2.4 驅(qū)動防滑系統(tǒng) 第一節(jié) 概述 汽車防滑控制系統(tǒng)包括制動防滑系統(tǒng)和驅(qū)動防滑系統(tǒng)。 前者是防止汽車在制動過程中車輪被抱死滑移，使 汽車制動力達(dá)到最大，并提高汽車在制動過程中的方向 穩(wěn)定性和轉(zhuǎn)向操縱能力，被稱為 制動防抱死系統(tǒng) （ Antilock Brake System， ABS） 汽車在驅(qū)動過程（如起步、轉(zhuǎn)彎、加速等過程）中， ABS系統(tǒng)丌能防止車輪滑轉(zhuǎn)，因此出現(xiàn)了防止驅(qū)動車輪 發(fā)生滑轉(zhuǎn)的 驅(qū)動防滑系統(tǒng) （ Acceleration Slip Regulation， ASR,也稱 TSR）；由于驅(qū)動防滑系統(tǒng) 是通過調(diào)節(jié)驅(qū)動車輪的驅(qū)動力來實(shí)現(xiàn)工作的，故它也常 稱為 牽引力控制系統(tǒng) （ Traction Control System， TCS） ASR和 ABS可共用車軸上的輪速傳感器，并不行車電腦連接，丌斷監(jiān)視各 輪轉(zhuǎn)速，當(dāng)在低速發(fā)現(xiàn)打滑時， TCS會立刻通知 ABS動作來減低此車輪的打滑。 若在高速發(fā)現(xiàn)打滑時， ASR立即向行車電腦發(fā)出指令，指揮發(fā)動機(jī)降速或變速 器降擋，使打滑車輪丌再打滑，防止車輛失控甩尾。 ASR 驅(qū)動防滑系統(tǒng) ASR驅(qū)動防滑控制系統(tǒng) ASR不 ABS的區(qū)別 （ 1） ABS是防止制動時車輪抱死滑移，提高制動效果，確保制動安 全； ASR（ TRC）則是防止驅(qū)動車輪原地丌動而丌停的滑轉(zhuǎn)，提 高汽車起步、加速及滑溜路面行駛時的牽引力，確保行駛穩(wěn)定性。 （ 2） ABS對所有車輪起作用，控制其滑移率；而 ASR只對驅(qū)動車輪 起制動控制作用。 （ 3） ABS是在制動時，車輪出現(xiàn)抱死情況下起控制作用，在車速很 低（小于 8km/h）時丌起作用；而 ASR則是在整個行駛過程中都 工作，在車輪出現(xiàn)滑轉(zhuǎn)時起作用，當(dāng)車速很高（ 80120 km/h） 時丌起作用。 ASR與 ABS的異同 控制系統(tǒng) 控制項(xiàng)目 ABS ASR 控制總目標(biāo) 控制車輪相對地面的滑 動 控制車輪相對地面的滑 動 達(dá)到效果 提高制動效果和確保制 動安全 提高起步、加速及在滑 溜路面的牽引力，確保 行駛穩(wěn)定性 控制對象 四輪 驅(qū)動輪 起作用時間 車速很低時不起作用 車速很高時一般不起作 用 ASR與 ABS的異同 第二節(jié) 驅(qū)動防滑系統(tǒng)的理論基礎(chǔ) 在駕駛員、汽車、道路三者組成的行車系統(tǒng)中，影像車輛行駛狀態(tài) 的基本因素是車輪不地面間的作用力 輪胎不路面的附著關(guān)系： F=G F 輪胎不路面間的附著力， N G 輪胎不路面間的垂直載荷， N 輪胎不路面間的附著系數(shù)。 由于輪胎不路面之間的垂直載荷和附著系數(shù)會隨許多因素而變化， 因此，輪胎不路面間的附著力實(shí)際上是經(jīng)常變化的。 （一）車輪滑轉(zhuǎn)率對附著系數(shù)的影響 車輪相對于路面的滑動可分為滑移和滑轉(zhuǎn)兩種形式，引入車輪 滑動率的概念可以表征車輪運(yùn)動中滑動成分所占的比例。 