《汽車巡航控制技術(shù)》PPT課件

1、汽車巡航控制技術(shù)目錄概述巡航控制系統(tǒng)的組成巡航控制系統(tǒng)的控制原理巡航控制系統(tǒng)部件的結(jié)構(gòu)特點巡航控制系統(tǒng)的控制過程巡航控制系統(tǒng)的發(fā)展和前景汽車巡航控制技術(shù) 巡航原意是指飛機從一個航口飛到另一個航口的巡邏航行。巡航控制系統(tǒng)的英文名稱是Cruise Control System,英文縮寫為CCS。汽車巡航是指汽車以一定的速度勻速行駛，因此，汽車巡航控制系統(tǒng)又稱為“恒速控制系統(tǒng)”。一、概述 巡航控制系統(tǒng)在汽車上應用已有39年的歷史。到目前為止，汽車巡航控制系統(tǒng)的發(fā)展過程經(jīng)歷了機械控制、分立電子元件控制、模擬計算機控制和數(shù)字計算機控制4個階段。早在1965年，日本本田汽車公司就已經(jīng)開始在汽車上使用機械式

2、巡航控制系統(tǒng)。隨后不久，德國VDO公司研制成功了氣動機械式巡航控制系統(tǒng)。1968年德國奔馳公司開發(fā)成功了由分立電子元件組成的巡航控制系統(tǒng)，并裝備在莫克利汽車上。到20世紀70年代中期，汽車上已普遍采用模擬計算機控制的巡航控制系統(tǒng)。從1981年開始，汽車便開始采用數(shù)字計算機控制的巡航系統(tǒng)。目前，汽車已普遍采用數(shù)字計算機控制的電子控制巡航系統(tǒng)。 汽車巡航控制系統(tǒng)的功用是： 根據(jù)汽車行駛阻力的變化，自動調(diào)節(jié)發(fā)動機節(jié)氣門開度的大小，使汽車保持恒定速度行駛。 二、巡航控制系統(tǒng)的組成汽車巡航控制系統(tǒng)組成主要有： 車速傳感器 節(jié)氣門位置傳感器 控制開關(guān)巡航控制電控單元 執(zhí)行機構(gòu)等部件 二、巡航控制系統(tǒng)的優(yōu)點

3、減輕駕駛員的勞動強度，提高行駛安全性行駛速度穩(wěn)定，提高乘坐舒適性節(jié)省燃料消耗，提高燃油經(jīng)濟性和排放性能三、巡航控制系統(tǒng)的控制原理圖示是一種典型的閉環(huán)汽車電子巡航控制系統(tǒng)原理方框圖。由圖可知，巡航控制Ecu有兩個輸入信號：一個是駕駛員按要求的車速調(diào)定的指令車速信號，另一個是實際車速反饋信號。當測出的實際車速高于或低于駕駛員調(diào)定的車速時，ECU將這兩種信號進行比較，由簡單減法得出兩信號之差，即誤差信號，再經(jīng)放大、處理后成為節(jié)氣門控制信號送至節(jié)氣門執(zhí)行器，驅(qū)動節(jié)氣門執(zhí)行器動作，調(diào)節(jié)發(fā)動機節(jié)氣門開度，以修正指令車速信號與實際車速反饋信號的誤差，從而使實際車速很快恢復到駕駛員設(shè)定的車速，并保持恒定。巡航

4、車速的控制方式ECU作為巡航控制系統(tǒng)的核心部件，一般采用“比例積分“控制(簡稱PI控制)的控制系統(tǒng)，線性放大部件Kp的輸出正比于誤差信號，而積分放大器KI則設(shè)置一條斜率可調(diào)整的輸出控制線，用以在短時間內(nèi)將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。 車速與節(jié)氣門開度之間的關(guān)系如圖所示設(shè)定汽車在平路上以車速行駛V0時，節(jié)氣門開度為o。此時若保持節(jié)氣門開度不變，則可用調(diào)定速度V0巡航行駛.但是，若汽車上坡時，車速便將降至VD，而不能進行巡航行駛。為使巡航行駛與車輛行駛阻力的

