汽車驅(qū)動(dòng)防滑系統(tǒng)性能實(shí)時(shí)虛擬實(shí)驗(yàn)平臺(tái)的設(shè)計(jì)

杜寶雷

廣東技術(shù)師范學(xué)院,廣東廣州 510665

汽車驅(qū)動(dòng)防滑系統(tǒng)性能實(shí)時(shí)虛擬實(shí)驗(yàn)平臺(tái)的設(shè)計(jì)

杜寶雷

廣東技術(shù)師范學(xué)院,廣東廣州 510665

汽車驅(qū)動(dòng)防滑系統(tǒng)的作用是當(dāng)汽車加速時(shí)將輪胎滑動(dòng)率控制在一定的范圍內(nèi)，從而防止驅(qū)動(dòng)輪因?yàn)榛瑒?dòng)而損失動(dòng)力或因?yàn)檫^大動(dòng)力輸出造成一些安全問題。本文應(yīng)用虛擬儀器軟件開發(fā)平臺(tái)LabVIEW 軟件開發(fā)汽車驅(qū)動(dòng)防滑系統(tǒng)虛擬測(cè)試系統(tǒng)，提出了基于LabVIEW軟件的單片機(jī)、PC 機(jī)USB接口通信的測(cè)試方案，并成功開發(fā)了該虛擬測(cè)試系統(tǒng)，測(cè)試結(jié)果表明： 該測(cè)試系統(tǒng)具有高穩(wěn)定性和測(cè)試精度，對(duì)相關(guān)虛擬測(cè)試系統(tǒng)的開發(fā)具有一定的借鑒價(jià)值。

驅(qū)動(dòng)防滑系統(tǒng)； LabVIEW； 虛擬測(cè)試

0 引言

ASR（Anti-Slip Regulation，即驅(qū)動(dòng)防滑系統(tǒng)）也叫自動(dòng)牽引力控制TCS（Traction Control System），是一套在ABS基礎(chǔ)上發(fā)展起來，與ABS一起對(duì)打滑的驅(qū)動(dòng)輪進(jìn)行控制的系統(tǒng)。當(dāng)車輛在低附著系數(shù)路面上加速行駛時(shí)，隨著發(fā)動(dòng)機(jī)輸出功率的增大,驅(qū)動(dòng)輪必定會(huì)發(fā)生滑轉(zhuǎn)。ASR是一套在ABS基礎(chǔ)上發(fā)展起來，與ABS一起對(duì)打滑的驅(qū)動(dòng)輪進(jìn)行控制的系統(tǒng)。

汽車的行駛受行駛牽引力和附著力的限制，即要滿足：

式中：∑Ff——汽車行駛阻力；Ft——汽車牽引力；Fφ——汽車附著力。

如果路面的附著系數(shù)很小，容易使汽車的牽引力超過輪胎與路面間的附著極限（即Ft>Fφ），產(chǎn)生驅(qū)動(dòng)輪過度滑轉(zhuǎn)，后輪驅(qū)動(dòng)的汽車將可能甩尾，前輪驅(qū)動(dòng)的汽車則容易方向失控，導(dǎo)致汽車向一側(cè)偏移。驅(qū)動(dòng)防滑的基本原理與制動(dòng)防滑相似，根據(jù)地面附著系數(shù)和車輪滑移率的關(guān)系曲線，把車輪滑移率控制在一定范圍內(nèi)，提高地面附著力的利用率，改善驅(qū)動(dòng)性能。

