汽車巡航電子控制系統畢業(yè)論文

1、摘 要駕駛汽車長途行駛的機會較多，在高速公路上長時間行駛時，打開該系統的自動操縱開關后，巡航控制系統將根據行車阻力自動增減節(jié)氣門開度，使汽車行駛速度保持一定的。并且可以避免駕駛員頻繁踩油門踏板，而保證汽車以預先設定的速度行駛。汽車在一定條件下恒速行駛，大大地減輕了駕駛員的疲勞強度。由于巡航控制系統能自動地維持車速，避免了不必要的油門踏板的人為變動，進而改善了汽車的燃料經濟性和發(fā)動機的排放性。汽車電子化程度也越來越高，特別是微處理器進入汽車控制領域后，給汽車發(fā)展帶來了劃時代的變化。汽車自動巡航控制系統（cruise control system）就是其中一個改變原始駕駛理念的新技術。汽車巡航控制

2、系統的出現能為駕駛員提供更加舒適的駕駛環(huán)境。巡航控制系統不僅在長時間行車時能夠減輕駕駛員的疲勞程度，同時減少了不必要的車速變化，提高了乘坐的舒適性，還可以節(jié)省燃料和減少廢氣排放，提高經濟性。提高汽車行駛時的舒適性，特別使在郊外或高速公路上行駛，這種優(yōu)越性更為顯著。另外，當汽車以一定速度行駛時，減少了駕駛員的負擔，使其可以輕松地駕駛。保持汽車車速的穩(wěn)定，汽車無論是在上坡、下破、平路上行駛，或是在風速變化的情況下行駛，只要在發(fā)動機功率允許的范圍內，汽車的行駛速度保持不變。總的來說，汽車巡航控制系統主要功能有巡航定速、巡航加速、巡航減速等功能。關鍵字： 巡航控制系統；保持恒速； 巡航減速； 恢復原速

3、automobile cruise electronic control systemabstractas the auto industy and toad transport sector development ,the automation of vehicles driving cars has become one of the major trends in development .people need to be more comfortable,convenient and safe means of transport to meet the fast pace of

4、life.so the request of intelligent become more urgent.with the development of electronic,our life changing so fast.in order to meet peoles needs,automotive electronics become more and more high-lieve.in particular the microprocessor enter the field of automotive control,the car has bought to the epo

5、ch-making change. automobile cruise electronic control system can provide a comfortable citcumstance for dirvers.in one hand ,it lenlify the job when driving but improve comfort.when the car in the long-distance highway driving,automobile cruise control system can automatically fixed at a specific r

6、ate ,from motorists to foot pedal long bitterness.at the same time,it can cruise in the state scheduled for the speed acceleration and deceleration of the regulation.in assition ,the cruise control system also save fuel and resuce disuse.in the 1960s of the usa,the cruise control system has been use

7、d in cars widely. nowday many cars fix the cruise control system. japanese and european cars are equipped with the production of cruise control system. because of our the late of development of automible in our country.the cruise control system only applies to the high-level car.some of the current

8、domesticproduction of luxury cars such as the passat , accore and audi a6 are equipped with cruise control systems.general speaking,the cruise control system can cruise constant speed,cruise deceleration ,renew constant speed and other functions .keywords：the cruise control system；the cruise acceler

9、ates；the cruise decelerate；the constant speed to restor目 錄第一章 汽車巡航控制系統的概述1.1 汽車巡航控制系統的功用1.2 汽車巡航控制系統優(yōu)點1.3 汽車巡航控制系統的發(fā)展現狀與趨勢第2章 汽車巡航控制系統的工作原理與基本構成2.1 汽車巡航控制系統的工作原理2.2 汽車巡航控制系統的基本構成第3章 巡航控制系統的硬件設計3.1 硬件設計概述3.2 開關量的處理3.3 車速信號處理3.4 電動機的驅動3.5 pwm控制3.6 離合器的驅動3.7 硬件可靠性的設計3.7.1 影響硬件可靠性的因素3.7.2 硬件設計采用的抗干擾措施第4

10、章 巡航控制系統的軟件設計4.1 汽車巡航控制系統程序設計的要求4.2 巡航控制下的程序流程4.3 軟件可靠性措施4.3.1 合理封鎖4.3.2 程序時空防護措施結論參考文獻致謝第一章 汽車巡航控制系統的概述汽車巡航控制系統英文為cruise control system,縮寫為ccs。巡航控制系統是現代高級轎車普遍配備的一種輔助駕駛系統。該系統能夠在車速到達一定范圍后（如40-200km/h），將車速保持在駕駛員所設定的值，自動執(zhí)行上坡加油，下坡收油等必要的操作，實現恒速行駛。在大陸型的國家，駕駛汽車長途行駛的機會較大，在高速公路上長時間行駛時，打開該系統的自動操縱開關后，巡航控制系統將根據

11、行車阻力自動增減節(jié)氣門開度，是汽車行駛速度保持一定。并且可以避免駕駛員頻繁踩油門踏板，而保證汽車以預先設定的速度行駛。汽車站一定條件下恒速行駛，大大減輕了駕駛員的疲勞強度。由于巡航控制系統能自動的維持車速，避免了不必要的油門踏板的人為變動，進而改善了汽車的燃料經濟性和發(fā)動機的排放性能。驅車巡航控制系統自1961年在美國首次應用以來，已經廣泛普及。在美國大多睡覺車上均裝用了巡航控制系統。日本和歐洲生產的轎車裝用汽車巡航控制系統的比例也越來越高。我國一汽大眾生產的奧迪a6轎車也裝有汽車巡航控制系統。1.1 汽車巡航控制系統的功用汽車巡航控制系統（ccs）就是可使汽車工作在發(fā)動機有利轉速范圍內，減輕

