巡航控制系統(tǒng)

汽車發(fā)動機(jī)電控技術(shù)巡航控制系統(tǒng)

巡航控制系統(tǒng)簡介當(dāng)汽車在高速公路上長時(shí)間行駛時(shí)，如果駕駛員將汽車的行駛狀態(tài)轉(zhuǎn)變?yōu)檠埠娇刂茽顟B(tài)，則駕駛員不用踩踏加速踏板就可以自動地保持車速，使車輛以固定的速度行駛，從而減輕駕駛員的工作負(fù)擔(dān)，提高汽車駕駛時(shí)的舒適性。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(jì)性和排放性能在巡航控制起作用過程中，一旦出現(xiàn)人為干預(yù)的情況，巡航控制系統(tǒng)會確保駕駛員的操作優(yōu)先，取消巡航控制狀態(tài)。當(dāng)車輛的速度超出人為設(shè)定的范圍及其他情況，巡航控制系統(tǒng)也能自動地停止工作，以確保車輛行駛的安全。

巡航控制系統(tǒng)的基本工作原理

巡航控制系統(tǒng)是一個(gè)典型的閉環(huán)控制系統(tǒng)。電子控制式巡航控制系統(tǒng)的控制原理如圖所示。輸入巡航電控單元CCSECU的信號有兩個(gè):一個(gè)是駕駛員根據(jù)行駛條件，通過巡航開關(guān)設(shè)定的巡航車速指令信號，另一個(gè)是車速傳感器輸入的實(shí)際車速反饋信號。當(dāng)巡航車速指令信號和實(shí)際車速反饋信號輸入巡航電控單元CCSECU后，CCSECU的比較器A經(jīng)過比較運(yùn)算便可得到兩個(gè)信號之差，稱之為誤差信號。誤差信號經(jīng)過比例運(yùn)算和積分運(yùn)算后，再經(jīng)過放大處理就可得到控制節(jié)氣門開度大小的控制信號，CCSECU將控制指令發(fā)送給執(zhí)行機(jī)構(gòu)，執(zhí)行機(jī)構(gòu)就可驅(qū)動節(jié)氣門拉索調(diào)節(jié)發(fā)動機(jī)節(jié)氣門開度的大小，將實(shí)際車速迅速調(diào)節(jié)到駕駛員設(shè)定的車速值，從而實(shí)現(xiàn)恒速控制，即實(shí)現(xiàn)巡航控制。

在控制過程中，當(dāng)實(shí)際車速低于駕駛員設(shè)定的巡航車速值時(shí)，巡航電控單元CCSECU將向執(zhí)行機(jī)構(gòu)發(fā)出增大節(jié)氣門開度的指令，使實(shí)際車速升高到巡航車速。反之，當(dāng)實(shí)際車速高于駕駛員設(shè)定的巡航車速值時(shí)，巡航電控單元CCSECU將向執(zhí)行機(jī)構(gòu)發(fā)出減小節(jié)氣門開度的指令，使實(shí)際車速降低到巡航車速，從而使實(shí)際車速基本保持駕駛員設(shè)定的巡航車速值不變。巡航控制系統(tǒng)的組成1-電源2-主控開關(guān)3-巡航控制ECU4-執(zhí)行器5-接節(jié)氣門6-車速傳感器7-制動燈開關(guān)一.巡航控制的操作開關(guān)

1.巡航開關(guān)巡航開關(guān)是巡航控制系統(tǒng)的主要控制開關(guān)，其功用是將恒速、加速或減速、恢復(fù)巡航車速以及取消巡航行駛等指令信號輸入巡航控制電控單元CCSECU，以便CCSECU確定是否進(jìn)行恒速控制。巡航開關(guān)實(shí)際上是一個(gè)類似于風(fēng)窗玻璃刮水與洗滌開關(guān)的組合手柄開關(guān)，一般都由"MAIN"(主開關(guān)),"SET/COAST"設(shè)置/巡航),"RES/ACC"(恢復(fù)/加速)和“CANCEL"(取消)四個(gè)功能開關(guān)組成。巡航開關(guān)一般都安裝在轉(zhuǎn)向盤右下側(cè)偏上位置，并隨轉(zhuǎn)向盤一同轉(zhuǎn)動，以便于駕駛員操作。在駕駛員轉(zhuǎn)動轉(zhuǎn)向盤的同時(shí)，即可用右手手指撥動組合手柄開關(guān)進(jìn)行巡航控制的有關(guān)操作。在每項(xiàng)功能開關(guān)的旁邊，標(biāo)注有完成相應(yīng)功能時(shí)開關(guān)手柄的操縱方向。

