现代汽车控制系统研究

来源:用户上传      作者: 李铁柱

　　汽车业一个显而易见的趋势就是汽车制造商们不断采用新的软件系统将汽车的硬件系统联系起来，以创造出更新的特性，从自防锁刹车系统到现代的稳定性电子控制程序使现代汽车控制系统更加趋于完善和实用。
　　
　　一、自防锁刹车系统的功用
　　
　　通过采用自防锁刹车系统（ABS）的信息，可以提高悬架系统的性能。我们知道，ABS系统能够测量出车轮速度并独立控制各车轮制轮缸压力。然而这个基础系统做一些必要的改进，就可使电控悬架更有效地发挥作用。第一代的ABS轮速传感器由磁铁、线圈、齿轮及一个齿环构成。这种VR型（变磁阻）的传感器依靠齿轮的齿形造成磁路的开闭来进行工作。磁路的开闭导致磁涡流的变化，并在传感器的线圈中产生脉动的压力。
　　由于采用了多个齿形和电子波形信号，传感器的输出为一个系列的脉冲。单位时间内传感器一个严重的陷就在于其输出的脉冲的电压与齿形通过磁路的速度直接相关，因而车轮转带也与齿形通过磁路的速度直接相关。现在越来越多的所谓“主动”型的ABS传感器都使用霍尔组件或使用由车辆电气系统提供能源的限磁型传感器。主动型传感器的最大优点在于即使是在车轮转速为零的情况下它也能够提供精确的轮带信号。控制系统软件可以判断出一个车轮与其它车轮转带可能产生差异的原因。
　　例如，一个严重充气不足的车轮要比其它正常充分的车轮的直径要小。在这种情况下，控制软件能够在系统不施加制动的情况下将四个车轮的转带信号进行对比并很容易地判断出每转比其它三个车轮产生脉冲数多的那个车轮所在。这个策略也可以用来制动工况下识别具有抱死倾向的车轮。在各种形式的主动型ABS传感器中，Continental－Teves公司研制了一种安装在车轮轴承中的传感器。这种轴承的密封圈进行了电磁标识，除了可以发挥正常的密封作用外，还可以作为旋转的脉冲发生器来使用。传感器本身被还将夹在轴承中并成为车轮轴承总成的一个部件，而县，主动型传感器的体积上要比VR型传感器小得多，因而可以像Continental－Teves公司那样把传感器封装起来。在ABS基础上新发展起来的一种系统是牵引控制系统（TCS）。
　　TCS能监测车辆的驱动轮转带高于其它车轮的情况，并通过减小节气门开度（与驾驶员踩踏油门的动作幅度无关）或有选择地在驱动轮施加制动力来减少相应车轮的滑转。对某一驱动轮施加制动可以将车辆的驱动力矩传递到另一侧的车轮，这与限滑差速器的工作原理很相似。不久之前，美国汽车工程协会（SAE）邀请了一些汽车工程师对一些这类系统进行了试验。为了验证TCS系统的作用，他们在地上铺了一张很大的塑料面板并在上面洒上水和洗涤剂。在用没有装备TCS的车辆试验时，当驾驶员踩下加速踏板后，发动机会发出常见的吼叫声。当用装备TCS的车辆试验时则不会出现发动机狂吼或轮胎的滑转尖叫声。计算机会监测到打滑的车轮并将信息传送给发动机动力管理系统，该系统则会减小发动机的动力输出，然后ABS系统开始工作，向驱动轮施加制动力。于是两个车轮均附着良好，汽车就会开出塑料面板。当然，汽车从塑料面板上一开走它就会像火箭一样向前飞奔，驾驶员必须及时将脚下从加速踏板上面移开。
　　为了确保悬架系统的稳定性，还需要使用比TCS系统更多的传感器和其它的零部件。例如：需要安装能够监测到影响驾驶员保持正确的行驶车道的作用力的传感器。这类装置包括一种能监测车辆横摆状况的传感器。所谓横摆其意即如此：试想一个你将一个销子在中部位从顶部直插过一辆玩具汽车，当你推动玩具车的前端或后端时它就会绕着那销子转动。也许用不足转向/过多转向监测传感器这个术语更贴切些。如果你的车辆的去控制，而且车辆后部因侧滑而发生甩尾现象，横摆传感器会首先控测到。另外两种传感器也需要装备。一种是转向角传感器，这种传感器安装在转向管柱上，由一个线圈构成，用来探测驾驶员操控汽车的方位。另种是侧向加速度传感器，这种装备能够测量将车辆推向偏移驾驶方向的力。系统的主动部分包括一个叫做主动制动加力器的部件。这种装置安装有一个电磁阀，它能够使计算机控制制动器以产生恰当的制动力。ABS系统可以确定对哪个车轮施加所需的制动。
　　
　　二、稳定性电子控制程序的作用
　　
　　国外某公司在它的MK20ABS系统的基础上开发了汽车稳定性电子控制程序（ESP）。ESP能够识别诸如驾驶员慌乱反应这样的紧急驾驶工况并通过对单个车轮施加制动和干预发动机控制系统来保持车辆的稳定性。这个软件能够综合理想转向角、横摆角度、侧向力和轮速差异等信号，很快判别出汽车失去控制的时刻。然后不管驾驶员如何操作，对车辆施加制动还是加速，ESP开始发挥作用使汽车稳定下来，当这个系统运行时，由ABS和TCS在制动和加速的工况下控制车轮的滑移率，从而使汽车的前部和后部都能够保持稳定。然后系统的横摆控制部分使汽车保持其相对于垂直轴线（如前例中提出的玩具汽车的销子）的稳定性。这个过程独立于驾驶员的操纵行为，通过对单个车轮施加制动控制或控制发动机瞬时输出扭矩来完成。目前已有多种ESP系统问世。可以确信，随着计算机和软件工程环境产品的成本的下降，这些系统的价格也会随着下降。当人们看到这些稳定性控制系统时，它们与其它部件相比看起来并没有太大的差别，这就是汽车服务商们的高明之处。而且更应该注意的是，虽然在进行汽车维修时不得不非常留意零部件的数目，因为这些系统因制造商、型号和年份不同而有所差异，你仅能够提出出在一个功能模块或装配的不同，然而汽车的论断系统会帮助你判断出了什么故障，还会保证你正确地更换零件，从而使系统能够正常运行。
　　（作者单位：嫩江县道路运输管理站）

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