轎車ABS/ASR/ACC集成化電控系統(tǒng)
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現(xiàn)在世界上很多汽車公司和零部件生產(chǎn)廠家都在致力于提高汽車行駛的安全性能，特別是致力于提高汽車行駛的主動安全性能，這已經(jīng)成為汽車電子化發(fā)展的一個(gè)重要方面。
汽車制動防抱死系統(tǒng)（Antilock Braking System），簡稱ABS，是汽車主動安全裝置的代表，其作用是在制動過程中防止車輪抱死，提高車輛在制動過程中的方向穩(wěn)定性、轉(zhuǎn)向控制能力和縮短制動距離，使汽車制動更為安全有效。
汽車驅(qū)動防滑系統(tǒng)（Anti-slip Regulation），簡稱ASR，也是一種主動安全裝置，可根據(jù)車輛的行駛行為使車輛驅(qū)動輪在惡劣路面或復(fù)雜路面條件下得到最佳縱向驅(qū)動力，能夠在驅(qū)動過程中，特別在起步、加速、轉(zhuǎn)彎等過程中防止驅(qū)動車輪發(fā)生過份滑轉(zhuǎn)，使得汽車在驅(qū)動過程中保持方向穩(wěn)定性和轉(zhuǎn)向操縱能力及提高加速性能等。故又稱為牽引力控制系統(tǒng)（Traction Control System），即TCS 系統(tǒng)。
ASR 可視為ABS 在技術(shù)上的自然延伸。在裝備了ABS 的汽車上，添加了發(fā)動機(jī)輸出力矩的調(diào)節(jié)和驅(qū)動輪制動壓力的調(diào)節(jié)功能后，ABS 所用的車輪轉(zhuǎn)速傳感器和壓力調(diào)節(jié)器可全部為ASR 所利用。ASR 和ABS 在算法上相類似，許多程序模塊可以通用，大大簡化了程序結(jié)構(gòu)，節(jié)省存儲空間。因而在實(shí)際應(yīng)用中可以把兩者集成在一起，并將它們的控制邏輯也集成在一個(gè)控制器中，形成ABS/ASR 集成系統(tǒng)。
基于ABS/ASR 集成系統(tǒng)，可以開發(fā)出更多的車輛電子控制系統(tǒng)。例如電子制動力分配系統(tǒng)（Electronic braking force distribution，EBD），汽車行駛穩(wěn)定性控制系統(tǒng)（Electronic stability program，ESP），下坡輔助控制系統(tǒng)（Downhill assist control，DAC），坡道起步輔助控制系統(tǒng)（Hill-start assist control，HAC），轉(zhuǎn)向制動控制系統(tǒng)（Cornering brake control，CBC），汽車信息記錄儀（Event data recorder，EDR）等。
汽車ABS/ASR/ACC 集成系統(tǒng)是一個(gè)新的汽車主動安全行駛的發(fā)展方向，ABS/ASR 的執(zhí)行機(jī)構(gòu)可完全滿足ABS/ASR/ACC 系統(tǒng)的需要，傳感器方面只需添加探測主車與目標(biāo)車輛信息的車距傳感器，在ABS/ASR ECU 的基礎(chǔ)上，對硬件電路進(jìn)行相應(yīng)的擴(kuò)充和軟件控制邏輯的有機(jī)融合，就可實(shí)現(xiàn)ABS/ASR/ACC 控制的集成化。
ACC 系統(tǒng)可通過ASR 的節(jié)氣門開度調(diào)節(jié)和主動制動調(diào)節(jié)的方法調(diào)節(jié)車速，保持安全車距行駛，避免或減小追尾事故。緊急情況時(shí)，能自動發(fā)揮ABS 功能，確保制動過程的穩(wěn)定性和安全性。
自2002 年起，我們承擔(dān)了福特－中國研究與發(fā)展基金第三期項(xiàng)目“汽車ABS/ASR/ACC 集成化系統(tǒng)仿真研究”，進(jìn)行了ABS/ASR/ACC 集成系統(tǒng)的研究和開發(fā)。以前采用Intel 的80C196KB 芯片，功能不足，后改用了Motorola 的HSC12 系列16 位MCU－MC9S12DP256 芯片，功能完善，性能可靠，實(shí)車控制效果好。
2. ABS/ASR/ACC 集成系統(tǒng)概述
