第十一章行驶姿态控制系统 一、概论 汽车巡航控制系统英文为 CRUSIE CONTROL SYSTEM-缩写为CS。根据其特 点巡航控制系统一般又称为巡航行驶装置、速度控制( Speed Control)系 统、自动驾驶( AutoDrive)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,提髙行驶舒适性的汽车自动行驶装置 在大陆型的国家,驾驶汽车长途行驶的机会较多,而且在髙速公路上行驶 时变换车速的频率及范围都较少,较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, 而汽车巡航控制系统(CS)的作用是:按司机所要求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 了这种装置,当在髙速公路上长时间行车后,司机就不用再去控制油门踏 板,减轻了疲劳,同时减少了不必要的车速变化,可以节省燃料。 系统的功能及优点 1.巡航控制系统的功能 (1)基本功能。 ①车速设定: 当按下车速调置开关后,就能存储该时间的行驶速度,并能保持这一速度 行驶 ②消除功能: 当踩下制动踏板,上述功能立即消失。但是,上述调置速度继续存储 ③恢复功能: 当按恢复开关,则能恢复原来存储的车速 除了以上三种基本功能,如果需要可增加以下功能 ④滑行
第十一章 行驶姿态控制系统 一、概论 汽车巡航控制系统英文为 CRUSIE CONTROL SYSTEM--缩写为 CCS。根据其特 点巡航控制系统一般又称为巡航行驶装置、速度控制（Speed Control）系 统、自动驾驶（AutoDrive）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。 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，较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。 而汽车巡航控制系统（CCS）的作用是：按司机所要求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 了这种装置，当在高速公路上长时间行车后，司机就不用再去控制油门踏 板，减轻了疲劳，同时减少了不必要的车速变化，可以节省燃料。 二、系统的功能及优点 1.巡航控制系统的功能 （1）基本功能。 ①车速设定： 当按下车速调置开关后，就能存储该时间的行驶速度，并能保持这一速度 行驶。 ②消除功能： 当踩下制动踏板，上述功能立即消失。但是，上述调置速度继续存储。 ③恢复功能： 当按恢复开关，则能恢复原来存储的车速。 除了以上三种基本功能，如果需要可增加以下功能。 ④滑行：
继续按下开关进行减速,以离开开关时的速度作巡航行驶。 ⑤加速 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。 ⑥速度微调升高: 在巡航速度行驶中,当操纵开关以0N-0FF(接通-断开)方式变换时,使车 速稍稍上升 (2)故障保险功能。 ①低速自动消除功能 当车速小于40km/h时,存储的车速消失,并不能再恢复此速度。 ②制动踏板消除的功能: 在制动踏板上装有两种开关,一个用于对计算机的信号消除;另一个是直 接使执行元件工作停止。 ③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。 2.巡航控制系统的优点 综合其功能作用,巡航控制系统主要具有以下的优点: (1)提高汽车行驶时的舒适性: 特别是在郊外或高速公路上行驶,这种优越性更为显著。另外,当汽车以 定的速度行驶时,减少了驾驶员的负担,使其可以轻松地驾驶。 (2)节省燃料,具有一定的经济性和环保性 在同样的行驶条件下,对一个有经验的驾驶员来说,可节省燃料15%。这是 因为在使用了这一速度稳定器以后,可使汽车的燃料供给与发动机功率之 间处于最佳的配合状态,并减少了废气的排放。 (3)保持汽车车速的稳定:
