汽车电子控制技术第9章驱动防滑系统控制

1、汽车电子控制技术汽车电子控制技术第第9章章 驱动防滑系统控制驱动防滑系统控制9.1 9.1 ASR系统的基本原理和方法系统的基本原理和方法9.2 9.2 ASR系统的基本组成和原理系统的基本组成和原理9.39.3 ABS/ASR综合控制系统综合控制系统9.49.4 ABS/ASR典型系统分析典型系统分析9.5 9.5 集中控制系统框架下的底盘控制集中控制系统框架下的底盘控制功能功能：ASR系统是防止汽车在驱动过程中车轮滑转。系统是防止汽车在驱动过程中车轮滑转。9.1 9.1 ASR系统的基本原理和方法系统的基本原理和方法驱动防滑控制系统驱动防滑控制系统或或加速防滑控制系统加速防滑控制系统(Ac

2、celeration Slip Regulation，简称，简称ASR)制动防抱死系统制动防抱死系统( Antilock Braking System，简称，简称ABS)功能功能： ABS是防止汽车在制动过程中车轮被抱死。是防止汽车在制动过程中车轮被抱死。 因因ASR主要是通过牵引力控制来实现防驱动车轮主要是通过牵引力控制来实现防驱动车轮滑转滑转控控制，又称为制，又称为牵引力控制系统。牵引力控制系统。(Traction Control System, 简称简称TCS)。式中：式中： Mn 驱动轮转矩，驱动轮转矩， Nm ； r 驱动车半径，驱动车半径， m ； 9.1.1 9.1.1 ASR基

3、本原理基本原理按照汽车行驶理论分析，主动车轮按照汽车行驶理论分析，主动车轮正常驱动的条件正常驱动的条件为为Ft F F = FZ 式中：式中：Ft 驱动轮驱动力，驱动轮驱动力，N； F 附着力，附着力， N；Ft =Mn /r式中：式中： FZ 驱动轮对地面正压力，驱动轮对地面正压力，N ； 驱动轮与地面的附着系数。驱动轮与地面的附着系数。3）附着系数）附着系数 只有车轮只有车轮滑移率滑移率处于特定的数值范围时才处处于特定的数值范围时才处 于最大值（数值第于最大值（数值第8章分析）章分析） 。2）附着力）附着力F 的大小取决于驱动轮对地面的附着系数，的大小取决于驱动轮对地面的附着系数，1）车轮

4、）车轮正常驱动时，正常驱动时，驱动力驱动力Ft的最大值不仅与驱动轮转的最大值不仅与驱动轮转 矩有关，取决于附着力矩有关，取决于附着力F 的大小。的大小。 车轮驱动力车轮驱动力超过轮胎与路面间的附着极限，即超过轮胎与路面间的附着极限，即Ft F ，则驱动轮产生则驱动轮产生过度滑转过度滑转。1. 车轮正常驱动条件分析车轮正常驱动条件分析1.1.驱动轮与地面的附着条件未变驱动轮与地面的附着条件未变 发动机功率突然加大，驱动轮转矩发动机功率突然加大，驱动轮转矩Mn 随之增大；随之增大； 发动机功率突然变小且仍处于驱动状况（传动系统仍然发动机功率突然变小且仍处于驱动状况（传动系统仍然连接），发动机对车轮

5、有制动影响。连接），发动机对车轮有制动影响。2. 驱动轮产生滑转现象原因驱动轮产生滑转现象原因2. 驱动轮转矩驱动轮转矩Mn未变未变 发动机维持正常的动力，但驱动轮与地面的附着系数发动机维持正常的动力，但驱动轮与地面的附着系数 突然变小；突然变小； 驱动轮与地面的附着系数为极小时；驱动轮与地面的附着系数为极小时； 以上条件使得驱动条件以上条件使得驱动条件Ft =Mn /r FZ 打破，必然产打破，必然产生驱动轮滑转现象。生驱动轮滑转现象。1）汽车在）汽车在起步时起步时、再加速情况下再加速情况下驱动轮驱动轮滑转，降低汽车滑转，降低汽车 驱动力，损失发动机的转矩。驱动力，损失发动机的转矩。3. 驱

