《汽車典型電控系統(tǒng)結(jié)構(gòu)與維修》課件第4章

第4章電子控制巡航系統(tǒng)

4.1CCS系統(tǒng)的基本結(jié)構(gòu)與原理

4.2CCS系統(tǒng)故障診斷與排除

4.3典型CCS系統(tǒng)分析

4.1CCS系統(tǒng)的基本結(jié)構(gòu)與原理

4.1.1CCS系統(tǒng)的基本組成

1.巡航控制開關(guān)巡航控制開關(guān)也稱主控制開關(guān)。駕駛員通過操作巡航控制開關(guān)，可以實現(xiàn)車速的設(shè)定、加速、減速、恢復(fù)和解除等功能。巡航控制開關(guān)一般有按鍵控制式和手柄控制式兩種，通常安裝在便于駕駛員操作的轉(zhuǎn)向柱或方向盤上。圖4-1巡航控制主開關(guān)如圖4-1所示為一種巡航控制主開關(guān)，安裝在指示燈的附近。當(dāng)按下A/D(模/數(shù))轉(zhuǎn)換器開關(guān)后，“POWER”(功率)指示燈亮，汽車電源系統(tǒng)給巡航控制系統(tǒng)供電，電流由巡航控制器(ECU)流出，經(jīng)過不同擋位的不同電阻后搭鐵，給ECU提供不同的電壓信號，ECU根據(jù)接收到的電壓信號即可判定巡航控制開關(guān)所處的位置；當(dāng)按動設(shè)置開關(guān)時，“MEMORY”(存儲)指示燈亮，此時的車速被存儲起來。

手柄式巡航控制開關(guān)如圖4-2所示。該開關(guān)一般有5種控制功能：SET(設(shè)置)、COAST(減速)、RES(恢復(fù))、ACC(加速)、CANCEL(取消)。SET和COAST共用一個開關(guān)，RES和ACC共用另一個開關(guān)。按箭頭指示的方向操縱開關(guān)時，開關(guān)導(dǎo)通，放松時開關(guān)斷開。

圖4-2手柄式巡航控制開關(guān)

2.車速傳感器

車速傳感器的功用是產(chǎn)生一個與汽車實際行駛車速成比例的交變振蕩脈沖信號，輸送到ECU。

常用的車速傳感器有磁感應(yīng)式、霍爾效應(yīng)式、光電式和磁阻式等類型。車速傳感器一般安裝在變速器輸出軸末端的變速器殼體上，和變速器輸出軸上的轉(zhuǎn)子配合工作。圖4-3為常用的磁脈沖式車速傳感器的結(jié)構(gòu)原理圖。

圖4-3磁脈沖式車速傳感器的結(jié)構(gòu)原理圖

(a)安裝位置；(b)結(jié)構(gòu)圖；(c)原理圖；(d)輸出波形

3.巡航ECU

巡航ECU是汽車電控巡航系統(tǒng)的重要組成部分，是整個系統(tǒng)的控制樞紐。CCS系統(tǒng)的ECU主要由專用IC集成塊和具有4位以上的單片機(jī)構(gòu)成。單片機(jī)負(fù)責(zé)完成車速的運(yùn)算、記憶、比較、補(bǔ)償、保持、診斷等信號處理，而專用的IC集成塊具有處理微機(jī)的再啟動、輸入、輸出與電源的通斷及自我診斷等功能。在車速高于40km/h時，駕駛員利用恒速開關(guān)可控制汽車以恒速行駛。

4.巡航執(zhí)行器

巡航執(zhí)行器的功用是將ECU輸出的電信號轉(zhuǎn)變?yōu)闄C(jī)械運(yùn)動。當(dāng)執(zhí)行器接收到巡航ECU發(fā)出的指令信號時，通過電動機(jī)帶動控制臂，從而改變節(jié)氣門位置，使車輛分別作加速、減速或恒速行駛。

