汽车电控技术ppt课件

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2. 节气门调节方式
• 采用喷油中断和延迟点火方法发动机噪 声大,运转不平稳。
• 因此,目前更广泛采用的是节气门调节方 式, 在这种ASR系统中,汽车各电控系统 的ECU(发动机和传动系ECU、驱动控制 ASR-ECU以及防抱死制动ABS-ECU)之间也 需耍相互传输信息。如轮速传感器的信 号由ABS-ECU可输人到ASR-ECU,节气门的 位置传感信号和发动机速度信号也可通 过发动机和传动系的ECU输人到ASR-ECU。
为了防止侧滑,就必须适当降低驱动力,提高
抵抗侧滑的能力。ASR和ABS都是为了增加汽
车抗侧滑能力的装置,但ASR不是把车轮的滑
转率控制在μ-λ曲线的峰值点,只是减小驱
动力,提高侧向力的极限能力,在这一点与
ABS也是不同的。
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7.3 ASR的控制方法
7.3.1发动机转矩调节方式
l.控制燃油喷射和点火时间
(4)在气缸工作中断期间,由于在进气管上有未燃烧的 蒸发油膜。所以当该缸重新进人工作时,应对喷油 量进行调节以保证可靠燃烧。
(5)在气缸中断工作期间,应关闭环排放控制系统的作 用,否则未燃烧缸排出的过量氧气会使排放传感器 作出错误的判断。
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• 采用喷油中断法减小发动机的输出转矩 非常简单.不需要增添其它硬件设备。驱 动控制试验已经证实,借助于ASR控制软 伴,在各种路面条件下,它都能保证车辆 行驶的方向稳定性和操纵住。它不仅适 用于前轮驱动车辆,也适用于后轮驱动车 辆。但是这种方法在ASR工作模式下噪声 偏大,振动比较厉害,发动机运转不平稳。 并且,它只能适用于燃油顺序喷射电控发 动机。
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7.3.4发动机转矩调节与限滑差速器组合方式
为了让ABS在最佳状态工作,希望各轮独立旋转。安 装定比差速器锁定装置在非对称路面有利于提高 车辆的驱动力。但在其它路面条件,则不利于ABS 实现最佳控制,在车辆转向时也存在不利影响。
BOSCH研制了一种主动式限滑差速锁定装置,通过主 动控制,可使锁止程度在(0%～l00%)范围变化。当 限滑差速器不起作用时,允许两轮独立旋转。当完 全锁定时,两轮成为一个整体一起旋转。根据路面 状况,可任意控制锁止程度。在非对称路面条件具 有较好的效果。但LSD在正常路面对驱动控制并无 明显的作用,故它基本上不能单独用作ASR控制,通 常和发动机转矩调节方式组合使用。
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(l)发动机管理系统是燃油顺序喷射电子控制系统 (Sequential Fuel Injection,记为SEFI)。
(2)一进人ASR控制模式,下一个未进行工作过程的气 缸就得中断供油,以保证发动机输出转矩尽快地下 降。
(3)已经进人工作状态的气缸,为了保证混合气的充分 燃烧,不得中断供油。
对ASR非常重要的输人信息是车轮的旋转
速度(驱动轮和被动轮)。当采用燃油喷
射和点火时间调节发动机转矩方式时，
ABS/ASR-ECU和发动机的ECU可相互传递
信息。由被动轮和驱动轮的转速可计算
出驱动轮的滑转率为:
DRDN
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• 设驱动轮的期望滑转率为λe,则发动机 转矩控制的依据为∶
• 两种综合性能好的组合方式分别为发动机与制动 组合、发动机与限滑差速器组合。
• 由于现代车辆通常都有ABS系统,很容易就可把ABS 扩充到ASR方式,不需耍添加更多的硬件设备。而 采用发动机与限滑差速器组合,需要不同的液压驱 动装置和控制系统,成本较高。
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• 所以,发动机与制动器组合是ASR(TRC)系统的最佳 组合方式和最完备的硬件配置形式。只要采用合 理的控制算法,充分发挥发动机控制和制动控制的 优势,它完全可以满足车辆在各种路面条件的驱动 控制的要求,使车辆的方向稳定性、操纵性、舒适 性和加速性达到最佳状态。
