《汽车典型电控系统结构与维修》课件第4章

第4章电子控制巡航系统

4.1CCS系统的基本结构与原理

4.2CCS系统故障诊断与排除

4.3典型CCS系统分析

4.1CCS系统的基本结构与原理

4.1.1CCS系统的基本组成

1.巡航控制开关巡航控制开关也称主控制开关。驾驶员通过操作巡航控制开关，可以实现车速的设定、加速、减速、恢复和解除等功能。巡航控制开关一般有按键控制式和手柄控制式两种，通常安装在便于驾驶员操作的转向柱或方向盘上。图4-1巡航控制主开关如图4-1所示为一种巡航控制主开关，安装在指示灯的附近。当按下A/D(模/数)转换器开关后，“POWER”(功率)指示灯亮，汽车电源系统给巡航控制系统供电，电流由巡航控制器(ECU)流出，经过不同挡位的不同电阻后搭铁，给ECU提供不同的电压信号，ECU根据接收到的电压信号即可判定巡航控制开关所处的位置；当按动设置开关时，“MEMORY”(存储)指示灯亮，此时的车速被存储起来。

手柄式巡航控制开关如图4-2所示。该开关一般有5种控制功能：SET(设置)、COAST(减速)、RES(恢复)、ACC(加速)、CANCEL(取消)。SET和COAST共用一个开关，RES和ACC共用另一个开关。按箭头指示的方向操纵开关时，开关导通，放松时开关断开。

图4-2手柄式巡航控制开关

2.车速传感器

车速传感器的功用是产生一个与汽车实际行驶车速成比例的交变振荡脉冲信号，输送到ECU。

常用的车速传感器有磁感应式、霍尔效应式、光电式和磁阻式等类型。车速传感器一般安装在变速器输出轴末端的变速器壳体上，和变速器输出轴上的转子配合工作。图4-3为常用的磁脉冲式车速传感器的结构原理图。

图4-3磁脉冲式车速传感器的结构原理图

(a)安装位置；(b)结构图；(c)原理图；(d)输出波形

3.巡航ECU

巡航ECU是汽车电控巡航系统的重要组成部分，是整个系统的控制枢纽。CCS系统的ECU主要由专用IC集成块和具有4位以上的单片机构成。单片机负责完成车速的运算、记忆、比较、补偿、保持、诊断等信号处理，而专用的IC集成块具有处理微机的再启动、输入、输出与电源的通断及自我诊断等功能。在车速高于40km/h时，驾驶员利用恒速开关可控制汽车以恒速行驶。

4.巡航执行器

巡航执行器的功用是将ECU输出的电信号转变为机械运动。当执行器接收到巡航ECU发出的指令信号时，通过电动机带动控制臂，从而改变节气门位置，使车辆分别作加速、减速或恒速行驶。

巡航控制执行器一般有气动式和电动式两种类型。为了进一步提高巡航控制的性能，目前普遍采用电动式执行器。

1)真空式巡航执行器

真空式巡航执行器的结构如图4-4所示。它利用发动机的负压或专用泵产生的真空(负压)来驱动其膜片(隔膜)，以控制节气门的开度来实现巡航控制。

当真空式巡航执行器中的线圈通电时，真空口(用于发动机真空压力的输入)打开，大气口关闭，执行机构内部产生真空，吸出膜片；当线圈不通电时，真空口关闭，大气口打开，空气进入执行机构，膜片被弹簧拉回。真空式巡航执行器通过改变控制线圈信号的占空比来控制真空度的变化，从而控制膜片的移动改变节气门开度，达到控制汽车行驶速度的目的。

图4-4真空式巡航执行器的结构真空式巡航执行器中还有一个释放阀，当巡航控制结束时，控制线圈断电，允许空气进入巡航执行器内。如果控制阀的通气口开启失败，巡航控制功能也可以安全终止。

真空式巡航控制系统是由真空调节器、节气门驱动伺服膜盒和制动踏板上的真空解除阀等组成的，如图4-5所示

图4-5真空式巡航控制系统工作原理

(a)系统原理简图；(b)ECU内部结构框图

2)电动式执行器

电动式执行器的结构如图4-6所示。它主要由电动机、安全电磁离合器和位置传感器等部件组成。其工作原理为：当执行器接收到来自巡航ECU的控制信号时，立即接通安全电磁离合器和电动机，当电动机转动时，由蜗杆、蜗轮、安全电磁离合器、齿轮和驱动轴带动控制臂转动，控制臂拉动钢索控制节气门相应地开、闭，以最终实现对节气门的控制。

