汽车ASR系统设计 - 图文(2)

目 录

第1章 绪论 ............................................................................................................................. 1 1.1 概述汽车安全系统 ......................................................................................................... 1 1.2 汽车ASR系统发展现状和发展趋势 ........................................................................... 1 第2章 ASR的工作原理和结构 ............................................................................................. 3 2.1 ASR的基本原理 ............................................................................................................. 3

2.1.1 基本原理 ............................................................................................................... 3 2.1.2 汽车驱动防滑控制原则 ....................................................................................... 4 2.1.3 ABS和ASR的比较.............................................................................................. 6 2.1.4 驱动防滑控制的方式： ....................................................................................... 7 2.2 ASR的结构 ..................................................................................................................... 8

2.2.1 ABS/ASR主要部件的介绍 .................................................................................. 8 2.2.2 ASR系统基本组成 ............................................................................................... 9 第3章 ABS/ASR集成系统 .................................................................................................. 12 3.1 传感器 ........................................................................................................................... 12

3.1.1 车轮传感器选择 ................................................................................................. 12 3.1.2 节气门位置传感器选择开关式节气门位置传感器 ......................................... 14 3.2 发动机中控制中的节气门控制 ................................................................................... 16

3.2.1 节气门的介绍 ..................................................................................................... 16 3.2.2 步进电机的选择 ................................................................................................. 17 3.3 汽车ASR系统的电子控制单元 ................................................................................. 17 3.4 程序编写 ....................................................................................................................... 22 3.5 汽车ASR系统电路图 ................................................................................................. 28 第4章 ABS/ASR制动控制调节系统 .................................................................................. 31 4.1 ASR制动执行器 ........................................................................................................... 31

4.1.1 ASR隔离电磁阀总成 ......................................................................................... 31 4.1.2 ASR制动供能总成 ............................................................................................. 32 4.2 ABS/ASR液压系统 ...................................................................................................... 33 致谢 ......................................................................................................................................... 35 参考文献 ................................................................................................................................. 36

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汽车ASR系统设计

第1章 绪论

1.1 概述汽车安全系统

在被雨淋湿的柏油路上、泥泞的土路上或是在积雪道路上紧急制动时，无论新老驾驶员都会产生不同程度的畏惧感。因为汽车很容易发生侧滑，严重时整车会掉头转向。而且，如果在有车辙的雪路上行驶左右轮分别行驶在雪地上和露出的地面上，产生剧烈转向的危险性更大。如果紧急制动，汽车的方向就会失去控制。如果是弯道，汽车则可能沿切线从路边滑出或闯入对面的车道。

汽车行驶时的车轮滑动，实际指两种情况，一种是汽车在制动时车轮抱死而产生的车轮滑移情况;另一种是车身不动，车轮转动;或者是汽车的速度低于转动车轮的轮缘速度，称为滑转[1]。ABS控制前一种情况，对于后一种情况，则是通过汽车驱动防滑控制系统ASR实现对汽车的制动控制。

汽车起步、加速以及在平滑路面的行驶性能下降。汽车的防滑控制系统就是当车轮出现滑转时，通过对滑转侧的车轮施加制动力或者控制发动机的输出转矩以抑制车轮的滑转，从而避免汽车牵引力与行驶稳定性的下降。因此，这种汽车驱动防滑控制系统又被称为汽车牵引力控制系统，记为ASR(Acceleration Slip Regulation)。

汽车驱动防滑控制系统ASR，是国际上20世纪80年代中期开始发展的新型实用汽车安全技术，是汽车防抱制动ABS技术的延伸和扩展。第一台汽车驱动防滑控制系统由瑞典的沃尔沃(VOLOV)汽车公司在1985年试制成功，安装在沃尔沃760-Turbo轿车上，当时称为电子牵引力控制系统(ETO)。它通过调节燃油供给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。ABS/ASR，既可保证方向稳定性，又可改善牵引性。