12、駕駛員的駕駛操作勞動強度，提高行駛舒適性的汽車自動行駛裝置。巡航系統可以自動調節(jié)汽車發(fā)動機的動力，適應路面狀況以及其他阻力的變化，以恒速方式運行。當一旦出現人為干預的情況（例如踩踏制動踏板、踩踏離合器踏板、變速器掛入空擋、拉近駐車制動等），巡航系統確保駕駛人員的操作優(yōu)先，截取巡航工作狀態(tài)；當車輛的速度超出人為設定的范圍以及其他情況時，巡航系統也能自動停止工作，以確保車輛的安全。綜上所述，汽車巡航控制系統具有以下功能：（一）基本功能（1）車速設定。當按下車速設置開關后，就能存儲該時間的行駛速度，并能保持這一速度行駛。（2）消除功能。當踩下制動踏板，上述功能立即消失。但是，上述設置速度繼續(xù)存儲。（

13、3）恢復功能。當按恢復開關則能恢復原來存儲的車速。除了以上3種基本功能，如果需要可增加以下功能：（1）滑行。持續(xù)按下開關進行減速，以離開開關時的速度作巡航行駛。（2）加速。持續(xù)按下開關進行加速，以不操縱開關時的車速進入巡航行駛。（3）速度微調升高。在巡航速度行駛中，當操縱開關以onoff方式變換時使車速稍稍上升。（4）恒速行駛功能，汽車自動巡航行駛即指汽車在行駛時，駕駛人員即使不踏加速踏板，汽車仍然可以按駕駛員所希望的車速自動保持行駛的功能，這是巡航控制系統最基本的功能。（5）汽車處于巡航行駛的狀態(tài)時，若按下加速開關，則設定速度增加，此為加速功能。同樣，若按下減速開關，則設定速度減少，此為減速

14、功能。（6）如果踏下制動踏板或槽中控制的解除開關，則可以自動解除巡航功能。如果從新按下設定開關，汽車進入巡航狀態(tài)。（7）自動選、換擋功能，在巡航控制期間，隨著道路坡度的變化以及汽車行駛可能遇到的阻力，車輛自動變換節(jié)氣門開度或自動進行檔次轉換，以按存儲在ecu內的最佳燃油經濟性瑰、規(guī)律或動力性規(guī)律穩(wěn)定行駛。（8）防止誤操作及報警功能，在不具備巡航條件的情況下，例如車輛在起步階段，駕駛員啟動了巡航開關，巡航控制系統會防止類似的誤操作，并有報警的功能。（二）故障保險功能1.低速自動消除功能。當車速小于40km/h時，存儲的車速消失，并不能再恢復此速度。2.制動踏板消除功能。在制動踏板上裝有兩種開關，

15、一個用于對ecu的信號消除；另一個是直接使執(zhí)行元件工作停止。3.各種消除開關。除了利用制動踏板消除功能外，還有駐車制動、離合器（m/t）、調速桿 （a/t）等操作開關的消除功能。1.2 汽車巡航控制系統優(yōu)點（1）提高汽車行駛舒適性特別是在郊外或高速公路上行駛，這種優(yōu)越性更為顯著。另外，當汽車以一定的速度行駛時，減少了駕駛員的負擔，使其可以輕松地駕駛。（2）節(jié)省燃料，具有一定的經濟性和環(huán)保性在同樣的行駛條件下，對一個有經驗的駕駛員來說，使用巡航控制系統可節(jié)省燃料15%。這是因為在使用該系統以后，可使汽車的燃料供給與發(fā)動機功率之間處于最佳配合狀態(tài)，并減少了廢氣的排放。（3）保持汽車車速的穩(wěn)定汽車無

16、論是在上坡、下坡或平路上行駛，或是在風速變化的情況下行駛，只要在發(fā)動機功率允許的范圍內，汽車的行駛速度就能保持不變。三、巡航控制系統的結構巡航控制系統由傳感器、操作開關、執(zhí)行器和巡航控制ecu等組成。傳感器和開關將信號送入巡航控制ecu，ecu根據這些信號計算節(jié)氣門應有的開度，并給執(zhí)行器發(fā)出信號，自動調節(jié)節(jié)氣門開度。（1） 提高汽車行駛時的舒適性，特別使在郊外或高速公路上行駛，這種優(yōu)越性更為顯著。另外，當汽車以一定速度行駛時，減少了駕駛員的負擔，使其可以輕松地駕駛。（2）節(jié)省燃料，具有一定的經濟性和環(huán)保性，在同樣的行駛條件下，對一個有經驗的駕駛員來說，可節(jié)省燃料15%，這是因為在使用率該系統以

17、后，可是汽車的燃料供給與發(fā)動機功率之間處于最佳的配合狀態(tài)，并減少了廢氣的排放。（3）保持汽車車速的穩(wěn)定，汽車無論是在上坡、下破、平路上行駛，或是在風速變化的情況下行駛，只要在發(fā)動機功率允許的范圍內，汽車的行駛速度保持不變。1.3 汽車巡航控制系統的發(fā)展現狀與趨勢汽車巡航控制當系統已有30多年的發(fā)展歷史，主要經歷了機械控制系統、晶體控制系統、模擬計算機控制系統和數字微型計算機控制系統4個階段。數字微型計算機控制自1981年起開始應用到巡航控制系統，目前應用廣泛。數字微型計算機巡航控制系統的電路框圖如圖1.1所示，駕駛員利用控制開關，可將保持恒速、減速、恢復原速、和加速等命令輸入計算機；當駕駛員操

18、縱保持恒速開關時，計算機記憶調節(jié)后的車速，開始進行恒速行車控制。為了使汽車巡航控制系統達到車速控制的要求，目前用于汽車巡航控制系統的控制方案主要有pid控制、模糊控制迭代學習控制、自適應控制等、它們都有各自的特點。（1）pid控制，即比例-積分-微分控制，根據實際車速與設定車速的偏差，實現汽車不變參數的巡航控制。在汽車行駛過程中，駕駛員設定一個車速給控制器，同時車速傳感器測得到實際車速也輸入到控制器，產生實際車速和設定車速的偏差，控制器的比例部分根據偏差的大小輸出相應的控制量，以控制節(jié)氣門的開度，使車速迅速趨近設定車速?？紤]到偏差一直存在，控制器的積分部分就把偏差積累起來加大控制量，以消除偏差

