汽車電子控制技術(shù) 第3版 課件 第4、5章 自動變速器、防滑控制技術(shù)

汽車電子技術(shù)汽車電子技術(shù)第四章自動變速器機械與運載工程學(xué)院教育部汽車電子工程研究中心目錄CONTENT三二四一自動變速器概述自動變速器的結(jié)構(gòu)特點自動變速器的共性技術(shù)動力總成綜合匹配規(guī)律五自動變速器的控制技術(shù)一

自動變速器概述

一、自動變速器的優(yōu)點1、操作便捷無換擋和踩離合的動作2、車輛使用性能更優(yōu)優(yōu)化的控制算法結(jié)合專業(yè)駕駛?cè)私?jīng)驗3、車輛更加平順、舒適降低傳動系統(tǒng)的沖擊載荷，提高使用壽命二、自動變速器的種類1、電控機械式自動變速器（AMT）2、液力機械傳動自動變速器（AT）3、機械式無級自動變速器（CVT）4、雙離合式自動變速器（DCT/DSG）圖4.2CVT傳動裝置結(jié)構(gòu)原理1—主動半可動錐輪；2—行星架；3—雙行星齒輪；4—輸入軸；5—太陽輪；6—倒擋制動器；7—前進擋離合器；8—主動缸；9—中間減速齒輪；10—半軸；11—從動半固定錐輪；12—從動缸

CVT

為了解決AMT換檔過程動力中斷的問題，采用雙離合器方案，構(gòu)成DCT，如圖4.3所示DCT目錄CONTENT三二四一自動變速器概述自動變速器的結(jié)構(gòu)特點自動變速器的共性技術(shù)動力總成綜合匹配規(guī)律五自動變速器的控制技術(shù)一、有級機械式自動變速器(AMT)AMT是在MT的基礎(chǔ)上，把手動換檔機構(gòu)改造為自動換檔機構(gòu)。

自動換檔系統(tǒng)包括起步離合器執(zhí)行機構(gòu)、選檔執(zhí)行機構(gòu)、換檔執(zhí)行機構(gòu)及電子控制裝置等。

電控系統(tǒng)根據(jù)汽車的運行狀態(tài)和駕駛員的操作意圖，自動地把變速器的檔位切換到合適的位置，并使汽車的經(jīng)濟性、動力性及行駛平順性達到最佳狀態(tài)。

電機執(zhí)行機構(gòu)具有結(jié)構(gòu)簡單、能量消耗低的優(yōu)點。車輛行駛過程中的非換檔時刻電機斷電，只有進入選換檔過程電機才供電。一般電機驅(qū)動方式用于乘用車或者輕型貨運車輛，這種驅(qū)動方式結(jié)構(gòu)簡單，成本較低，且具有較好的環(huán)境適應(yīng)性。由于驅(qū)動功率較小，很少在大型貨運車輛上使用。目前主要有三種控制方式，即電控液動系統(tǒng)、電控氣動系統(tǒng)和電控電動系統(tǒng)。電控液動執(zhí)行機構(gòu)和電控氣動執(zhí)行機構(gòu)的驅(qū)動功率較大，控制精度高，響應(yīng)速度快，但系統(tǒng)的零部件較多且要求較高，因此制造成本較高，一般用于商用車。對某些重型車輛，配備有其它用途的液壓系統(tǒng)，則AMT采用電液驅(qū)動方式就更為簡便。對于擁有氣壓制動的車輛，則可采用電控氣壓驅(qū)動的換檔機構(gòu)。圖4-4電控電動系統(tǒng)結(jié)構(gòu)簡圖二、雙離合式有級自動變速器（DCT）為解決AMT換檔過程動力中斷的問題將換檔過程分為準(zhǔn)備、過渡和換檔三個階段，消除了換檔過程的不連續(xù)問題DCT采用了兩個離合器，兩根輸入軸分別與不同的離合器相連，且換檔同步器以及相應(yīng)的齒輪組分別按照奇、偶數(shù)布置在兩根輸入軸上。二、雙離合式有級自動變速器（DCT）二、雙離合式有級自動變速器（DCT）當(dāng)車輛的運行狀態(tài)達到換檔點時，只需將正在工作的離合器A分離，同時將離合器B接合，則車輛進入目標(biāo)檔位運行。DCT既有MT結(jié)構(gòu)簡單、加工制造工藝?yán)^承性好的特點，又具有AT變速器在換檔過程動力不中斷的特點。但是雙離合器由于結(jié)構(gòu)上的限制，無法跳過兩個檔位換檔，而是只能順序換檔。雙離合器自動變速器在換檔過程中不存在動力中斷，所以換檔時沒有明顯的減速現(xiàn)象，而且兩個離合器之間的切換時間非常短，通常在0.3-0.4秒之間，難以被駕駛員感覺到，極大的提高了換檔舒適性，同時也保證了車輛具有良好的經(jīng)濟性，對改善車輛的油耗和排放都具有一定的貢獻。二、雙離合式有級自動變速器（DCT）三、液力機械傳動自動變速器（AT）AT變速器由液力變矩器、行星輪機構(gòu)以及液壓系統(tǒng)組成，通過液力傳遞和齒輪組合的方式來變速變扭。采用液力傳動方式的液力變矩器可以根據(jù)負(fù)載的變化實現(xiàn)無級變速，但是其傳動效率和速比變化范圍都無法達到車輛要求的使用條件，因此需要擴大其傳動比和高效傳動范圍。行星傳動易于實現(xiàn)自動化、結(jié)構(gòu)緊湊、質(zhì)量輕，且可以實現(xiàn)與液力變矩器的功率分流，是目前普遍采用的形式。AT的換檔過程也是一個離合器分離而另外一個離合器接合的過程。1

2

3

4

R四、無級自動變速器（CVT）CVT能夠在一定范圍內(nèi)實現(xiàn)速比的連續(xù)可調(diào)，速比的連續(xù)可調(diào)性給予了發(fā)動機更大的“自由度”，可以使其在一定范圍內(nèi)性能達到最優(yōu)，因此理論上可以優(yōu)化發(fā)動機工作點，改善車輛的經(jīng)濟性和排放性能。無級變速器主要有流體式和機械式兩種不同的傳動方式。流體式無級變速器在汽車上的主要應(yīng)用形式是液力變矩器，一般被用來做起步裝置和緩沖轉(zhuǎn)矩沖擊。金屬帶式CVT是目前應(yīng)用最廣的一種無級自動變速器，主要用于中小排量的乘用車。它依靠金屬帶和帶輪之間的摩擦力來傳遞轉(zhuǎn)矩，需要一個穩(wěn)定持續(xù)的壓力源來夾緊金屬帶，因此這種類型變速器的液壓系統(tǒng)能耗較高。四、無級自動變速器（CVT）金屬帶式CVT的速比變化過程是依靠主動油缸和從動油缸壓力的變化來實現(xiàn)的，主動壓力與從動壓力比值降低，則速比增大；相反，主動壓力與從動壓力比值升高則速比減小。通過壓力的變化，金屬帶沿著帶輪的徑向滑動，從而速比也隨之平滑變化。四、無級自動變速器（CVT）CVT液壓系統(tǒng)目錄CONTENT三二四一自動變速器概述自動變速器的結(jié)構(gòu)特點自動變速器的共性技術(shù)動力總成綜合匹配規(guī)律五自動變速器的控制技術(shù)一、車輛起步裝置車輛起步過程，必須首先消除發(fā)動機轉(zhuǎn)速與輸出軸之間的轉(zhuǎn)速差，這種允許轉(zhuǎn)速差并使前后轉(zhuǎn)速逐漸達到一致的裝置被稱為車輛起步裝置。車輛常用的起步裝置有液力變矩器（或者液力耦合器）和起步離合器（濕式離合器、干式離合器或者電磁式離合器等）兩種。1、液力變矩器

液力變矩器(HydraulicTorqueConverter，HTC)，依靠流體的循環(huán)流動過程的動能變化傳遞動力。

液力變矩器的優(yōu)點：（1）衰減振動與吸收沖擊，使車輛起步更加平順，提高車輛的舒適性；（2）使車輛能以更低的車速行駛，提高車輛對壞路面的通過性；（3）自動適應(yīng)行駛阻力的變化，在一定范圍內(nèi)實現(xiàn)無級變速；（4）以流體為工作介質(zhì)，大大降低了傳動系的動載荷，可以提高傳動系零部件的使用壽命。隨著泵輪作牽連運動的同時因受離心力作用而作離心運動，從泵輪(輸入軸)吸收機械能并轉(zhuǎn)化為動能，高速液流從泵輪沖入渦輪做向心流動釋放動能，推動渦輪(輸出軸)旋轉(zhuǎn)，帶動工作機(負(fù)載)做功。

