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1、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： 2021/8/21(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
2、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。 2021/8/22ABS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-曲线的性质,并把滑转/移率控制在某一范围,
3、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。 2021/8/23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路面突然跃变到低路面时车轮的空转。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
4、量、点火时间和节气门开度。两种方法既可以单独使用,也可以组合起来使用。2021/8/245.2 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。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-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。 2021/8/257.3 ASR的控制
5、方法 7.3.1发动机转矩调节方式 l.l.控制燃油喷射和点火时间控制燃油喷射和点火时间 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: 2021/8/26设驱动轮的期望滑转率为e,则发动机转矩控制的依据为 e减小发动机转矩 e ，R 0驱动轮制动缸小步长增压 e ， R 0驱动轮制动缸小步长减压 e ，R lim驱动轮制动缸大步长增压 注：R为驱动轮的角加速度(本例为后轮); 为与车速等效角速度(本例为前轮角速度); e lim为
6、驱动轮期望滑转率和滑转率门限值。 2021/8/2143.3.性能试验性能试验 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。7.3.37.3.3组合控制组合控制 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。2021/8/215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AB
7、S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。 2021/8/2167.3.4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
8、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。 2021/8/2175.3.5实现ASR不同方式的性能比较ASRASR系统的本质是系统的本质是: :控制作用在驱动轮上的转矩;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
9、较如下：2021/8/218实现ASR控制的各种不同方法的性能比较 2021/8/219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。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
10、。2021/8/220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。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。 2021/8/221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
11、力之差产生)的影响。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。2021/8/222可以肯定,随着汽车电子控制技术的发展,必然出现由当前的单目标(驱动)的控制逐步向多目标(驱动、方
12、向稳定性)的综合控制方向过渡。 5.4ASR与ABS控制算法的比较 ASR控制与ABS控制相比,其控制算法有相同的地方,也有不同的地方,既有它简单的方面(对两轮驱动方式),又有它复杂的方面。它的简单方面就是:设车辆运动速度为V,期望的滑转率为e,则驱动轮的目标速度为:VDR0=(1+ e)V2021/8/223于是最佳驱动控制间题就可简单地描述为:控制驱动轮的速度跟踪目标速度VDR0的变化,这就是伺服跟踪控制问题。由于车速V是两从动轮速度的平均值,均是可测的。而ABS只能依据车轮的加减速度和参考 速度来进行间接控制,为了实现最佳控制,就比ASR控制困难得多。当ASR采用单独的制动方式,如采用鲁
13、棒伺服跟踪,只要制动器的效能是足够的,从理论上来说,它可使驱动控制的加速性、方向稳定性和操纵性达到最佳状态。但由此必然导致许多副效应,如突然的强力制动会在传动系产生很大的动载荷及噪声等,极限情况甚至会超出车辆的允许范围,所以在现代年辆上通常采用发动机与制动干预的组合控制方式。 2021/8/224ASR制动干预采用逻辑门限条件与ABS算法类似。ASR控制系统由目标速度VDR0和滑转率门限值决定的五模式逻辑控制如下表：2021/8/225ASR和ABS虽然郁是最佳的利用路面附着系数,但两者所利用的区间不同,附着系数的理想工作点也不同。ABS控制的是车轮的滑移率,并把滑移率控制在b-曲线的峰值。而ASR控制的是车轮的滑转率,通常把滑转率控制在10%左右。 2021/8/226汽车电子控制技术考试题1.试述电控技术在汽车的应用、动向。2.试述汽车电控装置的基本构成、要求及特点。3.试述热线式空气流量计的工作原理、结构形式及特点。4.何谓系统的可控性和可观察性？离散系统可控制的充分必要条件是什么？5.试述发动机主要控制目标和控制内容。6.试述柴油机电控燃料喷射系统的控制功能、控制方式及常见形式。7.试述ABS和ASR的工作原理、控制方法和控制算法的异同。2021/8/227部分资料从网络收集整理而来，供大家参考，感谢您的关注！
