关于汽车驱动防滑技术的探讨

关于汽车驱动防滑控制技术的探讨

摘要

随着汽车行驶速度的提高,道路行车密度的增大,汽车行驶安全性已经受到了高度关注。汽车的行驶安全性能要求不断提高,汽车安全系统已经成为汽车研究发展的重要部分。汽车安全系统主要依靠制动踏板的制动装置保证汽车行驶安全,汽车照明系统辅助警示与提醒,至今在主动安全系统中汽车防抱死〔ABS)等技术,以及汽车辅助安全系统如安全带,安全气囊等的广泛应用,而且有更多的安全性系统参与制动与动力分配系统的发展,如汽车驱动防滑系统〔ASR〕,汽车电子稳定系统(ESP),汽车电子制动力分配系统(EBD),汽车辅助刹车系统(BA),汽车自适应巡航速度控制系统等(ACC),保证汽车在危险状况下行驶的安全性。上述这些系统具有智能化的控制作用,根据车辆的行驶状况,自动地完成对汽车制动性能、转向辅助等的控制,无需人的主动性操作,可见汽车安全系统已经向智能型方向发展。

本文探讨了ASR系统的原理、发展、现状及与ABS系统的关系，简要讨论了当前较先进，运用较广泛的ESP系统。介绍了汽车驱动防滑控制系统常用的四种控制方式。以日系车丰田ABS/TRC系统为例分析了ASR系统的基本组成和工作原理。

关键词：汽车驱动防滑系统ASR 汽车防抱死系统ABS

汽车电子稳定系统ESP 汽车驱动力控制系统TRC

汽车驱动防滑系统（Acceleration Slip Regulation，简称ASR），是一种主动安全装置,可根据车辆的行驶行为使车辆驱动轮在恶劣路面或复杂路面条件下得到最佳纵向驱动力,能够在驱动过程中,特别在起步、加速、转弯等过程中防止驱动车轮发生过分滑转,使得汽车在驱动过程中保持方向稳定性和转向操纵能力及提高加速性能等。

驱动防滑系统是汽车制动防抱死系统功能的自然扩展，它的作用是维持汽车行驶时的方向稳定性，并尽可能利用车轮—路面间的纵向附着能力，提供最大的驱动力。在装备了ABS的汽车上,ASR系统添加了发动机输出力矩的调节和驱动轮制动压力的调节功能后,所用的车轮转速传感器和压力调节器可全部为ASR所利用。ASR和ABS在控制算法上相类似,许多程序模块可以通用,大大简化了程序结构,节省存储空间。因而在实际应用中可以把两者集成在一起,并将它们的控制逻辑也集成在一个控制器中,形成ABS/ASR集成系统。

ASR与ABS虽然都是用来控制车轮相对地面的滑动，以使车轮与地面的附着力不下降，但ABS控制的是汽车制动时车轮的“拖滑”和保持汽车在制动过程中能够改变行驶方向，主要是用来提高制动效果和保证制动时的安全；而ASR是控制车轮的“滑转”，用于提高汽车起步、加速及在滑溜路面上行驶时的牵引力和确保行驶的稳定性。

汽车驱动防滑控制系统ASR,是国际上世纪年代中期开始发展的新型实用汽车安全技术,第一台汽车驱动防滑控制系统由瑞典的沃尔沃（VOLVO）汽车公司在1985年试制成功,安装在沃尔沃轿车上,当时

称为电子牵引力控制系统（ETO）。它通过调节燃油量来调节发动机输出转矩,从而控制驱动轮滑转率,产生最佳驱动力。1986年在底特律国际汽车展中,美国通用汽车公司克尔维特分部在其生产的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,博世公司第一次将制动防抱死ABS技术与驱动防滑控制ASR技术相结合,并应用到奔驰C级轿车上,进行批量生产。同时,奔驰公司与WABCO公司也开发出了驱动防滑控制系统,并应用在货车上。1987年,博世公司在原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,一种是完全通过发动机输出转矩控制的ABS/ASR,可以保证汽车的方向稳定性,另一种是驱动轮制动力调节与发动机输出转矩调节综合控制的ABS/ASR,既可保证方向稳定性,又可改善牵引性。同年9月,日本丰田汽车公司在其生产的皇冠上安装了ASR。1989年,德国大众汽车公司首次将驱动防滑控制系统安装在前驱动的奥迪A6轿车上。

目前汽车防滑的最高级装置应该属ESP。ESP是ABS,ASR这两种系统在功能上的延伸,称得上是当前汽车防滑装置的最高级形式。ABS 和ASR只能在汽车车轮发生滑动时被动地作出反应,而ESP能够探测和分析车况并纠正驾驶错误,对过度转向或不足转向很敏感,传感器感觉到不良滑动就会迅速制动车轮使其恢复附着力,产生相反的转矩而使汽车保持在原来的车道上。ESP包含以下部件转向传感器、车轮传感器、侧滑传感器、横向加速度传感器。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,并自动地向

一个或多个车轮施加制动力甚至在某些情况下每秒进行百次以上的制动,以把车子保持在驾驶者所选定的车道内。这些传感器还向控制装置提供汽车在任何瞬间的运行状况信息。ESP目前有3种类型能自动向全部四个车轮独立施加制动力的四通道或四轮系统只能对两个前轮独立施加制动力的双通道系统能对两个前轮独立施加制动力而对后轮只能一同施加制动力的三通道系统。ESP可以和ABS及ASR集成在一起共同工作。在非紧急的情况下, ESP可充分发挥其主动做出反应的优势,其转弯控制功能可在正常转弯制动时为内侧轮和外侧轮分别选择最佳的制动压力,以提高方向的稳定性。ABS和ASR可以防止车轮过度滑转,以提高汽车的制动性和驱动性能。随着计算机技术和现代控制技术的发展,汽车防滑控制技术必将更迅速地向性能更完善的方向发展,以达到汽车的更佳安全性、操纵性、经济性和舒适性,使汽车成为人类的最优代步工具。

下面详细介绍ASR系统的工作原理以及类别。ASR也称为牵引力控制系统（Traction Control System，TCS或TRC），基本组成及工作原理如下图所示：

传感器将路面情况以及车轮的运转情况反馈给ECU，如果出现了打滑现象，ECU给执行器发指令，执行器通过控制发动机转速、驱动轮制动器、防滑差速器来使汽车驱动前后轴或者左右轴转速匹配，摆脱打滑困境。

汽车驱动防滑控制系统常用的控制方式有以下几种：

1．发动机输出功率/扭矩控制

若公共汽车的两侧附着状况均不好，例如都是结冰路面，当猛踩加速踏板时，由于地面附着能力不足，两侧驱动轮会同时飞转。在这种情况下，驱动防滑系统通过自动减少发动机功率输出的办法来控制。发动机输出功率和发动机转速的适度降低，可减少驱动轮的过分滑转，一方面提高了车轮—路面间的侧向附着能力，维持了方向稳定性；另一方面增大了纵向附着能力，有利了起步和加速。

控制发动机的输出功率，以抑制驱动车轮的滑转，如下图所示：