杜寶雷

廣東技術(shù)師范學院,廣東廣州 510665

汽車驅(qū)動防滑系統(tǒng)性能實時虛擬實驗平臺的設(shè)計

杜寶雷

廣東技術(shù)師范學院,廣東廣州 510665

汽車驅(qū)動防滑系統(tǒng)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(nèi)，從而防止驅(qū)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(yīng)用虛擬儀器軟件開發(fā)平臺LabVIEW 軟件開發(fā)汽車驅(qū)動防滑系統(tǒng)虛擬測試系統(tǒng)，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(fā)了該虛擬測試系統(tǒng)，測試結(jié)果表明： 該測試系統(tǒng)具有高穩(wěn)定性和測試精度，對相關(guān)虛擬測試系統(tǒng)的開發(fā)具有一定的借鑒價值。

驅(qū)動防滑系統(tǒng)； LabVIEW； 虛擬測試

0 引言

ASR（Anti-Slip Regulation，即驅(qū)動防滑系統(tǒng)）也叫自動牽引力控制TCS（Traction Control System），是一套在ABS基礎(chǔ)上發(fā)展起來，與ABS一起對打滑的驅(qū)動輪進行控制的系統(tǒng)。當車輛在低附著系數(shù)路面上加速行駛時，隨著發(fā)動機輸出功率的增大,驅(qū)動輪必定會發(fā)生滑轉(zhuǎn)。ASR是一套在ABS基礎(chǔ)上發(fā)展起來，與ABS一起對打滑的驅(qū)動輪進行控制的系統(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)動輪過度滑轉(zhuǎn)，后輪驅(qū)動的汽車將可能甩尾，前輪驅(qū)動的汽車則容易方向失控，導致汽車向一側(cè)偏移。驅(qū)動防滑的基本原理與制動防滑相似，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)動性能。

目前，ASR常用的控制方法有種：一是調(diào)整發(fā)動機加在驅(qū)動輪上的轉(zhuǎn)矩的發(fā)動機控制。汽油機常通過控制燃油噴射量、點火時間、節(jié)氣門開度來減低其輸出轉(zhuǎn)矩；柴油機常通過控制燃油噴射量來減低其輸出轉(zhuǎn)矩。二是對發(fā)生打滑的驅(qū)動輪直接施加制動的制動控制。如果驅(qū)動輪在不同附著系數(shù)的路面上，通過對打滑的驅(qū)動輪實施制動，降低滑移率，提高驅(qū)動力。對于附著系數(shù)相同的路面，可通過發(fā)動機控制來實現(xiàn)防驅(qū)動輪打滑，也可對打滑的兩驅(qū)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(fā)動機控制。

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行相應(yīng)的擴展即可用于ASR裝置。在 ABS的基礎(chǔ)上，只需添加ASR電磁閥，即可對過分滑轉(zhuǎn)的車輪實施制動。對電控發(fā)動機來說，通過總線就可控制發(fā)動機的輸出力矩。非電控發(fā)動機，只需增加一些傳感器和執(zhí)行機構(gòu)，就可控制發(fā)動機的輸出力矩?；诖?，通常把二者有機地結(jié)合起來，形成汽車ABS/ASR防滑控制系統(tǒng)。

1 虛擬實驗平臺結(jié)構(gòu)和工作原理

被虛擬實驗平臺主要考察汽油機ASR系統(tǒng)的性能，主要通過虛擬儀器技術(shù)檢測電控發(fā)動機的燃油噴射量、點火時間和節(jié)氣門開度計算出發(fā)動機的輸出轉(zhuǎn)矩，然后結(jié)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(tǒng)虛擬實驗系統(tǒng)原理圖

虛擬實驗系統(tǒng)主要有試驗用汽車，USB-6251數(shù)據(jù)采集卡，數(shù)據(jù)處理用計算機組成。實驗系統(tǒng)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(zhuǎn)的工況時中，系統(tǒng)開始采集信號，系統(tǒng)采集噴油脈寬和噴油頻率可計算出在對應(yīng)時間內(nèi)的燃油噴射量，系統(tǒng)考察節(jié)氣門開度、點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，應(yīng)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(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

考慮到數(shù)據(jù)采集精度與安裝使用的方便性，汽車驅(qū)動防滑實驗系統(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(shù)字I/O（每8共享一個時鐘）；32位計數(shù)器。

3 軟件設(shè)計

軟件是虛擬儀器設(shè)計的關(guān)鍵，汽車驅(qū)動防滑性能測試系統(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、啟動發(fā)動機、數(shù)據(jù)采集、計算以及顯示和存儲結(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路面上逐漸加速然后制動，在制動過程中采集發(fā)動機的點火提前、燃油噴射量等參數(shù)計算出車輛的實時轉(zhuǎn)矩數(shù)據(jù)，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(shè)定的延時時間10 s，則停止采集，最后計算數(shù)據(jù)、顯示并存儲檢測結(jié)果。

4 結(jié)論

本系統(tǒng)依據(jù)實際開發(fā)，實現(xiàn)了汽車驅(qū)動防滑系統(tǒng)各項參數(shù)的檢測和評定，實驗結(jié)果表明該系統(tǒng)有較高的穩(wěn)定性和測試精度。同時，該系統(tǒng)簡單便攜，能很方便的應(yīng)用于新車研究開發(fā)試驗、新車的出廠檢驗等，具有較好的應(yīng)用前景。

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