No.004 驱动轮防滑系统/牵引力控制系统(ASR/TCS/TRC)

一 前言

在冰雪路面驾车时,如果油门踩得大了,会出现车轮在路面滑转而汽车不走的情况,同时汽车也会出现甩尾(后轮驱动)或跑偏(前轮驱动);还有在电影中经常看到,那些大马力的汽车在起步和急加速时,车轮在地面上会急速的滑转,卷起一阵烟尘,然后再绝尘而去。这些情况是比较危险的,很容易发生事故。那么如何控制这种情况的发生呢?这就涉及到汽车上的一个装置:ASR系统,也就是驱动防滑系统。

北方下雪,南方下雨,中原泥泞,八亿农民,不少人开车回到农村老家过年,在上述些特殊情况下有一个安全保障系数较高的ASR系统是非常必要,为了安全拥有这样的配置,是非常值得的。

二 概述

驱动(轮)防滑系统(Acceleration Slip Regulation,ASR)是车辆重要的主动安全技术之一,其功能是防止车辆在大加速度/低附着路面工况下轮胎过度滑转,提高车辆的安全性。可根据汽车的行驶行为使汽车驱动轮在恶劣路面或复杂路面条件下得到最佳纵向驱动力,能够在驱动过程中,特别在起步、加速、转弯等过程中防止驱动轮过度滑转,使得汽车在驱动过程中保持方向稳定性和转向操纵能力,并提高加速性能。由于ASR多是通过调节驱动轮的驱动力实现控制的,因此称驱动力控制系统(Traction Control  System,TCS),又由于主要是通过调节驱动轮的牵引力实现对车轮的防滑转控制,使汽车在各种行驶状况下都能获得最佳的牵引力,因此也称牵引力控制系统,在日本等地还称之为循迹控制系统(TRC或TRAC)。ASR与TCS都是防止车辆在起步、加速时驱动轮打滑的装置,只不过不同车型的叫法不同,各个品牌对它的简称也不一样,例如奔驰叫ASR、丰田等日系车型叫TRC或TRAC、宝马的叫DTC、凯迪拉克的叫TCS等,虽然简称不同,但是功能都一样。

汽车防滑是非常实用的一种技术,应用范围广泛,不仅仅应用在日常的道路行驶中,在特殊环境同样适用,比如在积雪、结冰或潮湿泥泞的环境。防滑链是车辆外挂防滑设备,而ABS、ASR、ESP是从“内部”防止汽车滑移、避免安全隐患的系统。ASR是继ABS后采用的一套防滑控制系统,ASR驱动力控制是建立在ABS基础之上的,没有ABS系统的车辆,不能够完全实现牵引力控制;也是ABS功能的进一步发展和重要补充,是ABS技术的延伸和扩展,ASR系统和ABS系统密切相关,ASR用的四轮速传感器、制动部分的执行器制动压力调节器、电子控制器和ABS都是共用的,ASR和ABS的工作原理方面有许多共同之处,通常将两者组合在一起使用,构成具有制动防抱死和驱动轮防滑转控制(ABS/ASR)系统,也构成汽车行驶的主动安全系统。ASR系统属于汽车主动安全装置,作为汽车主动安全方面的一个杰出成果而被运用在很多车型上,ASR装配的第一辆车,是在1987年的奔驰的S级轿车上,目前一些中高级轿车和高级大客车安装了ABS/ASR装置。

ASR是控制车辆在雪地或者泥泞路面上防止打滑而发生甩尾和横移的一个配置;EPS是它的升级版本,实际已经包含了ASR系统,也可以说是ASR的一个最高形式,现在ARS系统已经纳入了ESP系统,会最大效用的起到安全的作用。从ABS、ASR到ESP系统,看到了汽车控制技术的飞速发展。相信在不久的将来,汽车会变得越来越安全,越来越智能。

三 定义

驱动(轮)防滑系统是根据驱动轮和传动轮的转数来判定驱动轮是否发生打滑现象,进而抑制驱动轮转速的一种防滑控制系统,是一套基于ABS系统一起对有滑转趋势的驱动轮进行控制的系统。

既然是防滑,ABS与ASR的设计依据必然要涉及一个叫做“滑动率”的东西。汽车的速度是由轮子的转速所决定的,轮子转得快汽车跑得快,轮子转得慢汽车跑得慢,似乎轮子的转速等于汽车的速度。但是在现实中,由于轮胎的变形、打滑等因素,车轮速度与汽车速度之间总是存在着差值,这个差值与汽车速度的比率就是滑动率。实验证明只有将滑动率控制在一定的范围之内,轮胎才具有最大的附着力,汽车运行才是最安全的。因此,ABS与ASR的主要功能就是将滑动率控制在一个设定的范围内。

当车轮转动而车身不动或是汽车的移动速度低于转动车轮的线速度时,车轮胎面与地面之间就有相对的滑动,这种滑动称为“滑转”,以区别于汽车制动时车轮抱死而产生的车轮“滑移(拖滑)”。

当制动器制动力超过地面附着力时,车轮会产生滑移,地面附着力不够时易发生。当车轮滑移时,车轮被制动抱死,如果前轮抱死,将使前轮失去转向能力;若后轮抱死,将使车辆侧滑甚至甩尾。在发生人身伤亡的交通事故中,在潮湿路面上约有1/3与侧滑有关,在冰面路面上有70%~80%与侧滑有关。

当驱动轮驱动力大于地面所能够提供的最大附着力时,车轮会产生滑转,起步或加速时易发生。当车轮在泥泞的路面滚动时,出现车轮的转速大于汽车的实际车身行驶速度,此时车轮发生了滑转。驱动轮的牵引力减小,导致汽车起步性能、加速性能和滑溜路面的通过性能下降,并且会降低行驶稳定性,当轮胎的滑转率适中时,汽车能获得最大的驱动力。

四 组成

1.ASR系统主要由ECU、执行器、传感器和开关等组成,包括轮速传感器、ABS/

ASR ECU、ABS执行器、ASR执行器、副节气门控制步进电机和主、副节气门位置传感器、节气门开度传感器、电子控制单元、液压调节器(电磁阀)、节气门驱动装置和ASR选择开关等。

典型ASR的组成

(1)传感器

1)轮速传感器:一般轮速传感器与ABS共用,主要完成驱动轮和从动轮车速的检测,产生与轮速成正比的正玄交流信号,经过处理后并将轮速信号传送给ABS和ASR系统的控制单元ECU。

2)节气门开度传感器:用于检测主、副节气门的开启角度和位置并将这些信号传送给发动机和自动变速器的电控制单元ECU。

(2)控制单元

ECU是ASR系统的核心,具有运算功能,控制单元通过传感器输入和实车状态计算驱动车轮的滑转率,如果滑转率超出了目标范围,则综合前后轮速传感器传送的信号及发动机和自动变速器的电控单元中节气门开度信号来判断汽车的行驶条件,经过分析判断确定控制方式,对副节气门执行器、制动执行器发出指令,执行器完成对发动机供油系统或点火系统的控制,或对制动压力进行调整,将驱动车轮的滑转率控制在目标范围之内。

(3)执行机构

ASR系统的执行器主要是ASR制动执行器和副节气门执行器。前者根据从ABS和ASR系统电控单元传来的信号,为ABS制动执行提供液压;后者根据ASR电控单元传来的信号,控制副节气门的开启角。

1)电磁阀:电磁阀是电子控制系统和液压控制系统的中间连接元件,它既是电子控制系统的执行元件,又是液压调节系统的开关元件,它的作用就是将控制单元的指令转变为液压调节系统中油路开启关闭动作的切换,进而实现对制动轮缸的液压控制。

2)节气门驱动装置:由步进电机和传动机构组成,根据ASR控制器输出的控制脉冲转动规定的转角,通过传动机构带动辅助节气门转动。

3)制动压力调节器

ASR制动执行器由两部分组成,一部分是制动供能总成,由液压泵9、蓄能器10和压力传感器12组成;另一部分是电磁阀总成,由3个二位二通电磁阀组成。

作用:执行ASR ECU的指令对滑转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,通过电磁阀调节驱动制动压力的大小。

结构型式:单独方式和组合方式

①单独方式: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。

②组合方式:ASR制动压力调节器和ABS制动压力调节器组合成一整体。

(4)ASR指示灯和选择开关

在行车当中,ASR灯亮说明车辆的牵引力控制系统可能存在故障,应尽快将车辆送到维修店进行检修,通常是由线路故障引起的,需要用故障诊断仪来查找故障原因,修复后再消除故障灯显示。ASR灯亮起也有可能是按到了ASR的关闭按钮(ESP OFF按键),可以尝试着再按下按键,再查看仪表盘上的指示灯有没有消除。