5、變化無關(guān)，ECU設(shè)置了輸出控制線。輸出控制線斜率應盡量使車速變化小，且斜率還應可以調(diào)整。由圖可知，由于設(shè)置了輸出控制線，對于上坡、下坡等道路變化，只要將節(jié)氣門開度調(diào)整，則可將速度變動幅度限制在v的微小范圍內(nèi)。 在所有車輛上，從調(diào)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(tǒng)的電路設(shè)計考慮了這個問題，這樣，當系統(tǒng)把實際車速調(diào)整到指令車速時，就可避免嚴重的車速波動 四、汽車電子巡航控制系統(tǒng)主要部件的結(jié)構(gòu)與原理汽車電子巡航控制系統(tǒng)組成主要有： （1）巡航控制開關(guān) （2）車速傳感器 （3）執(zhí)行器 （4）電子控制器 (1)巡航控制開關(guān)巡航控制開關(guān)即駕駛員指令開關(guān)，有時也稱主控開關(guān)。它一般是桿式

6、開關(guān)，安裝在轉(zhuǎn)向柱上駕駛員容易接近的地方。通常將其功能包含在組合開關(guān)內(nèi)，大多數(shù)指令開關(guān)有3個擋值：即設(shè)置巡航(SETCOAST)、取消(CANCEL)和復位加速(RESACC)擋。 （2）車速傳感器車速傳感器將產(chǎn)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(xiàn)定速行駛功能。車速傳感器通常與車速表驅(qū)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(tǒng)另設(shè)速度傳感器。車速傳感器有磁感應式霍爾式、光電式等多種結(jié)構(gòu)形式。（3）執(zhí)行器 執(zhí)行器又稱伺服器，其作用是接受巡航控制ECU的控制指令信號，以電動或氣動方式操縱節(jié)氣門，改變節(jié)氣門

7、開度，使車輛作加速、減速及定速行駛。執(zhí)行器常分為電動式和真空式(即氣動式)兩種。電動機轉(zhuǎn)動時，通過減速機構(gòu)和電磁離合器帶動控制臂轉(zhuǎn)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(zhuǎn)動。改變流過電動機電樞繞組電流的方向，就可改變電樞軸的轉(zhuǎn)動方向，從而即可調(diào)節(jié)節(jié)氣門搖臂轉(zhuǎn)動角度的大小。(4)電子控制器(Ecu) 電子控制器是巡航控制系統(tǒng)的中樞，其作用是接受車速傳感器、巡航控制開關(guān)、制動燈開關(guān)等作用信號，經(jīng)計算、記憶、放大及信號轉(zhuǎn)換等處理后，輸出控制信號，驅(qū)動執(zhí)行器動作。早期的電子巡航控制系統(tǒng)，電子控制器大多采用模擬電子技術(shù)。巡航控制系統(tǒng)電控單元又稱為巡航電子控制器，其功用是接受車速傳感器、

8、巡航開關(guān)、制動燈開關(guān)、駐車制動開關(guān)、空擋啟動開關(guān)或離合器開關(guān)、發(fā)動機電控單元ECU以及自動變速系統(tǒng)電控單元（ECT ECU）的信號，經(jīng)過信號轉(zhuǎn)換與處理、數(shù)學計算（比例積分計算）、邏輯判斷、記憶存儲、功率放大等處理后，向巡航執(zhí)行機構(gòu)輸出控制指令信號，驅(qū)動執(zhí)行其動作，從而實現(xiàn)恒速控制或解除巡航行駛狀態(tài)。 數(shù)字電路控制系統(tǒng)與模擬電路控制系統(tǒng)的控制原理基本相同，有所不同的是所有輸入指令均以數(shù)字信號直接存儲和處理，此外，還帶有可擦除只讀存儲（ROM）的8位微處理器（MCU）。 電控單元CCS ECU根據(jù)駕駛員操作“設(shè)定/巡航”（SET/COAST）開關(guān)輸入的設(shè)定車速信函、車速傳感器輸入的實際車速信號、各