图4-6电动式执行器的结构

(a)电机控制；(b)电磁离合器控制

1—外壳；2—电位器；3—控制臂；4—电动机；5—钢索；6—支架；7—驱动轴；8、10、16—齿轮；9—盖；11—安全电磁离合器；12—电磁铁外壳；13—电磁铁线圈；14—壳体；15—转子轴；

(1)安全电磁离合器。安全电磁离合器的功用是锁住或释放节气门的控制拉线。当汽车在平直道路上以超过40km/h的车速行驶，且驾驶员启动巡航按钮SET时，安全电磁离合器则锁住拉索使节气门保持一定的开度，汽车也就基本稳定在这个速度上行驶。若踩制动踏板、踩离合器踏板(手动变速器)、选挡手柄从D挡挂至N挡(自动变速器)、手制动(驻车制动)或巡航操纵杆至取消(CANCEL)位置，安全电磁离合器则释放节气门拉索，巡航装置与节气门分离开，巡航系统停止工作，从而防止汽车失控而造成危险。

(2)调速伺服电动机。调速伺服电动机一般使用永磁式可正、反转的电动机。

调速伺服电动机的功用是在汽车行驶时，接受巡航ECU的控制指令，通过对节气门开度进行调整，使汽车按预定的速度，将行车速度稳定在一定范围内。当遇到上坡、下坡或转弯而造成车速上下波动时，调速伺服电动机随时改变节气门开度，达到汽车恒速行驶的目的。

(3)节气门位置传感器。节气门位置传感器的功用是实时检测调速伺服电动机控制节气门的位置，并将节气门位置信号作为反馈信号输入到巡航ECU，实现节气门位置的闭环控制。

图4-7电动式巡航控制装置与发动机节气门位置的关系

随着数字电子技术的发展，特别是大规模集成电路及微型计算机技术在汽车上的广泛应用，巡航控制系统已全部采用数字式微型计算机速度控制器。图4-8所示为美国摩托罗拉公司采用微处理控制器的巡航控制系统电路框图。其控制原理与模拟电路基本相同，不同的是所有输入指令均以数字信号直接存储和处理。带可擦除只读存储器的微处理器根据指令车速、实际车速以及其它输入信号，按照给定程序对所有数据进行处理后产生一个信号，该信号输出到执行器，通过执行器改变节气门开度，从而使汽车按照驾驶员预先设定的车速行驶。

图4-8微处理控制器的巡航控制系统电路框图

4.1.2CCS系统的基本原理

汽车电控巡航系统是利用电子控制技术使车速和节气门位置保持一定关系，从而对汽车的行驶速度进行自动调节的一套装置。图4-9所示为车速与节气门开度的关系曲线。

当汽车以速度v0在平坦的道路上行驶时，车速与节气门位置的关系如图中A-A′所示。当节气门位置处于θ0时，不需要进行节气门调节，汽车就以恒定速度v0行驶。

当汽车上坡行驶时，因行驶阻力增加，车速与节气门开度的关系将按B－B′曲线变化，若不及时调整节气门开度，车速将会下降到v1，节气门开度增大到θH，车速在X点得到新的平衡。

图4-9车速与节气门开度的关系曲线当汽车下坡行驶时，因行驶阻力减小，车速与节气门开度的关系将按C－C′曲线变化，若不及时调整节气门开度，车速将会上升到vH，节气门开度增大到θL，车速在Y点达到新的平衡。

通过以上分析可以得出，车速与节气门开度之间自动调节的结果，使汽车的行驶速度围绕预先设定的速度，在一定范围内自动调节。

图4-10所示为汽车电控巡航系统基本原理框图。该系统的核心是电子控制器(ECU)。ECU通过检测驾驶员设定的指令车速信号和实际车速的反馈信号，并将这两个输入信号进行比较，从而输出指令信号。当速度传感器测出的实际车速信号高于或低于驾驶员设定的指令车速信号时，得出误差信号，该误差信号经放大、处理后输送到节气门位置执行器，调节发动机节气门开度，使车速保持恒定。