各型汽車用巡航開關(guān)的工作原理基本相同。但是，巡航開關(guān)的外形結(jié)構(gòu)各不相同，在設(shè)定巡航功能時(shí)，操縱手柄開關(guān)的方向也不盡相同。下面僅以豐田凌志400型轎車用巡航開關(guān)的外形結(jié)構(gòu)與內(nèi)部電路為例說明。

(1)"MAIN"(主開關(guān)):主開關(guān)為按鈕式開關(guān)，設(shè)在開關(guān)操縱手柄的端部，是巡航控制系統(tǒng)的總開關(guān)。當(dāng)單擊一下操縱手柄端部的主開關(guān)按鈕時(shí)，主開關(guān)觸點(diǎn)接通，組合儀表盤上的巡航指示燈將發(fā)亮指示，此時(shí)巡航控制系統(tǒng)處于待命狀態(tài)，可以進(jìn)行恒速控制。再次單擊主開關(guān)按鈕時(shí)，按鈕將彈起，MAIN觸點(diǎn)斷開，巡航指示燈將熄滅，指示巡航控制系統(tǒng)處于關(guān)閉狀態(tài)，不能進(jìn)行恒速控制。(2)"SET/COAST"(設(shè)定/巡航):即巡航速度設(shè)定開關(guān)。將巡航開關(guān)操縱手柄向下?lián)軇硬⒈３衷谙蛳挛恢脮r(shí)，巡航速度設(shè)定開關(guān)即可接通。當(dāng)“設(shè)定/巡航”開關(guān)處于接通位置時(shí)，只要按住操縱手柄不動，汽車就會不斷加速。當(dāng)車速達(dá)到駕駛員想要巡航行駛的車速(注:車速應(yīng)在40km/h以上，低于40km/h不能進(jìn)行巡航行駛)時(shí)松開操縱手柄，手柄將自動復(fù)位，此時(shí)巡航控制系統(tǒng)就會使汽車以松開操縱手柄時(shí)的車速保持恒速行駛。

(3)"RES/ACC"(恢復(fù)/加速):即恢復(fù)(RESUME)巡航速度開關(guān)。向上撥動操縱手柄時(shí)，巡航速度“恢復(fù)/加速”開關(guān)即可接通。在汽車以設(shè)定的巡航速度行駛過程中，當(dāng)駕駛員踩下加速踏板超車或踩下制動踏板制動，或?qū)⒆詣幼兯倨鬟x擋手柄撥到前進(jìn)擋"D”以外的位置時(shí)會導(dǎo)致車速升高或降低，如果此時(shí)想要恢復(fù)到原來設(shè)定的巡航車速，那么，將巡航開關(guān)操縱手柄向上抬起并保持在該位置使“恢復(fù)/加速”開關(guān)保持接通，汽車即可迅速加速或減速并恢復(fù)到原來設(shè)定的巡航車速行駛。但是，如果行駛車速已經(jīng)低于40km/h，則巡航車速不能恢復(fù)。

(4)"CANCEL"(取消):即取消巡航的操縱開關(guān)。將巡航開關(guān)操縱手柄向駕駛員方向撥動時(shí)，即可接通巡航速度“取消”開關(guān)來解除巡航行駛。2.制動燈開關(guān)制動燈開關(guān)接通信號為解除巡航控制信號之一。制動燈開關(guān)接通信號的功用是:在駕駛員踩下制動踏板接通制動燈電路使其發(fā)亮的同時(shí)，向巡航電控單元CCSECU輸入一個(gè)表示制動的信號，CCSECU接收到該信號后將立即解除巡航控制狀態(tài)，以便制動器制動將車速降低。

