汽車修理技能知識：汽車防滑控制系統(tǒng)(ASR)
— 、ASR的工作原理與作用
ASR的工作原理基于汽車行駛及制動時驅(qū)動輪滑移率與縱向附著系數(shù)的關(guān)系。汽車行駛時隨著驅(qū)動輪轉(zhuǎn)矩的不斷增大，汽車的驅(qū)動力也隨之增大，當驅(qū)動力超過地面附著力時，驅(qū)動輪就開始滑轉(zhuǎn)。驅(qū)動輪的滑轉(zhuǎn)程度用驅(qū)動輪滑轉(zhuǎn)率S表示：
式中：S——驅(qū)動時的滑率；
Uw——車輪滾動時瞬時圓周速度(m/s);
υ——汽車行駛速度(車輪中心縱向速度，m/s);
r——車輪半徑(m);
ω——車輪轉(zhuǎn)動角速度(rad/s)。
當車輪在路面上完全滾動時，汽車速度完全由車輪滾動產(chǎn)生，滑轉(zhuǎn)率S=0;當車輪在路面上完全滑轉(zhuǎn)時，車速v= 0,其滑轉(zhuǎn)率S= 100%。
驅(qū)動時縱向附著系數(shù)與車輪滑轉(zhuǎn)率的關(guān)系，與制動時相似。
當滑移率在10%～20%時，縱向附著系數(shù)達到峰值，此時橫向附著系數(shù)也比較大，只要最大程度的利用附著系數(shù)，獲得最大的驅(qū)動力，就能得到較好的方向穩(wěn)定性和轉(zhuǎn)向控制能力。ASR的作用是防止驅(qū)動時車輪滑轉(zhuǎn)并將滑移率控制在10%～20%的目標值范圍之內(nèi)，充分利用驅(qū)動車輪的最大附著力。
二、汽車防滑控制系統(tǒng)(ASR)的控制方式
ASR控制驅(qū)動輪最佳滑轉(zhuǎn)率的控制方式主要有以下幾種
1.對發(fā)動機輸出轉(zhuǎn)矩進行控制發(fā)動機輸出轉(zhuǎn)矩的控制手段有
1)調(diào)節(jié)燃油噴油量，如減少或中斷供油；
2)控制點火時間，如減小點火提前角或停止點火；
3)調(diào)整進氣量，如調(diào)整節(jié)氣門的開度和輔助空氣裝置。
2.對驅(qū)動輪進行制動控制
這種方法是對發(fā)生滑轉(zhuǎn)的驅(qū)動輪直接加以制動(增加車輪制動分泵的力)。該方法是反應(yīng)時間最短，最迅速的一種控制方式。但為了制動過程平穩(wěn)，該控制方式一般都作為調(diào)整進氣量(節(jié)氣門開度)、改變發(fā)動機輸出轉(zhuǎn)矩方式的補充。采用ASR系統(tǒng)對驅(qū)動輪進行制動時還能起到差速鎖的效果。對滑轉(zhuǎn)的驅(qū)動輪施加一定的制動力，能使處于高附著系數(shù)路面?zhèn)鹊能囕啴a(chǎn)生較大的驅(qū)動力，如圖3-2-15所示。
3.對可變鎖止差速器進行控制
這是一種電子控制可變鎖止差速器，如圖3-2-16所示。這種鎖止方式可以使鎖止程度逐漸變化，鎖止范圍可從0變化到100%,即從基本鎖止到完全鎖止�？刂茐毫Σ縼碜孕钅芷鞯母邏河鸵�。壓力值的大小由電子控制器ECU控制電磁閥進行調(diào)節(jié)，并由壓力傳感器和驅(qū)動輪論速傳感器產(chǎn)生的信號反饋給電腦，實行反饋控制。
上述3種控制方式中，前兩種采用的較多。這些控制方式在ASR系統(tǒng)中可以被單獨使用，也可以組合使,但組合使用方式較為普遍。
三、防滑轉(zhuǎn)電子控制系統(tǒng)實例
以豐田凌志LS400型轎車采用的ABS/TRC系統(tǒng)為例。
(一)ABS/TRC系統(tǒng)的主要組成
