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
与大气连通 油门打开油门关闭 图4气动操纵的油门执行器原理图 1电磁铁;2电磁线圈;3阀弹簧;4压力控制阀;5汽缸;6活塞;7连杆;8油门拉杆 执行器活塞连杆与油门拉杆相连,而活塞连杆对油门拉杆无力作用时,弹 簧力使油门关闭。当执行器输入信号Ve给电磁线圈通电时,压力控制阀芯 克服阀弹簧力下移,执行器汽缸与进气歧管连通。由于进气歧管内为真空, 于是执行器汽缸压力迅速下降,执行器活塞带动油门拉杆向左运动从而使 油门平顺渐进地打开。活塞上的作用力随汽缸中平均压力的变化而变化, 而汽缸中的平均压力则通过快速通断压力控制阀来控制。执行器的输入信 号Ve是一脉冲电压信号,当Ve电位为高时,电磁铁通电;当Ve电位为低 时,电磁铁断电。因此汽缸中的平均压力亦即油门开度与压力控制阀控制 信号Ve的占空比成正比。 选择油门执行器时,应使油门执行器的频率响应与车速传感器的频率响应 基本一致,以保证整个巡航控制系统的协调运行 ②电动机式类型,电动机式的节气门执行器的工作,是利用电动机的转动 并带动控制摇臂摆动,可使节气门的开度变化,主要有电磁离合器、直流 电动机或步进电机等。直流电动机是连续运转,它的运转速度与电控单元 供给它的电压平均值有关;它的运转或停止,由电控单元输出的电压“有” 或“无”来决定;它的运转方向,由电控单元输出的电压方向决定。步进 电机的工作,是对其通电一次,电机轴就转过一定的角度。 电磁离合器的作用是,当电磁离合器通电时,电动机的轴与节气门控制摇 臂结合在一起,当电磁离合器断电时,电动机轴与节气门控制摇臂分离, 使节气门受到电动机贺电次离合器的双重控制,工作更可靠 、电子控制器 电子巡航控制系统的另一个重要部件就是电子控制器,也称巡航电脑。控 制器是整个控制系统的中枢。在早期的巡航控制系统中,控制器大多采用 模拟电子技术,其原理图如图5所示。 整个控制器采用了四个运算放大器,每个放大器都有自己特定的用途。运 算放大器1用作误差信号放大器,它的输出与指令车速和实际车速之差成 正比。误差信号Ve用作运算放大器2和3的输入。运算放大器2是一个放 大倍数为Kp=-R2/R1的线性放大器,由于R1是可变的,因此放大倍数可
3、执行器，其作用是，将电控单元输出的电流或电压信号转变为机械运动， 进而控制节气门的开度，最终达到控制车速的目的。执行器有电动和气动 操纵两种形式。 ①气动方式大多采用有进气歧管真空度控制的气动活塞式结构。气动操作 的油门执行器的组成如图 4 所示。 执行器活塞连杆与油门拉杆相连，而活塞连杆对油门拉杆无力作用时，弹 簧力使油门关闭。当执行器输入信号 Ve 给电磁线圈通电时，压力控制阀芯 克服阀弹簧力下移，执行器汽缸与进气歧管连通。由于进气歧管内为真空， 于是执行器汽缸压力迅速下降，执行器活塞带动油门拉杆向左运动从而使 油门平顺渐进地打开。活塞上的作用力随汽缸中平均压力的变化而变化， 而汽缸中的平均压力则通过快速通断压力控制阀来控制。执行器的输入信 号 Ve 是一脉冲电压信号，当 Ve 电位为高时，电磁铁通电；当 Ve 电位为低 时，电磁铁断电。因此汽缸中的平均压力亦即油门开度与压力控制阀控制 信号 Ve 的占空比成正比。 选择油门执行器时，应使油门执行器的频率响应与车速传感器的频率响应 基本一致，以保证整个巡航控制系统的协调运行。 ②电动机式类型，电动机式的节气门执行器的工作，是利用电动机的转动 并带动控制摇臂摆动，可使节气门的开度变化，主要有电磁离合器、直流 电动机或步进电机等。直流电动机是连续运转，它的运转速度与电控单元 供给它的电压平均值有关；它的运转或停止，由电控单元输出的电压“有” 或“无”来决定；它的运转方向，由电控单元输出的电压方向决定。