现代汽车安全技术-2章2主动安全(ASR驱动防滑系统).ppt

,第2章2 汽车主动安全技术-ASR驱动防滑控制系统,主讲：朱明高级技师、经济师,工程师高级技能专业教师汽车维修工高级考评员,本章主要内容,汽车防滑转系统的作用与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,汽车防滑控制系统,汽车防滑控制系统就是对制动防抱死系统和驱动防滑系统的统称。1.制动防抱死系统(Anti-lock Braking System)，简称 ABS。2.驱动防滑系统(Acceleration Slip Regulation)，简称 ASR。它也 被称为驱动力控制系统(Traction Control System)，简称(TCS/ASR/TRC/ATC),ASR驱动防滑控制系统,2.ASR与ABS的区别（1）ABS是防止制动时车轮抱死滑移，提高制动效果，确保制动安全；ASR（TRC）则是防止驱动车轮原地不动而不停的滑转，提高汽车起步、加速及滑溜路面行驶时的牵引力，确保行驶稳定性。（2）ABS对所有车轮起作用，控制其滑移率；而ASR只对驱动车轮起制动控制作用。（3）ABS是在制动时，车轮出现抱死情况下起控制作用，在车速很低（小于8km/h）时不起作用；而ASR则是在整个行驶过程中都工作，在车轮出现滑转时起作用，当车速很高（80120 km/h）时不起作用。,ASR与ABS的区别 使汽车能够自动地将车轮控制在纵向和横向附着系数都很大的滑动率范围内。1.制动防抱死系统在制动过程中，通常将车轮滑移率控 制在10%20%的范围内；驱动防滑系统在驱动过程中，通常将车轮滑移率控制在5%15%的范围内。2.制动防抱死系统(ABS)都是在制动过程中，通过调 节轮缸（或制动气室）的制动压力使作用车轮的制动力矩 受到控制，从而控制车轮的滑移率。而防滑驱动控制系统(ASR)在驱动过程中通常可以通 过调节发动机的输出转矩、转动系的传动比、差速器的锁 紧系数等控制作用于驱动车轮的驱动力矩，以及通过调节 驱动车轮制动轮缸（或制动气室）的制动压力控制作用于 驱动车轮的制动力矩。实现对驱动车轮牵引力矩的控制。,ASR与ABS的异同,ASR与ABS的异同,ASR-驱动防滑系统,ASR-驱动防滑系统,驱动防滑系统又称牵引力控制系统(ASR/TCS/TRC/ATC)是汽车制动防抱死系统功能的自然扩展。,驱动防滑系统 安全意义,主动安全性防止车辆侧滑发生意外事故,被动安全性在事故中减少侧面碰撞发生几率,驱动防滑系统,ASR-驱动防滑系统,1.ASR也叫牵引力控制系统，其全称是Acceleration Slip Regulation，即驱动防滑系统，目的：就是要防止车辆尤其是大马力车子，在起步、再加速时驱动轮打滑现象，以维持车辆行驶方向的稳定性。通常多在大众等德系车型上看到这个缩写。,ASR驱动防滑系统又称牵引力控制系统,(ASR/TCS/TRC/ATC)如果和ABS相互配合使用，将进一步增强汽车的安全性能。ASR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，TCS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，ASR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。,ASR-驱动防滑系统,作用：ASR可以通过减少节气门开度来降低发动机功率或者由制动器控制车轮打滑来达到对汽车牵引力的控制。装有ASR的车上，从油门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，当传感器将油门踏板的位置及轮速信号传送至控制单元时，控制单元就会产生控制电压信号，伺服电机依此信号重新调整节气门的位置（或者柴油机操纵杆的位置），然后将该位置信号反馈至控制单元，以便及时调整制动器。当汽车行驶在易滑的路面上时，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，当有ASR时就会使车辆沿着正确的路线转向。,ASR-驱动防滑系统,2.1 驱动力与附着力,汽车行驶时必须满足如下的驱动条件和附着条件：,(附着力),驱动力,阻力,1车轮滑转率与地面附着系数,汽车打滑是指汽车车轮的滑转，车轮的滑转率又称滑移率。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。,ASR驱动防滑控制系统,滑移率与纵向附着系数的关系如图2-48所示。,通过试验发现，在硬实路面上，弹性车轮与路面间的附着系数和滑动率 S 存在如下图所示的关系。,（一）车轮滑动率对附着系数的影响 车轮相对于路面的滑动可分为滑移和滑转两种形式，引入车轮滑动率的概念可以表征车轮运动中滑动成分所占的比例。1.汽车在制动过程中，车轮可能相对于路面发生滑移，滑移成分在车轮纵向运动中所占的比例可以由负滑动率表征。负滑动率：SB=(r-v)/v 100%-100%SB 0，车轮滑移所占成分越多，SB 越大。