汽车动力学研究

1、汽车驱动防滑控制系统的的研究摘要：汽车行驶安全性受到了人们的高度关注，对汽车的行驶安全性能要求不断提高，汽车安全系统已经成为汽车研究发展的重要部分。汽车驱动防滑系统，是一种主动安全装置，可根据车辆的行驶行为使车辆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车轮发生过分滑转，使得汽车在驱动过程中保持方向稳定性和转向操纵能力及提高加速性能等。关键词：汽车驱动防滑系统；方向稳定性；转向操纵能力Study on acceleration slip regulation Abstract:Nowadays，it is highly atte

2、nded to car driving security；the request about car driving security continually heightensCar security system has been one important part of car research and development Acceleration Slip Regulation，shorter form ASR，is one kind of equipment used for active securityAccording to the state of car，it ena

3、bles the car driving wheel get the best vertical force in bad condition roadIn the driving course，especially during the course of underway，accelerated，swerve，it prevents driving wheel from excess slippingIt can keep direction stability，turning control ability，and accelerated abilityKey words: accele

4、ration slip regulation; direction stability; turning control ability一、汽车驱动防滑控制系统的原理和结构1 汽车驱动防滑控制系统的基本原理汽车在路面上行驶时，其车轮的驱动力不但取决于发动机输出扭矩和传动系的速比，而且受到车轮轮胎与路面附着条件的限制。当车轮的驱动力超过轮胎与路面间的附着力时，车轮就会产生滑转现象。汽车起步和加速行驶时，如果路面附着力较小，车轮的驱动力常会超过车轮轮胎与路面的附着力，发生驱动车轮过度滑转。这不但降低汽车的驱动性能，加剧车轮轮胎磨损!增加燃油消耗，而且汽车的操纵性、稳定性和安全性也大大降低。引入驱动

5、车轮滑转率的概念可以表征驱动车轮滑转成分，其计算式为：式中Sd为驱动车轮的滑转率r为驱动车轮的半径w为 驱动车轮角速度Va为汽车车轮中心速度当Sd =0时，驱动车轮处于纯滚动状态Sd =1时，驱动车轮处于完全滑转状态0<Sd<1时,驱动车轮处于边滚边滑状态,滑转率越大,驱动车轮滑转成分越大.2.汽车驱动防滑控制系统的典型结构及工作过程汽车驱动防滑控制系统是在ABS的基础上发展起来的，它与ABS共用轮速传感器、控制机构和压力驱动元件等。并扩展了电子控制单元ECU功能，增设了节气门控制机构、ASR开关指示灯和ASR诊断系统等，其工作过程为：1.在汽车行驶过程中，轮速传感器将驱动车轮转速

6、及非驱动车轮转速转变为电信号传送给电子控制单元ECU，ECU则根据车轮转速计算出驱动车轮的滑转率。2.如果驱动车轮发生过度滑转，滑转率超出了目标范围，ECU再综合参考由主、副节气门位置传感器传来的节气门开度信号，发动机转速信号等因素确定控制策略。并向相应的控制机构发出指令使其工作，不断调整节气门开度和发动机输出扭矩，从而使汽车的驱动车轮始终处于最佳的滑转范围内。3.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工作指示灯显示。二、汽车驱动防滑控制系统的主要控制模式驱动车轮的滑转率可以由驱动防滑转系统的电子控制装置根据设置在各车轮上的车轮转速传感器输入的车轮转速信号经过处理后判

7、定，驱动车轮滑转率的控制则由驱动防滑转系统的电子控制装置通过各种途径对作用于驱动轮上的力和力矩进行调节而实现。控制驱动车轮的滑转率主要有下列途径。1发动机转矩调节方式当驱动车轮发生滑转时，表明作用于驱动车轮的驱动力矩过大，此时如果以自适应的方式调节发动机的输出转矩，使作用于驱动车轮的驱动力矩适度调节，就可对驱动车轮的滑转率进行控制，调节发动机输出转矩的途径主要有：(1)调节发动机的进气量；(2)调节发动机的供油量；(3)调整发动机的点火参数。减小发动机的进气量可以通过设置由驱动防滑转电子控制装置控制的副节气门或可变配气相位机构进行自适应调节来实现。目前最为广泛采用节气门调节方式，即调节发动机的