3.駐車制動開關(guān)駐車制動開關(guān)接通信號為解除巡航控制信號之一。在汽車行駛過程中，當(dāng)制動系統(tǒng)發(fā)生故障時(shí)，就需要通過操作駐車制動器來降低車速。因此，駐車制動開關(guān)接通時(shí)的信號必須作為解除巡航控制的輸入信號之一。駐車制動開關(guān)又稱為手剎車或手制動開關(guān)，其功用是:向巡航電控單元CCSECU輸送一個(gè)電信號，以便CCSECU解除巡航行駛狀態(tài)當(dāng)拉緊駐車制動器時(shí)，駐車制動開關(guān)觸點(diǎn)閉合，在接通制動警告燈電路的同時(shí)，還向CCSECU輸送一個(gè)表示駐車制動器處于制動狀態(tài)的信號(一般為低電平信號)，CCSECU接收到該信號后將解除巡航行駛狀態(tài)。4.空檔啟動開關(guān)空擋啟動開關(guān)接通信號為解除巡航控制信號之一。在裝備自動變速器的汽車上配裝有空擋啟動開關(guān)，安裝在自動變速器側(cè)面，由選擋操縱手柄(在手動變速器中稱為變速桿)通過杠桿機(jī)構(gòu)操縱。當(dāng)選擋操縱手柄置于“空擋N”位置時(shí)，空擋啟動開關(guān)觸點(diǎn)閉合，如果此時(shí)點(diǎn)火開關(guān)接通“啟動START"擋位，則空擋啟動開關(guān)將向發(fā)動機(jī)電控單元ECU輸入一個(gè)電信號(高電平或低電平信號)。5.離合器開關(guān)離合器開關(guān)接通信號為解除巡航控制信號之一。在裝備手動變速器而不是自動變速器的汽車上，當(dāng)駕駛員踩下離合器踏板換擋時(shí)車速就會降低，巡航控制系統(tǒng)CCS就會發(fā)出指令使發(fā)動機(jī)轉(zhuǎn)速升高，因此，可能導(dǎo)致發(fā)動機(jī)超速運(yùn)轉(zhuǎn)而損壞。為了確保安全，在離合器踏板下面設(shè)置有一個(gè)離合器開關(guān)，開關(guān)觸點(diǎn)在駕駛員踩下離合器踏板時(shí)就會閉合離合器開關(guān)其功用是:當(dāng)汽車處于巡航狀態(tài)行駛時(shí)，如果駕駛員踩踏離合器踏板，離合器開關(guān)觸點(diǎn)就會閉合，并向CCSECU輸入一個(gè)電信號(低電平或高電平信號)，以便CCSECU解除巡航控制狀態(tài)，同時(shí)也便于駕駛員變換變速器擋位。二、巡航控制電控單元CCSECU

汽車在20世紀(jì)70年代裝備的巡航控制系統(tǒng)電子控制單元大多數(shù)都是采用模擬電子技術(shù)制成。隨著數(shù)字電子技術(shù)的發(fā)展，特別是大規(guī)模集成電路和單片機(jī)的廣泛應(yīng)用，20世紀(jì)80年代開始采用數(shù)字式單片機(jī)進(jìn)行控制，目前已全部采用數(shù)字式單片機(jī)控制。如下圖所示為美國摩托羅拉公司開發(fā)研制的數(shù)字式巡航控制電控單元電路框圖。

電控單元CCSECU根據(jù)駕駛員操作“設(shè)定/巡航”(“SET/COAST”)開關(guān)輸入的設(shè)定車速信號、車速傳感器輸入的實(shí)際車速信號、各種開關(guān)輸入信號以及發(fā)動機(jī)電控單元ECU和自動變速電控單元ECTECU輸入的信號，按照只讀存儲器ROM中預(yù)先編制的程序進(jìn)行計(jì)算處理之后，向執(zhí)行機(jī)構(gòu)驅(qū)動電路發(fā)出指令，驅(qū)動執(zhí)行器(步進(jìn)電機(jī)或直流電動機(jī)、電磁閥等)動作，執(zhí)行器通過節(jié)氣門聯(lián)動機(jī)構(gòu)和節(jié)氣門拉索等改變節(jié)氣門開度，使實(shí)際車速達(dá)到設(shè)定的巡航車速控制流程如右圖所示。三、巡航控制執(zhí)行機(jī)構(gòu)執(zhí)行機(jī)構(gòu)又稱為執(zhí)行器。汽車巡航控制系統(tǒng)的執(zhí)行機(jī)構(gòu)又稱為速度伺服裝置，其功用是根據(jù)巡航電控單元CCSECU的控制指令，通過操縱節(jié)氣門拉索來改變發(fā)動機(jī)節(jié)氣門開度，使汽車加速、減速或保持恒定的速度行駛。根據(jù)結(jié)構(gòu)形式不同，汽車巡航控制執(zhí)行機(jī)構(gòu)可分為電動式和氣動式兩種。電動式采用直流電機(jī)或步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動，如豐田系列轎車巡航系統(tǒng)和Motorola巡航系統(tǒng);氣動式采用真空裝置驅(qū)動，如切諾基吉普車巡航控制系統(tǒng)。

1.電動式巡航執(zhí)行機(jī)構(gòu)電動式巡航執(zhí)行機(jī)構(gòu)的結(jié)構(gòu)組成如下圖所示，主要由驅(qū)動電動機(jī)、安全電磁離合器、減速機(jī)構(gòu)和電位計(jì)等組成。2.氣動式巡航執(zhí)行機(jī)構(gòu)

氣動式巡航執(zhí)行機(jī)構(gòu)的結(jié)構(gòu)組成如下圖所示，主要由三只電磁閥(真空電磁閥、通風(fēng)電磁閥和安全電磁閥)、膜片、復(fù)位彈簧和密封殼體等組成。

