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工作原理;
Abstract
Withthevehiclerunningroadwideningandincreaseddensity.Moreandmorecarswithsafetyissuesofgreatconcern.Atthesametimeanumberofmeasurestoimprovethesafetyofcarshasalsobeenproposed.AutomobilesAccelerationslipRegulation(ASR)asanewutilityvehiclesafetytechnologyhasbeenappliedinhigh-endcars,itisfollowingtheanti-lockbrakingsystemisappliedtothewheelsskidelectroniccontrolsystems.Itsmainpurposeistopreventcarsdrivingwheelslipduringaccelerationoccurs,reduceorpreventrunawaycarappearedanddirectionofdriftphenomena.Becauseofitsabilitytoimprovetraction,handling,stabilityandcomfortofthevehicle,reducingtirewearandtheriskofaccidents,increasesafetyanddrivinglightexercise,makingabadsituationcarsontheroadcanbeattachedtoasmoothstart-upandrunning,sosincethistechnologysinceitsbirth,gainedrapiddevelopment.Inthispaper,respectively,fromthebasicconceptofanti-skidcontrolsystem,consistingofthestructure,workingprincipleofrespect,andanelectroniccontrolsystemforavehicleskidturnaffectperformanceanddevelopments,suchasanti-skidcontrolsystemforanalysis.
Keywords:
AutomobilesAcceleration
Slip
Regulation(ASR);
Compositionstructure;
Operatingprinciple;
引言----------------------------------------------------------------1
第一章驱动防滑系统(ASR)概述---------------------------------------2
1.1防滑转(ASR)控制系统的简介-----------------------------2
1.2防滑转(ASR)控制系统的作用--------------------------------2
1.3防滑转(ASR)控制系统的控制方式--------------------------------3
1.4防滑转(ASR)控制系统的主要发展历程--------------------------4
第二章驱动防滑系统(ASR)的结构与工作原理---------------------------6
2.1电子控制防滑转(ASR)系统理论基础--------------------------------6
2.2电子控制防滑转(ASR)系统基本组成--------------------------------6
2.2.1ASR的传感器-------------------------------------------7
2.2.2ASR的电控单元(ECU)---------------------------------------7
2.2.3ASR的执行机构-------------------------------------------7
