汽車電子控制技術(shù)第9章驅(qū)動防滑系統(tǒng)控制

1、汽車電子控制技術(shù)汽車電子控制技術(shù)第第9章章 驅(qū)動防滑系統(tǒng)控制驅(qū)動防滑系統(tǒng)控制9.1 9.1 ASR系統(tǒng)的基本原理和方法系統(tǒng)的基本原理和方法9.2 9.2 ASR系統(tǒng)的基本組成和原理系統(tǒng)的基本組成和原理9.39.3 ABS/ASR綜合控制系統(tǒng)綜合控制系統(tǒng)9.49.4 ABS/ASR典型系統(tǒng)分析典型系統(tǒng)分析9.5 9.5 集中控制系統(tǒng)框架下的底盤控制集中控制系統(tǒng)框架下的底盤控制功能功能：ASR系統(tǒng)是防止汽車在驅(qū)動過程中車輪滑轉(zhuǎn)。系統(tǒng)是防止汽車在驅(qū)動過程中車輪滑轉(zhuǎn)。9.1 9.1 ASR系統(tǒng)的基本原理和方法系統(tǒng)的基本原理和方法驅(qū)動防滑控制系統(tǒng)驅(qū)動防滑控制系統(tǒng)或或加速防滑控制系統(tǒng)加速防滑控制系統(tǒng)(Ac

2、celeration Slip Regulation，簡稱，簡稱ASR)制動防抱死系統(tǒng)制動防抱死系統(tǒng)( Antilock Braking System，簡稱，簡稱ABS)功能功能： ABS是防止汽車在制動過程中車輪被抱死。是防止汽車在制動過程中車輪被抱死。 因因ASR主要是通過牽引力控制來實現(xiàn)防驅(qū)動車輪主要是通過牽引力控制來實現(xiàn)防驅(qū)動車輪滑轉(zhuǎn)滑轉(zhuǎn)控控制，又稱為制，又稱為牽引力控制系統(tǒng)。牽引力控制系統(tǒng)。(Traction Control System, 簡稱簡稱TCS)。式中：式中： Mn 驅(qū)動輪轉(zhuǎn)矩，驅(qū)動輪轉(zhuǎn)矩， Nm ； r 驅(qū)動車半徑，驅(qū)動車半徑， m ； 9.1.1 9.1.1 ASR基

3、本原理基本原理按照汽車行駛理論分析，主動車輪按照汽車行駛理論分析，主動車輪正常驅(qū)動的條件正常驅(qū)動的條件為為Ft F F = FZ 式中：式中：Ft 驅(qū)動輪驅(qū)動力，驅(qū)動輪驅(qū)動力，N； F 附著力，附著力， N；Ft =Mn /r式中：式中： FZ 驅(qū)動輪對地面正壓力，驅(qū)動輪對地面正壓力，N ； 驅(qū)動輪與地面的附著系數(shù)。驅(qū)動輪與地面的附著系數(shù)。3）附著系數(shù)）附著系數(shù) 只有車輪只有車輪滑移率滑移率處于特定的數(shù)值范圍時才處處于特定的數(shù)值范圍時才處 于最大值（數(shù)值第于最大值（數(shù)值第8章分析）章分析） 。2）附著力）附著力F 的大小取決于驅(qū)動輪對地面的附著系數(shù)，的大小取決于驅(qū)動輪對地面的附著系數(shù)，1）車輪