2.典型的具有制动防抱死和驱动防滑功能的汽车防滑控制系统其中,一些车上的ABS和ASR的部分构件是共用的,包括ASR用的四轮传感器、制动部分的执行器制动压力调节器、电子控制单元(ECU)和ABS都是共用的,只在通往驱动车轮制动轮缸的制动管路中增设一个驱动防滑系统制动压力调节装置;从油门加速踏板到汽油机节气门(柴油机喷油泵操纵杆)之间的机械连接被电控油门装置所代替,在由加速踏板控制的主节气门上方增设一个由步进电机控制的副节气门,并在主、副节气门外各设置一个节气门开度传感器,即可实现驱动防滑控制。

3.上图二所示为发动机节气门开度调节与驱动轮制动力矩综合应用的ASR系统示意图。该系统是在ABS基础上发展起来的,它与ABS共用轮速传感器、液压驱动元件灯,并扩展了ECU功能,增设了ASR制动执行器、节气门执行器、ASR开关指示灯以及ASR诊断系统等。

汽车行驶时,当车轮速度高于10km/h时,ASR系统便开始监测驱动轮的驱动特性,各轮速传感器将采集到的信号传给ECU,经ECU处理后,得到各驱动轮的速度和加速度。当车速小于逻辑门限速度(一般取40~50km/h)时,再进一步识别驱动轮的滑转率,如果发现某一驱动轮发生过度滑转,ECU就指令ASR制动系统制动滑转轮,

并根据滑转轮的滑转情况改变制动力,直至滑转率在要求范围内。如果另一驱动轮也发生滑转,当其滑转率刚好超过逻辑门限值后,ECU便指令节气门执行器减小节气门开度,降低发动机输出转矩。若车速大于逻辑门限值,如果驱动轮发生滑转,ECU便指令节气门执行器减小节气门开度,从而使汽车驱动轮始终处于最佳的滑转范围内。如果ASR系统的某个部件发生故障,ASR诊断系统将通过仪表盘上的指示灯指示。

当一个驱动轮打滑(即车轮滑转率超过它们的逻辑门限值),且车速低于40~50km/h时,采用制动控制;当车速大于40~50km/h时,采用发动机控制。当两个驱动轮同时打滑时,则采用发动机控制,在某些路况下两种控制要同时起作用。

三 原理

1. 基础理论

(1)汽车行驶的附着条件 汽车行驶时,随着传递到驱动轮转矩的增大,汽车的驱动力随之增大,但当驱动力达到地面附着力时,如果传递到驱动轮上的转矩继续增大,驱动轮将在地面上滑转,驱动力将被限制在地面附着力之内。因此汽车行驶的附着条件是:

式中  Ft-汽车驱动力(N);Mn-作用于驱动轮上的转矩(N·m);r-车轮半径;Fz-地面对车轮的法向反作用力; ϕ-车轮与地面之间的附着系数。

1)如果车辆在摩擦很小的路面上起动或迅速加速时,驱动轮就会高速滑转,这不但会导致扭矩损失,还可能使车辆打滑。

2)发动机能传至车轮的最大扭矩,是由路面与轮胎表面之间的摩擦系数决定的。如试图将超过这个最大值的扭矩传送至车轮,就很容易使车轮滑转。

3)大多数情况下,当试图使车辆迅速起步时,驾驶员会猛踩下加速踏板,驱动轮滑转,使牵引力和扭矩都受到损失。

(2)汽车牵引力的来源分析

在物理学中,常遇到有关牵引力问题,如何正确理解汽车牵引力问题?各种刊物时有文章阐述“汽车牵引力问题”:有对汽车牵引力概念作研究的,有关于牵引力做功与否争论的。仔细看来,关于汽车牵引力的理解主要有以下两种说法:

1)说法一

牵引力是由地面对驱动轮的摩擦力产生的,牵引力是地面对驱动轮的摩擦力。汽车的发动机驱动驱动轮转动,由于轮胎和地面之间有摩擦,车轮向后推地面,地面给车轮一个向前的反作用力,使汽车前进,即产生了汽车的牵引力。如果把后轮架空,不让它与地面接触,只是让发动机驱动驱动轮转动,由于车轮不推地面,地面也不产生向前推车的力,汽车就不能前进。

这种说法的理由主要是:如果牵引力是由汽车发动机产生的使汽车运动的力,如把这牵引力看作内力,在回答牵引力使汽车产生加速度的问题时,内力又不能产生加速度,是摩擦力产生了加速度,这里似乎是个矛盾。

①从力的定义角度看

力是物体之间的相互作用,任何力都不能脱离施力物体和受力物体而独立存在,汽车是一个受力物体,总不至于只有一个受力物体就产生汽车牵引力,而必须有施力物体地面,如果没有地面摩擦力汽车就无法前进。

②从驱动轮的受力分析来看

驱动轮在硬路面上行驶时,其受力如图所示,图中,FZ是地面支持力,Fp2是车身通过连接点给与车轮的作用力,Tt是车轮的驱动力矩,FX2为地面摩擦力,FZ·a是滚动阻力矩。不考虑车轮转动惯量,对车轮旋转中心列力矩方程如下:

Tt-FX2·r-FZ·a=0

以地面支持力接触为参考点力矩平衡:

Tt-Fp2·r-FZ·a=0

两式联立即可得:

Fp2=Fx2

Fp2的反作用力作用在车上,这个反作用力就是车前进的动力F牵,由牛顿第三定律:

F牵=Fp2

所以 F牵=Fx2

从以上分析看出:发动机施加扭转力于车轮的轴上,驱动轮通过轴又给了庞大车身向前运动的牵引力,通过分析发现这个牵引力恰好等于地面给车轮(主动轮)向前的摩擦力。

发动机通过正时链条对车轮有了扭转力

从上图中可以看出,驱动轮受到的地面摩擦力与车轮滚动方向相同,为车辆的行驶提供驱动力。

所以说,从本质上讲,牵引力是为以效果命名的等效力,这个力在数值上恰好等于地面对主动轮的摩擦力。

2)说法二

牵引力是发动机给车身的内力,是由汽车发动机通过传动系统作用于驱动轮的力矩产生的使汽车运动的力。牵引汽车运动的真正动力来自发动机的动力矩,是属于内力而不是静摩擦力,牵引力不是驱动轮受到的静摩擦力。这种说法的理由主要是:汽车牵引力做功使汽车前进,汽车受地面的静摩擦力位移为零,对汽车不做功,如果静摩擦力是牵引力的话,那岂不是牵引力做功为零,如果这样,汽车还能前进吗?

①从做功的角度来看这个问题。

选地面为参考系,地面静摩擦力Fx2并不对主动轮做功,而是发动机扭转力偶矩Tt和车身给车轮的力Fp2对主动轮做功。不考虑车轮的质量(转动惯量),则有

M·θ-Fp2 ·△x=0

其中,扭转力偶矩M做功与参考点选择无关(θ为主动轮相对转轴转过的角度),M·θ就是发动机对主动轮所做的功;而车身前进位移为

△x=V·△t

由此可知发动机的输出功率为

△P=△W/△t

=M·△θ/△t

=Fp2 ·△x/△t

=Fp2·V

在数值上:△P=Fp2·V=F牵·V=Fx2·V

即发动机功率数值等于主动轮所受摩擦力的功率,也等于车轮对车身牵引力的功率。

发动机性能数值

②从能量守恒定律能量转化角度来看

汽车从低速到高速行驶,动能增加需要牵引力对它做功。对无滑滚动的车轮来说,受到的是静摩擦力不是主动产生的,只有在车轮对地面有相对运动的趋势时才会发生。虽然水平路面给车轮以静摩擦力,对汽车起牵引作用的是静摩擦力,但是静摩擦力对汽车是不做功的(汽车受地面的静摩擦力位移为零),没有能量转化给汽车,从能量转化角度来看汽车总动能的增加必定是其它能量转化来的,根据能量守恒定律,只能是发动机通过消耗汽油的化学能转化为汽车的动能。

牵引力做功的实质是力矩做功,是属于汽车内力做功。牵引力做功,将发动机的部分动能传给车轮,使车轮动能增大,牵引力做了多少功就有多少机械能传给车轮;与此同时,车轮要克服由于车胎的变形以及各种阻力做功转化为内能,导使车轮动能减小,在牵引力等于阻力的情况下,车轮勾速转动,汽车动能不变,机械能不变。如果汽车在水平路面上加速运动,牵引力大于阻力的情况下,汽车的动能逐渐增大,这时,发动机内力做功将传动系统传来的有用机械能的一部分用来克服各种阻力做功转化为内能,一部分用来增加汽车的动能。

