第5章 巡航控制系統(tǒng)(汽車電子控制技術(shù))

汽車電子控制技術(shù)汽車類專業(yè)應(yīng)用型本科示范教材機(jī)械工業(yè)出版社出版主編于京諾2021/6/271第5章巡航控制系統(tǒng)（CCS）

學(xué)習(xí)目標(biāo)·了解巡航控制系統(tǒng)的作用和組成·掌握巡航控制系統(tǒng)的控制原理·掌握巡航控制系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)和工作原理·掌握自適應(yīng)巡航控制系統(tǒng)的工作原理2021/6/272第5章巡航控制系統(tǒng)（CCS）5.1概述

5.1.1巡航控制系統(tǒng)的作用

當(dāng)汽車在良好的行駛條件下長距離行駛時(shí)，該系統(tǒng)可根據(jù)行駛阻力自動控制節(jié)氣門開度，使汽車按照設(shè)定的車速等速行駛，勿需駕駛員腳踏加速踏板。巡航控制系統(tǒng)具有以下優(yōu)點(diǎn)：

（1）減輕駕駛員的疲勞由于巡航行駛時(shí)駕駛員不必操縱加速踏板，減輕了駕駛員的負(fù)擔(dān)，使其可以輕松地駕駛。

（2）提高汽車行駛時(shí)的舒適性由于巡航控制系統(tǒng)工作時(shí)汽車等速行駛，可以改善汽車的行駛平順性，提高汽車舒適性。

（3）有利于降低油耗減少排放由于巡航控制系統(tǒng)工作時(shí)避免了駕駛員操縱加速踏板使汽車行駛車速反復(fù)變化的情況，因而使發(fā)動機(jī)的運(yùn)行工況變化平穩(wěn)，有利于改善汽車的燃料經(jīng)濟(jì)性和發(fā)動機(jī)的排放性能。2021/6/2735.1.2巡航控制系統(tǒng)的控制原理

當(dāng)駕駛員通過巡航控制開關(guān)輸入了車速設(shè)定信號時(shí)，巡航控制ECU便記憶設(shè)定的車速，并按該車速對汽車進(jìn)行等速行駛控制。汽車在巡航行駛過程中，不斷通過比較電路將車速傳感器檢測的實(shí)際車速與設(shè)定車速進(jìn)行比較，計(jì)算出實(shí)際車速與設(shè)定車速的差值，然后通過補(bǔ)償電路輸出對執(zhí)行器的命令，執(zhí)行器控制發(fā)動機(jī)節(jié)氣門開大或關(guān)小，使實(shí)際車速達(dá)到設(shè)定車速。2021/6/274CCS控制過程駕駛員控制開關(guān)記憶車速行駛車速車速傳感器比較車速補(bǔ)償電路變速器執(zhí)行器發(fā)動機(jī)節(jié)氣門巡航控制ECU圖5-1巡航控制系統(tǒng)的控制過程2021/6/2755.2巡航控制系統(tǒng)的組成與工作原理

巡航控制系統(tǒng)主要由開關(guān)、傳感器、巡航控制ECU、執(zhí)行器等組成。

5.2.1開關(guān)用于巡航控制系統(tǒng)的開關(guān)有兩種，一種是巡航控制開關(guān)，另一種是退出巡航控制開關(guān)。

1.巡航控制開關(guān)

