第16章 电子控制防滑(ASR)系统ppt课件.ppt
第16章 电子控制防滑（ASR）系统,本章主要内容,汽车防滑转系统的作用防车轮滑转的控制方式防滑转系统的基本组成与特点电子控制防滑转系统(ASR)的结构电子控制防滑转系统(ASR)的工作原理,16.1 概 述16.1.1 汽车防滑转系统的作用,汽车防滑转系统(Anti Slip Regulation，简称ASR，有些公司或资料称之为牵引力控制(Traction Control)系统，简称TRC。)，是继制动防抱死系统(ABS)之后应用于车轮防滑的电子控制系统，ASR是ABS的完善和补充。作用：防止汽车在起步、加速和滑溜路面行驶时驱动轮的滑转，以提高汽车的牵引性和操纵稳定性。汽车防滑转电子控制系统是当驱动车轮出现滑转时，通过控制发动机的动力输出或对滑转车轮施以制动力来抑制车轮的滑转，以避免汽车牵引力和行驶稳定性的下降。,16.1.1 汽车防滑转系统的作用,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轮缘速度时。车轮胎面与地面之间就有相对的滑动，这种滑动称之为“滑转”，以区别于汽车制动时车轮抱死而产生的车轮“拖滑”。滑转与汽车制动时车轮被抱死而拖滑一样，驱动车轮的滑转同样会使车轮与地面的附着力下降。地面纵向附着系数减小，使驱动车轮产生的牵引力降低，导致汽车的起步性能、加速性能和滑溜路面的通过性能下降；地面横向附着系数减小，则会降低汽车在起步、加速、滑溜路面行驶时的行驶稳定性。,16.1.1 汽车防滑转系统的作用,由于防滑转控制装置(ASR)可使车轮保持最大的附着力，与不装备ASR的汽车相比，具有如下优点。汽车在起步、行驶过程中可获得最佳的驱动力，提高了汽车的动力性。尤其在附着系数小的路面，汽车起步、加速及爬坡能力的提高就更加显著。汽车的行驶稳定性得以提高，前轮驱动汽车的方向控制能力也能改善。路面的附着系数越低，其行驶稳定性能提高就越是明显。因此，ASR与ABS一样，也是汽车主动安全控制装置。减少了轮胎的磨损，可降低汽车的燃油消耗。此外，在ASR起作用时，可通过仪表板上的ASR指示灯或蜂鸣器向司机提醒，提示司机不要踩刹车过猛(紧急制动)、注意转向盘的操作、不要猛踩加速踏板等，以确保行车的安全。,16.1.2 防车轮滑转的控制方式,1车轮滑转率与地面附着系数 车轮滑转率Sz的定义如下：式中Vq驱动轮轮缘速度；V汽车车身速度，实际应用时常以非驱动轮轮缘速度(r0)代替。当车身未动(V=0)而驱动车轮转动时，Sz=100，车轮处于完全滑转状态；当车身速度与驱动轮轮缘速度相等(V=Vq)时，Sz=0，驱动车轮处于纯滚动状态。在各种路面上，地面的附着系数均随滑转率的变化而改变。试验研究表明车轮滑转率Sz在10%30%时，纵向附着系数达到最大，横向附着系数也较大。因此，滑转率是汽车防滑转电子控制系统的重要控制参数。,16.1.2 防车轮滑转的控制方式,防车轮滑转控制的方式防滑差速器锁止控制发动机输出功率控制驱动轮制动控制发动机输出功率与驱动轮制动综合控制,16.1.2 防车轮滑转的控制方式,控制器根据各车轮转速传感器信号计算车轮的滑转率Sz，当Sz值超过某一限定值时，控制器就输出控制信号，抑制车轮的滑转，控制方式如下。发动机输出功率控制 当汽车起步、加速时加速踏板采得过猛时，会因为驱动力过大而出现两边的驱动车轮都滑转的情况。这时，ASR控制器输出控制信号，控制发动机的功率输出，以抑制驱动车轮的滑转。发动机功率控制可以通过改变节气门的开度、调节喷油器的喷油量和改变点火时间等方法实现。