汽车牵引力控制技术

汽车牵引力控制技术（TCS）的工作原理

现代科学技术的发展,促使车辆的性能越来越高,特别是机电一体化技术在车辆上得到了广泛的应用：电子控制燃油喷射系统、制动防抱死装置（ABS）、车辆防侧滑系统等。牵引力控制系统（Traction Control System, 简记为TCS）又称为驱动防滑控制系统（Anti-Slip Regulation, 简记为ASR），它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。是上世纪80 年代中期开始发展的新型实用汽车安全技术，这项技术的采用主要解决了汽车在起步、转向、加速、在雪地和潮湿的路面行驶等过程中车轮滑转的问题。它的功能一是提高牵引力；二是保持汽车的行驶稳定。行驶在易滑的路面上，没有ASR的汽车加速时驱动轮容易打滑；如是后驱动的车辆容易甩尾，如是前驱动的车辆容易方向失控。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。

一、汽车牵引力控制技术（TCS）的工作原理

ASR 系统和ABS系统采用相同的原理工作：即根据车辆车轮转速传感器所测得的车轮转速信号由电控单元进行分析、计算、处理后输送给执行机构用来控制车辆的滑移现象，使车辆的滑移率控制在10%~20%之间，从而增大了车轮和地面之间的附着力，有效地防止了车轮的滑转。

滑移率由实际车速和车轮的线速度控制，其计算公式为：滑移率=（实际车速—车轮线速度）/ 实际车速×100%

轮速可由轮速传感器准确检测得到。而车速的准确检测者比较困难，一般采用以下几种方法：

1、采用非接触式车速传感器

如多普勒测速雷达，但这种方式成本较高、技术复杂，应用较少。

2、采用加速传感器

这种方法由于受坡道的影响，误差较大，控制精度差，应用也较少。

3、根据车轮速度计算汽车速度

由于车速和轮速的变化趋势相同，当.实际车轮减速度达到某一特定值时以该瞬间的轮速为初始值，根据轮速按固定斜率变化的规律近似计算出汽车速度（称为车身参考速度）。

二、汽车牵引力控制技术（TCS）的控制方式

1、采用电控悬架实现驱动车轮载荷调配

在各驱动车轮的附着条件不一致时,可以通过电控悬架的主动调整使载荷较多地分配在附着条件较好的驱动车轮上,使各驱动车轮附着力的总和有所增大,从而有利于增大汽车的牵引力,提高汽车的起步加速性能;也可以通过悬架的主动调整使载荷较多地分配在附着条件较差的驱动车轮上,使各驱动车轮的附着力差异减小,从而有利于各驱动车轮之间牵引力的平衡,提高汽车的行驶方向稳定性。目前在ASR 领域中电控悬架参与控制技术还处在理论探索阶段,而且这项技术较为复杂,成本也较高,所以在ASR 系统中一般很少采用。

2、调节发动机的输出转矩控制驱动力矩发动机输出力矩调节是最早应用的驱动防滑控制方式。在附着系数较小的冰雪路面上或

在高速下，驱动轮发生过度滑转时，该控制方式十分有效。发动机输出力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。如果此时驱动轮滑转仍然持续增长，则可暂时中断点火。点火参数调节是比较迅速的一种驱动防滑控制方式，反应时间为30 100ms。燃油供给调节是指减少供油或暂停供油，即当发现驱动轮发生过度滑转时，电子调节装置自动减小供油量，甚至中断供油，以减小发动机输出力矩。燃油供给调节是现代电控内燃机中比较容易实现的一种驱动防滑控制方式。需要指出的是点火参数调节和燃油供给调节都将引起发动机工作不正常。

节气门开度调节是指改变节气门的闭合程度，它有两种调节方式：一种是机械式调节，另一种是电子式调节。机械式调节是串联一个副节气门，由传动机构（如步进电机）控制其开度，例如LS400汽车既采用该种控制方式；电子式调节是在微信号处理器ECU控制下由电动机来操纵副节气门开度的。节气门开度调节工作比较平稳，但它响应较慢，需要和其它方式配合使用。

3 、改变变速器的传动比调节驱动力矩

对于装备自动变速器的汽车,在驱动车轮发生滑转时,可由驱动防滑转电子控制装置与变速器电子控制装置进行通讯,修正其换挡规律,保证在发动机输出转矩不增大的情况下使作用于驱动车轮的驱动力矩有所减小,从而有利于驱动车轮的防滑转控制。

4、采用可控防滑差速器实现驱动力矩的变比例分配

普通圆锥行星齿轮差速器具有等扭矩分配特性,这种特性在各驱动车轮附着状况不同的情况下,与充分利用附着力的要求不相符。采用高摩擦差速器可以在一定范围内实现驱动力矩的变比例分配,使附着力较小的驱动车轮得到较小的驱动力矩,减小其滑转程度,而附着力较大的驱动车轮却可以得到较大的驱动力矩,使各驱动车轮获得不同的牵引力。这在汽车的速度较低时有助于提高汽车的加速性能,但在汽车速度较高时却会损害汽车的行驶方向稳定性,这一矛盾可以通过对防滑差速器实施电子控制予以解决。

5、采用制动器控制方式即进行驱动轮制动力矩调节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，使车轮转速降至不致出现过度滑转。制动力矩调节一般与发动机输出力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力矩，否则可能出现制动力矩与发动机输出力矩之间无意义平衡引起的功率消耗。因制动力矩直接作用在驱动轮上，所以驱动轮制动力矩调节的响应时间较短，不过作用时间也不宜过长，以免摩擦片过热。考虑到舒适性，制动力矩变化率不宜过大。在驱动过程中对驱动车轮以自适应方式施加制动力矩可以获得防滑差速器的效能,而克服防滑差速器的负作用

目前,我国在ASR 技术的研究方面还处在初期的理论研究和探索阶段,还尚未有实用化的ASR 产品的研究与开发。现在电子技术发展的方向正向集中综合控制发展，将制动防抱死控制系统(ABS)、牵引力控制系统(TCS)和驱动防滑控制系统(ASR)综合在一起进行制动控制；通过中央底盘控制器，将制动、悬架、转向、动力传动等控制系统通过总线进行连接。控制器通过复杂的控制运算，对各子系统进行协调，将车辆行驶性能控制到最佳水平，形成一体化底盘控制系统(UCC)。所以说, 国内ASR 技术的研究领域和国外比起来差距还很大，还有很长的路要走。