巡航控制執(zhí)行器一般有氣動式和電動式兩種類型。為了進(jìn)一步提高巡航控制的性能，目前普遍采用電動式執(zhí)行器。

1)真空式巡航執(zhí)行器

真空式巡航執(zhí)行器的結(jié)構(gòu)如圖4-4所示。它利用發(fā)動機(jī)的負(fù)壓或?qū)Ｓ帽卯a(chǎn)生的真空(負(fù)壓)來驅(qū)動其膜片(隔膜)，以控制節(jié)氣門的開度來實現(xiàn)巡航控制。

當(dāng)真空式巡航執(zhí)行器中的線圈通電時，真空口(用于發(fā)動機(jī)真空壓力的輸入)打開，大氣口關(guān)閉，執(zhí)行機(jī)構(gòu)內(nèi)部產(chǎn)生真空，吸出膜片；當(dāng)線圈不通電時，真空口關(guān)閉，大氣口打開，空氣進(jìn)入執(zhí)行機(jī)構(gòu)，膜片被彈簧拉回。真空式巡航執(zhí)行器通過改變控制線圈信號的占空比來控制真空度的變化，從而控制膜片的移動改變節(jié)氣門開度，達(dá)到控制汽車行駛速度的目的。

圖4-4真空式巡航執(zhí)行器的結(jié)構(gòu)真空式巡航執(zhí)行器中還有一個釋放閥，當(dāng)巡航控制結(jié)束時，控制線圈斷電，允許空氣進(jìn)入巡航執(zhí)行器內(nèi)。如果控制閥的通氣口開啟失敗，巡航控制功能也可以安全終止。

真空式巡航控制系統(tǒng)是由真空調(diào)節(jié)器、節(jié)氣門驅(qū)動伺服膜盒和制動踏板上的真空解除閥等組成的，如圖4-5所示

圖4-5真空式巡航控制系統(tǒng)工作原理

(a)系統(tǒng)原理簡圖；(b)ECU內(nèi)部結(jié)構(gòu)框圖

2)電動式執(zhí)行器

電動式執(zhí)行器的結(jié)構(gòu)如圖4-6所示。它主要由電動機(jī)、安全電磁離合器和位置傳感器等部件組成。其工作原理為：當(dāng)執(zhí)行器接收到來自巡航ECU的控制信號時，立即接通安全電磁離合器和電動機(jī)，當(dāng)電動機(jī)轉(zhuǎn)動時，由蝸桿、蝸輪、安全電磁離合器、齒輪和驅(qū)動軸帶動控制臂轉(zhuǎn)動，控制臂拉動鋼索控制節(jié)氣門相應(yīng)地開、閉，以最終實現(xiàn)對節(jié)氣門的控制。

圖4-6電動式執(zhí)行器的結(jié)構(gòu)

(a)電機(jī)控制；(b)電磁離合器控制

1—外殼；2—電位器；3—控制臂；4—電動機(jī)；5—鋼索；6—支架；7—驅(qū)動軸；8、10、16—齒輪；9—蓋；11—安全電磁離合器；12—電磁鐵外殼；13—電磁鐵線圈；14—?dú)んw；15—轉(zhuǎn)子軸；

(1)安全電磁離合器。安全電磁離合器的功用是鎖住或釋放節(jié)氣門的控制拉線。當(dāng)汽車在平直道路上以超過40km/h的車速行駛，且駕駛員啟動巡航按鈕SET時，安全電磁離合器則鎖住拉索使節(jié)氣門保持一定的開度，汽車也就基本穩(wěn)定在這個速度上行駛。若踩制動踏板、踩離合器踏板(手動變速器)、選擋手柄從D擋掛至N擋(自動變速器)、手制動(駐車制動)或巡航操縱桿至取消(CANCEL)位置，安全電磁離合器則釋放節(jié)氣門拉索，巡航裝置與節(jié)氣門分離開，巡航系統(tǒng)停止工作，從而防止汽車失控而造成危險。