液力變矩器的結(jié)構(gòu)與偶合器的區(qū)別是在泵輪P與渦輪T之間增加了一個固定在單向離合器上的導(dǎo)輪D。1、液力變矩器

液力變矩器的性能優(yōu)越，但液力變矩器的結(jié)構(gòu)復(fù)雜，制造加工難度較大，成本較高，專業(yè)化程度也較高，且最大的缺陷是效率低。

為了降低裝用液力變矩器汽車的油耗，而采用了閉鎖，即在液力變矩器的泵輪與渦輪之間，安裝一個可控制的離合器1、液力變矩器

閉鎖控制

閉鎖離合器的工作原理如圖所示，當(dāng)閉鎖壓力油從油道進入離合器3的左邊，而其右邊的油液經(jīng)油道回流。閉鎖離合器工作原理1—泵輪；2—渦輪；3—閉鎖離合器；4—前蓋

閉鎖控制

兩邊的壓力差使裝于渦輪軸花鍵上活塞右移，直至變矩器前蓋4與閉鎖離合器之間的油被排出，使渦輪與泵輪穩(wěn)定地鎖在一起。

閉鎖離合器工作原理1—泵輪；2—渦輪；3—閉鎖離合器；4—前蓋

為了彌補液力變矩器的阻尼作用，吸收發(fā)動機扭轉(zhuǎn)振動，在有的閉鎖離合器中還裝有減振彈簧。離合器分離時，油從油道進入離合器3的右邊，而其左邊的油液經(jīng)油道泄油。

閉鎖離合器工作原理1—泵輪；2—渦輪；3—閉鎖離合器；4—前蓋

閉鎖控制

閉鎖的實質(zhì)是液力傳動與機械傳動之間的轉(zhuǎn)換，故有在何點閉鎖為佳的問題。

從理論上講，閉鎖點定在轉(zhuǎn)入偶合器工況點為好，該點變矩器系數(shù)K＝1，既保證充分利用變矩器的自適應(yīng)長處，又減少了因閉鎖而造成的轉(zhuǎn)矩與轉(zhuǎn)速的突變；

閉鎖控制

但也有為了擴大高效率范圍在變矩器最高效率對應(yīng)的速比處閉鎖；

還有將閉鎖點設(shè)在最高效率與偶合器工況點之間的；

另外，也有少數(shù)將閉鎖點定在大于偶合器工況點的，以縮小閉鎖時的轉(zhuǎn)速差。

閉鎖控制2．起步離合器車輛的另外一種通用起步裝置,有濕式離合器和干式離合器兩種。干式離合器省去了相關(guān)液壓系統(tǒng)，且摩擦片本身的傳動效率較高，因此干式離合器可以提高燃油經(jīng)濟性，成本更低。但干式離合器比濕式離合器的熱容性差，散熱條件不好，在交通擁擠的城市工況，離合器頻繁結(jié)合，其滑摩狀態(tài)很容易導(dǎo)致離合器的過熱。離合器的自動控制問題首先是控制系統(tǒng)必須工作可靠，能精準(zhǔn)地適應(yīng)發(fā)動機的輸出動力，避免起步?jīng)_擊或者發(fā)動機異常熄火。其次控制系統(tǒng)要具有對環(huán)境的適應(yīng)性，如交通信號燈、坡道起步、冰雪路面起步等其三控制系統(tǒng)還要滿足駕駛員不同的操作意圖，比如平穩(wěn)起步、緊急起步等意圖。起步離合器控制常見的問題（1）起步時存在明顯的轉(zhuǎn)矩沖擊，使得駕乘人員感覺不適；（2）發(fā)動機熄火，特別是在坡道起步的工況下，造成起步失??；（3）離合器接合時間過長，使得摩擦片的滑摩功增加，離合器溫升過高；（4）離合器操縱的滯后問題，駕駛員掛檔并踩下油門后，離合器遲遲不結(jié)合；或者檔位已經(jīng)退出后，離合器分離遲緩。評價起步離合器控制的主要指標(biāo)（1）沖擊度（2）離合器的比滑摩功沖擊度和滑摩功之間在一定程度上是彼此矛盾的兩個參數(shù)離合器控制系統(tǒng)，就是要根據(jù)車輛的行駛工況、駕駛員的操作意圖等，自動控制離合器的結(jié)合速度，在滑摩功和沖擊度之間找到最佳的平衡點。評價起步離合器控制的主要指標(biāo)二、執(zhí)行機構(gòu)自動變速器的執(zhí)行機構(gòu)包括電機執(zhí)行機構(gòu)、液壓/氣壓執(zhí)行機構(gòu)以及電磁執(zhí)行機構(gòu)等多種。1．液壓執(zhí)行機構(gòu)（1）液壓油泵

擺線轉(zhuǎn)子泵

內(nèi)嚙合齒輪泵徑向柱塞泵外嚙合齒輪泵根據(jù)各類變速器的液壓系統(tǒng)對流量、壓力以及工作特性可以采用發(fā)動機直接驅(qū)動、鏈驅(qū)動以及電驅(qū)動等多種方式。（2）機械閥體、閥芯將實現(xiàn)各種功能的閥芯、蓄能器、彈性元件等集成到一個有限的空間-即閥塊內(nèi)，并借助殼體及各零部件上所設(shè)計的流體通道將潤滑油引入到各個所需的部位。其特點就是結(jié)構(gòu)緊湊、零件小巧、集成度高。圖4-22典型的4AT變速器閥體（帕薩特01N型變速器）（2）機械閥體、閥芯（3）電磁閥電磁閥是連接控制信號與液壓驅(qū)動機構(gòu)的媒介，是實現(xiàn)自動變速器主動控制的途徑。主要的類型有：電液伺服控制系統(tǒng)、電液比例控制系統(tǒng)及數(shù)字液壓控制系統(tǒng)。電液伺服控制系統(tǒng)具有控制精度高、重復(fù)性好、響應(yīng)速度快、抵抗干擾能力強的優(yōu)點，它的核心實現(xiàn)元件為電液伺服閥。但電液伺服閥的加工精度要求高，對油液清潔度有很高的要求，造成其成本很高。電液比例控制系統(tǒng)使用的電液比例閥抗污染能力高，可使用數(shù)字驅(qū)動電路直接驅(qū)動，對電能的消耗少，且其控制精度、重復(fù)精度與響應(yīng)速度已能滿足CVT電液控制系統(tǒng)要求，當(dāng)前已作為先導(dǎo)控制閥大量的應(yīng)用于自動變速器的電液控制系統(tǒng)當(dāng)中。（3）電磁閥數(shù)字液壓控制系統(tǒng)的核心元件是高速開關(guān)閥，高速開關(guān)閥結(jié)構(gòu)簡單，成本低。高速開關(guān)閥在閥芯的高速開關(guān)動作的同時，根據(jù)驅(qū)動信號對開啟與關(guān)斷的時間進行調(diào)整，控制輸出的壓力與流量。（3）電磁閥2．電機執(zhí)行機構(gòu)電機執(zhí)行機構(gòu)一般用于驅(qū)動功率較小的場合，具有成本低廉、結(jié)構(gòu)簡單、維修容易等特點。對電機執(zhí)行機構(gòu)的位置控制（1）對電機旋轉(zhuǎn)的圈數(shù)進行測量（2）直接在執(zhí)行機構(gòu)上安裝傳感器（3）設(shè)置多圈角位移傳感器目錄CONTENT三二四一自動變速器概述自動變速器的結(jié)構(gòu)特點自動變速器的共性技術(shù)動力總成綜合匹配規(guī)律五自動變速器的控制技術(shù)