继续按下开关进行减速，以离开开关时的速度作巡航行驶。 ⑤加速： 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。 ⑥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。 （2）故障保险功能。 ①低速自动消除功能： 当车速小于 40km/h 时，存储的车速消失，并不能再恢复此速度。 ②制动踏板消除的功能： 在制动踏板上装有两种开关，一个用于对计算机的信号消除；另一个是直 接使执行元件工作停止。 ③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。 2.巡航控制系统的优点 综合其功能作用，巡航控制系统主要具有以下的优点： （1）提高汽车行驶时的舒适性： 特别是在郊外或高速公路上行驶，这种优越性更为显著。另外，当汽车以 一定的速度行驶时，减少了驾驶员的负担，使其可以轻松地驾驶。 （2）节省燃料，具有一定的经济性和环保性： 在同样的行驶条件下，对一个有经验的驾驶员来说，可节省燃料 15%。这是 因为在使用了这一速度稳定器以后，可使汽车的燃料供给与发动机功率之 间处于最佳的配合状态，并减少了废气的排放。 （3）保持汽车车速的稳定：
汽车无论是在上坡、下坡、平路上行驶,或是在风速变化的情况下行驶, 只要在发动机功率允许的范围内,汽车的行驶速度保持不变。 、巡航控制系统的发展动向 1.新控制理论的应用 车辆的行驶状况受到乘员、发动机输出的变化等影响。驾驶者需要更平顺 的驾驶感觉和更自然的速度控制,以传统的控制理论为基础,又引入了新 的控制理论。目前,模糊控制等新理论已不断地得到应用。 2.联动控制、复合控制 目前,巡航控制装置是独立式的,要求在控制中提髙感觉敏感度、响应性 和更高的精度。为此,需要发动机控制用计算机、变速控制用计算机进行 联动控制,使这些计算机形成一体化的复合控制。 3.小型化、智能化 计算机、执行元件更趋小型化、一体化,向智能型发展。 4.追踪行驶控制 现在巡航稳定行驶装置分别利用加速、减速、恢复车速、消除等开关自由 控制车速,但是往往在道路交通混杂的情况下,当车辆接近时不便于进行 减速、车辆拉开距离时加速。为了解决这一问题,向前方车辆发射毫米波 (30GHz-300Hz),利用雷达测定与前方车辆之间的距离,隔开一定距离进 行追踪行驶。车载雷达不仅可以利用毫米波雷达,而且还可以利用激光。 四、巡航控制系统基本工作原理 汽车巡航控制系统是最早开发的汽车电子控制系统之一。这种系统使用另 本At飞1.Ln⊥3.,i/l Pul Ln 控制器 指令 度信号 油门控油门发动机 速车速车逮传感器信号 一制信号执行器|油 开度及变建器 传感器 实际车速反信号 图1电子巡航控制系统框图
汽车无论是在上坡、下坡、平路上行驶，或是在风速变化的情况下行驶， 只要在发动机功率允许的范围内，汽车的行驶速度保持不变。 三、巡航控制系统的发展动向 1.新控制理论的应用 车辆的行驶状况受到乘员、发动机输出的变化等影响。驾驶者需要更平顺 的驾驶感觉和更自然的速度控制，以传统的控制理论为基础，又引入了新 的控制理论。目前，模糊控制等新理论已不断地得到应用。 2.联动控制、复合控制 目前，巡航控制装置是独立式的，要求在控制中提高感觉敏感度、响应性 和更高的精度。为此，需要发动机控制用计算机、变速控制用计算机进行 联动控制，使这些计算机形成一体化的复合控制。 3.小型化、智能化 计算机、执行元件更趋小型化、一体化，向智能型发展。 4.追踪行驶控制 现在巡航稳定行驶装置分别利用加速、减速、恢复车速、消除等开关自由 控制车速，但是往往在道路交通混杂的情况下，当车辆接近时不便于进行 减速、车辆拉开距离时加速。为了解决这一问题，向前方车辆发射毫米波 （30GHz-300Hz），利用雷达测定与前方车辆之间的距离，隔开一定距离进 行追踪行驶。车载雷达不仅可以利用毫米波雷达，而且还可以利用激光。 四、巡航控制系统基本工作原理 汽车巡航控制系统是最早开发的汽车电子控制系统之一。这种系统使用另 外的车速传感器，将车速信号输入发动机控制微机，由微机控制真空系统 工作。这种系统也要使用伺服器、车速控制开关杆和制动踏板上的真空解 除开关等，其功能和基本系统相同。 在这个系统中，电子控制装置可根据行驶阻力的变化，自动调节发动机油 门开度，使行驶车速保持恒定。这样既减少了不必要的车速变化，从而节 省了燃料，同时也减轻了驾驶员的负担。 电子巡航控制系统的方框图如图 1 所示
