TCS转速传感器和节气门位置传感器的作用及控制原理

当车辆在湿滑路面上突遇紧急情况而紧急制动时，车辆会侧滑或甩尾；当左右侧车轮分别行驶于不同附着系数的路面上时，车辆制动会侧滑或甩尾，很多事故便由此产生；弯道制动遇到上述情况，事故会更严重。理想制动系统的特性应当是，当车辆制动时，将车轮滑移率S控制在峰值系数滑移率（即S=20%）附近，这样既能使车辆有高制动效能，又可保证车辆稳定性。车辆稳定控制系统（简称稳控系统）是随时监控车辆动力学特性、调节动力学性能、保证稳定性、实施主动安全控制、避免事故并延长车辆使用寿命的装置；也是为了消除在各种工况中出现非稳定因素，避免出现由此引发的各种事故而专门设置的系统。

当紧急制动时，防抱死制动系统（Anti-Lock Brake System，ABS）可防止车轮抱死；当车轮打滑时，牵引力控制系统（Traction Control System，TCS）控制发动机输出，并对车轮进行制动，可防止车轮打滑；当过度转向或转向不足时，电子稳定程序（Electronic Stability Program，ESP）控制车辆保持稳定性。稳控系统可在上述三种情况发挥作用，保持车辆动力学稳定性；另外，稳控系统还可在在车辆闪避突然出现的障碍物时，车辆因转向不足而向外侧滑移、或转向过度而使车辆横越路中心线及原地自转时，控制发动机输出并对车轮进行控制，以消除失稳状态，提高车辆动态稳定性。

20世纪初，原始的ABS用在铁路机车上，借此来避免机车车轮因制动导致的“平面现象”和钢轨早期损坏；1936年博世公司取得ABS专利权；1940年ABS应用于飞机，防止着陆时偏离航道及轮胎破损；1954年福特公司将ABS用于林肯轿车，拉开车辆采用ABS的序幕。随着电子技术及精密液压元件制造技术的进步，逐步奠定了复杂而精确的控制技术基础，1978年奔驰公司推出四轮控制式ABS。随着电子技术进步和器件价格的降低，20世纪90年代迄今，ABS在车辆上普及，并逐渐成为车辆的标准装备。

从ABS出现到今天的广泛应用，ABS技术趋于成熟，今后发展将体现为，实时跟踪路面特性变化，采用更有效控制算法，实现真正意义的优化控制，以弥补现今逻辑控制的不足，提高关键元件性能指标和可靠性，消除ABS控制过程不平滑、易振动、噪声大的缺陷；由单一控制目标转向多目标综合控制，全面提高车辆整体动力学水平；进一步降低装车成本。

带有ABS的制动系统由基本系统和压力调节系统两部分组成，前者是制动主缸、制动轮缸和制动管路等构成的基本系统，用来实现车辆的常规制动，而后者是由传感器、控制器。执行器等组成的压力调节系统，用来确保车轮不抱死，滑移率处于合理范围。传感器承担感受行驶状态参数，将运动物理量转换成为电信号；电子控制单元（Electronic Control Unit，ECU）根据传感器信号及其存储信号，经过计算、比较和判断后，向执行器发出控制指令，同时监控系统工作状况；而执行器（压力调节器）则根据ECU的指令，依靠由电磁阀及液压控制阀组成的液压系统对系统实施增压、保压或减压的操作，让车轮始终处于理想状态。

在车辆行驶中时常出现车轮转动而车身不动，或车辆移动速度低于驱动轮轮缘速度的情况，这意味着轮胎接地点与地面之间出现相对滑动。这种滑动称为驱动轮的“滑转”，区别于车辆制动时车轮抱死而产生的车轮“滑移”。驱动车轮滑转，同样会使车轮与地面的纵向附着力下降，从而使得驱动轮上可获得的极限驱动力减小，最终导致车辆的起步、加速性能和在湿滑路面上通过性能的下降。同时，还会由于横向摩擦系数几乎完全丧失，使驱动轮上出现横向滑动，随之产生车辆行驶过程中失稳。