图4-10汽车电控巡航系统基本原理框图

4.1.3CCS系统的基本功能

1．基本控制功能

(1)车速设定。当合上控制开关后，ECU就能存储此时的行驶速度，并能保持汽车以该车速稳定行驶。

(2)解除设定。当踩下制动踏板时，车速设定解除，已设定的车速存储于ECU中。

(3)减速。连续按动减速开关，汽车减速，并以最后一次按下开关时的车速稳定行驶。

(4)加速。连续按动加速开关，汽车加速，并以最后一次按下开关时的车速稳定行驶。

(5)恢复。当按动恢复开关后，恢复原来所存储的车速。

(6)车速微调。在巡航中，操纵开关以ON→OFF(接通→断开)方式进行变换，车速略有提高。

2．系统保护功能

(1)低速自动消除车速设定。当车速低于40km/h时，原存储的车速自动消除，不能再恢复此车速。

(2)踩制动踏板消除车速设定。通常在制动踏板上装有两个开关，一个用于对微机的信号进行消除，另一个直接使执行器的工作停止。

4.1.4巡航控制系统的使用

本节以图4-11所示的日本本田ACCORD汽车电控巡航系统为例，介绍巡航控制系统的使用。本田ACCORD汽车电控巡航系统的操作系统由装在仪表板上的巡航控制开关、位于方向盘上的巡航速度设定与减速按钮(SET/COAST)和恢复与加速按钮(RES/ACC)等组成。

图4-11电控巡航系统操作位置图

1—巡航主开关；2—恢复与加速按钮；3—设定与减速按钮

1.设定汽车巡航控制速度

为保证行车安全，巡航控制系统允许进入工作状态的最低车速为40km/h，当汽车行驶速度低于这一值时该系统不工作。设定巡航速度的操作方法如下：

(1)当准备使用巡航系统时，首先按下方向柱左侧的巡航主控开关，开关上的指示灯点亮，表示系统已进入工作状态。

(2)利用加速踏板将汽车加速到40km/h以上所需的速度。

(3)按住方向盘上的设定与减速(SET/COAST)按钮直到接近车速表指示车速，巡航控制灯点亮，表明系统进入工作。

2.改变汽车巡航控制速度

降低巡航速度可按下列方法之一进行设定：

(1)按住设定与减速(SET/COAST)按钮，汽车减速，当车速降到所需速度时放开；

(2)用脚轻踏制动或离合器踏板，仪表盘上的控制灯将熄灭，当汽车慢到所需速度时，按下设定与减速(SET/COAST)按钮，汽车将按照设定车速行驶。

提高巡航速度的设定可按下列方法之一进行设定：

(1)按住恢复与加速(RES/ACC)按钮，汽车会慢慢加速，达到所需车速后放开；

(2)踩下加速踏板，汽车达到所需速度后，按设定与减速(SET/COAST)按钮。

另外，即使汽车处于巡航控制状态下，也可以进行加速以便超车，超车后只要放开加速踏板，汽车便自动恢复到巡航速度。当汽车在巡航控制状态下工作时，不要把脚放在制动踏板或离合器踏板上，以防止汽车退出巡航控制状态。

3.取消汽车巡航控制速度

按下列方法之一可取消巡航控制：

(1)踏下制动踏板或离合器踏板；

(2)同时按下SET/COAST与RES/ACC按钮；

(3)关闭巡航主控开关。

4.2CCS系统故障诊断与排除

4.2.1汽车电子控制巡航系统的故障诊断本节以日本丰田系列汽车为例介绍巡航控制系统的故障诊断与排除。图4-12所示为凌志LS400型轿车巡航控制系统连接器，连接器的端子名称如表4-1所示。

图4-12凌志LS400型轿车巡航控制系统连接器

表4-1凌志LS400型轿车CCS连接器端子名称

1.故障码的显示与诊断

1)巡航控制系统正常时的信号显示

巡航控制系统正常时的信号显示的目的是检查车速信号和所有的开关信号是否能正常送至巡航系统的ECU。当接通点火开关，控制开关置于SET/COAST时，MAIN(主开关)断开，此时CRUISEMAIN指示灯应闪亮2次；而当MAIN(主开关)接通或诊断连接器TDCL(见图4-13)上的Tc和E1端子跨接起来后，该指示灯熄灭，按表4-2进行操作可显示巡航系统正常工作时的规律。

