汽車主動安全技術(shù)5-2自適應(yīng)巡航控制系統(tǒng)職業(yè)技術(shù)教學(xué)設(shè)計課件

第五章自適應(yīng)巡航控制系統(tǒng)5.1概述5.2自適應(yīng)巡航控制系統(tǒng)組成5.3防撞報警算法5.4巡航控制算法5.5自適應(yīng)巡航控制系統(tǒng)的使用5.2自適應(yīng)巡航控制系統(tǒng)組成

自適應(yīng)巡航系統(tǒng)主要由自適應(yīng)巡航控制系統(tǒng)傳感器、自適應(yīng)巡航控制系統(tǒng)控制器、發(fā)動機管理控制器、電子節(jié)氣門執(zhí)行器、制動執(zhí)行器（例如ABS/ESP等）組成。1、自適應(yīng)巡航控制系統(tǒng)傳感器

傳感器主要用于向電子控制單元(ECU)提供自適應(yīng)巡航控制所需的車輛行駛狀況及駕駛員的操作信號。它包括以下幾種傳感器：

距離探測器和曲線探測器車速傳感器

節(jié)氣門位置傳感器制動踏板傳感器

離合器踏板傳感器

距離探測器：有多種裝置可以作為距離探測器使用，如超聲波收發(fā)器，激光雷達，毫米波雷達等等。但超聲波作用距離過短，延遲時間長；激光雷達受天氣的影響很大，因此目前距離探測器的主流是毫米波雷達。在ACC中一般設(shè)定探測距離為150m，并能排除像街道設(shè)施之類的非移動目標(biāo)。雷達傳感器雷達傳感器主要由天線、發(fā)射機、接收機（包括信號處理機）和顯示器等部分組成。雷達發(fā)射機產(chǎn)生足夠的電磁能量，經(jīng)過收發(fā)轉(zhuǎn)換開關(guān)傳送給天線。天線將這些電磁能量輻射至大氣中，集中在某一個很窄的方向上形成波束，向前傳播。電磁波遇到波束內(nèi)的目標(biāo)后，將沿著各個方向產(chǎn)生反射，其中的一部分電磁能量反射回雷達的方向，被雷達天線獲取。天線獲取的能量經(jīng)過收發(fā)轉(zhuǎn)換開關(guān)送到接收機，形成雷達的回波信號。由于在傳播過程中電磁波會隨著傳播距離而衰減，雷達回波信號非常微弱，幾乎被噪聲所淹沒。接收機放大微弱的回波信號，經(jīng)過信號處理機處理，提取出包含在回波中的信息，送到顯示器，顯示出目標(biāo)的距離、方向、速度等。

為了測定目標(biāo)的距離，雷達準(zhǔn)確測量從電磁波發(fā)射時刻到接收到回波時刻的延遲時間，這個延遲時間是電磁波從發(fā)射機到目標(biāo)，再由目標(biāo)返回雷達接收機的傳播時間。根據(jù)電磁波的傳播速度，可以確定目標(biāo)的距離公式為：S=CT/2其中S為目標(biāo)距離，T為電磁波從雷達發(fā)射出去到接收到目標(biāo)回波的時間，C為光速。測定目標(biāo)的運動速度是雷達的一個重要功能，雷達測速利用了物理學(xué)中的多普勒原理：當(dāng)目標(biāo)和雷達之間存在著相對位置運動時，目標(biāo)回波的頻率就會發(fā)生改變，頻率的改變量稱為多普勒頻移，用于確定目標(biāo)的相對徑向速度。通常，具有測速能力的雷達，例如脈沖多普勒雷達，要比一般雷達復(fù)雜得多。曲線探測器現(xiàn)代常用的幾個探測曲率的技術(shù)包括輪間轉(zhuǎn)速差傳感器，轉(zhuǎn)向輪位置傳感器和陀螺儀或視頻相機等。前三個方法只有當(dāng)汽車曲線行駛時才一能探測曲線，但第四個方法能夠預(yù)見曲線。還可以使用導(dǎo)航系統(tǒng)(數(shù)字地圖和車道計算)提供更高級的曲線預(yù)測。