,16.1.2 防车轮滑转的控制方式,驱动轮制动控制 当驱动车轮单边滑转时，控制器输出控制信号，对滑转车轮施以制动力，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，从而提高了汽车在滑溜路面的起步和加速能力、行驶稳定性及转向操纵能力。这种控制方式的作用类似于差速锁，在一边驱动车轮陷于泥坑部分或完全失去驱动能力时，对其制动后，另一边的驱动车轮仍能发挥其驱动力，使汽车能驶离泥坑。当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以不同的制动力。,16.1.2 防车轮滑转的控制方式,发动机输出功率与驱动轮制动综合控制 为了达到最理想的控制效果。采用发动机输出功率控制与驱动轮制动控制相结合的控制系统。汽车在行驶过程中，路面滑溜的情况千差万别，驱动力的状态也是不断变化，综合控制系统将根据发动机的状况和车轮滑转的实际情况采取相应的控制。比如，在发动机驱动力较小的状态下出现车轮滑转的主要原因可能是由于路面滑溜，这时采用对滑转车轮施以制动的方法就比较有效。而在发动机输出功率大(节气门开度大、转速高)时出现车轮滑转，则主要通过减小发动机输出功率的方法来控制车轮的滑转。有时候，车轮滑转的情况更为复杂，需要通过对车轮制动和减小发动机驱动力的共同作用来控制车轮的滑转。,16.1.2 防车轮滑转的控制方式,防滑差速器锁止控制 这种电子控制的差速器可以在不锁止到完全锁止(0100)的范围内，通过对锁止离合器施加不同的液压来进行控制。当一边的驱动轮出现滑转或两边的驱动车轮有不同程度的滑转时，控制器输出控制信号，通过液压控制装置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。,16.1.3 防滑转系统的基本组成与特点,1ASR系统的基本组成 目前在汽车上广泛使用的ASR多为发动机输出功率和驱动轮制动综合控制，其基本组成如图16-1所示。,16.1.3 防滑转系统的基本组成与特点,2ASR的工作特点 ABS和ASR都是用来控制车轮相对地面的滑动，以使车轮与地面的附着力不下降，但ABS控制的是汽车制动时车轮的“拖滑”，主要是用来提高制动效果和确保制动安全；而ASR是控制车轮的“滑转”，用于提高汽车起步、加速及滑溜路面行驶的牵引力和确保行驶稳定性。虽然ASR也可以和ABS一样，通过控制车轮的制动力大小来抑制车轮与地面的滑动，但ASR只对驱动车轮实施制动控制。ASR在汽车起步及一般行驶过程中工作(除非司机将ASR选择开关关闭，使ASR控制系统不能进入工作状态)，当车轮出现滑转时即可起作用，而当车速很高(80120kmh)时一般不起作用。ABS则是在汽车制动时工作，在车轮出现抱死时起作用，当车速很低(8kmh)时不起作用。ASR在处于防滑转控制过程中，如果汽车制动，ASR就立即中止防滑转控制，以使制动过程不受ASR的影响。,16.2 电子控制防滑转系统的结构与原理 16.2.1 电子防滑转控制原理,典型的ASR系统如图16-2所示。,16.2.1 电子防滑转控制原理,车轮转速传感器将行驶汽车驱动车轮转速及非驱动轮转速转变为电信号，输送给控制器。控制器根据车轮转速传感器的信号计算驱动车轮的滑转率，如果滑转率超出了目标范围，控制器再综合参考节气门开度信号、发动机转速信号、转向信号(有的车无)等确定控制方式，输出控制信号。执行器动作，将驱动车轮的滑转率控制在目标范围之内。,16.2.1 电子防滑转控制原理,1控制发动机输出功率 在发动机节气门体的主节气门前方，设置了辅助节气门。辅助节气门一般由步进电动机驱动，在ASR不起作用时，辅助节气门处于全开位置。