• 当车辆在高速行驶时,驾驶员是否能作出及时正确 的反应,并把车辆的行驶方向控制在期望的状态, 这是ASR控制系统无法保证的。从这一方面说,ASR 系统只是通过它的控制作用,保证车辆处在一个可 控的状态。而能否准确控制车辆的行驶方向,则取 决于驾驶员的心理状态、技术的熟练程度等多种 因数。要主动实现车辆行驶方向的稳定性,就必须 采用综合控制系统。如增加方向盘转角信号传感 及导向轮转角偏转驱动机构,构戚车辆行驶方向闭 环自动控制系统,在各种路面条件下就可实现车辆 方向稳定性的主动控制。
(1)控制算法
(2)初始角ai的自适应控制。
(3)阶跃关闭节气门开度。
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(4)爬行转矩的驱动控制。
(5)自适应反馈增益。
(6)总体控制策略。
(7)驱动控制的性能。
7.3.2采用制动方式的驱动控制
l.ASR系统建模
(1)发动机模型。研究ASR制动方式,并不涉 及发动机的控制问题,因而可把发动机当作 一个固定特性的动力装置。最常用的方法就 是根据发动机的试验数据,采用多项式拟合 发动机的稳态转矩与转速之间的关系曲线。
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ASR控制算法
车轮运动状态
控制命令
λ>λe ，ωR > 0 λ>λe ， ωR < 0
驱动轮制动缸小步长增压 驱动轮制动缸小步长减压
λ<λe ，ωR < ωｖ 驱动轮制动缸大步长减压
λ>λlim
驱动轮制动缸大步长增压
注：ωR为驱动轮的角加速度(本例为后轮); ωｖ为与车速等效角速度(本例为前轮角速度);
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因而制动器发热严重,影响它的使用寿命, 不利于提高汽车的经济性。
而采用发动机转矩控制,除了响应速度比制 动方式较慢以外,另一个本质问题是在非 对称附着系数路面不能实现最佳驱动控 制,其效能和ABS控制系统低选的情形相 似。所以为了实现驱动力最佳控制,即最 大限度地提高汽车的经济性、动力性、 方向稳定性及可操纵住,目前正在朝着发 动机转矩、车轮制动两者组合控制的方 向发展。
• 两种方法既可以单独使用,也可以组合起来使用。
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5.2 ASR的原理
• 众所周知,作用在车轮上的驱动力和侧向力
是依赖于摩擦的存在,其合力不会超出摩擦
圆。亦即驱动力和侧向力是相互制约的,若
驱动力增大,侧向力就必然减小。若驱动轮
发生滑转时,驱动力和侧向力就处在A区,相
应的侧向力很小。此时易使使车轮发生侧滑。
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• 采用单一的节气门控制,结构简单,便于实现,它不 会对传动系带来任何附加载荷,舒适性也好,但驱 动控制的效果不好。
• 单独采用制动方式,多余的功率都得以热的形式在 制动器上消耗掉。因而发热严重,不宜在高速下和 长时间使用。此外在制动时对传动件和轴等产生 附加动载荷,引起传动轴的振动和噪声。
λe λlim为驱动轮期望滑转率和滑转率门限值。
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3.性能试验
• 在混合模拟系统上进行试验, 在分离附 着系数路面起步6s后,驱动控制系统使车 速达到8.6924m/s,而不加驱动控制车速 仅为6.7702m/s,可见改善驱动性能的效 果明显。
7.3.3组合控制
从上述的分析可知,采用制动方式响应速度 快。但这种控制方式要把发动机多输出 的功率以热的形式在制动器上消耗掉。
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5.3.5实现ASR不同方式的性能比较
ASR系统的本质是:
①控制作用在驱动轮上的转矩;
②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住、方向稳 定住和操纵性。
从这两方面来看,实际上还有其它的方法可满 足上述的要求。但在车辆上,究竟采用哪些 方式,则取决于许多因素。诸如汽车本身的 结构、成本和可靠性,还是否会产生有损于 舒适性的副效应等。实现ASR控制的各种不
同方法的性能比较如下：
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实现ASR控制的各种不同方法的性能比较
性能指标控制方式 操纵性稳定性 驱动力 舒适性 传动系载系统复杂
控制方式
RWD
FWD
荷 翟度
节气门
―― (－) ＋＋ ＋＋ ＋＋ ＋
喷油+点火时I司
＋ ＋＋ ０ ０ ０ ＋＋
制动(单轮)
＋ ＋ ＋＋ ―― ――＊ —
节气门+制动(单轮)
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一股采用三次多项式就可达到满意的精度。