③从质点系动能定律看

例如人的跑步,如果加速跑,则人的动能加大,显然地面同样对人没有做功,是人自己消耗能量对自己做功!内力可以做功吗?当然可以!子弹打木块作为系统,则二者之间的摩擦为内力不但做功还产生内能!物理中的动能定理是对单一质点而言的:动能的变化等于合外力做功,很显然,人跑步是不能把人看成一个人质点的,若看成质点还能跑吗?在质点系的动能定理里:质点系动能的增量等于所有外力的功和内力做的功的代数和,故应该把人看成质点系,对于汽车有内部发动机或动力电池,如同人一样必须把汽车看成质点系,应从质点系的动能定理这一理论力学的角度出发才能阐述清楚,即发动机工作时产生的内力会对汽车做功。

从上述几个角度看,牵引力似乎又应该是源于发动机的作用。

3)结论

总之,关于使汽车运动的牵引力,"内力说”说服不了“摩擦说”,“摩擦说"也说服不了“内力说”,对于这两种说法,都是片面的。在理解牵引力的概念时,既要从它实际产生的受力和做功数学推导来分析,也要从它的作用的目的来分析。汽车牵引力作用的目的是为了使汽车前进,如果牵引力作用使汽车向前运动,那么牵引力应该是发动机的内力和地面的摩擦力共同作用产生的力,只承认其中一种说法都是片面的。

①要说清楚何为汽车牵引力, 先要搞清楚汽车前进是什么意思?汽车前进:一方面必须具有汽车运动的动能,另一方面必须具有向前运动的动量。动能是标量,汽车具有动能只说明汽车在运动,具有运动的能量;动量是矢量,汽车具有动量说明汽车既在运动,又具有运动的方向。汽车要前进,这两者必须都具备,缺一不可:如果汽车只具有动能,而整体动量为零,则即使发动机内力做功,汽车轮子只是在原地打转;如果没有动能,汽车向前运动的动量也无从谈起,所以汽车向前运动既包括动能又包括动量。

②基于此,上面两种说法中的任何一种说法都无法说服另一种说法。如果只有发动机的内力做功,没有地面摩擦力的冲量,汽车的轮子只能在原地打转,因为内力的作用无法给汽车整体向前的动量;如果只有地面静摩擦力的冲量,没有发动机内力对汽车做功,那么汽车也只能在原地不动,因为静摩擦力的作用无法给汽车运动的动能。

③辨证唯物主义认为:事物的发展是内因和外因共同起作用的结果,内因是事物发展的根据,外因是事物存在和发展的条件,内因和外因是辨证统一的关系,外因和内因相互依赖,相互联系,没有内因就没有外因,没有外因,也就无所谓内因。关于汽车前进问题也是如此,汽车前进的内因是:汽车发动机的内力对空间积累效应,使汽车获得了运动的动能;汽车前进的外因是:地面摩擦力对时间积累效应,使汽车获得了向前运动的动量。

汽车产生前进的动力外部原因是摩擦力,但内部根本原因是内力,没有发动机提供内力就产生不了摩擦力,也就没有动力。反之,只有发动机驱动力矩,地面不足以提供摩擦力,汽车就打滑(可以想象把汽车抬起来脱离地面),虽然摩擦力不做功,但能使在内力作用下的车轮滚动前进,使内力对车身做功。

对汽车牵引力正确的理解应该是:如果牵引力作用使汽车获得动能,牵引力是由汽车发动机通过传动系统作用于驱动轮的力矩产生的使汽车运动的力;如果牵引力作用使汽车获得动量,那么牵引力是地面的摩擦力。不能用“物体间相互作用的某一个力"来代替牵引力,上述两种关系是汽车前进的内因和外因的关系,是辨证统一的关系,缺少了任何一方都不能使汽车前进。发动机对汽车的内力只有通过地面对汽车的摩擦力,才能使汽车前进;地面对汽车的摩擦力只有发动机的内力做功的前提下,才能驱动汽车前进.

最后,举一个大家都非常熟悉的例子,再来简单说明这个问题。

一个放在光滑水平地面上的弹簧两端各连接一个小球,弹簧处于压缩状态,当弹簧的弹性势能释放出来时,整个系统并不会前进,而是原地踏步;当把这个系统放在一端靠墙的光滑水平地面上,再释放弹簧的弹性势能时,整个系统就能向前运动了,这个过程不仅是因为弹簧的弹力做功把弹性势能转化为系统的动能,更是因为壙壁弹力的冲量使系统获得了向前的动量。这正是一个汽车受牵引作用而前进的模型。

(3)车轮滑转率Sd

滑转率是汽车在行驶过程中的一个滑移比例,将汽车驱动车轮和非驱动车轮的转速进行比较,就能得到汽车滑动占整个运动中的比例,也就是滑转率。

滑转率sd指车轮速度与车速的差值与车轮速度之比。

滑转率sd的表达式为:

%

式中  v-车轮速度(m/s) v-车速(m/s)  r-车轮半径(m)ω-车轮转动角速度(rad/s)

车轮在路面上纯滚动时,v=v,Sd=0;车轮在地面上完全滑转时,车速v =0,车轮滑转率Sd=100%;车轮在路面上边滚动边滑转时,v>v,车轮滑转率0<Sd<100%。车轮滑转率越大,说明车轮驱动过程中滑转成分所占比例越大。

该值控制在10%-30%,可以使得车轮与地面有较高的附着力,提高汽车的牵引力和操控性。防止车轮滑转,以提高汽车在驱动过程中的方向稳定性和转向控制能力,并且提高汽车的加速性能。

在汽车起步、加速或在附着系数较低的路面上驱动时的三种运动状态:

1)纯滚动,此时轮速等于车速;

2)既有滚动又有滑转时,轮速大于车速;

3)车轮完全滑转,车速为零。

汽车在正常行驶过程中驱动车轮有时候并不只做滚动运动,还伴随着滑动,但是非驱动车轮由于没有驱动力的存在只做滚动。汽车发生滑移是很危险的事情,因此需要加以控制。ASR的主要作用就是控制汽车的滑移率。

(4)轮胎与地面的附着特性

1)作用在车轮上的驱动力和侧向力是依赖于摩擦的存在,其合力不会超出摩擦圆。即若驱动力增加侧向力就必然减小。若驱动轮发生滑转时,驱动力和侧向力就处在A区,相应的侧向力很小。

汽车在行驶时,加速需要驱动力,转弯需要侧向力。这两个力都来源于轮胎对地面的摩擦力,但轮胎对地面的摩擦力有一个最大值。在摩擦系数很小的光滑路面上,汽车的驱动力和侧向力都很小。

2)附着系数与车轮滑转率之间的关系

驱动时车轮与路面之间的附着系数与滑转率之间的关系与制动时相似。在完全滑转的情况下,不仅会由于纵向附着系数比峰值时下降导致所能够提供的地面驱动力减小,而且由于横向附着系数接近于零导致汽车行驶稳定性和操纵性能的下降,对于后轮驱动汽车会失去方向稳定性,对于前轮驱动汽车会失去转向控制能力。

从控制车轮与路面的滑移率看,ABS和ASR采用了相同的技术。ASR控制技术实际上是ABS逻辑上的延伸。

①制动器——车轮的制动力>附着力:车轮滑移,车轮的横向附着系数很小,相应的侧向力很小;横向稳定性下降。

②发动机——驱动轮的驱动力>附着力:驱动轮滑转,车轮的横向附着系数很小,相应的侧向力很小;横向稳定性下降。

纵向附着系数与滑移率和滑转率的关系

汽车上的ABS在制动过程中,通常将车轮的滑移率的控制在10%—30%之间;ASR在驱动过程中,通常将车轮的滑转率控制在5%—15%之间。

2.ASR的控制方式

ASR工作时将驱动轮滑转率控制在最佳范围的方式有:主要有制动力矩控制和发动机转矩控制两种控制方式。

减小最大转矩的方法:

①控制可变锁止差速器的程度

②控制驱动轮的制动力矩

③调节发动机的输出转矩

④调整离合器的分离程度和传动系速比

1)对驱动桥的防滑差速器进行锁止控制(非对称路面)