巡航控制開關(guān)有的采用手柄式開關(guān)，安裝于轉(zhuǎn)向盤下方，如圖5-2所示，也有的采用按鍵式開關(guān)，裝在轉(zhuǎn)向盤或儀表板上。以豐田車系為例，巡航控制開關(guān)包括主開關(guān)（MAIN）、設(shè)定/減速開關(guān)（SET/COAST）、恢復(fù)/加速開關(guān)（RES/ACC）和取消開關(guān)（CANCEL）。2021/6/276（1）主開關(guān)主開關(guān)是巡航控制系統(tǒng)的主電源開關(guān)。按下主開關(guān)，電源接通；再按一次主開關(guān)，電源斷開。（2）設(shè)定/減速開關(guān)當(dāng)向下推手柄式開關(guān)時(shí)（圖5-2中的方向C），設(shè)定/減速開關(guān)接通；放松手柄式開關(guān)時(shí)，開關(guān)自動回到原始位置，設(shè)定/減速開關(guān)斷開。（3）恢復(fù)/加速開關(guān)當(dāng)向上推手柄式開關(guān)時(shí)（圖5-2中的方向B），恢復(fù)/加速開關(guān)接通；放松手柄式開關(guān)時(shí)，開關(guān)自動回到原始位置，恢復(fù)/加速開關(guān)斷開。圖5-2巡航控制開關(guān)a）雷克薩斯LS400b）豐田凱美瑞（4）取消開關(guān)當(dāng)向后拉手柄式開關(guān)時(shí)，取消開關(guān)接通（圖5-2中的方向D），放松手柄式開關(guān)時(shí)，開關(guān)自動回到原始位置，取消開關(guān)斷開。2021/6/2772．退出巡航控制開關(guān)

（1）制動燈開關(guān)

制動燈開關(guān)由常閉和常開兩個(gè)開關(guān)組成，開關(guān)A為常開開關(guān)，踏下制動踏板時(shí)開關(guān)閉合，制動燈點(diǎn)亮。開關(guān)B為常閉開關(guān)，當(dāng)踏下制動踏板時(shí)，開關(guān)B斷開，直接切斷了巡航控制ECU對巡航控制執(zhí)行器的控制電路，確保巡航系統(tǒng)停止工作。a）豐田Cressida真空驅(qū)動型執(zhí)行器2021/6/278b）豐田陸地巡洋艦電動機(jī)驅(qū)動型執(zhí)行器2021/6/279（2）駐車制動開關(guān)當(dāng)施用駐車制動器時(shí)，駐車制動器開關(guān)接通，將駐車制動信號送至巡航控制ECU，巡航控制ECU將取消巡航系統(tǒng)的工作。同時(shí)，駐車制動燈點(diǎn)亮。（3）離合器開關(guān)對于裝有手動變速器的汽車，當(dāng)踏下離合器踏板時(shí)，離合器開關(guān)接通，將離合器開關(guān)信號送至巡航控制ECU，巡航控制ECU將取消巡航控制系統(tǒng)的工作。（4）空檔起動開關(guān)對于裝有自動變速器的汽車，當(dāng)將變速桿移至N（空檔）位置時(shí)，空檔起動開關(guān)接通，將空檔位置信號送至巡航控制ECU，巡航控制ECU將取消巡航控制系統(tǒng)的工作。2021/6/27105.2.2傳感器

1．車速傳感器車速傳感器的類型有舌簧開關(guān)式、磁脈沖式、霍爾式、光電式、磁阻式等。車速傳感器信號可同時(shí)用于發(fā)動機(jī)控制、自動變速器控制和巡航控制等。對于巡航控制系統(tǒng)而言，車速傳感器信號的作用是巡航控制ECU用于巡航車速的設(shè)定以及將實(shí)際車速與設(shè)定車速進(jìn)行比較，以便實(shí)現(xiàn)等速控制。

2．節(jié)氣門位置傳感器節(jié)氣門位置傳感器一般為線性輸出型。節(jié)氣門位置傳感器信號可同時(shí)用于發(fā)動機(jī)控制、自動變速器控制和巡航控制等。對于巡航控制系統(tǒng)而言，節(jié)氣門位置傳感器信號的作用是巡航控制ECU用于計(jì)算輸出與節(jié)氣門開度的關(guān)系，以確定輸出量的大小。