ASR与ABS有十分密切的联系，是ABS的自然延伸。二者在技术上比较接近，部分软、硬件可以共用。ABS所用的传感器和压力调节器均可为ASR所利用，ABS的电子控制装置只需要在功能上进行相应的扩展即可用于ASR装置。在 ABS的基础上，只需添加ASR电磁阀，即可对过分滑转的车轮实施制动。对电控发动机来说，通过总线就可控制发动机的输出力矩。非电控发动机，只需增加一些传感器和执行机构，就可控制发动机的输出力矩。基于此，通常把二者有机地结合起来，形成汽车ABS/ASR防滑控制系统。

1.2 汽车ASR系统发展现状和发展趋势

ASR系统是伴随着ABS产品化发展起来的，实质上它是ABS基本思想在驱动领域

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的发展和推广。ABS技术经过近20年的发展，目前在国外已经是一项比较成熟的技术，进入90年代后ABS更是得到了相当的普及。为了提高汽车的加速性能，充分地利用车轮的附着力，获得尽可能大的驱动力已成为一个重要的技术课题。为此，许多高级轿车采用了四轮驱动形式，但四轮驱动会使汽车的结构变得复杂，而且也使成本提高了许多。就是在此背景下，许多大公司转而研制具有制动防抱死和驱动防滑转功能的驱动防滑控制系统，因此，驱动防滑技术获得了迅速的发展。此后, 各大汽车公司纷纷开始应用ABS/ASR系统, 使其成为顶级豪华车的标准配置。随着各大公司不断开发出结构更紧凑、成本更低、可靠性更强、功能更全面的ABS/ASR系统, ABS/ASR系统也逐渐应用于中、低档汽车上。到1997年时, 已经有23家汽车厂商的近50种车型使用了ABS/ASR系统。

国内对ASR的研究，大约开始于20世纪90年代。一些科研单位如清华大学、吉林工业大学、北京理工大学、同济大学、上海交通大学、济南重汽技术中心等对ASR技术的发展进行跟踪、研究，并取得了阶段性进展。目前，我国科研人员主要针对ASR控制系统的控制策略、控制算法、逻辑等关键环节进行研究。由于受电控发动机的限制，我国目前在ASR系统的控制理论方面大多侧重于采用以制动控制为主、发动机控制为辅的控制方法。总的来说，距离产品化研究还有一定的差距。因此国内尚无自主研发的集ABS和ASR为一体的ABS/ASR防滑控制系统产品出现。

将各个功能不同的汽车电子控制系统集成,在实现各自基本功能的前提下形成新的具有更强大功能的集成电控系统是汽车电子控制的必然趋势。把其它控制系统扩展进来, 成为综合的汽车控制系统, 成为ABS/ASR系统的发展方向

汽车上加装一些安全装置, 重量随之增加, 对燃油经济性不利。所以, 在保证安全性的前提下,尽量减少重量。不论是大型车还是小型车, 发动机的安装空间都是非常紧凑的, 因此要求ABS/ASR装置的体积尽可能的小。减小ABS/ASR体积的主要途径是优化结构设计(如减小压力调节器尺寸)、增加集成度。目前, 经过优化的ABS已将制动主缸、压力调节器和电控单元等集成为一体, 从而大大减小了体积和降低成本。

目前, 虽然ABS/ASR已经广泛应用, 但控制方法还是以逻辑门限值控制为主。该控制方法虽比较简单, 但逻辑复杂, 所有的门限值都需要大量的实验来确定, 调试起来很困难。采用逻辑门限值控制的ABS/ASR系统通用性比较差, 需要针对不同的车型重新开发。今天, 各种现代控制理论不断发展和完善, 采用优化控制理论, 可实现伺服控制和高精度控制。将智能控制技术如模糊控制、神经网络控制技术应用到ABS/ASR系统中, 可以提高系统的自适应性和可靠性。