6、动轮驱动轮滑转对汽车行驶的影响滑转对汽车行驶的影响2）汽车）汽车转向时转向时、在非线性路面在非线性路面驱动轮驱动轮滑转；滑转；破坏车辆的破坏车辆的 稳定和操纵性，产生交通隐患。稳定和操纵性，产生交通隐患。3）后轮驱动）后轮驱动滑转滑转的汽车将可能甩尾，的汽车将可能甩尾，4）前轮驱动）前轮驱动滑转滑转的汽车则容易方向失控，导致汽车向一的汽车则容易方向失控，导致汽车向一 侧偏移。侧偏移。1）提高地面附着力的利用率，提供最大的驱动力；）提高地面附着力的利用率，提供最大的驱动力；2）提高）提高汽车加速性能汽车加速性能；3）降低汽车能耗。降低汽车能耗。 1）保持汽车行驶时的方向稳定性，操纵稳定性）保持汽

7、车行驶时的方向稳定性，操纵稳定性 2） 提高汽车的平顺性。提高汽车的平顺性。 3） 减小轮胎的磨损减小轮胎的磨损4. ASR系统的功用系统的功用改善驱动性能改善驱动性能提高行车的安全性、舒适性提高行车的安全性、舒适性5. ASR与与ABS的比较的比较ASR是防止汽车在是防止汽车在驱动过程驱动过程中中车轮滑转车轮滑转。ABS是防止汽车在是防止汽车在制动过程制动过程中中车轮被抱死车轮被抱死。 ASR和和ABS根据地面根据地面附着系数附着系数和车轮和车轮滑移率滑移率的关系，的关系，把车轮滑移率控制在一定范围内，把车轮滑移率控制在一定范围内，提高车轮与地面附着力提高车轮与地面附着力的利用率的利用率，改

8、善，改善驱动驱动或或制动制动性能。性能。ASR的控制对象主要是的控制对象主要是驱动车轮驱动车轮。ABS的控制对象是的控制对象是所有车轮所有车轮。 ABS与与ASR都是通过控制作用于车轮上的转矩而实现都是通过控制作用于车轮上的转矩而实现滑移率控制，滑移率控制， 根据正常驱动的条件根据正常驱动的条件Ft =Mn /r F ，车辆的车辆的ASR基本控制方法有：基本控制方法有： 1）降低驱动轮转矩）降低驱动轮转矩Mn； 2）提高驱动轮与地面的附着力）提高驱动轮与地面的附着力F 。9.1.2 ASR9.1.2 ASR系统基本控制方法系统基本控制方法 ASR与与ABS技术上有十分密切的联系，部分软、硬件技

9、术上有十分密切的联系，部分软、硬件可以共用。可以共用。 ABS的传感器和压力调节器均可为的传感器和压力调节器均可为ASR所利用；所利用； ABS的电子控制装置只需要在功能上进行相应的扩展的电子控制装置只需要在功能上进行相应的扩展即可用于即可用于ASR装置。装置。 通常把二者有机地结合起来，通常把二者有机地结合起来，形成汽车形成汽车ABS/ASR控制控制系统系统 。 调节发动机的输出转矩从而降低驱动轮的转矩，以满调节发动机的输出转矩从而降低驱动轮的转矩，以满足足 Ft =Mn /r F 。 具体措施有：具体措施有： 1）调整点火时刻：减小点火提前角。）调整点火时刻：减小点火提前角。 2）调节燃油