当两驱动车轮滑转率超出限定值时，ASR ECU输出控制信号，控制辅助节气门驱动步进电动机工作，使辅助节气门的开度适当减小，以控制发动机的输出功率，抑制驱动车轮的滑转。通过调节辅助节气门开度来控制发动机输出功率其反应速度较慢，通常用调整点火时间和燃油喷射量来补偿辅助节气门调节的不足。当发动机输出功率调节量较小或辅助节气门调节还未能有效控制车轮滑转时，ASR的ECU则向发动机ECU输出控制信号，使点火时间适当推迟或喷油量适当减少，以实现迅速控制发动机输出功率之目的。由于推迟点火和减少喷油量会使燃烧质量变差，造成排气污染的上升或增大三元催化转化器的负担，因此，只应是用作发动机输出功率瞬时微量调节。,16.2.1 电子防滑转控制原理,2控制滑转车轮的制动力 ASR通过对其制动压力调节器的控制，实现对滑转车轮的制动。当车轮滑转时，AsR ECU输出制动控制信号，使ASR制动压力调节器工作，使滑转车轮有一适当的制动力，将车轮的滑转率控制在理想的范围内。通过制动来控制驱动轮的滑转率反应速度快，但是从舒适性和避免制动器过热等方面的考虑，这种控制方式只应在汽车行驶速度不高和短时间的情况下使用。,16.2.1 电子防滑转控制原理,3发动机输出功率和驱动车轮制动的综合协调控制 ASR ECU根据各车轮转速传感器、节气门位置传感器、发动机转速传感器等提供的信号计算得到车轮的滑转率，并判断汽车的行驶速度及行驶状况、节气门开度、发动机的工况等，确定是否进行防滑转控制和选择什么样的控制方式。在两边车轮同时出现滑转、发动机转速较高、汽车高速行驶等情况下，ASR ECU优选减小发动机输出功率控制，如果减小发动机输出功率还未能使滑转率控制在目标范围之内，则再辅以驱动轮制动控制。在两边驱动轮滑转率不一致、发动机输出功率较小、汽车行驶速度不高等情况下，ASR ECU则选驱动轮制动控制方式。必要时，在对驱动车轮施以制动力的同时，再辅以减小发动机输出功率控制，以达到理想的控制效果。,16.2.2 防滑转系统部件的结构原理,防滑转系统主要部件 ASR传感器 ASR控制器 ASR制动压力调节器 辅助节气门驱动装置,16.2.2 防滑转系统部件的结构原理,1ASR传感器 ASR系统的传感器：车轮转速传感器、节气门开度传感器。车轮转速传感器与ABS系统共用，而节气门开度传感器则与发动机电子控制系统共用。ASR专用的信号输入装置是ASR选择开关，将ASR选择开关断开，ASR系统就不起作用。比如，在需要将汽车驱动车轮悬空转动来检查汽车传动系统或其它系统故障时，ASR系统就可能对驱动车轮施以制动，影响故障的检查。这时，关断ASR开关，中止ASR系统的作用，就可避免这种影响。,16.2.2 防滑转系统部件的结构原理,2ASR控制器 ASR控制器以微处理器为核心，配以输入输出电路及电源等组成。ASR和ABS的一些信号输入和处理都是相同的，为减少电子器件的应用数量，使结构紧凑，ASR与ABS通常组合成一个ECU。典型的ASR控制器组成如图16-3所示。,16.2.2 防滑转系统部件的结构原理,16.2.2 防滑转系统部件的结构原理,(1)单独方式的ASR制动压力调节器 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，通过液压管路互相连接。图16-4所示的是一种采用三位三通电磁阀、变容积式ASR制动压力调节器的原理。,16.2.2 防滑转系统部件的结构原理,在ASR不起作用，电磁阀不通电时，阀在左位，调压缸的右腔与储液器相通而压力低，调压缸的活塞被回位弹簧推至右边极限位置。