步进 电机的工作，是对其通电一次，电机轴就转过一定的角度。 电磁离合器的作用是，当电磁离合器通电时，电动机的轴与节气门控制摇 臂结合在一起，当电磁离合器断电时，电动机轴与节气门控制摇臂分离， 使节气门受到电动机贺电次离合器的双重控制，工作更可靠。 4、电子控制器 电子巡航控制系统的另一个重要部件就是电子控制器，也称巡航电脑。控 制器是整个控制系统的中枢。在早期的巡航控制系统中，控制器大多采用 模拟电子技术，其原理图如图 5 所示。 整个控制器采用了四个运算放大器，每个放大器都有自己特定的用途。运 算放大器 1 用作误差信号放大器，它的输出与指令车速和实际车速之差成 正比。误差信号 Ve 用作运算放大器 2 和 3 的输入。运算放大器 2 是一个放 大倍数为 Kp=－R2/R1 的线性放大器，由于 R1 是可变的，因此放大倍数可
运算放大器1 惠度 系统断开开关 3是 脉冲信号输出其电 来自车速传感器的信号 电压/脉冲 信号转换器 采用模拟电子技术的控制器原理图 若误差信号Ve保持不变,则电流I也保持不变。电容C两端的电压将以与 电流成正比的速率稳定变化。积分器输出电压根据ⅥI是大于0还是小于0 而上下变化,仅当误差恰好为0时才保持不变。这就是为什么积分放大器 能将系统的稳态误差降至0的原因。因为只要出现小的误差就会引起Ⅵ变 化从而予以修正。当然,实际上为了避免游车现象,并不是将车速误差真 正降为0,而是保持在一定的误差范围内。误差范围的大小决定于控制线斜 率,亦即KI的大小。线性放大器和积分放大器的输出通过运算放大器4迭 加在一記。运篁放大器4将申压v和Ⅵ相加并将运算结果反相。这里反 R2 相位与其输入相位是相 采样开关 运算放大器4产生一模 号才能驱动油门执行器。 转换器。转换器的输出 置位用来选定指令车速, 车速采样并记忆下来 图6采样及保持电路原理图 V1表示由驾驶员选定的指令车速信号,Ⅵ1采样后向电容Cl充电。电容器 电荷由一个具有高输入阻抗的放大器进行检测。运算放大器向误差信号放 大器输出一个与指令车速成正比的电压V2。开关S2通过中断油门执行器的 控制信号来断开巡航控制执行器。当点火开关断开,控制器断开或制动踏 板踩下时,开关S2就会自动将系统断开。当驾驶员接通指令速度开关S1 时,开关S2就接通。 考虑到安全原因,可在油门执行器气缸上加接一与大气连通的气管,该气 路中连接一个与制动踏板机械联动的控制阀。这样当踩下制动踏板时不仅 断开了执行器控制信号,同时控制阀也打开,外部空气流入油门执行器气 缸,从而使油门马上关闭。这样车辆制动时就能确保电子巡航控制系统快 速而彻底地断开。 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, 采用数字技术代替模拟技术已成为一种发展方向。进入80年代后,美国
以调节。运算放大器 3 是一个积分器，其放大倍数为 KI=1/（R3）C。R3 是 可变电阻，因而 KI 也可调。运算放大器 3 产生一流向电容 C 的电流，其电 流与流经 R3 的电流相等。R3 两端的电压即为误差放大器的输出电压 Ve， 根据欧姆定律，可得 R3 上的电流为：I=Ve/R3。 若误差信号 Ve 保持不变，则电流 I 也保持不变。电容 C 两端的电压将以与 电流成正比的速率稳定变化。积分器输出电压根据 VI 是大于 0 还是小于 0 而上下变化，仅当误差恰好为 0 时才保持不变。这就是为什么积分放大器 能将系统的稳态误差降至 0 的原因。因为只要出现小的误差就会引起 VI 变 化从而予以修正。当然，实际上为了避免游车现象，并不是将车速误差真 正降为 0，而是保持在一定的误差范围内。