2.汽车在驱动过程中，驱动车轮可能相对于路面发生滑转，滑转成分在汽车纵向运动中所占的比例可由正滑动率表征。正滑动率：SA=(r-v)/r100%0 SA 100%，车轮滑转比例越大，SA 越大。,滑转率对附着系数的影响,SA在10-20%左右时，汽车的横向附着系数和纵向附着系数都比较大。,ASR防滑转电子控制系统的控制方式p38,汽车防滑转电子控制系统常用的控制方式有：1.发动机输出功率控制2.驱动轮制动控制3.同时控制发动机输出功率和驱动轮制动力4.防滑差速锁（LSD：Limited-Slip-Differential）控制5.差速锁与发动机输出功率综合控制：,ASR的控制方式1,1对发动机输出转矩进行控制在汽车起步、加速时，ASR控制器输出控制信号，控制发动机输出功率，以抑制驱动轮滑转。常用方法有：（1）调节燃油量，如减少或中断供油；（2）调整点火时间，如减少点火提前角或停止点火；（3）调整进气量，如调整节气门的开度和辅助空气装置。,对发动机输出转矩进行控制,发动机控制中的节气门控制,主节气门由驾驶员的节气门踏板搬来控制；辅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。结构如图：,ASR的控制方式2,2对驱动轮进行控制直接对发生空转的驱动轮加以制动，反映时间最短。普遍采用ASR与ABS组合的液压控制系统，在ABS系统中增加电磁阀和调节器，从而增加了驱动控制功能。1.通过对发生滑转的驱动轮直接施加制动（增加车轮制动分泵的压力），历时时间短，可迅速有效地防止驱动轮滑转。2.但为了制动过程平衡，出于舒适性考虑，其制动力应缓慢升高。3.该控制方式一般都作为调整进气量（控制节气门开度）、改变发动机输出转矩方式的补充。为防止制动过热，这种方法只能在低速行驶时短时间（12s）使用,1,对于附着路面两个驱动轮都打滑的情况，直接实施制动一般可以使驱动轮转速到最佳滑转率内。,2,在分离路面上行驶的汽车对低附着路面一侧的打滑驱动车轮施加制动力，可以是在高附着路面一侧的驱动轮提高驱动力。,2对驱动轮进行控制产生差速作用,ASR的控制方式3,3.对可变锁止差速器进行控制电子控制差速器（EDS）或防滑差速锁（LSD：Limited-Slip-Differential），能对差速器锁止装置进行控制，使锁止范围从0%100%，可以把左右驱动轮的滑移率之差控制在允许范围内。系统结构如图5-2所示。1.当汽车起步时，调节差速器的锁止程度，能使驱动轮充分发挥，提高车速与行驶稳定性；2.当左右驱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能力。,控制差速器锁止的程度,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。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。,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。改变传动系的传动比也可以改变传递到驱动轮的驱动力。,ASR的控制方式4,4.同时控制发动机输出功率和驱动轮制动力 控制信号同时起动ASR制动压力调节器和辅助节气门调节器，在对驱动车轮施加制动力的同时减小发动机的输出功率，以达到理想的控制效果。,ASR的控制方式5,5.差速锁与发动机输出功率综合控制：差速锁制动控制与发动机输出功率综合控制相结合的控制系统可根据发动机的状况和车轮的滑转的实际情况采取相应的控制达到最理想的控制效果。,各种防滑方法性能比较,ASR的类型,4.1 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ASB集成在一起。例如：LS400的ASR,丰田公司成其为TRAC系统（traction control system）。该系统采用发动机控制制动控制。4.2 气压制动系统的ASR目前除了高级小轿车安装有ASR外，在高档大客车上也在安装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,ASR的类型,ASR的性能评价,ASR的性能评价,ASR的基本组成p40,ASR由1.传感器（车轮车速传感器、节气门开度传感器）2.ECU、3.执行器（制动压力调节器、节气门驱动装置）等组成。,典型汽车ASR驱动防滑系统的组成,以凌志LS400型轿车为例，该车防滑转系统与防抱死制动系统组合使用，简称防滑控制系统（ABS/TRAC）。1.在制动过程中，采用循环调压方式、四通道、四轮独立控制；2.在驱动控制过程中，通过调节副节气门的开度和驱动轮介入制动的方式，对两后轮驱动轮进行防滑转控制。,ASR的基本组成,ASR的基本组成：ECU：ASR电控单元 执行器：制动压力调节器 节气门驱动装置 传感器：车轮车速传感器 节气门开度传感器,ASR的基本组成,二、ASR系统部件的结构原理,典型ASR系统构成,ASR系统传感器,ASR系统控制器,ASR系统执行机构,车轮转速传感器,节气门开度传感器,制动压力调节器,节气门驱动装置,ASR的工作原理,1.