驱动防滑系统

驱动防滑系统,AccelerationSlipRegulation,制作：1102030207牛纪丽1102030217尹苗1102030231武传辉,目录,概述驱动防滑系统的理论基础驱动防滑系统的结构组成驱动防滑系统的控制原理驱动防滑系统的控制方式防滑转控制系统的控制过程驱动防滑系统存在问题及发展,汽车防滑控制系统最初只是在制动过程中防止车轮被制动抱死，避免车轮在道路上做纯粹的滑移，提高汽车在制动过程中的方向稳定性和转向操纵能力，缩短制动距离。随着对汽车安全性能的不断提高，防滑控制系统也得到了进一步的发展。不仅仅能在刹车过程中防止车轮抱死而且能够在驱动过程中（特别是起步、加速、转弯等过程中）防止驱动车轮发生滑转。从而进一步提高汽车驱动过程中的方向稳定性，转向操纵能力和加速性能。,概述,概述,制动防抱死系统（antilockbrakingsystem,ABS）驱动防滑系统（accelerationslipregulation,ASR）,汽车防滑控制系统,概述,ASR的作用汽车驱动防滑控制(accelerationslipregulation)系统(简称ASR)，又称为牵引力控制系统(TractionControlSystem,简称TCS)。汽车车轮打“滑”有两种情况：一是汽车制动时车轮抱死滑移，二是汽车驱动时车轮滑转。ABS是防止车轮在制动时抱死而滑移，ASR则是防止驱动车轮原地不动的滑转。ABS是防止制动过程中的车轮抱死、保持方向稳定性和操纵性并能缩短制动距离的装置。ASR的作用是防止汽车加速过程中的打滑，特别防止汽车在非对称路面或在转弯时驱动轮的空转，保持方向稳定性、操纵性，维持最大驱动力的装置。,ABS/ASR装置简图,返回,概述,驱动防滑系统的理论基础,人-车-路系统中，影响车辆行驶状态的基本因素：车轮与路面之间的作用力。该作用力是由车辆行驶方向的纵向作用力和垂直于车辆行驶方向的水平横向作用力组成。人对车辆的控制的实质是：控制车轮与路面之间的作用力。而该作用力又受车轮与路面间的附着系数的限制。车辆纵向驱动力受纵向附着系数限制，抵抗外界横向力是受横向附着系数限制。F=G在忽略车轮垂直载荷的变化时，附着力就只取决于附着系数，而附着系数主要取决于道路状况（道路种类、干湿程度等）、车轮状况（车轮的类型、气压、新旧程度等）以及车轮相对于地面的运动状态。,车轮滑动率：,滑移即车轮存在被拖着向前的情况；滑转即车轮存在原地打转的情况。A、滑移率S1来表征即S1=(vwr)/v100%a、当v=wr时S1=0车轮做纯滚动（最佳）b、当wr=0时S1=100%车轮被抱死，做纯滑动（应防止）c、当wr时0S1100%车轮边滚边滑，行驶中既滚动又滑动B、滑转率S2来表征即S2=(wrv)/wr100%a、当v=wr时S2=0车轮做纯滚动（最佳）b、当v=0时S2=100%车轮在路面上做纯滑转（应防止）c、当vwr时0S2100%车轮边滚边滑转，行驶中既滚动又滑动,驱动防滑系统的理论基础,C、车轮滑动率对附着系数的影响：,分析,车轮滑动率的大小对车轮与地面附着系数有很大的影响。右面给出了在不同路面上弹性轮胎与路面间的附着系数和滑动率S的一般性关系：,驱动防滑系统的理论基础,滑动率与纵向附着系数的关系由上图可以看出：,（1）附着系数随路面的不同而呈大幅度的变化；（2）在各种路面上，S=20%左右时，附着系数达到峰值；（3）上述趋势无论制动还是驱动几乎一样。（4）汽车滑转率与附着系数的关系和滑移率与附着系数的关系基本相同。但是滑转率所指的只是针对驱动轮胎。对其他的非驱动轮胎不适用。（5）图中制动时的滑转率就是滑移率。,驱动防滑系统的功能：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%），使汽车获得较大的纵向和横向附着力。（S=17%时，纵向附着力最大）,驱动防滑系统的理论基础,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,A、ASR的电控单元（ECU）1、ASR的ECU是以微处理器为核心，配以输入输出电路及电源等组成。2、ASR与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控制器与ABS电控单元常组合在一起。,C、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。