误差范围的大小决定于控制线斜 率，亦即 KI 的大小。线性放大器和积分放大器的输出通过运算放大器 4 迭 加在一起。运算放大器 4 将电压 Vp 和 VI 相加并将运算结果反相。这里反 相是必要的，因为线性放大器和积分放大器的输出相位与其输入相位是相 反的。求和反相后方使控制信号回到正确的极性。运算放大器 4 产生一模 拟电压输出 Vs。这个模拟电压必需先转换成脉冲信号才能驱动油门执行器。 为此采用了一个将模拟电压转换为电压脉冲信号的转换器。转换器的输出 Vc 直接驱动执行器的电磁线圈。 图 5 中有两个开关 S1 和 S2。指令开关 Sl 由驾驶员置位用来选定指令车速， 它向采样及保持电路发送信号让其对巳选定的指令车速采样并记忆下来。 采样及保持电路的原理图如图 6 所示。 V1 表示由驾驶员选定的指令车速信号，V1 采样后向电容 C1 充电。电容器 电荷由一个具有高输入阻抗的放大器进行检测。运算放大器向误差信号放 大器输出一个与指令车速成正比的电压 V2。开关 S2 通过中断油门执行器的 控制信号来断开巡航控制执行器。当点火开关断开，控制器断开或制动踏 板踩下时，开关 S2 就会自动将系统断开。当驾驶员接通指令速度开关 S1 时，开关 S2 就接通。 考虑到安全原因，可在油门执行器气缸上加接一与大气连通的气管，该气 路中连接一个与制动踏板机械联动的控制阀。这样当踩下制动踏板时不仅 断开了执行器控制信号，同时控制阀也打开，外部空气流入油门执行器气 缸，从而使油门马上关闭。这样车辆制动时就能确保电子巡航控制系统快 速而彻底地断开。 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， 采用数字技术代替模拟技术已成为一种发展方向。进入 80 年代后，美国
日本的电子巡航控制系统已全部采用数字技术控制器。美国摩托罗拉公司 种采用微处理控制器的巡航控制系统的电路方框图如图7所示 在这样一个系统中,控制原理与模拟电路完全相同。所不同的是所有输入 指令均为以数字信号直接存储和处理。带可擦只读存储器的八位微处理控 制器(MCU)根据指令车速、实际车速以及其它输入信号,按照给定程序完 成所有的数据处理之后产生一输出信号驱动步进电机改变油门开度。每种 车型最平顺的加速度和减速度由设计者编程确定。安全上将制动开关与油 门执行器直接相连,这样当踩下制动踏板时,在断开MCU巡航控制程序的 同时,将油门执行器的动力源断开,从而确保油门完全关闭。 与模拟系统相比较,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,也可在微机上编程实现。特别是汽车上当别的系统已有控制用微机时, 只需修改一下程序就可将此功能附加上去,因而可节省昂贵的控制硬件。 在汽车巡航控制系统中有速度信号反馈至电阻控制器与指令车速进行比 较,因此系统工作在闭环控制方式。一般来说,这样一个系统有如下特性 要求: ①快速响应能力 ②好的系统稳定性; ③小的稳态误差。 实践证明,只要控制器的放大倍数Kp和KI选择合适就可以使系统具有快 速响应和高精度且无不稳定和震荡现象,因此电子巡航控制系统的设计重 点是确定合适的控制器放大倍数。 (参考)陆地巡洋舰汽车巡航控制系统的诊断与检测 、陆地巡洋舰汽车巡航控制系统的基本功能 该系统主要由 CC ECU、执行器、控制拉线、车速传感器、制动灯开 关、驻车/空档开关及有关线路组成。该系统主要有以下几种功能。 (1)设定功能在汽车巡航控制ON-OFF(通一断)开关接通、且车速 高于40km/h的条件下,将巡航控制开关置于SET/ COAST(设定/滑行)位置后 松开, CC ECU即会存储此刻的车速,并使汽车保持在此车速下行驶