19、，使車速保持恒定，而微分部分則起預估作用。當v0時，表示偏差加大，應及時增加控制量，使v減?。划旕{駛員控制開關記憶車速行車阻力行駛車速比較車速補償電路執(zhí)行部件車輪驅動力變速器發(fā)動機計算機圖1.1數字微型計算機巡航控制系統框圖v0時，表示偏差在減小，應減小控制量，以避免v趨近于零時，又向反方向發(fā)展而引起震蕩。pid控制具有結構簡單、參數整定方便的優(yōu)點，在許多場合下能獲得令人滿意的控制效果。但是由于被控對象的特性比較復雜，具有非線性或時變的過程，應用常規(guī)pid控制，若參數調整不當，會使系統不停地震蕩，控制效果不甚理想。（2）模糊控制，它是一種模仿人工控制活動人腦的控制策略，運用模糊數學把人工控制策

20、略用計算實現，它是近幾年發(fā)展起來的一種新型的汽車巡航技術。駕駛員對汽車的控制，從本質上來講是一種模糊控制的過程，駕駛員駕駛汽車時，根據目標車速與實際車速之間的偏差及路面情況，利用自己的經驗，決定加速踏板的變化量，從而使汽車趨近于目標車速。模仿這一過程的模糊控制原理框圖如圖1.2所示。用于汽車巡航控制的模糊控制器的輸入量一般可以選擇設定車速與實際車速的偏差以及偏差的變化率。模糊判斷模糊控制規(guī)則ede/dt模糊化設定車速實際車速反饋被控對象圖1.2 巡航控制系統模糊控制原理框圖模糊控制不依賴系統的精確數學模型，因而對系統的參數變化不敏感，其不足之處是迷惑控制規(guī)則的獲取和模糊隸屬函數形狀的確定是一項

21、費力的工作，而且系統一旦確定，其規(guī)則和隸屬函數就確定而不能隨外界和車輛參數變化進行調整。（3）迭代學習控制，因為汽車巡航行駛中存在著嚴重的非線性和不確定性，特別是巡航控制參數在不同車速下其值是不確定的，并且運動載體對控制的實時性要求較高，所以有人將迭代學習算法應用到了汽車巡航控制系統中。基于迭代學習技術的汽車巡航控制原理如圖1.3所示。利用實際車速與設定車速的偏差，通過多次的迭代計算得出一個修正量，進一步修正控制器輸出的控制量，從而使實際車速更趨近于設定車速。迭代學習控制可以對參數是未知的但是變化的或不變的系統實施有效控制。相對于其他控制技術，迭代學習控制的適應性更廣，實時性更強，但其算法復雜

22、，計算機編程困難。學習率控制器被控對象實際車速實際車速反饋設定車速控制參數修正量偏差記憶圖1.3 迭代學習技術的汽車巡航控制原理圖（4）自適應控制，由于汽車自動巡航控制系統是一個本質非線性系統，并且汽車在行駛過程中受到路面坡度?？諝庾枇Φ韧饨绺蓴_，因而時不變系統得到的控制方法就難以在各種工況下取得良好的效果，解決的辦法是加入自適應環(huán)節(jié)，其控制方法能隨各種因素的變化而實時地加以調整，以適應復雜多變的行駛工況。自適應控制是針對具有一定不確定性的系統而設計的，它是一種智能化的自動控制系統，主要有雷達傳感器、方向角傳感器、輪速傳感器、制動控制器、扭矩控制器和發(fā)動機控制器等組成。雷達傳感器安裝在散熱器的

23、護柵內，可探測到汽車前方150m的距離；在前后輪廓上均裝有輪速傳感器，可測出車輛的行駛速度；方向角傳感器用以判斷車輛行駛的方向；發(fā)動機控制器和扭矩控制器用以他側和調整發(fā)動機接通和輸出扭矩，以提高發(fā)動機的動力性，并適時調整車輛的運行速度。各種控制器和傳感器均用車內計算機控制。自適應控制方法可以自動檢測系統的參數變化，從而時刻包此系統的性能指標為最佳。該系統的優(yōu)點是：裝有自適應巡航控制系統的智能車，通過雷達和計算機來鑒別靠近車輛的是自行車、汽車還是行人，根據道路情況控制車輛行駛狀態(tài)，完全或部分地去臺里駕駛員的操縱；汽車上的各種傳感器不斷收集汽車、道路和周圍環(huán)境等方面的信息，通過計算機來調整汽車的運

24、行狀態(tài)。它能夠準確的判斷汽車四周的安全情況，自動采取措施回避危險或者懸著安全的行車路線和工作狀態(tài)。目前用于汽車巡航控制的自適應控制主要為模型參考自適應控制?；谧赃m應控制的汽車巡航控制原理如圖1.4所示。設定車速同時加到控制器和參考模型上，由于參考模型的理想車速和實際車速不一致，產生偏差，自適應機構檢測到參數，從而使實際車速迅速趨近于實際車速，當偏差趨近于零時，自適應調整過程就停止，控制參數也就調整完畢。當汽車在行駛過程中遇到上下坡或是由于風力而使車速發(fā)生變化時，系統也如上述過程一樣，對控制器參數進行調整。參考模型設定車速控制器被控對象自適應算法理想車速實際車速實際車速反饋圖1.4自適應控制的

25、汽車巡航控制原理圖鑒于自適應控制的上述特點，自適應控制非常適合像汽車這樣一類非線性系統的控制，在控制過程中，系統能夠自動調整控制參數，使得控制效果更好。（5） 隨著近幾年智能公路概念的提出及衛(wèi)星導航系統的開發(fā)與應用，未來汽車的巡航系統將會與gps（全球衛(wèi)星定位系統）相結合，通過車輪傳感器、地磁傳感器和偏航傳感器等但中傳感器獲取數據，確定汽車的速度和位置。車輪傳感器幾路車輪的速度，產生的脈沖信號用于定時計算行駛距離和方向變化。地磁傳感器通過勵磁繞組感應出電壓脈沖，測量出沿途地磁場遂平分量的大小與起始點磁場的比較，為車載電腦提供補償數據。車載電腦的地圖存儲用量存儲量汽車現行運行區(qū)域的所有數據，車載