3ASR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。,B、ASR的执行机构1、单独方式的制动压力调节装置与ABS制动压力调节装置在结构上各自独立2、组合方式的ASR制动压力调节器ABS/ASR组合压力调节器,ASR的基本组成：,返回,ASR系统的基本控制原理是在车轮滑转时，将滑转率控制在最佳滑转率（10%30%）范围内，从而获得较大的附着系数，使路面能提供较大的附着力，车轮的驱动力能够得到充分利用。ASR系统的主要功能是：在车轮开始滑转时，通过降低发动机的输出转矩等来减小传递给车轮的驱动力，防止驱动力超过轮胎与路面的附着力而导致驱动轮滑转，提高车辆通过性，改善汽车的方向操纵性和行驶稳定性。,ASR的控制原理：,ASR的控制原理：,ASR的控制原理与ABS的控制原理基本上是相同的。ASR的电子控制装置（通常情况下是与ABS的电子控制装置是结合在一起使用）通过对各个传感器输送过来的信号进行处理。当发现汽车的某个驱动车轮要发生滑转现象时，ASR的电子控制装置就会对各执行机构发出信号进行调节驱动力矩或制动力矩，使驱动车轮避免发生滑转现象。,ASR系统只有在车轮发生滑转时才工作，在其余时间内，ASR系统只是处于准备工作状态，不干预常规驾驶。如果ASR系统出现故障，则系统自动切断所有相关信号，发动机和制动系统恢复到没有装备ASR系统的模式下工作。,ASR的控制原理：,返回,ASR的控制方法：,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,返回,1。发动机输出转矩控制,发动机输出转矩控制是最早应用的驱动防滑控制方式图所示。在附着系数较小的路面上或车辆行驶速度较高情况下，驱动轮发生过度打滑现象，只要适当减小发动机的输出转矩，就可以把传递到驱动轮上的转矩控制在一定值，以便控制驱动轮打滑的程度，有效降低滑移率。,发动机对输出转矩控制有3种方式:节气门开度调节、点火参数调节和燃油供给量调节。,1)节气门开度调节。节气门开度调节是指在原节气门管路上再串联一个副节气门，通过传动机构来控制其开度的大小，从而改变进气量，调节输出转矩。这种控制方式操纵稳定性较差，牵引性很差，但舒适性很好。,汽油机输出转矩的调节是通过副节气门来实现的。副节气门的执行器安装在节气门体上，ASR的电子控制单元传送信号来控制副节气门的开启角度，从而控制进人发动机的空气量，达到控制发动机输出转矩的目的。,1。发动机输出转矩控制,发动机输出转矩控制,副节气门的执行器一般由步进电动机和传动机构组成，步进电动机根据ASR控制单元输出的脉冲信号转动规定的转角，通过传动机构带动辅助节气门转动。传动机构主要通过装在壳体上的旋转轴、主动齿轮、齿扇等实现对副节气门开度的控制，主动齿轮装在旋转轴的末端，它能带动安装在副节气门轴末端的凸轮轴齿轮旋转，以此来控制副节门的开启角度.,副节气门执行器不动作时，副节气门全开，如下图(a)所示，此时发动机输出达到最大;当需要适当减小输出转矩时，副节气门执行器使副节气门阀打开一半如图(b)所示);若需要大大降低输出转矩时，副节气门执行器使副节气门全闭如图(c)所示。,(a)全开(b)开一半(C)全闭1.小齿轮;2.齿扇;3.主节气门阀;4.副节气门执行器阀,1。发动机输出转矩控制,2)点火参数调节。点火参数调节是对点火提前角进行控制或对是否点火进行控制。减小点火提前角，可以适度减小输出转矩。若减小点火提前角后驱动轮打滑仍然持续加剧，则可暂时停止点火和供油。点火参数调节控制快捷、反应迅速(反应时间为30-10OmS)快，操纵稳定性较好，但舒适性较差,影响汽车寿命,还使排放恶化.,3)燃油供给量调节。减少供油和暂停供油，可以减小转矩，这是现代驱动防滑控制系统中比较容易的控制方式。这种控制方式通常和燃油电子控制结合在一起使用。,返回,1。发动机输出转矩控制,驱动轮制动调节：,当驱动轮出现打滑时，直接向该轮上施加制动力矩，使车轮转速将至最佳的滑动率范围内，由于制动压力直接施加到打滑的车轮上，因此，这种方法的响应时间是最短的。它可与发动机转矩控制联合使用，当汽车在附着系数分离的路面上行驶时，通过对处于低附着系数路面上的驱动轮施加一定的制动力矩，使高附着系数路面上的驱动轮产生更大的驱动力矩，从而提高汽车的总驱动力。这种方法需要对制动时间进行限制以免制动器过热。此外，如果汽车出于附着系数分离路面上时，只对打滑驱动轮施加制动，可能导致两侧驱动轮驱动力相差较大，产生一个横摆力矩，在车辆高速行驶时，这种情况对车辆稳定性不利，因此这种方法适用于车速较低的工况。