ASR基本原理及控制策略浅析

朱永振1，张 凯1，施 雯2

（1．长安大学汽车学院，陕西西安 710064；2．陕西青年职业学院财经系，陕西西安 710068）

作者简介：朱永振（1989－），男，长安大学汽车学院硕士研究生，车辆工程。

张 凯（1989－），男，长安大学汽车学院硕士研究生，车辆工程。

施 雯（1984－），男，长安大学汽车学院硕士研究生，车辆工程。

摘 要：随着科学技术的发展，驱动防滑系统（ASR）作为主动安全装置已经广泛应用于现代汽车上。文章主要介绍了ASR的基本控制原理、控制流程，发动机控制、制动力控制、防滑差速器控制和离合器控制等控制策略以及近年来ASR的发展趋势。

关键词：驱动防滑；基本原理；控制策略；发展趋势

Abstract：With the development of technology，the Acceleration Slip Regulation system（ASR）as the active safety device， have been widely used in modern cars．This paper describes the basic control principle and control flow，the control strategy such engine control，braking force control，slip differential control and clutch control，and the development trend of ASR in recent years．

Key words：Acceleration Slip Regulation；Basic principle；Control strategy；Development trend

1 引言

当汽车在泥泞或冰雪路面上行驶，或在汽车加速时驱动轮经常出现打滑现象，不仅使驱动力使用效率降低，而且会影响到汽车的方向稳定性和操作性，使车辆失控。为了改善这种危险工况曾采用过很多办法（例如安装防滑链、使用防滑轮胎、采用四轮驱动及防滑差速器等），效果都不是很理想。随着技术的发展和汽车工业水平的提高，最终研制出了汽车驱动防滑系统——ASR。

ASR（Acceleration Slip Regulation）也叫做自动牵引力控制系统TCS（Traction Control Sys－tem），其作用是通过控制各个车轮的制动压力或发动机转矩等手段来控制每个车轮上的驱动力，防止驱动力超过轮胎与地面之间的附着力而导致驱动轮打滑，在保证汽车驱动力的同时改善汽车的方向稳定性和操作性。

2 工作原理

汽车在行驶过程中要受行驶阻力、驱动力和附着力的限制，即要满足

∑Ff≤Ft≤Fφ 　（1）

其中：∑Ff——汽车行驶阻力；Ft——汽车驱动力；Fφ——汽车附着力。

从（1）式中可以看出，驱动力的最大值不能超过路面附着力。如果汽车在加速过程中驱动力过大或路面的附着系数很小时，驱动力超过轮胎与地面之间的附着极限（即Ft＞Fφ），驱动轮将会在路面上打滑，后轮驱动汽车可能会出现甩尾，前轮驱动汽车则可能失去转向能力。

汽车在加速过程中，车速和车轮转动线速度之间存在着速度差，车轮与地面之间有滑移现象，一般用滑移率S来表示滑移的程度

其中，VW表示轮速；VV表示车速。从公式（2）中可以看出，当VW和VV相等时，S＝0，车轮作纯滚动；当VV＝0而VW不为0时，S＝100％，车轮处于完全滑移状态。

轮胎与路面间的附着系数与轮胎结构、路面性质、天气情况等多种因素有关，是一个变量。在路面性质不变的情况下，轮胎与地面间的附着系数μ是一个随滑移率S变化而变化的变量，其关系如图1所示。

从图1中可以看出，纵向附着系数μ先随着滑移率S增大而增大，当滑移率达到S0时附着系数达到最大值，随后附着系数随滑移率的增大而减小；横向附着系数γ随滑移率的增大一直减小。为了保证汽车同时具有较大的纵向附着系数和横向附着系数，一般使滑移率保持在10％～30％之间。驱动防滑系统就是通过调节发动机转矩和制动系统压力等手段控制驱动力，使车轮滑转率维持在上述范围内，以获得最佳的驱动效果。

图1 附着系数与滑转率的关系

3 ASR主要组成及控制原理

ASR主要由传感器，电控单元和执行器组成，其控制流程如图2所示。

图2 ASR主要控制流程

其中，传感器主要包括加速踏板开度传感器、制动踏板压力传感器、轮速传感器、节气门位置传感器、防滑差速器压力传感器等；执行器主要包括发动机副节气门开度调节器、制动压力控制器和防滑差速器压力控制器等。

当电控单元接收来自传感器的信号后，判断驱动轮是否打滑（如加速时驱动轮打滑，对开路面低附着系数一侧驱动轮打滑），如果驱动轮空转或打滑严重，电控单元向执行器发送控制信号，改变发动机副节气门开度、制动器或防滑差速器压力，以降低驱动轮滑移率。然后传感器采集轮速信号、副节气门开度信号、防滑差速器压力信号等重新发送给控制单元，进入下一轮判断。