26、電腦與存儲道路網絡數據不斷比較判斷，更正定位誤差從而確定最佳行駛路徑。如果車載點老存儲資料不足，例如有關交叉路、限行、單行線、橋梁等路段的變更信息，可以通過gps或網絡功能給與補充。駕車者將目的地輸入車載電腦后，電腦通過比較車輛實際位置和目的地位置后，能夠推薦最佳行駛路徑。簡單的系統僅能提供限行距離及目的地方向，比較復雜的系統則能根據gps控制中心提供的路面車流狀況推薦行駛路徑。顯示裝置還能夠根據汽車運行及方向的變化隨時翻轉地圖，方便駕車者從顯示屏獲知路徑的方向。第2章 汽車巡航控制系統的工作原理與基本構成2.1 汽車巡航控制系統的工作原理圖1.5是一種典型的閉環(huán)汽車電子巡航控制系統原理框圖。

27、有圖2.1可知，控制器的輸入是以下兩個車速信號的差：一個是駕駛員按要求的車速設定的車速信號：另一個是實際車速低反饋信號。當測出的實際車速高于或低于駕駛員調定的車速時，ecu將這兩種信號進行比較，得出誤差信號，經發(fā)達處理后成為節(jié)氣門控制信號，送至節(jié)氣門執(zhí)行器，驅動節(jié)氣門執(zhí)行器工作，調節(jié)發(fā)動機節(jié)氣門開度，已修正實際車速，從而講實際車速很快調整到駕駛員設定的車速，并保持恒定。通常將汽車在平坦路面上行駛時車速與節(jié)氣門開度的關系存儲在巡航控制系統ecu 的rom中。ecu作為巡航控制系統的核心部件，一般采用“比例-積分”控制的控制系統，線性放大部件k的輸出正比于誤差信號，而積分放大器ki則設置一條斜率可

28、調整的輸出控制線，用以在短時間內講車速誤差降至趨近于0的很小范圍，節(jié)氣門控制信號則是比例電路和積分電路兩部分輸出信號的疊加。另一種方法是將誤差信號輸入到微機進行處理，采用這種控制方法可以使用更先進的程序。 +_節(jié)氣門反饋信號k2節(jié)氣門反饋信號k1實際車速控制信號節(jié)氣門控制器節(jié)氣門執(zhí)行器發(fā)動機及變速器車輛節(jié)氣門傳感器車速傳感器外界干擾設定車速圖2.1 閉環(huán)汽車電子巡航控制系統原理框圖汽車在平坦、上坡與下坡路面上行駛時的車速與節(jié)氣門開度的關系如圖2.2所示。巡航控制系統根據目標車速自動維持汽車恒速行駛。汽車在巡航定速狀態(tài)下，當汽車速度下降時，ecu加大節(jié)氣門開度，是發(fā)動機功率升高，轉矩增大，車速達

29、到設定速度。反之，減小節(jié)氣門的開度。參照圖2.2，系統進行巡航控制時，若在平坦路面上車速為vo時，按下設定開工進入巡航控制的自動行駛狀態(tài)，此時節(jié)氣門開度在0點，一旦遇到爬坡時，則行駛阻力增加，如不進行調節(jié)控制，車速就會降到vc點，但巡航控制器會按照一定的控制規(guī)則控制節(jié)氣門，是節(jié)氣門開度從0點變?yōu)閍點，是車速保持在vo點取得平衡。因此，即使行駛阻力發(fā)生變化，車速也只在很小的范圍內變化，達到穩(wěn)定行駛的目的。當車速在40km/h以下、160km/h以上時，巡航系統不工作。當然這個上下限的限定依車型的不同而略有不同。一旦系統的傳感器出現故障，或控制信號電路被切斷，因沒有車速信號，低速限制電路將認為車速

30、為零，是巡航控制系統停止工作。在所有車輛上，從調整節(jié)氣門開度到車速改變，這中間都有一段延遲，巡航控制系統的電路設計考慮了這個問題，這樣，當系統吧實際車速調整到指令車速時，就可避免嚴重的車速波動。車速abo0平路輸出控制線vcvavb上坡下坡節(jié)氣門開度v0圖2.2 車速與節(jié)氣門開度關系2.2 汽車巡航控制系統的基本構成 汽車巡航控制系統主要由巡航控制開關（on/off開關）、車速傳感器、電子控制單元（ecu）、汽車安全開關、執(zhí)行器、輔助器件等組成。其結構如圖2.3所示。（1）巡航控制開關。巡航控制開關即駕駛員指令開關，有時也稱主控開關。它一般是桿式開關，安裝在轉向柱上駕駛員容易接近的地方。通常將

31、其功能包含在組合開關內，大多數指令開關有3個檔位：即設置/巡航（set/coast）、取消（cancel）和復位/加速（res/acc）檔。當指令開關處于不同檔位時，電流由巡航控制ecu流出，經過不同阻值的被操作的開關位置。當開關處于設置/巡航檔位時，只要按下按鈕開關不動，車輛就不斷加速。當達到要求的車速時，松開按鈕，巡航控制系統就使車輛按松開按鈕時的車速保持定速行駛。當裝換到取消檔時，恒速行駛即停止。復位/加速檔位用于制動或換擋斷開電路后，使車輛重新按調定速度行駛?；謴驮鏊贉p速設定控制開關制動燈開關從熔斷器板來在電源車速傳感器伺服器執(zhí)行機構接節(jié)氣門拉索電子控制單元圖2.3 巡航控制系統的構成