(2)传动系模型。
(3)车辆模型。
(4)ASR系统。
2.ASR逻揖控制算法
防滑控制系统也可采用类似于ABS的逻辑 门限方式。这种控制算法简单,可靠性强, 便于实现。另外防滑控制与防抱死制动 集成于-体,算法类似,可以大大简化程序 结构。
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• ASR系统的节气门总成由主、副节气门组 成,主节气门由驾驶员通过加速踏板控制, 在主节气门的上流的副节气门通常由机 械回位弹簧维持在最大开度。进人ASR工 作模式,副节气门的开度由一步进电机控 制。由于把副节气门从全开位置驱动到 全闭位置要花一定的时间(约为200ms), 所以用节气门调节发动机的输出转矩时 滞大,响应也较慢。
＋＋ ＋＋ ＋＋ ＋ ＋ ——
节气门+喷油、点火时间 ＋＋ ＋＋ ０ ＋ ＋ ＋
节气门+喷油、点火+LDS ＋＋ ＋＋ ＋（＋） ＋ ＋ ―――
注:*：仅在低速下是可行的;++：很好；+(+)：好;RWD：后轮驱动;FWD：
-前轮驱动;+：较好;0：一股; -：不好;--：很不好;----：非常不好;LDS：限滑差速器
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• 目前通常采用以下两种方法防止驱动轮滑转。
(1)制动控制方式。对将要空转的驱动轮施加制动 力,把发动机输出的多余转矩在制动器上消耗掉, 控制车轮的滑转率在期望的范围内。
(2)发动机转矩控制方式。调节发动机输人到驱动 轮上的转矩,使车轮的滑转率在合适的范围。
• 制动控制方式比发动机控制方式响应速度快, 能有效地防止汽车起步时或者从高μ路面突然跃 变到低μ路面时车轮的空转。制动控制方式还能 对每个驱动轮进行独立控制,与差速器锁止装置 具有同样的功能。发动机控制方式则是根据路面 状况输人给驱动轮最佳的驱动力矩,具体方法有 改变燃料喷射量、点火时间和节气门开度。
λ> λe 减小发动机转矩
λ< λe 增加发动机转矩
减小发动机转矩输出的最简单方法是按一 定的顺序停止向气缸喷射燃油,也可中断 对某一缸的点火。但中断点火会把没有 燃烧的燃油排出气缸,降低了燃料经济性 并加剧了对空气的污染。
供油中断法和点火延迟控制组合起来,可获 得更好的效果。但相应的发动机管理系 统应满足以下条件：
• 这里需要再说明的一点是:ASR控制与ABS控制类似 的地方,就是在非对称路面提高驱动力与方向稳定 性是矛盾的,最大限度地利用高附着系数路面一侧 的驱动力,必然降低车辆的方向稳定性。在这种工 况,既使车辆没有转向要求,也可能会使车辆偏离 期望的行驶方向。
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• 为此驾驶员必须通过方向盘产生纠偏力矩以抵消 非稳态力矩(由两侧驱动力之差产生)的影响。
第7章 驱动控制
• 7.1概述
• 随着交通量的增加和车速的提高,驾驶员 对汽车的起步性能和操纵性能的要求日 益提高。
• 根据路面条件,驾驶员通过操纵油门、方 向盘及制动踏板,使汽车按照他的意图行 驶。汽车作为被控对象,由路面条件和驾 驶员的控制作用决定了它的真实运动状 态。汽车真实的运动状态是否与驾驶员 的意图一致，则取决于两个条件：
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(1)驾驶员的动作和他的意图是否能达到一致, 这通常由驾驶员的经验和反应速度决定。
(2)系统是否处在可控状态。
• 导致汽车运动状态失控的主要因素是轮胎和 路面间的摩擦系数。要使汽车处在可控的状 态,车轮的滑转或滑移率必须控制在允许的 范围之内。要及时精确控制车轮的滑转或滑 移率在允许的范围之内,驾驶员的反应速度 往往达不到要求,于是采用比人工响应速度 快,精度高的自动控制系统已成为提高汽车 的经济性、主动安全性的必然的趋势。
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ABS是防止制动过程中车轮被抱死,保持方向稳 定性、操纵性并缩短制动距离的装置。而驱 动控制装置(Anti-Skidding Restraint，
Traction Control,Acceleration Slip Regulation,简称ASR或TRC)的作用是防止汽 车在加速、起步过程中的滑转,特别防止汽 车在非对称路面或在转弯时驱动轮的空转, 是保持方向稳定性、操纵性和最佳驱动力的 装置。可以说在利用μ-λ曲线的性质,并把 滑转/移率控制在某一范围,这两者是一致的。 ABS控制的是车轮的滑移率,而ASR控制是车 轮的滑转率。