動力總成綜合匹配規(guī)律動力總成綜合匹配規(guī)律，就是綜合考慮發(fā)動機、變速器和整車三個子系統(tǒng)之間的參數(shù)匹配，并結(jié)合駕駛員的操作意圖和工況條件，將三個子系統(tǒng)作為整體考慮，并且在整車的經(jīng)濟性和駕駛性之間尋找平衡點。變速器作為傳動系統(tǒng)，它在影響動力“傳遞”路線的同時，也通過改變發(fā)動機工作點影響著發(fā)動機的動力“產(chǎn)生”過程。車輛的駕駛性能是指車輛滿足駕駛員期望的能力，即駕駛員通過對油門、制動踏板、換檔桿等的操作輸出了其對車輛速度、爬坡能力等方面的期望，而車輛滿足這種期望的能力就是車輛的駕駛性能。駕駛員對車輛響應(yīng)的期望可以描述為“對油門開度的輸入響應(yīng)平穩(wěn)、快速、符合預(yù)期心理預(yù)期、具有可重復(fù)性”。一、車輛駕駛性能定義二、發(fā)動機最佳經(jīng)濟性和動力性曲線發(fā)動機輸出特性最外為節(jié)氣門開度全開（100%）時發(fā)動機輸出轉(zhuǎn)速與轉(zhuǎn)矩的關(guān)系。第二條為開度95%，以此類推間隔5%得到其它節(jié)氣門開度時的發(fā)動機輸出。到30%節(jié)氣門開度后，遞減間隔降為2%。二、發(fā)動機最佳經(jīng)濟性和動力性曲線圖4-25發(fā)動機燃油消耗圖二、發(fā)動機最佳經(jīng)濟性和動力性曲線圖4-25發(fā)動機燃油消耗圖圖4-26發(fā)動機萬有特性圖二、發(fā)動機最佳經(jīng)濟性和動力性曲線圖4-26發(fā)動機萬有特性圖三、換檔規(guī)律換檔規(guī)律是指根據(jù)對車輛運行工況的判斷，檔位隨汽車運行參數(shù)的變化規(guī)律，它是自動變速器控制的核心問題，直接影響著車輛的經(jīng)濟性和動力性等多項性能指標(biāo)。換檔規(guī)律的研究方法一般是從車輛的運行參數(shù)（諸如車速、牽引力、發(fā)動機轉(zhuǎn)速、發(fā)動機節(jié)氣門開度等）中找到影響其檔位變化的主要因素，必要時可建立包含各主要影響因素的數(shù)學(xué)模型，通過優(yōu)化方法確定最佳的換檔點。一般自動變速器多采用兩參數(shù)換檔規(guī)律，兩參數(shù)分別為節(jié)氣門開度和車速。換檔規(guī)律應(yīng)當(dāng)滿足以下原則：（1）優(yōu)先考慮駕駛安全。（2）人機協(xié)調(diào)原則，體現(xiàn)駕駛員的意愿。（3）根據(jù)參數(shù)對車輛的運行環(huán)境進行判定，使換檔選擇與運行環(huán)境相互適應(yīng)。（4）動力性、經(jīng)濟性、駕駛感覺及零部件的使用壽命等達到綜合最佳，即實現(xiàn)各項指標(biāo)的協(xié)調(diào)兼顧原則。三、換檔規(guī)律1．有級變速器的換檔規(guī)律有級式換檔的最佳動力性換檔規(guī)律即要保持圖4-28曲線的下圍面積最大。

最佳經(jīng)濟性換檔規(guī)律：取兩檔位經(jīng)濟線之間的交點，否則取兩檔位在同一車速下燃油消耗率差最小的點作為換檔點，如圖4-29所示。

1．有級變速器的換檔規(guī)律最佳經(jīng)濟性最佳動力性2．無級變速器的換檔規(guī)律在E、S模式之間進行折中，就是車上廣泛使用的D模式(正常模式)，其動力性和經(jīng)濟性介于E和S兩者之間。四換擋曲線對駕駛性能的影響通過對發(fā)動機特性曲線以及變速器擋位分布情況分析后得到的最佳經(jīng)濟性和最佳動力性換擋規(guī)律，是車輛在穩(wěn)態(tài)工作條件下的理想換擋規(guī)律，但實際情況是，發(fā)動機和車輛的工況是動態(tài)變化的。需要綜合考慮其它因素對該曲線進行修正。四換擋曲線對駕駛性能的影響如果孤立地將最佳經(jīng)濟性換擋規(guī)律作為換擋的唯一依據(jù)，發(fā)動機往往工作在低轉(zhuǎn)速大轉(zhuǎn)矩區(qū)域，此時發(fā)動機后備功率較小。駕駛員增加油門踏板開度意圖加速或爬坡時，發(fā)動機輸出功率的增量不足，而只能借助提升發(fā)動機轉(zhuǎn)速來增加功率輸出。目錄CONTENT三二四一自動變速器概述自動變速器的結(jié)構(gòu)特點自動變速器的共性技術(shù)動力總成綜合匹配規(guī)律五自動變速器的控制技術(shù)一、起步離合器控制（1）結(jié)合動力平順，分離動力徹底。（2）結(jié)合時發(fā)動機不停車、不空轉(zhuǎn)。（3）結(jié)合速度能隨駕駛員意圖變化，并給乘員的感覺保持不變。（4）上坡起步不溜坡，發(fā)動機不滅火。（5）可靠的低速爬行功能，幫助車輛平穩(wěn)越障。（6）限制傳遞最大的轉(zhuǎn)矩。圖4-34多片濕式離合器結(jié)合分離過程的基本控制策略一、起步離合器控制二、有級變速器的換擋控制對于自動變速器，其關(guān)鍵技術(shù)就是如何解決換擋過程中的動力無中斷和換擋無沖擊的難題。任何類型的有級變速器，從一個擋位換到另一擋位，由于變速器的速比突變，在同一旋轉(zhuǎn)軸線上的兩個運動件的轉(zhuǎn)速不等都會造成傳遞沖擊。對AT、DCT變速器，換擋期間同時存在兩條傳動路線（即換擋前的傳動路線和換擋后的傳動路線），參與換擋的兩摩擦元件在控制的作用下逐步完成過渡的傳遞方式。在換擋過程中：一路要退出的傳動元件，先要經(jīng)歷一個部分結(jié)合的過程，再全部退出工作狀態(tài)；進入接替的一路傳動元件，則先從部分結(jié)合的過程慢慢過渡到全結(jié)合工作狀態(tài)。解決換擋無動力中斷、無換擋沖擊，就歸結(jié)于兩條傳動路線的摩擦元件下在控制作用下的控制策略。換擋過程可分為三個階段：換擋預(yù)備階段、過渡階段、事后調(diào)節(jié)階段。二、有級變速器的換擋控制二、有級變速器的換擋控制三、無級變速器的夾緊力和速比控制CVT傳動系的兩個主要任務(wù)是：（1）把發(fā)動機輸出功率可靠地傳遞到驅(qū)動輪，并盡可能減小功率損失。（2）根據(jù)汽車的運行條件，按駕駛員選定的工作模式，自動改變傳動速比，使發(fā)動機維持在理想的工作點。CVT控制問題可歸結(jié)為如下兩個目標(biāo)：a、金屬帶夾緊力控制，b、速比控制1．目標(biāo)金屬帶夾緊力（1）主、被動輪夾緊力的穩(wěn)態(tài)比值（2）金屬帶傳遞的轉(zhuǎn)矩與夾緊力不滑轉(zhuǎn)要求金屬帶傳遞的轉(zhuǎn)矩比<1金屬帶夾緊力控制的基本思想：精確控制金屬帶傳遞轉(zhuǎn)矩比r，并使r趨近于1被動缸的目標(biāo)夾緊力為：2．目標(biāo)速比（1）CVT的速比速比范圍為0.5~2.5。（2）目標(biāo)速比THANKS!THEEND

湖南大學(xué)機械與運載工程學(xué)院汽車電子與控制技術(shù)教育部工程研究中心汽車電子技術(shù)汽車電子技術(shù)第五章防滑控制技術(shù)機械與運載工程學(xué)院教育部汽車電子工程研究中心第一節(jié)ABS控制技術(shù)概述汽車防抱死制動系統(tǒng)是指汽車在制動過程中能實時判定車輪的滑移率，自動調(diào)節(jié)作用在車輪上制動力矩，防止車輪抱死并取得最佳制動效能的電子裝置。定義ABS基本結(jié)構(gòu)與工作原理第一節(jié)ABS控制技術(shù)概述無ABS的車輛抱死時的負(fù)效應(yīng)1）由于車輪被抱死，車輛失去操縱性，不能按駕駛員的要求改變行駛方向以躲避障礙物或行人而造成交通事故。2）在非對稱附著系數(shù)的路面，車輪抱死將喪失直線行駛穩(wěn)定性，易出現(xiàn)側(cè)滑、甩尾及急轉(zhuǎn)等危險現(xiàn)象。3）車輪抱死時的附著力一般低于路面所能提供的最大附著力，車輪在全抱死狀態(tài)的制動距離反而略有增加。4）因為車輪被抱死導(dǎo)致輪胎局部急劇摩擦，降低輪胎的使用壽命。第一節(jié)ABS控制技術(shù)概述一、輪胎與路面間的相互關(guān)系路面所能提供的附著力（即最大縱向、側(cè)向作用力）與附著系數(shù)有關(guān)，附著系數(shù)

