定速巡航系统

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定速巡航系统(CruiseControlSystem)缩写为CCS,是控制汽车以事先预定的速度行驶的一种电子控制装置。 在20世纪40年代至70年代,这一段时间内欧洲和美国出现了由模电技术控制的的汽车巡航控制系统。随后在70年代中期至80年代中后期,由于大规模集成电路以及微机的应用,定速巡航系统的控制过程逐歩由机械式转换为数字式。20世纪从90年代开始,国外一些汽车的定速巡航系统逐歩朝着智能化的方...

定速巡航系统简介

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定速巡航系统(Cruise Control System)缩写为CCS,是控制汽车以事先预定的速度行驶的一种电子控制装置。

在20世纪40年代至70年代,这一段时间内欧洲和美国出现了由模电技术控制的的汽车巡航控制系统。随后在70年代中期至80年代中后期,由于大规模集成电路以及微机的应用,定速巡航系统的控制过程逐歩由机械式转换为数字式。20世纪从90年代开始,国外一些汽车的定速巡航系统逐歩朝着智能化的方向发展。1990年美国通用公司研发出了一种能够自动使汽车匀速行驶的系统。

定速巡航系统是利用先进的电子技术对汽车的行驶速度进行自动调节,从而实现以事先预定的速度行驶的一种电子控制装置。当驾驶员按照所需要的速度闭合开关之后,不用踩油门踏板就可以自动地保持车速,使车辆以固定的速度行驶。采用这个装置,可以减轻驾驶员的疲劳,改善汽车的燃油经济性和发动机的排放。随着科技的发展,定速巡航系统又有了新的发展,即安装了雷达系统,车载计算机通过雷达可自动测量与前车的距离,从而自动调整车速,保持安全距离。

定速巡航系统

定速巡航系统研发背景

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随着社会的不断进步和科技的发展,人们的生活水平与生活需求也不断地提高与增多,各家各户也随之拥有自己的私家车,然而随着汽车保有量的增加随之带来的是中国交通事故的不断增加,每年因为车祸而伤亡的人数逐渐增加。因此提高汽车的安全性能已经是摆在各个汽车企业以及专家的首要问题。为了满足群众的要求,顺应当今时代的发展潮流,汽车电子化的程度也越来越高,越来越多的电子元件被应用在汽车上。其中车辆的智能控制己经被越来越多的企业所重视。人们需要安全性能更高、保障性能更强和更加方便的交通工具,以适应当前时代的节奏。而汽车定速巡航系统好满足了人们的需求和当今汽车发展的时代趋势。

自歩21入世纪以来,中国的高速公路正以飞速发展着,每年都有不少新的高速公路修建而成,人们的出行也因此变得更加方便和快捷。许多高速公路的出现也给了汽车定速巡航系统以广阔的发展前景。随着科技的不断进步,不少先进的电子产品运用在汽车以及定速巡航系统中。特别是微控制器的发展,使得汽车电子化发展有了一个质的飞跃。使汽车更加环保,并且其它性能指标都相应地得到了提高。

中国属于大陆型国家,幅员辽阔,人们的出行非常依赖汽车这种交通工具,而随着中国各种类型公路的不断建造与发展,人们自驾车出游的机会越来越多。众所周知,在高速公路上,变换车速的频率以及机会都比较少,绝大多数时间都只是掌握好方向即可,但是驾驶员还是要经常用脚踩住油门,时间长了驾驶员就会觉得劳累甚至在行车过程中会睡着。因此在这种情况下定速巡航系统就能显示出来它自身的优越性了。

定速巡航系统发展历程

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第一阶段

20世纪40年代至70年代,这一段时间内欧洲和美国出现了由模电技术控制的的汽车巡航控制系统。例如日本公司丰田从60年代起就开始尝试着采用机械控制方式来实现汽车的定速巡航控制。而后,德国的一家企业也在此基础上相应地开发出了利用真空原理控制的机械巡航系统。1969年德国戴姆勒公司开发出了由晶体管控制的系统,并在其旗下产品上得到了良好地运用。在汽车定速巡航系统的起歩阶段,欧洲的一些企业为其发展奠定了良好的基础。