目前，ASR常用的控制方法有種：一是調(diào)整發(fā)動(dòng)機(jī)加在驅(qū)動(dòng)輪上的轉(zhuǎn)矩的發(fā)動(dòng)機(jī)控制。汽油機(jī)常通過控制燃油噴射量、點(diǎn)火時(shí)間、節(jié)氣門開度來減低其輸出轉(zhuǎn)矩；柴油機(jī)常通過控制燃油噴射量來減低其輸出轉(zhuǎn)矩。二是對(duì)發(fā)生打滑的驅(qū)動(dòng)輪直接施加制動(dòng)的制動(dòng)控制。如果驅(qū)動(dòng)輪在不同附著系數(shù)的路面上，通過對(duì)打滑的驅(qū)動(dòng)輪實(shí)施制動(dòng)，降低滑移率，提高驅(qū)動(dòng)力。對(duì)于附著系數(shù)相同的路面，可通過發(fā)動(dòng)機(jī)控制來實(shí)現(xiàn)防驅(qū)動(dòng)輪打滑，也可對(duì)打滑的兩驅(qū)動(dòng)輪實(shí)施制動(dòng)。為防止制動(dòng)蹄過熱，當(dāng)車速高于一定值時(shí)，制動(dòng)控制將不起作用，要依靠發(fā)動(dòng)機(jī)控制。

ASR與ABS有十分密切的聯(lián)系，是ABS的自然延伸。二者在技術(shù)上比較接近，部分軟、硬件可以共用。ABS所用的傳感器和壓力調(diào)節(jié)器均可為ASR所利用，ABS的電子控制裝置只需要在功能上進(jìn)行相應(yīng)的擴(kuò)展即可用于ASR裝置。在 ABS的基礎(chǔ)上，只需添加ASR電磁閥，即可對(duì)過分滑轉(zhuǎn)的車輪實(shí)施制動(dòng)。對(duì)電控發(fā)動(dòng)機(jī)來說，通過總線就可控制發(fā)動(dòng)機(jī)的輸出力矩。非電控發(fā)動(dòng)機(jī)，只需增加一些傳感器和執(zhí)行機(jī)構(gòu)，就可控制發(fā)動(dòng)機(jī)的輸出力矩。基于此，通常把二者有機(jī)地結(jié)合起來，形成汽車ABS/ASR防滑控制系統(tǒng)。

1 虛擬實(shí)驗(yàn)平臺(tái)結(jié)構(gòu)和工作原理

被虛擬實(shí)驗(yàn)平臺(tái)主要考察汽油機(jī)ASR系統(tǒng)的性能，主要通過虛擬儀器技術(shù)檢測(cè)電控發(fā)動(dòng)機(jī)的燃油噴射量、點(diǎn)火時(shí)間和節(jié)氣門開度計(jì)算出發(fā)動(dòng)機(jī)的輸出轉(zhuǎn)矩，然后結(jié)合車輪的制動(dòng)情況，觀察汽車的滑移率控制情況。

圖1 汽車ASR系統(tǒng)虛擬實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)原理圖

虛擬實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)主要有試驗(yàn)用汽車，USB-6251數(shù)據(jù)采集卡，數(shù)據(jù)處理用計(jì)算機(jī)組成。實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)的原理是在實(shí)驗(yàn)過程首先在實(shí)驗(yàn)跑道上跑車，然后模擬汽車劃轉(zhuǎn)的工況時(shí)中，系統(tǒng)開始采集信號(hào)，系統(tǒng)采集噴油脈寬和噴油頻率可計(jì)算出在對(duì)應(yīng)時(shí)間內(nèi)的燃油噴射量，系統(tǒng)考察節(jié)氣門開度、點(diǎn)火提前角和燃油噴射量的變化作為轉(zhuǎn)矩變化的參考。同時(shí)，應(yīng)用實(shí)時(shí)采集到的輪速和車速可得出汽車的滑移率，然后考察汽車轉(zhuǎn)矩變化和汽車滑移率變化的相關(guān)性，相關(guān)性越好表明汽車ASR系統(tǒng)控制滑移率的精確度越高，滑移率在正常范圍內(nèi)的波動(dòng)越小表明汽車ASR系統(tǒng)控制的穩(wěn)定性越高。

2 數(shù)據(jù)采集接口設(shè)計(jì)