定義為路面附著力

與作用在車輪上的垂直負(fù)荷

之比它與輪胎的結(jié)構(gòu)、材料、花紋、氣壓及路面特性等多種因素有關(guān)。如子午線輪胎在干燥路面上附著系數(shù)最大。不同路面的附著系數(shù)大約在(0.05～1.0)的范圍，在冰面上最小，約為0.05左右，其它路況介于這兩者之間。根據(jù)汽車的行駛方向可將附著系數(shù)分為縱向附著系數(shù)

和側(cè)向附著系數(shù)

。在車輪制動時，作用在車輪上的縱向附著力和側(cè)向附著力分別為：

第一節(jié)ABS控制技術(shù)概述一、輪胎與路面間的相互關(guān)系

附著系數(shù)還與車輪的滑移/滑轉(zhuǎn)率有關(guān)。在分析防抱制動系統(tǒng)（ABS）制動問題時，把車輪的滑移/滑轉(zhuǎn)率定義為：式中：，為實際車速；—車輪有效滾動半徑；—車輪轉(zhuǎn)動角速度；—車輪的切線速度。如把實際車速用動力滾動半徑表示，則車輛在自由滾動時的有效角速為：第一節(jié)ABS控制技術(shù)概述一、輪胎與路面間的相互關(guān)系

式中：

在（-100%，+100%）范圍內(nèi)變化，

在（-100%，0%）區(qū)間為驅(qū)動工況，其輪速大于車速，車輪相對地面滑轉(zhuǎn)，對應(yīng)的值稱為滑轉(zhuǎn)率。

在（0，100%）為制動工況，此時車速大于輪速，車輪相對地面滑移，

值稱為滑移率。車輪的滑移率與縱向、橫向附著系數(shù)間的關(guān)系第一節(jié)ABS控制技術(shù)概述一、輪胎與路面間的相互關(guān)系

不同的路面特性、輪胎參數(shù)及輪胎的側(cè)偏角都會影響曲線。對縱向曲線，滑移率從0開始，附著系數(shù)隨上升到最大值

。由控制理論可知，當(dāng)滑移率小于

的區(qū)間是穩(wěn)定制動區(qū)，

大于

后為非穩(wěn)定制動區(qū)，

為臨界穩(wěn)定點。防抱制動系統(tǒng)（ABS）正是利用道路與輪胎之間的關(guān)系，強制性地把車輪的滑移率控制在臨界點附近，使路面附著性能得到最充分的發(fā)揮，從而達到最佳的制動效果。第一節(jié)ABS控制技術(shù)概述二、單輪車輛系統(tǒng)的數(shù)學(xué)模型為研究ABS的控制過程，車輛可簡化為如下圖所示的單輪車輛系統(tǒng)。由于車速通常是指直線運動速度，輪速用角速度表示，故在后文中車速用V表示，車輪角速度用ω表示。由此可得車輪和整車的運動微分方程分別為：單輪ABS系統(tǒng)力學(xué)模型1.車輪制動狀態(tài)數(shù)學(xué)模型第一節(jié)ABS控制技術(shù)概述二、單輪車輛系統(tǒng)的數(shù)學(xué)模型汽車的制動回路如下圖。它主要由制動踏板、主制動缸、控制閥、輪缸及速度傳感器等組成。根據(jù)液壓控制閥的位置可使制動器對應(yīng)三種不同狀態(tài)：當(dāng)控制閥使油源與輪缸接通，制動缸增壓；控制閥關(guān)閉，制動器保壓；控制閥使制動器和回油路相通，制動缸減壓。(a)增壓(b)保壓

(c)減壓

(d)輪缸施壓制動過程第一節(jié)ABS控制技術(shù)概述二、單輪車輛系統(tǒng)的數(shù)學(xué)模型假定油源的壓力是常數(shù)，根據(jù)液壓流體力學(xué)，進入制動輪缸的流量Q為：

（1）在制動開始時，進入制動缸的油液推動活塞消除鉗盤之間的間隙。不考慮油液的可壓縮性，由流量連續(xù)方程，可求得活塞的運動速度為：第一節(jié)ABS控制技術(shù)概述二、單輪車輛系統(tǒng)的數(shù)學(xué)模型所求的即為制動器響應(yīng)的滯后時間。消除制動器間隙以后，進入制動缸的油液被壓縮增壓，增壓變化規(guī)律為：設(shè)制動器的間隙為

，則消除間隙所需要的時間

為：把式(1)代入上式得：

（2）式中：第一節(jié)ABS控制技術(shù)概述二、單輪車輛系統(tǒng)的數(shù)學(xué)模型對開關(guān)閥K為常數(shù)。由式(2)可見，當(dāng)控制閥的開口保持恒定時，油缸的壓力升率不是常數(shù)，而是隨制動缸的壓力升高而減小。在減壓過程，由制動缸排出的油液為此時油缸內(nèi)被壓縮的油液被釋放，油缸壓力下降變化率為：

（3）式中：第一節(jié)ABS控制技術(shù)概述二、單輪車輛系統(tǒng)的數(shù)學(xué)模型在進行系統(tǒng)分析與設(shè)計時，為了簡化系統(tǒng)，可按下圖所示的方法把式(2)和式(3)在常用的工作壓力點（圖中標(biāo)注為

）線性化得：

（4）式中：

─閥的線性化系數(shù)第一節(jié)ABS控制技術(shù)概述二、單輪車輛系統(tǒng)的數(shù)學(xué)模型由式(4)得作用在車輪上的制動力矩的變化率為：式中：

為與制動器的結(jié)構(gòu)參數(shù)和線性化系數(shù)

有關(guān)的常數(shù)?？紤]到制動缸在增壓和減壓時需要不同的變化率（采用PWM脈寬調(diào)制實現(xiàn)）以滿足不同的使用工況，則作用在車輪上的制動力矩的變化率可進一步寫成如下的形式：第二節(jié)ABS邏輯控制算法一、簡單邏輯控制算法設(shè)路面條件是一定的，則路面附著系數(shù)都不會超過某一給定的值，也就是作用在四個車輪上的總的制動力必滿足不等式：汽車制動時的最大減速度也必然滿足條件：所以當(dāng)車輪的角減速度超過極限條件：時，則表明制動力已超出路面所提供的最大附著力，車輪可能出現(xiàn)抱死傾向?；谏鲜龇治?，最簡單的ABS控制邏輯可確定為：

（1）第二節(jié)ABS邏輯控制算法一、簡單邏輯控制算法當(dāng)條件(1)成立，表明車輪可能出現(xiàn)抱死的傾向，于是制動缸減壓，反之制動缸增壓，這就是最簡單的防抱制動算法，其動態(tài)調(diào)節(jié)過程如下圖

