1、三 级 项 目项目题目 汽车牵引力控制原理作者姓名 吉人他手学科专业 车辆工程指导教师 吉人他手2017 年 6 月汽车理论三级项目报告汽车牵引力控制原理学 院： 车辆与能源学院 专 业： 车辆工程 1班 姓 名： 吉人他手 指导老师： 吉人他手 完成日期： 2017 年 7 月 0摘要牵引力控制系统 Traction Control System，简称 TCS，也称为 ASR 或TRC。它的作用是使汽车在各种行驶状况下都能获得最佳的牵引力。牵引力控制系统的控制装置是一台计算机，利用计算机检测 4 个车轮的速度和方向盘转向角，当汽车加速时，如果检测到驱动轮和非驱动轮转速差过大，计算机立即判断驱
2、动力过大，发出指令信号减少发动机的供油量，降低驱动力，从而减小驱动轮的滑转率。计算机通过方向盘转角传感器掌握司机的转向意图，然后利用左右车轮速度传感器检测左右车轮速度差；从而判断汽车转向程度是否和司机的转向意图一样。关键词 牵引力，制动，电子节气门i目录摘要 -0一、课题研究背景及意义 -1二、汽车牵引力控制原理 -2三、汽车牵引力控制方案 -31、方案一：调节发动机的输出转矩控制驱动力矩 -31.1 电子节气门结构组成 -31.2 电子节气门系统的工作原理： -41.3 模拟仿真 -41.4 各种路面 PID 控制汽车纵向车速对比 -72、方案二：调节制动力矩控制驱动力矩 -92.1 传感器
3、介绍 -92.2 汽车主动安全装置 -112.3 主要电路 -132.4 相关参数 -162.5 不足之处 -17四、项目收获 -17五、参考文献 -18小组自评分表 -错误!未定义书签。1一、课题研究背景及意义随着社会的进步和生活水平的提高，人们对汽车的要求已经不仅仅限于代步工具，而对其动力性、操纵稳定性、舒适性、行驶安全性等性能的要求不断提高。并且随着汽车电子技术的飞速发展，汽车电子化程度已经被看作是衡量现代汽车水平的重要标志，是用来开发新车型，改进汽车性能的最重要的技术措施。汽车安全系统是当今汽车研究领域的一个重要组成部分，而主动安全技术更是安全系统中的关键技术。因此，深入研究主动安全技
4、术，提高汽车在复杂路面上加速及转弯时的操纵稳定性及平顺性，成为我国汽车行业一个重要的研究方向。牵引力控制系统（Traction Control System，简称 TCS）也称为驱动防滑转控制技术（Acceleration Slip Regulation，简称 ASR）是上世纪 80 年代中期发展的一种实用性汽车主动安全技术，作为制动防抱死系统（Anti-lock Brake System,简称 ABS）技术的延伸和扩展，TCS 能够根据驾驶员意图、汽车运动状态以及路面状况，及时有效的进行主动控制。当汽车在起步和加速过程中，遇到附着系数较低的路面时，容易出现驱动轮打滑的现象，导致汽车驱动能力下
5、降、失去侧向力并发生侧滑。后驱动轮侧滑，车辆容易甩尾；前驱动轮侧滑，车辆容易方向失控。TCS 通过控制发动机扭矩和对驱动轮施加主动制动的方式，保持驱动轮处于最优滑转率附近，充分利用路面纵向附着和横向附着，使得汽车在任何路面上都具有较高的驱动力和横向力，从而提高了汽车的动力性、操纵稳定性和行驶安全性，减少了过度滑转造成的轮胎磨损和事故风险。当汽车在低附着路面上加速转弯时，驱动轮过度滑转会使得车辆向一侧偏移，此时 TCS 通过控制车轮滑转，保证车辆具有较高的侧向力，使车辆沿着正确的路径转向行驶。总之，TCS 确保车辆在均一附着、对开附着路面上进行原地起步、急加速、坡道起步、加速转向时维持较大驱动性
6、能并具有较高的横向稳定性。2二、汽车牵引力控制原理牵引力控制系统 Traction Control System，简称 TCS，也称为 ASR 或 TRC。它的作用是使汽车在各种行驶状况下都能获得最佳的牵引力。牵引力控制系统的控制装置是一台计算机，利用计算机检测 4 个车轮的速度和方向盘转向角，当汽车加速时，如果检测到驱动轮和非驱动轮转速差过大，计算机立即判断驱动力过大，发出指令信号减少发动机的供油量，降低驱动力，从而减小驱动轮的滑转率。计算机通过方向盘转角传感器掌握司机的转向意图，然后利用左右车轮速度传感器检测左右车轮速度差；从而判断汽车转向程度是否和司机的转向意图一样。如果检测出汽车转向不
