主节气门的开度决定。当前、后轮速传感器检测到车轮滑转需进 18 行防滑控制时，电子控制单元驱动步进电机通过凸轮轴齿轮旋转，从而控制副节气门 的开度。 下图 2-4-8 所示： 如图 2-4-8 副节气门的各种位置 （a）全开位置 （b）50%开启位置 （c）全闭位置 第 3 章 防滑转（asr）控制系统对车辆性能的影响 下面通过仿真比较详细分析asr对车辆的牵引性能、操纵性能、安全性和燃油经济 性等的改善作用仿真是在一个8 自由度车辆模型上进行的,该轿车为前驱动表3-1为其 基本参数。 表3-1 轿车基本参数 3.1 防滑转（asr）控制系统对牵引性能的影响 汽车车轮在附着条件较差路面上, 往往发生滑转。如果采用asr, 就能控制车轮的 滑转率, 提高车辆的牵引性能。在低附着路面上进行了仿真计算, 假设车辆在一峰值 仿真因数为0.2的低附着路面进行起步加速行驶, 这时主要为提高车辆的牵引性能, 所 以将其理想滑转率设定为0.2，采用伪微分反馈（pseudo - derivative feedback)方 法进行控制,图3-1-1为车轮滑转率的比较,asr 非常稳定地将滑转率控制在理想值附近, 而无asr控制时, 其驱动轮发生高速滑转。图3-1-2为在10s内行驶距离的比较,从图中 可以明显看出, 同样的条件下,asr确实能够提高车辆的牵引性能, 其行驶距离提高了 近50%。 19 图3-1-1 车轮滑转率的变化曲线 图3-1-2 车辆行驶距离的比较 3.2 防滑转（asr）控制系统对操纵性能的影响 车辆在低附着路面或高速行驶下转弯, 由于车轮滑转率较高, 侧向力常常接近附 着极限, 不但使车辆不能按正确路径行驶, 而且还会发生事故。若采用asr， 使车轮 滑转率控制在较小的范围内, 车辆可获得较大的侧向力。从仿真结果中可以非常明显 地看出asr 的作用。仿真时分两种工况, 首先汽车在峰值附着因数为0.2 低附着路面 进行起动计算转弯的试验, 起动时方向盘角阶跃输人 , 前轮的转向角为0.05rad 从图 3-1-3中可以看出, 有asr时汽车无论纵向位移还是横向位移都有很大的提高. 图3-1-4 为车辆在低附着因数（0.2）路面以10m/s的初始速度按良好路面的驾驶习惯作闭环单 移线行驶的轨迹, 驾驶员的预瞄距离为10m 从图中可以看出, 在滑路上,如果不加asr 车辆横向偏离行驶轨迹很大, 操纵性较差 而加上asr, 车辆能较好地跟踪预定轨迹, 其稳定性和操纵性都有很大的改善, 同时也能大大减轻驾驶员的负担。 图3-1-3角阶跃输入下车辆行驶轨迹 图3-1-4 单移线行驶轨迹 3.3 防滑转（asr）控制系统对燃油经济性的影响 20 asr能有效地防止车轮空转, 从而大大降低油耗, 提高汽车的燃油经济性, 尤其是 在低附着路面上。对燃油经济性进行比较计算, 首先将驱动轮的驱动转矩和角速度换 算到发动机上, 再由万有特性曲线求出燃油消耗率, 最后可得到车辆在任何时刻的燃 油消耗量。仿真计算主要在低附着因数（0.2）路面, 车辆用二档起步加速工况, 图3- 1-5为加与不加asr 的燃油消耗情况, 从图中可以看出, 由于在低附着路面上无asr控 制,车辆驱动轮发生高速滑转, 大大增加了燃油的消耗, 而采用asr能够控制车轮过度 滑转, 提高了车辆的燃油经济性。除此 asr还对其它性能有所影响 由于asr 能够防止 车轮的滑转, 所以它极大地减轻了轮胎的磨损, 从而可以延长轮胎的使用寿命。另外 由于它改善了车辆的操纵性能, 能够减轻驾驶员的负担, 尤其是在低附着路面上行驶, 还能大大提高车辆的安全性能。 图3-1-5 车辆燃油消耗量 21 第 4 章 丰田车系汽车防滑转（asr）控制系统的故障诊断与分析 4.1 asr 故障自诊断 汽车驱动防滑系统(asr)是汽车制动防抱死系统(abs)功能的延伸。