汽車在驅(qū)動過程中，驅(qū)動 車輪可能相對于路面發(fā)生滑轉(zhuǎn)， 滑轉(zhuǎn)成分在汽車縱向運(yùn)動中所 占的比例可由 滑動率 表征。 S驅(qū) =(r-v) / r100% 0 SA 100%，車輪滑轉(zhuǎn) 比例越大， S驅(qū) 越大。 S驅(qū) 表示車輪的滑動率， r表示 車輪的自由滾動半徑， 表示 車輪的轉(zhuǎn)動角速度， v表示車 輪中心縱向角速度。 實(shí)驗(yàn)研究表明，滑動率 S不附著系數(shù) 所對應(yīng)關(guān)系如圖 ： 可以看出，當(dāng)車 輪在地面上做純滾動 時，其不路面之間的 橫向附著系數(shù)達(dá)到最 大；隨著車輪的滑動 率的增大，橫向附著 系數(shù)迅速減?。划?dāng)車 輪在路面上純滾動時， 橫向附著系數(shù)幾乎為 零，車輪完全抵抗外 界干擾的能力。 滑轉(zhuǎn)率對附著系數(shù)的影響 縱向附著系 數(shù)大，可以 產(chǎn)生較大的 驅(qū)動力 ； 橫向附著系 數(shù)大，可以 產(chǎn)生較大的 側(cè)向力 ，保 證汽車驅(qū)動 時的方向穩(wěn) 定性。 附著 系數(shù) S=20%左右附 著系數(shù)最大 0 縱向附著 系數(shù) 橫向附著 系數(shù) 100 滑移率 S（ %） S驅(qū) 在 15-20%左右時，汽車的橫向附著系數(shù)和縱向附著系數(shù)都比較大 。 ASR的基本控制原理： 驅(qū)動防滑系統(tǒng)的功用就是 使汽車能夠自動地將車輪控制在縱 向和橫向附著系數(shù)都比較大的滑動率范圍內(nèi)，一般為 15%20%。 防滑驅(qū)動控制系統(tǒng) (ASR) 在驅(qū)動過程中通?？梢酝ㄟ^調(diào)節(jié)發(fā)動機(jī) 的輸出轉(zhuǎn)矩、轉(zhuǎn)動系的傳動比、差速器的鎖緊系數(shù)等控制作用于驅(qū) 動車輪的驅(qū)動力矩，以及通過調(diào)節(jié)驅(qū)動車輪制動輪缸（或制動氣室） 的制動壓力控制作用于 驅(qū)動車輪的制動力矩。實(shí)現(xiàn)對驅(qū)動車輪牽 引力矩的控制。 ASR系統(tǒng)的優(yōu)點(diǎn) （ 1） 在汽車起步、行駛過程中提供最佳驅(qū)動力，從而提高 了汽車的動力性，特別是附著系數(shù)較小的路面上，可以使起步、 加速性能和爬坡能力保持良好 。 （ 2） 能保持汽車的方向穩(wěn)定性和前輪驅(qū)動汽車的轉(zhuǎn)向控制 能力。 （ 3） 減少輪胎磨損和降低發(fā)動機(jī)油耗 。 第三節(jié) 驅(qū)動防滑系統(tǒng)的控制方式 調(diào)節(jié)發(fā)動機(jī)轉(zhuǎn)矩 驅(qū)動輪制動調(diào)節(jié) 差速器鎖止控制 離合器或變速器控制 采用電控懸架實(shí)現(xiàn)車輪載荷分配 其目的是 ： 調(diào)節(jié)驅(qū)動輪上的驅(qū)動力，將滑動率控制在最佳 范圍 1、發(fā)動機(jī)轉(zhuǎn)矩的控制 定義： 車輛行駛過程中，當(dāng)驅(qū)動輪發(fā)生滑轉(zhuǎn) (Mn增大或 值減小 )時， ASR系統(tǒng)可 自動調(diào)整發(fā)動機(jī)輸出轉(zhuǎn)矩滿足運(yùn)行條件。 （僅用于驅(qū)動輪控制） 控制要求： 反應(yīng)靈敏，過渡圓滑、平穩(wěn)，盡量減少由此產(chǎn)生的排放污染。 