(2)調(diào)速伺服電動機(jī)。調(diào)速伺服電動機(jī)一般使用永磁式可正、反轉(zhuǎn)的電動機(jī)。

調(diào)速伺服電動機(jī)的功用是在汽車行駛時，接受巡航ECU的控制指令，通過對節(jié)氣門開度進(jìn)行調(diào)整，使汽車按預(yù)定的速度，將行車速度穩(wěn)定在一定范圍內(nèi)。當(dāng)遇到上坡、下坡或轉(zhuǎn)彎而造成車速上下波動時，調(diào)速伺服電動機(jī)隨時改變節(jié)氣門開度，達(dá)到汽車恒速行駛的目的。

(3)節(jié)氣門位置傳感器。節(jié)氣門位置傳感器的功用是實時檢測調(diào)速伺服電動機(jī)控制節(jié)氣門的位置，并將節(jié)氣門位置信號作為反饋信號輸入到巡航ECU，實現(xiàn)節(jié)氣門位置的閉環(huán)控制。

圖4-7電動式巡航控制裝置與發(fā)動機(jī)節(jié)氣門位置的關(guān)系

隨著數(shù)字電子技術(shù)的發(fā)展，特別是大規(guī)模集成電路及微型計算機(jī)技術(shù)在汽車上的廣泛應(yīng)用，巡航控制系統(tǒng)已全部采用數(shù)字式微型計算機(jī)速度控制器。圖4-8所示為美國摩托羅拉公司采用微處理控制器的巡航控制系統(tǒng)電路框圖。其控制原理與模擬電路基本相同，不同的是所有輸入指令均以數(shù)字信號直接存儲和處理。帶可擦除只讀存儲器的微處理器根據(jù)指令車速、實際車速以及其它輸入信號，按照給定程序?qū)λ袛?shù)據(jù)進(jìn)行處理后產(chǎn)生一個信號，該信號輸出到執(zhí)行器，通過執(zhí)行器改變節(jié)氣門開度，從而使汽車按照駕駛員預(yù)先設(shè)定的車速行駛。

圖4-8微處理控制器的巡航控制系統(tǒng)電路框圖

4.1.2CCS系統(tǒng)的基本原理

汽車電控巡航系統(tǒng)是利用電子控制技術(shù)使車速和節(jié)氣門位置保持一定關(guān)系，從而對汽車的行駛速度進(jìn)行自動調(diào)節(jié)的一套裝置。圖4-9所示為車速與節(jié)氣門開度的關(guān)系曲線。

當(dāng)汽車以速度v0在平坦的道路上行駛時，車速與節(jié)氣門位置的關(guān)系如圖中A-A′所示。當(dāng)節(jié)氣門位置處于θ0時，不需要進(jìn)行節(jié)氣門調(diào)節(jié)，汽車就以恒定速度v0行駛。

當(dāng)汽車上坡行駛時，因行駛阻力增加，車速與節(jié)氣門開度的關(guān)系將按B－B′曲線變化，若不及時調(diào)整節(jié)氣門開度，車速將會下降到v1，節(jié)氣門開度增大到θH，車速在X點(diǎn)得到新的平衡。

圖4-9車速與節(jié)氣門開度的關(guān)系曲線當(dāng)汽車下坡行駛時，因行駛阻力減小，車速與節(jié)氣門開度的關(guān)系將按C－C′曲線變化，若不及時調(diào)整節(jié)氣門開度，車速將會上升到vH，節(jié)氣門開度增大到θL，車速在Y點(diǎn)達(dá)到新的平衡。

通過以上分析可以得出，車速與節(jié)氣門開度之間自動調(diào)節(jié)的結(jié)果，使汽車的行駛速度圍繞預(yù)先設(shè)定的速度，在一定范圍內(nèi)自動調(diào)節(jié)。