在车速小于35KM/h时,实施差速控制(车桥控制),如果驱动轮在不同附着系数的路面上,通过对打滑的驱动轮实施制动,降低滑转率,提高驱动力。

当驱动轮单边滑转时,ASR系统的ECU输出控制信号使差速制动阀和制动压力调节器动作,对滑转车轮施加制动力,使车轮的滑转率控制在目标范围之内,这时,非滑转车轮仍有正常的驱动力,从而提高了汽车在湿滑路面的起步和加速能力及行驶方向的稳定性。这种控制方式的作用类似于差速锁,在一边驱动轮陷于泥坑部分或完全失去驱动能力时对其制动,而另一边的驱动轮仍能发挥其驱动力,使汽车能驶离泥坑。在两边的驱动车轮都滑转,但滑转率不同的情况下,则对两边驱动车轮施加不同的驱动力。

这是一种电控的可变锁止差速器,又称为限滑差速器(LSD)控制。这种防滑差速器具有多片离合器式差速锁,它在差速器向车轮输出端的多片离合器片上,用增减液压的方法来实现锁止控制,差速器的锁止由液压油将多片离合器压紧实现。通过控制油压的高低,就可以实现锁止程度从0到100%的变化。控制油压来自ASR的蓄能器,压力的大小由ECU控制油压电磁阀进行调节。当一侧驱动轮滑转或两侧驱动轮有不同程度的滑转时,ECU控制电磁阀调节差速器的锁止程度,以提高汽车的驱动力和行驶稳定性。

当出现某一驱动轮横向附着系数等于零的全滑转状况时,系统自动运行锁止驱动轮差速器,强迫处于较好附着状态的驱动轮转动提供牵引力使车辆摆脱困境。

防滑差速器作用:当汽车在好路面上行驶时,具有正常的差速作用;而在坏路上行驶时,差速作用被锁止,从而防止驱动车轮打滑。

防滑差速器分类:

①强制锁止式:通过电子控制或气锁控制锁止机构,人为地将差速器锁止,使左右半轴连成一个整体。

②自动锁止式:在打滑路面上可自动增大锁止系数,直至差速器完全锁止。如摩擦片式和自动(爪形)离合器式等。

电子控制防滑差速器分类:

①V-TCS(Vehicle Tracking Control System)型差速器:根据汽车驱动轮的滑移量,控制发动机的转速和汽车的制动力;或者根据左右车轮的转速差来控制转矩,并采用提高转向性能的后湿式防滑差速器与后轮制动器相结合的方法来分配后轮的制动力。

②LSD(Limited Slip Differential)型差速器:通过各传感器掌握汽车和驾驶员的动态,然后按照驾驶员的意愿和要求来最优化分配左右驱动轮的驱动力。

2)制动力矩控制方式:对滑转驱动轮进行制动控制(ABS)

当驱动轮滑转时,ASR控制执行机构对滑转车轮进行制动(增加车轮制动分泵的压力),就可以阻止车轮进一步滑转,对将要滑转的驱动轮施加制动力,控制车轮的滑转率在期望的范围内,其方法类似ABS。该方式反应时间最短,是防止滑转的最迅速的一种控制方式,但为了制动过程平稳,由于舒适性考虑,其制动力缓慢升高。该控制方式与调整进气量的控制模式相配合,能达到较好的效果,该控制方式一般都作为调整进气量(如节气门开度)、改变发动机输出转矩方式的补充。

当ABS/ASR ECU判定需要对滑转车轮进行制动时,ABS/ASR ECU将控制ASR制动执行器使高压制动液进入滑转车轮的制动轮缸对车轮进行制动。ASR制动执行器由两部分组成,一部分是制动供能总成,由液压泵9、蓄能器10和压力传感器12组成;另一部分是电磁阀总成,由3个二位二通电磁阀组成。

制动供能总成的作用是为车轮制动器提供高压液压源。液压泵工作时,将制动液泵入蓄能器中,当蓄能器内的压力达到规定值时,压力传感器将压力信号传至ABS/ASR ECU,ECU使液压泵停止工作;当压力传感器检测到系统压力低于规定值时,ECU使液压泵重新工作,从而保证制动供能总成内总是保持恒定的油压。

电磁阀总成的作用是控制ASR工作时的制动油路,其中的储液罐隔离电磁阀13和蓄能器隔离电磁阀14为常闭电磁阀,制动主缸隔离电磁阀15为常开电磁阀。ASR制动压力执行器工作时可分为增压、保压、减压三个过程。

ABS/ASR防滑控制系统

1-发动机/自动变速器ECU  2-主节气门位置传感器  3-副节气门位置传感器  4-ASR关闭指示灯  5-ASR工作指示灯  6--副节气门执行器  7-ABS/ASR ECU  8- ASR制动执行器  9-ASR液压泵  10-蓄能器  11-限压阀  12-压力传感器  13-储液罐隔离电磁阀  14-蓄能器隔离电磁阀  15-制动主缸隔离电磁阀  16-制动主缸  17-液位开关  18-比例阀和平衡阀  19-ABS制动压力调节器  20-右前调压电磁阀  21-前回油泵  22-左前调压电磁阀  23-前储液器  24-右前制动轮缸  25-右前轮速传感器  26-左前轮速传感  27-左前制动轮缸  28-右后轮速传感器  29-右后制动轮缸  30-右后调压电磁阀  31-后回油泵  32-左后调压电磁阀  33-后储液器  34-左后轮速传感器  35-左后制动轮缸

①增压过程。当ABS/ASR ECU需要对滑转车轮进行制动时,就使ASR制动执行器中的3个电磁阀都通电,制动主缸隔离电磁阀15将制动主缸至后制动轮缸的制动管路封闭,蓄能器隔离电磁阀14将蓄能器至ABS制动压力调节器的制动管路接通,储液罐隔离电磁阀13将ABS制动压力调节器至制动主缸储液罐之间的回油管路接通。蓄能器中具有一定压力的制动液就会经蓄能器隔离电磁阀14,然后经ABS制动压力调节器的两个三位三通电磁阀30和32进入两个后轮制动轮缸对后驱动轮进行制动,并且随着电磁阀通电时间的延长,制动轮缸内的压力逐渐增大。如果只需要对某一个驱动车轮进行制动,ABS/ASRECU只要给另一驱动车轮的ABS制动压力调节器的电磁阀通以小电流,ASR制动供能总成的制动液就不能进入这一车轮的制动轮缸使该车轮制动。

②保压过程。当ABS/ASRECU判定需要保持两驱动车轮的制动压力时,就使ABS制动压力调节器中的两个电磁阀30和32通以小电流,两电磁阀都处于中间位置,将两后制动轮缸的进、出液管路都封闭,两后制动轮缸的制动压力就保持不变。

③减压过程。当ABS/ASRECU判定需要减小两驱动车轮的制动压力时,就使两个电磁阀30和32通以大电流,电磁阀将两后制动轮缸的进液管路封闭,而将两后制动轮缸的出液管路连通,两后制动轮缸中的制动液经电磁阀30和32、电磁阀13流回到制动主缸储液罐,两后制动轮缸的制动压力减小。

当ABS/ASR ECU判定ASR不需要起作用时,就使各电磁阀均不通电(图3-24所示状态),后制动轮缸中的制动液经电磁阀30和32、电磁阀15流回制动主缸,驱动车轮的制动完全解除。

在ABS中增加了两个二位二通的隔离阀。ABS对一个车轮的制动压力控制是由一个三位三通阀来实现的。

①不进行驱动防滑控制

蓄能器隔离电磁阀和蓄液器隔离电磁阀关闭;制动主缸隔离电磁阀处于开通(可以进行常规制动和ABS的增压工作模式)。

②进行驱动防滑控制

制动主缸隔离电磁阀处于关闭,而蓄能器隔离电磁阀处于开通。

制动控制方式比发动机控制方式响应速度快,能有效地防止汽车起步时或者从高附着路面突然跃变到低附着路面时车轮的滑转。制动控制方式还能对每个驱动轮进行独立控制,与差速器锁止装置具有同样的功能。
但这种控制方式要把发动机多输出的功率以热的形式在制动器上消耗掉,因而制动器发热严重,影响它的使用寿命,不利于提高汽车的经济性。

2)发动机转矩控制方式:对发动机输出转矩(输出功率)进行控制(TCS) 。在汽车起步、加速时,若加速踏板踩得过猛,会因为驱动力过大而出现两边的驱动车轮都滑转的情况,或在车速大于35km/h或两侧驱动轮均在光滑路面上时,此时,ASR系统的ECU输出控制信号控制发动机的功率输出,控制发动机转速,输出最大驱动扭矩;控制驱动轮转速,从而降低滑转率,提高驱动力,保证转向操纵性。上述两种方法既可以单独使用,也可以组合起来综合使用 。