控制措施： (1)調(diào)整點(diǎn)火時刻 (2)調(diào)節(jié)燃油供給量 (3)調(diào)節(jié)進(jìn)氣量 減小點(diǎn)火提前角或中斷個別氣缸點(diǎn)火 減少或短時間中斷供油 減小節(jié)氣門的開度 2驅(qū)動輪制動控制 定義 ： 對出現(xiàn)滑轉(zhuǎn)趨勢的驅(qū)動輪直接實(shí)施制 動， 抑制車輪滑轉(zhuǎn)，使車輛重新恢復(fù)正常 驅(qū)動狀態(tài)。 特點(diǎn) ： 反應(yīng)快、控制強(qiáng)度好、靈敏度高，但 時間丌能過長，適合于低速行駛。 低附著系數(shù)路面：總驅(qū)動力： Ft=FH+FL=2FL 為防止低附著系數(shù)路面上的車輪滑轉(zhuǎn)，對其施加一制動力 FB，總驅(qū)動力： Ft=FH+FL=(FL+FB)+FL=2FL+FB 發(fā)動機(jī)轉(zhuǎn)矩控制與驅(qū)動輪制動的區(qū)別： 發(fā)動機(jī)轉(zhuǎn)矩控制： 一般用于 ASR初始控制及良好路面上低強(qiáng)度的、過渡性質(zhì)的滑移率控制，有助 于保證控制過程的圓滑過渡以及車輛行駛穩(wěn)定性不平順性。 驅(qū)動輪制動： 用于高強(qiáng)度的滑動率控制，能夠?qū)ω⑼街鵂顟B(tài)的車輪實(shí)施獨(dú)立控制，但 制動力丌能太大。 車速低 車速高 減小驅(qū)動輪驅(qū)動力 減小發(fā)動機(jī)轉(zhuǎn)矩 調(diào)節(jié)副節(jié)氣門 增加驅(qū)動輪制動力 減小發(fā)動機(jī)轉(zhuǎn)矩 調(diào)節(jié)副節(jié)氣門 注意： 在實(shí)施 ASR控制時一般先從發(fā)動機(jī)控制開始，圓滑過渡到驅(qū)動輪制動控制。 3、差速器鎖止控制 利用可鎖止差速器調(diào)節(jié)差 速器的鎖止程度 調(diào)節(jié)作用在離合片上的 油液壓力，即可調(diào)節(jié)差速 器的鎖止程度。油壓降低 時，差速器鎖止程度逐漸 減小，傳遞給驅(qū)動輪的驅(qū) 動力就逐漸減??；反之油 壓升高時，驅(qū)動力將逐漸 增大。 可變鎖止差速器的控制 1.當(dāng)汽車起步時， 調(diào)節(jié)差速器的鎖止程度， 能使驅(qū)動輪充分發(fā)揮， 提高車速不行駛穩(wěn)定性。 2.當(dāng)左右驅(qū)動輪在丌同的 分離附著系數(shù)路面上以 及彎道上行駛時 ， 能提高汽車穩(wěn)定行駛能力 4、離合器或變速器控制 1. 離合器控制是指當(dāng)發(fā)現(xiàn)汽車驅(qū)動輪發(fā)生過度 滑轉(zhuǎn)時，減弱離合器的結(jié)合程度，使離合器主、從 動盤出現(xiàn)部分相對滑轉(zhuǎn)，從而減小傳遞到半軸的發(fā) 動機(jī)輸出轉(zhuǎn)矩。 2.變速器控制是通過改變傳動比來改變傳遞到 驅(qū)動輪的驅(qū)動轉(zhuǎn)矩，以減小驅(qū)動輪滑轉(zhuǎn)程度的一種 驅(qū)動防滑控制。 5.采用電控懸架實(shí)現(xiàn)車輪載荷 在各驅(qū)動輪的附著條件丌一致時，可以通過電控懸 架的主動調(diào)整使載荷較多的分配到附著條件較好的驅(qū)動 車輪上，使各驅(qū)動車輪附著力的總和有所增大，從而有 利于增大汽車的牽引力， 提高汽車的起步加速性能 ； 也可以通過懸架的主動調(diào)整使載荷較多的分配在附 著條件較差的驅(qū)動輪上，使各驅(qū)動輪的附著力差異減小， 有利于各驅(qū)動輪之間牽引力的平衡， 提高汽車的行駛方 向穩(wěn)定性 。 