車速傳感器車速傳感器，安裝在差速器輸出軸上，用于獲取實時車速信號。節(jié)氣門位置傳感器

節(jié)氣門位置傳感器，安裝在節(jié)氣門軸上，用于獲取節(jié)氣門開度信號。制動踏板傳感器，安裝在制動踏板下，取自制動燈開關(guān)信號，用于獲取制動踏板動作信號。離合器踏板傳感器，安裝在離合器踏板下，用于獲取離合器踏板動作信號。2、自適應(yīng)巡航控制系統(tǒng)控制器控制器子系統(tǒng)根據(jù)交通狀況決定ACC的控制模式。ACC控制器由兩類操作模塊組成：速度控制(巡航控制)和距離控制。速度控制（巡航模式）即為傳統(tǒng)巡航控制，使得車輛以設(shè)定車速行駛。ACC選擇此控制模式的條件為：當(dāng)汽車處在開路（open-road）駕駛狀況下時，本車速度不受前方車輛的影響。距離控制模式是ACC的特點，其中又包括有多種控制模式:1)逼近(approaching)模式：本車與前車相距很近，以至于本車減速以保持車距。2)跟隨(following)模式：本車與前車速度相等，并且兩車距離處在設(shè)定的范圍內(nèi)。3)追趕(chasing)模式：前車初速高于本車，本車則試圖追上前車。4)超車模式(overtaking)：當(dāng)本車要超越前車時候開始工作。5)停車一行走(stop&go)模式：當(dāng)汽車在交通堵塞狀況時，車輛自動怠速，一旦交通恢復(fù)就跟隨先行車行駛。6)突然匯合(suddenmerge)模式：前車突然切入本車前方，或是本車突然切入前車后方。3、執(zhí)行機構(gòu)ACC的執(zhí)行機構(gòu)由自動油門控制裝置、主動制動裝置組成，功能為完成控制器的指令，實現(xiàn)汽車的加速或減速。自適應(yīng)巡航控制系統(tǒng)的油門控制裝置分為氣動伺服機構(gòu)和電動伺服機構(gòu)。氣動伺服機構(gòu)由于真空系統(tǒng)的控制精度不高，缺乏可靠性。而電動伺服機構(gòu)具有較高的控制精度，可靠性很高，使用壽命也長，故現(xiàn)在的趨勢是采用電動伺服機構(gòu)作為汽車速度電子控制系統(tǒng)的油門控制裝置。一種電動伺服裝置當(dāng)前電動伺服機構(gòu)一般采用直流雙向電動機作為動力。電動伺服機構(gòu)由伺服電機、傳動系統(tǒng)、控制臂位置傳感器等三部分組成。目前伺服電動機大多采用步進電動機(steppingmotor)。步進電動機也稱為脈沖電動機（pulsemotor），它可以通過給定的輸入脈沖數(shù)使步進電機運動產(chǎn)生與脈沖數(shù)成比例的位移。在負載允許的范圍內(nèi)，一個脈沖所對應(yīng)的位移值可以不受負載的影響，是一個固定值。傳動系統(tǒng)由蝸輪、蝸桿、電磁離合器、小齒輪、扇形齒輪等構(gòu)成。電動機的輸出軸做成蝸桿，與齒輪(蝸輪)相嚙合，蝸輪再通過電磁離合器與小齒輪結(jié)合，小齒輪再與固定在節(jié)氣門轉(zhuǎn)軸上的扇形齒輪嚙合。由此電動機就可以控制節(jié)氣門開度。其中電磁離合器起安全保障作用，當(dāng)執(zhí)行機構(gòu)收到ACC控制功能解除信號時，直接使電磁離合器分離，從而使執(zhí)行元件對節(jié)氣門控制不起作用?？刂票畚恢脗鞲衅饔脕頇z測電動機控制節(jié)氣門的位置(節(jié)氣門旋轉(zhuǎn)角度)，它可以動態(tài)反映節(jié)氣門開度，并隨時將反饋信號輸入控制器自系統(tǒng)。目前一般采用電位計作控制臂位置傳感器。

當(dāng)執(zhí)行元件從汽車速度電子控制系統(tǒng)控制器接受到信號時，結(jié)合電磁離合器，接通步進電動機，電動機通過傳動系統(tǒng)改變汽車發(fā)動機節(jié)氣門位置，從而改變車速。同時控制臂位置傳感器將節(jié)氣門位置信號反饋回控制器。ACC的自動油門裝置利用巡航控制系統(tǒng)(CCS)的硬件，主動制動裝置也盡量利用汽車現(xiàn)有的硬件裝置，如ABS,ASR等。4、人機接口人機接口包括輸入和輸出接口，前者輸入駕駛員的控制指令，后者則顯示ACC工作期間所需的各種信息。輸入接口一般采用按鈕開關(guān)形式，也有使用觸摸屏的。首先當(dāng)然要有ACC啟動/關(guān)閉開關(guān)，還有傳統(tǒng)巡航控制系統(tǒng)的標(biāo)準(zhǔn)接口，如定速/加速及恢復(fù)/減速巡航控制開關(guān)，制動應(yīng)用開關(guān)等。定速巡航控制開關(guān)1）主開關(guān)主開關(guān)(MAIN)是巡航控制系統(tǒng)的主電源開關(guān)，位于巡航控制開關(guān)的端部，為按鍵式開關(guān)2）控制開關(guān)

當(dāng)向下推控制開關(guān)，設(shè)定/減速(SET/COAST)開關(guān)接通；當(dāng)向上推控制開關(guān)，恢復(fù)/加速(RES/ACC)開關(guān)接通；當(dāng)向后拉控制開關(guān)，取消開關(guān)(CANCEL)接通。3.退出巡航控制開關(guān)

除取消開關(guān)外，還包括制動燈開關(guān)、駐車制動開關(guān)、離合器開關(guān)和空擋啟動開關(guān)。

失效保險子系統(tǒng)

失效保險裝置對自適應(yīng)巡航控制系統(tǒng)非常重要。如果ACC失效而駕駛者未知，就很可能導(dǎo)致嚴(yán)重的交通事故。該子系統(tǒng)利用FMEA(故障模式和功能分析)方法進行分析。在充分考慮安全性的情況下進行設(shè)計，特別是對