所示。以車輪負(fù)加速度作為門限的防抱制動過程第二節(jié)ABS邏輯控制算法一、簡單邏輯控制算法在制動剛開始時，采用快速升壓。當(dāng)車輪角減速度超出了固定的門限值-a開始減壓，至負(fù)加速度進入門限值–a內(nèi)結(jié)束。隨后以慢速升壓到車輪減速度再次超出-a門限值，以此周期性地重復(fù)，直至汽車完全制動。從增壓到減壓切換的過程來看：車輪的減速度超過-a門限值，隨后逐漸由減速變?yōu)榧铀?，在這一轉(zhuǎn)變過程中，車輪減速度必然經(jīng)過等于零的點，減速度為零的點即為制動力矩與路面所能提供的制動力產(chǎn)生反驅(qū)力矩的平衡點?？梢?，只要車輪的加速度大于0就可避免抱死的傾向。第二節(jié)ABS邏輯控制算法一、簡單邏輯控制算法可取一個適當(dāng)大的正數(shù)+a(+a，-a僅表示車輪加、減速度，它們的值可以是不同的)作為車輪加速度的門限，構(gòu)成雙門限的邏輯控制，經(jīng)組合可得到三個常用的邏輯判定條件：車輪正負(fù)加速度門限值的防抱控制按以上邏輯條件實現(xiàn)防抱制動的調(diào)節(jié)過程如右圖所示。雙門限控制邏輯可以適應(yīng)不同的路面特性，一般可消除車輪抱死現(xiàn)象。第二節(jié)ABS邏輯控制算法二、以車輪加、減速度和滑移率結(jié)合的邏輯控制現(xiàn)今汽車上一般采用間接的方法由車輪的角速度和負(fù)加速度構(gòu)造車輛的參考速度，其構(gòu)造方法如下圖。在初始制動過程中，當(dāng)車輪的負(fù)加速度小于-a時，把此時車輪的速度作為初始參考速度以后以減速度(初始時設(shè)定汽車在一般路面制動時能達到的負(fù)加速度)計算參考速度，即：由于車輪的角速度是已知的，當(dāng)參考速度估算出來以后，則車輪的參考滑移率為：1．參考車速和滑移率的計算第二節(jié)ABS邏輯控制算法二、以車輪加、減速度和滑移率結(jié)合的邏輯控制當(dāng)車輪的速度大于參考速度后，則說明此時的車速不會低于當(dāng)前的輪速，于是應(yīng)把參考速度設(shè)定為當(dāng)前的輪速，使參考速度得到修正。經(jīng)過第一個循環(huán)以后，減速度也被估算出來：第二節(jié)ABS邏輯控制算法二、以車輪加、減速度和滑移率結(jié)合的邏輯控制2．大附著系數(shù)路面上的制動控制大附著系數(shù)路面的制動調(diào)節(jié)過程左圖為引入車輪的加速度門限值+a，在典型的大附著系數(shù)路面防抱制動的調(diào)節(jié)過程。階段1（見圖中數(shù)字標(biāo)注）輪缸快速升壓，直至車輪負(fù)加速度很快超出門限值-a，電磁閥從升壓切換到保壓狀態(tài)，同時由(5-25)和(5-26)估算出參考車速和滑移率為的門限曲線。階段2保壓，輪速繼續(xù)下降，當(dāng)輪速降至低于滑移率門限值時，電磁閥由保壓切換到減壓狀態(tài)。階段3減壓，輪速又開始回升，當(dāng)車輪的負(fù)加速度進入-a門限內(nèi)，減壓過程結(jié)束又開始保壓。階段4定時保壓，即一個規(guī)定時間間隔的保壓過程，用于識別路面的附著系數(shù)是高、中、低的三種情況。第二節(jié)ABS邏輯控制算法二、以車輪加、減速度和滑移率結(jié)合的邏輯控制3．小附著系數(shù)路面的制動控制在初始的1、2調(diào)節(jié)階段和大附著系數(shù)的路面相同。階段3首先有一個定時保壓階段，由于在給定的時間內(nèi)車輪的加速度達不到+a門限，于是可以判定：此時是屬于小附著系數(shù)路面的情形，控制邏輯產(chǎn)生一個小的減壓─保壓脈沖，使車輪慢慢升速，然后再比較車輪加速度是否到+a門限，如低于此門限值再次產(chǎn)生減壓—保壓脈沖，車輪繼續(xù)升速直至超過+a門限。階段4保壓階段，當(dāng)車輪加速度再低于+a門限時，階段4結(jié)束。階段5是以增壓—保壓(脈寬調(diào)制)方式的慢速升壓過程，直至出現(xiàn)-a門限，到此第一個控制周期結(jié)束。在階段6(第二周期)的制動壓力是持續(xù)下降到出現(xiàn)+a門限，結(jié)果車輪只在短時間處于大滑移狀態(tài)，改善了操縱穩(wěn)定性。小附著系數(shù)路面的動態(tài)調(diào)節(jié)過程第二節(jié)ABS邏輯控制算法二、以車輪加、減速度和滑移率結(jié)合的邏輯控制當(dāng)路面附著系數(shù)向大值突變，其識別方法是采用第二加速度門限值+A。而當(dāng)路面附著系數(shù)向小值躍變，則以第二滑移率門限值作為識別依據(jù)。階段1出現(xiàn)了附著系數(shù)由大到小的躍變，車輪的減速度在超出-a門限值時切換到減壓狀態(tài)─階段2。階段2，車輪滑移率超出了第二門限，這是由于路面附著系數(shù)的突然降低，導(dǎo)致使車輪速度回升的摩擦力也隨著降低之故。綜上所述，邏輯控制是把車輪的加速度分為(-a，+a，+A)幾個門限值，再輔之以車輪的滑移率門限值（，）并利用控制從減壓切換到保壓后的規(guī)定時間間隔里，根據(jù)可能出現(xiàn)的幾種門限信號識別出路面的特性附著系數(shù)由高到低躍變的控制過程第二節(jié)ABS邏輯控制算法二、以車輪加、減速度和滑移率結(jié)合的邏輯控制門限條件又稱為邊界條件，常用的防抱制動的邊界條件如下表。表中P邊界條件，就是當(dāng)滿足這些條件時，車輪就有抱死的傾向。此時就應(yīng)當(dāng)降低制動輪缸壓力，使車輪增速。而R邊界條件，即當(dāng)滿足這些條件就避免了車輪抱死的傾向，可對輪缸再次升壓。從P和R中挑選不同的條件可以組成各種不同的控制邏輯。第二節(jié)ABS邏輯控制算法三、基于滑移率的控制系統(tǒng)為進一步提高ABS的性能，汽車電子工程師致力研究基于滑移率的控制算法。用滑移率作為控制目標(biāo)容易實現(xiàn)連續(xù)控制，因而可提高ABS在制動過程中的平順性，并最大限度地發(fā)揮它的制動效能。實現(xiàn)連續(xù)控制的最簡單算法是PID(Proportional,IntegralandDerivative,即比例、積分及微分控制，簡稱為PID控制)控制。設(shè)滑移率的設(shè)定目標(biāo)為

，則控制誤差于是PID的控制規(guī)律可表示為：ABS控制器的設(shè)計最后就歸結(jié)為：根據(jù)ABS動態(tài)系統(tǒng)，確定出一組最佳的參數(shù)，

、和，使車輪的滑移率以最快的方式趨近設(shè)定目標(biāo)。第二節(jié)ABS邏輯控制算法三、基于滑移率的控制系統(tǒng)

曲線在

這一點被分成兩個區(qū)，在

左邊，

為穩(wěn)定制動區(qū)，而

右邊，

為非穩(wěn)定制動區(qū)。通過PID控制可以使車輪滑移率迅速趨近，制動過程近似為理想過程(見下左圖)。如把

設(shè)定在

這點，則形成以滑移率為中心的穩(wěn)定極限環(huán)。特別是

略為設(shè)定在

右側(cè)，滑移率就出現(xiàn)較大幅度的波動（如上右圖）。第二節(jié)ABS邏輯控制算法三、基于滑移率的控制系統(tǒng)在實際應(yīng)用中，

曲線的峰值變動很大(5%～30%之間)，只要當(dāng)

設(shè)定在

的右側(cè)，滑移率就會出現(xiàn)很大的波動。如

在距較遠(yuǎn)的右側(cè)，車輪就有抱死的危險。而保守地把

選得過小，雖可保證

在的左側(cè)，解決控制系統(tǒng)的非穩(wěn)定性問題，但在相當(dāng)多的路面條件下，會使路面附著系數(shù)得不到充分的利用，從而失去滑移率控制算法的優(yōu)越性。第三節(jié)ABS整車控制技術(shù)一、整車布置形式可以獨立地控制車輪制動缸壓力的執(zhí)行機構(gòu)稱之為一個通道，一般一個通道對應(yīng)一個傳感器，如4通道4傳感器ABS系統(tǒng)是當(dāng)前最普遍的配置形式。下圖（a）、（b）都是4通道4傳感器的ABS系統(tǒng)，每個車輪都具有一個輪速傳感器和一個液壓通道，可對每個車輪實現(xiàn)任意目標(biāo)壓力的控制，使ABS總體性能達到最佳狀態(tài)。1．ABS的通道與傳感器2．ABS整車布置形式第三節(jié)ABS整車控制技術(shù)其中圖（a）是按前后方式布置，即前、后輪缸分別采用不同的液壓回路，圖（b）是按對角（X形方式）方式布置，即處在對角線上的兩個輪缸采用同一液壓回路，其目的就是提高系統(tǒng)的可靠性。一、整車布置形式第三節(jié)ABS整車控制技術(shù)二、整車制動時的受力分析在分析ABS整車控制技術(shù)之前，先考查汽車直線行駛在非對稱路面制動時的整車制動動力學(xué)。按前面講述的單輪控制方式，各個車輪的滑移率都控制在峰值點，于是左右兩側(cè)的制動力不等使汽車產(chǎn)生側(cè)向偏轉(zhuǎn)的過程如下圖所示。