32、（2）車速傳感器。車速傳感器將產生的車速信號輸送給巡航控制ecu，作為實際車速反饋信號，以實現定速行駛功能。車速傳感器通常與車速表驅動裝置相連。如果車速表是電子式的，車速傳感器給出的信號可直接用作巡航控制ecu的反饋信號，而不必為巡航控制系統另設速度傳感器。專門用于巡航控制系統的車速傳感器一般安裝在變速器輸出軸上，這是因為實際車速與變速器輸出軸轉速成正比。車速傳感器有車速傳感器、節(jié)氣門傳感器和節(jié)氣門控制搖臂位置傳感器等。車速傳感器，它的作用是：提供一個與汽車實際車速成比例的信號，電控單元將此信號進行處理。車速傳感器輸給電控單元的電信號，是一個交變的振蕩的脈沖信號。車速傳感器有磁脈沖式的、霍爾式

33、、光電式、磁阻式等。車速傳感器與發(fā)動機電控的傳感器共用。節(jié)氣門傳感器，它的作用是：對電控單元提供一個與節(jié)氣門位置成比例的電信號。節(jié)氣門傳感器與發(fā)動機電控的傳感器共用。節(jié)氣門控制搖臂傳感器，這是巡航控制系統專用的傳感器。它的作用是：對電控單元提供節(jié)氣門控制搖臂位置的電信號，目前應用較多的是滑線電位計式。當節(jié)氣門控制搖臂轉動時，電位計與之隨動，變數出一個與控制搖臂位置成比例變化的、連續(xù)變化的電信號。（3）電子控制單元ecu，電控單元（cruise control ecu）也稱為ccecu，由處理器芯片、a/d、d/a、ic及輸出隔離驅動和保護電路等模塊組成。電控單元又稱巡航主控制器或電子調節(jié)器。電

34、控單元是一個計算機系統，也有人稱之為巡航電腦版。電控單元通常是裝在一個金屬薄板制成封裝閉殼體內，封閉的金屬殼起電磁屏蔽和機械保護作用。電控單元是整個控制系統的中樞。數字微型計算機為主體的電控單元的信號用數字化處理，不會受到工作溫度和濕度的影響，因此具有很高的穩(wěn)定性。危機代替了模擬電路，實現巡航控制，不僅是控制精度提高，微機存儲量較大、有記憶功能等，有智能化的特征。特別是當汽車上其他系統已有微機時，可實現傳感器、數據等資源共享，各系統的微機間互相通訊聯絡監(jiān)督，使控制更可靠、精度更高。也有過巡航控制系統是靠汽車上其他系統的微機增加附加功能來實現的，目前以獨立的微機實現巡航控制方式為主。一般來說，由

35、于車速變化必須經過一定的時間，這就要求巡航控制系統執(zhí)行機構的調節(jié)具有一定的延時時間。這個延時時間對恒速控制點實現，對防止游車是十分必要的。但是在人為干預的情況下，實現迅速推出巡航控制的狀態(tài)會有妨礙的。所以，電控單元必須有其他的輔助裝置能夠使巡航控制按駕駛人員的要求迅速關閉。在汽車巡航控制系統中，有車速信號返回到系統的輸入端，電控單元與設定車速進行比較，一般來說，巡航控制系統在如下三個方面具有良好的性能，：快速響應能力、較好的系統的穩(wěn)定性和較小的穩(wěn)定誤差。實踐證明，只要系統的調節(jié)控制參數（主要是比例積分的調節(jié)控制參數）選擇合適，就可以使系統具有快速響應能力和高精度切勿不穩(wěn)定及振蕩現象，因此汽車巡

36、航控制系統的車技重點是確定電控單元合適的調節(jié)控制參數。在確定這些參數時要考慮一下幾個方面的影響：確定汽車的質量、發(fā)動機功率和摩擦系數。摩擦系數的大小可在測量傳動部件的機械損耗、空氣阻力以及輪胎與路面之間的阻力所造成的發(fā)動機功率損耗后根據經驗確定。選擇系統的頻率。系統對信號輸入的響應頻率范圍可參照車輛在山區(qū)公路行駛時，駕駛員對車速變化的反應及修正時間來確定、一般來說，汽車巡航控制系統的反應速度至少不能低于人的反應速度，（人的反應時間在數十秒至數百秒之間）。頻率提高，調節(jié)控制的誤差越小。但也不能過于敏感，否則容易發(fā)生游車。根據汽車的質量m和系統的頻率fn計算系統中的積分器參數k，三者的關系如下：k

37、=wn2m，其中wn=2fn。從調節(jié)節(jié)氣門的開度到實際車速發(fā)生變化，這中間總有一段時間延遲。因此在系統的設計時，應根據響應速度和相位移的要求選擇合適的阻尼系數d。這樣在系統把實際車速調整到設定車速時，不會出現車速嚴重的波動。根據參數d，wn，m和c（摩擦系數）即可確定系統中的比例放大器參數kp。kp=（2dwnm）- c值得注意的是，參數wn既對系統中的調節(jié)控制參數起確定作用，又受系統中的傳感器和執(zhí)行器的影響。因此整個系統設計完后，應對系統中的積分器和比例放大器的調節(jié)控制參數進行修正，知道獲得滿意的系統效果為止。電控單元的主要作用是，將所有的信號（傳感器的車速、節(jié)氣門位置、節(jié)氣門控制搖臂位置、

38、操作指令、執(zhí)行機構的反饋信號）進行處理，在車速偏離預定的巡航車速時，給執(zhí)行器一個電信號，控制執(zhí)行器的動作，是實際車速與設定的車速相一致。圖2.4是美國摩托羅拉公司的以單片機為主體的巡航控制電控單元的方框圖。汽車在巡航控制狀態(tài)時，一般當車速低于40km/h時，電控單元自動將巡航控制取消，這樣使汽車在制動、轉彎時,巡航控制不起作用；另外，在汽車的加、減速度大于預設的數值（一般為2m/s）時，以及汽車的制動燈開關等動作時，電控單元也會自動取消巡航控制狀態(tài)，這樣就確保了汽車的行駛安全。圖2.4 巡航控制系統與電控單元方框圖（4）汽車安全開關，安全開關主要起到了人為操作敢于情況下，及時退出巡航控制狀態(tài)，