这时，调压缸活塞左端中央的通液孔将ABS制动压力调节器与车轮制动分泵沟通，因此在ASR不起作用时，对ABS无任何影响。当驱动车轮出现滑转而需要对驱动车轮实施制动时，ASR控制器输出控制信号，使电磁阀通电而移至右位。这时，调压缸右腔与储液器隔断而与蓄压器接通，蓄压器具有一定压力的制动液推动调压缸的活塞左移，ABS制动压力调节器与车轮分泵的通道被封闭，调压缸左腔的压力随活塞的左移而增大，驱动车轮制动分泵的制动压力上升。当需要保持驱动车轮的制动压力时，控制器使电磁阀半通电，阀处于中位，使调压缸与储液器和蓄压器都隔断，于是，调压缸活塞保持原位不动，使驱动车轮制动分泵的制动压力不变。当需要减小驱动车轮的制动压力时，控制器使电磁阀断电，阀在其回位弹簧力的作用下回到左位，使调压缸右腔与蓄压器隔断而与储液器接通。于是，调压缸右腔压力下降，其活塞右移，使驱动车轮制动分泵的制动压力下降。在驱动车轮出现滑转时，ASR ECU通过对电磁阀的上述控制，实现对驱动车轮制动力的控制，将车轮的滑转率控制在目标范围之内。,16.2.2 防滑转系统部件的结构原理,(2)组合方式的ASR制动压力调节器 采用三位三通电磁阀、循环流动式ASRABS制动压力调节器的一实例如图16-5所示。,16.2.2 防滑转系统部件的结构原理,在ASR不起作用时，电磁阀I不通电。汽车在制动过程中如果车轮出现抱死，ABS起作用，通过控制电磁阀和电磁阀来调节制动压力。当驱动车轮出现滑转时，ASR ECU使电磁阀I通电，阀移至右位，电磁阀和电磁阀不通电，阀仍在左位，于是蓄压器的压力油通人驱动车轮制动泵，制动压力增大。当需要保持驱动车轮的制动压力时，ASR ECU使电磁阀I半通电，阀移至中位，隔断了蓄压器及制动总泵的通路，驱动车轮制动分泵的制动压力即被保持不变。当需要减小驱动车轮的制动压力时，ASR ECU使电磁阀和电磁阀通电，阀和阀移至右位，将驱动车轮制动分泵与储液器接通，于是制动压力下降。如果需要对左右驱动车轮的制动压力实施不同的控制，ASR ECU则分别对电磁阀和电磁阀实行不同的控制。,16.2.2 防滑转系统部件的结构原理,4辅助节气门驱动装置 辅助节气门驱动装置一般由步进电动机和传动机构组成，安装在节气门体上的位置如图16-6所示。,16.2.2 防滑转系统部件的结构原理,辅助节气门驱动装置的工作原理如图16-7所示。在ASR不起作用时，辅助节气门处于全开的位置。当驱动轮滑转，需要减小发动机输出功率时，步进电动机根据ASR ECU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，改变辅助节气门的开度，从而达到控制发动机的输出功率、抑制驱动车轮的滑转的目的。,16.2.2 防滑转系统部件的结构原理,16.2.2 防滑转系统部件的结构原理,5ASR系统实例 不同类型的ASR系统其元器件的配置及电路布置有所不同，图16-8、16-9所示的是丰田凌志LS400轿车上使用的ABSTRC系统(相当于ABSASR系统)组成和电路原理图。,汽车制动防抱死装置,汽车制动防抱死装置(Antilock Braking System-ABS)可以感知制动轮每一瞬时的运动状态，并根据其运动状态相应地调节制动器制动力矩的大小，避免出现车轮的抱死现象，是闭环制动系统。它是电子控制技术在汽车上最有突出成就的一项应用，可使汽车在制动时维持方向稳定性和缩短制动距离，有效地提高了行车的安全性,驱动防滑系统,驱动防滑系统 驱动防滑系统是汽车制动防抱死系统功能的自然扩展。它的作用是维持汽车行驶的方向稳定性，并尽可能利用车轮-路面间的纵向附着能力，提供最大的驱动力。