圖4-10所示為汽車電控巡航系統(tǒng)基本原理框圖。該系統(tǒng)的核心是電子控制器(ECU)。ECU通過檢測駕駛員設(shè)定的指令車速信號和實際車速的反饋信號，并將這兩個輸入信號進(jìn)行比較，從而輸出指令信號。當(dāng)速度傳感器測出的實際車速信號高于或低于駕駛員設(shè)定的指令車速信號時，得出誤差信號，該誤差信號經(jīng)放大、處理后輸送到節(jié)氣門位置執(zhí)行器，調(diào)節(jié)發(fā)動機(jī)節(jié)氣門開度，使車速保持恒定。

圖4-10汽車電控巡航系統(tǒng)基本原理框圖

4.1.3CCS系統(tǒng)的基本功能

1．基本控制功能

(1)車速設(shè)定。當(dāng)合上控制開關(guān)后，ECU就能存儲此時的行駛速度，并能保持汽車以該車速穩(wěn)定行駛。

(2)解除設(shè)定。當(dāng)踩下制動踏板時，車速設(shè)定解除，已設(shè)定的車速存儲于ECU中。

(3)減速。連續(xù)按動減速開關(guān)，汽車減速，并以最后一次按下開關(guān)時的車速穩(wěn)定行駛。

(4)加速。連續(xù)按動加速開關(guān)，汽車加速，并以最后一次按下開關(guān)時的車速穩(wěn)定行駛。

(5)恢復(fù)。當(dāng)按動恢復(fù)開關(guān)后，恢復(fù)原來所存儲的車速。

(6)車速微調(diào)。在巡航中，操縱開關(guān)以O(shè)N→OFF(接通→斷開)方式進(jìn)行變換，車速略有提高。

2．系統(tǒng)保護(hù)功能

(1)低速自動消除車速設(shè)定。當(dāng)車速低于40km/h時，原存儲的車速自動消除，不能再恢復(fù)此車速。

(2)踩制動踏板消除車速設(shè)定。通常在制動踏板上裝有兩個開關(guān)，一個用于對微機(jī)的信號進(jìn)行消除，另一個直接使執(zhí)行器的工作停止。

4.1.4巡航控制系統(tǒng)的使用

本節(jié)以圖4-11所示的日本本田ACCORD汽車電控巡航系統(tǒng)為例，介紹巡航控制系統(tǒng)的使用。本田ACCORD汽車電控巡航系統(tǒng)的操作系統(tǒng)由裝在儀表板上的巡航控制開關(guān)、位于方向盤上的巡航速度設(shè)定與減速按鈕(SET/COAST)和恢復(fù)與加速按鈕(RES/ACC)等組成。

圖4-11電控巡航系統(tǒng)操作位置圖

1—巡航主開關(guān)；2—恢復(fù)與加速按鈕；3—設(shè)定與減速按鈕

1.設(shè)定汽車巡航控制速度

為保證行車安全，巡航控制系統(tǒng)允許進(jìn)入工作狀態(tài)的最低車速為40km/h，當(dāng)汽車行駛速度低于這一值時該系統(tǒng)不工作。設(shè)定巡航速度的操作方法如下：

(1)當(dāng)準(zhǔn)備使用巡航系統(tǒng)時，首先按下方向柱左側(cè)的巡航主控開關(guān)，開關(guān)上的指示燈點(diǎn)亮，表示系統(tǒng)已進(jìn)入工作狀態(tài)。

(2)利用加速踏板將汽車加速到40km/h以上所需的速度。

(3)按住方向盤上的設(shè)定與減速(SET/COAST)按鈕直到接近車速表指示車速，巡航控制燈點(diǎn)亮，表明系統(tǒng)進(jìn)入工作。

2.改變汽車巡航控制速度

降低巡航速度可按下列方法之一進(jìn)行設(shè)定：

(1)按住設(shè)定與減速(SET/COAST)按鈕，汽車減速，當(dāng)車速降到所需速度時放開；

(2)用腳輕踏制動或離合器踏板，儀表盤上的控制燈將熄滅，當(dāng)汽車慢到所需速度時，按下設(shè)定與減速(SET/COAST)按鈕，汽車將按照設(shè)定車速行駛。