39、恢復到完全有駕駛員控制車輛的狀態(tài)，以保證行車的安全。安全開關就是起到保護作用的開關。安全開關寶貨電器開關和真空泄放開關。電器開關類型的安全開關主要有離合器、變速器空擋啟動開關、制動開關和駐車制動開關。離合器開關，它的作用是汽車在巡航狀態(tài)下行駛時，一旦出現駕駛員干預，駕駛員踩踏離合踏板，離合器開關既由斷開變?yōu)殚]合，使電控單元立即關閉巡航工作狀態(tài)。離合器開關裝在駕駛室離合器踏板的上部，與離合器踏板聯動，考駕駛員踩踏離合器他版的機械動作使其閉合。變速器空擋啟動開關，他的作用與離合器開關類似?？論醯膯娱_關的安裝位置緊靠變速器操縱桿，并與變速器操縱桿聯動，檔變速器操縱桿置于空擋時，空擋啟動開關有斷開變

40、成閉合。制動燈開關，它的作用是當駕駛員踩踏制動踏板時，制動燈開關在接通制動燈同時，將控制節(jié)氣門動作搖臂的電磁離合器斷開，迅速推出巡航控制的工作狀態(tài)。在制動燈開關中原來常開觸點的基礎上，增加了與之兩棟的常閉觸點，當駕駛員踩踏制動踏板、制動燈亮的同時，常閉觸點斷開，使電磁離合器斷電，節(jié)氣門不再受巡航系統控制。手制動開關，它的作用與離合器開關類似，安裝位置緊挨著駐車制動操縱桿并與操縱桿聯動，當拉動駐車制動操縱桿時，此開關由斷開變?yōu)殚]合。真空泄放開關，通常裝在制動踏板支架上。采用手動變速器的汽車，在離合器踏板支架上裝有與其聯動的真空開關，只要踩下離合器踏板，邊界處巡航控制功能。如果在巡航狀態(tài)下踩下制動

41、踏板。隨動的真空泄放閥也能將伺服機構的真空泄放掉?？論鯁娱_關。當換擋桿設置在自動變速器的p或n擋位時，開關即接通，將取消信號傳送至巡航控制ecu。（5）執(zhí)行器，也有稱之為伺服機構的，執(zhí)行器的作用是，將電控單元輸出的電流或電壓信號轉變?yōu)闄C械運動，進而控制節(jié)氣門的開度，以便達到控制車速的目的。常見的執(zhí)行器有電動和氣動兩種類型。圖2.5所示的執(zhí)行器為電動機式執(zhí)行器，它主要由電動機、安全電磁離合器和位置傳感器組成。電動機采用直流永磁式電動機，通過改變電動機中電流方向即可改變節(jié)氣門轉動方向。電動機式的節(jié)氣門執(zhí)行器的工作，為限定控制臂轉動角度，電動機電路裝有限位開關。圖2.5 電動式執(zhí)行器結構在電動機與

42、控制臂間裝有安全電磁離合器。當進行巡航控制時安全電磁離合器接合，此時電動機栓旋轉使節(jié)氣門開度改變；若在巡航控制行駛階段執(zhí)行器或車速傳感器發(fā)生故障，安全電磁離合器立即分離。電磁離合器的作用是，當電磁離合器通電時，電動機的軸與節(jié)氣門控制搖臂結合在一起，當電磁離合器斷電時，電動機與節(jié)氣門控制搖臂分離，使節(jié)氣門與電動機動力鏈接或分離迅速可靠。另外，還能通過斷開電磁離合器電源的方法，迅速可靠地退出巡航狀態(tài)，在特定的情況下實現保護。在電動式執(zhí)行器中還裝有位置傳感器，它是一個由滑變電阻器構成的電位計，用于檢測執(zhí)行器控制臂的轉動位置，并將信號輸入巡航控制ecu中。電動式執(zhí)行器還可采用步進電動機，因為他能將控制

43、裝置輸出的數字信號轉變?yōu)橐欢康慕俏灰?。每輸入一個脈沖，電動機就帶動節(jié)氣門轉過一個小角度，這就保證了節(jié)氣門開閉動作的準確。步進電動機轉過的角度即節(jié)氣門轉過的角度，該角度與輸入的脈沖數城正比。節(jié)氣門的轉動方向即低昂冬季的轉動方向，由分配脈沖的相序確定。直流電動機通電時連續(xù)轉動，它的運轉速度與電控單元供給的電壓平均值有關；他的運轉或停止，有電控單元輸出的電壓有或無來決定；它的運轉方向，由電控單元輸出的電壓方向決定。步進電機的工作，是對其通電一次，電動機軸就轉過一定的角度。氣動式執(zhí)行器也稱真空式執(zhí)行器，氣動式執(zhí)行器多為發(fā)動機進氣歧管的真空度為空氣的動力源。氣動式執(zhí)行器的結構形式有活塞式核膜片式。氣動

44、活塞式執(zhí)行器的工作示意圖如圖2.6所示，氣動式巡航控制系統的結構原理如圖2.7所示。氣動式執(zhí)行器如圖2.7所示，密封圓筒內裝有膜片、麼片彈簧、兩個空氣電磁閥和一個真空電磁閥。真空電磁閥和空氣電磁閥的搭鐵線分別接到巡航控制ecu的端子上，在ecu內部搭鐵時，電磁閥即刻起作用。真空電磁閥內有一個真空管接頭，通過一根橡皮關于進氣歧管相連。在膜片的中間裝有拉動節(jié)氣門的拉索。真空執(zhí)行器是利用發(fā)動機進氣歧管的真空度吸引膜片，通過節(jié)氣門的拉索，是節(jié)氣門開度增大，并可保持固定不動位置。如果空氣電磁閥打開，則由于膜片彈簧的彈力，使節(jié)氣門拉索放松，節(jié)氣門開度減小。 圖2.6 真空式執(zhí)行器結構在巡航控制系統未工作使