該系統(tǒng)主要有輪速傳感器、ABS/TRC ECU、ABS執(zhí)行器(制動壓力調(diào)節(jié)器),TRC制動執(zhí)行器(包括隔離電磁閥總成和制動供能總成)副節(jié)氣門控制步進電機和主、副節(jié)氣門位置(開度)傳感器等組成。ABS/TRC系統(tǒng)在車上的布置情況，如圖3-2-17所示。
(二)ABS/TRC主要部件的結(jié)構(gòu)和功能
1.輪速傳感器
在4個車輪上各安裝一個電磁感應(yīng)式輪速傳感器，向ABS/TRC ECU提供各車輪的實際轉(zhuǎn)速信號。
2.電子控制器(ABS/TRC ECU)
電子控制器(ABS/TRC ECU)將制動防抱死和驅(qū)動防滑轉(zhuǎn)控制功能于一體，其中有3個八位微處理器，其間通過一個串行緩沖寄存器進行相互通訊。為了提高其工作可靠性，各微處理器之間還進行相互監(jiān)測。
ABS/TRC ECU接收各輪速傳感器輸入的信號，還接收制動總泵儲液室中液位開關(guān)、TRC總成中壓力開關(guān)送入的制動壓力監(jiān)控信號及發(fā)動機和變速器電子控制器送入的主、副節(jié)氣門位置等信號，經(jīng)過計算運算、比較和邏輯判斷后，形成相應(yīng)的控制指令，向控制對象制動壓力調(diào)節(jié)器中的4個調(diào)壓電磁閥和電動回液泵、TRC制動執(zhí)行器中的3個隔離電磁閥和電動供液泵，以及副節(jié)氣門步進電機發(fā)出相應(yīng)的動作命令。通過這些執(zhí)行器動作，來實現(xiàn)制動防抱死和驅(qū)動防滑轉(zhuǎn)功能。
ABS/TRC ECU還定期對系統(tǒng)中的主要電器部件進行檢測及對系統(tǒng)狀態(tài)進行監(jiān)控功能。若系統(tǒng)出現(xiàn)故障，會自動停止ABS或TRC工作，避免對系統(tǒng)進行錯誤控制，同時會點亮警示燈，以提示駕駛員注意，并將故障信息存人存儲器，進行自診斷時通過代碼形式顯示各種故障。
3.ABS執(zhí)行器
ABS執(zhí)行器主要是制動壓力調(diào)節(jié)器，如圖3-2-18所示。該裝置主要由4個三位三通調(diào)壓電磁閥、兩個儲液器、一個電動雙聯(lián)回液泵組成。該裝置通過管路與制動總泵、TRC隔離電磁閥總成、4個車輪制動分泵相連(圖3-2-23)4個三位三通電磁閥分別設(shè)置在通往4個車輪制動分泵的制動液通路中，在ECU的控制下，可以對4個制動分泵的制動液壓力進行調(diào)節(jié)。兩個儲液器，分別用于接納制動壓力調(diào)節(jié)過程中由前后輪制動分泵流出的制動液；電動雙聯(lián)回液泵在制動調(diào)節(jié)過程中，將流入儲液器的制動液泵回制動總泵的儲液室內(nèi)。在制動壓力調(diào)節(jié)器上安裝著調(diào)壓電磁閥繼電器和電動回液泵繼電器。
4.TRC制動執(zhí)行器
TRC制動執(zhí)行器主要由TRC隔離電磁閥總成和TRC制動供能總成組成。
1)TRC隔離電磁閥總成(圖3-2-19)。