它通过调节驱 动轮的牵引力，实现车轮滑转控制，提高汽车的加速性能及操纵稳定性。 4.1.1凌志轿车驱动防滑系统的故障自诊断 凌志轿车驱动防滑系统配置了故障自诊断系统。接通点火开关，驾驶室组合仪表 上的“trcoff”指示灯亮3s 后熄灭，表示系统正常；若指示灯在亮3s 后开始闪烁，表 示系统存在故障，应按程序读取故障码，并排除故障。 1.读取故障代码 (1)接通点火开关，在丰田诊断通信链路或检查连接器上用专用工具连接端子 tc 和 e1，见图4-1-1. 图 4-1-1 端子 tc和 e1 (2)根据组合仪表“trcoff”指示灯的闪烁方式读取故障码，如图 4-1-2 所示。故 障码用两位数字表示，短接检查连接器 4s 后，指示灯灭，并显示故障码。首先显示故 障码的十位数，每次闪烁持续 0.5s，熄灭 0.5s，十位数显示完后，指示灯熄灭 1.5s， 接着显示个位数，两故障码间指示灯熄灭 2.5s，若同时有两个或两个以上故障码，则 号数最小的先显示。 22 图 4-1-2 组合仪表“trcoff”指示灯的闪烁方式 2.故障码表 凌志轿车驱动防滑系统的故障码见表4-1。 3.清除故障码 通过读取故障码并全部排除故障后，应清除故障码。否则，故障码将一直存储于 系统中，当汽车再次发生故障读取故障码时，此次故障码也会一并读出。 (1)点火开关处于接通位置，丰田诊断通信链路或检查连接器端子 tc和 e1应处于 短接状态，在3s 内将制动踏板踏下不少于8次，即可清除故障码。 (2)检查“trcoff”指示灯，应显示出正常码，表示故障码全部清除。 (3)从丰田诊断通信链路或检查连接器上拆下专用工具。 表4-1 凌志轿车驱动防滑系统的故障码 4.2：asr 三种常见故障现象的分析 23 4.2.1 没有按下“trac off”开关，仪表板却显示“trac off” 汽车行驶中没有按下“trac off”开关，但仪表板却显示“trac off” ，同时还伴 有驻车制动灯长亮。 “trac off”亮起牵引力控制系统被终止。行驶中由于驾驶的特殊 需要，按下“trac off”开关，仪表板会显示“trac off” ，同时 asr 系统将终止。没 有按下“trac off”开关，仪表板却显示“trac off” ，说明制动系统存在危险。应重 点检查制动液面高度和制动器摩擦材料的磨损程度。 (1)制动系统储液罐内制动液液面过低（低于下限） ，控制单元怕空气进入制动主 缸，导致制动失灵，同时也为了警示驾驶员，强制将牵引力控制系统关闭，同时仪表 会显示“trac off” 。 (2)制动器摩擦材料已经磨损到极限。通常将轿车两前轮制动器摩擦材料的有效寿 命为 30000km，到 30000km 时从外观看摩擦材料似乎还有一定厚度，但那是减振、消声 和隔热材料，继续行驶有可能发生严重事故，控制单元强制将牵引力控制系统关闭， 同时仪表板会显示“trac off” 。 没有按下“trac off”开关，仪表板却显示“trac off” ，首先检查储液罐内制动 液液面是否过低，如液面高度正常，应进一步检查制动器摩擦材料是否已经磨损到极 限。 4.2.2 asr 灯总亮着，即使按下 asr 开关仍不熄灭 行驶中 asr 灯被点亮后，就一直亮着，即使关闭 asr 开关，asr 灯也还亮着。只有 关闭点火开关，重新启动，asr 灯才熄灭。 (1)发动机负荷参数不对 出现这种故障应先通过 vag1552 读取数据流查找故障，经检查发现发动机负荷参 数不对， ，因为发动机负荷参数是由控制基本喷油脉宽的空气流量传感器。氧传感器和 发动机转速传感器提供的。