日本的电子巡航控制系统已全部采用数字技术控制器。美国摩托罗拉公司 一种采用微处理控制器的巡航控制系统的电路方框图如图 7 所示。 在这样一个系统中，控制原理与模拟电路完全相同。所不同的是所有输入 指令均为以数字信号直接存储和处理。带可擦只读存储器的八位微处理控 制器（MCU）根据指令车速、实际车速以及其它输入信号，按照给定程序完 成所有的数据处理之后产生一输出信号驱动步进电机改变油门开度。每种 车型最平顺的加速度和减速度由设计者编程确定。安全上将制动开关与油 门执行器直接相连，这样当踩下制动踏板时，在断开 MCU 巡航控制程序的 同时，将油门执行器的动力源断开，从而确保油门完全关闭。 与模拟系统相比较，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，也可在微机上编程实现。特别是汽车上当别的系统已有控制用微机时， 只需修改一下程序就可将此功能附加上去，因而可节省昂贵的控制硬件。 在汽车巡航控制系统中有速度信号反馈至电阻控制器与指令车速进行比 较，因此系统工作在闭环控制方式。一般来说，这样一个系统有如下特性 要求： ①快速响应能力； ②好的系统稳定性； ③小的稳态误差。 实践证明，只要控制器的放大倍数 Kp 和 KI 选择合适就可以使系统具有快 速响应和高精度且无不稳定和震荡现象，因此电子巡航控制系统的设计重 点是确定合适的控制器放大倍数。 （参考）陆地巡洋舰汽车巡航控制系统的诊断与检测 1、陆地巡洋舰汽车巡航控制系统的基本功能 该系统主要由 CC ECU、执行器、控制拉线、车速传感器、制动灯开 关、驻车/空档开关及有关线路组成。该系统主要有以下几种功能。 (1)设定功能 在汽车巡航控制 ON-OFF(通―断)开关接通、且车速 高于 40km/h 的条件下，将巡航控制开关置于 SET/COAST(设定/滑行)位置后 松开，CC ECU 即会存储此刻的车速，并使汽车保持在此车速下行驶
(2)消除功能在踩下制动踏板、换档杆置于N档位置或巡航控制 开关位于 CANCEL(消除)位置时,车速控制功能都会被消除。这时,此前设 定的车速会继续存储在 CC ECU内。当车速低于40km/h,或较设定降低了 16km/h后,车速控制也会自动取消。但此时,以前设定的车速将会从 CC ECU 内消失,无法恢复。 (3)恢复功能将巡航控制开关置于RES/ACC(恢复/滑行)位置后松 开,即会恢复已存储在 CC ECU内的车速,并使汽车保持在此车速下行驶 (4)滑行功能汽车处于巡航控制模式下行驶时,将巡航控制开关置于并 保持在SET/ COAST位置。在此过程中,发动机节气门将一直关闭,从而使 汽车一直处于减速滑行状态。松开巡航控制开关后, CC ECU即会存储此刻 的车速,并使汽车保持在此车速下行驶。 (5)加速功能汽车处于巡航控制模式下行驶时,将巡航控制开关 置于并保持在RES/ACC位置。在此过程中,发动机节气门将一直开启,从 而使汽车一直处于加速行驶状态。松开巡航控制开关后, CC ECU即存储此 刻的车速,并使汽车保持在此车速下行驶。 2、陆地巡洋舰汽车巡航控制系统的故障自诊断 汽车处于巡航控制模式下行驶时,若执行器、车速传感器或车速控 制电路存在故障,巡航控制功能将自动取消,巡航指示灯也将闪烁5次 告知驾驶员发生了故障。同时, CC ECU即存储此故障的故障代码。 为提取故障代码,可接通点火开关,将1号诊插座(位于发动机室 左侧)内的Tc和E1端子短接。以图1为例,图1a所示为正常代码,图1b 所示为故障代码11和故障代码21。巡航控制系统主要部件在车上的位置见 图2、故障代码如表1所示。 故障代码所指示的故障排除以后,为清除故障代码,可断开点火开 关,拆下ECU-B熔断器。10s以后,便可消除存储在 CC ECU内的故障码 重新插好熔断器,并检査系统是否显示正常码。 表1陆地巡洋舰汽车巡航控制系统的故障代码 故障代码故障原因 应检测的内容 正常码 1执行器电动机电路短路执行器电动机电路:CECU 磁性离合器电路短路或断路 执行器磁性离合器电路;制动开关电路 CC ECU 电位器电路短路或断路 执行器电位器电路:CECU