該裝置通過管路與制動總泵、制動壓力調(diào)節(jié)器、TRC制動供能總成相連(圖3-2-23)。在驅(qū)動防滑轉(zhuǎn)未介入時，3個隔離電磁閥均不通電。此時：制動總泵隔離電磁閥處于通流狀態(tài)，將制動總泵至制動壓力調(diào)節(jié)器中后輪調(diào)壓電磁閥的制動液液路溝通；蓄能器隔離電磁閥處于關(guān)斷狀態(tài)，TRC制動供能器總成至制動壓力調(diào)節(jié)器中后輪調(diào)壓電磁閥的制動液液路封閉；儲液器隔離電磁閥也處于關(guān)斷狀態(tài)，將制動壓力調(diào)節(jié)器中后輪調(diào)壓電磁閥、儲液器至制動總泵的制動液液路封閉。在TRC工作過程中，3個隔離電磁閥。在ECU的控制下全部通電。此時，制動總泵隔離電磁閥處于關(guān)斷狀態(tài)，防止制動夜流回制動總泵；蓄能器隔離電磁閥處于通流狀態(tài)，將蓄能器升壓后的制動液通過電磁閥送到后輪制動分泵；隔離電磁閥也處于通流狀態(tài)，以便能將儲液器及制動分泵中的制動液送回到制動總泵中。
該裝置主要由電動供液泵、蓄能器和壓力開關(guān)(壓力傳感器)組成。通過管路與制動總泵和TRC隔離電磁閥總成相連(圖3-2-23)。電動供液泵為一個電動機驅(qū)動的柱塞泵，它將制動液從總泵儲液室中泵人蓄能器，使蓄能器中制動液壓力升高并保持在一定的壓力范圍內(nèi)，以便為驅(qū)動防滑轉(zhuǎn)制動介人時提供可靠的制動能源。
壓力開關(guān)(或壓力傳感器)安裝在TRC隔離電磁閥總成旁(圖3-2-19)它的開關(guān)信號送入ECU后，用來控制TRC電動供液泵運轉(zhuǎn)。當液壓高于13.24 MPa時開關(guān)斷開，當液壓低于9.32MPa時開關(guān)閉合，接通供油泵電機。
5.副節(jié)氣門裝置
在發(fā)動機節(jié)氣體上主節(jié)氣門的前方，設(shè)置一個副節(jié)氣門(或叫輔助節(jié)氣門)如圖3-2-21所示。在節(jié)氣門總成體上設(shè)有主，副節(jié)氣門位置傳感器，感測節(jié)氣門位置信號，此信號先送入發(fā)動機和變速器ECU,又由發(fā)動機和變速器ECU將主、副節(jié)氣門位置信號送到ABS/TRC的ECU。
該裝置的主要作用是在驅(qū)動滑轉(zhuǎn)過程中調(diào)節(jié)副節(jié)氣門的開度，調(diào)整發(fā)動機的進氣量，達到控制發(fā)動機輸出轉(zhuǎn)矩的目的。副節(jié)氣門是由步進電動機根據(jù)ECU的指令進行控制的。在TRC不工作時，步進電動機不通電，副節(jié)氣門處于完全打開狀態(tài)，此時發(fā)動機的進氣量有主節(jié)氣門控制。在TRC工作時，副節(jié)氣門的開度根據(jù)ECU指令由步進電動機進行調(diào)整。
(三)ABS/TRC的工作過程凌志LS400 ABS/TRC液壓控制系統(tǒng)如圖3-2-23所示。
1.ABS/TRC系統(tǒng)未進入工作時
制動壓力調(diào)節(jié)器和TRC隔離電磁閥總成中的各個電磁閥均不通電，各電磁閥處于圖3-2-23所示的狀態(tài)：制動總泵至各車輪制動分泵的制動液液路都處于流通狀態(tài)；蓄能器中制動液的壓力保持在一定范圍之內(nèi)；控制副節(jié)氣門的步進電機不通電，副節(jié)氣門保持在全開位置。
2.制動時
當駕駛員踩下制動踏板進行制動時，制動總泵的制動液將通過各調(diào)壓電磁閥進入制動分泵，各制動分泵的制動液壓力隨制動總泵輸出的壓力而變化，
在制動過程中，ECU根據(jù)輪速傳感器輸入的信號判定有車輪趨于制動抱死時，ABS/TRC系統(tǒng)就進入制動防抱死控制的減壓→保持→增壓循環(huán)過程。