45、，真空電磁閥保持關閉，空氣電磁閥打開，密封圓筒與大氣相通。執(zhí)行器活塞連桿與節(jié)氣門拉桿相連，當活塞連桿對節(jié)氣門拉桿無作用時，彈簧力使節(jié)氣門趨向關閉。當汽車加速時執(zhí)行器的輸入信號對該電池閥線圈通電時，電磁力控制閥芯克服閥彈簧力下移，執(zhí)行器活塞汽缸與進氣歧管連通。這空電磁閥和2隔空氣電磁閥的電磁線圈電路均通過ecu內部搭鐵而構成回路，真空電磁閥打開，與進氣歧管相通，而2個空氣電磁閥則關閉，密封圓筒內真空度增大，由于進氣管歧管內為真空，于是執(zhí)行器汽缸壓力下降，執(zhí)行器活塞帶動節(jié)氣門拉桿向左運動從而使節(jié)氣門瞬間進地打開。當汽車減速時，空氣電磁閥電磁線圈電路斷電，又恢復為打開狀態(tài)，此時空氣進入密封圓筒，膜片

46、彈簧把膜片壓回原位，節(jié)氣門開度小小，汽車便減速。圖2.7 真空式巡航器原理圖執(zhí)行器活塞上的作用力隨汽缸中平均壓力的變化而變化，而汽缸中的平均壓力則通過快速通斷壓力控制閥來控制。執(zhí)行器的輸入信號是一個脈沖信號，當電位高時，電磁鐵通電，當電位低時，電磁鐵斷電。因此汽缸中的平均壓力以及節(jié)氣門開度與壓力控制閥控制信號的占空比成正比。執(zhí)行器活塞上的作用力隨汽缸中平均壓力的變化而變化，而汽缸中的平均壓力則通過快速通斷壓力控制閥來控制。執(zhí)行器的輸入信號是一個脈沖信號，當電位高時，電磁鐵通電，當電位低時，電磁鐵斷電。因此汽缸中的平均壓力以及節(jié)氣門開度與壓力控制閥控制信號的占空比成正比。選擇節(jié)氣門執(zhí)行器時，應使

47、節(jié)氣門執(zhí)行器的頻率響應與車速傳感器的頻率響應基本一致，以保證整個巡航控制的協調運行。（6）輔助裝置，其中主要包括巡航控制狀態(tài)指示燈、診斷檢測連接器、與發(fā)動機控制的通訊聯絡、工作電源和保護電路等。第3章 巡航控制系統的硬件設計3.1 硬件設計概述硬件設計方面，為使設計劃盡可能合理，系統的電路設計考慮了一下原則：（1）盡可能選用標準化、模塊的典型電路，提高設計的可靠性核結構的合理性。在條件允許的情況下，盡可能選用功能強、集成度高的電路或芯片。應為采用這種器件可能代替某一部分電路，不僅可以減少器件數量和相互聯系，使系統可到性增加，而且在一定的情況下可以降低成本。（2）在條件允許的情況下，盡可能選用功

48、能強、集成度高的電路或芯片。因為采用這種器件可能代替某一部分電路，不僅可以減少元器件數量和相互連線，使系統可靠性增加，而且在一定的情況下可以降低成本。（3）懸著通用性強、市場貨源充足的原器件，尤其對需求批量生產的場合，更應注意。其優(yōu)點是：一旦某種器件無法獲得，也能用其他元件直接替代或對電路稍作改動后，用其他元件代替。（4）在對硬件系統總體結構進行考慮時，同樣要注意通用性的問題，盡量將復雜的系統模塊化，即對中央控制單元、輸入接口、輸出接口、人機接口等分塊進行設計，然后采用一定得連接方式將其結合成一個完整的系統。（5）系統的擴展幾個功能模塊的設計在滿足應用系統功能要求的基礎上，應適當留有余地，以備

49、將來修改、擴展之需。實際上，電路設計一次成功而不做任何修改的情況是很少的，如果在設計支撐位留有任何余地，后期很可能因為一點小小的改動或擴展而被迫進行全面返工。（6）設計時應盡可能的多做些調研，采用最新的技術，因為電子技術發(fā)展迅速，原件跟新換代快，市場上不斷推出性能更優(yōu)，功能更強的芯片，只有時刻注意這方面的發(fā)展動態(tài)，采用新技術、新工藝，才能使產品更優(yōu)先的性能。（7）在電路設計中，要充分考慮應用系統各部分的驅動能力。因為不同的電路有不同的驅動能力，對后及系統的輸入阻抗要求也不一樣，如果阻抗匹配不當，系統驅動能力不夠，將導致系統工作不可靠甚至無法工作。值得注意的是，這種不可靠很難通過一般的測試手段來

50、確定，而排出這種故障往往需要對系統做較大的調整，因此要注意增進系統的驅動能力并減少系統的功耗。巡航控制系統的電子控制單元現采用pic16f873單片機。執(zhí)行器采用直流電動機。pic16f873根據設定車速、實際車速以及其他輸入信號按照一定的程序完成所有的數據處理后，產生一個輸出信號來驅動直流電動機而改變節(jié)氣門的開度。利用實際車速與設定車速的偏差，通過多次的迭代計算得出一個修正量，進一步修正控制器輸出的控制量，從而使實際車速更趨近于設定車速。當一旦出現人為干預的情況（例如踩踏制動踏板、踩踏離合器踏板、變速器掛入空擋、拉近駐車制動等），巡航系統確保駕駛人員的操作優(yōu)先，截取巡航工作狀態(tài)；當車輛的速度

51、超出人為設定的范圍以及其他情況時，巡航系統也能自動停止工作，以確保車輛的安全。當系統要接通或斷開大功率負荷時，暫停一切數據采集工作，帶干擾過去后再恢復進行，這比單純在硬件上采取抗干擾措施要好得多。為了安全，在設計上將制動開關u節(jié)氣門執(zhí)行器直接相連，這樣彈踩下制動踏板時，在停止單片機恒速控制程序的同時，將巡航控制系統與節(jié)氣門拉索斷開。系統的硬件框圖如圖3.1所示。它主要由微處理器、電源電路、離合器和直流電動機驅動電路、保護電路和輸入信號處理電路等部分組成、pic16f873微處理器使系統的核心，有關驅動電路、輸入信號處理電路在后面講座詳細的討論。車速傳感器等也是巡航控制系統的重要組成部分，汽車巡