車輛在非對稱路面制動的側(cè)偏現(xiàn)象第三節(jié)ABS整車控制技術(shù)二、整車制動時的受力分析在制動剛開始時，前輪的偏轉(zhuǎn)角為零，因而作用在車輪上的側(cè)向力為零，可得到作用在車輛上的偏轉(zhuǎn)力矩為：在偏轉(zhuǎn)力矩作用下，車輛回轉(zhuǎn)運動方程為：第三節(jié)ABS整車控制技術(shù)為了保持車輛直線狀態(tài)，由駕駛員和車輛構(gòu)成的環(huán)閉系統(tǒng)，觀測到汽車行駛方向與期望的行駛方向出現(xiàn)偏差時，于是會通過方向盤進行校正。當(dāng)導(dǎo)向輪(假定為前輪轉(zhuǎn)向的車輛)偏轉(zhuǎn)一定的角度(見下圖后，作用在車輛上的回轉(zhuǎn)力矩成為：式中：第一個下標(biāo)b、s分別表示作用在車輪上的縱向力和側(cè)向力；

第二個下標(biāo)F、R表示作用在前、后車輪上的力；

第三個下標(biāo)L、R表示作用在左右兩側(cè)車輪上的力；

a、b分別表示車輛的重心到前后車輪中心的距離。二、整車制動時的受力分析在非對稱路面的整車動力學(xué)(帶修正導(dǎo)向輪偏轉(zhuǎn)角)第三節(jié)ABS整車控制技術(shù)三、整車控制技術(shù)單輪修正控制算法的基本思想是：單輪控制方式過分強調(diào)利用路面附著系數(shù)，結(jié)果導(dǎo)致兩側(cè)車輪制動力相差太大，最后使車輛失去方向穩(wěn)定性。而低選控制方式則走到另一個極端，只要兩側(cè)附著系數(shù)不等，就不加選擇地按低側(cè)附著系數(shù)進行控制，結(jié)果使制動器的效能得不到充分的發(fā)揮。單輪修正算法是在上述兩者之間進行折中控制，對處于低附著系數(shù)的車輪按自己的門限條件（由邊界條件確定）進行控制，處于高附著系數(shù)的車輪則在低附著側(cè)壓力的基礎(chǔ)上，適量地逐步增加一個變化的壓力差。第三節(jié)ABS整車控制技術(shù)三、整車控制技術(shù)單輪修正控制原理其工作原理(見右圖)是：當(dāng)處于低附著系數(shù)的車輪(假定為右輪)到達減速度門限時開始減壓，處于高附著系數(shù)車輪(左輪)則開始保壓，右輪減壓結(jié)束時車輪減速度達到加速度門限，則右輪開始保壓，而左輪則保壓結(jié)束開始減壓。減壓結(jié)束后左輪又開始保壓，直到右輪低于加速度門限時，則兩輪同時進入小步長增壓階段。第四節(jié)ASR控制技術(shù)汽車在行駛過程中，駕駛員、汽車和環(huán)境三者之間的關(guān)系可由下圖表示。根據(jù)路面條件，駕駛員通過操縱油門、方向盤及制動踏板，使汽車按照他的意圖行駛。汽車作為被控對象，由路面條件和駕駛員的控制作用決定了它的真實的運動狀態(tài)。一、ASR的原理ABS是防止制動過程中車輪被抱死，保持方向穩(wěn)定性、操縱性并縮短制動距離的裝置。而驅(qū)動控制裝置(Anti-SkiddingRestraint,TractionControl,AccelerationSlipRegulation,簡稱ASR或TRC)的作用是防止汽車在加速、起步過程中的滑轉(zhuǎn)，特別防止汽車在非對稱路面或在轉(zhuǎn)彎時驅(qū)動輪的空轉(zhuǎn)，是保持方向穩(wěn)定性、操縱性和最佳驅(qū)動力的裝置。對驅(qū)動控制，車輪的滑轉(zhuǎn)率定義為：第四節(jié)ASR控制技術(shù)一、ASR的原理第四節(jié)ASR控制技術(shù)由此可知，ASR的控制區(qū)間與ABS相反。ABS控制的是車輪的滑移率，而ASR控制是車輪的滑轉(zhuǎn)率（如下圖）。ASR/ABSμ-λ曲線一、ASR的原理第四節(jié)ASR控制技術(shù)為提高汽車的經(jīng)濟性、動力性、方向穩(wěn)定性和可操縱性，必須對驅(qū)動力進行控制。作用在車輪上的驅(qū)動力和側(cè)向力依賴于摩擦的存在，其合力不會超出摩擦圓(如下圖)。若驅(qū)動輪發(fā)生滑轉(zhuǎn)時，驅(qū)動力和側(cè)向力就處在A區(qū)，相應(yīng)的側(cè)向力很小。為了防止側(cè)滑，就必須適當(dāng)降低驅(qū)動力，提高抵抗側(cè)滑的能力。驅(qū)動力和側(cè)向力摩擦圓二、ASR的控制第四節(jié)ASR控制技術(shù)驅(qū)動控制的目的是精確控制傳遞到驅(qū)動輪上的轉(zhuǎn)矩，使之產(chǎn)生與路面附著條件相適應(yīng)的驅(qū)動力，提高汽車的動力性和通過性。制動控制方式。對將要空轉(zhuǎn)的驅(qū)動輪施加制動力，把發(fā)動機輸出的多余轉(zhuǎn)矩在制動器上消耗掉，控制車輪的滑轉(zhuǎn)率在期望的范圍內(nèi)，有效分配作用到兩驅(qū)動輪的轉(zhuǎn)矩，其方法類似ABS。發(fā)動機轉(zhuǎn)矩控制方式。調(diào)節(jié)發(fā)動機輸入到驅(qū)動輪上的轉(zhuǎn)矩，使車輪的滑轉(zhuǎn)率在合適的范圍。制動控制方式比發(fā)動機控制方式響應(yīng)速度快，能有效地防止汽車起步時或者從高μ路面突然躍變到低μ路面時車輪的空轉(zhuǎn)。二、ASR的控制第四節(jié)ASR控制技術(shù)制動控制方式比發(fā)動機控制方式響應(yīng)速度快，能有效地防止汽車起步時或者從高μ路面突然躍變到低μ路面時車輪的空轉(zhuǎn)，可實現(xiàn)兩驅(qū)動轉(zhuǎn)矩的分配功能

。發(fā)動機控制方式則是燃油經(jīng)濟性好，可持續(xù)長時間使用，但響應(yīng)速度比制動方式慢。發(fā)動機與制動控制的組合方式。發(fā)動機與限滑差速器的組合方式。二、ASR的控制第四節(jié)ASR控制技術(shù)1）控制燃油噴射和點火時間。當(dāng)采用燃油噴射和點火時間調(diào)節(jié)發(fā)動機轉(zhuǎn)矩方式時，ABS/ASR-ECU和發(fā)動機的ECU信息共享如下圖。設(shè)驅(qū)動輪的期望滑轉(zhuǎn)率為