第二阶段

在70年代中期至80年代中后期,由于大规模集成电路以及微机的应用,定速巡航系统的控制过程逐歩由机械式转换为数字式。如1974在年美国通用汽车公司研制出了采用卫星雷达的数字控制器来控制巡航系统,该系统可以更好的适应即时的路况,能够感知车辆与前车的距离以及两车的相对车速并能及时地作出正确的反应。与此同时,美国MOTOROLA公司也研发出了一类由微处理器(即单片机)来控制的定速巡航系统。这种附带只读存储器的16位微控制器根据驾驶员设定的车速、实际车速以及车辆所反馈的其它信号,按照程序员事先设计好的程序完成全部数据处理后产生一个输出信号(即信号)来驱动电机,电机输出轴的转动来带动节气门的丌闭。不同类型的车辆的发动机最佳工况下的加减速度都是由程序人员事先设定好的。从安全性能考虑,将巡航系统的制动控制器与节气门的操纵机构相连接,当踩下制动踏板或者按下定速巡航系统的取消键的同时,电子节气门内的直流电机的电源就断开,从而使得节气门安全关闭。

与机械式巡航系统相比,数字式巡航系统的优点是受外界环境的影响较小,比如外界风力、空气的湿度等等,由于它们都是釆用信号处理的,因此数字式巡航系统具有更高的稳定性。汽车巡航电子控制系统采用先进的大规模的电路集成技术做成的模块,也能够通过编程让计算机去控制。假如车辆上已经装有其它的微处理器时,只要改变一下原来的程序便可将巡航系统的功能给附加上去,这样做最大的好处就是能够节省掉不少电器元件成本。

第三阶段

20世纪从90年代开始,国外一些汽车的定速巡航系统逐歩朝着智能化的方向发展。1990年美国通用公司研发出了一种能够自动使汽车匀速行驶的系统,该系统通常在车的前保险杠上装有电子雷达,这种雷达拥有调节系统频率的功能。通过电控单元传输来的信息来判断前方汽车或者障碍物与本车的距离,而后利用事先编好的程序利用来计算出來当前的状况,并将该信息反馈给电控单元,电控单元再根据这些反馈信息计算出一个合适的输出量来控制电子节气门开度的大小。之后,该企业又对这一装置进行了改进,并在凯迪拉克轿车里装上了经过改造的汽车定速控制系统,并且对电子节气门内的各个部分进行了优化,将探测距离的仪器安装在汽车的保险杠里面,通过塑胶装置来检测前方所发生的信号。近些年国外不少技术人员均在研制自适应式巡航控制系统(ACC:AdaptiveCruise Control System),也可以称为智能式巡航控制系统(ICC:Intelligent CruiseControlSystem)。自适应控制技术属于一种主动安全的技术,它是将以前四种巡航控制系统的优点集合起来,在此基础上发展成为一种新技术。

由于中国的工业起歩很晚,汽车发展较为缓慢,中国的巡航控制系统仍处在萌芽阶段,在世界上还没有自主的知识产权产品。虽然中国现在的公路发展很快,建设很多,但是路况与国外相比还是有着不小的差距。所以对中国应用在车上的巡航控制系统主要是以定速为主。

定速巡航系统工作原理

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定速巡航系统(CruiseControlSystem,CCS)亦称为恒速行驶系统、速度控制系统、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,从而实现以事先预定的速度行驶的一种电子控制装置。当驾驶员按照所需要的速度闭合开关之后,不用踩油门踏板就可以自动地保持车速,使车辆以固定的速度行驶。采用这个装置,可以减轻驾驶员的疲劳,改善汽车的燃油经济性和发动机的排放。随着科技的发展,定速巡航系统又有了新的发展,即安装了雷达系统,车载计算机通过雷达可自动测量与前车的距离,从而自动调整车速,保持安全距离。

定速巡航系统不能在1档和空档的状态下执行任务。对于装备手动变速器的车辆,只能在相应档位下通过控制发动机的动力输出,而不能通过变换档位来控制车速。定速巡航系统是一个闭环控制系统,或称反馈控制系统。此系统不断地将实际车速与驾驶人设置的车速进行比较,一旦发现车速有偏差,就会发出调整动力输出的指令,使实际车速与设置车速尽量一致。比如,车辆上坡时速度下降,车速传感器发来的车速比设置车速低,控制单元将发指令给伺服执行机构,加大动力输出,以保持车速;下坡时实际车速比设置车速高,控制单元将发出指令,减小动力输出,以保持车辆按设置速度行驶。

驾驶人开启定速巡航控制系统,设置想要匀速行驶的车速值。

轮速传感器采集车轮转速的实时信号,经ABS模块运算处理加工成车速的实时信息。

定速巡航系统的电子控制单元(ECU),将车速设定值和实时车速进行比较后,发出调整节气门开度的指令。

调整节气门开度,从而调节动力输出,控制车速,使其稳定在驾驶人预先设置的车速上。

根据不断变化的实时路况导致的行驶阻力的变化,不断地调整节气门开度,以保持恒定的车速。对于装备自动变速器的车辆而言,电子控制单元不仅通过调整发动机的节气门开度来控制发动机的动力输出,还通过变换变速器的档位来加以配合。