车速传感器将行驶汽车驱动车轮转速及非驱动车轮转速转变为电信号，输送给电控单元ECU。2.ECU根据车速传感器的信号计算驱动车路的滑移率，若滑移率超限，3.控制器再综合考虑节气门开度信号、发动机转速信号、转向信号等因素确定控制方式，输出控制信号，使相应的执行器动作，使驱动车轮的滑移率控制在目标范围之内。,ASR驱动防滑系统的控制原理,1利用车轮速度传感器经常测定、比较前轮平均速度与后轮转速，检测后轮打滑发生的情况；2驾驶者开启主节气门，当后轮的平均速度超过“节气门控制设定速度”，则ASR的节气门控制进入工作状态。即对副节气门进行节流，减少发动机输出扭矩；3若经过上述第2项控制后，后轮的打滑程度加剧，超过“制动控制设定速度”时，则ASR的制动控制作用于后轮，即后轮制动液压增加，以减少后轮的打滑；4当后轮速度开始下降，保持副节气门开度，制动控制工作时，则后轮制动液压保持不变；5当后轮转速下降，“制动控制设定速度”也下降，则后轮制动液压下降；6当后轮转速下降，“节气门控制设定速度”也下降时，则副节气门开启；7过程24来回，直至打滑消失。,ASR-驱动防滑系统,原理运用举例：1.汽车左转弯时，若前轮因转向能力不足而趋于滑出弯道，ASR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。2.若在同一弯道上，因后轮趋于侧向滑出而转向过多，ASR系统即采取适当制动右前轮的办法，维持车辆的稳定行驶。3.在极端情况下，ASR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ASR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。,ASR-驱动防滑系统,ASR(TSR,VDC)系统主要应用的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。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分,1ASR传感器,ASR系统的传感器：1.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，2.节气门开度传感器则与发动机电子控制系统共用。3.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。,ASR电子控制单元（ECU）,ASR ECU也是以微处理器为核心，配以输入输出电路及电源等组成。ASR与ABS的一些信号输入和处理是相同的，为减少电子器件的应用数量，ASR控制器与ABS电控单元常组合在一起，图5-4为ABS/ASR组合ECU实例。,ASR电子控制单元（ECU）,ASR系统的执行机构,1制动压力调节器（1）单独方式的ASR制动压力调节器（2）组合方式的ASR制动压力调节器2节气门驱动装置,1.制动压力调节器,ASR的制动压力调节器执行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的压力源是蓄压器，通过电磁阀来调节驱动车轮的制动压力。ASR制动压力调节器结构形式有：1.单独方式 2.组合方式。,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。,ASR系统的执行机构,1.制动压力调节器（2）组合方式ASR制动压力调节器与ABS制动压力调节器组合在一起，（ABS/ASR组合压力调节器）如图5-6所示。,ASR系统的执行机构,（2）组合方式ASR制动压力调节器与ABS制动压力调节器组合在一起，ASR ECU通过电磁阀的控制实现对驱动轮制动力的控制，控制过程：ASR不起作用时，电磁阀不通电，ABS起制动作用并通过电磁阀和电磁阀来调节制动压力。驱动轮滑转时，ASR控制器使电磁阀通电，阀移至右位，电磁阀和电磁阀不通电，阀仍在左位，于是，蓄压器的压力油通入驱动轮制动泵，制动压力增大。需要保持驱动轮制动压力时，ASR控制器使电磁阀半通电，阀至中位，隔断蓄压器及制动总泵的通路，驱动轮制动分泵压力保持不变。需要减小驱动轮制动压力时，ASR控制器使电磁阀和电磁阀通电，阀移至右位，接通驱动车轮制动分泵与储液室的通道，制动压力下降。,ASR系统的执行机构,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。,ASR系统的执行机构,节气门驱动装置ASR控制系统通过改变发动机辅助节气门的开度来控制发动机的输出功率。节气门驱动装置由步进电机和传动机构组成。步进电机根据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。ASR不起作用时，辅助节气门处于全开位置，当需要减少发动机驱动力来控制车轮滑转时，ASR控制器输出信号使辅助节气门驱动机构工作，改变辅助节气门开度。,全开位置,全閉位置,半开位置,ASR研究的关键技术及难点,