汽車驅動防滑系統性能實時虛擬實驗平臺的設計

杜寶雷

廣東技術師范學院,廣東廣州 510665

汽車驅動防滑系統性能實時虛擬實驗平臺的設計

杜寶雷

廣東技術師范學院,廣東廣州 510665

汽車驅動防滑系統的作用是當汽車加速時將輪胎滑動率控制在一定的范圍內，從而防止驅動輪因為滑動而損失動力或因為過大動力輸出造成一些安全問題。本文應用虛擬儀器軟件開發平臺LabVIEW 軟件開發汽車驅動防滑系統虛擬測試系統，提出了基于LabVIEW軟件的單片機、PC 機USB接口通信的測試方案，并成功開發了該虛擬測試系統，測試結果表明： 該測試系統具有高穩定性和測試精度，對相關虛擬測試系統的開發具有一定的借鑒價值。

驅動防滑系統； LabVIEW； 虛擬測試

0 引言

ASR（Anti-Slip Regulation，即驅動防滑系統）也叫自動牽引力控制TCS（Traction Control System），是一套在ABS基礎上發展起來，與ABS一起對打滑的驅動輪進行控制的系統。當車輛在低附著系數路面上加速行駛時，隨著發動機輸出功率的增大,驅動輪必定會發生滑轉。ASR是一套在ABS基礎上發展起來，與ABS一起對打滑的驅動輪進行控制的系統。

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），產生驅動輪過度滑轉，后輪驅動的汽車將可能甩尾，前輪驅動的汽車則容易方向失控，導致汽車向一側偏移。驅動防滑的基本原理與制動防滑相似，根據地面附著系數和車輪滑移率的關系曲線，把車輪滑移率控制在一定范圍內，提高地面附著力的利用率，改善驅動性能。

目前，ASR常用的控制方法有種：一是調整發動機加在驅動輪上的轉矩的發動機控制。汽油機常通過控制燃油噴射量、點火時間、節氣門開度來減低其輸出轉矩；柴油機常通過控制燃油噴射量來減低其輸出轉矩。二是對發生打滑的驅動輪直接施加制動的制動控制。如果驅動輪在不同附著系數的路面上，通過對打滑的驅動輪實施制動，降低滑移率，提高驅動力。對于附著系數相同的路面，可通過發動機控制來實現防驅動輪打滑，也可對打滑的兩驅動輪實施制動。為防止制動蹄過熱，當車速高于一定值時，制動控制將不起作用，要依靠發動機控制。

ASR與ABS有十分密切的聯系，是ABS的自然延伸。二者在技術上比較接近，部分軟、硬件可以共用。ABS所用的傳感器和壓力調節器均可為ASR所利用，ABS的電子控制裝置只需要在功能上進行相應的擴展即可用于ASR裝置。在 ABS的基礎上，只需添加ASR電磁閥，即可對過分滑轉的車輪實施制動。對電控發動機來說，通過總線就可控制發動機的輸出力矩。非電控發動機，只需增加一些傳感器和執行機構，就可控制發動機的輸出力矩。基于此，通常把二者有機地結合起來，形成汽車ABS/ASR防滑控制系統。

1 虛擬實驗平臺結構和工作原理

被虛擬實驗平臺主要考察汽油機ASR系統的性能，主要通過虛擬儀器技術檢測電控發動機的燃油噴射量、點火時間和節氣門開度計算出發動機的輸出轉矩，然后結合車輪的制動情況，觀察汽車的滑移率控制情況。

圖1 汽車ASR系統虛擬實驗系統原理圖

虛擬實驗系統主要有試驗用汽車，USB-6251數據采集卡，數據處理用計算機組成。實驗系統的原理是在實驗過程首先在實驗跑道上跑車，然后模擬汽車劃轉的工況時中，系統開始采集信號，系統采集噴油脈寬和噴油頻率可計算出在對應時間內的燃油噴射量，系統考察節氣門開度、點火提前角和燃油噴射量的變化作為轉矩變化的參考。同時，應用實時采集到的輪速和車速可得出汽車的滑移率，然后考察汽車轉矩變化和汽車滑移率變化的相關性，相關性越好表明汽車ASR系統控制滑移率的精確度越高，滑移率在正常范圍內的波動越小表明汽車ASR系統控制的穩定性越高。

2 數據采集接口設計

考慮到數據采集精度與安裝使用的方便性，汽車驅動防滑實驗系統采用美國國家儀器公司生產的M系列USB-6251高精度數據采集卡，NI USB-6251是一款USB高速M系列多功能DAQ模塊，在高采樣率下也能保持高精度。USB-6251的主要技術指標為16路模擬輸入（16位）；單通道1.25 M/s采樣率（總計1 MS/s），2路模擬輸出（16位, 2.8 MS/s）；24路數字I/O（每8共享一個時鐘）；32位計數器。

3 軟件設計

軟件是虛擬儀器設計的關鍵，汽車驅動防滑性能測試系統主要采用NI公司的圖形化編程語言Labview 8.2來開發，檢測系統主要程序框圖如圖2所示。

主程序主要包括系統初始化、判斷汽車是否到位、啟動發動機、數據采集、計算以及顯示和存儲結果等。程序執行流程是，首先提示受檢車輛就緒，然后通過讀取光電開關狀態檢查車輛到位情況。若車輛到位，則通過提示引車員在試驗路面上逐漸加速然后制動，在制動過程中采集發動機的點火提前、燃油噴射量等參數計算出車輛的實時轉矩數據，同時采集汽車的車速和輪速信號。計算車輛的滑移率。

圖2 軟件部分流程圖

反復多次試驗。若滿足停止采樣條件或采樣時間大于設定的延時時間10 s，則停止采集，最后計算數據、顯示并存儲檢測結果。

4 結論

本系統依據實際開發，實現了汽車驅動防滑系統各項參數的檢測和評定，實驗結果表明該系統有較高的穩定性和測試精度。同時，該系統簡單便攜，能很方便的應用于新車研究開發試驗、新車的出廠檢驗等，具有較好的應用前景。

[1]崔靖，周忠川.汽車綜合性能檢測[M].上海：上海科學技 術文獻出版社，1999.

[2]董正身，曹曉燕，尹東星.基于虛擬儀器汽車動力性和經 濟性測試系統的研究與開發[J].儀器儀表學報，2007，28(4)： 50-60.

[3]陳廣秋，辛華，楊宏偉.汽車制動性能測試系統的研究與 設計[J].自動化儀表，2008，29(5)：167-171.

[4]張重雄.虛擬儀器技術分析與設計[M].北京：電子工業出 版社，2007：219-223.

[5]徐偉.基于ABS/ASR集成的汽車ESP系統的監測和控制[J]. 機電工程技術，2008(7)：104-106.

U461.3

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1674-6708（2010）24-0094-02