，則發(fā)動機轉(zhuǎn)矩控制的依據(jù)為：由被動輪和驅(qū)動輪的轉(zhuǎn)速可計算出驅(qū)動輪的滑轉(zhuǎn)率為：

ABS-ECU與發(fā)動機ECU之間的信息傳遞

1．發(fā)動機轉(zhuǎn)矩調(diào)節(jié)方式二、ASR的控制第四節(jié)ASR控制技術(shù)一種逐級減小發(fā)動機輸入轉(zhuǎn)矩的控制方式如下圖。在一個工作周期內(nèi)，各缸都噴射燃油，此為發(fā)動正常工作情況；各缸都不噴射燃油，則為發(fā)動機制動工況。對四缸發(fā)動機，在一個工作循環(huán)內(nèi)，分別向一個缸、二個缸或三個缸噴油，就可使發(fā)動機得到多級轉(zhuǎn)矩輸出?？梢?，控制發(fā)動機一個工作循環(huán)內(nèi)參加工作缸的數(shù)目，就可得到發(fā)動機轉(zhuǎn)矩的4級輸出。發(fā)動機轉(zhuǎn)矩四級輸出方式(單循環(huán)控制)二、ASR的控制第四節(jié)ASR控制技術(shù)對ASR控制，上述調(diào)節(jié)方式太粗，實用ASR系統(tǒng)通常采用雙循環(huán)燃油中斷噴射法(如下圖)。在二個工作循環(huán)內(nèi)，對四缸發(fā)動機將有8個氣缸參與工作?？刂贫€工作循環(huán)內(nèi)參與工作缸的數(shù)目，就可使發(fā)動機得到8級轉(zhuǎn)矩輸出，相當(dāng)于單循環(huán)內(nèi)的工作缸數(shù)目可以按0.5的間隔變化。同理，采用多循環(huán)燃油中斷噴射法可以得到更多級轉(zhuǎn)矩輸出，8級轉(zhuǎn)矩輸出(雙循環(huán)控制)二、ASR的控制第四節(jié)ASR控制技術(shù)供油中斷法和點火延遲控制組合起來，可獲得更好的效果。從理論上來說，控制點火時間可使發(fā)動機輸出轉(zhuǎn)矩?zé)o級可調(diào)。采用中斷噴油法和延遲點火組合方式能夠快速實現(xiàn)發(fā)動機輸出轉(zhuǎn)矩控制，發(fā)動機應(yīng)具備的條件和基本規(guī)則如下：發(fā)動機管理系統(tǒng)是燃油順序噴射電子控制系統(tǒng)(簡稱SEFI)。在氣缸工作中斷期間，由于在進氣管上有未燃燒的蒸發(fā)油膜，所以當(dāng)該缸重新進入工作時，應(yīng)對噴油量進行調(diào)節(jié)以保證可靠燃燒。一進入ASR控制模式，下一個未進行工作過程的氣缸就得中斷供油，以保證發(fā)動機輸出轉(zhuǎn)矩盡快地下降。在氣缸中斷工作期間，應(yīng)關(guān)閉環(huán)排放控制系統(tǒng)的作用，否則未燃燒缸排出的過量氧氣會使排放傳感器作出錯誤的判斷。二、ASR的控制第四節(jié)ASR控制技術(shù)前輪驅(qū)動車輛在冬季壓實的雪地上進行試驗所得到的結(jié)果如下圖。由試驗結(jié)果可以看出：在起始階段，由于車輪的滑轉(zhuǎn)率較大，為了立即減小發(fā)動機的輸出轉(zhuǎn)矩，切斷了對所有工作缸的供油。一旦滑轉(zhuǎn)率達到可以接受的程度時，工作缸數(shù)逐步增加，最后達到穩(wěn)態(tài)時，工作缸的數(shù)目在2.5～3缸之間。發(fā)動機轉(zhuǎn)矩逐級調(diào)節(jié)ASR系統(tǒng)的性能二、ASR的控制第四節(jié)ASR控制技術(shù)2)節(jié)氣門調(diào)節(jié)方式采用噴油中斷和延遲點火方法不需要增加硬件設(shè)備，但發(fā)動機噪聲大，運轉(zhuǎn)不平穩(wěn)。因此，目前更廣泛采用的是節(jié)氣門調(diào)節(jié)方式，該系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)如下圖。ASR系統(tǒng)的節(jié)氣門總成由主、副節(jié)氣門組成，主節(jié)氣門由駕駛員通過加速踏板控制，在主節(jié)氣門的上流的副節(jié)氣門通常由機械回位彈簧維持在最大開度。進入ASR工作模式，副節(jié)氣門的開度由一步進電機控制。節(jié)氣門調(diào)節(jié)驅(qū)動控制系統(tǒng)框圖二、ASR的控制第四節(jié)ASR控制技術(shù)1）節(jié)氣門控制算法設(shè)車輛的行駛速度為

Ve

，驅(qū)動輪期望的滑轉(zhuǎn)率為

，則驅(qū)動輪的理想速度應(yīng)為為把驅(qū)動輪轉(zhuǎn)速控制在目標(biāo)值的小范圍內(nèi)，節(jié)氣門閉環(huán)控制規(guī)律可由下式計算：二、ASR的控制第四節(jié)ASR控制技術(shù)在線合理整定反饋增益系數(shù)，得到ASR起步過程的動態(tài)調(diào)節(jié)過程如下圖。圖示結(jié)果可見，驅(qū)動輪的滑轉(zhuǎn)率在初始瞬間波動較大，調(diào)節(jié)的速度較慢。反饋增益對動態(tài)響應(yīng)的影響二、ASR的控制第四節(jié)ASR控制技術(shù)2）總體控制策略把點火延遲、供油終止及節(jié)氣門控制綜合起來，得到驅(qū)動控制總體方案如下圖所示。由發(fā)動機實現(xiàn)的驅(qū)動控制策略二、ASR的控制第四節(jié)ASR控制技術(shù)3）驅(qū)動控制的性能采用節(jié)氣門與發(fā)動機管理系統(tǒng)進行綜合控制，得到ASR的性能改善如下圖所示，控制效果非常接近采用制動控制方式。節(jié)氣門控制在起步時的動態(tài)響應(yīng)采用制動方式，是把發(fā)動機輸出的多余功率以熱的形式在制動器上消耗掉，因而降低了汽車的燃油經(jīng)濟性。而采用節(jié)氣門控制是以減小發(fā)動機的輸出轉(zhuǎn)矩(即減小燃油的供給)來達到同一目的，因而效率比前者高。二、ASR的控制第四節(jié)ASR控制技術(shù)下圖是ASR控制系統(tǒng)在雪地上的加速性能試驗數(shù)據(jù)。分別為汽車從靜止起步，通過100米所需要的時間。結(jié)果表明，裝有ASR系統(tǒng)的車輛無論采用冬季輪胎，還是夏季輪胎，其加速性得到明顯的改善。ASR系統(tǒng)的加速性能二、ASR的控制第四節(jié)ASR控制技術(shù)裝備ASR的車輛，在積水路面行駛不僅方向盤轉(zhuǎn)角而且方向盤的保持力矩都比未裝備ASR車輛小，并且不需要精確控制加速踏板。

