汽车巡航的结构和原理

汽车巡航控制系统概述:

汽车巡航控制系统又称为“汽车定速系统”，其英文Cruise Control System,缩写为CCS。它和汽车防抱死系统(ABS)、汽车燃油电子喷射系统(EFI )、汽车防盗系统、安全气囊系统等一起组成了完美的现代汽车，并在中心电脑的协调和统一控制下高效准确地工作着，为现代交通系统的飞速发展做出了卓越的贡献。

汽车巡航控制系统的工作原理:

汽车巡航控制系统是最早开发的汽车电子控制系统之一它使用独立的车速传感器，将车速信号传输给发动机控制微机.由微机控制各执行系统工作。该系统在伺服器、车速控制开关和制动踏板上的控制解除开关等部件的协调配合下，电子控制装置可根据汽车行驶阻力的变化，自动调节发动机油门开度，使行驶车速保持恒定。

控制器的输入是以下两个车速信号的差：一个是驾驶员按要求的车速设定的车速信号；另一个是实际车速的反馈信号。ECU将这两种信号进行比较，得出误差信号，经放大、处理后成为节气门控制信号，送至节气门执行器，驱动节气门执行器工作，调节发动机节气门开度，以修正实际车速，从而将实际车速很快调整到驾驶员设定的车速，并保持恒定。

通常将汽车在平坦路面上行驶时车速与节气门开度的关系存储在巡航控制系统ECU的ROM中。巡航控制系统根据目标车速自动维持汽车恒速行驶。汽车在巡航定速状态下，当汽车速度下降时，ECU加大节气门开度，使发动机功率升高，转矩增大，车速达到设定速度。反之，减小节气门的开度。当车速在40km／h以下、160km／h以上时，巡航系统不工作。当然这个上下限的限定依车型的不同而略有不同。

若使控制线呈现垂直状态，则车速的波动(控制误差)减小到零，这样一来，行驶阻力的微小变化都会引起节气门开度的变化，由于响应过度灵敏，容易产生游车。因此，应综合考虑控制误差与游车问题，选择合适的控制线斜率。

一旦系统的传感器出现故障，或控制信号电路被切断，因没有车速信号，低速限制电路将认为车速为零，使巡航控制系统停止工作。

指令速度信号→油门控制信号→油门执行器→发动机油门开度→发动机及变速器→车速→车速传感器（循环）

从上图中可以看出控制器有两种输人信号，一种是驾车人按要求设定的指令信号〔包括恒速、减速、恢复原速、加速命令等)，另一种是实际车速的反馈信号。电子控制器检测这两种输人信号之间的误差后产生一个送至油门执行器的油门控制信号。油门控制器根据所接收到的控制信号调节发动机的油门开度，以修正电子控制器所检测到的误差，从而使车速保持恒定。实际车速由车速传感器测得并转换成与车速成正比的电信号反馈至电子控制器。

汽车巡航控制系统非常复杂，参数很多，并且受外界的影响非常大，因此建立精确的数学模型是极其困难的。虽然PID控制具有结构简单、稳定性好、可靠性高等优点，但其适用于可建立精确数学模型的确定性控制系统。在PID控制中一个关键的问题便是P1D 参数的整定，传统的方法是在获取对象数学模型的基础上，根据某一整定原则来确定参数。但是对于巡航控制系统，在汽车的行驶过程中，由于外界负荷的扰动、汽车质量和传动系效率的不确定性、被控对象的强非线性等因素的影响，过程参数会发生变化。因此采用传统的PID控制方法难以保证在不同条件下都取得令人满意的控制效果。这就要求在PID控制中，PID参数能够在线调整，以满足实时控制的要求。

操纵节气门开度就能控制可燃混合气的流量，改变发动机的转速和功率，以适应汽车行驶的需要。

气门和节气门的区别：

气门是发动机汽缸上的零件，每个汽缸至少有两个气门，一个进气门，一个排气门。气门的作用是，打开进气门、可燃混合气进入燃烧室，两气门同时关闭、点火燃烧，打开排气门、排出废气。

节气门是发动机进气系统上的装置，是一个圆形的钢片，中间有一根轴，由油门拉线控制开闭的。因此，我们踩油门实际上不是增加给油量，而是增加进气量，进气量增加了，电脑会指示喷油嘴增加给油量。

传统发动机节气门操纵机构是通过拉索（软钢丝）或者拉杆，一端联接油门踏板（加速踏板），另一端联接节气门连动板而工作。但这种传统油门应用范畴受到限制并缺乏精确性，在日新月异的汽车电子技术发展形势下，一种电子油门（EGAS）应运而生。与传统油门比较，电子油门明显的一点是可以用线束（导线）来代替拉索或者拉杆，在节气门那边装一只微型电动机，用电动机来驱动节气门开度。即所谓的“导线驾驶”，用导线代替了原来的机械传动机构。

汽车巡航控制系统的基本组成:

汽车巡航控制系统主要由指令开关、车速传感器、电子控制器和油门执行器四部分组成。指令开关

指令开关一般都采用杆式开关，它装在驾车人容易接近的地方，通常将其功能包含在组合开关内。大多数开关有三个档位:“调速/定速”、“断开”和“恢复调速”。在第一位置时，只要按下按钮开关不动，车辆就不断加速，当达到要求车速时，松开按钮，车速控制系统就使车辆按松开时的车速保待恒速行驶。“恢复调速”位置用于制动或换档断开电路后使车辆重新按调定速度行驶。

巡航控制开关即驾驶员指令开关.该开关处于“设置/巡航”档位时，只要按下按钮开关不动，车辆就不断加速.当达到要求的车速时，松开按钮，车辆就会按松开按钮时的车速保持定速行驶，当转换到“取消”档时，恒速行驶立即停止.“复位/加速”档用于制动或换档断开电路后，使车辆重新按调定速度行驶.

车速传感器通常和车速里程表的驱动装置相连接。如果车速里程表是电子式的，车速表传感器输出的信号可直接作为巡航控制系统的反馈信号，因而不必为巡航系统另外设置传感器。专用于巡航控制系统的车速传感器一般安装在汽车变速器输出轴上，团为实际车速与变速器输出轴转速成正比。车速传感器有光电式、霍尔感应式、磁阻式等多种结构形式。

传感器主要用于向电子控制单元(ECU)提供巡航控制所需的车辆行驶状况以及节气门反馈和车速反馈。

电子控制器是整个控制系统的中枢，在早期的电子巡航控制系统中，控制器大多数是采用模

拟电子技术。整个控制器由数个运算放大器组成，每个放大器都有自己特定的用途。如误差信号放大器、积分器等。这些放大器协调工作完成控制功能。

CCS电控单元接受车速传感器、巡航控制开关、制动开关等信号，经计算、记忆、放大及信号转换等处理后，输出控制信号，驱动执行器动作.

执行机构接受巡航控制单元ECU的控制指令信号，用于调整节气门的开度，使车辆作加速、减速及定速行驶.

随着数字电子技术的不断发展，特别是大规模集成电路及微机技术的推广应用.采用数字技术代替模拟技术已成为一个发展方向。进人80年代后，美国、德国、日本的电子巡航控制系统已全部采用数字技术控制器。与模拟系统比较，数字电路的突出优点是系统中的信号以数字量表示，不会受工作温度和湿度的影响。因此在特别条件下数字控制具有更高的稳定性。汽车电子巡航控制器可以采用先进的大规模集成电路技术做成专用集成块，也可以在微机上编程实现。特别是目前的汽车上较多的系统都已采用微机控制，所以只要修改一下程序就可以完成此功能。