自適應巡航控制

1、自適應巡航控制(ACC)(ACC)主講人：付文強1.自適應巡航系統(tǒng)簡介2.自適應巡航系統(tǒng)產(chǎn)生背景3.自適應巡航系統(tǒng)作用原理4.自適應巡航系統(tǒng)發(fā)展歷程5.自適應巡航系統(tǒng)功能 6.自適應巡航系統(tǒng)優(yōu)勢與不足7.車輛上的具體應用8.自適應巡航系統(tǒng)未來自適應巡航系統(tǒng)介紹 自適應巡航控制(ACC)是一個允許車輛巡航控制系統(tǒng)通過調(diào)整速度以適應交通狀況的汽車功能。安裝在車輛前方的雷達用于檢測在本車前進道路上是否存在速度更慢的車輛。若存在速度更慢的車輛，ACC系統(tǒng)會降低車速并控制與前方車輛的間隙或時間間隙。若系統(tǒng)檢測到前方車輛并不在本車行駛道路上時將加快本車速度使之回到之前所設定的速度。此操作實現(xiàn)了在無司機干預

2、下的自主減速或加速。 ACC控制車速的主要方式是通過發(fā)動機油門控制和適當?shù)闹苿?。自適應巡航控制系統(tǒng)除了具有普通定速巡航的操作便利性以外，同時更加安全。自適應巡航控制系統(tǒng)大都以毫米波雷達為基礎，監(jiān)測車輛周圍的狀況，如果我們的車與前車之間的距離過小的話，自適應巡航控制系統(tǒng)后迫使車輛減速，而假設我們與前車的距離足夠遠的話，系統(tǒng)便可以控制我們的車輛加速到之前已經(jīng)設定的巡航速度。值得注意的是，考慮到乘坐的舒適性，目前安裝于車輛上的自適應巡航控制系統(tǒng)對于剎車的干預程度最大僅有全部制動力的30%，因此，車輛的控制最終還是掌握在駕駛員手中。自適應巡航的歷史 自適應巡航控制系統(tǒng)（ACC）的主要目的是改善駕駛員的

3、舒適度，減輕工作負荷。它包含防抱死制動系統(tǒng)(ABS)，牽引力控制裝置(TCS)及強化車輛穩(wěn)定性系統(tǒng)(VSE)于一體。駕駛員即使沒有踩下制動踏板，ACC也會自動完成制動。自適應巡航系統(tǒng)的歷史可以追溯至上個世紀70年代。1971年，美國EATON（伊頓）公司便已從事這方面的開發(fā)。其雛形是日本三菱公司提出的PDC（Preview Distance Control）系統(tǒng)，它將雷達與其他處理器結合在一起，可以偵測出車距變化，并對駕駛員發(fā)出警告，系統(tǒng)還可以控制節(jié)氣門開度調(diào)節(jié)發(fā)動機功率。此后豐田、本田、通用、福特、戴姆勒、博世等公司也投入到了研發(fā)行列。ACC系統(tǒng)構成 基本的ACC系統(tǒng)包含：傳感器單元，用于感

4、知本車狀態(tài)及行車環(huán)境等信息；ACC控制器，系統(tǒng)的核心單元，用于對行車信息進行 處理，確定車輛的控制命令；執(zhí)行機構，主要由制動踏板、加速踏板及車輛傳動系控制執(zhí)行器等組成，用于實現(xiàn)車輛加、減速； 人機界面，用于駕駛員設定系統(tǒng)參數(shù)及系統(tǒng)狀態(tài)的顯示等。 1.主要部件的功能 a.巡航控制ECU 用于接收各種傳感器傳送來的信號，再經(jīng)計算、加工處理后，向執(zhí)行器發(fā)出指令，控制執(zhí)行器的動作，使汽車實際車速與駕駛員設定的車速保持一致。 b.主控開關 用于控制巡航控制系統(tǒng)的啟動、關閉和控制巡航工作狀態(tài)。 c.空檔起動開關 用于向巡航控制ECU傳送空檔起動開關接通信號(即變速器操縱桿處于空檔位置的信號)，以使汽車立即

