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。

牵引力控制系统(TCS)

TCS又称循迹控制系统。汽车在光滑路面制动时，车轮会打滑，甚至使方向失控。同样，汽车在起步或急加速时，驱动轮也有可能打滑，在冰雪等光滑路面上还会使方向失控而出危险。TCS就是针对此问题而设计的。

TCS依靠电子传感器探测到从动轮速度低于驱动轮时(这是打滑的特征)，就会发出一个信号，调节点火时间、减小气门开度、减小油门、降挡或制动车轮，从而使车轮不再打滑。

TCS可以提高汽车行驶稳定性，提高加速性，提高爬坡能力。原采只是豪华轿车上才安装TCS，现在许多普通轿车上也有。

TCS如果和ABS相互配合使用，将进一步增强汽车的安全性能。TCS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，TCS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。

牵引力控制系统Traction Control System，简称TCS。作用是使汽车在各种行驶状况下都能获得最佳的牵引力。汽车在行驶时，加速需要驱动力，转弯需要侧向力。这两个力都来源于轮胎对地面的摩擦力，但轮胎对地面的摩擦力有一个最大值。在摩擦系数很小的光滑路面上，汽车的驱动力和侧向力都很小。

牵引力控制系统的控制装置是一台计算机。利用计算机检测4个车轮的速度和转向盘转向角，当汽车加速时，如果检测到驱动轮和非驱动轮转速差过大，计算机立即判断驱动力过大，发出指令信号减少发动机的供油量，降低驱动力，从而减小驱动轮轮胎的滑转率。计算机通过转向盘转角传感器掌握司机的转向意图，然后利用左右车轮速度传感器检测左右车轮速度差；从而判断汽车转向程度是否和司机的转向意图一样。如果检测出汽车转向不足(或过度转向)，计算机立即判断驱动轮的驱动力过大，发出指令降低驱动力，以便实现司机的转向意图。当轮胎的滑转率适中时，汽车能获得最大的驱动力。转弯时如果使轮胎产生较大的滑转，将使汽车的加速能力变好。该系统可以利用转向盘转角传感器检测汽车的行驶状态，判断汽车是直线行驶还是转弯，并适当地改变各轮胎的滑转率。

ASR是驱动防滑系统(A CC(车型配置图片报价)eleration Slip Regulation)的简称，其作用是防止汽车起步、加速过程中驱动轮打滑，特别是防止汽车在非对称路面或转弯时驱动轮空转，并将滑移率控制在 10%—20%范围内。由于ASR多是通过调节驱动轮的驱动力实现控制的，因而又叫驱动力控制系统，简称TCS，在日本等地还称之为TRC或TRAC。 ASR和ABS的工作原理方面有许多共同之处，因而常将两者组合在一起使用，构成具有制动防抱死和驱动轮防滑转控制(ABS/ASR)系统。该系统主要由轮速传感器、ABS/ASR ECU、ABS执行器、ASR执行器、副节气门控制步进电机和主、副节气门位置传感器等组成。在汽车起步、加速及运行过程中，ECU根据轮速传感器输入的信号，判定驱动轮的滑移率超过门限值时，就进入防滑转过程：首先ECU通过副节气门步进电机使副节气门开度减小，以减少进气量，使发动机输出转矩减小。ECU判定需要对驱动轮进行制动介入时，会将信号传送到ASR执行器，独立地对驱动轮(一般是后轮)进行控制，以防止驱动轮滑转，并使驱动轮的滑移率保持在规定范围内。

TRC主动牵引力控制系统的机械结构能防止车辆的雪地等湿滑路面上行驶时驱动轮的空转，使车辆能平稳地起步、加速，支持车辆行驶的基本功能。在雪地或泥泞的路面，TRC主动牵引力系统均能保证流畅的加速性能。此外，在上下陡坡、险恶的岩石路面等，四轮驱动车所独有的越野行驶路况下，TRC也能适当控制车轮的侧滑。比起配备传统的中央差速器锁止装置的车辆而言，配备TRC的车辆具有前者无法比拟的驾乘感和操纵性。

引领牵引力控制技术的发展趋势

张莉丽女士：我们不仅要加强与主机厂的合作，同时也要为售后市场提供更多优异产品

发动机产生的动力最终将通过差速器分配给汽车驱动轮。对于最为常见的前驱车辆而言，带差速锁的差速器无疑能提供很大的价值。因为装备了差速锁的两驱车不仅成本和油耗更低，同时也具备相当的越野性能。