表4-2巡航控制系统正常工作时指示灯的闪烁规律

图4-13故障诊断连接器

2)故障码的显示与故障诊断

当巡航控制系统(CCS)产生故障时，可通过表4-3所示的CRUISEMAIN指示灯的闪烁规律来读取故障代码。其操作方法是：将点火开关接通(ON)，用跨接线跨接如图4-13所示的故障诊断连接器TDCL上的Tc和E1端子进行故障诊断。系统故障检查完毕后，断开Tc和E1端子，关闭点火开关。

若在汽车行驶期间，巡航控制系统发生故障(例如车速传感器或执行器出问题)，ECU会执行巡航控制系统的自动解除(AUTOCANCEL)功能，立刻闪亮CRUISEMAIN的指示灯5次，以告诉驾驶员巡航系统出了故障，同时将故障码存入ECU的存储器中。

表4-3CCS系统故障码及其诊断

表4-4巡航控制系统常见故障及检修方法

表4-4巡航控制系统常见故障及检修方法4.2.2巡航系统主要控制装置的故障诊断与排除

巡航系统主要控制装置包括执行器(安全电磁离合器、伺服电动机、位置传感器)、控制开关和停车灯开关等。

1.安全电磁离合器

1)电阻的检测

如图4-14(a)所示，用万用表欧姆挡检测电磁离合器电路端子4和5之间的电阻，其正常值应约为38Ω，否则，应做进一步检查。

2)工作状态的检查

如图4-14(b)所示，在正常情况下，通电前扳动离合器杆应能转动，当端子5接电源“+”极，端子4搭铁(接电源“-”极)时，离合器杆应能锁住，即不能任意扳动。

图4-14安全电磁离合器及其检查

(a)执行器内部电路；(b)工作状态的检查

3)故障诊断

安全电磁离合器与巡航控制ECU的连接电路如图4-15所示，其故障诊断流程框图如图4-16所示。

图4-15安全电磁离合器与ECU的连接电路

图4-16安全电磁离合器与ECU的连接电路故障诊断流程框图

2.伺服电动机

1)通电检查

在电磁离合器杆处于两极限位置A与B范围内运动时，保持电磁离合器完全处于通电状态，如图4-17所示。

2)故障诊断

伺服电动机与巡航控制ECU的连接如图4-18所示，其故障诊断流程框图如图4-19所示。

图4-17伺服电动机的检查图4-18伺服电动机与ECU的连接电路

图4-19安全电磁离合器与ECU的连接电路故障诊断流程框图

3.位置传感器

位置传感器与巡航控制ECU的电路连接如图4-20所示。

图4-20位置传感器与ECU的连接电路

1)电阻的检测

检测时可参见图4-14(a)中的7端子连接器，不通电时，端子1与3之间的电阻值应为2kΩ；当用手慢慢移离合器杆从B到A(见图4-14(b))时，端子2与3之间的电阻应平缓地由0.5kΩ增加到1.8kΩ。

2)故障诊断

位置传感器的故障通常可能发生在位置传感器本身、搭铁(接地)处和ECU等。其故障诊断流程框图如图4-21所示。

图4-21位置传感器与ECU的连接电路故障诊断流程框图

4.控制开关

控制开关(包括主开关MAIN)与巡航控制ECU的连接如图4-22所示。

图4-22控制开关与ECU的连接电路

1)电阻值的检测

电阻值的检测方法为拆下转向盘中心衬垫，脱开控制开关连接器，接通控制开关，测量控制开关连接器的端子3与4之间的电阻，开关处于不同位置的电阻值如表4-5所示。

表4-5控制开关电阻检查

2)故障诊断

如果控制开关工作正常，每一个开关接通时，应按表4-2所示输出电压信号(即指示灯闪烁形式)闪烁；若不正常，则应更换控制开关。其故障诊断流程框图如图4-23所示。

图4-23控制开关与ECU的连接电路故障诊断流程框图

5.停车灯开关

停车灯开关与ECU的连接电路如图4-24所示，其故障诊断流程框图如图4-25所示。当制动踏板踩下时，停车灯开关向ECU输出信号。ECU接到该信号后即解除巡航控制。

图4-24停车灯开关与ECU的连接电路

图4-25停车灯开关与ECU的连接电路故障诊断流程框图

6.制动灯开关电路的检查

在汽车电控巡航系统起作用