8、进气量。节气门开度调节是指在原节气门通道的基础上，串联一个副节气门，通过传动机构控制其开度，从而使其有效节气门开度获得调节。副节气门的开度通过步进电动机控制，但由于副节气门从全开位置驱动到全闭位置需要一定时间。因此，使用节气门调节发动机输出转矩的时滞大，响应时间略长。这种控制方式工作平稳，过渡圆滑，易于与其它控制方式配合使用。2驱动轮制动控制方式驱动轮制动力矩调节是在发生打滑的驱动轮上施加制动力矩，使车轮转速下降，把滑转率控制在理想的范围内。该调节控制方式反应时间短，是防止滑转的最迅速的一种方式。但在车轮速度较高的情况下，制动控制方式会影响汽车行驶的舒适性，稳定性。同时，特别在高速行驶的状况下

9、，制动力控制容易造成车身的抖震，而且由于制动系统的摩擦较大，摩擦力做功后，把车轮的动能转化为摩擦片的热能，使得摩擦片过热，影响摩擦片的寿命。所以制动力控制一般在高速的时候，作为发动机调节输出转矩控制的补充方式。制动控制方式主要应用在左右车轮的路面附着情况不一样的情况下，汽车在这种路面上行驶就会造成左右车轮的附着情况差别，施加制动力矩能够起到控制差速作用。左右两轮行驶在分离高低附着力系数的路面上，右驱动轮处于高附着力系数路面，左驱动轮处于低附着力系数路面；这时，汽车的驱动力只取决于低附着力系数路面上的驱动力。要降低低附着力系数路面车轮的轮速，即降低滑转轮的轮速，可以在这个轮加上一制动力。通过对低

10、附着系数路面上的驱动轮施加制动力，实际上加大了非滑转轮的驱动力，就可以充分利用高附着路面的附着条件，提高汽车的驱动力。从而使得两个半轴产生差速的作用，改善汽车的滑转情况。驱动轮制动控制的特点是反应速度、控制强度和灵敏度强，由于控制强度大而影响车辆行驶的平稳与舒适。由于控制强度大，因此，在高速行驶中使用制动控制会影响车辆行驶平稳舒适，应尽量避免使用。3差速锁控制方式普通的开式差速器在任何时刻都向左右轮输出相同的扭矩，这在路面两侧附着系数差别较大时，高附着系数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。当汽车起步时，调节差速器的锁止程度，能使驱动力充分发挥，提高车速与行驶稳定性：当左右驱

11、动轮在不同的分离附着系数路面上以及弯道上行驶时，能提高汽车稳定行驶的能力。但该方法成本较高，主要用在高档轿车上。如何根据汽车不同的滑转情况，组合ASR的控制方式，使得ASR系统的性能指标应具有在良好的行驶稳定性、良好的转向能力、附着力系数利用率以及良好的驾驶舒适性。三、驱动防滑控制系统的关键技术原理特点1传感系统ABS传感系统提供的减速度、轮速等运动情况，也可以为ASR ECU用于检测车轮滑转率信号的计算。与ABS传感器系统不同之处：ASR传感系统向ECU提供制动系统工作信号，以判定系统处于制动力控制方式还是驱动力发动机输出调节方式，以及发动机副节气门位置，变速器工作状况等相关信息，便于ECU

12、计算滑转率和控制决策提供依据。2电控处理系统电子控制单元ECU是处理系统的核心。ECU接收传感器信号并进行处理后，经过控制策略以及控制算法的分析计算，预编控制程序，并向输出系统输出控制。ECU包括输入与输出接口，微型计算机以及安全保护电路。采用高速集成数字化电路，加快大容量数据的数字化处理。ABS系统可以采用单独的ECU实现信息处理和指令控制，集成控制系统的ABSASR可以共用一个ECU。但有些车辆集成控制系统采用两个ECU对相同信号施行并行独立处理，目的在于互相印证，消除误差，也可以用作冗余系统。ABS所设定的预编程序可为ASR系统共用。判断进入ASR模式和进入ABS模式的条件，在ABS系统

13、上增加ASR功能模块程序。ASR ECU增加CAN总线芯片及驱动电路，用于高速数据的传送，以及与副节气门的通信，发动机等的通信控制。CAN总线系统是汽车电子发展的重要方向之一，适用范围很广，可以适用于可靠性和实时性要求较高的系统，高档发动机和动力传动系统的实时控制系统；也可适用于车身控制系统、仪表盘、故障诊断系统。3执行系统ABS执行系统是在ECU控制指令驱动下自动调节系统压力，以获得预期的控制效果。根据制动系统工作的不同，执行系统压力调节装置分为液压式和气压式两种基本类型。根据不同工作机构的特点，控制信号也需要改变和调节，所以ECU的控制信号是根据整个ABS或者ASR系统综合考虑而得出的控制