三只電磁閥的初始狀態(tài)如下圖所示，真空電磁閥為常閉電磁閥，閥門用橡皮管與發(fā)動機(jī)進(jìn)氣歧管連接;通風(fēng)電磁閥和安全電磁閥均為常開電磁閥，其閥門與大氣相通。三只電磁閥電磁線圈的一端均與制動燈開關(guān)常閉觸點(diǎn)連接，真空電磁閥線圈和通風(fēng)電磁閥線圈的另一端分別與巡航電控單元CCSECU的控制端連接;安全電磁閥線圈的另一端直接搭鐵。巡航控制系統(tǒng)的檢修電動機(jī)電路的檢查節(jié)氣門位置傳感器電路的檢查電磁離合器電路的檢查車速傳感器電路的檢查主控開關(guān)電路的檢查停車燈電路的檢查節(jié)氣門控制臂拉索的檢查電動機(jī)電路的檢查（1）脫開電動機(jī)與ECU之間的導(dǎo)線（插頭插座）連接器。（2）將蓄電池的正極接到連接器端子5，蓄電池的負(fù)極接到連接器端子4，使電磁離合器通電。（3）將蓄電池的電壓加到其余的每兩個(gè)端子之間時(shí)，電動機(jī)應(yīng)轉(zhuǎn)動、節(jié)氣門控制臂應(yīng)擺動，且擺動平穩(wěn)。（4）驅(qū)動電動機(jī)轉(zhuǎn)動使節(jié)氣門控制臂擺動到加速側(cè)或減速側(cè)的限位點(diǎn)時(shí)，電動機(jī)應(yīng)停止轉(zhuǎn)動、節(jié)氣門控制臂應(yīng)停止擺動。能夠順利實(shí)現(xiàn)上述過程的電動機(jī)，狀態(tài)良好，否則是電動機(jī)性能不良或損壞。節(jié)氣門位置傳感器電路的檢查（1）保持連接器不脫開的狀態(tài)。將點(diǎn)火開關(guān)轉(zhuǎn)到ON；用手慢慢轉(zhuǎn)動節(jié)氣門控制臂的同時(shí)，用萬用表直流電壓擋測節(jié)氣門位置傳感器的中間滑動端與ECU接地之間的電壓，節(jié)氣門控制臂使節(jié)氣門開度最大時(shí)，電壓約為4.2V；在開度最小時(shí)，電壓約為1.1V；當(dāng)節(jié)氣門控制臂轉(zhuǎn)動時(shí)，電壓的變化應(yīng)連續(xù)平穩(wěn)。符合以上情況，節(jié)氣門位置傳感器性能良好，否則說明傳感器已經(jīng)損壞。（2）脫開連接器。用手慢慢轉(zhuǎn)動節(jié)氣門控制臂的同時(shí)，用萬用表歐姆擋測量節(jié)氣門位置傳感器的中間滑動端與ECU接地之間的電阻；當(dāng)節(jié)氣門控制臂使節(jié)氣門開度最大時(shí)，電阻約為1.8kΩ，當(dāng)開度最小時(shí)，電阻約為530Ω；當(dāng)節(jié)氣門控制臂轉(zhuǎn)動時(shí)，電阻的變化應(yīng)連續(xù)平穩(wěn)。符合以上情況，節(jié)氣門位置傳感器是好的，否則傳感器已壞。電磁離合器電路的檢查（1）檢查電磁離合器的線圈電阻值是否正常。脫開電磁離合器與ECU的配線連接器；用萬用表歐姆擋測量接線端子4與5之間的電阻，電阻約為40Ω。（2）檢查節(jié)氣門控制搖臂的情況。脫開電磁離合器與ECU的配線連接器；在電磁離合器斷電時(shí)，節(jié)氣門控制臂能用手轉(zhuǎn)動，在電磁離合器通電時(shí)，節(jié)氣門控制臂不能用手轉(zhuǎn)動，同時(shí)符合這兩種情況的電磁離合器為正常，否則有故障。車速傳感器電路的檢查（1）車速信號的檢查。當(dāng)車速高于40km/h時(shí)，打開巡航控制系統(tǒng)，巡航控制指示燈閃爍，當(dāng)車速低于40km/h時(shí)，打開巡航控制系統(tǒng)，巡航控制指示燈保持一直亮，符合以上兩個(gè)條件的，車速信號正常，否則為有故障。（2）檢查配線和儀表板等連接是否可靠。主控開關(guān)電路的檢查（1）各個(gè)主控開關(guān)的信號檢查。分別接通“SET/COAST”、“RES/ACC”和“CANCEL”開關(guān)，在開關(guān)接通時(shí)，注意觀察儀表板上的巡航控制指示燈的閃爍形式，指示燈的閃爍形式應(yīng)符合規(guī)定。（2）對主控開關(guān)電阻的檢查。主控開關(guān)內(nèi)有三個(gè)不同阻值的電阻，可通過用萬用表的歐姆擋檢測連接器的