提高巡航速度的設(shè)定可按下列方法之一進(jìn)行設(shè)定：

(1)按住恢復(fù)與加速(RES/ACC)按鈕，汽車會慢慢加速，達(dá)到所需車速后放開；

(2)踩下加速踏板，汽車達(dá)到所需速度后，按設(shè)定與減速(SET/COAST)按鈕。

另外，即使汽車處于巡航控制狀態(tài)下，也可以進(jìn)行加速以便超車，超車后只要放開加速踏板，汽車便自動恢復(fù)到巡航速度。當(dāng)汽車在巡航控制狀態(tài)下工作時，不要把腳放在制動踏板或離合器踏板上，以防止汽車退出巡航控制狀態(tài)。

3.取消汽車巡航控制速度

按下列方法之一可取消巡航控制：

(1)踏下制動踏板或離合器踏板；

(2)同時按下SET/COAST與RES/ACC按鈕；

(3)關(guān)閉巡航主控開關(guān)。

4.2CCS系統(tǒng)故障診斷與排除

4.2.1汽車電子控制巡航系統(tǒng)的故障診斷本節(jié)以日本豐田系列汽車為例介紹巡航控制系統(tǒng)的故障診斷與排除。圖4-12所示為凌志LS400型轎車巡航控制系統(tǒng)連接器，連接器的端子名稱如表4-1所示。

圖4-12凌志LS400型轎車巡航控制系統(tǒng)連接器

表4-1凌志LS400型轎車CCS連接器端子名稱

1.故障碼的顯示與診斷

1)巡航控制系統(tǒng)正常時的信號顯示

巡航控制系統(tǒng)正常時的信號顯示的目的是檢查車速信號和所有的開關(guān)信號是否能正常送至巡航系統(tǒng)的ECU。當(dāng)接通點(diǎn)火開關(guān)，控制開關(guān)置于SET/COAST時，MAIN(主開關(guān))斷開，此時CRUISEMAIN指示燈應(yīng)閃亮2次；而當(dāng)MAIN(主開關(guān))接通或診斷連接器TDCL(見圖4-13)上的Tc和E1端子跨接起來后，該指示燈熄滅，按表4-2進(jìn)行操作可顯示巡航系統(tǒng)正常工作時的規(guī)律。

表4-2巡航控制系統(tǒng)正常工作時指示燈的閃爍規(guī)律

圖4-13故障診斷連接器

2)故障碼的顯示與故障診斷

當(dāng)巡航控制系統(tǒng)(CCS)產(chǎn)生故障時，可通過表4-3所示的CRUISEMAIN指示燈的閃爍規(guī)律來讀取故障代碼。其操作方法是：將點(diǎn)火開關(guān)接通(ON)，用跨接線跨接如圖4-13所示的故障診斷連接器TDCL上的Tc和E1端子進(jìn)行故障診斷。系統(tǒng)故障檢查完畢后，斷開Tc和E1端子，關(guān)閉點(diǎn)火開關(guān)。

若在汽車行駛期間，巡航控制系統(tǒng)發(fā)生故障(例如車速傳感器或執(zhí)行器出問題)，ECU會執(zhí)行巡航控制系統(tǒng)的自動解除(AUTOCANCEL)功能，立刻閃亮CRUISEMAIN的指示燈5次，以告訴駕駛員巡航系統(tǒng)出了故障，同時將故障碼存入ECU的存儲器中。

