汽车巡航系统的结构原理和检修方法

吉林交通职业技师学院
毕业论文课题名称巡航系统的结构原理与检修方法
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2012 年月
内容摘要
汽车巡航控制系统（CCS）就是可使汽车工作在发动机有利转速范围内，减轻驾驶员的驾驶操纵劳动强度，提高行驶舒适性的汽车自动行驶装置。

在大陆型的国家，驾驶汽车长途行驶的机会较多，而且在高速公路上行驶时变换车速的频率及范围都较少，较能以稳定的车速行驶。

但若长途驾驶而右脚不得不踩油门踏板时，久之脚就容易感到疲劳。

而汽车巡航控制系统（CCS）的作用是：按司机所要求的速度闭合开关之后，不用踩油门踏板就可以自动地保持车速，使车辆以固定的速度行驶。

采用了这种装置，当在高速公路上长时间行车后，司机就不用再去控制油门踏板，减轻了疲劳，同时减少了不必要的车速变化，可以节省燃料。

目录
绪论 (4)
第一章巡航控制系统的功能和发展 (4)
第一节巡航控制系统的发展 (4)
第二节巡航控制系统的功能 (5)
第二章巡航控制系统的组成与原理 (7)
第一节巡航控制开关 (7)
第二节传感器 (8)
第三节巡航控制ECU (9)
第四节执行器 (10)
第五节汽车巡航控制系统使用注意事 (14)
第六节巡航控制系统的故障诊断与检修 (15)
第三章巡航控制系统的发展动向 (18)
致谢 (19)
参考文献 (20)
绪论
随着汽车工业和公路运输业的发展，以及非专业司机的不断增加，车辆驾驶的自动化已成为汽车发展的主要趋势之一。

人们需要更加舒适、简便和安全的交通工具，以适应快速的生活节奏，因此对汽车智能化的要求更加迫切，汽车巡航控制系统可以有效地减轻长途驾驶的疲劳，是提高舒适性和趣味性的重要方法之一。

随着时代的发展，汽车巡航系统在中高档轿车上的应用日益广泛,对汽车的驾驶舒适性、安全性、经济性起到了重要的作用.
第一章巡航控制系统的功能和发展
第一节巡航控制系统的发展
汽车巡航控制系统的发展始于20世纪60年代，经历了机械巡航控制系统、晶体管巡航控制系统、模拟微型计算机控制系统和数字微型计算机巡航控制系统四个发展阶段。

自20世纪80年代初开始，数字微型计算机巡航控制系统得到广泛应用。

数字微型计算机巡航控制系统的控制过程见图7.1。

驾驶员操纵巡航控制开关，将车速设定、减速、恢复、加速、取消等命令输入计算机。

当驾驶员通过巡航控制开关输入了设定命令时，计算机便记忆此时车速传感器输入计算机的车速，并按该车速对汽车进行等速行驶控制。

汽车在巡航行驶过程中，不断通过比较电路将实际车速与设定车速进行比较，计算出实际车速与设定车速的差值，然后通过补偿电路输出对执行部件的命令，执行部件控制发动机节气门开打或关小，使实际车速接近设定车速。

图1.1巡航控制系统的控制过程
第二节巡航控制系统的功能
巡航控制系统是一种利用电子控制技术保持汽车自动等速行驶的系统。

当汽车在高速公路上长时间行驶时，接通巡航控制主开关，设定希望的车速，巡航控制系统将根据汽车行驶阻力的变化，自动增大或减小节气门开度，使汽车按设定的车速等速行驶，驾驶员不必操纵加速踏板。

因此，巡航控制系统可以减轻驾驶员的疲劳。

由于巡航控制系统能够使汽车自动地等速行驶，避免了驾驶员操纵加速踏板使汽车行驶车速反复变化的情况，因而使发动机的运行工况变化平稳，改善了汽车的燃料经济性和发动机的排放性能。