4、）車輪正常驅(qū)動時，正常驅(qū)動時，驅(qū)動力驅(qū)動力Ft的最大值不僅與驅(qū)動輪轉(zhuǎn)的最大值不僅與驅(qū)動輪轉(zhuǎn) 矩有關(guān)，取決于附著力矩有關(guān)，取決于附著力F 的大小。的大小。 車輪驅(qū)動力車輪驅(qū)動力超過輪胎與路面間的附著極限，即超過輪胎與路面間的附著極限，即Ft F ，則驅(qū)動輪產(chǎn)生則驅(qū)動輪產(chǎn)生過度滑轉(zhuǎn)過度滑轉(zhuǎn)。1. 車輪正常驅(qū)動條件分析車輪正常驅(qū)動條件分析1.1.驅(qū)動輪與地面的附著條件未變驅(qū)動輪與地面的附著條件未變 發(fā)動機功率突然加大，驅(qū)動輪轉(zhuǎn)矩發(fā)動機功率突然加大，驅(qū)動輪轉(zhuǎn)矩Mn 隨之增大；隨之增大； 發(fā)動機功率突然變小且仍處于驅(qū)動狀況（傳動系統(tǒng)仍然發(fā)動機功率突然變小且仍處于驅(qū)動狀況（傳動系統(tǒng)仍然連接），發(fā)動機對車輪

5、有制動影響。連接），發(fā)動機對車輪有制動影響。2. 驅(qū)動輪產(chǎn)生滑轉(zhuǎn)現(xiàn)象原因驅(qū)動輪產(chǎn)生滑轉(zhuǎn)現(xiàn)象原因2. 驅(qū)動輪轉(zhuǎn)矩驅(qū)動輪轉(zhuǎn)矩Mn未變未變 發(fā)動機維持正常的動力，但驅(qū)動輪與地面的附著系數(shù)發(fā)動機維持正常的動力，但驅(qū)動輪與地面的附著系數(shù) 突然變小；突然變??； 驅(qū)動輪與地面的附著系數(shù)為極小時；驅(qū)動輪與地面的附著系數(shù)為極小時； 以上條件使得驅(qū)動條件以上條件使得驅(qū)動條件Ft =Mn /r FZ 打破，必然產(chǎn)打破，必然產(chǎn)生驅(qū)動輪滑轉(zhuǎn)現(xiàn)象。生驅(qū)動輪滑轉(zhuǎn)現(xiàn)象。1）汽車在）汽車在起步時起步時、再加速情況下再加速情況下驅(qū)動輪驅(qū)動輪滑轉(zhuǎn)，降低汽車滑轉(zhuǎn)，降低汽車 驅(qū)動力，損失發(fā)動機的轉(zhuǎn)矩。驅(qū)動力，損失發(fā)動機的轉(zhuǎn)矩。3. 驅(qū)

6、動輪驅(qū)動輪滑轉(zhuǎn)對汽車行駛的影響滑轉(zhuǎn)對汽車行駛的影響2）汽車）汽車轉(zhuǎn)向時轉(zhuǎn)向時、在非線性路面在非線性路面驅(qū)動輪驅(qū)動輪滑轉(zhuǎn)；滑轉(zhuǎn)；破壞車輛的破壞車輛的 穩(wěn)定和操縱性，產(chǎn)生交通隱患。穩(wěn)定和操縱性，產(chǎn)生交通隱患。3）后輪驅(qū)動）后輪驅(qū)動滑轉(zhuǎn)滑轉(zhuǎn)的汽車將可能甩尾，的汽車將可能甩尾，4）前輪驅(qū)動）前輪驅(qū)動滑轉(zhuǎn)滑轉(zhuǎn)的汽車則容易方向失控，導(dǎo)致汽車向一的汽車則容易方向失控，導(dǎo)致汽車向一 側(cè)偏移。側(cè)偏移。1）提高地面附著力的利用率，提供最大的驅(qū)動力；）提高地面附著力的利用率，提供最大的驅(qū)動力；2）提高）提高汽車加速性能汽車加速性能；3）降低汽車能耗。降低汽車能耗。 1）保持汽車行駛時的方向穩(wěn)定性，操縱穩(wěn)定性）保持汽

