汽车电子巡航控制系统构造与原理

1、汽车电子巡航控制系统构造与原理 汽车电子巡航控制系统的概念 汽车电子巡航控制(英文缩写为CCS)是指汽车的定速控制，亦称为恒速行驶系统或巡航行驶装置、速度控制系统和自动驾驶系统等。它是利用先进的电子技术对汽车的行驶速度进行自动调节，从而实现以事先设定速度行驶的一种电子控制装置，它是汽车的新装置之一。自1961年在美国首次应用CCS以来，在汽车上的应用也越来越多。如美国协和(CONCORDE)、纽约人(NEWYORKER)、别克(BUICK)、凯迪拉克(CADILAC)，  日本皇冠(CROWN)、佳美(CAMRY)、雷克萨斯(LEXUS)、丰田大霸王(PRE-VI

2、A)，欧洲奔驰(BENZ)、宝马(BMW)等车辆都装有巡航控制系统。 结构原理 汽车巡航控制系统一般由车速传感器、伺服器、电子控制装置、车速控制开关、真空控制或油门执行器等组成。在车辆行驶中，当驾驶员接通“速度控制开关”时，速度控制系统开始工作。当驾驶员推动“设定按钮”时，行驶速度信息不断存储在存储器中，当松开按钮时，微机将行驶速度锁定，此时的速度成为速度控制系统保持的目标。如果行驶阻力变化而使车辆行驶速度发生变化时，微机根据车速传感器输入信息，输出控制信号，控制速度伺服装置工作。伺服装置供发动机真空吸力作用吸动膜片，拉动节气门连杆，控制节气门开度。若遇爬坡，车速有下降趋势

3、，微机控制系统则自动加大节气门开度；在下坡时，又自动关小节气门开度，以调节发动机功率达到一定的转速。当驾驶员换低速档或制动时，这种控制系统则会自动断开。 车速传感器用于检测车速，并将车速信号传送给ECU，为ECU提供实际车速反馈信号，以实现定速行驶功能。专门用于巡航控制的车速传感器由磁铁和磁感应线圈组成，磁铁一般安装在变速器输出轴相对平稳的部位，行车中对应车速电磁线圈产生电脉冲信号。车速传感器要远离发电机、点火线圈、配电盘等高压区。 执行器也称为伺服机构，是巡航系统的关键部件，其作用是接受ECU的控制指令信号，以电动或气动方式操纵油门，改变油门开度，使车辆作加速、减速和定速

4、行驶。执行器常见有电动式和真空式两种，电动式执行器采用步进式电动机驱动，将ECU输出的数字信号变为一定量的角位移，每输出一个脉冲，电动机就带动油门转过一个小角度，保证油门开、闭动作的准确。执行器密封室内装有膜片、弹簧，膜片上装有油门拉索。同时在密封室负压腔装有两个空气电磁阀和一个真空电磁阀，各电磁阀的搭铁线分别与ECU相连接，当控制点搭铁时，电磁阀即起作用，各电磁阀的配合使油门的开度通过膜片动作，拉动拉索实现不同油门位置的控制。 ECU的作用是接收车速传感器、巡航控制开关、制动开关等信号，经计算、比较、放大和信号转换等处理后，输出控制信号，驱动执行器动作。早期的电控巡航系统ECU大多

5、采用模拟电路，现已全部采用数字式微处理机控制系统。 巡航控制系统控制器有两个输入信号，一个是驾驶员设定的指令速度信号，另一个是实际车速的反馈信号。电子控制器检测这两个输入信号之间的误差后，产生一个送至油门执行器的油门控制信号。油门执行器根据所接收的控制信号调节发动机油门开度，以校正电子控制器所检测到的误差，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。实际车速与设定车速信号的误差始终都存在，并且保持在一定的范围之内。因为它们的误差值一旦为零时，行驶阻力的微小变化，都会使得油门的开度得到变化，从而产生“游车”的现象。巡航控制系统与节气门的工作关

6、系见图1。巡航控制系统的核心控制器采用比例积分控制(简称PI控制)的电子控制装置。油门控制信号实际上由两部分叠加而成。线性放大部件KP提供一个与误差信号e成正比的控制信号；而积分放大器KI则设置一条斜率可调整的输出控制线，用来将这一段时间内的车速保持在一定的误差范围内。 电子巡航控制系统的方框图如图2所示。   功用 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，故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。 CCS经历了机械控制系统、晶体管控制系统、

7、模拟集成电路控制系统和微机控制系统等几个过程。微机控制的汽车巡航控制系统自从1981年开始应用于汽车后，发展迅速。新型汽车基本上都采用了微机控制的汽车巡航控制系统。CCS能存储某一时间的行驶速度，并能保持这一速度行驶。当在高速公路或高等级道路上行驶时(路面质量好，没有人流，分道行车，无逆向车流)或适宜较长时间的稳定行驶时，可按下车速调制设定开关，设定一个稳定行驶的车速，驾驶员不必再踩加速踏板和换档，汽车一直以设定的车速稳定运行。当踩下制动踏板时，上述功能立即消失。但是前述设置速度继续存储；当按恢复开关时，则能恢复原来存储的车速。 CCS除了以上基本功能，还可以增加以下功能：一是滑行功

