第三章 汽车驱动轮防滑转控制系统
第一节 驱动轮防滑转控制的基本原理
一、概述
随着汽车工业的发展，汽车保有量不断增加。人们对汽车的安全性越来越重视，在防抱死制动系统的基础上，又出现了驱动轮防滑转系统，即ASR（TRC）系统，它的作用是当汽车在易滑路面或左右附着力不同的复杂路面上起步或加速时，通过电脑自动调节发动机的输出转矩和对各车轮适当制动，减小车轮的滑转，保证汽车能尽快起步、加速并保持行驶方向的稳定，与ABS联合使用，可大大提高汽车行驶的安全性。
汽车驱动轮防滑转控制系统通常称为防滑转调节系统（ASR，Anti-Slip Regulation Sys-tem）。由于防止驱动轮滑转都是通过调节驱动轮的驱动力（牵引力）来实现，因此又称为牵引力控制系统，简称TCS或TRC（Traction Control System）。通常欧洲车多把加速防滑系统称为ASR，如奔驰和奥迪。但在日本丰田公司生产的轿车上，加速防滑系统称为TRC。在日本马自达公司生产的轿车上，加速防滑系统则称TCS。ASR是ABS功能的完善和补充，ASR可独立设立，但大多数与ABS组合在一起，常用ABS/ASR表示，统称为防滑控制系统。
众所周知，汽车在起步、加速或冰雪路面上行驶时，容易出现打滑现象。这是因为汽车发动机传递给车轮的最大驱动力是由轮胎与路面之间的附着系数和地面作用在驱动轮上的法向反力的乘积（即附着力）决定的。当传递给车轮的驱动力超过附着力时，车轮就会发生打滑空转（即滑转）。
当汽车在低附着系数路面（如泥泞路面、冰雪路面）上行驶时，由于地面对车轮施加的反作用转矩很小，因此在起步、加速时驱动轮就会发生滑转。此外，当汽车在越野条件下行驶时，如果某个（或某些）驱动轮处在附着系数极限低的路面上，那么地面对车轮施加的反作用转矩将很小，虽然另一个（或一些）车轮处在附着系数较高的路面上，但是根据差速器转矩等量分配特性，它（们）能够提供的驱动转矩只能与处在低附着系数路面上车轮提供的驱动转矩相等。因此在驱动力不足的情况下，汽车将无法前进，发动机输出的功率大部分消耗在车轮的滑转上，不仅浪费燃油、加速轮胎磨损，而且降低车辆的通过性能和机动能力。
防止驱动轮滑转曾采用过许多办法，如安装防滑链，使用防滑的雪地轮胎和带防滑钉的防滑轮胎等，但迄今为止最有效的办法还是采用ASR。ASR的主要功用是：在车轮开始滑转时，通过降低发动机的输出转矩或控制制动系统的制动力来减小传递给驱动车轮的驱动力，防止驱动力超过轮胎与路面之间的附着力而导致驱动轮滑转，提高车辆的通过性，改善汽车的方向操纵性和行驶稳定性。
ASR与ABS密切相关，都是汽车行驶的主动安全系统，两个系统通常同时采用。ASR是维持附着条件，充分发挥驱动力的电子调节装置。
二、驱动力Ft与附着力Fφ的关系
汽车行驶时，驱动力与行驶阻力必须满足下述方程式（即汽车行驶方程式）规定的条件
Ff+Fw+Fi≤Ft≤Fφ=Fz·φ
式中 Ff——滚动阻力；
Fw——空气阻力；
Fi——坡度阻力；
Ft——汽车的驱动力；
Fφ——附着力；
Fz——地面作用在驱动轮上的法向（垂直）反作用力；
φ——轮胎—道路附着系数，简称附着系数。
由此可见，当发动机输出转矩增大时，驱动力随之增大。但是，驱动力的增大受到附着力的限制，驱动力的最大值只能等于轮胎与路面之间的附着力。当驱动力超过附着力时，驱动轮将在路面上滑转。我们经常看到，当驾驶人想使汽车快速起步而用力踩下加速踏板时，尽管车轮快速转动，但是汽车却原地不动，其原因就是传递给车轮的驱动力超过了附着力。
三、滑转率与附着系数的关系
1.滑转率
汽车车轮打滑有两种情况：其一是汽车制动时车轮抱死滑移；其二是汽车驱动时车轮滑转。ABS是防止车轮在制动时抱死而滑移的装置，ASR则是防止驱动车轮原地不动而滑转的装置。驱动轮的滑转程度用滑转率表示，滑转率是指车轮速度与车速的差值与车轮速度之比。其表达式为