控制器有两个输入信号,一个是驾驶员按要求设定的指令速度信号,另 人松1上口→兰巴 从熔断器板 来的电派 制动灯开关 操纵开关 从熔断器板 控制模块 来的电源 恢复 传感器 滑行 执行机构 伺服装置 接节气门拉杆 图2电子巡航控制系统的构成 开关、传感器、电子控制器和油门执行器四部分组成。各种开关与计算机 被配置在车室内;执行元件、真空泵则配置在发动机室内,执行元件的控 制线缆与加速踏板相联接。 1、指令开关,包括主控开关、离合器开关、变速器空挡启动开关、刹车开 关(包括手刹)和电源开关(点火开关)等。 ①主控开关,它的作用是:控制巡航系统的启动、关闭、控制调节巡航工 作状态。图3是凌志( LEXUS)巡航控制的主控开关的操作手柄的外形图。 操作手柄安装在转向盘的下方,操纵手柄朝下扳动是巡航速度的设定开关 (SET/ COAST),向上推则是巡航速度取消开关( CANCEL),朝转向盘方向 扳起是恢复/加速开关(RES/ACC)。 ②离合器开关(仅对安装手动变速器车辆),它的作用是:当汽车在巡航 状态下行驶,出现驾驶员干预,如变换变速器挡位、制动等情况,驾驶员 踩踏离合器踏板,离合器开关既由断开变为闭合,离合器开关的闭合,使 电控单元立即自动关闭巡航工作状态。离合器开关装在驾驶室离合器踏板 的上部,靠驾驶员踩踏离合器踏板的机械动作,使其闭合 ③变速器空挡启动开关(仅对安装自动变速器车辆),它的作用与离合器 开关类似。空挡启动开关的安装位置紧靠变速器操纵杆,并与变速器操纵 杆联动,当变速器操纵杆置于空挡时,空挡启动开关由断开变成闭合
控制器有两个输入信号，一个是驾驶员按要求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。作为巡航控制系统核心部件的控制器采用一种叫做比例 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 迭加而成。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 K1 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 的车速误差降为零。实际上并不能真正降低到零，而是保持在一定的误差 范围内，因为当车速误差为零时，行驶阻力的微小变化都将引起油门开度 的变化，容易产生游车。 五、电子式巡航控制系统 图 2 所示为现代汽车电子巡航控制系统的构造与零部件布置图。电子巡航 控制系统主要是由指令 开关、传感器、电子控制器和油门执行器四部分组成。各种开关与计算机 被配置在车室内；执行元件、真空泵则配置在发动机室内，执行元件的控 制线缆与加速踏板相联接。 1、指令开关，包括主控开关、离合器开关、变速器空挡启动开关、刹车开 关（包括手刹）和电源开关（点火开关）等。 ①主控开关，它的作用是：控制巡航系统的启动、关闭、控制调节巡航工 作状态。图 3 是凌志（LEXUS）巡航控制的主控开关的操作手柄的外形图。 操作手柄安装在转向盘的下方，操纵手柄朝下扳动是巡航速度的设定开关 （SET/COAST），向上推则是巡航速度取消开关（CANCEL），朝转向盘方向 扳起是恢复/加速开关（RES/ACC）。 ②离合器开关（仅对安装手动变速器车辆），它的作用是：当汽车在巡航 状态下行驶，出现驾驶员干预，如变换变速器挡位、制动等情况，驾驶员 踩踏离合器踏板，离合器开关既由断开变为闭合，离合器开关的闭合，使 电控单元立即自动关闭巡航工作状态。离合器开关装在驾驶室离合器踏板 的上部，靠驾驶员踩踏离合器踏板的机械动作，使其闭合。 ③变速器空挡启动开关（仅对安装自动变速器车辆），它的作用与离合器 开关类似。空挡启动开关的安装位置紧靠变速器操纵杆，并与变速器操纵 杆联动，当变速器操纵杆置于空挡时，空挡启动开关由断开变成闭合
