汽车底盘电控系统课件：学习情境四汽车驱动防滑控制系统结构及检修

汽车底盘电控系统课件：学习情境四汽车驱动防滑控制系统结构及检修

学习情境四 汽车驱动防滑控制系统结构及检修 任务一 驱动防滑控制系统结构 任务二 驱动防滑控制系统检修 任务三 典型 ASR 系统 任务一 驱动防滑控制系统结构 一、任务分析 • 驱动防滑控制系统（ Acceleration Slip Regulation ， ASR ）也称为牵引力控制系统（ Traction Control System ， TCS 或 TRC ），是继制动防抱死系统（ ABS ）之后应用于车轮防滑的电子控制系统。 • 本次任务将向读者介绍驱动防滑控制系统的一些相关基础理论知识。 二、相关知识 （一） ASR 理论基础 1 ．驱动防滑控制系统的功用 • 驱动防滑控制系统的功用是防止汽车在起步、加速和在滑溜路面行驶过程中驱动轮打滑，特别是防止汽车在非对称路面或在转向时驱动轮的滑转，以保持汽车行驶方向的操纵稳定性和维持汽车的最佳驱动力以及提高汽车的平顺性。 2 ．滑转率及其与附着系数的关系 • 汽车在驱动过程中，驱动车轮可能相对于路面发生滑转。 • 滑转成分在车轮纵向运动中所占的比例（以百分比表示）称为驱动车轮的滑转率，通常用 S d 表示。 S d   =   ( ωr   -   ν )/ ωr   ×   100% 式中， r  —   车轮的滚动半径；   ω  —   车轮的转动角速度；   ν  —   车轮中心的纵向速度。 • 滑转率与附着系数之间存在着密切关系，图 4-1 所示为滑转率与附着系数之间的关系曲线。 • 从图中可以看出。 （二）基本组成及工作原理 • ASR 的基本组成及工作原理如图 4-2 所示。 （三）驱动防滑控制系统的控制方式 • 驱动防滑控制系统的控制参数是滑转率 S d ，控制器根据各车轮转速传感器信号计算 S d ，当 S d 值超过某一限定值时，控制器就输出控制信号，抑制车轮的滑转，将车轮的滑转率控制在理想的范围内。 • 汽车驱动防滑控制系统常用的控制方式有以下几种。 1 ．发动机输出功率 / 扭矩控制 • 控制发动机的输出功率，以抑制驱动车轮的滑转，如图 4-3 所示。 • 发动机输出功率 / 扭矩控制通常有以下几种方法。 ① 调节喷油量。减少或中断供油。 ② 调整点火时间。减小点火提前角或停止点火。 ③ 调整进气量。调整节气门的开度和辅助空气装置。 2 ．驱动轮制动控制 3 ．发动机输出功率和驱动车轮的制动力同时控制 • 控制信号同时起动 ASR 制动压力调节器和辅助节气门调节器，在对驱动车轮施以制动力的同时，减小发动机的输出功率，以达到理想的控制效果。 4 ．防滑差速锁止控制 • 防滑差速器的 ASR 系统如图 4-4 所示。 5 ．差速锁与发动机输出功率综合控制 （四） ABS 与 ASR 区别 1 ． ASR 与 ABS 的相同之处 ① ASR 和 ABS 采用相同的控制技术，都是通过控制车轮和路面的滑移率来实现各自的控制功能。 ② ASR 和 ABS 密切相关，通常结合在一起使用，共享许多系统部件来控制车轮的转动，以更好地保证汽车的行驶安全。 2 ． ASR 与 ABS 的不同之处 ① ABS 是防止制动时车轮抱死滑移，主要是用来提高制动效果，确保制动安全； ASR 则是防止驱动车轮的滑转，主要是用来提高汽车起步、加速及滑溜路面行驶时的牵引力，提高行驶性能，确保行驶稳定性。 ② 在控制其滑移率的过程中， ABS 对前后车轮都起作用，而 ASR 只对驱动车轮起控制作用。 ③ ABS 是在制动时工作，在车轮出现抱死趋势时起作用，在车速很低（小于 8km/h ）时不起作用； ASR 则是在整个行驶过程中都工作，在车轮出现滑转时起作用，当车速很高（ 80 ～ 120km/h ）时不起作用。 任务二 驱动防滑控制系统检修 一、任务分析 • 若想对驱动防滑控制系统的故障进行快速有效的诊断与检修，则必须要掌握驱动防滑控制系统各主要总成部件的结构及工作原理。 • 本次任务就将向读者介绍驱动防滑控制系统检修的相关知识。 二、相关知识 （一）输入装置的结构及工作原理 1 ．车轮转速传感器 • 车轮转速传感器与 ABS 系统共享；用来检测每一车轮的运动状态。 2 ．节气门位置传感器 • 在主、副节气门处各设置了一个节气门开度传感器与发动机电控系统共享，用来检测节气门打开的角度及进入发动机气缸的空气量，计算发动机输出扭矩。 • 其结构原理如图 4-5 所示。 3 ． ASR 选择开关 • ASR 专用的信号输入装置，安装在驾驶员侧车门或仪表板下， ASR 选择开关关闭时， ASR 不起作用， ASR 控制开关指示灯会点亮。 （二）电子控制单元 • 典型的 ABS/ASR 电子控制单元系统结构示意图如图 4-6 所示。 • 电子控制单元主要完成驱动车轮转速控制、继电器控制、初始检查、故障自诊断和失效保护等功能。 （三）执行机构 1 ．副节气门驱动装置 • 副节气门驱动装置的主要作用是在驱动防滑控制的过程中调节副节气门的开度，进而调整发动机的进气量，达到控制发动机输出扭矩的目的。 • 其安装位置和结构如图 4-7 所示。 2 ． ASR 制动压力调节器 • ASR 制动压力调节器的结构形式有单独方式和组合方式两种。 （ 1 ）单独方式 ASR 制动压力调节器 • 所谓单独方式 ASR 制动压力调节器和 ABS 制动压力调节器在结构上各自分开，如图 4-8 所示。 （ 2 ）组合方式的 ASR 制动压力调节器 • 组合方式 ASR 制动压力调节器如图 4-9 所示。 三、任务实施 — 驱动防滑控制系统检修 （一）检修要求及注意事项 ① 拆装系统中的电器元件和线束插头时，应将点火开关断开，否则将损坏电子控制装置；不可向电子控制装置提供过高的电压，否则容易损坏电子控制装置；不要让电子控制装置，特别是其端子受到油污等污染，以免线束插头接触不良，影响系统的正常工作；不要用砂纸打磨系统中各插头的端子，否则也易造成接触不良。 ② 不要使车轮转速传感器和传感器齿圈沾上油污或其他脏物，否则车轮转速传感器产生的轮速信号可能不够准确，此外，不可敲击转速传感器，以免传感器发生消磁现象，影响系统的正常工作。 ③ 在对液压系统进行维修作业时，应首先释放系统里的高压制动液，以免高压制动液喷出伤人。 • 在释放蓄压器中的高压制动液时，应先将点火开关断开，然后反复踩下和放松制动踏板，直到制动踏板变得很硬为止。 • 此外，要注意在制动系统装复之前，切不可接通点火开关，以免电动泵通电运转。 ④ 大多数汽车驱动防滑控制系统中的车轮转速传感器、电子控制装置和制动压力调节装置都是不可修复的，如果发生损坏，应进行整体更换。 ⑤ 更换轮胎时，应选用汽车生产厂家推荐的轮胎。 • 如果换用其他型号的轮胎，应该选用与原车所用轮胎的外径、附着性能和转动惯量相近的轮胎，但不能混用不同规格的轮胎，否则将影响驱动防滑控制系统的制动效能。 ⑥ 制动系统维修结束后，在使用过程中如发现制动踏板变软时，应按照要求的方法和顺序，对制动系统进行空气排除。 • 在空气排除之前，须检查储液器中的液位情况，如果发现液位过低，应先向储液器补充制动液。 （二）检修方法及步骤 • 下面以 LS400 轿车驱动防滑控制系统为例，介绍其检修方法。 1 ．系统的自检 • 当点火开关接通时，仪表板上的 TRC 警告灯会亮起， 3s 后 TRC 警告灯熄灭。 • 如果点火开关接通时， TRC 警告灯不亮或 3s 后不熄灭，应为不正常，需进行检查。 2 ．故障自诊断 • ASR 系统故障码的读取与清除方法与 ABS 系统故障码的读取基本相同，可参照 ABS 系统故障码读取与清除步骤进行操作。 • TRC 故障码的内容及检测部位如表 4-1 所示。 3 ．线路的检测 • LS400 驱动防滑控制系统线路如图 4-10 所示。 图 4-10 LS400 防滑控制系统线路图 ① 拔下电子控制单元（ ECU ）线束插头，使用专用适配器将 ECU 线束插头与 ECU 插座连接在一起。 • 电子控制单元连接器的端子如表 4-2 所示。 ② 根据各端子的功能，用万用表对各端口进行测量，测量项目和方法如表 4-3 所示。 4 ．元件检测 • 在线路测量中，如果发现故障，则先检查该线路的连接情况，如果线路连接没有问题，则检测与该线路连接的相关元件。 （ 1 ）输入元件 ① 车轮转速传感器检测。 • 车轮转速传感器与 ABS 共用，其检查方法与 ABS 系统车轮转速传感器检查方法相同。 ② 节气门位置传感器检测。 • 测量 VC 、 VTA 、 IDL2 与 E2 端子之间的电压与导通情况，电阻应与表 4-4 所示相同，如果检测结果不正常，应更换节气门位置传感器。 ③ 压力开关电路检查 • 起动发动机并维持怠速运转 30s 以上，使 TRC 制动压力调节器内的压力升高。 • 然后将发动机熄火，点火开关仍转至接通（ ON ）位置，测量电脑 PR—E2 端子之间的电压应为 5V ，电阻为 1.5k  ；放出 TRC 制动压力调节器内的制动液，使其内部压力降低，再测量 PR—E2 之间的电压为 0V ，电阻为 0  。 • 若上述检查结果不正常，更换压力开关。 （ 2 ）电控单元检测 • ASR 电子控制单元（ ECU ）常见的故障有线束插接器松动、插口损坏，操作不当造成 ECU 的内部损坏等，其具体检查方法如下。 ① ASR 电子控制单元（ ECU ）外部线束检查。 ② ASR 电子控制单元（ ECU ）自身的检查。 （ 3 ）执行器检测 ① 主继电器电路检查，如图 4-11 所示。 ② 电磁阀检查。 • 电磁阀的检查方法与 ABS 电磁阀检查方法相同，可参照 ABS 电磁阀的检查方法对其进行检查。 ③ 检查 ASR 电动液压泵。 • 电动液压泵的线路如图 4-12 所示。 ④ 副节气门驱动器装置检测。 • 副节气门驱动装置各端子连接情况如图 4-13 所示。 任务三 典型 ASR 系统 一、任务分析 • 不同车型的 ASR 控制系统在结构及其控制方式上会稍有不同，下面就列举几种典型车系的 ASR 系统加以说明，以便读者更加深入地了解不同 ASR 控制系统的特点。 二、相关知识 （一）丰田车系 ABS/TRC 1 ．丰田车系统 ABS/TRC 组成 • 丰田公司把 ASR 称作牵引力或驱动力控制系统（ Traction Control System ， TRC ）。 • 其系统组成及系统零部件在车上的布置如图 4-14 和图 4-15 所示，各零部件的作用如表 4-5 所示。 2 ．副节气门执行器及工作过程 • 副节气门执行器的功用是根据电子控制单元传送的指令来控制副节气门的开启角度，从而控制进入发动机气缸的空气量，达到控制发动机输出扭矩的目的。 • 如图 4-16 和图 4-17 所示。 3 ． TRC 制动执行器及工作过程 • 丰田车系 TRC 制动执行器主要由 TRC 隔离电磁阀总成和 TRC 制动供能总成组成，液压控制系统原理如图 4-18 所示。 图 4-18 丰田车系 ASR/ABS 液压控制原理图 （ 1 ） TRC 隔离电磁阀总成 • TRC 隔离电磁阀通过管路与制动主缸、制动压力调节器和 TRC 制动供能总成相连，主要包括制动主缸隔离电磁阀、蓄压器隔离电磁阀和储液室隔离电磁阀。 • 其中蓄压器隔离电磁阀作用是在 TRC 系统工作时，将来自蓄压器的液压送至制动分泵；总泵制动主缸隔离电磁阀的作用是当蓄压器中的液压被送至制动分泵时，阻止制动液流回到总泵；储液室隔离电磁阀的作用是在 TRC 系统工作时，使制动液从制动分泵流回至总泵储液室。 （ 2 ） TRC 制动供能总成 • 如图 4-19 所示，该装置通过管路与制动主缸储液室和 TRC 隔离电磁阀总成相连，主要由电动液压泵和蓄压器组成。 • 电动液压泵将制动液自储液室以一定压力泵入蓄压器，作为驱动防滑控制动力源。 （ 3 ）工作过程 • 下面以一个驱动轮为例介绍其工作过程。 ① 正常制动过程（ TRC 不起作用），如图 4-20 所示。 ② 汽车加速过程（ TRC 起作用），此时左右后轮制动器中的液压被分别控制为 3 种状态：压力升高、压力保持和压力降低。 ● 压力升高，如图 4-21 所示。 ● 压力保持，如图 4-22 所示。 ● 压力降低，如图 4-23 所示。 4 ．车轮转速控制过程 • ECU 不断地从 4 个车速传感器接收信号并不断地计算每个车轮的速度，同时根据两个非驱动车轮速度估算出汽车的行驶速度，然后设置目标转速。 • 如果在湿滑路面上突然踩下加速踏板，若驱动轮开始滑转，则其转动速度就会超过目标控制速度， ECU 就会向副节气门执行器传送减小副节气门开度的信号。 • 同时也向 TRC 制动执行器传送信号，通过控制 TRC 执行器的隔离电磁阀和 ABS 执行器的电磁阀来控制后轮制动分泵压力，使其不断处于“压力升高”和“压力降低”的循环控制过程，将车轮速度保持在目标控制速度值附近，从而防止车轮滑转。 （二）本田车系 ASR 系统 • 本田公司称 ASR 系统为 TCS ，即 Traction control system ，其结构框图如图 4-24 所示。 三、知识与技能拓展 — 汽车电子稳定程序控制系统 • 汽车电子稳定程序控制系统（ Electronic Stability Program ， ESP ）是改善汽车行驶性能的主动安全控制系统， ESP 包含 ABS 和 ASR ，并在这两种系统功能上进行的延伸。 • 不同的车型对 ESP 系统称呼也不尽相同，如奔驰、奥迪称为 ESP ，宝马称其为 DSC （ Dynamic Stability Control ，即动态稳定性控制），丰田、雷克萨斯称其为 VSC （ Vehicle Stability Control ，即汽车稳定性控制系统），三菱称为 ASC/AYC （ Active Stability Control/Active Yaw Control ，即主动稳定控制 / 主动横摆控制系统）。 • 本田称为 VSA （ Vehicle Stability Assist ，即车身稳定性辅助系统），而 VOLVO 汽车称其为 DSTC （ Dynamic Stability and Traction Control ，即动态循迹防滑控制系统）。 （一） ESP 的理论基础 • 汽车稳定性主要取决于汽车能否沿着车道行驶（即汽车转向角的变化尽可能与车道一致）和汽车在转向时能否稳定而不滑移，转向时汽车的操纵稳定性至关重要。 • 图 4-25 所示为汽车运行时主要运动形式，其中汽车的侧向运动用浮角  表示，汽车垂直轴的转动用横摆速度表示。 • 图 4-26 所示为汽车转向角一定时的汽车横向动力学模型（即圆周行驶模型）。 • 位置 1 是汽车突然转向，即转向盘偏转时刻。 • 曲线 2 是汽车在坚实的硬路面上行驶的车道，该车道与转向角是一致的，因为在车轮与路面间的附着系数足够大时，横向加速度力能传递到路面。 • 当车轮与路面间的附着系数较小时，如在光滑路面，则浮角  相当大，如曲线 3 所示。 • 控制横摆速度将使汽车进一步绕其垂直轴转动，如曲线 2 那样，但由于浮角  过大而威胁到汽车的稳定性。 • 为此非常有必要控制汽车横摆速度并限制浮角 β 来保证车辆的行驶稳定，如曲线 4 所示。 （二）基本组成 • ESP 系统主要由用于检测汽车状态和驾驶员操作的传感器（包括转向传感器、车轮传感器、偏摆传感器、纵向 / 横向加速度传感器）、用于估算汽车侧滑状态和计算恢复到安全状态所需的旋转动量和减速度的 ECU 、用于根据计算结果来控制每个车轮制动力和发动机输出功率的执行器（控制车轮制动和发动机输出功率）、用于故障信息显示等几部分组成，如图 4-27 所示。 （三） ESP 的基本工作原理 • 如图 4-28 所示。 （四） ESP 系统主要零部件的结构及工作原理 • ESP 系统主要零部件及其在车上的安装位置如图 4-29 所示，各零部件的作用如表 4-6 所示。 1 ． ESP 系统主要传感器的结构与原理 • ESP 主要传感器包括车轮转速传感器、转向盘转角传感器、加速度传感器和横摆角速度传感器等。 （ 1 ）车轮转速传感器 （ 2 ）转向盘转角传感器 • 常用的转向盘角度传感器有霍尔式和磁阻式两种。 ① 霍尔式转向盘角度传感器，具体结构如图 4-30 所示。 ② 磁阻式转向盘角度传感器，具体结构如图 4-31 所示。 （ 3 ）加速度传感器 • 加速度传感器用测量汽车行驶时的纵向和横向加速度。 • 常见的有霍尔加速度传感器。 • 霍尔加速度传感器的结构原理如图 4-32 所示。 （ 4 ）横摆角速度传感器 ① MM1 型横摆角速度传感器。 • MM1 型横摆角速度传感器的结构及原理如图 4-33 和图 4-34 所示。 ② MM2 型横摆角速度传感器。 • MM2 型横摆角速度传感器利用表面微力学（ OMM ）技术制造，由静电系统驱动。 • 其结构原理如图 4-35 和图 4-36 所示。 2 ． ESP 系统电子控制单元的结构与原理 • 电子控制单元主要完成以下控制功能，以确保行驶车辆的稳定性。 （ 1 ）控制驱动力，防止车轮打滑 （ 2 ）控制过度转向或不足转向 （ 3 ）控制方向，减少对开路面制动距离 3 ． ESP 系统液压控制装置的结构和工作原理 （ 1 ）液压控制装置的结构 • 液压控制装置主要由供能部分、制动总泵和制动助力器部分、选择电磁阀部分和控制电磁阀部分等组成，其外形如图 4-37 所示，内部结构如图 4-38 所示。 （ 2 ）液压控制装置的工作原理 ① 抑制前轮侧滑，图 4-39 所示为抑制前轮侧滑的液压油管路图。 ② 抑制后轮侧滑。 • 当因后轮产生侧滑而使汽车滑移角增加时， ESP 系统立即把制动力加到正在转弯的外前轮上。 • 抑制后轮侧滑的液压油管路如图 4-40 所示。