,如图所示，高附着系数路面上驱动轮的驱动力为Fh，低附着系数路面上驱动轮的驱动力为Fl.根据差速器转矩等量分配特性，汽车驱动力只取决于低附着系数路面上的驱动力Fl，此时，汽车的最大驱动力Fmax=2Fl.为了阻止低附着系数路面上行驶的驱动轮滑转，对其施加一个制动力Fb，这样便可以获得更大的驱动力。此时，汽车的最大驱动力Fmax=Fh+Fl=2Fl+Fb,返回,驱动轮制动调节：,差速器锁止控制:,返回,普通的开式差速器左右轮输出相同的转矩，在路面两侧附着系数相差很大时，高一侧驱动轮的驱动力得不到充分发挥，限制了车辆的牵引性。锁定差速器和黏性耦合差速器虽然提高了车辆的牵引性，但损害了车辆的稳定性。防滑差速器可以根据路面条件在一定程度上锁止，使左右驱动轮的输出转矩根据锁定比和路面情况而不同。该控制方式只适合后轮驱动车，较驱动轮驱动力矩控制成本要高。,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。油压逐渐降低时，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。,离合器或变速器控制：,离合器是汽车传动系统中直接与发动机相连接的部件，它的其中一个功用就是限制传动系统所承受的最大转矩，防止传动系统过载。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,离合器或变速器控制：,变速器的一个功用就是能够改变传动比，扩大驱动轮转矩和转速的变化范围，以适应经常变化的行驶条件，如起步，加速，上坡等，同时使发动机在有利的工况下工作。在ASR系统中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。由于离合器和变速器控制响应较慢，变化突然，所以一般不作为单独的控制形式，而且由于压力和磨损等问题，使其应用也受到很大限制。,返回,采用电控悬架实现车轮载荷分配：,传统悬架系统使用的是定刚度弹簧和定阻尼系数减震器，只能适应特定的道路和行驶条件，无法满足变化莫测的路面情况和汽车行驶状况，只能被动地接受地面对车身的各种作用力，不能主动去进行调节。故又称为被动悬架系统。电控悬架系统的最大优点是悬架随不同的路况和行驶状态作出不同的反应，即可使汽车的乘坐舒适性令人满意，又能使操纵稳定性达到最佳状态。利用传感器（包括开关）检测汽车行驶时路面的状况和车身的状态，输入ECU后进行处理，然后通过驱动电路控制悬架系统的执行器动作，完成悬架特性参数的调整,采用电控悬架实现车轮载荷分配：,在各驱动轮的附着条件不一致时，可以通过电控悬架的主动调整使载荷较多的分配在附着条件较好的驱动轮上，使各驱动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，使各驱动车轮的附着力差异减少，从而有利于各驱动车轮之间牵引力的平衡，提高汽车的行驶方向的稳定性。目前，在ASR领域中电控悬架参与控制技术还处于理论探索阶段，而且这项技术较为复杂，成本高，在ASR领域中很少采用,总结,当汽车行驶在易滑的路面上时，没有ASR的汽车加速时驱动轮容易打滑，如果是后驱动轮打滑，车辆容易甩尾，如果是前驱动打滑，车辆方向容易失控。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。总之，ASR可以最大限度利用发动机的驱动力矩，保证车辆起动、加速和转向过程中的稳定性。如左图所示，为有无ASR系统的对比,视频演示,总结,上述几种控制方式各有其优缺点和局限性，实际应用中通常是各种控制方式结合应用，下图对比了上述几种方式及其组合方式的特点。目前在ASR系统中，广泛采用的是发动机节气门调节和驱动轮制动力矩调节的控制方式,返回,防滑转控制系统的控制过程:,图3LEXUSLS400的ASR,防滑转控制系统控制部件安装位置:,A、主要组成主要由轮速传感器，ASR/TRC，ECU，ABS执行器（制动压力调节器），TRC制动执行器（隔离电磁阀总成和制动供能总成），副节气门位置传感器等组成。,防滑转控制系统的控制过程:,B、工作过程（1）未进入工作状态时在ABS/TRC未进入防抱死制动和驱动防滑转控制时，制动压力调节器以及TRC隔离电磁阀总成中的各个电磁阀都不通电，各电磁阀处于状态，制动总泵至各车轮制动分泵的制动液油路都处于流通状态。