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轿车ABS/ASR/ACC集成化电控系统

作者:时间:2013-01-22来源:网络收藏
1. 引言

现在世界上很多汽车公司和零部件生产厂家都在致力于提高汽车行驶的安全性能,特别是致力于提高汽车行驶的主动安全性能,这已经成为汽车电子化发展的一个重要方面。

汽车制动防抱死系统(Antilock Braking System),简称,是汽车主动安全装置的代表,其作用是在制动过程中防止车轮抱死,提高车辆在制动过程中的方向稳定性、转向控制能力和缩短制动距离,使汽车制动更为安全有效。

汽车驱动防滑系统(Anti-slip Regulation),简称,也是一种主动安全装置,可根据车辆的行驶行为使车辆驱动轮在恶劣路面或复杂路面条件下得到最佳纵向驱动力,能够在驱动过程中,特别在起步、加速、转弯等过程中防止驱动车轮发生过份滑转,使得汽车在驱动过程中保持方向稳定性和转向操纵能力及提高加速性能等。故又称为牵引力控制系统(Traction Control System),即TCS 系统。

可视为 在技术上的自然延伸。在装备了 的汽车上,添加了发动机输出力矩的调节和驱动轮制动压力的调节功能后,ABS 所用的车轮转速传感器和压力调节器可全部为 所利用。ASR 和ABS 在算法上相类似,许多程序模块可以通用,大大简化了程序结构,节省存储空间。因而在实际应用中可以把两者集成在一起,并将它们的控制逻辑也集成在一个控制器中,形成ABS/ASR 集成系统。

基于ABS/ASR 集成系统,可以开发出更多的车辆电子控制系统。例如电子制动力分配系统(Electronic braking force distribution,EBD),汽车行驶稳定性控制系统(Electronic stability program,ESP),下坡辅助控制系统(Downhill assist control,DAC),坡道起步辅助控制系统(Hill-start assist control,HAC),转向制动控制系统(Cornering brake control,CBC),汽车信息记录仪(Event data recorder,EDR)等。

汽车ABS/ASR/ 集成系统是一个新的汽车主动安全行驶的发展方向,ABS/ASR 的执行机构可完全满足ABS/ASR/ 系统的需要,传感器方面只需添加探测主车与目标车辆信息的车距传感器,在ABS/ASR ECU 的基础上,对硬件电路进行相应的扩充和软件控制逻辑的有机融合,就可实现ABS/ASR/ 控制的集成化。

ACC 系统可通过ASR 的节气门开度调节和主动制动调节的方法调节车速,保持安全车距行驶,避免或减小追尾事故。紧急情况时,能自动发挥ABS 功能,确保制动过程的稳定性和安全性。

自2002 年起,我们承担了福特-中国研究与发展基金第三期项目“汽车ABS/ASR/ACC 集成化系统仿真研究”,进行了ABS/ASR/ACC 集成系统的研究和开发。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,实车控制效果好。

2. ABS/ASR/ACC 集成系统概述

在捷达GTX 试验样车上,开发一种轿车ABS/ASR 集成电控系统的ECU,并通过预留相关ACC 通讯和控制接口,初步实现ABS/ASR/ACC 集成系统的功能。该集成系统主要包括电控单元ECU、传感器、执行机构三个部分。图1 为汽车ABS/ASR/ACC 集成化系统示意图。


图1 ABS/ASR/ACC 集成化系统示意图

当汽车正常行驶时,ABS/ASR/ACC 集成系统ECU 实时采集和处理传感器信号,包括四个轮速信号、蓄能器压力信号、节气门开度信号、加速踏板开度信号、制动踏板开关信号、节气门怠速开关信号、与目标车辆间的相对距离和相对速度信号,并根据其所提供的信息,选用不同的控制方式对汽车进行控制。控制的方式包括以调节车轮轮缸压力为目标的制动干预模式和以调节发动机输出力矩为目标的节气门开度控制模式,各子系统功能的实现就是对以上两种控制方式适当组合和合理控制的结果。

ABS/ASR/ACC 集成系统具有实时故障诊断功能,当系统出现故障时,执行机构及时复位,故障报警灯点亮,提醒驾驶员注意和及时处理。

对于集成系统的ECU 和传感器部分将在后面详细介绍,这里仅对集成系统的执行机构作以简单描述。

与现有的ABS/ASR 集成系统不同,ACC 主动制动干预控制功能要求对四个车轮进行独立压力调节。针对试验样车4×2 前轮驱动方式和交叉双制动管路布置方案,基于原车装配的Teves MK II 型ABS压力调节器,进行了车辆制动系统的设计改造,添加了外部液压动力源,通过工作模式电磁阀22、23 实现ABS 制动方式和主动制动干预方式的切换,如图2 所示。


图2 ABS/ASR/ACC 集成液压系统原理图
1、左前轮进油电磁阀;2、左前轮卸压单向阀;3、左前轮回油电磁阀;4、右后轮进油电磁阀;
5、右后轮卸压单向阀;6、右后轮回油电磁阀;7、右前轮进油电磁阀;8、右前轮卸压单向阀;
9、右前轮回油电磁阀;10、左后轮进油电磁阀;11、左后轮卸压单向阀;12、左后轮回油电磁阀;
13、19、ABS 回油泵;14、16、ABS 低压储液器;15、17、20、21、ABS 回油单向阀;18、ABS
电机;22、23、工作模式电磁阀;24、压力表;25、压力传感器;26、蓄能器;27、压力继电器;
28、油滤;29、ASR 电机;30、液压泵;31、液压泵单向阀;32、卸荷电磁阀;33、安全阀

针对ASR 和ACC 功能要求的发动机输出力矩调节,采用了步进电机控制节气门的改装方案,如图3 所示。在ASR 不参与控制时,集成系统ECU 根据加速踏板传感器的输入信号,运用PID 算法,驱动步进电机对节气门进行伺服随动调节;当它判断需要进行发动机输出力矩调节时,计算出节气门需要转过的目标角度,发出控制指令,驱动步进电机使节气门转到目标开度。


图3 发动机输出力矩节气门开度调节方案图


图4 发动机输出力矩节气门开度调节工作原理图

试验样车集成系统的执行机构具备以下特点和功能:

1)改造后的汽车ABS/ASR/ACC 系统的执行机构,不影响原车ABS 执行机构的正常工作;
2)能够进行驱动轮制动干预控制和发动机输出力矩调节,能够进行完整的ASR驱动防滑控制;
3)添加车距传感器后,结合各个车轮的独立车轮制动干预控制和发动机输出力矩调节,能够进行完整的ACC 自适应巡航控制;
4)集成系统具备外部的动力源,可主动对四个车轮独立进行制动干预控制,使得系统有很好的扩展性。在现有集成系统执行机构的基础上,仅通过修改和完善电控系统的硬件电路和软件逻辑就能实现更多的集成控制功能,例如,坡道起步辅助控制系统HAC (Hill-start assist control) ,下坡辅助控制系统DAC (Downhill assist control),转向制动控制系统CBC (Cornering braking control)等;
5)改造后的汽车ABS/ASR/ACC 系统的执行机构,不影响汽车的所有使用性能,如执行机构发生故障,仍可保证车辆具有常规的制动功能。

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