2.3电子控制防滑转(ASR)系统工作原理-----------------------------7
2.3.1车轮转速传感器---------------------------------------------8
2.3.2制动压力调节装置------------------------------------------9
2.3.3电子控制装置(ECU)-----------------------------------------10
2.3.4节气门开度传感器和节气门驱动装置--------------------------10
第三章电子控制防滑转(ASR)系统对车辆性能的影响--------------------12
3.1防滑转(ASR)控制系统对牵引性能的影响-------------------------12
3.2防滑转(ASR)控制系统对操纵性能的影响----------------------12
3.3防滑转(ASR)控制系统对燃油经济性的影响--------------------13
第四章电子控制防滑转(ASR)系统的发展------------------------14
4.1防滑控制系统的国内发展概况----------------------------------14
4.2防滑控制系统ASR的发展趋势------------------------------14
4.2.1ABS/ASR控制技术的提高-----------------------------14
4.2.2减小体积与质量,简化结构-----------------------------14
4.2.3控制功能的扩展和集成------------------------------14
4.2.4与其他控制系统的信息交换和共享,-----------------------15
总结--------------------------------------------------------16
参考文献----------------------------------------------------17
引言
驱动防滑系统(Acceleration
Regulation,简称ASR),驱动轮防滑转控制系统是汽车制动防抱死系统基本思想在驱动领域的发展和推广。
我们知道,汽车在起步、加速或冰雪路面上行驶时,容易出现打滑现象。
这是因为汽车发动机传递给车轮的最大驱动力,是由轮胎与路面之间的附着系数和地面作用在驱动轮上的法向反力的乘积(即附着力)决定的。
当传递给车轮的驱动力超过附着力时,车轮就会发生打滑空转,即滑转。
当汽车在低附着系数路面(如泥泞路面、冰雪路面)上行驶时,由于地面对车轮施加的反作用转矩很小,因此,在起步、加速时驱动轮就会发生滑转。
此外,当汽车在越野条件下行驶时,如果某个驱动轮处在附着系数低的路面上,那么地面对车轮施加的反作用转矩将很小,虽然另一个车轮处在附着系数较高的路面上,但是根据差速器转矩等量分配特性,它能够提供的驱动转矩只能与处在低附着系数路面上车轮提供的驱动转矩相等。
因此,在驱动力不足的情况下,汽车将无法前进,发动机输出的功率大部分消耗在车轮的滑转上,不仅浪费燃油,加速轮胎磨损,而且降低了车辆的通过性能和机动性能。
防止驱动轮滑转曾采用过许多办法,如装防滑链,使用防滑的雪地轮胎和带防滑钉的防滑轮胎等,但至今为止最有效的办法还是采用ASR系统。
ASR系统的主要功用是:
在车轮开始滑转时,通过降低发动机的输出转矩或控制制动系统的制动力等来减小传递给驱动车轮的驱动力,防止驱动力超过轮胎与路面之间的附着力而导致驱动轮滑转,提高车辆的通过性,改善汽车的方向操纵性和行驶稳定性。
第一章驱动防滑系统(ASR)概述
汽车驱动防滑控制系统或牵引力控制系统是国际上八十年代中期开始发展起来的以限制汽车驱动轮过度滑转,产生最佳纵向牵引力的新型主动安全控制系统,是继汽车制动防抱死控制系统(ABS)之后,在汽车纵向力控制上的又一新发展。
1.1防滑转(ASR)控制系统的简介
随着时代的发展社会的进步,汽车工业得到了飞速的发展。
汽车不仅从它的外观、舒适度、动力性、速度等方面有了很大的进步。
同时汽车安全也得到了发展。
那么汽车防滑控制系统就是在这种发展潮流中应运而生,并得到了很快的发展和在汽车上很好应用。