控制发动机输入到驱动轮上的转矩,使驱动轮的滑转率控制在合适的范围内。当驱动轮滑转率超过理想滑转率范围时,ASR减小发动机输出转矩。根据路面状况输入给驱动轮最佳的驱动力矩,减小发动机输出转矩的手段有:改变燃料喷射量、点火时间和节气门开度。汽油机:减少喷油量、推迟点火时间、节气门位置调整及采用辅助空气装置;柴油机:控制供油量和供油时刻。

①调节发动机进气量,调整节气门的开度和辅助空气装置,如通过副节气门调节发动机进气量;

②调节燃油喷油量,如减少或中断喷油;

③调节点火时间,如减小点火提前角或停止点火。

上述三种措施中,从加速圆滑和燃烧完全、减少污染角度看,调整进气量最好,但调整节气门反应速度较慢。调整点火时间和燃油喷射量反应速度较快,能补偿调整节气门的不足,但推迟点火时间控制不好易造成失火、燃烧不完全、增加排气净化装置中三元催化器的负担。如果只减少燃油喷射量,因受燃烧室内废气的影响,又会使燃烧过程延迟。

目前广为采用的控制方法是进气量控制。该方法连续性强,过渡圆滑,较少排气污染并且可以利用发动机制动效应以增强控制效果。具体手段是在发动机主节气门前设置一个副节气门。正常工作状况或制动状况时副节气门处于初始全开位置。当ASR不起作用时,ABS/ASR ECU使副节气门完全打开,不影响发动机的正常工作。副节气门由步进电机根据ECU控制,通过使副节气门关小改变进气系统流通面积,达到控制减小进气量从而减少发动机输出扭矩的目的。

副节气门的工作情况

a )全开位置  b)半开位置  c)全闭位置

发动机节气门控制:辅助节气门由步进电机控制,步进电机每步是0.3°,辅助节气门从全开到全闭的响应时间小于200ms.

采用发动机转矩控制,除了响应速度比制动方式较慢以外,另一个本质问题是在非对称附着系数路面不能实现最佳驱动控制,其效能和ABS控制系统低选的情形相似。

4)对发动机与驱动轮之间的扭矩进行控制(综合控制)这种控制方法包括对离合器和变速器等进行控制,调整离合器的分离程度和传动系的速比。离合器结合的程度通过液压装置可以减弱结合程度,从而减少输出转矩,但容易造成离合器片打滑烧坏;实用中多通过控制变速器的换挡特性改变传动比来实现,改变传动系的传动比也可以改变传递到驱动轮的驱动力。

上述四种控制方式中,第二三种采用较多。这些控制方式可以被单独使用,目前实车上采用组合使用的较为普遍。为了实现驱动力最佳控制,即最大限度地提高汽车的经济性、动力性、方向稳定性及可操纵性,目前正在朝着发动机转矩、车轮制动两者综合控制的方向发展。在发动机驱动力较小的状态下出现车轮滑转,其主要原因可能是由于路面湿滑,这时采用对滑转车轮实施制动的方法就比较有效;而在发动机功率大时出现车轮滑转,其主要原因可能是驱动力过大,则通过减小发动机输出功率的方法来控制车轮的滑转比较有效。一般情况下,车轮滑转的情况非常复杂,需要通过对车轮制动和减小发动机功率的共同作用来控制车轮的滑转。

3.ABS/ASR防滑控制系统的工作过程

(1)常规制动  这意味着ABS和ASR都不工作,ABS/ASR ECU不给ABS制动压力调节器的4个三位三通电磁阀以及ASR制动执行器的3个二位二通电磁阀通电。ABS制动压力调节器三位三通电磁阀将制动主缸与制动轮缸之间的液压管路接通,另外由于ASR制动执行器中的制动主缸隔离电磁阀也处于常开状态,保证制动主缸与制动压力调节器之间的油路畅通,因此来自制动主缸的制动液可以不受任何限制地直接进入各制动轮缸使车轮制动。

(2)ABS工作 这意味着ASR不工作,ABS/ASRECU不给ASR制动执行器的3个二位二通电磁阀通电,ASR制动执行器中的制动主缸隔离电磁阀处于常开状态,ABS/ASR ECU根据轮速传感器信号计算车轮的滑移状态,然后确定对制动轮缸进行“保压”、“减压”或者“增压”控制,并通过对ABS制动压力调节器的三位三通电磁阀通以小电流、通以大电流或者不通电实现。

(3)ASR工作 这意味着ABS不工作,如上所述,ABS/ASRECU通过控制副节气门步进电动机控制副节气门开度来控制发动机的输出转矩,以及通过控制ASR制动执行器对滑转的驱动车轮进行制动。

4.控制原理

ASR ECU就会根据汽车行驶状态给执行器发出相应的信号,从而使汽车的滑转率恢复到正常范围内。ASR可以通过调节点火时间、减小节气门开度、减小油门、降挡来降低发动机功率或者由制动器控制驱动轮打滑来达到对汽车牵引力的控制,从而使驱动轮不再打滑。

在汽车起步、加速及运行过程中,汽车上的轮速传感器可以将驱动轮和非驱动轮的转速变为电信号传递给ECU(电子控制单元,又称行车电脑),ECU根据轮速传感器输入的信号进行运算得出滑转率,通过对比各车轮转速检测到从动轮速度低于驱动轮时(这是滑转的特征),驱动轮的滑转率超过限值来判定某个驱动轮打滑时,牵引力控制系统就进入防滑转过程。ECU当电子控制单元首先会自动立刻减少节气门进气量:传感器将油门踏板的位置及轮速信号传送至控制单元,控制单元ECU就会产生控制电压信号,伺服电机依此信号控制副节气门的步进电机转动,重新调整副节气门的位置(或者柴油机操纵杆的位置),减少副节气门的开度,此时即使主节气门的开度不变,发动机的进气量也会因为副节气门的开度减少而减少,降低发动机转速,使发动机的输出转矩和功率减少。然后将该位置信号反馈至控制单元,若仍不能控制打滑,ECU判定需要对驱动轮进行制动介入时,会将信号传送到ASR执行器,控制制动压力调节器,及时调整制动器,独立地对驱动轮(一般是后轮)进行控制,以防止驱动轮滑转,适当地改变此轮的滑转率,并使驱动轮的滑转率保持在规定范围内,直到车轮恢复正常的转动。如果在打滑很严重的情况下,就再控制发动机供油系统:经过发动机ECU发出指令信号减少发动机的供油量,改变发动机点火的时间。TCS运行时变速箱会维持较高的挡位,在油门加重的时候,会避免突然下挡以免打滑的更厉害。

防滑控制系统ASR作用原理如下图所示:在驱动轮开始滑转时,采取降低发动机的输出转矩+控制制动系统的制动力→达到减小驱动轮的输出扭矩,防止了驱动力超过轮胎与路面之间的附着力而导致的滑转。

(1)通过步进电机减小副节气门开度,以减少进气量,使发动机输出转矩减小。这个时候,发动机的转速与驾驶员踩下油门踏板的程度不成正比;

(2)控制ASR执行器,独立地对驱动轮进行制动控制,以防止驱动轮滑转,并使驱动轮的滑移率保持在规定范围内。

ASR不仅防止汽车滑转,防止车轮滑转简单,降低输出扭矩就可以了,而且还要以最佳的功率行驶。ASR可以控制车轮的输出力矩与车轮所能通过地面获得的最大附着力(摩擦力)相适应,从而改善汽车的行驶性能。车轮的输出扭矩要根据具体路面情况来,多给了就滑转,少给了没效率。减少滑转,内部控制器计算并保持轮胎与地面抓地力的最合适的动力输出,这时候无论怎么加油,在ASR介入下,会输出最适合的动力,不会因为加油的多少而加大动力。

当驾驶员在光滑路面上过分踩下油门时,会造成车轮的过分滑转,驱动防滑装置通过自动施加部分制动或减少发动机功率输出的方式可使车轮的滑动率保持在最佳范围内,由此可防止驾驶员过分踩下油门踏板所带来的负效应,获得较好的行驶安全性及良好的起步加速性能。它的另一优点是可减少轮胎及动力传动系统的磨损。

(1)以市内公共汽车的行驶为例。若公共汽车停车站右侧是结冰路面,左侧为水泥或沥青路面,这在北方的冬季是常见的路况。两边的附着能力不同,汽车起步受阻。如果汽车装备有ASR系统,它可通过制动滑转车轮的办法来平衡驱动轮的转速差。这实际上产生的是差速锁效应。这样一方面提高了驱动力的发挥,可在较大程度上发挥附着较好一侧的附着能力,另一方面防止了差速器行星齿轮的快速转动,避免了差速器的早期磨损。ASR的这种控制方式称为“制动力控制”。

