汽车电子控制技术的应用与发展前途(5)

2019-04-16 17:36

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制单元实行反馈控制。这种控制方式可以把驱动轮的差速滑动控制在某一范围内,使汽车在各种路面上行驶和启动时都具有较好的稳定性和操纵性。简单地说,TRC系统的工作过程是:车速传感器将车轮的速度转变为电信号传给TRC电脑,TRC电脑据此计算车轮的滑转率,再综合参考节气门开度、发动机转速等信号确定控制方式,输出信号使执行机构动作,从而将驱动轮的滑转率控制在目标范围之内。由于TRC是在ABS的基础上发展起来的,ABS和TRC系统之间有许多相似之处,如都需要对车轮的滑转率进行控制,都需要电脑和车速传感器等, 为此, 一般有TRC系统的汽车都装有ABS, 如日本的丰田凌志LS300,LS400,美国的卡迪拉克、别克等车型都装有TRC系统,但装有ABS的轿车并不一定装有TRC。

目前,虽然不同车型装备的TRC系统的具体结构和工作过程不完全相同,但在以下几个方面都是相同的。

①TRC系统只对驱动轮实行制动控制,并有选择开关,当该开关关闭时,系统不再进行驱动防滑控制。

②当TRC系统处于关闭状态时,副节气门会自动处于全开位置,TRC压力调节装置并不会影响制动系统的正常工作。

③TRC在汽车行驶过程中一直处于工作状态,在驱动轮出现滑转时起作用,但当车速很高(80-120 km/h)时,一般不起作用。

④TRC通常具有不同的优先选择性,在车速较低时,优先选择提高牵引力;而当车速较高时, 优先选择提高行驶方向稳定性。

⑤如果在TRC处于防滑调节过程中,踩下制动踏板进行制动,TRC自动退出且不会影响制动过程的进行。

⑥具有自诊断功能。当系统检测出故障时,TRC将自动关闭,并向驾驶员发出警示信号。

3.2.3 电子转向助力系统

装配机械式转向系统的汽车,在泊车和低速行驶时驾驶员的转向操纵负担过于沉重,为了解决这个问题,美国 GM 公司在20世纪50年代率先在轿车上采用了液压助力转向系统。但是,液压助力转向系统无法兼顾车辆低速时的转向轻便性和高速时的转向稳定性,因此在1983年日本Koyo公司推出了具备车速感应功能的电控液压助力转向系统。这种新型的转向系统可以随着车速的升高提供逐渐减小的转向助力,但是

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结构复杂、造价较高,而且无法克服液压系统自身所具有的许多缺点,是一种介于液压助力转向和电动助力转向之间的过渡产品。到了1988年,日本 Suzuki 公司首先在小型轿车Cervo上配备了Koyo公司研发的转向柱助力式电动助力转向系统;1990年,日本 Honda 公司也在运动型轿车NSX上采用了自主研发的齿条助力式电动助力转向系统,从此揭开了电动助力转向在汽车上应用的历史。

它是用一台直流电机代替传统的液压助力缸、用蓄电池和电动机提供动力的系统。这种微机控制的转向系统和传统的液压系统比起来具有部件少、体积小、重量轻的特点,以及最优化的转向作用力、转向回正特性.大大提高了汽车的转向能力和转向响应特性,增加了汽车低速时的机动性以及调整行驶时的稳定性。

电助力转向系统的工作原理如下:首先,转矩传感器测出驾驶员施加在 转向盘 上的操纵力矩,车速传感器测出车辆当前的行驶速度,然后将这两个信号传递给ECU;ECU根据内置的控制策略,计算出理想的目标助力力矩,转化为电流指令给电机;然后,电机产生的助力力矩经减速机构放大作用在机械式转向系统上,和驾驶员的操纵力矩一起克服转向阻力矩,实现车辆的转向。

工作过程:电动助力转向系统(EPS)作为传统液压系统的替代产品已经进入汽车制造领域。与先前的预测相反,EPS不仅适用于小型汽车,而且某些12V中型汽车也适于安装电动系统。EPS系统包含下列组件:转矩传感器,检测转向轮的运动情况和车辆的运动情况;电控单元,根据转矩传感器提供的信号计算助力的大小; 电机,根据电控单元输出值生成转动力;减速齿轮,提高电机产生的转动力,并将其传送至转向机构。