7、車行駛時的方向穩(wěn)定性，操縱穩(wěn)定性 2） 提高汽車的平順性。提高汽車的平順性。 3） 減小輪胎的磨損減小輪胎的磨損4. ASR系統(tǒng)的功用系統(tǒng)的功用改善驅(qū)動性能改善驅(qū)動性能提高行車的安全性、舒適性提高行車的安全性、舒適性5. ASR與與ABS的比較的比較ASR是防止汽車在是防止汽車在驅(qū)動過程驅(qū)動過程中中車輪滑轉(zhuǎn)車輪滑轉(zhuǎn)。ABS是防止汽車在是防止汽車在制動過程制動過程中中車輪被抱死車輪被抱死。 ASR和和ABS根據(jù)地面根據(jù)地面附著系數(shù)附著系數(shù)和車輪和車輪滑移率滑移率的關(guān)系，的關(guān)系，把車輪滑移率控制在一定范圍內(nèi)，把車輪滑移率控制在一定范圍內(nèi)，提高車輪與地面附著力提高車輪與地面附著力的利用率的利用率，改

8、善，改善驅(qū)動驅(qū)動或或制動制動性能。性能。ASR的控制對象主要是的控制對象主要是驅(qū)動車輪驅(qū)動車輪。ABS的控制對象是的控制對象是所有車輪所有車輪。 ABS與與ASR都是通過控制作用于車輪上的轉(zhuǎn)矩而實現(xiàn)都是通過控制作用于車輪上的轉(zhuǎn)矩而實現(xiàn)滑移率控制，滑移率控制， 根據(jù)正常驅(qū)動的條件根據(jù)正常驅(qū)動的條件Ft =Mn /r F ，車輛的車輛的ASR基本控制方法有：基本控制方法有： 1）降低驅(qū)動輪轉(zhuǎn)矩）降低驅(qū)動輪轉(zhuǎn)矩Mn； 2）提高驅(qū)動輪與地面的附著力）提高驅(qū)動輪與地面的附著力F 。9.1.2 ASR9.1.2 ASR系統(tǒng)基本控制方法系統(tǒng)基本控制方法 ASR與與ABS技術(shù)上有十分密切的聯(lián)系，部分軟、硬件技

9、術(shù)上有十分密切的聯(lián)系，部分軟、硬件可以共用?？梢怨灿?。 ABS的傳感器和壓力調(diào)節(jié)器均可為的傳感器和壓力調(diào)節(jié)器均可為ASR所利用；所利用； ABS的電子控制裝置只需要在功能上進行相應(yīng)的擴展的電子控制裝置只需要在功能上進行相應(yīng)的擴展即可用于即可用于ASR裝置。裝置。 通常把二者有機地結(jié)合起來，通常把二者有機地結(jié)合起來，形成汽車形成汽車ABS/ASR控制控制系統(tǒng)系統(tǒng) 。 調(diào)節(jié)發(fā)動機的輸出轉(zhuǎn)矩從而降低驅(qū)動輪的轉(zhuǎn)矩，以滿調(diào)節(jié)發(fā)動機的輸出轉(zhuǎn)矩從而降低驅(qū)動輪的轉(zhuǎn)矩，以滿足足 Ft =Mn /r F 。 具體措施有：具體措施有： 1）調(diào)整點火時刻：減小點火提前角。）調(diào)整點火時刻：減小點火提前角。 2）調(diào)節(jié)燃油

10、供給量：降低燃油供給量。）調(diào)節(jié)燃油供給量：降低燃油供給量。 3）調(diào)節(jié)進氣量：減小節(jié)氣門開度。）調(diào)節(jié)進氣量：減小節(jié)氣門開度。1.1.發(fā)動機輸出轉(zhuǎn)矩控制發(fā)動機輸出轉(zhuǎn)矩控制 對出現(xiàn)滑轉(zhuǎn)趨勢的驅(qū)動輪直接實施制動，降低車輪的對出現(xiàn)滑轉(zhuǎn)趨勢的驅(qū)動輪直接實施制動，降低車輪的驅(qū)動力以滿足驅(qū)動力以滿足Ft =Mn /r F 。2.2.驅(qū)動輪制動控制驅(qū)動輪制動控制 當某一驅(qū)動輪出現(xiàn)全滑轉(zhuǎn)狀況是，系統(tǒng)自動運行鎖止當某一驅(qū)動輪出現(xiàn)全滑轉(zhuǎn)狀況是，系統(tǒng)自動運行鎖止驅(qū)動輪差速器，強迫處于附著狀況較好的驅(qū)動輪提供牽引驅(qū)動輪差速器，強迫處于附著狀況較好的驅(qū)動輪提供牽引力，使車輛擺脫困境。力，使車輛擺脫困境。3.3.差速鎖控制差