52、航控制系統所需要的傳感器主要包括車速傳感器、節(jié)氣門位置傳感器、制動踏板傳感器、離合器踏板傳感器等。圖3.1 巡航控制系統的硬件框圖車速傳感器速度信號是車輛巡航控制系統最重要的輸入信息之一。車速傳感器將產生的車速信號輸送給巡航控制ecu，作為實際車速反饋信號，以實現定速行駛功能。因此，要求車速傳感器通常與車速表驅動裝置相連，如果車速表是電子式的，他所用的車速傳感器給出的信號可直接用作巡航控制ecu的反饋信號，而不必為巡航控制系統另設定車速傳感器，車速傳感器有光電式、霍爾感應式、磁阻式等多種結構形式，這里采用霍爾感應式。在汽車新航控制系統中，節(jié)氣門位置傳感器給出的節(jié)氣門位置信號。節(jié)氣門位置測量采用

53、電位器式腳位移傳感器，其輸出電壓經過a/d轉換器轉換為數字量，再送入微處理器進行處理。制動踏板傳感器安裝在制動踏板下，取制動燈開關信號，用以獲取制動踏板動作信號。離合線踏板傳感器安裝在離合器踏板下，用于獲取離合器踏板動作信號，該信號位開關信號。3.2 開關量的處理制動開關有手制動和腳制動兩種。其中，腳制動開關信號的電平轉換電路如圖3.2所示。腳制動開關是當開關接通時為低電平，開關斷開時為高電平。圖3.2 腳制動開關信號的電平轉換電路手制動開關信號的電平轉換電路如圖3.3所示。手制動開關是在接通時為高電平，斷開時為低電平。圖3.3 手制動開關信號的電平轉換電路硬件電路中，除腳制動開關和手制動開關

54、外，空擋開關、設定鍵、加速鍵、減速鍵、取消鍵等均為開關量，電路結構如圖3.2或3-3所示。3.3 車速信號處理熟讀信號是巡航控制系統最重要的信號之一，如果速度信號失常，巡航控制系統就不能正常工作，甚至發(fā)生事故。該控制系統利用pic16f973微處理器的16位定時/計算器tmr2和連接到這個定時器上的撲捉與比較寄存器來測得車速信號。由于單片機能識別的信號電壓范圍是0 5v,而汽車上的電源是12v，所以需要在測車速之前，將這些速度信號轉換電子信號。如果速度傳感器輸出信號為正弦波，還應對信號進行整型處理。在測量車速時，如果信號齒一周有z個齒，信號每轉一周，則產生z個脈沖。這里采用頻率法來測量車速。在

55、單位時間內，根據脈沖發(fā)生器脈沖的個數來計算脈沖的頻率。用頻率法時車速為：式中，n為每秒鐘內傳感器產生的脈沖數，z為信號齒的齒數，io為主傳動比，r為車輪半徑，t為脈沖的采樣周期。3.4 電動機的驅動汽車自動巡航控制系統的執(zhí)行器是直流電動機，直流電動機的驅動選用l298驅動芯片驅動，驅動電路如圖3.4所示，圖1.15中的二極管vd1-vd4應選用快恢復二極管。雙串橋的驅動可以接受ttl電平，圖中門電路具有驅動能力。圖3.4 執(zhí)行機構的驅動電路表1.1為圖1.15的真值表，由真值表1.1可知，只有當en-able為高電平，in1和in2腳電平不同時執(zhí)行機構才動作。圖中的電阻 r1是用來檢測電動機的

56、工作電流的。表1.1 真值表3.5 pwm控制pwm控制技術是利用半導體開關器件的導通-關斷把直流電壓變成脈沖列，并通過控制電壓脈沖歡度或周期以達到變壓的目的，或者控制電壓脈沖寬度和脈沖列的周期以達到變壓變頻的目的的一種控制技術。直流電動機的pwm控制技術可用不同的控制手段來實現，如使用專用集成pwm控制器，或者使用微處理器進行控制，也可以使用集成pwm控制器與微處理器相配合的方法等。接口設計中最大的挑戰(zhàn)是處理動態(tài)問題，最重要的是直通電流、二極管階躍、地段反沖等。（1）直通電流，該電流包括兩種成分，最明顯的使續(xù)流二極管的反向恢復電流。圖1.16中，上橋臂左邊管子vf導通，右邊管子vf截止，下橋

57、臂右邊管子vf是脈寬調制的。當其導通時，電流從正級干線流過，然后通過的續(xù)流二極管返回干線。當再一次導通時，反向恢復電流將從的續(xù)流二極管拉出。這個電流明顯是從電源正級流到地將電動機旁路的直通電流。當4個開關管中任何一個在橋電路中被脈寬調制與其續(xù)流二極管相反時，這種現象就會發(fā)生，并且這時pwm頻率與電動機電感足夠大，以至于電動機電流在關斷期間不會隨減到零。除了反向恢復電流之外，另外還有一個電流稱為pwm中斷電流，它是通過開關交換時產生的。當橋電路中一個場效應晶體管導通時，其相對的場效應晶體管的漏極被快速拉到地，這樣加在漏極上的di/dt會引起一個流過柵極到漏極電容的電流，對柵極來說，看上去是輸入電流。這個電流通過柵極驅動的關斷阻抗返回原極。通過驅動阻抗乘以du/dt電流而產生的電壓可以講柵極正偏。如果該電壓超過了這個關斷的場效應晶體管的導通門限，那么這個誤導通就會產生直通電流。如果低端的場效應晶體管是脈寬調制的，則du/dt就加到了有釋放電阻的高端場效應晶體管上。如果釋放電阻是有緣開關便且可以近似為零，那么高端場效應晶體管柵極保持為高端干線電壓，