5、退出巡航控制狀態(tài)。 d.制動燈開關 用于向巡航控制ECU傳送制動燈開關接通信號(即駕駛員踩下制動踏板的信號)，以使汽車迅速退出巡航控制狀態(tài)。 e.車速傳感器 用于監(jiān)測汽車行駛速度，并將信號傳送給巡航控制ECU。 f. 節(jié)氣門控制搖臂位置傳感器 用于監(jiān)測節(jié)氣門控制搖臂的位置，并將信號傳給巡航控制ECU。 g 節(jié)氣門位置傳感器 用于監(jiān)測節(jié)氣門的位置，并將信號傳送給巡航控制ECU。 h.執(zhí)行器(即節(jié)氣門驅動機構) 用于將巡航控制ECU發(fā)來的電信號轉變成機械運轉，控制節(jié)氣門的開度.使汽車按駕駛員設定的車速行駛。 行車中，在駕駛員開啟巡航控制系統(tǒng)，并按操作程序完成巡航車速的設定后，車速傳感器立即將此速度

6、信號傳送給巡航控制ECU, 并儲存在隨機存儲器(RAM)中。與此同時，巡航控制ECU向執(zhí)行器發(fā)出信號，以控制節(jié)氣門開度，使汽車按設定車速行駛。 行車中，巡航控制系統(tǒng)通過車速傳感器連續(xù)不斷地監(jiān)測汽車在各個時刻的速度，并將此速度信號傳送給巡航控制ECU，經(jīng)中央處理器(CPU)將此速度信號和儲存在隨機存儲器(RAM)中的巡航車速信號進行比較運算和處理后，巡航控制ECU迅速向執(zhí)行器發(fā)出增大或減小節(jié)氣門開度的信號,通過控制節(jié)氣門驅動電動機的正、反轉及轉速，從而實現(xiàn)對汽車行駛速度的控制。二.執(zhí)行機構工作原理 目前常用的執(zhí)行器有兩種：一種是電動式的。另一種是真空泵式的。電力驅動式執(zhí)行機構主要由驅動電動機（永

7、磁式或步進式電動機）、減速機構、安全電磁離合器和電位計等組成。執(zhí)行機構的功用是根據(jù)CCS ECU指令，通過節(jié)氣門拉索（鋼纜）調(diào)節(jié)發(fā)動機節(jié)氣門的開度，從而使車速基本保持恒定。 電動式執(zhí)行結構結構原理圖 1.驅動電動機以及節(jié)氣門（直流電動機或步進電機）電動機轉動時通過減速機構和電磁離合器帶動控制臂轉動，控制臂又通過專用節(jié)氣門拉索（鋼纜纜索）拉動節(jié)氣門搖臂轉動，從而改變節(jié)氣門開度。通過改變流過電動機電樞繞組電流的方向，即可改變電樞軸的轉動方向，從而調(diào)節(jié)節(jié)氣門搖臂轉動角度的大小。為了限定控制臂轉動角度，防止發(fā)動機發(fā)生飛車事故，在電動機電路中安裝有限位開關。2.電磁離合器電磁離合器安裝在驅動電動機與控制

8、臂之間。在巡航行駛過程中，當駕駛員踩下制動踏板或實際車速超過設定巡航車速或車速傳感器發(fā)生故障時，CCS ECU將發(fā)出控制指令首先使離合器分離，防止發(fā)生事故 。未進入巡航控制狀態(tài)時，將電磁離合器線圈電路設計為接通狀態(tài)，使離合器初始狀態(tài)為接合狀態(tài)。 3.電位計 在電力驅動式執(zhí)行機構中，一般都裝有一只由可變電阻器構成的電位計（即轉角或位移傳感器），其功用是檢測執(zhí)行機構中控制臂轉動的角度或拉索的位移量，并將電信號輸入CCS ECU。該信號主要用于CCS ECU診斷執(zhí)行機構是否發(fā)生故障。在CCS ECU向執(zhí)行機構發(fā)出控制指令后，如果電位計信號沒有變化或超過預先設定值，則將判定執(zhí)行機構有故障。 4.巡航控

9、制電子控制器(ECU) 選用CCS ECU時，對它們有一定的特殊要求，如抗電磁干擾能力，在高溫下的工作能力以及必要的運算速度等等。 傳感器安裝位置 目前市面上傳感器主要包括雷達傳感器、紅外光束傳感器以及視頻攝像頭三種。品牌、車型不同其安裝位置也不同，常見的安裝位置有車標后、保險杠兩側、下方以及車內(nèi)后視鏡背后。造成這些差異的原因主要是各種傳感器工作原理不同，當然其中也包含部分成本因素。 由于每種傳感器都有自己的弱點，所以目前自適應巡航系統(tǒng)開發(fā)過程中，研發(fā)人員便會根據(jù)各種傳感器的特點，將它們組成搭檔，共同為數(shù)字信號處理器提供信息。比如雷達對于垂直方向上重疊物體的判斷較弱。在實際行車中，當車輛行駛到