減壓過程：當判定需要減小某一制動輪制動分泵的壓力時，使該控制通道中的調(diào)壓電磁閥通過較大的電流(約5A)使調(diào)壓電磁閥將制動總泵至制動分泵的制動液液路封閉，而將制動分泵至儲液器的制動液液路溝通。該制動分泵中的部分制動液就會流入相應(yīng)的儲液器中，該制動分泵中制動液壓力將隨之減小；與此同時，ECU還使回液泵電機通電運轉(zhuǎn)，將流入儲液器的制動液泵回制動總泵。
保持過程：當ECU判定需要保持某一制動輪制動分泵的壓力時，使該控制通道中的調(diào)壓電磁閥通過較小的電流(約2 A)使調(diào)壓電磁閥將制動輪分泵至制動總泵和相應(yīng)儲液器間的制動液液路都封閉，該制動分泵的制動液壓力便保持一定。
增壓過程；ECU判定需要增大某一制動輪制動分泵的壓力時，使該控制通道中的調(diào)壓電磁閥斷電，使調(diào)壓電磁將制動總泵至制動分泵的制動液液路溝通，而將該制動分泵至相應(yīng)的儲液器的制動液液路封閉，制動總泵輸出的制動液就會進入制動分泵，該制動分泵的制動液壓力會隨之增大。
通過上述減壓→保壓→增壓循環(huán)調(diào)節(jié)過程，可使車輪滑移率保持在規(guī)定范圍內(nèi)。
3.驅(qū)動滑轉(zhuǎn)時
在汽車起步、加速及運行過程中，ECU根據(jù)輪速傳感器輸入的信號，判定驅(qū)動輪的滑移率超過門限值時，就進入防滑轉(zhuǎn)控制過程：首先ECU使控制副節(jié)氣門的步進電機通電轉(zhuǎn)動，將副節(jié)氣門開度減小，降低發(fā)動機輸出轉(zhuǎn)矩；當ECU判定需要對驅(qū)動輪進行制動介人時，使TRC隔離電磁閥總成中的3個隔離電磁閥通電，使制動總泵隔離電磁閥處于關(guān)斷狀態(tài)，蓄能器隔離電磁閥和儲液器隔離電磁閥處于通流狀態(tài)。此時，蓄能器中被加壓的高壓制動液通過蓄能器隔離電磁閥、后輪三位三通調(diào)壓電磁閥，進入后輪制動分泵，后輪制動分泵的制動壓力隨之增大。在驅(qū)動防滑轉(zhuǎn)制動介人過程中，ECU通過獨立地控制兩個后輪調(diào)壓電磁閥的電流值，對兩后輪制動分泵的壓力進行循環(huán)調(diào)節(jié)，以防止驅(qū)動輪滑轉(zhuǎn)并使驅(qū)動輪的滑移率保持在規(guī)定的范圍內(nèi)。增壓時進入制動分泵的制動液，不是來自制動總泵，而是來自蓄能器被加壓后的制動液；減壓時從制動分泵流出的制動液不是流回儲液器，而是經(jīng)調(diào)壓電磁閥、儲液器隔離電磁閥，流回制動總泵的儲液室，此時ABS電動回液泵并不工作。另外，在TRC工作中，當壓力開關(guān)傳感器檢測到蓄能器中液壓下降到一定值時，ECU會接通供液泵電機電路，使供液泵運轉(zhuǎn)，將蓄能器液壓升至正常值。
1.進入自檢和等待工作狀態(tài)時的電路
1)ABS電路：當點火開關(guān)接通時(圖3-2-24)蓄電池電壓通過點火開關(guān)加到ECU的IG端子上，ECU開始進行自檢。此時由于調(diào)壓電磁閥繼電器處于非激勵狀態(tài)，ABS警示燈中因有電流通過而點亮。經(jīng)過短暫的自檢，如果發(fā)現(xiàn)系統(tǒng)中存在影響正常工作的故障，ECU將故障信息以代碼形式存入存儲器內(nèi)，并且把ABS/TRC系統(tǒng)置于關(guān)閉狀態(tài)。此時，由于調(diào)壓，電磁閥繼電器始終處于非激勵狀態(tài)，ABS燈將會持續(xù)點亮。