(2)若公共汽车的两侧附着状况均不好,例如都是结冰路面,当猛踩加速踏板时,由于地面附着能力不足,两侧驱动轮会同时飞转。在这种情况下,驱动防滑系统通过自动减少发动机功率输出的办法来控制。发动机输出功率和发动机转速的适度降低,可减少驱动轮的过分滑转,一方面提高了车轮与路面间的侧向附着能力,维持了方向稳定性;另一方面增大了纵向附着能力,有利了起步和加速。ASR系统的这种控制方式称为“发动机调速控制”。

(3)ASR系统进行制动力控制和发动机调速控制时,仪表盘上的ASR指示灯就发光。这样驾驶员就被告知路面的状况,从而可及时采取相应的措施,以改善驱动条件。ASR系统的这种控制方式称为“光滑路面状况显示控制”。

(4)如果应用气体悬架的汽车在光滑路面上起步或行驶比较困难,可通过ASR控制作用使驱动力获得一定程度的增加,但仍不足以正常行驶,为增加驱动力,改善行驶状况,可通过轴荷转移的方法,增大驱动桥的附着载荷,增大驱动力。轴荷转移是通过部分释放驱动桥气体悬架中压力气体,造成悬挂质量向驱动桥一边倾斜,整车质心位置的改变来实现。压力气体释放的多少取决于驱动轮的滑转程度。ASR系统这种控制方式称为“轴荷转移控制”。

总的说来,驱动防滑控制包括上述四个方面的内容。它已成功地应用在有些高档小汽车、客车和货车工,取得了明显的效果。由于驱动防滑系统总是和防抱死系统结合在一起应用,通常称为ABS/ASR系统。

6.控制原则

汽车在不同行驶条件下对行驶性能各方面的要求有所侧重,因此,在不同的车速范围内就应以不同的原则对驱动车轮进行防滑转控制,以满足一定条件下将重点性能作为主要控制目标,而对其他性能则进行适度兼顾。汽车在不同车速范围内的控制目标不同,实施驱动车轮滑转控制的途径也就不同。

(1)汽车起步及加速初期的防滑转控制原则

汽车在起步及加速初期阶段,驱动防滑转控制应以提高汽车的起步加速性能为主要控制目标,即以充分利用各个驱动车轮的附着力获得最大牵引力为控制原则。在车速较低时,即使各驱动车轮所产生的牵引力存在较大程度的不平衡,对汽车的行驶方向稳定性也不会产生太大的影响。所以这一阶段对各驱动车轮的滑转率控制应按独立原则进行,此时,如果各驱动车轮间的附着条件相差较大,可以通过电控悬架的捉到那个调节,使附着条件较差的驱动车轮载荷向附着条件较好的驱动车轮进行适度调配,使各驱动车轮总的附着力有所增大;如果汽车装备可控防滑差速器,在这一阶段应使其进入防滑差速状态。即使差速器不具备防滑差速功能,也可通过制动介入对附着条件较差的驱动车轮施加适度的制动力矩,使其滑转率处于最大纵向附着系数的范围内。如果附着条件较好的驱动车轮也发生了滑转,则应通过适度减小发动机的输出转矩和变速传动比使其驱动力矩减小,必要时也可以对其施加一定的制动力矩,以加速滑转率的控制。

(2)汽车中速行驶时的防滑转控制原则

汽车以中速行驶时,驱动防滑转控制应以保证汽车的行驶方向稳定为主要控制目标,但也要兼顾汽车的加速性能。此时,可以对各驱动车轮一同施加相同的制动力矩,使辐照条件较差的驱动车轮滑转率处于横向和纵向附着系数都较大的范围内。保证各驱动车轮产生相同的牵引力,并且使各驱动车轮都具有较强的抗侧滑能力,使汽车获得较好的方向稳定性。但是,制动介入的时间必须予以控制,以免制动器因长时间产生较大的制动力矩而发生过热和过度磨损。为此,必要时可辅之以减小发动机的输出转矩和变速器的传动比进行控制,使作用于驱动车轮的驱动力矩有所减小。另外,在这一阶段电控悬架一般不应进行载荷调配,会使驱动车轮之间的牵引力相差较多,从而影响汽车的方向稳定性;如果载荷从附着条件好的驱动车轮向附着条件差的驱动车轮进行调配,则会使各驱动车轮的牵引力总和有所减小,从而影响汽车的加速性能。同理,防滑差速器在这一阶段也不应进入防滑状态。

(3)汽车高速行驶时的防滑转控制原则

汽车以高速行驶时,驱动防滑转控制应以保证汽车的行驶方向稳定性为唯一控制目标。在驱动防滑转控制过程中,应使各驱动车轮产生的牵引力始终保持一致。为了防止制动器发生过热和过度磨损,这一阶段不应再通过制动介入途径控制驱动车轮的滑转,而应通过减小发动机的输出转矩和变速器的传动比调节作用于驱动车轮的驱动力矩,将驱动车轮的滑转率控制在横向附着系数较大的范围内,保证汽车具有较强的抗侧滑能力。在这一阶段电控悬架也可以对驱动车轮进行载荷调配,使载荷从附着条件好的驱动车轮向附着条件差的驱动车轮进行载荷调配,使驱动车轮之间的附着力差异减小,这将有助于各驱动车轮牵引力的平衡。可控防滑差速器在这一阶段却不应进如防滑差速状态,以保证各驱动车轮的牵引力接近平衡,使汽车获得良好的行驶方向稳定性。

四 分类

1.液压制动系统的ASR

一般ASR是在ABS的基础上发展起来的。为了简单和降低成本,ASR多数与ABS集成在一起。如丰田LS400 ASR(TRAC),该系统采用发动机控制+制动控制。

2.气压制动系统的ASR

目前除了高级小轿车安装有ASR外,在高档大客车上也安装了ASR。而客车都是气压制动,多数采用的方案是发动机控制+制动控制。

五 特性

1.ASR特点

(1)ASR有一个开关可以控制其工作或者不工作。

2)如果ASR正在起作用的工作状态,驾驶员对车辆进行制动,ASR将会自动退出工作,不会影响制动过程的进行。

3)ASR通常只在一定车速范围内进行防滑转调节,当车速较高时,ASR将自动退出防滑转控制。

4)ASR工作时具有不同的优先选择性,当车速较低时,优先考虑提高牵引力,因此可以只对滑转一侧的车轮制动,或者对滑转程度不同的两侧驱动轮施加不同的制动力矩。但当车速较高时,优先考虑行驶稳定性,即使一侧车轮滑转时,也同时对两侧驱动轮施加相等的制动力矩。

5)ASR最大的特点是使用现有ABS系统的电子控制单元、轮速传感器和发动机与变速箱控制单元,即使换上了备胎,ASR也可以准确的应用。

6)ASR具有自诊断功能,当自诊断系统诊断出系统有故障时,ASR将自动退出工作,并点亮警告灯。

2.ASR优点

1)提高了汽车的动力性。汽车在起步、行驶过程中可获得最佳的驱动力,尤其是在附着系数较小的路面,汽车起步、加速及爬坡能力得到改善。使车辆能平稳地起步、加速。

2)当车辆在湿滑的路面起步、加速和转弯时,维持了车辆的驱动力和转向力;防止车辆因驱动轮打滑而发生横移或甩尾。可以提高过弯的稳定性。提高了汽车的行驶稳定性和前轮驱动汽车的转向控制能力。提升了驾乘感和操纵性。

3)将轮胎磨损减少到最小程度;减少了轮胎磨损,降低了发动机油耗。

4)可以通过警告灯提醒驾驶员路面的湿滑。

5)进一步减少了事故的可能性。

3.ASR缺点

一是这些电子安全系统实际不是万能的,实际是对内部的一些调整达到的一些科学的计算,达成的效果;但是路况变化万千,开车的时候,还是要做好万全的准备;

二是电子设备都怕水,要防潮,特别是水杯,要小心那个电子手刹。下大雨,虽然不会对这些系统造成任何的直接伤害,但是特大的雨还是会直接的损害它们,平时就是防潮;

三是ASR会限制驱动轮动力输出,在个别情况下会帮倒忙(某些越野脱困情况),所以需要根据具体需求选择性关闭。

4.ASR与ABS异同

(1)共同点

汽车行驶时,我们应该尽量避免车轮出现滑动。在滑动的过程中,汽车可能出现甩尾、转向失效甚至是侧翻等事故。ASR和ABS系统就能很好地解决这个问题,这两种系统都是对车轮滑动率进行控制,通过控制车轮和路面的滑动率以使车轮和地面之间的附着力不下降,都需要轮速传感器信号等,因此两系统ASR和ABS之间有许多共同之处:

1)采用的都是相同的技术,主要部件可以通用或共用,共享许多电子组件和共同的系统部件来控制车轮的运动,它们密切相关,常结合在一起使用,构成具有制动防抱死和驱动防滑转功能的防滑控制(ABS/ASR)系统和行驶安全系统。

2)ASR和ABS都是通过控制作用于被控车轮上的力矩,而将车轮的滑移率或滑转率控制在理想范围内,以提高附着系数的利用率,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。

3)在常规制动阶段,ASR和ABS均不工作;在其他制动阶段当其中一个处于工作状态时另一个处于待机状态。

4)ABS/ASR系统成功地解决了汽车在制动和驱动时的方向稳定性问题,但不能解决汽车转向行驶时的方向稳定性问题。例如当汽车转向行驶时,不可避免地受到侧向和纵向力的作用,只有当地面能够提供充分的侧向和纵向力时,驾驶员才能控制住车辆。如果地面侧向附着能力比较低,就会损害汽车按预定方向行驶的能力。雨天汽车高速转向行驶时,常常侧向滑出,就是地面侧向附着能力不足的缘故。

(2)差异点

1)ASR与ABS都是用来控制车轮相对地面的滑动的,但ABS控制的是汽车制动时车轮的“拖滑”,保持汽车在制动过程中不改变行驶方向,用来提高制动效果和保证制动时的安全;而ASR是控制车轮的“滑转”,用于提高汽车起步、加速及在滑溜路面上行驶时的牵引力和确保行驶的稳定性。ABS系统是防止刹车时车轮抱死滑移,提高刹车效果,确保制动时的安全;ASR系统则是防止驱动车轮原地不动而不停地滑转,提高汽车起步、加速及滑溜路面行驶时的牵引力,确保行驶的稳定性。ABS是在制动时起作用,而ASR是在起步、加速及在滑溜路面上行驶时起作用。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。而ASR的作用是防止汽车加速过程中的打滑,特别是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是防止车轮在制动时被抱死而产生侧滑,而ASR则是防止汽车在加速时因驱动轮打滑而产生的侧滑,ASR是在ABS的基础上的扩充,两者相辅相成。

2)控制滑动率是ABS与ASR的共同目的,但是它们又有显著的差别,ABS对所有车轮都可进行控制其滑移率,而ASR只对驱动车轮进行控制其滑移率;ABS只是一个控制制动的单环系统,而ASR既要控制制动也要控制发动机输出的多环系统。ASR只是对驱动轮起作用,所以对于两驱的车,不会像ABS一样对所有车轮都起作用。

3)ABS是在制动时,车轮出现抱死的情况下起控制作用,在车速很低(小于8km/h)时不起作用;而ASR系统则是在整个行驶过程中都可工作,在车轮出现滑转时起作用,但是在车速高于120km/h之后就不起作用了。

4)目前ABS在控制过程中,是通过车轮转速传感器反馈来的信号经电子控制器(ECU)处理后发出指令给电磁调节器,对各车轮的制动压力进行调节,而ASR在控制过程中,通常是借用ABS的车轮转速传感器反馈来的信号经ECU处理后发出指令,通过控制节气门开度和点火提前角的方式来调节发动机的输出扭矩,从而调节对驱动车轮的驱动扭矩。

5)汽车的制动、加速和转向本是需由驾驶员完成的基本作业,当路面的附着状况不好或交通状况突然改变时,就要求驾驶员有熟练的驾驶技术来很好地适应行驶条件的变化。制动防抱死系统在制动方面解脱了对驾驶员的高要求。驱动防滑控制系统则是在行驶方面、加速方面解脱对驾驶员的高要求。

总之,ABS是防止车轮在制动时被抱死而产生侧滑,而ASR则是防止汽车在加速时因驱动轮打滑而产生的侧滑,ASR是在ABS的基础上的扩充,两者相辅相成。ASR是在ABS的基础上的扩充,两者相辅相成。ABS与ASR,是一对好基友,一个控制制动打滑,一个控制驱动打滑,二者相辅相成,共同控制我们的汽车既能够平稳的起步,又能够安全的制动,是保障汽车安全的利器。汽车其它制动辅助系统,都是从它们的基础上扩展来的。

5.ABS和ASR的组合使用

牵引力控制系统如果和ABS相互配合使用,将进一步增强汽车的安全性能。牵引力控制系统和ABS可共用车轴上的轮速传感器,并与行车电脑连接,不断监视各轮转速,当在低速发现打滑时,牵引力控制系统会立刻通知ABS动作来减低此车轮的打滑。若在高速发现打滑时,牵引力控制系统立即向行车电脑发出指令,指挥发动机降速或变速器降挡,使打滑车轮不再打滑,防止车辆失控甩尾。

六 作用

驱动车轮的滑转,会使车轮与地面的附着力下降:纵向附着力下降,使驱动车轮产生的牵引力减小,导致汽车的起步性能、加速性能和在滑溜路面的通过性能下降;而横向附着力的下降,又会降低汽车在起步、加速、滑溜路面行驶时的行驶稳定性。ASR系统防止汽车尤其是大马力车下雨下雪冰雪冰雹路冻等光滑摩擦力较小附着系数较低的特殊路面上起步、加速过程中驱动轮打滑,以维持车辆行驶方向的稳定性。

防止汽车在非对称路面或转弯时驱动轮空转;防止驱动轮在不同附着系数的路面上,两侧驱动轮均在光滑路面上时滑转(打滑/空转),甚至使方向失控而发生危险,以维持车辆行驶方向的稳定性;能防止车辆的雪地等湿滑路面上行驶时驱动轮的空转,使车辆能平稳地起步、加速,支持车辆行驶的基本功能,尤其在雪地或泥泞的路面,牵引力控制系统均能保证流畅的加速性能,防止车辆因驱动轮打滑而发生横移或甩尾;此外,在上下陡坡、险恶的岩石路面等,四轮驱动车所独有的越野行驶路况下,ASR也能适当控制车轮的侧滑,比起配备传统的中央差速器锁止装置的车辆而言,配备ASR的车辆具有前者无法比拟的驾乘感和操纵性。防止驱动轮滑转,以提高汽车在驱动过程中的车辆行驶方向的方向稳定性和转向控制能力,减少车辆打滑、侧滑等现象,并提高汽车的加速性能。

当汽车行驶在易滑的路面上,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,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的车辆一般不会发生这种现象。

汽车ASR系统是在车轮出现滑转时,会自动判断车辆驱动轮滑转是否打滑,通过对滑转驱动轮施以制动力或控制发动机的动力输出来抑制车轮的滑转,将轮胎滑转率控制在理想范围(10%~20%)内,使得驱动轮与路面保持较高的附着力,以避免汽车牵引力和行驶稳定性的下降,提高汽车的牵引力和操控性;当轮胎的滑转率适中时,尽可能利用车轮与路面间的纵向附着能力,使汽车在各种行驶状况下都能获得最佳的牵引力,防止驱动轮因为滑转而损失动力或因为过大动力输出造成一些安全问题。

驱动防滑系统是汽车制动防抱死系统功能的自然扩展,它的功能一是提高牵引力,提高加速性,提高爬坡能力;二是保持汽车的行驶稳定。ASR系统对汽车行驶性能的影响:

① 改善行驶方向的稳定性

对于后轮驱动或四轮驱动的汽车,当汽车高速行驶时,汽车ASR系统通过作用于后轮的驱动力矩,不仅可以将后轮的滑转率控制在横向附着系数较大的范围之内,使驱动车轮保持较大的横向附着力,使汽车具有抵抗横向外力作用的能力,而且可以对两侧驱动车轮牵引力的不平衡进行限制,减少由于两侧驱动车轮牵引力不平衡的横摆力矩,能够显著地改善汽车在高速行驶过程中的方向稳定性。

② 改善转向操纵能力

对于前轮驱动或四轮驱动的汽车,汽车ASR系统通过对作用于前轮的驱动力矩进行控制,将前轮的滑转率控制在横向附着系数较大的范围之内,使前轮能够保持较大的横向附着力,能为汽车进行转向行驶提供较大的横向作用力,既有利于改善汽车的转向操纵性,也有利于提高汽车的方向稳定性。

③ 提高加速性能和爬坡能力

普通差速器具有平均分配驱动力矩和允许驱动车轮差速转动的传动特性,在一般情况下,普通差速器的传动特性可以避免两侧驱动车轮的牵引力出现不平衡,防止汽车因两侧牵引力不平衡产生横摆运动,使汽车具有良好的动态响应。但是,在汽车两侧驱动车轮的附着力存在较大的差异时,附着条件好的驱动车轮的附着力不能得到充分利用,汽车的加速性能和爬坡能力将受到影响。汽车ASR系统对汽车ABS进行功能扩展,使其能够自动地对附着力较小的驱动车轮进行制动介入,能够对普通差速器传动特性的缺陷进行补偿,从而提高汽车的加速性能和爬坡能力。

④减轻驾驶员的紧张程度

汽车ASR系统能够保证汽车在高速行驶时具有良好的方向稳定性和转向操纵能力,有助于增强驾驶员控制汽车的信心,不仅有利于在道路条件许可的前提下提高汽车的行驶速度,还能降低驾驶员在驾驶过程中的紧张程度。

⑤延长轮胎的使用寿命

由于汽车ASR系统能够降低驱动车轮的滑转,有利于降低轮胎的磨损速度和偏磨程度,延长轮胎的使用寿命。

七 使用注意事项

1.是大雪天气还是少出车的为好;

2.是开车还是要把握一个问题,提前预知,提前判断,大雪不出车也是一种提前预知,开车过程中也需要。

雪地行车,可别太依赖防滑系统!