10、立交橋附近時，如果前方與盤橋匝道上同時出現(xiàn)車輛，雷達傳感器有很低幾率出現(xiàn)誤判；前方路面出現(xiàn)金屬標識牌甚至是金屬廢棄物時，雷達傳感器也有很低幾率產(chǎn)生誤判。相信沒人想拿自己的生命做賭注，于是為了進一步降低誤判的可能，越來越多的自適應巡航系統(tǒng)采用兩種傳感器收集信息。定速巡航系統(tǒng) 按司機要求的速度合開關之后，不用踩油門踏板就自動地保持車速，使車輛以固定的速度行駛。采用了這種裝置，當在高速公路上長時間行車后，司機就不用再去控制油門踏板，減輕了疲勞，同時減少了不必要的車速變化，可以節(jié)省燃料。 簡單講，定速巡航要做的只有一件事，那就是達到駕駛員預設的時速要求，而自適應巡航除了達到預設時速外，它還肩負著保持預

11、設跟車距離以及隨著車距變化自動加速與減速的任務?；竟δ?（1）車速設定：當按下車速調(diào)置開關后，就能存儲該時間的行駛速度，并能保持這速度行駛； （2）消除功能：當踩下制動踏板,上述功能立即消失。但是，上述調(diào)置速度繼續(xù)存儲； （3）恢復功能：當按恢復開關，剛能恢復原來的車速； （4）速度微調(diào)下降； （5）速度微調(diào)升高。 (1)通過車距傳感器的反饋信號，ACC控制單元可以根據(jù)靠近車輛物體的移動速度判斷道路情況，并控制車輛的行駛狀態(tài)；通過反饋式加速踏板感知的駕駛者施加在踏板上的力，ACC控制單元可以決定是否執(zhí)行巡航控制，以減輕駕駛者的疲勞。 (2)自適應巡航控制系統(tǒng)一般在車速大于25 km/h時才會

12、起作用，而當車速降低到25 km/h以下時，就需要駕駛者進行人工控制。通過系統(tǒng)軟件的升級，自適應巡航控制系統(tǒng)可以實現(xiàn)“停車/起步”功能，以應對在城市中行駛時頻繁的停車和起步情況。自適應巡航控制系統(tǒng)的這種擴展功能，可以使汽車在非常低的車速時也能與前車保持設定的距離。當前方車輛起步后，自適應巡航控制系統(tǒng)會提醒駕駛者，駕駛者通過踩油門踏板或按下按鈕發(fā)出信號，車輛就可以起步行駛。 (3)自適應巡航控制系統(tǒng)使車輛的編隊行駛更加輕松。ACC控制單元可以設定自動跟蹤的車輛，當本車跟隨前車行駛時，ACC控制單元可以將車速調(diào)整為與前車相同，同時保持穩(wěn)定的車距，而且這個距離可以通過轉向盤附近的控制桿上的設置按鈕進

13、行選擇。 開啟自適應巡航系統(tǒng)比把大象塞入冰箱還簡單，首先打開定速巡航系統(tǒng)，并設置好所需時速。第二步按下自適應巡航按鈕，并選擇跟車距離。第三步就是用余光快速檢查下儀表盤，看看有無標志提示。確定沒有問題后，就可以享受它帶來的便利了。 相比開啟，自適應巡航的關閉則簡單的多，只要您踩下制動踏板，自適應巡航系統(tǒng)就會自動解除，當然您也可以使用按鍵手動關閉。如果想要再次激活，您只需按下調(diào)節(jié)車速按鍵。優(yōu)點1.裝有自適應巡航控制系統(tǒng)的智能汽車，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(jù)道路情況控制車輛行駛狀態(tài)，完全或部分地取代了駕駛員的操作。2.自適應巡航控制屬主動安全技術，系統(tǒng)通過各種傳感器

14、，在汽車周圍產(chǎn)生一個雷達安全區(qū)域，計算機根據(jù)雷達傳感器傳輸?shù)男畔?，分析和判斷道路情況，通過控制器調(diào)整汽車的行駛狀態(tài)。 3.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(diào)整汽車的運行狀態(tài)。它能夠準確地判斷汽車四周的安全情況，自動采取措施回避危險或者選擇安全的行車路線和工作狀態(tài)。 這套系統(tǒng)不僅可以控制駕駛者預先設定的期望速度，而且可以根據(jù)交通狀況，使車輛在高速公路或鄉(xiāng)間公路上與前車保持安全的距離。一旦啟動，ACC將自動加速或制動車輛，以保持合適的車距。在任何時候，駕駛者都可以主動進行加速或制動，親自干預車輛的駕駛。實際上，當系統(tǒng)達到其極限時，這一點是非常重要的，因為駕駛