另外，由于巡航系统工作时汽车等速行驶，当汽车巡航行驶时可以改善汽车的行驶平顺性，提高汽车的舒适性。

具体来说，这种巡航控制系统有巡航定速、巡航加速、巡航减速等功能。

●定速巡航
将控制手柄开关拨到ON位置后，即可在40公里/小时以上的任何速度，按住(SET/ACC)键1秒钟设定巡航车速，进入巡航状态(无需踩油门，车辆即可按设定的速度巡航)。

●巡航加速
在巡航状态下，每按住(SET/ACC)键半秒钟可以增加时速1公里。

也可一直按住(SET/ACC)键，车速会自动缓缓提升，直至适合的速度再松开按键。

此外，在定速巡航状态下可以直接踩油门加速，当松开油门后，车速将缓缓回复到先前设定的巡航速度。

●巡航减速
在巡航状态下，每按住(RES/DEC)键半秒钟可以降低时速1公里。

也可一直按住(RES/DEC)键，车速会自动缓缓下降，直至适合的速度再松开按键。

●定速解除
在巡航状态下，轻轻踩下制动，便可解除定速。

●定速恢复
解除定速后，只要按住(RES/DEC)键1秒钟，不用踩油门，车速即可自动恢复到定速解除之前的巡航速度。

第二章巡航控制系统的组成与原理
巡航控制系统由巡航控制开关、传感器、巡航控制ECU、执行器等组成。

巡航控制开关和传感器将信号送至ECU，ECU根据这些信号计算出节气门的合理开度，并给执行器发出信号，调节节气门的开度，保持汽车按设定的车速等速行驶。

第一节巡航控制开关
巡航控制开关一般采用手柄式开关，安装于转向盘下方，如图1.1所示。

也有的采用按键式开关，装在转向盘上。

巡航控制开关包括主开关(MAIN)、设定/减速开关(SET/COAST)、恢复/加速开关(RES/ACC)和取消(CANCEL)开关。

图2.1 巡航控制开关
（1）主开关
主开关(MAIN)是巡航控制系统的主要电源开关，位于巡航控制开关的端部，为按键式开关见（图7-2）。

按下主开关，电源接通；再按一次主开关，电源断开。

当主开关接通时，如果将点火开关关闭，总开关也关闭。

当再次接通点火开关时，巡航主开关并不接通，而保持关闭。

（2）控制开关
手柄式巡航控制开关一般由设定/减速开关、恢复/加速开关和取消开关组成。

该开关为自动回位型。

当向下推控制开关时（图7-2中的方向C），设定/减速开关接通，放松控制开关时，开关制动回到原始位置；当向上推控制开关时（图7-2中方向B），恢复/加速开关接通；当向后拉控制开关时，取消开关接通（图7-2中方向D）。

（3）退出巡航控制开关
退出巡航控制开关是指开关接通后，能使巡航系统自动退出工作的开关。

退出巡航控制开关除取消开关外，还包括制动灯开关、驻车制动、离合器开关（手动变速器）和空挡启动开关（自动变速器）。

（1）驻车控制开关。

当拉起驻车制动操纵杆时，驻车制动开关便接通，并在将取消信号发送到巡航控制系统控制单元的同时，驻车制动指示灯点亮。

（2）空位启动开关（自动变速器）。

当自动变速器的变速杆至于P位或N位时，空位启动开关便立即接通，并把取消信号传送到巡航控制系统的控制单元。

（3）离合器开关（手动变速器）。

当踏下离合器踏板时，离合器开关便立即接通，并与此同时取消输送给巡航控制系统控制单元的信号。

（4）制动灯开关。

制动灯开关有A、B两个开关组成，并当踏下制动踏板时，此两开关同时工作。

当开关闭合时，电流经制动灯开关，并在点亮制动灯的同时，蓄电池的电压便通过开关A施加到巡航控制系统的控制单元。

此时，由于以此而得知制动器处于工作状态，所以巡航控制系统的控制单元便取消CCS；当开关B 断开时，巡航控制系统控制单云的输出信号便不能达到执行器，于是巡航控制系统便停止工作。