9、種開關(guān)輸入信號以及發(fā)動機ECU和ECT ECU輸入的信號，按照只讀存儲器中預先編制的程序進行計算處理之后，向執(zhí)行機構(gòu)驅(qū)動電路發(fā)出指令，驅(qū)動執(zhí)行器（步進電機或直流電動機、電磁閥等）動作，執(zhí)行器通過節(jié)氣門聯(lián)動機構(gòu)和節(jié)氣門拉索等改變節(jié)氣門開度，使實際車速達到設(shè)定的巡航車速。 汽車電子控制巡航系統(tǒng)采用閉環(huán)控制方式進行控制。對閉環(huán)控制系統(tǒng)的要求是穩(wěn)態(tài)誤差小、響應速度快、系統(tǒng)穩(wěn)定性好。實踐證明，只要選擇合適的比例運算放大系數(shù)KP和積分運算放大系數(shù)KI，就能保證系統(tǒng)具有較高的控制精度、較快的響應速度和穩(wěn)定的工作狀態(tài)。五、豐田巡航控制系統(tǒng)的控制過程 豐田皇冠3.0型轎車電動式巡航控制系統(tǒng)的控制部件主要有傳感器

10、（節(jié)氣門位置傳感器、NO.1車速傳感器）、控制開關(guān)（巡航開關(guān)、駐車制動開關(guān)、雙閘制動燈開關(guān)、自動變速系統(tǒng)的空擋啟動開關(guān)或手動變速器的離合器開關(guān)等）、巡航電控單元（CCS ECU）、執(zhí)行機構(gòu)（電磁離合器、驅(qū)動電動機與電位計等）。 豐田汽車巡航控制系統(tǒng)的控制過程MAIN電路為：蓄電池正極 點火開關(guān)“點火（ON）”擋 熔斷器ECU-IG CCS ECU 電源端子“14(B)” CCS ECU內(nèi)部電路 端子“4（CMS）” 巡航開關(guān)端子“3” 主開關(guān)“MAIN”觸點 巡航開關(guān)端子“4” 搭鐵 蓄電池負極 巡航指示燈電路為：蓄電池正極 點火開關(guān)“點火（ON）”擋 熔斷器GAUGE 巡航指示燈 CCS E

11、CU端子“5（P1）” CCS ECU內(nèi)部電路 端子“13（GND）” 搭鐵 蓄電池負極“SET/COAST”開關(guān)接通電路為：蓄電池正極 點火開關(guān)“點火（ON）”擋 熔斷器ECU-IG CCS ECU電源端子“14(B)” CCS ECU內(nèi)部電路 端子“18（CCS）” “SET/COAST”開關(guān) 搭鐵 蓄電池負極 電磁離合器線圈電路為：蓄電池正極 點火開關(guān)“點火（ON）”擋 CCS ECU電源端子“14(B)” CCS ECU內(nèi)部電路 CCS ECU端子“10（L）” 制動燈開關(guān)常閉觸點 電磁離合器線圈 搭鐵 蓄電池負極驅(qū)動電動機電路為：蓄電池正極 點火開關(guān)“點火（ON）”擋 CCS ECU

12、電源端子“14(B)” CCS ECU內(nèi)部電路 端子“24（VR1）” 電位計及其滑臂 端子“25（VR2）” 端子“11（MC）” 電動機 端子“12（MO）” CCS ECU內(nèi)部電路 端子“13（GND）” 搭鐵 蓄電池負極電位計電路為： 蓄電池正極 點火開關(guān)“點火（ON）”擋 CCS ECU電源端子“14(B)” CCS ECU內(nèi)部電路 端子“24（VR1）” 電位計 端子“26（VR3）” CCS ECU內(nèi)部電路 端子“13（GND）” 搭鐵 蓄電池負極驅(qū)動電動機反轉(zhuǎn)電路為：蓄電池正極 點火開關(guān)“點火（ON）”擋 CCS ECU電源端子“14(B)” CCS ECU內(nèi)部電路 端子“24（VR1）” 電位計及其滑臂 端子“25（VR2）” 端子“12（MO）”電動機 端子“11（MC）” CCS ECU內(nèi)部電路 端子“13（GND）” 搭鐵 蓄電池負極 巡航控制狀態(tài)的解除條件在汽車以設(shè)定的巡航速度行駛過程中，當遇到下列情況之一時，CCS ECU將發(fā)出控制指令使巡航執(zhí)行機構(gòu)停止工作，立即解除巡航控制狀態(tài)。巡航開關(guān)的“CANCEL”（取消）開關(guān)接通時。制動燈開關(guān)接通時駐車制動開關(guān)接通時空檔啟動開關(guān)或離合器開關(guān)接通時六、巡航控制系統(tǒng)的發(fā)展和前景現(xiàn)在正在研制另一種巡航系統(tǒng)，它能夠在更大程度上減少駕駛員