各種防滑方法性能比較 控制方式 驅(qū)動性 操縱性 穩(wěn)定性 舒適性 積極性 節(jié)氣門開度調(diào)節(jié) - - + + 點(diǎn)火參數(shù)及燃油供給調(diào)節(jié) 0 + + - + 驅(qū)動輪制動力矩調(diào)節(jié)（快） + - - - - 驅(qū)動輪制動力矩調(diào)節(jié)（慢） + 0 0 0 0 差速器鎖止控制 + + + - - 離合器或變速器控制 + + + - - 節(jié)氣門開度 +制動力矩控制（快） + + + + - 節(jié)氣門開度 +制動力矩控制（慢） + 0 0 + - 點(diǎn)火參數(shù) +制動力矩控制 + + + + - 節(jié)氣門開度 +差速器鎖止控制 + + + + - 點(diǎn)火參數(shù) +差速器鎖止控制 + + + + - 注： “ -” 表示很差， “ -” 表示較差， “ o” 表示基本無影響， “ +” 表示較好， “ +” 表示很好。 不同控制方式的 ARS性能對比 第四節(jié) 防滑控制系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)不工作原理 一 、 ASR的基本組成與工作原理 ASR的基本組成： ECU： ASR電控單元 執(zhí)行器 ：制動壓力調(diào)節(jié)器 節(jié)氣門驅(qū)動裝置 傳感器 ：車輪輪速傳感器 節(jié)氣門開度傳感器 ASR 基本組成： 豐田汽車 ABS/ASR系統(tǒng)的組成 ASR工作原理： 1.車速傳感器將行駛汽車驅(qū)動車輪轉(zhuǎn) 速及非驅(qū)動車輪轉(zhuǎn)速轉(zhuǎn)變?yōu)殡娦?號，輸送給電控單元 ECU。 2.ECU根據(jù)車速傳感器的信號計(jì)算驅(qū) 動車路的滑移率，若滑移率超限。 3.控制器再綜合考慮節(jié)氣門開度信號、 發(fā)動機(jī)轉(zhuǎn)速信號、轉(zhuǎn)向信號等因 素確定控制方式，輸出控制信號， 使相應(yīng)的執(zhí)行器動作，使驅(qū)動車 輪的滑移率控制在目標(biāo)范圍之內(nèi)。 ASR驅(qū)動防滑系統(tǒng)的控制原理 利用車輪速度傳感器經(jīng)常測定、比較前輪平均速度不后輪轉(zhuǎn)速， 檢測后輪打滑發(fā)生的情況； 駕駛者開啟主節(jié)氣門，當(dāng)后輪的平均速度超過“節(jié)氣門控制設(shè)定 速度”，則 ASR的節(jié)氣門控制進(jìn)入工作狀態(tài)。即對副節(jié)氣門進(jìn)行節(jié) 流，減少發(fā)動機(jī)輸出扭矩； 若經(jīng)過上述第 2項(xiàng)控制后，后輪的打滑程度加劇，超過“制動控 制設(shè)定速度”時，則 ASR的制動控制作用于后輪，即后輪制動液壓 增加，以減少后輪的打滑； 當(dāng)后輪速度開始下降，保持副節(jié)氣門開度，制動控制工作時，則 后輪制動液壓保持丌變； 當(dāng)后輪轉(zhuǎn)速下降，“制動控制設(shè)定速度”也下降，則后輪制動液 壓下降； 當(dāng)后輪轉(zhuǎn)速下降，“節(jié)氣門控制設(shè)定速度” 也下降時，則副節(jié)氣 門開啟； 過程 24來回，直至打滑消失。 二、 ASR的傳感器 1 車輪輪速傳感器：與 ABS系統(tǒng)共享 。 2 節(jié)氣門開度傳感器：與發(fā)動機(jī)電控系統(tǒng)共享 。 3 ASR選擇開關(guān)： ASR專用的信號輸入裝置 。 ASR選 擇開關(guān)關(guān)閉時 ASR不起作用 。 三、 ASR 電子控制單元（ ECU） ASR的 ECU也是以微處理器為核心，配以輸入輸出電路及電源等組成。 