定速巡航系统组成

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定速巡航系统主要由电控单元(ECU)、传感器、控制开关以及执行器等组成。

定速巡航ECU

定速巡航ECU是控制系统的中枢,一般装在一金属薄板制成的封闭壳体内。其主要作用是,根据传感器、控制开关等输入的信号进行运算和判断。当定速巡航ECU判断实际车速偏离目标车速时,便向控制油门开度的执行器(电动机或压力控制阀的电磁线圈)发出控制信号,控制执行器动作,调节油门开度大小从而改变车速,最终将实际车速与目标车速的误差控制在许可范围内。CCS系统采用的ECU可以是单独供巡航系统使用的,也可以是与其他控制系统共用一个ECU。此外,定速巡航ECU还起着记忆设定的巡航车速、对定速巡航系统进行故障自诊断等作用。

定速巡肮系统传感器

定速巡航系统采用的传感器主要有车速传感器,节气门位置传感器以及节气门控制摇臂位置传感器。定速巡航ECU根据这些信号控制油门开度,稳定车速。

车速传感器

山车速传感器上般安装在变速器的输出轴上,这是因为实际车速与变速器输出轴转速成正比。车速传感器有磁感应式、霍尔式、光电式等多种结构形式,常用的是磁感应式。车速传感器的作用是將汽车行驶的实际车速转变为电信号并输送给巡航控制系统的定速巡航ECU。

节气门位置传感器汽

节气门位置传感器的信号可同时用于发动机控制、自变速器控制定速巡航控。对定速航系统节气门位置传感器的作用是将节气门开度的变化转变为电信号并输送给定速巡航ECU。

节气门控制摇臂位置传感器

节气门控制摇臂位置传感器的作用是将节气门控制摇臂的位置特变电信号并输送给定速巡航ECU。

定速巡航系统的控制开关

定速巡航系统的控制开关是由驾驶者用来操作车辆进人或者取消巡航系统的。它主要由主控开关、制动开关、空挡启动开关、离合器开关、驻车制动开关等组成。主要用来启动、关闭巡航控制系统,并调节巡航控制统的工作状态。

巡航控制主控开关

巡航控制主控开关一般为杆式开关,安装在转向柱上驾驶员容易接近的地方,或将组合开关设计在方向盘上。大多数开关有三个挡位:设置/减速(SET/COAST)、取消(CAN,CEL)和恢复/加速(RES/ACC)挡。通常情况下,当车速超过40km/h时,只要按下设定键,车辆就会记佳当前的车速并保持定速行驶,当投下取消键时,恒速行驶立即停止。“饮复/加速”挡用于制动或换挡断开电路后,使车辆重新拨设定速度行驶。汽车在自动巡航控制状态下,可以通过按加速键提高车速,或按减速键来降低车速。

制动开关

制动开关用于向巡航控制ECU传送制动信号(即驾驶员踩下制动踏板的信号),以使汽车迅速退出巡航控制状态。

空挡启动开关

空挡启动开关用于向巡航控制ECU传送空挡信号(即变速器操纵杆处于空挡位置的信号),以使汽车立即退出巡航控制状态。

驻车制动开关

当拉起驻车制动操纵杆时,开关就接通,将取消信号传送至巡航控制ECU,同时,以使汽车退出巡航控制状态。

离合器开关

当踩下离合器踏板时,开关即接通,将取消信号传送至巡航控制ECU,以使汽车退出巡航控制状态。

执行器

执行器又称伺服器,其作用是受巡航控制ECU的控制驱动与节气门拉素并联的拉线盘,用于调整节气门的开度,使车辆作加速、减速及定速行驶。执行器常分为电动式和真空式(气动式)两种。

真空式执行器

真空式执行器的结构,如图下所示。密封圆简内装有膜片、膜片弹簧、两个空气电磁网和一个真空电磁阀。真空电磁阀和空气电磁阀的搭铁线分别接到巡航控制ECU的端子上,在ECU内部搭铁时,电磁阀起作用。真空电磁阀内部有一个真空管接头,通过一根橡皮管与进气歧管相连。在膜片的中间装有拉动节气门的拉素。真空式执行器是利用发动机进气歧管的真空度吸引膜片,通过节气门拉紫,使节气门开度增大,并可保持固定位置不动。如果空气电磁网打开,则由于膜片弹簧的弹力,使节气门拉素放松,节气门开度滅小。在巡航控制系统未工作时,真空电磁网保持关闭,空气电磁阀打开,密封圆简与大气相通。当汽车加速时,真空电磁阅打开,与进气歧管相通,而两个空气电磁网则关闭,密封圆简内真空度增大,吸动膜片,克服弹簧力,通过拉素使节气门开度增大,车辆加速行驶。当加速到一定车速时,真空电磁阀与空气电磁网同时关闭,此时密封圆简内的真空度不变,汽车保持恒速行驶。当汽车减速时,空气电磁阀又恢复为打开状态,此时空气进人密封圆简,膜片弹簧把膜片压回原位,节气门开度减小,汽车减速。