11、速鎖控制差速器？ 傳遞推進軸的回轉(zhuǎn)動力至后左右輪所需之差異的旋轉(zhuǎn)傳遞推進軸的回轉(zhuǎn)動力至后左右輪所需之差異的旋轉(zhuǎn)速度，使汽車能夠自由轉(zhuǎn)彎行駛的一種齒輪裝置。速度，使汽車能夠自由轉(zhuǎn)彎行駛的一種齒輪裝置。輪間差速器輪間差速器：裝在同一驅(qū)動橋兩側(cè)驅(qū)動輪之間的差速器。：裝在同一驅(qū)動橋兩側(cè)驅(qū)動輪之間的差速器。軸間差速器軸間差速器：裝在在多軸驅(qū)動汽車的各驅(qū)動橋之間的差：裝在在多軸驅(qū)動汽車的各驅(qū)動橋之間的差 速器。速器。 ABS傳感系統(tǒng)提供的減速度、輪速等運動狀況的信息傳感系統(tǒng)提供的減速度、輪速等運動狀況的信息亦可作為亦可作為ASR ECU 的輸入信息。但的輸入信息。但ASR傳感系統(tǒng)必須向傳感系統(tǒng)必須向ECU

12、提供車輪是處于制動狀況或驅(qū)動狀況的信息。提供車輪是處于制動狀況或驅(qū)動狀況的信息。9.2 9.2 ASR系統(tǒng)的基本組成和原理系統(tǒng)的基本組成和原理1. ABS與與ASR可各自采用單獨的可各自采用單獨的ECU；2. 對采用集成控制系統(tǒng)的車輛對采用集成控制系統(tǒng)的車輛ABS與與ASR可共用一個可共用一個ECU； 或采用單獨的或采用單獨的ECU實行并行單獨處理，通過實行并行單獨處理，通過ECU間通訊間通訊 互相應(yīng)證?；ハ鄳?yīng)證。 9.2.19.2.1傳感系統(tǒng)傳感系統(tǒng)9.2.29.2.2電子控制單元電子控制單元 ASR 控制模式出現(xiàn)故障時，控制模式出現(xiàn)故障時，ECU 能自動轉(zhuǎn)為常規(guī)能自動轉(zhuǎn)為常規(guī)人工控制模式。

13、人工控制模式。 主要采用的方法是進氣量控制，具體手段是在發(fā)動機主主要采用的方法是進氣量控制，具體手段是在發(fā)動機主節(jié)氣門的前面設(shè)置一個節(jié)氣門的前面設(shè)置一個副節(jié)氣門副節(jié)氣門。 正常工作狀況或制動狀況時，副節(jié)氣門全開；正常工作狀況或制動狀況時，副節(jié)氣門全開； 防滑轉(zhuǎn)狀況時，調(diào)節(jié)副節(jié)氣門的開度。防滑轉(zhuǎn)狀況時，調(diào)節(jié)副節(jié)氣門的開度。9.2.3 9.2.3 執(zhí)行系統(tǒng)執(zhí)行系統(tǒng)1.1.發(fā)動機轉(zhuǎn)矩控制執(zhí)行系統(tǒng)發(fā)動機轉(zhuǎn)矩控制執(zhí)行系統(tǒng) 在在ABS壓力調(diào)節(jié)裝置上增設(shè)壓力調(diào)節(jié)裝置上增設(shè)ASR控制系統(tǒng)的控制通道，控制系統(tǒng)的控制通道，實現(xiàn)對驅(qū)動輪的制動控制。實現(xiàn)對驅(qū)動輪的制動控制。ABS工作時，工作時， ASR自動退出工自動