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第2章 ASR的工作原理和结构

2.1 ASR的基本原理

2.1.1 基本原理

汽车在路面上行驶时，其驱动力主要取决于两个方面:第一是发动机输出扭矩和功率，第二是路面附着系数。汽车在行驶过程中，如果路面附着系数比较小，当汽车启动或加速时，很容易导致车轮超过最大附着力，多余的力矩使车轮打滑，附着力明显降低，使汽车失去稳定的牵引能力和操纵性能。

汽车电子驱动防滑系统的基本原理和ABS大致相同，仍然由传感器、控制器和执行机构组成。ASR利用ABS的车轮速度传感器，将采集到的信号传给控制器，经控制器运算处理后，得到各驱动轮的速度和加速度。 1、驱动力与附着力

汽车行驶时必须满足如下的驱动条件和附着条件： Ff+Fw+Fi=

Fw——空气阻力； Fi——坡度阻力 汽车的驱动力：

Ft?Me?ig?io??T?r （2—1）

其中：Me为发动机转矩，ig×io分别为变速器和主减速器的传动比，ηT为传动系机械效

率，r为车轮半径；

Z——地面作用在驱动轮的法向反作用力； Ψ——附着系数； Fψ——附着力

2、附着系数

汽车通过轮胎与路面之间的相互作用，把发动机传至车轮的驱动转矩转变为推动汽车前进的力。在弯道行驶时，由于地面对轮胎的侧向作用力，使车辆能按照驾驶员的要求改变它的运动方向面所能提供的附着力( 即纵向、侧向作用力) 与附着系数有关，附着系数Ψ定义为路面附着力Ft与在车轮上的垂直负荷FN 之比：

??Ft?FN ( 2—2)

其中Ψ是与车轮的滑动程度有关的变量并且受路面状况影响。根据汽车的行驶方向可将附着系数分为纵向附着系数Ψb 和侧向附着系数Ψs。在车轮制动时，作用在车轮上的纵向制动力和侧向附着力分为：

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Fb??b?FN （2—3）

FS??S?FN （2—4）

3、滑移率

汽车在驱动过程中，驱动车轮可能相对于路面发生滑转。滑转成分在车轮纵向运动中所占的比例称为驱动车轮的滑转率，通常用“SA”表示。

SA?(r??v)?r??100% （2—5）

式中 SA——车轮的滑转率；

R——车轮的自由滚动半径； ω——车轮的转动角速度； v——车轮中心的纵向速度

当车轮在路面上自由滚动时，车轮中心的纵向速度完全是由于车轮滚动产生的。此时v= rω,其滑转率SA=0；当车轮在路面上完全滑转（即汽车原地不动，而驱动轮的圆周速度不为0）时，车轮中心的纵向速度ν=0，其滑动率SA=100%；当车轮在路面上一边滚动一边滑转时，0

路面附着力与垂直载荷之比称为附着力系数。驱动轮力受到路面附着力的限制，因此不能无限增大。当垂直载荷不变的情况下，附着力系数起着决定作用。附着系数取决于车轮和地面本身的状况，包括路面质量，干湿程度，车轮轮胎类型等因素。汽车在特定的路面与车轮状态下，才能获得最大路面附着力。在不同的路面情况下，附着系数与滑转率有不同的曲线特性。 在不同的路面，根据附着系数和滑转曲线的关系，可以得到最佳滑转率区域，从而获得最佳目标滑转率。

2.1.2 汽车驱动防滑控制原则

1、汽车起步及加速初期的防滑控制原则

汽车在起步及初级加速阶段，驱动防滑控制应以提高汽车的起步加速性为主要控制目标，即以充分利用各驱动车轮的附着力获得最大牵引力为控制原则。在车速较低时，即使各驱动车轮所产生的牵引力存在较大程度的不平衡，对汽车的行驶方向稳定性也不会产生太大的影响，所以，在这一阶段对各驱动车轮的滑动率控制应按独立原则进行，此时，如果各驱动车轮间的附着条件相差较大，可以通过电控悬架的主动调节，使附着条件较差的

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