15、者始終是車輛的真正控制者。 作為這套系統(tǒng)的核心部件，77GHz雷達傳感器可以全天候地探測到前方200米內(nèi)的車輛。當本車跟隨另一輛車行駛時，自適應巡航控制系統(tǒng)敏感地把車速調(diào)整為與前車相同，同時保持一個穩(wěn)定的車距，而且，這個距離可以通過控制桿上的四個設置進行選擇。如果前方?jīng)]有車輛或障礙物，這一功能通過對發(fā)動機、制動系統(tǒng)和轉動管理的干預來實現(xiàn)。制動的使用被限制在不影響舒適的2米/秒，這足以實現(xiàn)對車速和距離的精確控制。當需要更大的減速時，會有一個光學和聲音信號通知駕駛者自己采取制動。缺點 在車輛無法安全的以穩(wěn)定的速度行駛時，不可用。 雨雪天氣，行車路面很滑的條件下，由于附著力的變化可能使輪胎空轉，甚至

16、使車輛失去控制。 缺乏智能性，不能根據(jù)真實路況調(diào)整駕駛狀況應用 在剛剛上市的2011款奧迪A6L上便搭載了ACC自適應巡航控制系統(tǒng)。作為國內(nèi)公務轎車的代表，奧迪A6L一直保持著嚴謹?shù)驼{(diào)的外觀風格，2011款中選裝的S-Line套件顯然更吸引年輕的車主。精致的內(nèi)飾、豐富的配置是A6L吸引人的部分，MMI系統(tǒng)的操作更加簡便，但包含的內(nèi)容卻更加豐富。同時A6L寬敞的內(nèi)部空間也是乘坐舒適性的有利保障。 直線行駛時，自適應巡航也會“突然”加速 在直線行駛開啟自適應巡航時，前車并入其他車道，這時本車雷達會重新掃描前方車輛，如果判斷沒有前車則自適應巡航會執(zhí)行駕駛員設定的目標時速，如果判斷有前車存在，則自適應

17、巡航執(zhí)行駕駛員設定的行駛。特別是時速不高調(diào)整跟車距離的過程中，這種加速感就會比較明顯。 城市路況中使用自適應巡航會遇到的問題 目前很多自適應巡航都可以設置不同遠近的跟車距離，根據(jù)測試，不同時速下相同檔位的跟車距離是不同的，這是因為車輛時速越快，需要剎停的距離就越長，比如100km/h時速下，最近跟車檔位遠比50km/h時速下設置的最近跟車擋位遠。 如果在城市道路行駛時使用自適應巡航功能，即便將跟車距離調(diào)至最近檔位，本車與前車之間的距離仍會十分寬敞，足夠旁邊車道車輛自由并線。在城市路況中，想通過設置最近跟車距離而不被旁邊車道車輛亂并線的朋友，你們要失望了。停車起步遠行系統(tǒng) 基本的ACC控制邏輯加

18、入了停車起步的性能，以應對交通阻塞的情況出現(xiàn)。在車流阻塞的情況下，需要低速巡航，制動停車；在車流開始恢復時，逐漸解除制動。最初的ACC控制包括傳統(tǒng)的基于巡航速度控制的車輛控制。在25-40km/h(16-25mph)速度范圍內(nèi)，車輛連續(xù)的起步停車需要ACC系統(tǒng)具有某些功能的交疊。處理在交通擁擠時出現(xiàn)的各種情況，需要ACC具有相關的性能，如閉環(huán)控制下車速降為零，實施零速度制動(保持制動)，及從停車過渡到起步的過程中平穩(wěn)地解除壓力。閉環(huán)速度控制 基本的ACC系統(tǒng)在車輛速度大約為25km/h(16mph)時就不再起作用，而需要駕駛員重新控制汽車。ACC擴展的停車起步運行的低速巡航能力，具有了速度低于25km/h的閉壞速度控制，這種增加的能力，可以使汽車在非常低的速度也能保持所需的車間距離（如下圖）。速度非常低的時候，系統(tǒng)甚至會啟用 被動車輪速度傳感器來進行跟蹤，但是進行預報時，使用主動車輪速度傳感器會得到