3．節(jié)氣門控制臂傳感器節(jié)氣門控制臂傳感器安裝在巡航控制系統(tǒng)的執(zhí)行器內(nèi)，用于檢測執(zhí)行器控制臂位置。節(jié)氣門控制臂位置傳感器為電位計(jì)式，該信號的作用是巡航控制ECU根據(jù)節(jié)氣門控制臂位置信號對執(zhí)行器進(jìn)行控制。2021/6/27115.2.3巡航控制ECU

巡航控制ECU接收來自巡航控制開關(guān)、車速傳感器信號和其它的開關(guān)信號，按照存儲的程序?qū)ρ埠较到y(tǒng)進(jìn)行控制。巡航控制ECU的主要功能是記憶駕駛員通過巡航控制開關(guān)設(shè)定的車速，將實(shí)際車速與設(shè)定車速進(jìn)行比較，根據(jù)比較的結(jié)果輸出控制指令，控制執(zhí)行器使節(jié)氣門開大或者關(guān)小，使汽車按設(shè)定車速等速行駛。巡航控制ECU具有自診斷功能，如果巡航控制系統(tǒng)發(fā)生故障，自診斷系統(tǒng)能夠診斷出故障，使巡航控制系統(tǒng)停止工作，并使儀表板上的巡航指示燈閃爍，以便提醒駕駛員。同時(shí)，巡航控制ECU將故障碼存儲在存儲器內(nèi)。通過巡航控制指示燈的閃爍或使用故障診斷儀可以讀取故障碼。2021/6/27125.2.4執(zhí)行器

巡航控制系統(tǒng)的執(zhí)行器由ECU控制，根據(jù)ECU的控制信號控制節(jié)氣門的開度，以保持車速恒定。巡航控制系統(tǒng)執(zhí)行器有真空驅(qū)動型和電動機(jī)驅(qū)動型兩種。

1．真空驅(qū)動型執(zhí)行器a）從進(jìn)氣歧管取得真空源b）從進(jìn)氣歧管和真空泵取得真空源2021/6/2713

真空驅(qū)動型執(zhí)行器的組成：控制閥、釋放閥、兩個(gè)電磁線圈、膜片、回位彈簧和空氣濾。

(1）控制閥

ECU通過占空比信號控制電磁線圈的通電與斷電，通過改變占空比控制執(zhí)行器內(nèi)的真空度，從而控制節(jié)氣門的開度。圖5-5控制閥2021/6/2714

（2）釋放閥

釋放閥的作用是取消巡航控制時(shí)，使空氣迅速進(jìn)入執(zhí)行器將巡航控制立即取消。圖5-6釋放閥2021/6/27152．電動機(jī)驅(qū)動型執(zhí)行器

電動機(jī)由巡航控制ECU控制轉(zhuǎn)動，并通過減速機(jī)構(gòu)、電磁離合器、控制臂、傳動索纜傳至節(jié)氣門搖臂，實(shí)現(xiàn)對節(jié)氣門的控制。圖5-7電動機(jī)驅(qū)動型執(zhí)行器的傳動原理2021/6/2716電動機(jī)驅(qū)動型執(zhí)行器組成：由電動機(jī)、傳動機(jī)構(gòu)、電磁離合器和電位器等組成。圖5-8電動機(jī)驅(qū)動型執(zhí)行器2021/6/2717

電磁離合器用于接通或斷開電動機(jī)與節(jié)氣門索纜之間的聯(lián)系。圖5-9電磁離合器及其控制電路a）結(jié)構(gòu)b）電路1-驅(qū)動電動機(jī)2-蝸輪及電磁離合器3-小齒輪及離合器片4-節(jié)氣門索纜軸5-控制臂6-齒扇2021/6/2718