14、退出工作。作。2.2.驅(qū)動輪控制執(zhí)行系統(tǒng)驅(qū)動輪控制執(zhí)行系統(tǒng)3.3.差速器鎖止控制差速器鎖止控制 ABS與與ASR都是通過控制作用于車輪上的轉(zhuǎn)矩而實現(xiàn)都是通過控制作用于車輪上的轉(zhuǎn)矩而實現(xiàn)滑移率控制。現(xiàn)代車輛滑移率控制?，F(xiàn)代車輛ABS/ASR系統(tǒng)將系統(tǒng)將ABS與與ASR控制實控制實現(xiàn)資源共享、互為補充，形成現(xiàn)資源共享、互為補充，形成ABS/ASR綜合控制系統(tǒng)。綜合控制系統(tǒng)。9.39.3 ABS/ASR綜合控制系統(tǒng)綜合控制系統(tǒng)ECU輪輪 速速 信信 號號節(jié)節(jié) 氣氣 門門 信信 號號制動踏板信號制動踏板信號加速踏板信號加速踏板信號輪缸壓力輪缸壓力調(diào)節(jié)器調(diào)節(jié)器節(jié)氣門開度節(jié)氣門開度調(diào)節(jié)器調(diào)節(jié)器指示信號指示

15、信號發(fā)動機發(fā)動機車車 輪輪駕駛員駕駛員 ABS與與ASR都需要確定車輪運行工況，包括：都需要確定車輪運行工況，包括： 正常工況判斷：輪速正常工況判斷：輪速 ； 制動工況判斷：制動踏板；制動工況判斷：制動踏板； 滑轉(zhuǎn)工況的判斷：加速踏板；滑轉(zhuǎn)工況的判斷：加速踏板；9.3.1 9.3.1 確定車輪運行工況確定車輪運行工況發(fā)動機轉(zhuǎn)矩控制；發(fā)動機轉(zhuǎn)矩控制；ABS壓力調(diào)節(jié)裝置控制；壓力調(diào)節(jié)裝置控制；ABS與與ASR工作狀況的轉(zhuǎn)換。工作狀況的轉(zhuǎn)換。9.3.2 9.3.2 驅(qū)動輪防滑控制驅(qū)動輪防滑控制1）各車輪的轉(zhuǎn)速信號；）各車輪的轉(zhuǎn)速信號；2）節(jié)氣門的位置信號；）節(jié)氣門的位置信號；3）制動踏板的制動信號；

16、）制動踏板的制動信號；4）發(fā)動機轉(zhuǎn)速信號；）發(fā)動機轉(zhuǎn)速信號；9.49.4 ABS/ASR典型系統(tǒng)分析典型系統(tǒng)分析下面以下面以Bosch公司公司ABS/ASR 2U系統(tǒng)為典型進行分析。系統(tǒng)為典型進行分析。9.4.19.4.1基本功能分析基本功能分析1.1.傳感系統(tǒng)的輸入信號傳感系統(tǒng)的輸入信號ABS/ASR的的ECU獲得的傳感信號有：獲得的傳感信號有：5）變速器檔位信號；）變速器檔位信號；6）駐車信號；）駐車信號；7）ASR工作狀態(tài)選擇信號；工作狀態(tài)選擇信號；8）巡航車速信號）巡航車速信號 。 如環(huán)境溫度、發(fā)動機水溫、制動液、變速器潤滑液如環(huán)境溫度、發(fā)動機水溫、制動液、變速器潤滑液等信號。等信號。