經(jīng)自檢后，如果未發(fā)現(xiàn)系統(tǒng)存在故障，ECU將從其端子BAT接受蓄電池電壓，作為其工作電壓。此時，ECU使其端子SR有蓄電池電壓輸出，并使端子R內(nèi)部搭鐵，調(diào)壓電磁閥繼電器線圈中因有電流通過而處于激勵狀態(tài)(常開觸點閉合、常閉觸點斷開),ABS警示燈中因不再有電流通過而熄滅。ABS警示燈的熄滅標志著自檢過程基本完成，蓄電池電壓開始通過調(diào)壓電磁閥繼電器中的閉合觸點，加在4個調(diào)壓電磁閥線圈的一端和ECU“電磁閥繼電器監(jiān)控”端子AST上，ECU由此判定調(diào)壓電磁閥繼電器處于激勵狀態(tài)，ABS就進入等待工作狀態(tài)。
2)TRC電路：如果“TRC關(guān)斷開關(guān)”處于斷開位置，ECU的端子CSW未接地而處于高電位狀態(tài)，ECU則判定駕駛員采用TRC裝置。此時，ECU將停止端子WT內(nèi)部接地并供給蓄電池電壓，因TRC關(guān)斷指示燈中沒有電流通過而熄滅。如經(jīng)自檢，發(fā)現(xiàn)TRC系統(tǒng)有影響正常工作的故障，ECU將使其端子IND內(nèi)部接地，點亮儀表板上的TRC警示燈，提醒駕駛員TRC系統(tǒng)出現(xiàn)故障，同時儲存故障碼。如果沒有發(fā)現(xiàn)故障，ECU將停止IND端子內(nèi)部接地并供給蓄電池電壓，因TRC警示燈內(nèi)沒有電流通過而熄滅，標志著TRC自檢過程基本完成，進入等待工作狀態(tài)。TRC進入等待工作狀態(tài)時，ECU首先接通TRC制動主繼電器和TRC副節(jié)氣門繼電器。此時：ECU使其端子TSR輸出蓄電池電壓至端子R內(nèi)部接地，TRC制動主繼電器線圈中因有電流通過而處于激勵狀態(tài)(觸點閉合)蓄電池電壓將通過TRC制動主繼電器中的閉合觸點加到3個隔離電磁閥線圈的一端及TRC供液泵電機繼電器上。與此同時，ECU使其端子TTR輸出蓄電池電壓至端子R內(nèi)部接地，TRC副節(jié)氣門繼電器線圈中因有電流通過而處于激勵狀態(tài)觸點閉合，蓄電池電壓經(jīng)過TRC副節(jié)氣門繼電器觸點至ECU端子BM,作為步進電機的電源，并通過內(nèi)部電路加到副節(jié)氣門步進電機電源端子ACM、BCM的內(nèi)部。
在TRC制動主繼電器接通后，當發(fā)動機運轉(zhuǎn)超過一定轉(zhuǎn)速時，如果TRC供能總成中的壓力傳感器開關(guān)，因蓄能器中制動液壓力不足而閉合時，因ECU的端子PR和端子E2間具有相同的電位，ECU由此判定，TRC電動供液泵需要通電運轉(zhuǎn)，將接通TRC供液泵繼電器。此時ECU將向其端子TMR供給蓄電池電壓至端子R內(nèi)部接地，TRC電動供液泵繼電器線圈通電而處于激勵狀態(tài)(觸點閉合)使蓄電池電壓經(jīng)過TRC供液泵電機繼電器觸點加到供液泵電機上，電機通電而運轉(zhuǎn)。在供液泵電機繼電器處于激勵狀態(tài)期間，因有一定電壓加在ECU的端子MTT上，ECU可以對TRC電動供液泵繼電器的工作狀態(tài)進行監(jiān)測。與此同時，ECU還通過對端子ML+和ML之間的電壓進行測量，以便監(jiān)測供液泵電機運轉(zhuǎn)情況。
2.ABS系統(tǒng)工作時的電路