TCS是继ABS之后，设置在车辆上用来防止驱动轮起步、加速和湿滑路面的滑转的驱动力调节系统。在驱动状态下，TCS实现对车轮运动方式的控制，在驱动轮上获得尽可能大的驱动力，保持车辆驱动时的稳定控制能力，改善燃油经济性，减少轮胎磨损；TCS控制器（ECU）根据转速传感器信号，适时计算出车轮滑移率S。当S值超过预先设定的界限值时，控制器就会向TCS执行装置输出控制信号，抑制或消除驱动车轮上的滑转。TCS的控制策略如下：

1.输出功率控制

当车辆起步、加速时，若加速踏板踩得过猛，时常会因驱动力超出轮胎和地面的附着极限，出现驱动轮短时间的滑转。TCS控制器将根据加速踏板行程大小发出控制指令，既可通过发动机的副节气门驱动装置，适当调节节气门开度，也可以直接控制发动机ECU，改变点火时刻或燃油喷射量，限制功率输出，达到抑制驱动轮滑转的目的。(www.xing528.com)

2.驱动轮控制

在单侧驱动轮打滑时，TCS控制器将发出指令，通过压力调节器，对滑转的车轮施加制动并减速，其滑移率逐渐下降。当滑移率降到预定范围，ECU发出指令，减少制动，若车轮又开始滑转，则继续下一轮控制，将驱动轮滑移率控制在理想范围。在控制期间，另一侧非滑转车轮仍然保持着正常驱动力，这类似于差速锁，即当一侧驱动轮陷入泥坑中，部分或完全丧失驱动力时，若制动该车轮，另一侧驱动轮仍有足够驱动力，维持车辆正常行驶。当两侧驱动轮均出现滑转，但滑移率不同时，可通过对两边驱动轮施加不同制动力，分别抑制滑转，提高车辆在湿滑路面上的起步、加速和行驶稳定性。

3.综合控制

为了达到更理想的控制效果，可采用上述控制相结合的控制系统。在行驶路面湿滑程度不相同时，驱动力状态也随时变化，综合控制系统将根据发动机工况和车轮滑转的实际情况采取相应控制措施。如在发动机输出大转矩时车轮滑转的主要原因是路面湿滑所致，采用对滑转车轮施加制动比较有效；而当发动机输出大功率时车轮滑转则以减小发动机输出功率的方法更有效；在更复杂工况下，综合控制能更好控制驱动轮的滑转。

TCS转速传感器用来检测各车轮的转速，节气门位置传感器检测主、副节气门位置，ECU根据转速信号、节气门开度信号等判断车辆行驶状况，向制动执行器和副节气门执行装置发出控制指令，并可在系统出现故障时，记录故障码，点亮故障警告灯；制动主继电器向制动执行装置和泵电动机继电器提供电流，节气门继电器向副节气门执行器提供电流，副节气门执行器接受ECU信号，控制副节气门开启角度，液压调节装置接受ECU信号，控制制动压力。

TCS许多传感器和执行器与ABS共用，转速传感器将转速转为电信号，输入控制器计算出滑移率，若滑移率超出范围，ECU依据节气门开度信号、发动机转速信号、转向盘转向信号等选定控制方式，向各执行器发出控制指令，将驱动轮滑移率控制在目标范围。TCS和ABS结为一体，处于待命状态，不干预常规行驶，仅当车轮滑转时开始工作。

从20世纪90年代以来，利用稳控系统来控制车辆操纵稳定性受到各大公司重视，研发了很多稳控系统，虽然名称不同，结构有差异，但其主要功用及原理一致，如ESP：奔驰、奥迪、大众及标致等采用；DSC（Dynamic Stability Con-trol）：宝马等采用；VSC（Vehicle Stability Control）：丰田等采用。

由于国内外技术水平与研究模式差异，稳定控制技术在国外和国内是两种截然不同的发展道路。在国外，稳控系统在车辆上应用已有十多年的历史，稳定控制关键技术集中在知名企业，包括博世、天合、德尔福、电装、万都等，这些企业都有很大规模、很强实力和丰富的经验。以博世为例，作为世界最大供应商，其应用技术水平高，产品历经多次升级换代，在目前市场上共存有5.3、8.0、8.1、8.3、9.0等多个版本，HCU、ECU、软件算法、匹配技术均有较大变化；在国内，由于起步晚，厂商技术有限，稳控系统研究主要依靠国家资金扶持，以高校为中心，并通过校企合作进行研发。