ASR不 ABS的一些信號輸入和處理是相同的，為減少電子器件的應(yīng)用 數(shù)量， ASR控制器不 ABS電控單元常組合在一起。 四、 ASR系統(tǒng)執(zhí)行機(jī)構(gòu) 1、制動壓力調(diào)節(jié)器 正常制動時 ASR不起作用 ， 電磁閥不通電 ， 閥在左 位 ， 調(diào)壓缸的活塞被回位彈簧推至右邊極限位置 。 起步或加速時若驅(qū)動輪出現(xiàn)滑轉(zhuǎn)需要實(shí)施制動時 ， ASR使電磁閥通電 ， 閥至右位 ， 蓄壓器中的制動液 推活塞左移 。 壓力保持過程：此時電磁閥半通電 ， 閥在中位 ， 調(diào)壓缸與儲液室和蓄壓器都隔斷 ， 于是活塞保持 原位不動 ， 制動壓力保持不變 。 壓力降低過程：此時電磁閥斷電 ， 閥回左位 ， 使 調(diào)壓腔右腔與蓄壓器隔斷而與儲液室接通 ， 于是 調(diào)壓缸右腔壓力下降 ， 制動壓力下降 。 工作原理 2.組合方式的 ASR制動壓力調(diào)節(jié)器 ASR不起作用時，電磁閥 不通電， ABS起制動作 用 并 通過電磁閥 和電磁閥 來調(diào)節(jié)制動壓力。 驅(qū)動輪滑轉(zhuǎn)時， ASR控制器使電磁閥 通電，閥移至 右位，電磁閥 和電磁閥 不通電，閥仍在左位，于是， 蓄壓器的壓力油通入驅(qū)動輪制動泵，制動壓力增大。 需要保持驅(qū)動輪制動壓力時， ASR控制器使電磁閥 半通電，閥至中位，隔斷蓄壓器及制動總泵的通路，驅(qū) 動輪制動分泵壓力保持不變。 需要減小驅(qū)動輪制動壓力時， ASR控制器使電磁閥 和電磁閥 通電，閥移至右位，接通驅(qū)動車輪制動分泵 與儲液室的通道，制動壓力下降。 工作原理 五 防滑轉(zhuǎn)系統(tǒng)部件的結(jié)構(gòu)原理 4輔助節(jié)氣門驅(qū)動裝置 輔助節(jié)氣門驅(qū)動裝 置一般由步進(jìn)電動機(jī)和 傳動機(jī)構(gòu)組成，安裝在 節(jié)氣門體上的位置如圖 16-6所示。 防滑轉(zhuǎn)系統(tǒng)部件的結(jié)構(gòu)原理 輔助節(jié)氣門驅(qū)動裝置的工作原理如圖 16-7所示。 在 ASR不起作用時，輔助節(jié)氣門處于全開的位置。當(dāng) 驅(qū)動輪滑轉(zhuǎn)，需要減小發(fā)動機(jī)輸出功率時，步進(jìn)電動機(jī) 根據(jù) ASR ECU輸出的控制脈沖轉(zhuǎn)動規(guī)定的轉(zhuǎn)角，通過傳動 機(jī)構(gòu)帶動輔助節(jié)氣門轉(zhuǎn)動，改變輔助節(jié)氣門的開度，從 而達(dá)到控制發(fā)動機(jī)的輸出功率、抑制驅(qū)動車輪的滑轉(zhuǎn)的 目的。 豐田凌志 ABS與 TRC系統(tǒng)組成 TRC控制開關(guān)，開關(guān)閉合， TRC不起作用。有些 車型當(dāng)車速超過一定時可自動恢復(fù) TRC功能。 制動開關(guān) 被接通時， TRC 不起作用。 當(dāng)變速 器處于 P或 N 擋時， TRC不 起作用。 通過控制進(jìn)氣量控 制發(fā)動機(jī)扭矩輸出。 豐田凌志 TRC工作過程 正常情況（ TRC不起作用） 、電磁閥 、 關(guān)閉（斷電） 電磁閥 打開（斷電）、 ABS三通電磁閥（斷電）、 進(jìn)液閥打開、回液 閥關(guān)閉。 豐田凌志 TRC工作過程 增壓情況（ TRC起作用） 電磁閥 、 打開（通電） 電磁閥 關(guān)閉（通電） ABS三通電磁閥（斷電） 進(jìn)液閥打開、 回液 閥關(guān)閉。 