汽車行駛過程中，4個輪速傳感器分別通過端子FR+和FR-、FL+和FL-、RR+和RR-、RL+和RL-向ECU輸入車輪轉(zhuǎn)速信號。當駕駛員踩下制動踏板時，制動燈開關(guān)閉合，蓄電池電壓通過制動燈開關(guān)加到ECU的端子STP上，ECU由此判定汽車進入制動狀態(tài)。此時ECU將根據(jù)各個輪速傳感器的輸入信號，適時地對各車輪進行制動防抱死控制。ECU通過控制電磁閥線圈控制端SFR、SFL、SRR和SRL與內(nèi)部地線之間的電阻值，控制通過前左、前右、后右和后左電磁閥線圈中的電流發(fā)生變化，使相應(yīng)制動分泵的制動液壓力處于減小、保持及增大循環(huán)過程。同時，ECU還向其端子MR提供蓄電池電壓，使回液泵電機繼電器處于激勵狀態(tài)觸點閉合)回液泵電機通電運轉(zhuǎn)。在電動回液泵繼電器被激勵期間，ECU根據(jù)端子MT的輸入電壓情況，對電動回液泵繼電器的工作狀態(tài)進行監(jiān)測。
3.TRC系統(tǒng)工作時的電路
在TRC工作時，ECU除接收4個輪速傳感器輸入的信號外，還接收以下主要信號(其中有的信號在ABS)TRC自檢時與ABS工作時也被采用)
1)通過端子LDL1和LDL2,輸入主、副節(jié)氣門上怠速開關(guān)信號；
2)通過端子NEO、TR2、VTH和VSH,與發(fā)動機與變速器ECU進行通訊，輸入發(fā)動機轉(zhuǎn)速、點火正時及主、副節(jié)氣門位置信號；
3)通過端子TR5,輸入發(fā)動機電子控制系統(tǒng)故障信號；
4)通過端子PKB和LBL1,輸入駐車制動開關(guān)和制動液位開關(guān)狀態(tài)信號；
5)通過端子PL和NL,輸入變速器排擋“P”(停車擋)和“N”(空擋)擋位開關(guān)信號。
在汽車驅(qū)動過程中，當ECU根據(jù)輪速傳感器輸入的信號，判定驅(qū)動輪(后輪)的滑轉(zhuǎn)率超過控制門限值時，TRC系統(tǒng)就進入驅(qū)動防滑控制。此時ECU通過控制內(nèi)部，首先接通TRC副節(jié)氣門上繼電器端子BM輸入的蓄電池電壓至副節(jié)氣門上步進電機的電源端子ACM和BCM上，然后通過控制步進電機的各端子與內(nèi)部地線之間的電阻值，控制步進電機并帶動副節(jié)氣門轉(zhuǎn)動，實現(xiàn)對發(fā)動機進氣量進行調(diào)節(jié)，以改變發(fā)動機的輸出轉(zhuǎn)矩。如果ECU判定需要制動介入時，使3個隔離電磁閥控制端子SAC、SMC和SRC通過內(nèi)部接地，3個隔離電磁閥因線圈中有電流通過而換位；ECU再通過控制后輪三位三通電磁閥控制端子SRL和SRR與內(nèi)部地線之間的電阻值，以控制兩個后輪電磁閥，分別對兩個后輪制動分泵的制動壓力進行調(diào)節(jié)。在驅(qū)動防滑轉(zhuǎn)控制期間，ECU使其端子IND內(nèi)部間斷接地，TRC警示燈將閃亮。
在驅(qū)動防滑轉(zhuǎn)控制期間，發(fā)動機電子控制系統(tǒng)發(fā)生故障時，發(fā)動機和變速器ECU的W端子通過內(nèi)部接地，點亮發(fā)動機檢查警示燈，此時，ECU通過端子TR5判定發(fā)動機電子控制系統(tǒng)存在故障將關(guān)閉TRC不再進行驅(qū)動防滑控制。
如果駕駛員不希望進入驅(qū)動防滑控制，可以使“TRC關(guān)斷開關(guān)”閉合，ECU一旦判定其端子CSW接地，就不再向其端子TSR、TTR和TMR供給蓄電池電壓，使TRC制動主繼電器，副節(jié)氣門步進電機繼電器和TRC供液泵電機繼電器等都處于非激勵狀態(tài)，TRC系統(tǒng)就會退出驅(qū)動防滑轉(zhuǎn)控制，同時，ECU使其端子WT通過內(nèi)部接地，將TRC關(guān)斷指示燈點亮。