ASR是汽车驱动防滑控制系统的英文缩写,全称是AccelerationSlipRegulation,其目的是防止车轮在驱动过程中做纯粹的滑转。
汽车防滑控制系统最初只是在制动过程中防止车轮被制动抱死,避免车轮在道路上做纯粹的滑移,提高汽车在制动过程中的方向稳定性和转向操纵能力,缩短制动距离。
随着对汽车安全性能的不断提高,防滑控制系统也得到了进一步的发展。
不仅仅能在刹车过程中防止车轮抱死而且能够在驱动过程中(特别是起步、加速、转弯等过程中)防止驱动车轮发生滑转。
从而进一步提高汽车驱动过程中的方向稳定性,转向操纵能力和加速性能。
1.2防滑转(ASR)控制系统的作用
ASR的功能是防止汽车在起步或加速时驱动轮打滑,特别防止汽车在非对称路面或转弯时驱动轮空转及在冰、雪、积水、泥等路况下的行车安全,当汽车加速时将滑动控制在一定的范围内,从而防止驱动轮快速滑动。
它的功能一是提高牵引力;
二是保持汽车的行驶稳定性。
当汽车快速起步,急加速,或行驶在冰雪,雨天的路面上,没有ASR的汽车加速时驱动轮容易打滑;
如果是后驱动的车辆容易甩尾,如果是前驱动的车辆容易方向失控。
有ASR时,汽车在坏的路面快速起步,急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。
在装有ASR的车上,从油门踏板到汽油机节气门(柴油机喷油泵操作杆)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送到单元(CPU)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。
ASR系统的本质是:
控制作用在驱动轮上的转矩;
在非对称路面,对传到驱动轮上的转矩实现最佳分配,从而改善汽车的加速性、方向稳定性和操纵性。
实际应用中,由于各种控制方式都有一定的局限,所以一般不单独使用某一种控制手段,而是组合使用,目前应用最为广泛的控制方式是综合发动机输出扭矩调节(节气门开度调节)和驱动轮制动力矩调节。
1.3防滑转(ASR)控制系统的控制方式
控制车轮的滑转率是通过控制作用于车轮上的力矩实现的。
汽车驱动轮的滑转是由于驱动扭矩超过了轮胎与路面的附着极限,所以合理地减小汽车发动机扭矩或动力传动中任一部件的扭矩都可以实现驱动防滑控制的目的。
从控制手段上,目前主要有以下几种控制方式:
(1)控制发动机输出功率
发动机是汽车的动力源,通过调节发动机输出扭矩,就可以控制传递到驱动轮上的扭矩,从而调节驱动轮的滑转率。
发动机输出扭矩调节主要有三种方式:
点火参数调节、燃油供给调节和节气门开度调节。
点火参数调节多是指减小点火提前角。
燃油供给调节是指减少供油或暂停供油。
节气门开度调节是指在原节气门体的基础上,串联一个副节气门,由传动机构控制其开度,从而使其有效节气门开度获得调节,它工作比较平稳,易于与其它控制方式配合使用,但它响应较慢,需要和其它控制方式配合使用。
(2)驱动轮制动控制
驱动轮制动力矩调节就是在发生打滑的驱动轮上施加制动力矩,使车轮转速降至最佳的滑转率范围内。
制动力矩调节一般与发动机输出扭矩调节结合起来应用,即干预制动后要紧接着调节发动机输出扭矩,否则可能会出现制动力矩和发动机输出扭矩之间无意义平衡引起的功率消耗。
制动力矩调节的实质是控制差速作用,所以该控制方式对路面两侧附着系数差别较大,只有一个车轮打滑时,效果较好,但在高速(大于48km/h)下,不宜使用,以避免制动摩擦片过热。
图1-3-1是带有发动机输出扭矩调节的驱动轮制动力控制的ASR系统图。
图1-3-1驱动轮制动力调节ASR系统图
(3)防滑差速器锁止控制
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,对差速器进行锁止控制就是使左右驱动轮的输入扭矩根据控制指令(锁止比)和路面情况而不同。
当路面两侧附着系数L差别较大时,低L一侧驱动轮发生滑转时,电子控制装置驱动锁止阀,一定程度地锁止差速器,使高L一侧驱动轮的驱动力得以充分发挥,车速和行驶稳定性获得提高,但该方法成本较高。
图1-3-2是通过防滑差速器进行驱动防滑控制的ASR系统图。
图1-3-2差速器控制ASR系统图
1.4防滑转(ASR)控制系统的主要发展历程