进一步检查发现空气流量传感器输出电压信号高出正常值， 更换空气流量传感器后，发动机负荷参数恢复到正常值，asr 灯也恢复正常。 asr 系统起步和低速行驶时车轮出现纵向滑移时是靠 abs 系统的短暂制动降低牵引力来 消除车轮纵向滑移。在中高速行驶时车轮出现纵向滑移时是靠降低发动机负荷参数， 既降低发动机输出功率来降低牵引力来消除车轮纵向滑移的。如发动机负荷参数明显 高于规定值，asr 灯就会被点亮，asr 系统就会退出控制。 (2)abs/asr 液压调节器接地线接触不良 松开 abs/asr 液压调节器接地线固定螺栓，清洁 abs/asr 液压调节器接地线接触 点，重新紧固接地线固定螺栓。同时检查 24 液压调节器控制单元端子间间隙是否过大，如过大更换 abs/asr 的控制单元。 4.2.3 asr 灯间歇闪亮 asr 灯间歇闪亮应重点检查制动灯开关，正常情况下制动踏板行程达到 40%时制动 灯应被点亮。若踏板行程超过 40%时制动灯才被点亮，就说明制动灯开关有问题。 (1)重新进行制动灯开关的自我设定。起动发动机，踩下制动踏板，用手指将制动 灯开关连杆往下推到底，再放松制动踏板。 (2)重新调整制动灯开关。以 丰田轿车为例，拆下行程开关，制动踏板保持不动。 直接安装行程开关，然后旋转 60，再次测量没有踩制动踏板前制动踏板行程开关应 处于导通状态，制动踏板行程 40%时踏板行程开关没有电压为合适。然后进行匹配，即 可排除故障。 (3)制动踏板高度过低。制动踏板的行程分为自由行程、工作行程和保留行程。自 由是主缸活塞与推杆的间隙在踏板上的反应，用手按制动踏板从自由高度到没有阻力 的这段行程。没有踏板 自由行程会造成四轮拖滞，跑长途时还会造成盘式制动器抱死。 工作行程是用手按制动踏板从感觉有阻力到按不动为止的这段行程。保留行程是按不 动以下的行程，该行程不得小于全行程 1/4。保留行程越少制动距离就越长，没有保留 行程第一次踩制动踏板就没有制动效果。液压制动系统中有空气会造成保留行程过少， 或没有保留行程。如工作环境温度过高，导致制动液中的乙二醇吸收的水分转化成水 蒸气，并在热量的作用下进一步膨胀，行成气阻造成保留行程过少，或没有。另外左 右轮的盘式制动器轮缸装反，使放气螺钉由上方变成下方，无法将轮缸内空气排净， 都会导致没有保留行程。恢复制动踏板的正常高度即可排除故障。 4.3丰田车系汽车防滑转主要构件的检测 4.3.1 故障码的读取与清除 asr 系统与其他电控系统一样，不同车型故障码的读取与清除方法不同。但装有 asr 系统的汽车，asr 系统故障码的读取与清除与 abs 基本相同。 以凌志 ls400trc 系统为例，当点火开关接通时，仪表板上的 asr 报警灯会亮起， 3s 后 asr 报警灯熄灭。如果点火开关接通时，asr 报警灯不亮或 3s 后不熄灭，应为不 正常，需进行故障检查。 4.3.2 读取故障代码 1）接通点火开关； 2）将 asr 或 abs 诊断端子中的 tc和 e1用短导线连接起来； 25 3）在仪表板上的 asr 的报警灯的闪烁情况读取故障码； 故障代码的闪烁方式与 abs 的故障代码的读取方式相似。故障代码说明见表 4-2 表 4-2 凌志 ls400 汽车 asr 系统故障代码 故障 代码 故障原因 检测部位 11 asr 制动主继器电路断路 主继电器触点不能闭合或接触不良；主继电器与控制器 间、主继电器与制动压力调节器间、主继电器与蓄电池 间的线路或接线端子接触不良或松脱；电子控制器有故 障 12 asr 制动主继器电路短路 主继电器触点不能张开或线圈与电源短路；主继电器与 制动压力调节器间的线路或接线端子与电源有短路；电 子控制器故障 13 asr 节气门