考慮到數(shù)據(jù)采集精度與安裝使用的方便性，汽車驅(qū)動(dòng)防滑實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)采用美國國家儀器公司生產(chǎn)的M系列USB-6251高精度數(shù)據(jù)采集卡，NI USB-6251是一款USB高速M(fèi)系列多功能DAQ模塊，在高采樣率下也能保持高精度。USB-6251的主要技術(shù)指標(biāo)為16路模擬輸入（16位）；單通道1.25 M/s采樣率（總計(jì)1 MS/s），2路模擬輸出（16位, 2.8 MS/s）；24路數(shù)字I/O（每8共享一個(gè)時(shí)鐘）；32位計(jì)數(shù)器。

3 軟件設(shè)計(jì)

軟件是虛擬儀器設(shè)計(jì)的關(guān)鍵，汽車驅(qū)動(dòng)防滑性能測(cè)試系統(tǒng)主要采用NI公司的圖形化編程語言Labview 8.2來開發(fā)，檢測(cè)系統(tǒng)主要程序框圖如圖2所示。

主程序主要包括系統(tǒng)初始化、判斷汽車是否到位、啟動(dòng)發(fā)動(dòng)機(jī)、數(shù)據(jù)采集、計(jì)算以及顯示和存儲(chǔ)結(jié)果等。程序執(zhí)行流程是，首先提示受檢車輛就緒，然后通過讀取光電開關(guān)狀態(tài)檢查車輛到位情況。若車輛到位，則通過提示引車員在試驗(yàn)路面上逐漸加速然后制動(dòng)，在制動(dòng)過程中采集發(fā)動(dòng)機(jī)的點(diǎn)火提前、燃油噴射量等參數(shù)計(jì)算出車輛的實(shí)時(shí)轉(zhuǎn)矩?cái)?shù)據(jù)，同時(shí)采集汽車的車速和輪速信號(hào)。計(jì)算車輛的滑移率。

圖2 軟件部分流程圖

反復(fù)多次試驗(yàn)。若滿足停止采樣條件或采樣時(shí)間大于設(shè)定的延時(shí)時(shí)間10 s，則停止采集，最后計(jì)算數(shù)據(jù)、顯示并存儲(chǔ)檢測(cè)結(jié)果。

4 結(jié)論

本系統(tǒng)依據(jù)實(shí)際開發(fā)，實(shí)現(xiàn)了汽車驅(qū)動(dòng)防滑系統(tǒng)各項(xiàng)參數(shù)的檢測(cè)和評(píng)定，實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明該系統(tǒng)有較高的穩(wěn)定性和測(cè)試精度。同時(shí)，該系統(tǒng)簡(jiǎn)單便攜，能很方便的應(yīng)用于新車研究開發(fā)試驗(yàn)、新車的出廠檢驗(yàn)等，具有較好的應(yīng)用前景。

[1]崔靖，周忠川.汽車綜合性能檢測(cè)[M].上海：上?？茖W(xué)技 術(shù)文獻(xiàn)出版社，1999.

[2]董正身，曹曉燕，尹東星.基于虛擬儀器汽車動(dòng)力性和經(jīng) 濟(jì)性測(cè)試系統(tǒng)的研究與開發(fā)[J].儀器儀表學(xué)報(bào)，2007，28(4)： 50-60.

[3]陳廣秋，辛華，楊宏偉.汽車制動(dòng)性能測(cè)試系統(tǒng)的研究與 設(shè)計(jì)[J].自動(dòng)化儀表，2008，29(5)：167-171.

[4]張重雄.虛擬儀器技術(shù)分析與設(shè)計(jì)[M].北京：電子工業(yè)出 版社，2007：219-223.

[5]徐偉.基于ABS/ASR集成的汽車ESP系統(tǒng)的監(jiān)測(cè)和控制[J]. 機(jī)電工程技術(shù)，2008(7)：104-106.

U461.3

A

1674-6708（2010）24-0094-02