第二节传感器
1）车速传感器
车速传感器的类型有电磁式、霍尔式、光电式、舌簧开关式等。

车速传感器信号可同时用于发动机控制、自动变速器控制和巡航控制等。

对于巡航控制系统而言，车速传感器信号的作用是巡航控制ECU用于巡航车速的设定及将实际车速与设定车速进行比较，以便实现等速控制。

2）节气门位置传感器
节气门位置传感器信号可同时用于发动机控制、自动变速器控制和巡航控制等。

对于巡航控制系统而言，节气门位置传感器信号的作用是巡航控制ECU用于计算输出与节气门开度的关系，以确定输出量的大小。

3）节气门控制摇臂传感器
节气门控制摇臂传感器可对巡航控制ECU提供节气门摇臂位置信号。

节气门摇臂位置传感器为电位计式，该信号的作用是巡航控制ECU根据节气门摇臂位置信号对节气门进行控制.
第三节巡航控制ECU
巡航控制ECU接收来自巡航控制开关、车速传感器信号和其他的开关信号，按照存储的程序对巡航系统进行控制。

巡航控制ECU有以下控制功能：
1．记忆设定车速功能
当主开关接通，车辆在巡航控制范围内（一般为40~200km/h）行驶时，操作设定/减速（SET/COAST）开关可以设定巡航车速。

ECU将设定的车速存储在存储器内，并将按设定车速控制汽车等速行驶。

2．等速控制功能
ECU将实际车速与设定车速进行比较，确定节气门是否应该开大或关小，并根据实际车速与设定车速的差值，计算出节气门开大或关小的量；然后对执行器进行控制，保证汽车按设定车速等速行驶。

3．设定车速调整功能
当汽车以巡航控制模式行驶时，如果需要使设定车速提高或降低，则只要操作恢复/加速或设定/减速开关，就可以使设定车速改变，巡航控制ECU将记忆改变后的设定车速，并按新的设定车速进行巡航行驶。

4．取消和恢复功能
当汽车以巡航控制模式行驶时，如果接通取消开关或接通任何一个其他的退出巡航控制开关，巡航控制ECU将控制执行器使巡航控制取消。

取消巡航控制以后，要想重新按巡航控制模式行驶，只要操作恢复/加速开关，巡航控制ECU 即可恢复原来的巡航控制行驶。

5．车速下限控制功能
车速下限是巡航控制所能设定的最低车速。

不同的车型稍有不同，一般为40km/h。

车速低于40km/h时，巡航车速不能被设定，巡航系统不能工作。

当巡航行驶时，如果车速降至40km/h以下，则巡航控制将自动取消，且巡航ECU存储器内存储的设定车速将被清除。

6．车速上限控制功能
车速上限是巡航控制所能设定的最高车速，一般为200km/h。

7．安全电磁离合器控制功能
当汽车以巡航控制模式行驶时，如果因为下坡汽车车速高于设定车速15km/h，则巡航控制ECU将切断巡航控制系统的安全电磁离合器使车速降低。

当车速降低至比设定车速高出不足10km/h时，安全电磁离合器再次接通，恢复巡航控制
8．自动取消功能
当汽车以巡航控制模式行驶时，若出现执行器驱动电流过大，伺服电动机始终朝节气门打开的方向旋转时，则巡航控制ECU存储器内存储的设定车速将被清除，巡航控制模式将被取消，主开关同时关闭。

9．自动变速器控制功能
当具有自动变速器的汽车以巡航控制模式行驶时，如果上坡时变速器在超速挡，车速降至比设定车速低4km/h以上时，巡航控制ECU将超速挡取消信号送至自动变速器ECU，取消自动变速器超速挡。