作为一家拥有百年历史的多元化动力管理公司，伊顿公司在电气系统、液压元件和汽车零部件等诸多工业领域都是全球领导者。伊顿车辆集团作为伊顿公司旗下的业务集团之一，已将多款享誉全球的产品引入中国市场，其中包括：发动机气门和驱动机构、高性能差速器、机械增压器、变速器和离合器、燃油排放和变速器控件、流体连接件和塑料件、外部塑料件以及混合动力传动系统等。其中，在业界久负盛名的伊顿差速器则是伊顿车辆集团的明星产品线之一。针对伊顿机械锁式差速器、电子差速锁和Gearless迷你差速锁及其在中国市场的应用等情况，本刊记者对伊顿汽车组件集团动力总成和特殊控件中国区销售经理张莉丽女士进行了访谈。

机械锁式差速器

“伊顿机械锁式差速器是我们在全球最畅销的产品：由于采用了全机械结构，机械锁式差速器无需人工控制，可自动感应车轮的打滑并在瞬间锁死左右半轴，从而将动力100%传递到有效的车轮上，这显著地提高了车辆的通过性和驾驶乐趣；而当车辆正常行驶时，机械锁式差速器将无法锁止以确保行车安全。”在谈及伊顿机械锁式差速器时，张莉丽女士向记者详细介绍道，“更重要的是，我们在产品设计阶段就已考虑了售后改装的便利性，完全根据原车普通差速器尺寸进行开发。因此，改装时只需用差速锁更换原车差速器即可，无须更换其他零件。这对于希望进行车辆升级的车主来说是个好消息。”

据介绍，伊顿锁式差速器与其他一些牵引力控制技术相比（如限滑差速器和四驱系统），既存在一定的联系，也有着显著的区别。比如，很多越野爱好者所熟悉的限滑差速器（LSD），实际上是伊顿公司早年牵引力控制技术的产品。LSD能使一部分的转矩传递到不打滑的车轮上，但限滑能力有限（受限于最大分扭比）。因此伊顿公司在此基础上开发了机械锁式差速器，实现了转矩的100%传递，可以说将差速器的限滑性能发挥到了极致。

而对于四驱系统，机械锁式差速器与其实际上是互补关系：四驱系统的主要功能是实现转矩在前后车轮间的传递，而机械锁式差速器则能够控制转矩在左右轮之间的分配，两者完全可以同时应用。值得注意的是，对于不带四驱系统的两驱车而言，机械锁式差速器无疑能提供很大的价值。因为装备了差速锁的两驱车不仅成本和油耗更低，同时也具备相当的越野性能。

目前，伊顿机械锁式差速器已在长城（哈弗H3、H5及风骏皮卡等）、广汽长丰（猎豹CS6、CS7、黑金刚和飞腾）、江铃（陆风X8）以及奇瑞（X5）的车型上成功应用。

前驱电子差速锁

2007年，伊顿公司开发并量产了全球首款置于变速器内的电子差速锁，主要应用于前驱SUV/CUV车型。由于采用了创新设计的闭锁结构，前驱电子差速锁的体积显著缩小，从而满足了变速器内部尺寸的苛刻要求。

“通过仪表盘上的按钮控制，伊顿前驱电子差速锁可以在需要时将前桥完全锁合，为前置两驱车辆提供最好的低速牵引力，使这些车辆同样具备了良好的通过性能。”张莉丽女士向记者说道，“在ECU的精确控制下，差速锁可以智能地判断哪些情况下锁止才是安全和有效的。当车辆在高速运动时，即使驾驶者无意中按下闭锁按钮，差速锁也不会上锁。”

与机械锁式差速器一样，电子差速锁的优势同样在两驱车上更为突出：它不仅可以提供媲美于全驱系统的牵引力改善，同时保证了两驱车低油耗的优势。目前，伊顿已与国内多家主机厂展开合作，旨在将这项代表着伊顿最先进差速器技术的产品带给国内的用户。