(2)消除功能 在踩下制动踏板、换档杆置于 N 档位置或巡航控制 开关位于 CANCEL(消除)位置时，车速控制功能都会被消除。这时，此前设 定的车速会继续存储在 CC ECU 内。当车速低于 40km/h，或较设定降低了 16km/h 后，车速控制也会自动取消。但此时，以前设定的车速将会从 CC ECU 内消失，无法恢复。 (3)恢复功能 将巡航控制开关置于 RES/ACC(恢复/滑行)位置后松 开，即会恢复已存储在 CC ECU 内的车速，并使汽车保持在此车速下行驶。 (4)滑行功能 汽车处于巡航控制模式下行驶时，将巡航控制开关置于并 保持在 SET/COAST 位置。在此过程中，发动机节气门将一直关闭，从而使 汽车一直处于减速滑行状态。松开巡航控制开关后，CC ECU 即会存储此刻 的车速，并使汽车保持在此车速下行驶。 (5)加速功能 汽车处于巡航控制模式下行驶时，将巡航控制开关 置于并保持在 RES/ACC 位置。在此过程中，发动机节气门将一直开启，从 而使汽车一直处于加速行驶状态。松开巡航控制开关后，CC ECU 即存储此 刻的车速，并使汽车保持在此车速下行驶。 2、陆地巡洋舰汽车巡航控制系统的故障自诊断 汽车处于巡航控制模式下行驶时，若执行器、车速传感器或车速控 制电路存在故障，巡航控制功能将自动取消，巡航指示灯也将闪烁 5 次， 告知驾驶员发生了故障。同时，CC ECU 即存储此故障的故障代码。 为提取故障代码，可接通点火开关，将 1 号诊插座(位于发动机室 左侧)内的 Tc 和 E1 端子短接。以图 1 为例，图 1a 所示为正常代码，图 1b 所示为故障代码 11 和故障代码 21。巡航控制系统主要部件在车上的位置见 图 2、故障代码如表 1 所示。 故障代码所指示的故障排除以后，为清除故障代码，可断开点火开 关，拆下 ECU-B 熔断器。10s 以后，便可消除存储在 CC ECU 内的故障码。 重新插好熔断器，并检查系统是否显示正常码。 表 1 陆地巡洋舰汽车巡航控制系统的故障代码 故障代码 故障原因 应检测的内容 正常码 ― ― 11 执行器电动机电路短路 执行器电动机电路；CC ECU 12 磁性离合器电路短路或断路 执行器磁性离合器电路；制动开关电路； CC ECU 13 电位器电路短路或断路 执行器电位器电路；CC ECU
电动机内部断路(在拆开执行器电电动机内部电路; CC ECU 动机插接后 车速传感器信号电路断路车速传感器电路: CC ECU 车速传感器信号异常 车速传感器电路;控制拉线: CC ECU 巡航控制开关电路短路控制开关电路 在执行器电动机开路时仍有连续 CC ECU 的电流流入 在电源电压过低的情况下出现机电源电路;控制开关电路;控制拉线 械故障 1速信号电路短路节气门位置传感器的怠速信号: CCECU 注:(1)当控制开关再次置于SET/ COAST位置后松开,如果车速稳 定,说明系统此时没有故障 3、陆地巡洋舰汽车巡航控制系统功能的检测 如果在进行系统的故障自诊断时未显示故障代码,为确定巡航控制 系统工作是否正常,通常应进行系统功能的检测。检测前,应接通点火开 关,并将汽车巡航控制0N-OFF开关接通。