14、信号，简单换零件和不同型号的系统内部的元件会导致系统参数的改变，从而使得控制的不准确性，甚至是出现危险的情况。四、目前ASR研究的关键技术及期望解决的问题1发动机节气门开度调节与制动力矩控制协同工作与ABS系统只是一个反应时间近似一定的制动控制单环系统不同，ASR是由反应时间不同的制动控制和发动机控制等组成的多环系统。控制汽车驱动力矩一般要用到节气门开度调节和制动力矩调节两种手段，但在什么情况下用前者，什么情况下用后者，怎样协同工作才能使驱动力调节效果达到最佳，这需要经过反复试验，并做认真分析才能得出结论。2执行机构滞后的影响ASR系统从数据采集到获得驱动力矩变化，在各个传递环节上需要消耗时间

15、，如制动系统增压约迟滞0025s，减压需迟滞0015s，加上节气门调节也存在同样的问题。这样驱动力矩的调节存在滞后，累积后就会脱离要求的控制范围，影响驱动力矩调节效果。3电子控制单元的抗干扰问题干扰可通过各种途径侵入到ECU中，第一是输入系统，它会使数字信号出错，ECU根据这种输入信息做出的反应必然是错误的；第二是输出系统，使各种输出信号混乱，不能正常反映ECU的真实输出，导致一系列严重后果；如果进入了微处理器中，将使总线上的数字信号错乱，发生程序失控、死机等。另外，在ASR控制期间，离合器处于接合状态，发动机的惯性，传动系统的振动会对ASR控制带来困难。因此系统对抗干扰能力要求很高，实现起来

16、比较困难。4汽车行驶过程中的道路识别技术目前大多数ASR控制系统都采用基于最佳滑移率控制为目标的控制方法，而在实际的控制器的研究过程中，由于逻辑门限控制方法具有结构简单、成本较低等特点，所以得到了较为广泛的应用。按照常用的系统的结构，由传感器采集车轮转速及车身的加速度信号，并由此获得车辆的滑移率的信息，并以车辆滑移率门限值为主、车轮加减速度门限值为辅的控制方法和控制逻辑算法对车辆的执行系统进行控制以优化驱动力的分配，保证车辆能够充分地利用地面韵附着力。5新的控制理论和控制算法的研究在ASR系统的控制理论和控制算法方面，目前国内外技术领域的技术人员进行了大量的研究，也获得了一定的成果。新的控制方

17、法不断地被提出，从线性控制到非线性控制理论，以至于到模糊控制理论、神经网络控制理论等，目前在ASR方面都有所应用。在控制算法方面，从逻辑门限控制到模糊神经网络控制算法，大量的控制算法也不断地被提出，并在车辆上进行了大量的试验但坦白地说，目前所提出的很多算法，其提出理论所基于的模型甚至包括算法本身都还有不完善的地方，这就决定了选择的很多控制算法无法进行适时的、精确的控制，其效果有一定的局限性。ConclusionAntiskid Regulation(ASR)is a kind of automobile electronic equipment that used in driving or

18、accelerating of vehicle，which can control automobile driving wheelsskid to enhance the automobile driving performance and traffic safetyIn this dissertation，the development at home and abroad，the basic principles and structure of Antiskid Regulation were briefly described；the control theory of Anti-

19、skid Regulation was discussedThe vehicles control formscontrol strategies and control algorithms of ASR and the application in the ASR of PID Control Algorithm，ASR control methods mainly include brake control and engine output controlTaking account into advantage and disadvantage of different contro

20、l method，also the cost factor，the paper combines brake control and engine output controlAccording to different situation of car running，design how to combine brake control and engine output control in order to get better control resultThe paper wholly analyzes ASR systemIt discusses and analyzes key technology and difficulties of ASR system参考文献1.王德平.郭孔辉.高振海 汽车驱动防滑控制系统 2007(04)2李东江.宋良玉 现代汽车电子控制技术 20053王德平.刘成文 汽车牵引力控制系统 1998(09)4.Ken Asami Impovements in Tra