一文了解驱动轮防滑转调节技术（ASR/TCS/TRC）

laoxiang21

汽车在起步、加速或冰雪路面上行驶时，容易出现打滑现象。这是因为汽车发动机传递给车轮的最大驱动力是由轮胎与路面之间的附着系数和地面作用在驱动轮上的法向反力的乘积（即附着力）决定的。

当驱动力超过附着力时，即驱动轮处在附着系数极低的路面，车轮就会打滑空转（即滑转）且无法前进，发动机输出的功率大部分消耗在车轮的滑转上，不仅浪费燃油、加速轮胎磨损，而且降低车辆的通过性能和机动能力。虽然安装防滑链，使用雪地轮胎和带防滑钉的防滑轮胎等能够起到防滑转作用，但是实践证明，最有效的办法还是采用电子控制防滑转调节系统（ASR/TCS/TRC）。



驱动轮防滑转调节系统（ASR）



驱动轮防滑转调节系统（ASR）概述

汽车防滑转调节系统（ASR，Anti-Slip Regulation System）又称为加速滑移调节系统（Acceleration Slip Regulation System)，因为防止驱动轮滑转能够通过调节驱动轮的驱动力（牵引力）来实现，故又称为牵引力控制系统（TCS或TRC，Traction Force Control System)。

驱动（轮）防滑系统（ASR）是车辆重要的主动安全技术之一，其功能是防止车辆在大加速度/低附着路面工况下轮胎过度滑转，提高车辆的安全性。

驱动轮防滑转调节系统ASR作用：在车轮开始滑转时，降低发动机的输出转矩来减小传递给驱动轮的驱动力，防止驱动力超过轮胎与路面之间的附着力（或通过增大滑转驱动轮的阻力来增大未滑转驱动轮的驱动力，使所有驱动轮的总驱动力增大），从而提高车辆的通过性。



汽车ASR控制效果图

ASR与ABS密切相关，都是汽车的主动安全装置，两个系统通常同时采用。ABS的作用是自动调节（增大或减小）制动力，防止车轮抱死滑移，提高汽车的制动性能；ASR的作用是维持附着条件，增大总驱动力，防止车轮抱死滑转，提高汽车的通过性。



驱动轮防滑转调节系统（ASR）

基本原理

驱动（轮）防滑系统是根据驱动轮和传动轮的转数来判定驱动轮是否发生打滑现象，进而抑制驱动轮转速的一种防滑控制系统，是一套基于ABS系统一起对有滑转趋势的驱动轮进行控制的系统。

当发动机输出转矩增大时，驱动力随之增大。但是，驱动力的增大受到附着力的限制，驱动力的最大值只能等于轮胎与路面之间的附着力。当驱动力超过附着力时，驱动轮将在路面上滑转。在日常生活和影视警匪片中，经常看到驾驶人想使汽车快速起步而用力踩下加速踏板时，尽管车轮快速打滑转动，然而汽车却原地不动，其原因就是发动机传递给车轮的驱动力超过了轮胎与路面之间的附着力。



（1）滑转率

汽车车轮"打滑"分为两种情况，一是汽车制动时车轮抱死"滑移"，二是汽车驱动时车轮"滑转"。防抱死制动系统ABS是防止车轮在制动时抱死而滑移，防滑转调节系统ASR则是防止驱动轮原地不动地滑转。驱动轮的滑转程度用滑转率Sd表示，其表达式为：



式中：

vw-﹣车轮速度，m/s；

v-﹣车速（车轮中心纵向速度），m/s。

当vw=v时，滑转率Sd=0，车轮自由滚动；当v=0时，滑转率Sd=100%,车轮完全处于滑转状态；当vw > v时，滑转率0<Sd<100%，车轮既滚动又滑转。滑转率越大，车轮滑转程度也就越大。

（2）滑转率Sd与附着系数的关系

车轮滑移率、滑转率与纵向附着系数的关系如下图所示，车轮制动时的滑移率分布在坐标系的第一象限，车轮滑转率分布在坐标系的第三象限。由图可见：

1）附着系数随路面性质的不同而发生较大幅度的变化。

2）在各种路面上，附着系数均随滑转率的变化而变化，且当滑转率为20％左右时，各种路面上的附着系数达到最大值。若滑转率继续增大，则附着系数逐渐减小。



车轮滑移率、滑转率与纵向附着系数

防滑转调节系统ASR的基本原理是：将滑转率控制在最佳滑转率（10%~30%）范围内，从而获得较大的附着系数，使路面提供的附着力得到充分利用。

汽车装备ASR后，当起步、加速或在冰雪路面上行驶时，驾驶人踩加速踏板无须特别小心，ASR能根据路面状况将驱动轮的驱动力调节到最大值。



驱动轮防滑转调节系统（ASR）构成

ASR系统主要由ECU、执行器、传感器和开关等组成，包括轮速传感器、ABS/ASR ECU、ABS执行器、ASR执行器、副节气门控制步进电机和主、副节气门位置传感器、节气门开度传感器、电子控制单元、液压调节器（电磁阀）、节气门驱动装置和ASR选择开关等。