8、能：继续按下开关进行减速，以离开开关时的速度作巡航行驶。二是加速功能：继续按下开关进行加速，以不操纵开关时的车速进入巡航行驶。三是速度微调升高：在巡航速度行驶中，当操纵开关以ON-OFF(接通-断开)方式变换时，使车速稍稍上升。 巡航控制系统的故障保险功能是：一是低速自动消除功能：当车速小于40km/h时，存储的车速消失，且不能再恢复此速度。二是制动踏板消除的功能：在制动踏板上装有两种开关，一种用于对计算机的信号消除；另一种是直接使执行元件工作停止；三是各种消除开关：除了利用制动踏板的消除功能外，还有驻车制动、离合器(M/T)、调速杆(A/T)等操作开关的消除功能。 采用C

9、CS装置，在高速公路上长时间行驶时，打开该系统的自动操纵开关后，巡航控制系统将根据行车阻力自动增减节气门开度。省去驾驶员频繁地踩压加速踏板这一动作，保证汽车以预先设定的速度行驶。在汽车行驶过程中，驾驶员只要把住转向盘就可以了，从而大大减轻了驾驶员的疲劳强度，也减少了交通事故的发生。同时，由于巡航控制系统能自动地维持车速，避免了不必要的加速踏板的人为变动，进而改善了汽车的燃油经济性和发动机的排放。 这种控制系统可以经驾驶员通过选择开关来增、减车速，特殊情况下关闭选择开关或踩下制动踏板，都能迅速解除巡航控制而转换到怠速或驾驶员操纵状态。对于装有自动变速器的汽车，由于没有离合器，装有巡航系

10、统就更为方便。 种类 目前车用巡航控制系统大多分为两大类，一是电子式巡航控制系统，二是机电式巡航控制系统。前者主要由指令开关、车速传感器、电子控制器和油门执行器四部分组成；后者一般由控制开关、伺服机构和控制电路等组成。巡航控制开关即驾驶人员指令开关，安装在转向柱上或驾驶员容易靠近的仪表板上。多数控制开关设有三个档位：设置/巡航(SET/COAST)、复位/加速(RES/ACC)和取消(CANCEL)。处于“设置/巡航”时，只要按下开关键不动，车辆就不断加速，达到要求车速时，松开开关键即可保持定速行驶；按下“取消”键时停止定速行驶；“复位/加速”键用于制动或“取消”后车辆再恢

11、复定速行驶。 1.电子式巡航控制系统。电子式巡航控制系统，用电子控制模块开动节气门机构，除了比机电式系统有更精确的车速控制外，还有以下好处：每秒调节节气门的次数更多；当采用高、低比较器控制车速电路时，增加车速或降低车速更协调，轻载车速变化的修正更加显著，急减速中止。当汽车的减速度超过程序拟定的减速度时，自动解除巡航控制，车轮打滑中止。当车轮滑行的加速度超过程序拟定的参数时，自动解除巡航控制。 (1)控制模块。控制模块可能是单独的巡航控制模块、发动机控制模块或车身控制模块，因厂家不同而异，但其工作的原理相同。 (2)操纵开关。有些系统的操纵开关，触点副经过电阻接到搭

12、铁回路，因所用的电阻阻值不同，加上控制模块的电压值有所不同。有些系统的操纵开关送12V电压至控制模块的不同端子。 (3)制动踏板开关或离合器踏板开关。 (4)真空释放开关。 (5)伺服装置。伺服装置由真空驱动，真空受真空输送阀和真空泄放阀控制。这些阀由控制模块发信号至它们的线圈。用做控制模块输入的传感器，包括车速传感器、伺服装置位置传感器和节气门开度传感器。另外的输入由制动踏板开关、仪表板开关、操纵开关和停车空档开关等提供。 控制模块接收来自车速传感器和操纵开关的信号。当车速快到足以使巡航控制能工作并且驾驶员按了操纵开关中的设定键时，一个电信号便送到控制

13、模块。控制模块将收到的电信号装入存储器，控制模块用比较器的值来改变伺服装置的真空度，以此保持设定的车速。控制模块以三种安全模式运行：急减速中止、车轮打滑中止、系统故障中止。 真空调制的伺服装置，是主要的执行机构，伺服装置的真空度受真空输送阀和真空泄放阀两者的调制。真空泄放阀是常开的，真空输送阀是常闭的。伺服装置的两个电磁阀由控制模块的信号启闭，保持预先设定的节气门开度。 2.机电式巡航控制系统。 图3为典型的机电式巡航控制系统的部件。      (1)巡航控制开关。巡航控制开关在转向信号手柄上或转向盘上，它是一套驾驶员操作的开关。大多数的巡航控制开关是接通、设定/加速、滑行和恢复四组开关。 (2)变送器。变送器通过车速表软轴接收车速信号，包括来自巡航控制开关、制动踏板开关或离合器踏板开关的电信号。此外，变送器还得到发动机进气歧管真空，然后通过所得到的电信调节伺服机构的真空度。 (3)伺服机构。伺服机构控制节气门开度。伺服机构用杆、链条或缆绳与节气门相联，它通过伺服机构的真空保持设