汽车巡航控制系统的应用及发展趋势

汽车巡航控制系统的应用及发展趋势

摘要：汽车巡航控制系统(Cruise Control System 或CCS，又称车辆速度控制系统，是指在一定的车速范围内，驾驶员不用操控油门而能使汽车保持设定的速度行驶的控制装置。采用了巡航控制系统的汽车，驾驶员不用控制加速踏板，降低了驾驶疲劳，提高了行驶安全性和燃油经济性。本文介绍了汽车巡航控制系统的原理、功能及应用情况，对比了国内外汽车巡航控制系统的发展水平。同时对该系统的发展趋势做出了预测。

关键词：汽车；巡航控制系统；应用；发展趋势

0 引言

近年来，随着现代汽车控制技术和高速公路的飞速发展，在世界各国特别是发达国家，无论是运输业还是个人，汽车都已成为长距离运输的主要交通工具。在大陆型的国家，驾驶汽车长途行驶的机会较多，在高速公路上长时间行驶时，驾驶员长时间操纵加速踏板而得不到活动，容易造成腿部肌肉疲劳强度加大，甚至腿部会抽筋，失去制动能。汽车巡航控制系统(CCS)就是为解决此问题而诞生的。

1 汽车巡航控制系统简介

1.1 定义

汽车巡航控制系统，简称CCS，根据其特点一般又称为“巡航行驶装置”、“速度控制系统”、“自动驾驶系统”等。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[1]。汽车在行驶中通过操纵调整开关，驾驶员不必踩踏油门调整车速，汽车也能以设定的车速进行定速行驶。

采用了汽车巡航控制系统（CCS）的车辆在行驶中，由于驾驶员无需踩踏加速踏板，尤其是装有自动变速器的汽车，因不需使用离合器，只需手握方向盘就可轻松驾驶，将驾驶员的右脚解放出来了，大大减轻了驾驶员的疲劳强度，使整

个驾驶过程变得简便、轻松和舒适，降低了交通事故发生的几率、提高了行车的安全性。

此外，使用汽车巡航控制系统（CCS）后，在同样的行驶条件下，对一个有经验的驾驶员来说，可节约燃油15％[2]。这是因为CCS系统中使用速度稳定装置后，可使汽车燃油的供给与发动机功率间的配合处于最佳状态，有效降低燃油消耗，减少有害气体排放，提高汽车的经济性和环保性。

1.2 功能

1.2.1 车速设定功能。当在高速公路上长时间稳定行驶时，在路况良好、分到行车、无人流的情况下，可按下“设定”开关，设定一个稳定行驶的车速，驾驶员无须操控油门和换挡，汽车一直以这一车速稳定运行。

1.2.2 消除功能。当驾驶员踩下制动踏板时，车速设定功能立即消失，驾驶员要用常规方法操作驾驶，直到再按另外的功能开关为止。

1.2.3 恢复功能。当路面车流情况又可稳定运行时，可按“恢复”功能开关，这样汽车又自动按上述设定的车速稳定均匀运行。若不按“恢复”功能开关，也可在驾驶员认为最有利车速时按“设定”开关，汽车就又自动按新选择的设定车速稳定运行。

1.2.4 减速功能，也称为滑行功能。当按下“滑行”开关时，则汽车在原设定车速基础上减速行驶，开关一直按下不放，则车速一直在减低。当你一放松“滑行”开关，则汽车就自动以你放松“滑行”开关瞬间的车速稳定行驶。

1.2.5 加速功能。当按下“加速”开关时，则汽车在原设定的车速基础上加速行驶，开关一直按下不放，则车速一直在增加。当你一放松“加速”开关时，则汽车就自动以你放松“加速”开关瞬间的车速稳定行驶[3]。

2 原理与构成

2.1 原理

汽车巡航控制系统（CCS）原理如图1所示。它包括控制器、节气门执行器、传感器和操纵开关等部分。控制器有两个输入信号，一个是驾驶员按要求设定的车速，直接由驾驶员设定，另一个是实际车速的反馈信号，由车速传感器检测后反馈给控制器，控制器检测这两个输入信号之间的偏差后，经过一定的控制计算，

产生一个送至节气门执行器的控制信号，节气门执行器根据所接收到的节气门控制信号调节发动机节气门开度，从而使车速保持稳定[4]。作为巡航控制系统的核心部件一控制器，其所采用的控制技术对控制结果的好坏是至关重要的。随着现代控制理论的发展，汽车巡航控制技术也在不断发展，如何采用合理的控制技术，是汽车工作者需要研究和解决的问题。

图1 汽车巡航控制系统原理图

2.2 构成

汽车巡航控制系统主要由控制开关、传感器、执行器和控制器4部分组成。

2.2.1 巡航控制开关

图2为大众宝来汽车的巡航控制开关，

它有“SET”、“ON”、“OFF”、“CANCEL”、

“RESUME ”、“+/-SPEED”按钮。

巡航的基本功能：启动巡航、设定车速、

降低巡航车速、提高巡航车速、关闭巡航、

重启巡航[5]。

图2 大众宝来汽车的巡航控制开关 2.2.2 位置传感器

节气门位置传感器(TPS)是把节气门的位置或开度转换成电压信号，传输给电控单元，作为电控单元判定发动机运行工况的依据，实现不同节气门开度下的喷油量控制[6]。节气门位置传感器有两种类型：一种是模拟节气门位置传感器，另一种是开关式节气门位置传感器。节气门位置传感器装在节气门体上，与节气

门联动，工作原理如图3所示。

图3开关输出型位置传感器原理图

2.2.3 执行器

执行器接收ECU的控制指令信号，电动或气动方式操纵节气门，改变节气门开度，使车辆作加速、减速及定速行驶。执行器通常为电动式和气动式两种。

图4 法国Bernard伯纳德电动式执行器

以电动式执行器为例，由电机、安全电磁离合器和位置传感器组成。电机通过改变内部电流方向来改变节气门转动方向，转动时可带动执行元件控制臂转动，控制臂通过拉索改变节气门开度。电动机电路装有限位开关来限定控制臂转动角度。

电动机与控制臂间有安全电磁离合器。当进行巡航控制时安全电磁离合器结合，电动机旋转可使节气门开度改变；若在巡航控制行驶阶段执行器或车速传感器发生故障，安全电磁离合器立即分离。电动式执行器中装有位置传感器，用于