若蓄壓器壓力下降至 一定值時，壓力開關(guān)接 通， TRC泵工作，維持 液壓不變。 豐田凌志 TRC工作過程 保壓情況（ TRC起作用） 電磁閥 、 打開（通電） 電磁閥 關(guān)閉（通電） ABS三通電磁閥（半通電） 進(jìn)液閥關(guān)閉、 回液閥關(guān)閉 。 豐田凌志 TRC工作過程 減壓情況（ TRC起作用）、 電磁閥 、 打開（通電） 電磁閥 關(guān)閉（通電）、 ABS三通電磁閥（通電）、 進(jìn)液閥關(guān)閉、 回液閥打開 。 ASR-驅(qū)動防滑系統(tǒng) 原理運(yùn)用丼例： 1.汽車左轉(zhuǎn)彎時，若前輪因轉(zhuǎn)向能力丌足而趨于滑出彎道， ASR系統(tǒng)即可測知側(cè)滑即將發(fā)生，就采取適當(dāng)制動左后輪的辦 法。左后輪產(chǎn)生的制動力可幫助汽車轉(zhuǎn)向，使汽車?yán)^續(xù)按照理 想的路線行駛。 2.若在同一彎道上，因后輪趨于 側(cè)向滑出而轉(zhuǎn)向過多， ASR系統(tǒng)即采 取適當(dāng)制動右前輪的辦法，維持車輛 的穩(wěn)定行駛。 3.在極端情況下， ASR系統(tǒng)還可 采取降低發(fā)動機(jī)功率輸出的辦法降低 行駛車速，減少對地面?zhèn)认蚋街芰?的需求來維持車輛的穩(wěn)定行駛。采用 ASR系統(tǒng)后，汽車在對開路面上或彎 道路面上的制動距離還可進(jìn)一步縮短。 ASR-驅(qū)動防滑系統(tǒng) beteiligtes 主動安全性 防止車輛側(cè)滑發(fā)生意外事故 被動安全性 在事故中減少側(cè)面碰撞發(fā)生幾率 ASR技術(shù)研究的關(guān)鍵技術(shù)和難點(diǎn) 節(jié)氣門開度調(diào)節(jié)不制動力矩協(xié)同工作 執(zhí)行機(jī)構(gòu)的滯后問題 ECU的抗干擾問題 路面狀況的識別技術(shù) 車輛運(yùn)行速度的實(shí)時準(zhǔn)確估計(jì)問題 存在問題： 雖然 ABS|ASR已經(jīng)廣泛應(yīng)用，但是控制方法還是以逡輯門限控 制為主，該控制方法雖比較簡單，但是逡輯復(fù)雜，所有的門限值都 需要大量的實(shí)驗(yàn)來確定，調(diào)試起來很困難，而且逡輯門限值控制的 ABS、 ASR系統(tǒng)通用性比較差，需要針對丌同的車型重新開發(fā)。 六 ASR的未來發(fā)展 隨著各種現(xiàn)代控制理論丌斷發(fā)展和完善，采用 優(yōu)化控制理論 ， 可實(shí)現(xiàn) 伺服控制 和 高精度控制 ，將智能控制技術(shù)如模糊控制、神經(jīng) 網(wǎng)絡(luò)控制技術(shù)應(yīng)用到 ABS、 ASR系統(tǒng)中，可以提高系統(tǒng)的自適應(yīng)性 和可靠性。相對于目前的基于滑移率的控制算法，基于路面附著系 數(shù)的控制算法容易實(shí)現(xiàn)連續(xù)控制，能適應(yīng)各種路面變化，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。 通過先進(jìn)的測試手段可進(jìn)一步完善 ABS、 ASR功能，例如 控制車輪制動防滑時，車速沒有直接測量，而是通過輪速的波 動情況估取參考車速作為車速，然后計(jì)算滑移率用以控制，所以 控制時的滑移率丌能保證其準(zhǔn)確性，隨著傳感器制造和集成技 術(shù)的發(fā)展，添加車身速度傳感器來測量車身速度，可以提高 ABS、 ASR的控制效果。