当车速升至比设定车速低2km/h时，巡航控制ECU将超速挡恢复信号送至自动变速器ECU，恢复自动变速器超速挡。

10．诊断功能
如果巡航控制系统发生故障，巡航控制ECU的自诊断系统能够诊断出故障，并使仪表板上的巡航指示灯闪烁，以便提醒驾驶员。

同时，巡航控制ECU将故障码存储在存储器内。

通过巡航控制指示灯的闪烁或使用故障诊断仪可以读取故障码。

第四节执行器
巡航控制系统的执行器由ECU控制，根据ECU的控制信号控制节气门的开度，以保持车速恒定。

目前，在巡航控制系统中使用两种类型的执行器：一种是根据巡航控制系统控制单元的指令利用负压操纵节气门的真空驱动型执行器；另一种则是采用步进电机操纵节气门的电动驱动型执行器。

不管哪种类型的驱动器，它们都是按照来自巡航控制系统控制单元指令来调节节气门开度。

1．真空驱动型执行器
真空驱动型执行器依靠真空力驱动节气门。

真空源有两种取得方式：一种是仅从发动机进气歧管取得；另一种是从发动机进气歧管和真空泵取得，如图4.1所示。

当进气歧管真空度较低时，真空泵参与工作，提高真空度。

真空驱动型执行器主要由控制阀、释放阀、两个电磁线圈、膜片、回位弹簧和空气滤清器等组成。

(a)从进气歧管取得真空源 (b)从进气歧管和真空泵取得真空源
图2.2 真空驱动型执行器的控制方法
（1）控制阀
控制阀用来控制膜片后方的真空度，以改变膜片的位置，从而控制节气门，见图4-2。

当ECU给控制阀电磁线圈通电时，通大气的空气通道关闭，通进气歧管的真空通道打开，执行器内的真空度增加，膜片左移将弹簧压缩，与膜片相连的拉杆将节气门开大。

当控制阀电磁线圈断电时，通进气歧管的真空通道关闭，通大气的空气通道打开，大气进入执行器，膜片右移，节气门关小。

ECU通过占空比信号控制电磁线圈的通电与断电，通过改变占空比控制执行器内的真空度，从而控制节气门的开度。

(a)控制线圈通电 (b)控制线圈断电
图2.3 控制阀
（2）释放阀
释放阀的作用是取消巡航控制时，使空气迅速进入执行器，将巡航控制立即取消。

释放阀的工作原理见图4-3。

巡航系统工作时，释放阀电磁线圈中有电流通过，与大气相通的空气通道关闭，由控制阀控制执行器内的真空度，从而控制节气门的开度，保持汽车等速行驶。

取消巡航控制时，巡航控制ECU使控制阀电磁线圈断电，控制阀与大气相通的空气通道打开，释放阀电磁线圈也断电，与大气相通的空气通道也打开，让空气迅速进入执行器，取消巡航控制。

(a)释放阀的结构 (b)释放阀的工作原理
图2.4 释放阀
（3）真空泵
真空泵由电动机、连杆、膜片和三个单向阀等组成，见图7-7a。

真空泵的作用是在进气歧管真空度较低时，为巡航系统执行器提供真空源。

真空泵的工作原理如图7-7b所示，当进气歧管真空度较高时，单向阀A被打开，由发动机进气歧管向执行器提供真空源，真空泵不工作。

当进气歧管真空度较低时，真空控制开关检测到真空泵进气室的真空度变化，并将信号送至巡航控制ECU。

巡航控制ECU接通真空泵电源，真空泵电动机转动带动膜片上下运动。

当膜片向下运动时，膜片上方产生真空，将单向阀B打开，为执行器提供真空源，单向阀A和C关闭。

当膜片向上运动时，单向阀B关闭，单向阀C打开，将空气排入大气。

(a)真空泵的结构 (b)真空泵的工作原理
图2.5 真空泵
2．电动驱动型执行器
如图7-8所示，安装在发动机室右侧的电动机驱动型执行器主要是由电动机、限位开关、电磁离合器和电位计等组成。

当电动机驱动型执行器从巡航控制系统控制单元接收到信号时，接通安全电磁离合器及调速伺服电动机，而移动了控制臂，改变了节气门位置。

控制臂位置传感器将反馈信号输入巡航控制系统控制单元，当调速伺服电动机顺时针旋转时，控制臂通过安全电磁离合器齿轮使驱动轴旋转，控制臂便拉动与节气门相连的拉索，于是便相应地打开节气门；当调速伺服电动机以逆时针时，控制臂通过安全电磁离合器齿轮使驱动轴按逆时针方向转动，于是便相应地关闭节气门。