图3磁阻式车速传感器结构图 1-传感线圈;2磁铁;3钢盘;4凸齿;5变速器输出轴 ④刹车灯开关,它的作用是,当驾驶员踩踏制动踏板时,在制动(接通) 灯亮的同时,将控制节气门动作摇臂的电磁离合器断开,迅速退出巡航控 制的工作状态。在刹车灯开关中原来常开触点的基础上,增加了与之联动 的常闭触点,当驾驶员踩踏制动踏板、制动灯亮的同时,常闭触点断开 电磁离合器断电,节气门不再受巡航系统控制 ⑤手刹车制动开关,它的作用与离合器开关(变速器空当启动开关)类似 安装位置紧靠手刹操纵杆并与手刹操纵杆联动,当拉手制动时,此开关由 断开变为闭合。 ⑥点火开关,它的主要作用是通断取自蓄电池和发电机的巡航控制的工作 电源 2、传感器,主要有车速传感器、节气门传感器和节气门控制摇臂位置传感 器等 ①车速传感器通常和车速里程表驱动装置相连。如果车速表是电子式的, 车速表传感器给出的信号可直接用作巡航控制系统的反馈信号,因而不必 为巡航控制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,因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。最简单且最 常用的是磁阻式,其结构如图3所示 带凸齿的钢制圆盘安装在变速器输出轴上并随输出轴一起转动,当凸齿位 于磁铁两极之间时,由于钢的导磁性能远高于空气隙,磁回路磁阻突然减 小,从而在传感线圈中产生一高的脉冲电压信号。我们注意到变速器输出 轴每转一周,四个凸齿各通过传感线圈一次。因此信号处理电路计数一分 钟内传感线圈中的电压脉冲数并除以4就可得到r/min表示的变速器输出 轴转速。 设计或选择车速传感器时有一点非常重要,即传感器的频率响应应大大高 于整个系统的频率响应,以免传感器对系统的频率响应产生很大影响。 ②节气门传感器,它的作用是:对电控单元提供一个与节气门位置成比例 变化的电信号。节气门传感器与发动机电控的传感器共用。 ③节气门控制摇臂传感器,这是巡航控制系统专用的传感器。它的作用是 对电控单元提供节气门控制摇臂位置的电信号,目前应用较多的是滑线电 位计式。当节气门控制摇臂转动时,电位计与之转动,便输出一个与控制 摇臂位置成比例变化的、连续变化的电信号
④刹车灯开关，它的作用是，当驾驶员踩踏制动踏板时，在制动（接通） 灯亮的同时，将控制节气门动作摇臂的电磁离合器断开，迅速退出巡航控 制的工作状态。在刹车灯开关中原来常开触点的基础上，增加了与之联动 的常闭触点，当驾驶员踩踏制动踏板、制动灯亮的同时，常闭触点断开， 电磁离合器断电，节气门不再受巡航系统控制。 ⑤手刹车制动开关，它的作用与离合器开关（变速器空当启动开关）类似。 安装位置紧靠手刹操纵杆并与手刹操纵杆联动，当拉手制动时，此开关由 断开变为闭合。 ⑥点火开关，它的主要作用是通断取自蓄电池和发电机的巡航控制的工作 电源 2、传感器，主要有车速传感器、节气门传感器和节气门控制摇臂位置传感 器等。 ①车速传感器通常和车速里程表驱动装置相连。如果车速表是电子式的， 车速表传感器给出的信号可直接用作巡航控制系统的反馈信号，因而不必 为巡航控制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，因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。最简单且最 常用的是磁阻式，其结构如图 3 所示。 带凸齿的钢制圆盘安装在变速器输出轴上并随输出轴一起转动，当凸齿位 于磁铁两极之间时，由于钢的导磁性能远高于空气隙，磁回路磁阻突然减 小，从而在传感线圈中产生一高的脉冲电压信号。我们注意到变速器输出 轴每转一周，四个凸齿各通过传感线圈一次。因此信号处理电路计数一分 钟内传感线圈中的电压脉冲数并除以 4 就可得到 r/min 表示的变速器输出 轴转速。 设计或选择车速传感器时有一点非常重要，即传感器的频率响应应大大高 于整个系统的频率响应，以免传感器对系统的频率响应产生很大影响。 ②节气门传感器，它的作用是：对电控单元提供一个与节气门位置成比例 变化的电信号。节气门传感器与发动机电控的传感器共用。 ③节气门控制摇臂传感器，这是巡航控制系统专用的传感器。它的作用是 对电控单元提供节气门控制摇臂位置的电信号，目前应用较多的是滑线电 位计式。当节气门控制摇臂转动时，电位计与之转动，便输出一个与控制 摇臂位置成比例变化的、连续变化的电信号