蓄能器中制动液的压力保持在一定的范围内，控制副节气门是步进电动机不通电，副节气门处于全开位置。（2）驾驶员踩下制动踏板时1常规制动时，当驾驶员踩下制动踏板进行制动时，制动总泵中的制动液通过个调压电磁阀进入制动总泵，各制动分泵的制动压力随制动总泵输出的制动液压力而变化2ABS工作时，在制动过程中，若ECU根据转速传感器输入的信号判断出有车轮趋于抱死时，ABS/TRC系统就进入防抱死制动的减压保压增压的循环过程。,防滑转控制系统的控制过程:,3驱动轮滑转时在汽车起步、加速和行驶过程中，ECU根据轮速传感器输入的信号，判定驱动轮（LS400为后轮）的滑移率超过门限值时，就进入驱动防滑转控制过程。ECU首先使控制副节气门的步进电动机通电运转，减小节气门的开度来减小进入发动机的进气量，使发动机的输出转矩减小。当ECU判定需要对驱动车轮进行制动介入时，就将TRC隔离电磁阀总成中的三个隔离电磁阀通电，使制动总泵隔离电磁阀处于关闭状态，使蓄能器隔离电磁阀和储液器隔离电磁阀处于流通状态。此时，蓄能器中被加压是制动液会通过蓄能器隔离电磁阀、后轮三位三通调压电磁阀进入后轮的制动分泵，使后轮制动分泵中的制动压力增大。,防滑转控制系统的控制过程:,防滑转控制系统的结构特点:,目前，各个国家在各种不同的车型上装备的驱动防滑系统ASR的结构和工作过程都不尽相同，但在以下几个方面却又基本相同：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选择开关将ASR关闭，ASR关闭指示灯会自动点亮。2)ASR处于关闭状态时，副节气门将自动处于全开位置；ASR制动压力调节装置也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，驾驶员踩下制动踩板进行制动时，ASR将会自动退出防滑转调节过程，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才进行防滑转调节，而当车速达到一定值以后(如120km/h或80km/h)，ASR将会自动退出防滑转调节过程。,5)ASR在其工作车速范围内通常具有不同的优先选择性，车速较低时以提高牵引力作为优先选择，此时对两驱动车轮施加的制动力矩可以不同，即对两后制动轮缸的制动压力进行分别调节。而在车速较高时，则以提高行驶方向稳定性为优先选择，此时，对两驱动车轮施加的制动力矩将是相同的，即对两后制动轮缸的制动压力进行一同调节。6)ASR都具有自诊断功能，一旦发现存在影响系统正常工作的故障时，ASR将会自动关闭，并向驾驶员发出警示信号。,返回,防滑转控制系统的结构特点:,目前，虽然ABS/ASR已经广泛应用，但控制方法还是以逻辑门限值控制为主。该控制方法虽比较简单，但逻辑复杂，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，采用逻辑门限值控制的ABS/ASR系统通用性比较差，需要针对不同的车型重新开发。,防滑转控制系统存在的问题:,ABS/ASR控制技术的提高减小体积与质量，简化结构控制功能的扩展与集成与其他控制系统的信息交换和共享，提高整体控制性能,驱动防滑系统的发展:,先进的测试手段线制动系统BBW（Brake-by-Wire）电子制动系统EBS（ElectronicallyControlledBrakingSystem）,驱动防滑系统的发展:,返回,通过先进的测试手段可进一步完善ABS/ASR功能。例如，ABS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，ABS控制时的滑移率不能保证其准确性。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，可提高ABS/ASR的控制效果。,驱动防滑系统的发展:,返回,线制动系统BBW（Brake-by-Wire）是制动控制系统的发展方向之一。BBW将传统制动系统中的液压油或空气等传力介质完全由电制动取代，电能作为能量来源。制动时由电动机驱动制动钳块，整个系统内没有液、气压管路，可省略许多管路和传感器，因而结构简捷。BBW由电线传递能量，数据线传递信号，制动反应时间缩短，极大地提高了汽车的制动安全性，并为将来的智能汽车控制提供条件。此外，在电子控制系统中设计相应程序，操纵电控元件来控制制动力的大小及各轴制动力分配，可完全实现ABS及ASR等功能。BBW是一种全新的制动理念，但仍有一些问题需要解决：目前车辆的12V/2