但是，当关闭节气门，车速超过设定车速15km/h并且由于调速伺服电动机发卡和电路故障等引起调速伺服电动机不能正常工作时，安全电磁离合器便将调速伺服电动机与控制臂断开。

图2.6 电动机驱动型执行器
1—驱动电动机；2、14—电位计；3、15—电位计主动齿轮；4—电路板；5、17—蜗轮及电磁离合器；6、18—离合器片；7—滑环；8、21—主减速器；9、19—控制臂；10—杆B；11、12—限位开关；13—杆A；16—蜗杆；20—电动机
第五节汽车巡航控制系统使用注意事
1．巡航控制系统使用注意事项
（1）为了确保车辆行驶安全，在交通繁忙的道路上或遇到雨、雾、雪天气时，
不要使用巡航控制系统。

（2）为了避免因巡航控制系统误工作而影响驾驶安全，因此在不使用巡航控制系统时应关闭其主开关。

（3）在较陡的坡道上行驶时，不宜使用巡航控制系统。

车辆在较大坡度路面行驶时，会引起发动机转速有较大变化，这样不利于发动机的正常工作。

若汽车在巡航行驶时，遇到较陡的下坡路面，则其车速会高出设定车速许多。

此时，可先踏下制动踏板使汽车减速，并与此同时取消了巡航控制，然后再将变速器换入低档，利用发动机运转阻力控制汽车车速。

（4）使用巡航控制系统时要注意观察仪表板上的巡航(CRUISE)指示灯是否闪烁。

若闪烁，则说明巡航控制系统有故障，在排除故障后再使用巡航控制系统。

2．巡航控制系统控制单元（ECU）使用注意事项
（1）为了确保能向巡航控制系统控制单元提供稳定的电源电压，因此应保持汽车发动机和电压调节器处于良好的技术状态。

若控制单元电源电压波动较大，不仅会影响控制单元的工作，甚至会损坏控制单元。

因此，应经常检查发电机及其电压调节器的工作状态，必要时排除所存在的故障。

（2）检查并确保蓄电池接线牢固可靠。

若蓄电池接线断开，则系统内的顺时脉冲电压会施加到控制单元上而使其损坏。

此外，还应注意不要随意改动蓄电池负极接线搭铁位置。

（3）只能在断开点火开关后，才能拆装巡航控制系统中的元器件和拔插其线束插接器。

（4）在维修控制单元线束插接器时，应保持控制单元线束插接器内的电源线路正确、连接可靠。

（5）只有在拔下控制单元线束插接器后，才能在车上进行电焊作业。

（6）注意控制单元的防潮、防振、防磁、防污染和防高温。

控制单元一般安装在车辆的干燥清洁位置，其壳体的固定应牢固可靠，并注意防止水和油进入控制单元内部。

控制单元的屏蔽罩应牢固可靠，不得松脱和变形。

在对汽车进行烤漆作业时，应视情况从车上拆下控制单元。

第六节巡航控制系统的故障诊断与检修
各种不同车型巡航控制系统的控制原理基本相同，因此其检修思路有许多共同之处。

对于所有车型，在进行故障检测时，首先应进行直观检查。

一般车型的巡航控制系统都具有故障自诊断功能，因此，直观检查后应读取故障码，以获取故障信息。

有的车型还可以通过读取数据流进行故障诊断。

如果通过自诊断系统没有获取有关的故障信息，可以通过故障征兆诊断方法诊断故障。

另外，通过检测巡航控制ECU的端子电压也可以进行故障诊断。

一．凌志LS400巡航控制系统的部件位置、电路及检修思路
凌志LS400巡航控制系统部件位置如图6.1所示，
图2.7 巡航控制系统部件位置
当巡航控制系统发生故障时，首先应进行直观检查。