式中 Sd——驱动轮滑转率；
vω——车辆速度（车轮瞬时圆周速度，vw=rω），单位为m/s；
ω——车轮转动角速度，单位为rad/s；
r——车轮半径，单位为m；
v——车速（车轮中心纵向速度），单位为m/s。
当vω=v时，滑转率Sd=0，车轮自由滚动。
当v=0时，滑转率Sd=100%，车轮完全处于滑转状态。
当vω＞v时，滑转率0＜Sd＜100%，车轮既滚动又滑动。车轮滑转率越大，说明车轮驱动过程中滑转成分所占比例越大。
2.滑转率与附着系数的关系
驱动时车轮和路面之间的附着系数与滑转率的关系和制动时相似，如图3-1所示。开始时随着车轮滑转率的增大，纵向附着系数迅速增大，当滑转率达到10%～30%之间时，纵向附着系数达到最大值，此时横向附着系数也比较大。此后，随着滑转率的增大，纵向附着系数逐渐下降，当滑转率达到100%时，在干沥青路面上纵向附着系数比峰值纵向附着系数会下降约10%～20%，并且横向附着系数几乎下降为零。因此在完全滑转的情况下，不仅会由于纵向附着系数比峰值时下降导致所能够提供的地面驱动力减小，而且由于横向附着系数接近于零导致汽车行驶稳定性和操纵性能的下降，对于后轮驱动的汽车会失去方向稳定性，对于前轮驱动的汽车会失去转向控制能力。
图3-1 纵向附着系数与滑移率和滑转率的关系
防滑转控制系统的基本控制原理是在车轮滑转时，将滑转率控制在最佳滑转率（10%～30%）范围内，从而获得较大的附着系数，使路面能够提供较大的附着力，车轮的驱动力能够得到充分利用。车辆装备ASR之后，当汽车在起步、加速或冰雪路面上行驶时，驾驶人无须特别小心地踩下加速踏板，ASR就能根据路面状况调节驱动力，使驱动轮保持最佳的驱动力。在车上安装ASR有如下优点：
1）提高了汽车的动力性。汽车在起步、行驶过程中可获得最佳的驱动力，尤其是在附着系数较小的路面，汽车起步、加速及爬坡能力得到显著改善。
2）提高了汽车的行驶稳定性和前轮驱动汽车的转向控制能力。
3）减少了轮胎磨损，降低了发动机油耗。
四、ASR与ABS的异同
ASR和ABS都是通过控制车轮和路面的相对滑动，以保证轮胎与地面之间存在较大的纵向和横向附着系数，因此两系统密切相关，常采用相同的技术，结合在一起共享许多电子组件和共同的系统部件来控制车轮的运动状态，构成车辆行驶安全系统。ASR与ABS具有许多共性，主要体现在：
①ABS与ASR系统均可以通过控制车轮的制动力矩来达到控制车轮滑动的目的。
②ABS与ASR系统均要求系统具有迅速的反应能力和足够的控制精度。
③两种系统均要求调节过程消耗尽可能小的能量。
④ASR与ABS一样，具有自诊断功能。
同时，ASR与ABS也存在一些明显的区别，主要体现在：
①ABS是防止制动时车轮抱死滑移，改善制动效能，确保制动安全；ASR则是防止驱动车轮原地滑转，提高汽车起步、加速性能及在滑溜路面行驶的通过性和方向稳定性。
②ABS对所有车轮实施调节，ASR只对驱动轮加以调节控制。
③在ABS控制期间，离合器通常都处于分离状态（指装备手动变速器的汽车），发动机也处于怠速运转，而在ASR控制期间，离合器则处于接合状态，发动机的惯性会对ASR控制产生较大的影响。
④ABS控制起作用阶段是在制动过程期间；而ASR控制阶段是在汽车驱动期间（尤其是在起步、加速、转弯等过程中）。
⑤ABS是在汽车制动时，车轮出现抱死的情况下起控制作用，在车速很低（小于8km/h）时不起作用；而ASR则是在整个行驶过程中都工作，在车轮出现滑转时起作用，而当车速很高（80～120km/h）时不起作用。
⑥ABS工作时，传动系振动较小，各车轮之间的相互影响不大，而ASR工作时，由于差速器的作用会使驱动车轮之间产生较大的相互影响，传动系易产生较大振动。
⑦ABS只是一个反应时间近似一定的制动控制单环系统，而ASR却是由反应时间不同的制动控制和发动机控制等组成的多环系统。