汽车驱动防滑控制系统是伴随着汽车制动防抱死系统(ABS)的产品化而发展起来的,实质上它是ABS基本思想在驱动领域的发展和推广。
世界上最早的汽车电子驱动防滑装置是在1985年由瑞典保时捷汽车公司试制生产的,并安装在保时捷汽车上,该系统被称为ETC(电子牵引力控制),是通过调节燃油供给量来调节发动机输出扭矩,从而控制驱动轮滑转率,产生最佳驱动力的。
1986年在底特律汽车巡回展中,美国通用汽车公司雪佛兰分部在其生产的克尔维特·
英迪牌轿车上安装了牵引力控制系统,为驱动防滑控制系统的发展作了良好的宣传。
同年12月,博士公司第一次将制动防抱死(ABS)技术与驱动防滑(ASR)技术结合起来应用到奔驰S级轿车上,并开始了小批量生产;
与此同时,奔驰公司与威伯科公司也开发出了驱动防滑系统,并应用在货车上。
1987年,博士公司在原ABS/ASR的基础上开始大批量生产两种不同形式的汽车驱动防滑系统,一种是可保证方向稳定性的完全通过发动机输出扭矩控制的ABS/ASR,另一种是既可保证方向稳定性,又可改善牵引性的驱动轮制动力调节与发动机输出扭矩调节综合控制的ABS/ASR;
同年9月,日本丰田汽车公司也在其生产的皇冠牌轿车上安装了TCS。
1989年,德国奥迪公司首次将驱动防滑调节装置安装在前置前驱动的奥迪轿车上。
截至1990年底,世界上已有23个厂牌的50余种车型安装了驱动防滑装置,并且许多厂家开始削减四轮驱动车型号,而改为发展ASR系统。
1993年,博士公司又开发出了第五代ASR,使其结构更紧凑,成本大大降低,可靠性增强。
据有关专家预测,到2000年,将有50%的轿车、货车装备ASR。
第二章驱动防滑系统(ASR)的结构与工作原理
2.1电子控制防滑转(ASR)系统理论基础
汽车行驶时,驱动力的增大受到地面附着条件的限制。
随着驱动轮转矩的不断增大,汽车的驱动力也随之增大,当驱动力超过地面附着力时,驱动轮就开始滑转。
轮胎与路面之间的附着系数与滑转率有直接关系。
驱动轮的滑转率表示驱动轮的滑转程度,可用下式表示:
Sx=(Vw-V)/Vw×
100%=(Rw-v)/Rw×
100%
式中:
Vw———车轮滚动时的瞬时圆周速度(m/s);
V———汽车实际行驶速度(m/s);
R———车轮半径(m);
w———车轮转动角速度(rad/s)。
图2-2-1是驱动轮纵向驱动力与其滑转率的关系图。
从图中可以看到,当驱动轮滑转率Sx从0开始增加时,驱动力Fx也随之增大,当Sx达到St(一般St=0.08~0.30)时,驱动力达到最大值Fxmax,此后,如果Sx继续增加,驱动力反而随之下降,当Sx达到1时,即车轮发生纯滑转时,其驱动力要远远小于Fxmax,所以从牵引性上考虑,驱动轮的滑转率最好处于St的一个小邻域内,但同时考虑到车辆侧向力Fy随纵向滑转率的增大而急剧减小,所以从侧向力上考虑,并注意到车辆的方向稳定性,一般认为驱动轮的最佳滑转率在略小于St的范围内,可取在0.08~0.15之间。
图2-2-1纵向力与侧向力与车轮滑转率的关系
2.2电子控制防滑转(ASR)系统基本组成
电子控制防滑转(ASR)系统基本组成是由以下组成:
(1)ECU:
ASR电控单元;
(2)执行器:
制动压力调节器、节气门驱动装置;
(3)传感器:
车轮轮速传感器、节气门开度传感器。
2.2.1ASR的传感器
ASR系统的传感器主要是轮速传感器和节气门位置传感器。
一般轮速传感器与ABS系统共用,主要完成对车轮速度的检测,并将轮速信号传送给ABS和ASR电子控制单元。
主、副节气门位置传感器用于检测节气门的开启角度,并将这些信号传送给发动机和自动变速器电子控制单元。
2.2.2ASR的电控单元(ECU)
一般,ABS和ASR共用一个电子控制单元。
对于驱动防滑系统,它根据驱动车轮转速传感器输送的速度信号计算判断出车轮与路面间的滑转状态,并适时地向其执行机构发出指令,以降低发动机的输出转矩和车轮的转速,从而实现防止驱动轮滑转的目的。
此外,电子控制单元(ECU)还具有以下四种功能:
车轮防滑控制、初始检测功能、故障自诊断功能、失效保护功能。
2.2.3ASR的执行机构
ASR系统的执行机构主要是ASR制动压力调节器和节气门驱动装置。
前者是根据从ABS和ASR电子控制单元传来的信号,为ABS执行器提供液压;
后者则根据ASR电子控制单元传来的信号控制副节气门的开启角度。