10、供给量：降低燃油供给量。）调节燃油供给量：降低燃油供给量。 3）调节进气量：减小节气门开度。）调节进气量：减小节气门开度。1.1.发动机输出转矩控制发动机输出转矩控制 对出现滑转趋势的驱动轮直接实施制动，降低车轮的对出现滑转趋势的驱动轮直接实施制动，降低车轮的驱动力以满足驱动力以满足Ft =Mn /r F 。2.2.驱动轮制动控制驱动轮制动控制 当某一驱动轮出现全滑转状况是，系统自动运行锁止当某一驱动轮出现全滑转状况是，系统自动运行锁止驱动轮差速器，强迫处于附着状况较好的驱动轮提供牵引驱动轮差速器，强迫处于附着状况较好的驱动轮提供牵引力，使车辆摆脱困境。力，使车辆摆脱困境。3.3.差速锁控制差

11、速锁控制差速器？ 传递推进轴的回转动力至后左右轮所需之差异的旋转传递推进轴的回转动力至后左右轮所需之差异的旋转速度，使汽车能够自由转弯行驶的一种齿轮装置。速度，使汽车能够自由转弯行驶的一种齿轮装置。轮间差速器轮间差速器：装在同一驱动桥两侧驱动轮之间的差速器。：装在同一驱动桥两侧驱动轮之间的差速器。轴间差速器轴间差速器：装在在多轴驱动汽车的各驱动桥之间的差：装在在多轴驱动汽车的各驱动桥之间的差 速器。速器。 ABS传感系统提供的减速度、轮速等运动状况的信息传感系统提供的减速度、轮速等运动状况的信息亦可作为亦可作为ASR ECU 的输入信息。但的输入信息。但ASR传感系统必须向传感系统必须向ECU

12、提供车轮是处于制动状况或驱动状况的信息。提供车轮是处于制动状况或驱动状况的信息。9.2 9.2 ASR系统的基本组成和原理系统的基本组成和原理1. ABS与与ASR可各自采用单独的可各自采用单独的ECU；2. 对采用集成控制系统的车辆对采用集成控制系统的车辆ABS与与ASR可共用一个可共用一个ECU； 或采用单独的或采用单独的ECU实行并行单独处理，通过实行并行单独处理，通过ECU间通讯间通讯 互相应证。互相应证。 9.2.19.2.1传感系统传感系统9.2.29.2.2电子控制单元电子控制单元 ASR 控制模式出现故障时，控制模式出现故障时，ECU 能自动转为常规能自动转为常规人工控制模式。

13、人工控制模式。 主要采用的方法是进气量控制，具体手段是在发动机主主要采用的方法是进气量控制，具体手段是在发动机主节气门的前面设置一个节气门的前面设置一个副节气门副节气门。 正常工作状况或制动状况时，副节气门全开；正常工作状况或制动状况时，副节气门全开； 防滑转状况时，调节副节气门的开度。防滑转状况时，调节副节气门的开度。9.2.3 9.2.3 执行系统执行系统1.1.发动机转矩控制执行系统发动机转矩控制执行系统 在在ABS压力调节装置上增设压力调节装置上增设ASR控制系统的控制通道，控制系统的控制通道，实现对驱动轮的制动控制。实现对驱动轮的制动控制。ABS工作时，工作时， ASR自动退出工自动

14、退出工作。作。2.2.驱动轮控制执行系统驱动轮控制执行系统3.3.差速器锁止控制差速器锁止控制 ABS与与ASR都是通过控制作用于车轮上的转矩而实现都是通过控制作用于车轮上的转矩而实现滑移率控制。现代车辆滑移率控制。现代车辆ABS/ASR系统将系统将ABS与与ASR控制实控制实现资源共享、互为补充，形成现资源共享、互为补充，形成ABS/ASR综合控制系统。综合控制系统。9.39.3 ABS/ASR综合控制系统综合控制系统ECU轮轮 速速 信信 号号节节 气气 门门 信信 号号制动踏板信号制动踏板信号加速踏板信号加速踏板信号轮缸压力轮缸压力调节器调节器节气门开度节气门开度调节器调节器指示信号指示