牵引控制 在汽车行驶时,轮胎摩擦系数和路面条件有着很重要的关系，更具体地说，汽车的驱动力必须加以控制，以使车轮的滑动率保持在15%至20%之间。汽车电子系统所完成的上述控制功能称为牵引控制(Traction Control).,电控行驶平稳系统ESP,ESP（电控行驶平稳系统，英文全称Electronic Stabilty Program）包含ABS及ASR，是这两种系统功能上的延伸。因此，ESP称得上是当前汽车防滑装置的最高级形式。ESP系统由控制单元及转向传感器（监测方向盘的转向角度）、车轮传感器（监测各个车轮的速度转动）、侧滑传感器（监测车体绕垂直轴线转动的状态）、横向加速度传感器（监测汽车转弯时的离心力）等组成。,电控行驶平稳系统ESP,电控行驶平稳系统 ESP对过度转向或不足转向特别敏感，例如汽车在路滑时左拐过度转向（转弯太急）时会产生向右侧甩尾，传感器感觉到滑动就会迅速制动右前轮使其恢复附着力，产生一种相反的转矩而使汽车 保持在原来的车道上。当然，任何事物都有一个度的范围，如果驾车者盲目开快车，现在的任何安全装置都难以保证其安全。,汽车动态控制系统VDC,汽车动态控制系统VDC 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。为解决此问题，最近汽车工业发达国家又在ABSASR系统的基础上发展成汽车动态控制系统(英文名称为Vehicle Dynamics Control，简称)。,汽车动态控制系统VDC,这个系统把汽车的制动、驱动、悬架、转向、发动机等各主要总成的控制系统在功能上、结构上有机的综合在一起，可使汽车在各种恶劣工况下，如冰雪路面上、对开路面上、弯道路面上以及采取规避动作移线、制动、加速和下坡等工况行驶时，对不同承载、不同轮胎气压和不同程度的轮胎磨损都有良好的方向稳定性，表现出最佳的行驶性能。VDC的应用，在制动、加速和转向方面完全解脱对驾驶员的高要求，在汽车的主动安全行驶方面竖立了一个新的里程碑。,汽车动态控制系统VDC,VDC系统对转向行驶的控制主要是借助于对各个车轮的制动控制和发动机功率输出控制来实现的。例如汽车左转弯时，若前轮因转向能力不足而趋于滑出弯道，VDC系统即可测知侧滑即将发生，就采取适当制动左后轮的办法。左后轮产生的制动力可帮助汽车转向，使汽车继续按照理想的路线行驶，如图所示。,汽车动态控制系统VDC,汽车动态控制系统VDC,若在同一弯道上，因后轮趋于侧向滑出而转向过多，VDC系统即采取适当制动右前轮的办法，维持车辆的稳定行驶。在极端情况下，VDC系统还可采取降低发动机功率输出的办法降低行驶车速，减少对地面侧向附着能力的需求来维持车辆的稳定行驶。采用VDC系统后，汽车在对开路面上或弯道路面上的制动距离还可进一步缩短。,汽车动态控制系统VDC,汽车动态控制系统VDC,VDC系统主要应用了下述传感器：车轮转速传感器：用来跟踪每一车轮的运动状态；方向盘转角传感器：用来传感方向盘的转角；横摆角速度传感器：用来记录汽车绕垂直轴线转动的所有运动；侧向加速度传感器：用来检测转向行驶时离心力的大小；车轮位移传感器：用来测量车轮和车身相对位置的变化。,汽车动态控制系统VDC,这些传感器的核心部分是横摆角速度传感器，这是因为汽车的横摆角速度和方向盘转角的比值是反应汽车转向行驶品质的一个重要参数。位移传感器的信号传给电子控制装置，用来控制半主动悬架，改善汽车的接地性能。其它传感器则把汽车每一瞬时的运动状态的信息传给电子控制装置，使之与理想的运动状态相比较，一旦汽车偏离了理想的路线，它就会在极短的时间内采取纠正措施，给制动控制系统或发动机控制系统发出相应的指令，维持汽车在理想的路线上行驶。,