電位器及其電路如圖5-10所示。當(dāng)電動機(jī)帶動齒扇轉(zhuǎn)動改變節(jié)氣門的開度時(shí)，齒扇軸同時(shí)帶動電位器主動齒輪旋轉(zhuǎn)，然后電位器主動齒輪通過從動齒輪帶動電位器內(nèi)的滑動臂轉(zhuǎn)動，電位器就可以產(chǎn)生控制臂位置信號。圖5-10電位器及其電路a）電位器b）電位器電路2021/6/27195.3巡航控制系統(tǒng)的使用

1．設(shè)定巡航行駛巡航系統(tǒng)工作時(shí)的車速范圍一般為40～200km/h，設(shè)置巡航行駛最低車速是為了防止汽車轉(zhuǎn)彎時(shí)，由于巡航行駛而發(fā)生危險(xiǎn)。設(shè)定巡航行駛的方法是：按下巡航控制主開關(guān)，踏下加速踏板使汽車加速，當(dāng)達(dá)到希望的車速時(shí)（必須在巡航系統(tǒng)工作車速范圍內(nèi)），將巡航控制開關(guān)推至設(shè)定/減速位置然后放松，開關(guān)放松時(shí)的車速即被巡航控制ECU記憶為設(shè)定車速，此時(shí)駕駛員放松加速踏板，巡航系統(tǒng)開始工作。巡航控制ECU不斷將實(shí)際車速與設(shè)定車速進(jìn)行比較，據(jù)此控制節(jié)氣門的開度，使汽車按設(shè)定車速等速行駛。

2．加速當(dāng)汽車巡航行駛時(shí)，如果要使巡航設(shè)定車速提高，應(yīng)將巡航控制開關(guān)置于恢復(fù)/加速位置保持不動，汽車將逐漸加速。當(dāng)汽車加速至所希望的車速時(shí)，放松巡航控制開關(guān)，此時(shí)巡航控制ECU將記憶新的設(shè)定車速，汽車將按新的設(shè)定車速等速行駛。

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當(dāng)汽車巡航行駛時(shí)，如果需要使汽車臨時(shí)加速（如超車），則只需踏下加速踏板汽車即可加速，放松加速踏板后，汽車仍按原來設(shè)定的車速巡航行駛。

3．減速當(dāng)汽車巡航行駛時(shí)，如果要使巡航設(shè)定車速降低，應(yīng)將巡航控制開關(guān)置于設(shè)定/減速位置保持不動，汽車將逐漸減速。當(dāng)汽車減速至所希望的車速時(shí)，放松巡航控制開關(guān)，此時(shí)巡航控制ECU將記憶新的設(shè)定車速，汽車將按新的較低的設(shè)定車速等速行駛。

4．點(diǎn)動升速和點(diǎn)動降速當(dāng)汽車以巡航控制模式行駛時(shí)，如果需要對巡航設(shè)定車速進(jìn)行微調(diào)時(shí)，只要點(diǎn)動一次恢復(fù)/加速開關(guān)（接通恢復(fù)加速開關(guān)后立即放松開關(guān)，時(shí)間不超過0.6s），巡航設(shè)定車速就升高約1.6km/h；只要點(diǎn)動一次設(shè)定/減速開關(guān)，車速就降低約1.6km/h。

2021/6/27215．取消巡航行駛?cè)∠埠娇刂朴袔追N方式可以選擇：一是將巡航控制開關(guān)的取消開關(guān)接通然后釋放；二是踏下制動踏板；三是對于裝有手動變速器的汽車踏下離合器踏板，對于裝有自動變速器的汽車將變速桿置于空檔位置；四是關(guān)閉巡航控制主開關(guān)；五是施用駐車制動器。在某些情況下巡航控制ECU會自動取消巡航行駛，一是當(dāng)節(jié)氣門已經(jīng)完全打開，實(shí)際行駛車速仍然不能達(dá)到設(shè)定車速時(shí)，巡航控制ECU存儲器內(nèi)存儲的設(shè)定車速將被清除，巡航控制模式將被取消。二是當(dāng)巡航控制ECU診斷出系統(tǒng)有故障時(shí)，將會使巡航系統(tǒng)自動停止工作。