2.3电子控制防滑转(ASR)系统工作原理
ASR基本控
制原理如图2-3-1所示。
图2-3-1ASR基本控制原理图
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。
ECU根据车速传感器的信号计算驱动车轮的滑移率,若滑移率超限,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。
2.3.1车轮转速传感器
轮速传感器的功用是检测车轮的速度,并将速度信号输入ABS/ASR的电控单元(ECU)。
目前,用于ABS/ASR系统的速度的速度传感器主要有电磁式和霍尔式两种:
(1)电磁式转速传感器结构
传感头的结构如下图(2-3-1-1)所示,它由永磁体2、极轴5和感应线圈4等组成,极轴头部结构有凿式和柱式两种。
1、电缆2、永磁铁3、外壳4、感应线圈5、极轴6、齿圈
图2-3-1-1(电磁式传感头结构)
齿圈6旋转时,齿顶和齿隙交替对向极轴。
在齿圈旋转过程中,感应线圈内部的磁通量交替变化从而产生感应电动势,此信号通过感应线圈末端的电缆1输入ABS/ASR的电控单元。
当齿圈的转速发生变化时,感应电动势的频率也变化。
ABS/ASR电控单元通过检测感应电动势的频率来检测车轮转速。
(2)霍尔轮速传感器
霍尔轮速传感器也是由传感头和齿圈组成。
传感头由永磁体,霍尔元件和电子电路等组成,永磁体的磁力线穿过霍尔元件通向齿轮,如下图所示。
1、磁铁2、霍尔元件3、齿圈
图2-3-1-2(霍尔式传感头结构)
当齿轮位于图中(a)所示位置时,穿过霍尔元件的磁力线分散,磁场相对较弱;
而当齿轮位于图中(b)所示位置时,穿过霍尔元件的磁力线集中,磁场相对较强。
齿轮转动时,使得穿过霍尔元件的磁力线密度发生变化,因而引起霍尔电压的变化,霍尔元件将输出一个毫伏(mV)级的准正弦波电压。
此信号还需由电子电路转换成标准的脉冲电压。
2.3.2制动压力调节装置
制动压力调节器串接在制动主缸与轮缸之间,通过电磁阀直接或间接地控制轮缸的制动压力。
通常,把电磁阀直接控制轮缸制动压力的制动压力调节器称作循环式调节器,把间接控制制动压力的制动压力调节器称作可变容积式调节器。
循环式制动压力调节器
此种形式的制动压力调节器是在制动总缸与轮缸之间串联一电磁阀,直接控制轮缸的制动压力。
这种压力调节系统的特点是制动压力油路和ABS控制压力油路相通。
该系统的工作原理如下:
(1)常规制动
常规制动过程中,ABS系统不工作。
电磁线圈中无电流通过,电磁阀处于“升压”位置,此时制动主缸与轮缸直通,由制动主缸来的制动液直接进入轮缸,轮缸压力随主缸压力而增减。
此时回油泵也不需工作。
(2)保压过程
当轮速传感器发出抱死危险信号时,ECU向电磁线圈通入一个较小的保持电流(约为最大电流的1/2)时,电磁阀处于“保压”位置。
此时主缸、轮缸和回油孔相互隔离密封,轮缸中的制动压力保持一定。
(3)减压过程
如果在“保持压力”命令发出后,仍有车轮抱死信号,ECU即向电磁线圈通入一个最大电流,电磁阀处于“减压”位置,此时电磁阀将轮缸与回油通道或储液室接通,轮缸中制动液经电磁阀流入储液室,轮缸压力下降。
(4)增压过程
当压力下降后车轮加速太快时,ECU便切断通往电磁阀的电流,主缸和轮缸再次相通,主缸中的高压制动液再次进入轮缸,使制动压力增加。
2.3.3电子控制装置(ECU)
防滑控制系统的电子控制装置(ECU)是以微处理器为控制核心,配有输入和输出电路及电源组成。
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。
ECU由以下几个电路组成:
1、车速传感器的输入放大电路。
安装在各车轮上的车速传感器根据轮速输出交流信号,输入放大电路将交流信号放大成矩形波并整形后送往运算电路。
2、运算电路。
运算电路主要运行车轮线速度、初始速度、滑移率、加减速度的运算,以及电磁阀的开启控制运算和监控运算。
3、电磁阀控制电路。
接受来自运算电路的减压、保持和增压信号,控制电磁阀的电流。
4、稳压电源、电源监控系统故障反馈电路和继电器驱动电路。
在蓄电池供给ECU内部所用5V稳压电压的同时,上述电路监控着12V和5V电压是否在规定范围内,并对轮
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