汽车驱动防滑系统性能实时虚拟实验平台的设计

杜宝雷

广东技术师范学院,广东广州 510665

汽车驱动防滑系统性能实时虚拟实验平台的设计

杜宝雷

广东技术师范学院,广东广州 510665

汽车驱动防滑系统的作用是当汽车加速时将轮胎滑动率控制在一定的范围内，从而防止驱动轮因为滑动而损失动力或因为过大动力输出造成一些安全问题。本文应用虚拟仪器软件开发平台LabVIEW 软件开发汽车驱动防滑系统虚拟测试系统，提出了基于LabVIEW软件的单片机、PC 机USB接口通信的测试方案，并成功开发了该虚拟测试系统，测试结果表明： 该测试系统具有高稳定性和测试精度，对相关虚拟测试系统的开发具有一定的借鉴价值。

驱动防滑系统； LabVIEW； 虚拟测试

0 引言

ASR（Anti-Slip Regulation，即驱动防滑系统）也叫自动牵引力控制TCS（Traction Control System），是一套在ABS基础上发展起来，与ABS一起对打滑的驱动轮进行控制的系统。当车辆在低附着系数路面上加速行驶时，随着发动机输出功率的增大,驱动轮必定会发生滑转。ASR是一套在ABS基础上发展起来，与ABS一起对打滑的驱动轮进行控制的系统。

汽车的行驶受行驶牵引力和附着力的限制，即要满足：

式中：∑Ff——汽车行驶阻力；Ft——汽车牵引力；Fφ——汽车附着力。

如果路面的附着系数很小，容易使汽车的牵引力超过轮胎与路面间的附着极限（即Ft>Fφ），产生驱动轮过度滑转，后轮驱动的汽车将可能甩尾，前轮驱动的汽车则容易方向失控，导致汽车向一侧偏移。驱动防滑的基本原理与制动防滑相似，根据地面附着系数和车轮滑移率的关系曲线，把车轮滑移率控制在一定范围内，提高地面附着力的利用率，改善驱动性能。

目前，ASR常用的控制方法有种：一是调整发动机加在驱动轮上的转矩的发动机控制。汽油机常通过控制燃油喷射量、点火时间、节气门开度来减低其输出转矩；柴油机常通过控制燃油喷射量来减低其输出转矩。二是对发生打滑的驱动轮直接施加制动的制动控制。如果驱动轮在不同附着系数的路面上，通过对打滑的驱动轮实施制动，降低滑移率，提高驱动力。对于附着系数相同的路面，可通过发动机控制来实现防驱动轮打滑，也可对打滑的两驱动轮实施制动。为防止制动蹄过热，当车速高于一定值时，制动控制将不起作用，要依靠发动机控制。

ASR与ABS有十分密切的联系，是ABS的自然延伸。二者在技术上比较接近，部分软、硬件可以共用。ABS所用的传感器和压力调节器均可为ASR所利用，ABS的电子控制装置只需要在功能上进行相应的扩展即可用于ASR装置。在 ABS的基础上，只需添加ASR电磁阀，即可对过分滑转的车轮实施制动。对电控发动机来说，通过总线就可控制发动机的输出力矩。非电控发动机，只需增加一些传感器和执行机构，就可控制发动机的输出力矩。基于此，通常把二者有机地结合起来，形成汽车ABS/ASR防滑控制系统。

1 虚拟实验平台结构和工作原理

被虚拟实验平台主要考察汽油机ASR系统的性能，主要通过虚拟仪器技术检测电控发动机的燃油喷射量、点火时间和节气门开度计算出发动机的输出转矩，然后结合车轮的制动情况，观察汽车的滑移率控制情况。

图1 汽车ASR系统虚拟实验系统原理图

虚拟实验系统主要有试验用汽车，USB-6251数据采集卡，数据处理用计算机组成。实验系统的原理是在实验过程首先在实验跑道上跑车，然后模拟汽车划转的工况时中，系统开始采集信号，系统采集喷油脉宽和喷油频率可计算出在对应时间内的燃油喷射量，系统考察节气门开度、点火提前角和燃油喷射量的变化作为转矩变化的参考。同时，应用实时采集到的轮速和车速可得出汽车的滑移率，然后考察汽车转矩变化和汽车滑移率变化的相关性，相关性越好表明汽车ASR系统控制滑移率的精确度越高，滑移率在正常范围内的波动越小表明汽车ASR系统控制的稳定性越高。

2 数据采集接口设计

考虑到数据采集精度与安装使用的方便性，汽车驱动防滑实验系统采用美国国家仪器公司生产的M系列USB-6251高精度数据采集卡，NI USB-6251是一款USB高速M系列多功能DAQ模块，在高采样率下也能保持高精度。USB-6251的主要技术指标为16路模拟输入（16位）；单通道1.25 M/s采样率（总计1 MS/s），2路模拟输出（16位, 2.8 MS/s）；24路数字I/O（每8共享一个时钟）；32位计数器。

3 软件设计

软件是虚拟仪器设计的关键，汽车驱动防滑性能测试系统主要采用NI公司的图形化编程语言Labview 8.2来开发，检测系统主要程序框图如图2所示。

主程序主要包括系统初始化、判断汽车是否到位、启动发动机、数据采集、计算以及显示和存储结果等。程序执行流程是，首先提示受检车辆就绪，然后通过读取光电开关状态检查车辆到位情况。若车辆到位，则通过提示引车员在试验路面上逐渐加速然后制动，在制动过程中采集发动机的点火提前、燃油喷射量等参数计算出车辆的实时转矩数据，同时采集汽车的车速和轮速信号。计算车辆的滑移率。

图2 软件部分流程图

反复多次试验。若满足停止采样条件或采样时间大于设定的延时时间10 s，则停止采集，最后计算数据、显示并存储检测结果。

4 结论

本系统依据实际开发，实现了汽车驱动防滑系统各项参数的检测和评定，实验结果表明该系统有较高的稳定性和测试精度。同时，该系统简单便携，能很方便的应用于新车研究开发试验、新车的出厂检验等，具有较好的应用前景。

[1]崔靖，周忠川.汽车综合性能检测[M].上海：上海科学技 术文献出版社，1999.

[2]董正身，曹晓燕，尹东星.基于虚拟仪器汽车动力性和经 济性测试系统的研究与开发[J].仪器仪表学报，2007，28(4)： 50-60.

[3]陈广秋，辛华，杨宏伟.汽车制动性能测试系统的研究与 设计[J].自动化仪表，2008，29(5)：167-171.

[4]张重雄.虚拟仪器技术分析与设计[M].北京：电子工业出 版社，2007：219-223.

[5]徐伟.基于ABS/ASR集成的汽车ESP系统的监测和控制[J]. 机电工程技术，2008(7)：104-106.

U461.3

A

1674-6708（2010）24-0094-02