17、輔助信號：輔助信號： 1 1）ABSABS壓力調(diào)節(jié)裝置控制：四通道壓力調(diào)節(jié)裝置；壓力調(diào)節(jié)裝置控制：四通道壓力調(diào)節(jié)裝置； 2 2）發(fā)動機轉(zhuǎn)矩控制：）發(fā)動機轉(zhuǎn)矩控制：調(diào)節(jié)副節(jié)氣門的開度；調(diào)節(jié)副節(jié)氣門的開度； 3）節(jié)氣門松弛裝置：該裝置與巡航系統(tǒng)共用。）節(jié)氣門松弛裝置：該裝置與巡航系統(tǒng)共用。2.2.執(zhí)行系統(tǒng)執(zhí)行系統(tǒng) 以車輛速度為判斷條件，以車輛速度為判斷條件， ABS/ASR確定不同的控制。確定不同的控制。1. ASR控制控制 車速：車速： 80km，僅采用發(fā)動機轉(zhuǎn)矩控制。，僅采用發(fā)動機轉(zhuǎn)矩控制。2. ABS控制控制 控制過程基本同上控制過程基本同上9.4.29.4.2控制過程分析控制過程分析 現(xiàn)代

18、汽車控制技術(shù)正朝著集中綜合控制方向發(fā)展。通現(xiàn)代汽車控制技術(shù)正朝著集中綜合控制方向發(fā)展。通過中央底盤控制器，將制動、懸架、轉(zhuǎn)向、動力傳動等控過中央底盤控制器，將制動、懸架、轉(zhuǎn)向、動力傳動等控制系統(tǒng)通過總線進行連接，形成制系統(tǒng)通過總線進行連接，形成一體化底盤控制系統(tǒng)一體化底盤控制系統(tǒng)。9.59.5集中控制系統(tǒng)框架下的底盤控制集中控制系統(tǒng)框架下的底盤控制聯(lián)合聯(lián)合信息信息傳感傳感系統(tǒng)系統(tǒng)中中 央央處理器處理器ECU制動制動/ /驅(qū)動驅(qū)動發(fā)動機發(fā)動機懸懸 架架轉(zhuǎn)轉(zhuǎn) 向向傳動系傳動系其它系統(tǒng)其它系統(tǒng)車輛動力性車輛動力性車輛經(jīng)濟性車輛經(jīng)濟性車輛穩(wěn)定性車輛穩(wěn)定性車輛安全性車輛安全性車輛操縱性車輛操縱性車輛舒適

19、性車輛舒適性其它性能其它性能傳統(tǒng)控制的傳統(tǒng)控制的子系統(tǒng)，亦稱為子系統(tǒng)，亦稱為基礎(chǔ)功能層，主要有：基礎(chǔ)功能層，主要有： 1）發(fā)動機控制系統(tǒng)：）發(fā)動機控制系統(tǒng)：EFI、DLI、EGR等；等； 2）ABS/ASR控制系統(tǒng)；控制系統(tǒng)； 3）主動懸架控制系統(tǒng)（）主動懸架控制系統(tǒng)（A-SUS）; 4）動力轉(zhuǎn)向控制系統(tǒng)（）動力轉(zhuǎn)向控制系統(tǒng)（PAS）。）。9.5.19.5.1底盤集中控制系統(tǒng)的基本結(jié)構(gòu)與原理底盤集中控制系統(tǒng)的基本結(jié)構(gòu)與原理 對傳統(tǒng)控制的對傳統(tǒng)控制的子系統(tǒng)進行協(xié)調(diào)。以獲得車輛的動力性、子系統(tǒng)進行協(xié)調(diào)。以獲得車輛的動力性、舒適性、安全性、穩(wěn)定性、排放性綜合最佳。舒適性、安全性、穩(wěn)定性、排放性綜合最佳。1.1.基礎(chǔ)控制硬件層基礎(chǔ)控制硬件層2.2.性能控制層性能控制層 協(xié)調(diào)車輛控制系統(tǒng)的處理結(jié)果與環(huán)境的關(guān)系，包括