检查巡航控制系统的线束及插接器是否完好，部件是否丢失或损坏等。

直观检查后一般应进行故障自诊断，其内容包括巡航控制系统状态指示的检查、读取故障码、输入信号检查、取消信号检查等。

在进行故障自诊断时，如果读取到故障码，应进行故障码诊断，以进一步确定故障部位；如果没有读取到故障码，可按照故障征兆进行故障诊断。

当确定故障的具体部位后，对有故障的电路或部件进行修理或更换。

二．故障自诊断
1．巡航控制系统状态指示的检查
仪表板上的CRUISE指示灯的闪烁情况可以指示巡航控制系统的状态。

如果巡航控制ECU诊断出系统有故障时，巡航指示灯闪烁5次，每次闪烁指示灯亮0.5s,灭1.5s，并且ECU将故障码存储在存储器内。

2．读取故障码
根据仪表板上的CRUISE指示灯的闪烁情况读取故障码。

3．清除故障码
排除故障后，关闭点火开关，拆下位于发动机室的熔断器/继电器盒内的“DOME”熔断器10s以上，即可清除故障码。

4．输入信号检查
输入信号包括巡航控制开信号、制动灯信号、驻车制动信号和空挡启动开关信号等。

输入信号的目的是确认各输入信号是否正常地输入巡航控制ECU。

5．取消信号检查
如果正在进行巡航行驶的汽车其巡航行驶被不正常地取消，可能是某个取消开关出现了故障。

通过取消信号检查，可以确定发生故障的开关及其电路。

三．故障码诊断
在故障自诊断测试中，如果读取到故障码，应根据读取到的故障码进行故障诊断，以进一步确定故障的具体部位。

1．故障码11或13 执行器电动机故障
2．故障码11或12 安全电池离合器故障
3．故障码13 位置传感器故障
4．故障码21 车速传感器电路故障
5．故障码31、32或34 巡航控制开关电路故障
四．故障征兆诊断
当对巡航控制系统进行故障自诊断测试时，如果没有读取到故障码，但巡航系统有故障征兆存在，应根据故障征兆进行故障诊断。

1．故障征兆表
2．制动灯开关电路检查
3．怠速开关电路检查
4．与电控变速器的通信电路的检查
5．电控燃油喷射通信电路的检查
6．驻车制动开关电路检查
7．空挡启动开关电路的检查
8．ECU电源电路检查
9．备用电源电路检查
10．巡航控制开关电路检查
11．诊断电路的检查
1)检查电压
接通点火开关，测量位于仪表板左侧下方的诊断座的Tc与E1端子之间的电压，应为蓄电池电压。

否则，进行下一步骤。

2) 检查线束
检查巡航控制ECU与诊断座之间及诊断座与搭铁之间的线束，如果线束有故障，进行修理。

第三章巡航控制系统的发展动向
1．新控制理论的应用
车辆的行驶状况受到乘员、发动机输出的变化等影响。

驾驶者需要更平顺的驾驶感觉和更自然的速度控制，以传统的控制理论为基础，又引入了新的控制理论。

目前，模糊控制等新理论已不断地得到应用。

2．联动控制、复合控制
目前，巡航控制装置是独立式的，要求在控制中提高感觉敏感度、响应性和更高的精度。

为此，需要发动机控制用计算机、变速控制用计算机进行联动控制，使这些计算机形成一体化的复合控制。

3．小型化、智能化
计算机、执行元件更趋小型化、一体化，向智能型发展。

4．追踪行驶控制
现在巡航稳定行驶装置分别利用加速、减速、恢复车速、消除等开关自由控制车速，但是往往在道路交通混杂的情况下，当车辆接近时不便于进行减速、车辆拉开距离时加速。

为了解决这一问题，向前方车辆发射毫米波（3OGHz-300Hz），利用雷达测定与前方车辆之间的距离，隔开一定距离进行追踪行驶。

车载雷达不仅可以利用毫米波雷达，而且还可以利用激光。