“Gearless迷你差速锁可以说是伊顿差速器家族中低成本和高效率的典范。”张莉丽女士介绍道，“它的设计理念很有意思：当车辆直行时，它可以保证后桥的完全锁止；而在必要时（如车辆转弯），它会自动感应并解开一边的车轮。这样，迷你差速锁可以完全消除车轮打滑，帮助车辆从容面对各种复杂的路况。同时，鉴于小巧而简单的结构，它不仅运行平稳，且成本非常具有竞争力。”

迷你差速锁可适用于前桥或后桥，在国外已成功应用于农场车、沙滩车和高尔夫球场维护车等。目前，伊顿公司正计划将这一新产品引入中国市场，特别是巨大的微型客车市场。据张莉丽女士介绍，伊顿已将这一产品试装在1.3 L长安之星S460车型上，并与装配普通差速器的车型进行了对比。试验表明，装备迷你差速锁的车型在通过湿滑路面时完全没有打滑现象，而装备普通差速器的车型则经常发生一侧车轮陷入泥泞的情况。目前，伊顿就Gearless迷你差速锁在微型车的应用正与多家主机厂讨论合作意向，相信在不久的将来，国内就将出现配备迷你差速锁的高性能微客车型。

最后，张莉丽女士向记者介绍，随着伊顿差速锁在国内应用的推广和知名度的不断提高，越来越多的车主希望在后市场改装伊顿差速锁提升车辆的越野性能。因此，在拓展在中国的主机配套业务的同时，伊顿授权盈之福蓄电池（上海）有限公司为中国市场的差速锁产品售后市场总经销商。通过其成熟的分销商网络及销售渠道，伊顿的高性能差速锁将满足国内各省市售后市场的需求。

汽车控制技术从ABS，ASR到ESP

10前年，如果轿车安装有ABS（防抱死制动系统），不但说明该车的安全性能出类拔萃，而且档次也相当高级。今天，安装ABS的轿车已经相当普遍，经济型车也安装有ABS。

随着对汽车安全性能的要求越来越高，一些中、高档级的轿车已经不满足于ABS，还安装了ASR（驱动防滑系统，又称牵引力控制系统）或者ESP（电控行驶平稳系统），使汽车的安全性能进一步提高。ASR的作用是当汽车加速时将滑动率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。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。

汽车的牵引力控制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目的，装有ASR的汽车综合这两种方法来工作，也就是ABS／ASR形式。

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取替。当传感器将油门踏板的位置及轮速信号送至控制单元（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。

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。

控制单元通过这些传感器的信号对车辆的运行状态进行判断，进而发出控制指令。有ESP与只有ABS及ASR的汽车，它们之间的差别在于ABS及ASR只能被动地作出反应，而ESP则能够探测和分析车况并纠正驾驶的错误，防患于未然。

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。

据汽车工程界专家介绍，将来ASR等将变得如同ABS一样普及，因为ABS、ASR及ESP包含着技术及性能上的贯通。有专家认为在一定的范围内ASR等装置有取替4轮驱动的可能。例如轿车，过去人们认为提高轿车行驶性能最好是采用4轮驱动，可是与4轮驱动相比，ASR等装置更适合轿车。这是因为4轮驱动结构复杂成本高，增加车重而且耗油，而ASR等装置结构简单安装方便，在一般城镇道路上使用效果并不差。

牵引力控制系统Traction Control System，简称TCS，也称为ASR或TRC。它的作用是使汽车在各种行驶状况下都能获得最佳的牵引力。牵引力控制系统的控制装置是一台计算机，利用计算机检测4个车轮的速度和方向盘转向角，当汽车加速时，如果检测到驱动轮和非驱动轮转速差过大，计算机立即判断驱动力过大，发出指令信号减少发动机的供油量，降低驱动力，从而减小驱动轮的滑转率。计算机通过方向盘转角传感器掌握司机的转向意图，然后利用左右车轮速度传感器检测左右车轮速度差；从而判断汽车转向程度是否和司机的转向意图一样。如果检测出汽车转向不足(或过度转向)，计算机立即判断驱动轮的驱动力过大，发出指令降低驱动力，以便实现司机的转向意图。

牵引力控制系统能防止车辆的雪地等湿滑路面上行驶时驱动轮的空转，使车辆能平稳地起步、加速。尤其在雪地或泥泞的路面，牵引力控制系统均能保证流畅的加速性能，防止车辆因驱动轮打滑而发生横移或甩尾。