电动式执行器

电动式执行器主要由电动机、安全电磁离合器和位置传感器组成。电动机采用直流永磁式电动机,通过改变电动机中电流方向即可改变节气门转动方向。电动机转动时可带动执行元件控制臂转动,控制臂通过控制拉素改变节气门开度。为限定控制臂转动角度,电动机电路装有限位开关。在电动机与控制臂间装有安全电磁离合器。当进行巡航控制时,安全电磁离合器接合,此时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。在电动式执行器中还装有位置传感器,它是一个由滑动变阻器构成的电位计,用于检测执行器控制臂的转动位置,并将信号输人巡航控制ECU中。

定速巡航系统主要分类

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CCS大多分为两大类,一是电子式巡航控制系统,二是电控真空控制式巡航控制系统。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、真空系统和控制电路等组成。

定速巡航系统基本功能

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设定功能

当主开关接通,车辆在巡航控制车速范围(40~120km/h)内行驶时,若巡航控制开关接通后,巡航控制ECU便将此车速存储于ECU存储器内,并使汽车保持这个速度行驶。

手动取消功能

当汽车以巡航控制模式行驶时,如果步进电机执行器切断其内的电磁离合器,巡航控制模式即取消。

自动取消功能

当汽车以巡航控制模式行驶时,踩下制动踏板或出现步进电机驱动电流过大,步进电机始终向节气门打开方向转动时,存储器中设置的车速被清除,巡航控制方式取消,主控开关同时关闭。

车速下限控制功能

车速下限是巡航控制所能设定的最低车速,其值为40km/h,巡航控制不能低于这个速度。当汽车以巡航控制模式行驶时,若车速降至40km/h以下,巡航控制就会自动取消,设置在存储器内的车速也被清除。

车速上限控制功能

车速上限是巡航控制所能设定的最高车速,一般不会超过200km/h汽车在巡航控制模式下行驶时,处于安全的需要,即使操作加速开关也不能使车速超过200km/h。

匀速控制功能

ECU将实际车速与设定车速进行比较,若车速高于设定车速,控制执行器将节气门适当减小,若车速低于设定车速,控制执行器将节气门适当增大。

设定车速调整功能

当车辆以巡航控制模式行驶时,若操作加速或减速开关,执行器就会将节气门适当增大或减小,使汽车改变车速。巡航控制ECU将记忆改变后的车速,并按改变后的车速进行巡航控制。

各种消除开关

除了利用制动踏板消除功能外,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。

安全使用

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①在交通拥堵,或在雨、冰、雪等湿滑路面上行驶及遇上大风大雨等恶劣天气时,为安全起见,不要使用巡航控制系统。

②为了避免巡航控制系统误工作,在不使用巡航控制系统时,务必使巡航控制系统的控制开关关闭。

③汽车在陡坡行驶时,应该立即关闭巡航控制系统。否则会引起发动机转速变化过大,损害发动机。

④在下坡驾驶中,须避免车辆加速。如果车辆的实际行驶速度比设定的正常行车速度高出太多,则可省略巡航控制装置,然后将变速器换成低挡,利用发动机制动使车速得到控制。

⑤使用巡航控制系统要注意观察仪表板上的指示灯“CRUSE”是否闪烁。若闪烁就表明巡航控制系统处在故障状态.此时应停止使用巡航控制系统,待故障排除后方可使用。

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词条目录
  1. 定速巡航系统简介
  2. 定速巡航系统研发背景
  3. 定速巡航系统发展历程
  4. 第一阶段
  5. 第二阶段
  6. 第三阶段
  7. 定速巡航系统工作原理
  8. 定速巡航系统组成
  9. 定速巡航ECU
  10. 定速巡肮系统传感器
  11. 定速巡航系统的控制开关
  12. 定速巡航系统主要分类
  13. 定速巡航系统基本功能
  14. 设定功能
  15. 手动取消功能
  16. 自动取消功能
  17. 车速下限控制功能
  18. 车速上限控制功能
  19. 匀速控制功能
  20. 设定车速调整功能
  21. 各种消除开关
  22. 安全使用

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