6．恢復(fù)巡航行駛?cè)绻驗(yàn)椴僮髁送顺鲅埠娇刂崎_關(guān)中的任何一個(gè)開關(guān)使巡航控制取消，要恢復(fù)巡航行駛，只要將恢復(fù)/加速開關(guān)接通然后放松，汽車將恢復(fù)原來巡航行駛。但如果車速已降低至40km/h以下，或?qū)嶋H車速低于設(shè)定車速16km/h以上，ECU將不能恢復(fù)巡航行駛。2021/6/27225.4自適應(yīng)巡航控制系統(tǒng)

自適應(yīng)巡航控制（AdaptiveCruiseControl）系統(tǒng)簡稱ACC，是將普通巡航控制系統(tǒng)與汽車防撞系統(tǒng)結(jié)合起來而形成的一種智能化車速自動控制系統(tǒng)。該系統(tǒng)除了具有普通巡航控制系統(tǒng)的功能以外，還具有自動防撞功能。當(dāng)汽車與前方的車輛之間的距離小于設(shè)定距離時(shí)，系統(tǒng)會通過關(guān)小發(fā)動機(jī)節(jié)氣門、制動等措施使汽車減速，必要時(shí)還會通過聲、光信號提示駕駛員進(jìn)行直接干預(yù)，從而保證與前車的安全距離，避免交通事故的發(fā)生。目前，雷克薩斯、英菲尼迪、奧迪、寶馬、奔馳、沃爾沃、大眾CC、雪鐵龍新一代C4等都配備了自適應(yīng)巡航系統(tǒng)。2021/6/27235.4.1自適應(yīng)巡航控制系統(tǒng)的組成

自適應(yīng)巡航控制系統(tǒng)主要由自適應(yīng)巡航控制開關(guān)、車距傳感器（雷達(dá)）、輪速傳感器、轉(zhuǎn)向傳感器、ACC控制單元、節(jié)氣門執(zhí)行器、制動執(zhí)行器等組成。圖5-11自適應(yīng)巡航系統(tǒng)的組成2021/6/2724

車距傳感器（雷達(dá)）有單脈沖雷達(dá)、微波雷達(dá)、激光雷達(dá)以及紅外線雷達(dá)等。車距傳感器一般安裝在散熱器格柵內(nèi)或前保險(xiǎn)杠的內(nèi)側(cè)，它可以探測到汽車前方約200m距離內(nèi)的車輛。有的系統(tǒng)將車距傳感器（雷達(dá)）與ACC控制單元安裝在同一殼體內(nèi)。輪速傳感器（與ABS/ASR系統(tǒng)共用）用于提供車速信號；轉(zhuǎn)向傳感器用于檢測轉(zhuǎn)向盤轉(zhuǎn)角，可判斷車輛行駛的方向；ACC控制單元采集各個(gè)開關(guān)和傳感器的信號并進(jìn)行計(jì)算，以便對執(zhí)行器進(jìn)行控制；節(jié)氣門執(zhí)行器與普通巡航控制系統(tǒng)的節(jié)氣門執(zhí)行器相同，用以控制發(fā)動機(jī)的輸出轉(zhuǎn)矩；制動執(zhí)行器（與ABS/ASR系統(tǒng)共用）用于對汽車進(jìn)行制動。2021/6/27255.4.2自適應(yīng)巡航控制系統(tǒng)的工作原理

自適應(yīng)巡航控制系統(tǒng)工作時(shí)，駕駛員需要通過自適應(yīng)巡航控制開關(guān)（見圖5-12）設(shè)定巡航車速和車距。設(shè)定的車距不能小于設(shè)定車速下交通法規(guī)規(guī)定的安全距離。圖5-12位于轉(zhuǎn)向柱左側(cè)的ACC控制開關(guān)2021/6/2726

當(dāng)本車前方無其他車輛行駛