其它车辆系统控制算法输入信息是由汽车CAN总线提供的(例如转向角和汽车速度等等)。电机驱动还需要其它信息,例如电机转子位置(电机传感器提供)和相电流(电流传感器提供)。电机由四个MOSFET控制。由于微控制器无法直接驱动MOSFET的大型栅电容,因此需要采用驱动IC形式的接口。出于安全考虑,完整的电机控制系统必须实施监控。将电机控制系统集成在PCB上,通常包含一个继电器,该继电器可作为主开关使用,在检测出故障的情况下,断开电机与电控单元。

微控器必须控制EPS系统的直流有刷电机。微控器根据转矩传感器提供的转向轮所需转矩信息,形成一个电流控制回路。为了提高系统的安全水平,该微控器应有一个板载振荡器,这样即使在外部振荡器出现故障的情况下,亦可确保微控器的性能,

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同时还应具备片上看门狗。英飞凌公司的XC886集成了所有重要的微控器组件,其它安全特性可通过软件实现,如果必须执行IEC61508等行业安全标准规范,就不得不完成各种诊断和自检任务,因而会增加微控器的工作负荷。目前不同客户采用的转矩传感器与转子位置传感器差别很大。他们采用不同的测量原理,如分解器、电磁共振器、基于传感器的集成巨磁阻(IGMR)。 3.2.4 加速防滑控制系统

ASR-Acceleration Skid control system 加速防滑控制系统, 或 Acceleration Stability Retainer加速稳定保持系统,顾名思义就是防止驱动轮加速打滑的控制系统,轮胎能产生的力量在同一负载是有一定的, 一般轮胎除了要产生使车辆前进的驱动力外, 也要产生使车辆转弯的转向力, 或者是使车辆停止的煞车力, 因此不论是单纯产生驱动力、转向力、煞车力, 或同时产生驱动力及转向力、煞车力及转向力, 其轮胎产生的总合的力量在某一负载条件下是一定的, 也就是说当前进急起动造成轮胎打滑时, 而此打滑的现象系指轮胎所有的抓地力全部用在驱动力上, 因此此时能控制车子转弯的转向力, 由于力量全部被驱动力使用掉, 因此将会失去使车辆转弯或保持车行方向的转向力, 因而会造成车行方向不稳定的现象,因此其目的就是要防止车辆尤其是大马力的车子, 在起步、再加速驱动轮打滑的现象, 以维持车辆行驶方向的稳定性, 保持好的操控性及最适当的驱动力, 达到有好的行车安全。 3.2.5 电子控制制动力分配系统

―EBD(Electronic Brake force Distribution)‖技术是以电子方式控制从轻到重所有装载状态下的前后制动力的分配,稳定制动器的灵敏度,特别是提高装载重物时制动的性能。

为了使制动时制动力有效地传递到路面,需要配合装载状态的变化以及减速引起的装载重量的移动,恰当地控制前后制动力的分配。以往用于这种可变制动力分配装置利用的是悬架弯曲量的机械式装置,但因为结构复杂,调整困难等原因,通常在轿车上采用比例阀式固定分配装置。在特别是装载量变化大的RV、小型厢式货车系列的汽车重载时,为了充分利用后轮的制动力,EBD通过检测前后车轮细微的转速差推断理想制动力的差异,在ABS传动装置的作用下自动将后轮的制动力分配到最佳状态。

自动制动差速器(ABD)是制动力系统的一个新产品,它的主要作用是缩短制动距离,和ABS、EBD等配合适用。当紧急制动时,车会向下点头,车的重量前移,而相

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应的车的后轮所承担的重量就会减少,严重时可以使后轮失去抓地力,这时相当于只有前轮在制动,会造成制动距离过长。而ABD可以有效防止这种情况,它可以通过检测全部车轮的转速发现这一情况,相应的减少后轮制动力,以使其与地面保持有效的摩擦力,同时将前轮制动力加至最大,以达到缩短制动距离的目的。ABD与ABS的区别在于,ABS是保证在紧急制动时车轮不被抱死,以达到安全操控的目的,并不能有效的缩短制动距离。而ABD则是通过EBD在保证车辆不发生侧滑的情况下,允许将制动力加至最大,以有效的缩短制动距离。 3.2.6 适时调节的自适应悬挂系统

