汽车电子巡航系统技术

汽车电子巡航系统

摘要: 汽车电子巡航系统(CCS),又称为定速巡航行驶系统,这种系统在车辆处于高速时有显著的优点。

关键词: 巡航系统；车辆控制

1.汽车电子巡航系统概述

1.1 简述

汽车巡航控制系统(Autonomous cruise Control System)指当汽车在高速公路上行驶时，驾驶员即使不踏加速踏板，汽车仍可以按驾驶员所希望的车速自动保持行驶功能。汽车自动巡航控制系统根据驾驶员设定的目标车速和车辆行驶阻力的变化，自动调节节气门开度，以使车辆达到按目标车速自动行驶的目的。汽车自动巡航控制系统除了维持车辆按驾驶员所希望的车速行驶外，还具备加速、减速和恢复的功能。在汽车自动巡航控制状态下，如果踏下制动踏板或操纵巡航控制取消开关，则可自动解除巡航功能，如果重新按下恢复开关，则恢复解除前的固定的车速。在巡航控制期间，随着道路坡度的变化以及汽车行驶所可能遇到的阻力，车辆自动变换节气门开度或自动进行档位转换，以按存储在微处理器内的最佳燃料经济性规律或动力性规律稳定行驶。

1.2 汽车巡航技术的作用

巡航控制系统：当系统启动后，不用踩油门踏板就自动地保持车速，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。当汽车在长距离的高速公路行驶时，启动巡航控制系统就可以自动将汽车固定在特定的速度上，免除驾车者长时间脚踏油门踏板之苦。同时，它还能在巡航状态下对预定的车速进行加速和减速的调节。

1.3 国内外汽车巡航技术的发展分为三个阶段

第一阶段是年代中期，早期的汽车巡航控制系统主要是机械式和气动机械式巡航控制系统。例如，日本丰田公司从年起就开始在车上装用机械式巡航控制系统。之后，德国的公司也研制出了气动机械式巡航控制系统。而年德国奔驰公司开发了晶体管控制的巡航控制系统，并在莫克利汽车上装用，这期间美国和日本相继出现了以模拟电路为基础的汽车巡航控制系统。

第二阶段是年代中后期，以数字信号为主的控制系统。随着单片机技术的发展，特别是大规模集成电路及单片机的应用，出现了以数字技术为基础的巡航控制系统。如年美国鲁卡斯汽车研究中心研究出了性能完善的运用卫星雷达的数字车速／车距控制系统，该系统可以更好地适应路面状况的变化。日本日野公司于年投放市场一种基于燃油经济性的车速控制系统，其控制框图如图所示。其控制部分的核心是微处理器。美国摩托罗拉公司也

研制了一种采用微处理器控制的巡航控制系统，这种系统的所有输入指令以数字形式直接存储和处理，微处理器根据指令车速、实际车速以及其他输入信号，按给定程序完成所有数据处理，并产生步进电动机的驱动信号输出，改变节气门开度，每种车型的最佳加速度和减速度由编程人员决定。从安全上考虑，将制动开关与节气门执行器直接相连，这样当踩下制动踏板时，在断开巡航控制系统的同时，将执行器的动力源断开，从而使节气门迅速脱离巡航控制系统的控制

第三阶段，从20 世纪90 年代开始，国外又开始发展以智能化为核心的汽车自动巡航控制系统和以定距离控制为主的自适应巡航控制系统。1990 年美国鲁卡斯

公司研制出一种自动恒速智能控制系统，该系统采用了连续调频波雷达，通过雷达来探测前方车辆与本车的距离，通过处理单元计算出相对车速与距离，并将该信息提供给电子控制单元，通过执行器控制节气门来控制车速。目前国外很多专家都在研究自适应巡航控制系统。这种巡航控制系统主要由测速装置、转向角传感器、车速传感器、制动电子控制单元等组成。目前不少车辆，特别是高级轿车已经把巡航控制系统作为配备设备或备选设备。由于国内汽车起步较晚，并且就目前我国公路状况和实际应用来说，对汽车巡航控制系统的研究应用主要是以单车定速控制为主。目前，模拟汽车恒速控制器在我国已经投人生产和使

用。国内有多所高校和科研单位从事汽车自动巡航控制系统的研究，控制系统的硬件核心部件采用不同型号的单片机，控制策略多采用调节方式，也有人将模糊控制算法应用于巡航控制系统，模仿驾驶员驾驶汽车的情况，根据目标车速与实际车速之间的偏差及路面情况，利用自己的经验，决定加速踏板的变化量，从而使汽车车速趋近于目标车速。

1.4 汽车巡航控制系统的工作环境

众所周知，汽车的行驶是在发动机产生动力以后，借助于地面对车轮的反作用力行驶的。车速的变化情况非常复杂，会受到路面滚动阻力，汽车行驶时风的阻力，以及道路坡度等时变因素的影响而变化，而且也受到发动机工况、负荷情况等的影响。坡道的阻力是随着道路坡度大小而变化的，即使在高速公路上也不可能避免爬坡或下坡行驶，车重越大时，坡道的阻力就越大，下坡时的惯性力也就越大，而路面的滚动阻力系数也随路面的情况、轮胎形状、温度、气压、行车速度等变化而随机地变化，风阻与车速的二次方成正比，由于汽车行驶过程中风速的大小和方向不断变化，并且车速越大，风阻也越大，巡航行驶时风阻便是一个不能忽略的因素，再如上发动机输出转矩与节气门的关系非常复杂，决定了巡航控制的实现是非常复杂的。不但如此，由于巡航控制系统是工作在汽车上，而使用汽车的自然环境地区条件是千差万别的，有时两地的条件差异特别大，所以又必须考虑一下巡航的特殊工作环境。如南方和北方的冬季温差特别大，汽车各零部件工作温度也相差较多，温度对电气零部件的额定工作电流是有影响的；同时湿度较高的环境容易造成电子元器件绝缘损坏或腐蚀机件；当汽车行驶在崎岖不平的山路时，又会产生很大的振动，这对电子控制系统来讲就要求较高；另外，汽车的供电系统有蓄电池和发动机两个电源，由于发电机发电程度不同，使蓄电池两端输出电压变化较大，同时发动机调节器一般是用通断方式控制发动机激励电流，所以汽车上的电源波动及瞬时过电压形成的电气环境也较恶劣；这些环境对汽车的保养与控制系统的可靠性等都是一些不利的因素。在研究巡航系统时，应充分考虑到这些复杂的因素，才能设计出具有较高控制精度的应用系统。

2. 系统的总体构成

2.1 汽车电子巡航控制系统总体构成

图2.1 汽车电子巡航控制系统总体构成

电子巡航控制系统主要由主控开关、车速传感器、电子控制器和执行元件四部分组成。

（ 1 ）主控开关。主控开关一般为组合式开关，安装在方便驾驶员操作的转向盘或其它部位。它由主开关和控制开关组成，主开关为巡航系统的电源开关；控制开关一般有三个开关、五种控制功能，即SET/COAST （设置/ 减速）、RES/ACC （恢复/ 加速）和CANCEL（取消）。接通主开关，当汽车行驶在40 ~ 200km/h 范围内时，压下SET/COAST 开关