然后,依次对该系统的各开关及 传感器电路的功能进行检测。 (1)SET/CAST开关电路功能的检测。将巡航控制开关置于并保持在 SET/ COAST位置。如果巡航指示灯连续闪烁2次(重复),显示正常代码2 表示SET/ COAST开关电路功能正常。否则,应对控制开关电路进行检测。 (2)RES/ACC开关电路功能的检测。将巡航控制开关置于并保持在 RES/ACC位置。如果巡航指示灯连续闪烁3次(重复),显示正常代码3,表 示RES/ACC开关电路功能正常。否则,应对控制开关电路进行检测。 (3)消除开关电路功能的检测。将巡航控制开关置于 CANCEL位置后 松开;踩下制动踏板后松开;将换档杄置于N档后再移到D档。如果巡航 指示灯在相应的消除开关位于接通位置时点亮,位于断开位置时熄灭,说 明相应的 CANCEL开关电路、停车灯开关电路、空档起动开关电路功能正常。 否则,应对相应的消除开关电路进行检测 (4)车速传感器电路功能的检测。将汽车可靠地支起,使驱动轮与 地面脱离。起动发动机,轻轻地踩下加速踏板,使车速达到40-48Km/h。接 通巡航控制ON-OFF开关,巡航指示灯应每隔0.25s闪烁一次。将车速降至 40Km/h以下,巡航指示灯应一直亮。如果巡航指示灯的工作情况符合上述 要求,说明车速传感器电路功能正常。否则,应对车速传感器电路进行检 测
15 电动机内部断路(在拆开执行器电 动机插接后) 电动机内部电路；CC ECU 21 车速传感器信号电路断路 车速传感器电路；CC ECU 23(1) 车速传感器信号异常 车速传感器电路；控制拉线；CC ECU 32 巡航控制开关电路短路 控制开关电路 41 在执行器电动机开路时仍有连续 的电流流入 CC ECU 42 在电源电压过低的情况下出现机 械故障 电源电路；控制开关电路；控制拉线 51 怠速信号电路短路 节气门位置传感器的怠速信号；CCECU 注：(1)当控制开关再次置于 SET/COAST 位置后松开，如果车速稳 定，说明系统此时没有故障。 3、陆地巡洋舰汽车巡航控制系统功能的检测 如果在进行系统的故障自诊断时未显示故障代码，为确定巡航控制 系统工作是否正常，通常应进行系统功能的检测。检测前，应接通点火开 关，并将汽车巡航控制 ON-OFF 开关接通。然后，依次对该系统的各开关及 传感器电路的功能进行检测。 (1)SET/COAST 开关电路功能的检测。将巡航控制开关置于并保持在 SET/COAST 位置。如果巡航指示灯连续闪烁 2 次(重复)，显示正常代码 2， 表示 SET/COAST 开关电路功能正常。否则，应对控制开关电路进行检测。 (2)RES/ACC 开关电路功能的检测。将巡航控制开关置于并保持在 RES/ACC 位置。如果巡航指示灯连续闪烁 3 次(重复)，显示正常代码 3，表 示 RES/ACC 开关电路功能正常。否则，应对控制开关电路进行检测。 (3)消除开关电路功能的检测。将巡航控制开关置于 CANCEL 位置后 松开；踩下制动踏板后松开；将换档杆置于 N 档后再移到 D 档。如果巡航 指示灯在相应的消除开关位于接通位置时点亮，位于断开位置时熄灭，说 明相应的 CANCEL 开关电路、停车灯开关电路、空档起动开关电路功能正常。 否则，应对相应的消除开关电路进行检测。 (4)车速传感器电路功能的检测。将汽车可靠地支起，使驱动轮与 地面脱离。起动发动机，轻轻地踩下加速踏板，使车速达到 40-48Km/h。接 通巡航控制 ON-OFF 开关，巡航指示灯应每隔 0.25s 闪烁一次。将车速降至 40Km/h 以下，巡航指示灯应一直亮。如果巡航指示灯的工作情况符合上述 要求，说明车速传感器电路功能正常。否则，应对车速传感器电路进行检 测