7、足( 或过度转向) ，计算机立即判断驱动轮的驱动力过大，发出指令降低驱动力，以便实现司机的转向意图。牵引力控制系统能防止车辆的雪地等湿滑路面上行驶时驱动轮的空转，使车辆能平稳地起步、加速。尤其在雪地或泥泞的路面，牵引力控制系统均能保证流畅的加速性能，防止车辆因驱动轮打滑而发生横移或甩尾。3三、汽车牵引力控制方案1、方案一：调节发动机的输出转矩控制驱动力矩调节发动机的输出转矩控制驱动力矩发动机输出力矩调节是最早应用的驱动防滑控制方式。在附着系数较小的冰雪路面上或在高速下，驱动轮发生过度滑转时，该控制方式十分有效。发动机输出力矩调节主要有三种方式：点火参数调节、燃油供给调节和节气门开度调节。 点火
8、参数调节多是指减小点火提前角。如果此时驱动轮滑转仍然持续增长，则可暂时中断点火。点火参数调节是比较迅速的一种驱动防滑控制方式，反应时间为30100ms。燃油供给调节是指减少供油或暂停供油，即当发现驱动轮发生过度滑转时，电子调节装置自动减小供油量，甚至中断供油，以减小发动机输出力矩。燃油供给调节是现代电控内燃机中比较容易实现的一种驱动防滑控制方式。需要指出的是点火参数调节和燃油供给调节都将引起发动机工作不正常。 节气门开度调节是指改变节气门的闭合程度，它有两种调节方式：一种是机械式调节，另一种是电子式调节。机械式调节是串联一个副节气门，由传动机构（如步进电机）控制其开度，例如 LS400 汽车既
9、采用该种控制方式；电子式调节是在微信号处理器 ECU 控制下由电动机来操纵副节气门开度的。节气门开度调节工作比较平稳，但它响应较慢，需要和其它方式配合使用。1.1 电子节气门结构组成电子节气门是牵引力控制系统的执行机构之一，它的工作特性会对发动机输出力矩产生影响，进而影响汽车的整车动力性。因此在设计牵引力控制系统的控制逻辑时，必须针对具体的执行机构，考虑电子节气门的组成结构和功能特性。我们这里所用的电子节气门系统主要由加速踏板、驱动电机、减速齿轮组、节气门、节气4门位置传感器、复位弹簧、电控单元及数据总线等部分组成，其结构示意图如下图所示1.2 电子节气门系统的工作原理：当驾驶员踩下加速踏板时
10、，加速踏板位置传感器将加速踏板位移量信号转换为电压信号传给 ECU，ECU 通过对当前所处工况进行分析和逻辑处理后发出控制信号，控制节气门驱动电机，使电机按照 ECU 给定的角度驱动节气门运转并达到所需的开度，同时节气门体上的节气门位置传感器将测得的当前节气门位置信反馈给ECU，通过反馈控制实现对节气门的最佳闭环控制。1.3 模拟仿真 图一给出了低附着路面直线加速时，无 TCS 控制、发动机节气门控制、发动机节气门和轴间转矩分配联合控制的仿真结果。 由图一可知，无 TCS 控制时，驱动轮驱动力下降，前、后轮转速差较大，驱动轮轮速均值超过目标车速而发生过度滑5转; 与无 TCS 控制相比，采用发
11、动机节气门控制后，可较好地抑制驱动轮的过度滑转，将驱动轮轮速均值控制在目标车速附近， 前、后轮驱动力分别提高了 10. 1%和16.5% ，车速提高了 5.6%；与无 TCS 控制相比，采用发动机节气门控制和轴间转图一：低附着路面仿真结果矩分配控制的联合控制后，消除了前、后驱动轮转速差，前、后轮驱动力得到合理分配，驱动力分别提高了 16.8%和 20.4%，车速提高了 7。2%，汽车动力性得到明显改善。图二给出了对接路面直线加速时，无 TCS 控制、发动机节气门控制、发动机节气门和轴间转矩分配联合控制的仿真结果。由图二可知，无 TCS 控制时，驱动轮从高附着系数路面进入低附着路面过程中，驱动轮
12、发生过度滑转，前后轮转速差迅速增大，后轮驱动力未得到充分利用，汽车行驶 30m 所需时间为 4。3743s ; 与无6图二：对接路面仿真结果TCS 控制相比，采用发动机节气门控制能有效消除驱动轮过度滑转，汽车行驶 30m 所需时间为 4. 3053s ，缩短了 1. 6%； 与无 TCS 控制相比，采用发动机节气门和轴间转矩分配联合控制后，明显抑制了驱动轮的过度滑转，减少了前后轮转速差，合理分配了前后轮驱动力，使处于高附着路面的后轮驱动力得到充分利用，同时，汽车在 TCS 作用下能快速地适应路面变化，汽车行驶 30m 所需时间为 4. 2702s ，缩短了 2. 44%，汽车动力性得到了改善。