在捷達(dá)GTX 試驗(yàn)樣車上，開發(fā)一種轎車ABS/ASR 集成電控系統(tǒng)的ECU，并通過預(yù)留相關(guān)ACC 通訊和控制接口，初步實(shí)現(xiàn)ABS/ASR/ACC 集成系統(tǒng)的功能。該集成系統(tǒng)主要包括電控單元ECU、傳感器、執(zhí)行機(jī)構(gòu)三個(gè)部分。圖1 為汽車ABS/ASR/ACC 集成化系統(tǒng)示意圖。
圖1 ABS/ASR/ACC 集成化系統(tǒng)示意圖
ABS/ASR/ACC 集成系統(tǒng)具有實(shí)時(shí)故障診斷功能，當(dāng)系統(tǒng)出現(xiàn)故障時(shí)，執(zhí)行機(jī)構(gòu)及時(shí)復(fù)位，故障報(bào)警燈點(diǎn)亮，提醒駕駛員注意和及時(shí)處理。
對于集成系統(tǒng)的ECU 和傳感器部分將在后面詳細(xì)介紹，這里僅對集成系統(tǒng)的執(zhí)行機(jī)構(gòu)作以簡單描述。
與現(xiàn)有的ABS/ASR 集成系統(tǒng)不同，ACC 主動制動干預(yù)控制功能要求對四個(gè)車輪進(jìn)行獨(dú)立壓力調(diào)節(jié)。針對試驗(yàn)樣車4×2 前輪驅(qū)動方式和交叉雙制動管路布置方案，基于原車裝配的Teves MK II 型ABS壓力調(diào)節(jié)器，進(jìn)行了車輛制動系統(tǒng)的設(shè)計(jì)改造，添加了外部液壓動力源，通過工作模式電磁閥22、23 實(shí)現(xiàn)ABS 制動方式和主動制動干預(yù)方式的切換，如圖2 所示。
圖2 ABS/ASR/ACC 集成液壓系統(tǒng)原理圖
1、左前輪進(jìn)油電磁閥；2、左前輪卸壓單向閥；3、左前輪回油電磁閥；4、右后輪進(jìn)油電磁閥；
5、右后輪卸壓單向閥；6、右后輪回油電磁閥；7、右前輪進(jìn)油電磁閥；8、右前輪卸壓單向閥；
9、右前輪回油電磁閥；10、左后輪進(jìn)油電磁閥；11、左后輪卸壓單向閥；12、左后輪回油電磁閥；
13、19、ABS 回油泵；14、16、ABS 低壓儲液器；15、17、20、21、ABS 回油單向閥；18、ABS
電機(jī)；22、23、工作模式電磁閥；24、壓力表；25、壓力傳感器；26、蓄能器；27、壓力繼電器；
28、油濾；29、ASR 電機(jī)；30、液壓泵；31、液壓泵單向閥；32、卸荷電磁閥；33、安全閥
圖3 發(fā)動機(jī)輸出力矩節(jié)氣門開度調(diào)節(jié)方案圖
圖4 發(fā)動機(jī)輸出力矩節(jié)氣門開度調(diào)節(jié)工作原理圖
1）改造后的汽車ABS/ASR/ACC 系統(tǒng)的執(zhí)行機(jī)構(gòu)，不影響原車ABS 執(zhí)行機(jī)構(gòu)的正常工作；
2）能夠進(jìn)行驅(qū)動輪制動干預(yù)控制和發(fā)動機(jī)輸出力矩調(diào)節(jié)，能夠進(jìn)行完整的ASR驅(qū)動防滑控制；
3）添加車距傳感器后，結(jié)合各個(gè)車輪的獨(dú)立車輪制動干預(yù)控制和發(fā)動機(jī)輸出力矩調(diào)節(jié)，能夠進(jìn)行完整的ACC 自適應(yīng)巡航控制；
4）集成系統(tǒng)具備外部的動力源，可主動對四個(gè)車輪獨(dú)立進(jìn)行制動干預(yù)控制，使得系統(tǒng)有很好的擴(kuò)展性。在現(xiàn)有集成系統(tǒng)執(zhí)行機(jī)構(gòu)的基礎(chǔ)上，僅通過修改和完善電控系統(tǒng)的硬件電路和軟件邏輯就能實(shí)現(xiàn)更多的集成控制功能，例如，坡道起步輔助控制系統(tǒng)HAC (Hill-start assist control) ，下坡輔助控制系統(tǒng)DAC (Downhill assist control)，轉(zhuǎn)向制動控制系統(tǒng)CBC (Cornering braking control)等；
5）改造后的汽車ABS/ASR/ACC 系統(tǒng)的執(zhí)行機(jī)構(gòu)，不影響汽車的所有使用性能，如執(zhí)行機(jī)構(gòu)發(fā)生故障，仍可保證車輛具有常規(guī)的制動功能。
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