ASR系统构成

（1）传感器

1）轮速传感器：轮速传感器与ABS共用，主要完成驱动轮和从动轮车速的检测，并将轮速信号传送给ABS和ASR系统的控制单元ECU。

2）节气门开度传感器：检测主、副节气门的开启角度和位置并将这些信号传送给发动机和自动变速器的电控制单元ECU。

（2）控制单元

ECU是ASR系统的核心，控制单元通过传感器输入和实车状态计算驱动车轮的滑转率，将驱动车轮的滑转率控制在目标范围之内。

（3）执行机构

执行ASR ECU的指令对滑转车轮施加制动力和控制制动力的大小，以使滑转车轮的滑转率在目标范围内。ASR系统的执行器主要是ASR制动执行器和副节气门执行器。ASR制动执行器根据从ABS和ASR系统电控单元传来的信号，为ABS制动执行提供液压；副节气门执行器根据ASR电控单元传来的信号，控制副节气门的开启角。

（4）ASR指示灯和选择开关

ASR灯亮说明车辆的牵引力控制系统可能存在故障，应尽快将车辆送到维修店进行检修，通常是由线路故障引起的，需要用故障诊断仪来查找故障原因，修复后再消除故障灯显示。ASR灯亮起也有可能是按到了ASR的关闭按钮（ESP OFF按键），可以尝试着再按下按键，再查看仪表盘上的指示灯有没有消除。



驱动轮防滑转控制方法

防止驱动轮滑转的控制方法主要有：控制发动机的输出转矩、控制驱动轮的制动力以及控制防滑转差速器的锁止程度三种。这些控制方法的最终目的都是调节驱动轮的驱动力，并将驱动轮的滑转率控制在最佳滑转率范围内。

（1）控制发动机的输出转矩

通过调节发动机的输出转矩来调节驱动轮的驱动力是实现防滑转调节的方法之一。这种控制方法能够保证发动机输出转矩与地面提供的驱动转矩达到匹配，因此可以改善燃油经济性，减少轮胎磨损，使汽车具有良好的行驶稳定性和乘坐舒适性；对于前轮驱动汽车，能够得到良好的转向操作性。在装备电控燃油喷射系统EFI的汽车上，普遍采用了这种控制发动机输出转矩的方法来实现防滑转调节。

控制发动机输出转矩的方法有：控制点火时间、控制燃油供给量、控制节气门开度等。

1）控制点火时间。由内燃机原理可知：减小汽油机的点火提前角或切断个别气缸的点火电流，均可微量降低发动机的输出转矩。

2）控制燃油供给量。短时间中断供油也可微量调节发动机的输出转矩，但响应速度没有减小点火提前角迅速。适用于电控汽油机或电控柴油机汽车，通过调节汽油机或柴油机的供油量，即可调节发动机的输出转矩。

3）控制节气门开度。电控发动机汽车普遍采用了这种控制方法。控制节气门开度可以控制进入气缸的进气量，能够显著改变发动机的输出转矩。

（2）控制驱动轮的制动力

驱动轮制动力控制又称为电子差速锁( EDL , Electronic differential Lock ）控制，控制驱动轮的制动力实际上是利用差速器的差速作用（效能）来获得较大的驱动力。



驱动轮上的纵向力

右侧驱动轮处于高附着系数路面上，能够产生的驱动力为FH；左侧驱动轮处于低附着系数路面上，能够产生的驱动力为FL。根据差速器转矩等量分配特性，此时汽车的驱动力只取决于低附着系数路面上的驱动力FL。

控制驱动轮制动力是保持最佳滑转率且响应速度较快的控制方法，一般作为仅采用控制节气门开度来调节发动机输出转矩的补充控制。

（3）控制差速器的锁止程度

控制差速器的锁止程度必须采用防滑转差速器进行控制。防滑转差速器是一种由电控单元控制的可锁止差速器，控制原理如图下所示。



防滑转差速器锁止控制

在防滑转差速器向车轮输出驱动力的输出端设置有一个离合器。调节作用在离合片上的油液压力，即可调节差速器的锁止程度。油压逐渐降低时，差速器锁止程度逐渐减小，传递给驱动轮的驱动力就逐渐减小；反之油压升高时，驱动力将逐渐增大。

综上所述，当汽车在附着系数极低的路面上行驶时，驱动力不足的情况下，汽车将无法前进，发动机输出的功率大部分消耗在车轮的滑转上，不仅浪费燃油、加速轮胎磨损，而且降低车辆的通过性能和机动能力。虽然安装防滑链，使用雪地轮胎和带防滑钉的防滑轮胎等能够起到防滑转作用，但是实践证明，最有效的办法还是采用电子控制防滑转调节系统。

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