對未裝備ASR的車輛，方向盤最大轉(zhuǎn)角達到50°，為了保持方向穩(wěn)定性，還要配合加速踏板的操作。從試驗的結(jié)構(gòu)可以看出基于節(jié)氣門和發(fā)動機管理控制的驅(qū)動控制系統(tǒng)(ASR)可使ASR的驅(qū)動控制性能幾乎達到制動控制的水平，而實現(xiàn)的成本比制動控制方式低。二、ASR的控制第四節(jié)ASR控制技術(shù)2．驅(qū)動輪制動方式表5-3ASR控制算法二、ASR的控制第四節(jié)ASR控制技術(shù)3．發(fā)動機與制動的組合控制方式采用發(fā)動機轉(zhuǎn)矩和制動組合的ASR控制系統(tǒng)的如左圖所示。用于驅(qū)動控制的制動液壓回路如右圖所示。ASR控制和ABS控制采用同一液壓系統(tǒng)，從ABS模式切換到ASR模式由切換控制閥實現(xiàn)，左右兩驅(qū)動機采用非獨立控制方式。發(fā)動機與制動組合的ASR系統(tǒng)ASR制動回路二、ASR的控制第四節(jié)ASR控制技術(shù)1)ASR控制算法節(jié)氣門的開度由下式確定：式中：c—為常數(shù)；同時根據(jù)車速和加速度，由脈寬調(diào)制信號控制制動缸的增壓、減壓變化速率。其控制邏輯如下表。3．發(fā)動機與制動的組合控制方式二、ASR的控制第四節(jié)ASR控制技術(shù)制動器與節(jié)氣門起作用的參考速度見下圖。驅(qū)動輪滑轉(zhuǎn)時ASR的控制過程3.發(fā)動機與制動的組合控制方式二、ASR的控制第四節(jié)ASR控制技術(shù)采用發(fā)動機節(jié)氣門與制動組合控制方式，加快了驅(qū)動控制的響應(yīng)速度和調(diào)節(jié)能力，驅(qū)動控制的效果如下圖。節(jié)氣門與制動同時使用的動態(tài)響應(yīng)（a）控制偏差（b）滑轉(zhuǎn)速度二、ASR的控制第四節(jié)ASR控制技術(shù)在壓實雪地的方向穩(wěn)定性在S形彎道的可操縱性試驗如下圖。在壓實雪地S形彎道的操縱性在壓實的雪地上進行方向行駛穩(wěn)定性試驗結(jié)果如下圖。二、ASR的控制第四節(jié)ASR控制技術(shù)2)采用獨立控制與非獨立控制的性能比較在非對稱的路面上，采用獨立和非獨立兩種控制方式的驅(qū)動力如下圖所示，采用獨立控制方式，驅(qū)動能力得到了明顯改善，而非獨立控制的驅(qū)動力與沒有裝備ASR的車輛相差不大。獨立/非獨立ASR在非對稱路面的驅(qū)動力比較二、ASR的控制第四節(jié)ASR控制技術(shù)在壓實積雪地面的方向穩(wěn)定性如下圖。在壓實雪地行駛時，獨立控制比非獨立控制的方向穩(wěn)定性好，車輛的回轉(zhuǎn)角速度變化小。通過試驗進一步證實，在壓實的積雪路面上，獨立控制的ASR一邊轉(zhuǎn)向，一邊自然加速，方向穩(wěn)定性也無明顯的惡化。二、ASR的控制第四節(jié)ASR控制技術(shù)在S形彎道的可操縱性對比試驗結(jié)果見下圖。顯見采用獨立控制比非獨立控制在S形彎道的加速轉(zhuǎn)向的操縱性能好。二、ASR的控制第四節(jié)ASR控制技術(shù)綜合各類ASR系統(tǒng)的特點，采用發(fā)動機節(jié)氣門控制與驅(qū)動輪獨立控制方式，是ASR系統(tǒng)最完備的硬件配置，只要采用合理的控制算法，就可以解決各種路面條件的驅(qū)動控制問題，并使車輛的加速性、經(jīng)濟性、方向穩(wěn)定性和操縱性達到最佳狀態(tài)。二、ASR的控制第四節(jié)ASR控制技術(shù)采用LSD的ASR系統(tǒng)一種主動式限滑差速鎖定裝置如圖左圖。通過主動控制，可使鎖止程度在(0%～100%)范圍變化。當(dāng)限滑差速器不起作用時，允許兩輪獨立旋轉(zhuǎn)。當(dāng)完全鎖定時，兩輪成為一個整體一起旋轉(zhuǎn)。ECU通過測量兩輪的轉(zhuǎn)速信號與方向盤的轉(zhuǎn)角信號，即可判定路面附著系數(shù)的分布情況。4．發(fā)動機轉(zhuǎn)矩調(diào)節(jié)與限滑差速器組合方式二、ASR的控制第四節(jié)ASR控制技術(shù)5．實現(xiàn)ASR不同方式的性能比較ASR系統(tǒng)本質(zhì)是：1)控制作用在驅(qū)動輪上的轉(zhuǎn)矩；2)在非對稱路面，對傳到驅(qū)動輪上的轉(zhuǎn)矩實現(xiàn)最佳分配表5-5實現(xiàn)ASR控制的各種不同方法的性能比較性能指標(biāo)

控制方式操縱性穩(wěn)定性

驅(qū)動力

舒適性

傳動系載荷

系統(tǒng)復(fù)雜程度RWDFWD節(jié)氣門++（+）-++++++噴油+點火時間+++000++制動（單輪）++++----*-節(jié)氣門+制動(單輪)++++++++--節(jié)氣門+噴油、點火時間++++0+++節(jié)氣門+噴油、點火+LDS+++++++(+)+---表中：++—表示很好；+(+)—表示好；+—表示較好；0—表示一般；-—表示不好；--—表示很不好；

---—非常不好；二、ASR的控制第四節(jié)ASR控制技術(shù)這里需要再說明的一點是：ASR控制與ABS控制類似的地方，就是在非對稱路面提高驅(qū)動力與方向穩(wěn)定性是矛盾的，最大限度地利用高附著系數(shù)路面一側(cè)的驅(qū)動力，必然降低車輛的方向穩(wěn)定性。在這種工況，即使車輛沒有轉(zhuǎn)向要求，也可能會使車輛偏離期望的行駛方向。采用單一的節(jié)氣門控制，結(jié)構(gòu)簡單，便于實現(xiàn)，它不會對傳動系帶來任何附加載荷，舒適性也好，但驅(qū)動控制的效果不好。單獨采用制動方式，多余的功率都得以熱的形式在制動器上消耗掉，因而發(fā)熱嚴(yán)重，不宜在高速下也不宜長時間使用。第五節(jié)ABS/ASR驅(qū)動機構(gòu)與電子控制裝置一、ABS系統(tǒng)及主要部件通常ABS液壓系統(tǒng)和ASR液壓回路都集成在一起。如ABS/ASR5液壓回路圖，它在ABS液壓回路的基礎(chǔ)上，增加了兩個切換閥和兩個充液閥，完成從ABS狀態(tài)到ASR狀態(tài)的切換，或由ASR到ABS狀態(tài)的切換。ABS/ASR5ABS系統(tǒng)組成制動主缸液壓裝置輪速傳感器電控裝置制動缸正常制動時的ASR系統(tǒng)工作示意圖壓力升高時的ASR系統(tǒng)工作示意圖壓力保持時的ASR系統(tǒng)工作示意圖壓力降低時的ASR系統(tǒng)工作示意圖第五節(jié)ABS/ASR驅(qū)動機構(gòu)與電子控制裝置一、ABS系統(tǒng)及主要部件ABS系統(tǒng)采用的輪速傳感器的外形與基本結(jié)構(gòu)如下圖所示。由于齒圈、齒頂和電極之間的間隙隨車輪的轉(zhuǎn)動交替地變化，使之在線圈回路中感應(yīng)出周期性的電壓信號，經(jīng)整形電路得到與輪速成正比的脈沖信號。(a)外形；(b)基本結(jié)構(gòu)輪速傳感器的外形與結(jié)構(gòu)1.輪速傳感器第五節(jié)ABS/ASR驅(qū)動機構(gòu)與電子控制裝置一、ABS系統(tǒng)及主要部件ABS系統(tǒng)中采用的電磁閥如左圖，分為2/2、3/3兩種，其中圖(a)是2/2電磁閥，只有通斷兩種功能，要實現(xiàn)增壓、保壓和減壓三種狀態(tài)，就需要把二個閥集成在一起。圖（b）是3/3電磁閥，它有三個通孔，三個狀態(tài)。根據(jù)輸入電流的大小，可將閥芯控制在對應(yīng)的三個狀態(tài)，從而改變?nèi)齻€閥孔之間的通路。（a）2/2控制閥；（b）3/3控制閥；（c）循環(huán)柱塞泵2.電磁閥3.循環(huán)柱塞液壓泵圖(c)是循環(huán)液柱塞泵。它的作用是把ABS在減壓時排出的液壓油加壓后再送回到高壓油路。第五節(jié)ABS/ASR驅(qū)動機構(gòu)與電子控制裝置一、ABS系統(tǒng)及主要部件4．制動主缸它有兩個獨立的活塞，形成兩個獨立的領(lǐng)、從式液壓缸。領(lǐng)、從液壓缸不是靠機構(gòu)方式聯(lián)接在一起的，而是借助于領(lǐng)缸的壓力驅(qū)動從缸的活塞。當(dāng)系統(tǒng)處在ASR工作模時，循環(huán)泵能通過充液閥經(jīng)主缸的中心閥從油箱吸油，保證ASR響應(yīng)的快速性。第五節(jié)ABS/ASR驅(qū)動機構(gòu)與電子控制裝置二、ASR的電控裝置ASR的電控裝置如下圖。中央處理單元是單片機，具有12kbROM、384字節(jié)RAM、16位可編程定時器和高速I/O中斷控制器，時鐘頻率12MHz。第五節(jié)ABS/ASR驅(qū)動機構(gòu)與電子控制裝置程序流程圖如下圖。主程序完成初始化，決定控制模式，并依次計算驅(qū)動輪速度、副節(jié)氣門的參考位置及診斷過程。二、ASR的電控裝置為了提高實時處理車輪速度與發(fā)動機速度信號的精度，采用了中斷執(zhí)行方式。速度信號中斷處理計算具有最高的優(yōu)先級，而節(jié)氣門和制動器控制，則采用定時中斷。第五節(jié)ABS/ASR驅(qū)動機構(gòu)與電子控制裝置三、ASR與ABS控制算法的比較ASR控制與ABS控制相比，既有它簡單的方面(對兩輪驅(qū)動方式)，又有它復(fù)雜的方面。它的簡單方面就是：設(shè)車輛運動速度為

，期望的滑轉(zhuǎn)率為，則驅(qū)動輪的目標(biāo)速度為：由于ASR系統(tǒng)可以很容易獲得目標(biāo)車速和滑轉(zhuǎn)率，故ASR