表4-3CCS系統(tǒng)故障碼及其診斷

表4-4巡航控制系統(tǒng)常見故障及檢修方法

表4-4巡航控制系統(tǒng)常見故障及檢修方法4.2.2巡航系統(tǒng)主要控制裝置的故障診斷與排除

巡航系統(tǒng)主要控制裝置包括執(zhí)行器(安全電磁離合器、伺服電動機(jī)、位置傳感器)、控制開關(guān)和停車燈開關(guān)等。

1.安全電磁離合器

1)電阻的檢測

如圖4-14(a)所示，用萬用表歐姆擋檢測電磁離合器電路端子4和5之間的電阻，其正常值應(yīng)約為38Ω，否則，應(yīng)做進(jìn)一步檢查。

2)工作狀態(tài)的檢查

如圖4-14(b)所示，在正常情況下，通電前扳動離合器桿應(yīng)能轉(zhuǎn)動，當(dāng)端子5接電源“+”極，端子4搭鐵(接電源“-”極)時，離合器桿應(yīng)能鎖住，即不能任意扳動。

圖4-14安全電磁離合器及其檢查

(a)執(zhí)行器內(nèi)部電路；(b)工作狀態(tài)的檢查

3)故障診斷

安全電磁離合器與巡航控制ECU的連接電路如圖4-15所示，其故障診斷流程框圖如圖4-16所示。

圖4-15安全電磁離合器與ECU的連接電路

圖4-16安全電磁離合器與ECU的連接電路故障診斷流程框圖

2.伺服電動機(jī)

1)通電檢查

在電磁離合器桿處于兩極限位置A與B范圍內(nèi)運(yùn)動時，保持電磁離合器完全處于通電狀態(tài)，如圖4-17所示。

2)故障診斷

伺服電動機(jī)與巡航控制ECU的連接如圖4-18所示，其故障診斷流程框圖如圖4-19所示。

圖4-17伺服電動機(jī)的檢查圖4-18伺服電動機(jī)與ECU的連接電路

圖4-19安全電磁離合器與ECU的連接電路故障診斷流程框圖

3.位置傳感器

位置傳感器與巡航控制ECU的電路連接如圖4-20所示。

圖4-20位置傳感器與ECU的連接電路

1)電阻的檢測

檢測時可參見圖4-14(a)中的7端子連接器，不通電時，端子1與3之間的電阻值應(yīng)為2kΩ；當(dāng)用手慢慢移離合器桿從B到A(見圖4-14(b))時，端子2與3之間的電阻應(yīng)平緩地由0.5kΩ增加到1.8kΩ。

2)故障診斷

位置傳感器的故障通常可能發(fā)生在位置傳感器本身、搭鐵(接地)處和ECU等。其故障診斷流程框圖如圖4-21所示。

圖4-21位置傳感器與ECU的連接電路故障診斷流程框圖

4.控制開關(guān)

控制開關(guān)(包括主開關(guān)MAIN)與巡航控制ECU的連接如圖4-22所示。

圖4-22控制開關(guān)與ECU的連接電路

1)電阻值的檢測

電阻值的檢測方法為拆下轉(zhuǎn)向盤中心襯墊，脫開控制開關(guān)連接器，接通控制開關(guān)，測量控制開關(guān)連接器的端子3與4之間的電阻，開關(guān)處于不同位置的電阻值如表4-5所示。

表4-5控制開關(guān)電阻檢查

2)故障診斷

如果控制開關(guān)工作正常，每一個開關(guān)接通時，應(yīng)按表4-2所示輸出電壓信號(即指示燈閃爍形式)閃爍；若不正常，則應(yīng)更換控制開關(guān)。其故障診斷流程框圖如圖4-23所示。

圖4-23控制開關(guān)與ECU的連接電路故障診斷流程框圖

5.停車燈開關(guān)

停車燈開關(guān)與ECU的連接電路如圖4-24所示，其故障診斷流程框圖如圖4-25所示。當(dāng)制動踏板踩下時，停車燈開關(guān)向ECU輸出信號。ECU接到該信號后即解除巡航控制。

圖4-24停車燈開關(guān)與ECU的連接電路

圖4-25停車燈開關(guān)與ECU的連接電路故障診斷流程框圖

6.制動燈開關(guān)電路的檢查

在汽車電控巡航系統(tǒng)起作用