4 ASR控制策略

ASR的控制策略主要有发动机输出转矩控制、驱动轮制动控制、防滑差速器扭矩分配控制和离合器控制等。

4．1 发动机输出转矩控制

通过调节发动机的输出转矩，可以达到调节输出到驱动轮上驱动力的目的，从而实现驱动轮滑移率的调节。目前发动机输出转矩调节的方式主要有副节气门开度调节、点火参数调节和供油量调节。

在汽车加速时，驾驶员通过油门踏板控制主节气门开度，使汽车加速。当ECU检测到的车轮滑移率过大时，给伺服电机发送控制信号，减小副节气门开度；或者控制电子点火系统的点火时刻，减小点火提前角，甚至是停止点火，使发动机转矩降低；ASR电控单元还可以控制喷油泵调整杆或汽油机电子燃油喷射系统，从而控制燃油喷射量。

发动机输出转矩控制只能对所有驱动轮的驱动力同时调节，而且可能会影响发动机的工作性能，所以其主要用于提高汽车的方向稳定性。

4．2 驱动轮制动力控制

驱动轮制动力控制是指利用制动器对滑转的驱动轮施加制动力矩，使车轮转速降至最佳的滑移率范围内。驱动轮制动力控制反应时间最短，是一种最迅速的控制方式，但是对驱动轮制动时，容易影响汽车行驶的稳定性，而且容易使制动器过热，所以当车速达到一定值的时候，驱动轮制动控制将不起作用。驱动轮制动力控制主要应用在低速对开路面上，当低附着系数一侧的驱动轮打滑时，对其进行制动，以充分利用高附着系数一侧的附着力。

4．3 防滑差速器扭矩分配

通过在差速器输出端的离合器片上加压可以实现各个驱动轮的输入扭矩分配，以最大限度的利用每个驱动轮所对应的路面附着系数。电控单元通过增加、保持或减少差速器中的液压来控制驱动轮的滑转，它对各个驱动轮的锁止系数可由零增加到完全锁死，以适应不同的路面。但是防滑差速器容易在转弯时出现误判，影响汽车转弯和操纵稳定性。

4．4 离合器控制

当驱动轮发生过度滑转时，可以通过减弱离合器的结合程度，使主、从动盘出现部分相对滑转以减小传递到转动轴的输出力矩。但是由于压力和磨损等问题，离合器控制受到了很大限制。

另外还有主动悬架控制，变速器传动比控制等控制方式，但是由于现有技术的限制，这些控制方式暂时还无法得到实际应用。

5 ASR发展趋势

5．1 与其他系统集成

ASR是在ABS的基础上发展起来的，与ABS一起对车轮的滑移率进行控制的系统，它是ABS的自然延伸。ASR与ABS的很多硬件可以共用（如轮速传感器、制动压力控制器和电控单元等），形成了ABS／ASR系统。另外，ABS／ASR还与其他系统集成，形成功能更强大的汽车电子集成控制系统，如ABS／ASR与电子制动力分配系统（EBD）、车身电子稳定系统（ESP）和自适应巡航系统（ACC）等集成，形成了ABS／ASR／EBD，ABS／ASR／ESP，ABS／ASR／ACC系统。

5．2 现有技术的提高

目前ASR的控制方式主要以逻辑门限值控制为主，虽然逻辑门限值控制方法简单，但是其逻辑复杂，门限值需要用大量的实验数据确定，而且采用此方法的ASR系统通用性相对较差。随着技术的提高，可以将一些智能控制方法，如神经网络控制、模糊控制、PID控制等方法应用于ASR系统，提高系统的精度、可靠性。

ASR系统的性能受传感器技术的影响很大，如果传感器的精度不高或鲁棒性差一定会影响到ASR的性能。四轮驱动汽车的车速并没有直接测得，而是根据轮速的波动情况估计出参考车速，然后用于计算滑移率，所以不能保证其准确度。所以如果能添加车身速度传感器来测量车速，可以提高ASR的控制效果。

5．3 实现信息共享

随着总线技术的发展，汽车各个系统之间可以实现信息共享，提高了信号利用率。ASR系统也不例外，总线技术可以实现ASR与变速箱、发动机、悬架等系统之间的信息共享，使所有控制器的功能都更加完善，为整车控制奠定基础。

参考文献

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［2］ 邵红艳．现代汽车ABS和ASR系统分析［J］．现代机械，2004（6）：61－63．

［3］ 罗俊奇．汽车驱动防滑控制系统的研究［D］．广州：广东工业大学，2008．

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