15、信号发动机发动机车车 轮轮驾驶员驾驶员 ABS与与ASR都需要确定车轮运行工况，包括：都需要确定车轮运行工况，包括： 正常工况判断：轮速正常工况判断：轮速 ； 制动工况判断：制动踏板；制动工况判断：制动踏板； 滑转工况的判断：加速踏板；滑转工况的判断：加速踏板；9.3.1 9.3.1 确定车轮运行工况确定车轮运行工况发动机转矩控制；发动机转矩控制；ABS压力调节装置控制；压力调节装置控制；ABS与与ASR工作状况的转换。工作状况的转换。9.3.2 9.3.2 驱动轮防滑控制驱动轮防滑控制1）各车轮的转速信号；）各车轮的转速信号；2）节气门的位置信号；）节气门的位置信号；3）制动踏板的制动信号；

16、）制动踏板的制动信号；4）发动机转速信号；）发动机转速信号；9.49.4 ABS/ASR典型系统分析典型系统分析下面以下面以Bosch公司公司ABS/ASR 2U系统为典型进行分析。系统为典型进行分析。9.4.19.4.1基本功能分析基本功能分析1.1.传感系统的输入信号传感系统的输入信号ABS/ASR的的ECU获得的传感信号有：获得的传感信号有：5）变速器档位信号；）变速器档位信号；6）驻车信号；）驻车信号；7）ASR工作状态选择信号；工作状态选择信号；8）巡航车速信号）巡航车速信号 。 如环境温度、发动机水温、制动液、变速器润滑液如环境温度、发动机水温、制动液、变速器润滑液等信号。等信号。

17、辅助信号：辅助信号： 1 1）ABSABS压力调节装置控制：四通道压力调节装置；压力调节装置控制：四通道压力调节装置； 2 2）发动机转矩控制：）发动机转矩控制：调节副节气门的开度；调节副节气门的开度； 3）节气门松弛装置：该装置与巡航系统共用。）节气门松弛装置：该装置与巡航系统共用。2.2.执行系统执行系统 以车辆速度为判断条件，以车辆速度为判断条件， ABS/ASR确定不同的控制。确定不同的控制。1. ASR控制控制 车速：车速： 80km，仅采用发动机转矩控制。，仅采用发动机转矩控制。2. ABS控制控制 控制过程基本同上控制过程基本同上9.4.29.4.2控制过程分析控制过程分析 现代

18、汽车控制技术正朝着集中综合控制方向发展。通现代汽车控制技术正朝着集中综合控制方向发展。通过中央底盘控制器，将制动、悬架、转向、动力传动等控过中央底盘控制器，将制动、悬架、转向、动力传动等控制系统通过总线进行连接，形成制系统通过总线进行连接，形成一体化底盘控制系统一体化底盘控制系统。9.59.5集中控制系统框架下的底盘控制集中控制系统框架下的底盘控制联合联合信息信息传感传感系统系统中中 央央处理器处理器ECU制动制动/ /驱动驱动发动机发动机悬悬 架架转转 向向传动系传动系其它系统其它系统车辆动力性车辆动力性车辆经济性车辆经济性车辆稳定性车辆稳定性车辆安全性车辆安全性车辆操纵性车辆操纵性车辆舒适

19、性车辆舒适性其它性能其它性能传统控制的传统控制的子系统，亦称为子系统，亦称为基础功能层，主要有：基础功能层，主要有： 1）发动机控制系统：）发动机控制系统：EFI、DLI、EGR等；等； 2）ABS/ASR控制系统；控制系统； 3）主动悬架控制系统（）主动悬架控制系统（A-SUS）; 4）动力转向控制系统（）动力转向控制系统（PAS）。）。9.5.19.5.1底盘集中控制系统的基本结构与原理底盘集中控制系统的基本结构与原理 对传统控制的对传统控制的子系统进行协调。以获得车辆的动力性、子系统进行协调。以获得车辆的动力性、舒适性、安全性、稳定性、排放性综合最佳。舒适性、安全性、稳定性、排放性综合最佳。1.1.基础控制硬件层基础控制硬件层2.2.性能控制层性能控制层 协调车辆控制系统的处理结果与环境的关系，包括