它能根据悬挂装置的瞬时负荷,自动地适时调节悬架弹簧的刚度和减震器的阻尼特性,适应当时的负荷,保持悬挂的既定高度。这样就能极大地改进车辆行驶的稳定性、操作性、乘坐舒适性。

电子控制悬架系统主要由弹性元件(空气弹簧或油气弹簧)、变阻尼减振器、传感器与开关、电子控制单元ECU和悬架控制执行器等组成。传感器与开关主要包括车速传感器、节气门位置传感器、车身高度传感器、转向角传感器、加速度传感器及控制模式开关等。

电控悬架系统的基本工作原理:车身状态传感器和开关给ECU提供加速度、位移及其他目标参数等信号,ECU根据各传感器送来的信号进行运算分析,向悬架执行元件发出指令信号,使执行元件(如阻尼调节步进电机)产生一定的机械动作,调节悬架参数的执行器(电磁阀、步进电机等)改变悬架的刚度、阻尼系数和车身高度,使车辆在行驶过程中具有良好的平顺性和操纵稳定性。 3.2.7 常速巡航自动控制系统(CCS)

按司机要求的速度合开关之后,不用踩油门踏板就自动地保持车速,使车辆以固定的速度行驶,采用了这种装置,当在高速公路上长时间行车后,司机就不用再去控制油门踏板,减轻了疲劳,同时减少了不必要的车速变化,可以节省燃料。这是一种减轻驾车者疲劳的装置。

当汽车在长距离的高速公路行驶时,启动巡航控制系统就可以自动将汽车固定在特定的速度上,免除驾车者长时间脚踏油门踏板之苦。同时,它还能在巡航状态下对预定的车速进行加速和减速的调节。

在上世纪60年代的美国,巡航控制系统已经广泛应用在汽车上,目前国内生产的

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一些中高档车如帕萨特、雅阁等也都安装有巡航控制系统。

另外,巡航控制系统还有节省燃料和减少排放的好处,因为汽车都有对应的经济速度,当驾驶者将巡航控制系统调置在经济速度上就可以起到省油的作用。

3.3 车身电子控制

3.3.1 汽车空调控制

车用全自动空调控制是根据设置在车内外的各种温度传感器输出的信号,由ECU中的微机计算出经过空调热交换器后进人车内应该达到的出风温度。对混合气调节器开度、风扇驱动电机转速、冷却器风门(或加热器风门)、压缩机等进行控制,自动地将车内温度保持在设定的温度值范围内.使车内的温度、湿度始终处于最佳值,为驾驶员和乘员提供舒适的乘坐环境。

汽车空调制冷系统由压缩机、冷凝器、贮液干燥器、膨胀阀、蒸发器和鼓风机等组成。各部件之间采用铜管(或铝管)和高压橡胶管连接成一个密闭系统。制冷系统工作时,制冷剂以不同的状态在这个密闭系统内循环流动,每个循环又四个基本过程:(1)压缩过程:压缩机吸入蒸发器出口处的低温低压的制冷剂气体,把它压缩成高温高压的气体排出压缩机。(2)散热过程:高温高压的过热制冷剂气体进入冷凝器,由于压力及温度的降低,制冷剂气体冷凝成液体,并排出大量的热量。(3)节流过程:温度和压力较高的制冷剂液体通过膨胀装置后体积变大,压力和温度急剧下降,以雾状(细小液滴)排出膨胀装置。(4)吸热过程:雾状制冷剂液体进入蒸发器,因此时制冷剂沸点远低于蒸发器内温度,故制冷剂液体蒸发成气体。在蒸发过程中大量吸收周围的热量,而后低温低压的制冷剂蒸气又进入压缩机。上述过程周而复始的进行,达到降低蒸发器周围空气温度的目的。

3.3.2 信息显示系统

正处于发展和完善阶段,由车况监测部件、车载计算机、电子仪表三部分组成。汽车车况监测是传统机械式仪表板报警功能的改进和发展,通过液位、压力、温度、灯光等传感器.监测发动机、制动系、电源系统及车灯的故障。车载计算机提供的信息能提高行车安全性、燃油经济性、乘坐舒适性。电子仪表为驾驶员提供汽车行驶时

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