皑皑白雪虽然美,但对有车一族来说,却如临大敌。雪天开车,车主都希望自己的爱车配有ESP系统、TCS系统、雪地模式等等。因为这些主动安全系统看似都让雪地行车变得更加安全。那么事实又是如何呢?

雪地模式多数车主不适应

车子一旦转换成雪地模式后,操控就变得困难起来——刹车变得异常别扭,踩不下去。一路下来,在好几个路口都因刹不住车不得不闯了黄灯。不过,后来终于找到了解决办法,主动加长了刹车距离,但凡碰到红绿灯路口都提前准备刹车,总算是适应了雪地模式。由此看来,一旦使用雪地模式,车子就似乎变得无法控制,这雪地模式究竟靠不靠谱?

其实,雪地模式是一种车辆的主动安全系统,在雨雪天容易打滑的路面给车主提供安全保障。之所以驾驶人会觉得刹车踩不下去,其实就是安全系统在起作用——防止轮胎打滑失控。虽然刹车距离长了,但一旦车子面临打滑或出现意外状况时,雪地模式就能提供安全保障。所以千万不能因为不习惯就把系统强行关掉,驾驶人所要做的就是为刹车留出更多的距离。

雪地开车需懂点防滑技术

雪地行车,汽车防滑系统大显身手。目前不仅在高档车上有先进的防滑系统,市场上不少十多万元的家用轿车也配置了这些高级行车系统。常见的有ESP系统、TCS系统和雪地模式,这些主动安全系统都能够在湿滑路面上为驾驶人提供更为安全的保障。

TCS(牵引力控制系统)对汽车的稳定性有很大的帮助,当汽车行驶在湿滑的路面上时,没有TCS的汽车,在加速时驱动轮容易打滑。如果是驱动轮后轮,将会造成车辆甩尾,如果是驱动轮前轮,车的行驶方向就容易失控,导致车子向一侧偏移。而有了TCS,汽车在加速时就能够避免或减轻这种情况,保持车辆沿正确方向行驶。同时,TCS不但可以提高汽车行驶的稳定性,而且能够提高加速性,提高爬坡能力。

至于雪地模式则因车而异,一般手自一体变速箱的车配备较多。有些车辆装有雪地模式开关,启动开关便可启动该项功能,未装配此开关的车辆则需转换成手动模式,选用2挡或3挡起步。

雪地模式并非“万金油”

不过,有时候使用雪地防滑系统也并不一定是好事,比如雪地中爬坡起步,在ESP的监督下,它会默默让TCS干预车辆的起步状态,造成爬坡爬不上去。这时候可以试试关掉ESP,看看靠原始的驾驶方式能否爬上去,如果还不能,那就赶紧把轮胎前面的雪扫干净吧。

八 四轮轮毂电机驱动电动汽车驱动防滑控制关键技术

四轮轮毂电机驱动电动汽车驱动防滑控制关键技术分为三个方面分别进行综述分析,即车辆纵向车速估计方法、路面识别方法和驱动防滑控制算法。最后对四轮轮毂电机驱动电动汽车驱动防滑关键技术发展方向进行了展望。总结了基于滑转率控制和基于电机输出转矩控制的驱动防滑控制策略,对现有驱动防滑控制算法进行了分析,并指出提高算法的适应性和鲁棒性是未来的研究重点。

四轮轮毂电机驱动电动汽车结构示意图

轮毂电机具有快速响应、转矩精确可控等特点,通过驱动转矩协调分配,四轮轮毂电机驱动电动汽车可以灵活地实现多种动力学控制功能。传统燃油汽车主要是通过损失速度的方法实现防滑控制,即通过控制发动机转矩输出、改变传动系传动比以及制动系统介入相结合的方法实现轮胎滑转率控制,但该类方法在触发时具有明显的介入感,影响车辆的平顺性;相对于传统汽车,四轮轮毂电机驱动电动汽车可直接控制四个轮毂电机的转矩输出以实现车轮滑转状态控制,充分利用路面附着系数,提高车辆行驶安全性。
四轮轮毂电机驱动电动汽车驱动防滑控制的基本原理是通过控制车轮实时追踪当前路面附着条件下最优滑转率或控制车轮角加速度以达到驱动防滑的目的。驱动防滑控制主要涉及三个方面:
①车轮实时滑转率计算:由于四轮轮毂电机驱动电动汽车四个车轮均为驱动轮,无法通过从动轮转速直接获取车速。因此,对车辆纵向车速的准确估计是车轮实时滑转率计算的难点;通过比较基于运动学和基于动力学的车速估计方法各自的优缺点,明确了基于多方法、多信息融合的技术是提高车速估计精度的重要措施。车辆纵向车速估计一直是国内外学术界的研究热点和难点之一,从最初基于轮速传感器的车速近似计算方法发展到近年来以多传感信息、多方法融合为基础的车速估计方法,从单一工况向全工况转变,逐渐重视对车辆状态以及路面信息的应用。建立全工况、高精度、高鲁棒性的车速估计算法是未来车速估计研究的重点。
②路面识别:路面附着系数决定了路面所能提供的最大附着力,路面附着系数不同,路面的最优滑转率亦不同,路面识别本质上是路面附着系数的辨识;路面识别方法可以分为基于试验的方法和基于模型的方法两大类。基于试验的路面识别方法在良好试验条件下具有较高精度,但利用基于光学与声学传感器的方法进行路面识别时,传感器的可靠性易受驾驶工况与外界环境影响,同时对传感器采集信息的筛选与训练对控制器提出了更高要求。基于模型的方法,无论是基于Slip-slope还是基于轮胎模型,其本质均依赖于滑转率与最大摩擦因数之间的关系,由于车辆的实际行驶工况复杂多变,影响滑转率计算精度的因素众多,因此如何更好地抵抗外界不确定因素的干扰,提高算法的鲁棒性是路面识别算法的关键。比较了基于试验与基于模型的路面识别算法,分别对路面识别中涉及的路面附着系数估计方法、路面类型识别方法进行了分析,并指出:基于试验的路面识别方法仍需提高对测试环境的鲁棒性,基于模型的识别方法则需改进对轮胎模型精度以及不同工况的自适应性。在一些恶劣工况下,如泥泞路面、颠簸路面等,往往难以实现车速与路面附着系数的准确估计。
③驱动防滑控制算法:根据获得的车轮实时滑转率,实时控制电机的输出转矩,追踪当前附着状态下的最优滑转率或获得期望的角加速度,同时保证驱动滑控制介入时的平顺性。为保证驱动防滑控制效果,需要结合车速估计、路面识别与驱动防滑控制算法进行分析与综合。目前文献中的驱动防滑控制算法大多停留在仿真和典型工况试验验证阶段,尚未验证算法在复杂工况下的有效性及鲁棒性。
轮毂电机为四轮轮毂电机驱动电动汽车驱动防滑控制提供了独立且精确可控的执行器,同时为车辆行驶过程中轮胎力学状态的准确获取提供了便利。从执行器布局角度看,四轮轮毂电机驱动电动汽车驱动防滑控制与制动防抱死控制相似,因此,常见的制动防抱死控制方法与策略可为驱动防滑控制提供参考。四轮轮毂电机驱动电动汽车具有驱动传动链短、传动效率高、结构紧凑、易于实现底盘模块化设计等特点,成为电动汽车的重要发展方向之一。
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