汽车电子论文汽车自适应巡航控制系统.docx

华南理工大学广州学院电子信息工程学院汽车电子控制系统课程论文题 目 汽车自适应巡航控制系统 专 业 电子信息工程 姓 名 刘幸文 学 号 201130095042 班 级 电信一班 任课教师 张春花 2014年6月15日汽车自适应巡航控制系统学生：刘幸文电子信息工程学院，电信1班，学号：201130095042摘要：汽车自适应巡航控制系统（ACC）能减轻驾驶员疲劳强度，增加汽车安全性，减小环境污染，是发展最快的驾驶员辅助系统之一。汽车工程师在汽车上安装了各种主动安全装置，这些装置在必要时可以通过声光的形式提醒驾驶员，并通过车载系统自动对车速和车辆间距等行车数据进行调整，从而有效地避免交通事故的发生。关键词：自适应巡航控制测距雷达 自动 控制器 安全前言随着汽车保有量的增加，交通不仅变得十分拥堵，而且交通事故不断增加，汽车自适应巡航控制系统有效地避免交通事故的发生。自适应巡航控制系统主要由车距传感器（雷达）、轮速传感器、转向角传感器以及ACC控制单元等组成。车距传感器一般安装在散热器格栅内或前保险杠的内侧，它可以探测到汽车前方200 m左右的距离；在前后车轮上装有轮速传感器（与ABS系统共用），可以感知车辆的行驶速度；转向角传感器用来判断车辆行驶的方向；ACC控制单元采集各个传感器的信号并进行计算，以便可以适时地与发动机控制单元和制动防抱死控制单元交换数据。一、工作原理自适应巡航控制系统是一种智能化的自动控制系统，它是在早已存在的巡航控制技术的基础上发展而来的。在车辆行驶过程中，安装在车辆前部的车距传感器（雷达）持续扫描车辆前方道路，同时轮速传感器采集车速信号。当与前车之间的距离过小时，ACC控制单元可以通过与制动防抱死系统、发动机控制系统协调动作，使车轮适当制动，并使发动机的输出功率下降，以使车辆与前方车辆始终保持安全距离。自适应巡航控制系统在控制车辆制动时，通常会将制动减速度限制在不影响舒适的程度，当需要更大的减速度时，ACC控制单元会发出声光信号通知驾驶者主动采取制动操作。当与前车之间的距离增加到安全距离时，ACC控制单元控制车辆按照设定的车速行驶。虽然自适应巡航控制系统可以自动控制车速，但在任何时候驾驶者都可以主动进行加速或制动。当驾驶者在巡航控制状态下进行制动后，ACC控制单元就会终止巡航控制；当驾驶者在巡航控制状态下进行加速，停止加速后，ACC控制单元会按照原来设定的车速进行巡航控制。图1-1巡航系统的组成通过车距传感器的反馈信号，ACC控制单元可以根据靠近车辆物体的移 动速度判断道路情况，并控制车辆的行驶状态；通过反馈式加速踏板感知的 驾驶者施加在踏板上的力，ACC控制单元可以决定是否执行巡航控制，以减轻驾驶者的疲劳。自适应巡航控制系统一般在车速大于25 km/h时才会起作用，而当车速降低到25 km/h以下时，就需要驾驶者进行人工控制。通过系统软件的升级，自适应巡航控制系统可以实现“停车/起步”功能，以应对在城市中行驶时频繁的停车和起步情况。自适应巡航控制系统的这种扩展功能，可以使汽车在非常低的车速时也能与前车保持设定的距离。当前方车辆起步后，自适应巡航控制系统会提醒驾驶者，驾驶者通过踩油门踏板或按下按钮发出信号，车辆就可以起步行驶。自适应巡航控制系统使车辆的编队行驶更加轻松。ACC控制单元可以设定自动跟踪的车辆，当本车跟随前车行驶时，ACC控制单元可以将车速调整为与前车相同，同时保持稳定的车距，而且这个距离可以通过转向盘附近的控制杆上的设置按钮进行选择。图1-2是一种典型的闭环汽车电子巡航控制系统原理框图。由图2-2可知，控制器的输入是以下两个车速信号的差：一个是驾驶员按要求的车速设定的车速信号；另一个是实际车速的反馈信号。ECU将这两种信号进行比较，得出误差信号，经放大、处理后成为节气门控制信号，送至节气门执行器，驱动节气门执行器工作，调节发动机节气门开度，以修正实际车速，从而将实际车速很快调整驾驶员设定的车速，并保持恒定。图1-2汽车巡航控制系基本原理图通常将汽车在平坦路面上行驶时车速与节气门开度的关系存储在巡航控制系统ECU的ROM中。汽车在平坦、上坡与下坡路面上行驶时的车速与节气门开度的关系如图2-3所示。巡航控制系统根据目标车速自动维持汽车恒速行驶。汽车在巡航定速状态下，当汽车速度下降时，ECU加大节气门开度，使发动机功率升高，转矩增大，车速达到设定速度。反之，减小节气门的开度。系统进行巡航控制时，若在平坦路面上车速为0时，按下设定开关进入巡航控制的自动行驶状态，此时节气门开度在0点，一旦遇到爬坡时，则行驶阻力增加，如不进行调节控制，车速就会降到最低点，但巡航控制器会按照一定的控制规则控制节气门，使节气门开度从O点变为A点，使车速稳定在0点，重新取得动力平衡。当遇到下坡时，行驶阻力减小，巡航控制系统调节节气门的开度由O点变到B点，使车速保持在0点取得平衡。因此，即使行驶阻力发生变化，车速也只在很小范围内变化，达到稳定行驶的目的。当车速在40kmh以下、160kmh以上时，巡航系统不工作。当然这个上下限的限定依车型的不同而略有不同。图2-3车速与节气门开度的关系图若使控制线呈现垂直状态，则车速的波动(控制误差)减小到零，这样一来，行驶阻力的微小变化都会引起节气门开度的变化，由于响应过度灵敏，容易产生游车。因此，应综合考虑控制误差与游车问题，选择合适的控制线斜率。一旦系统的传感器出现故障，或控制信号电路被切断，因没有车速信号，低速限制电路将认为车速为零，使巡航控制系统停止工作。二、停车起步远行系统 基本的ACC控制逻辑加入了停车起步的性能，以应对交通阻塞的情况出现。在车流阻塞的情况下，需要低速巡航，制动停车；在车流开始恢复时，逐渐解除制动。最初的ACC控制包括传统的基于巡航速度控制的车辆控制。在25-40km/h(16-25mph)速度范围内，车辆连续的起步停车需要ACC系统具有某些功能的交叠。处理在交通拥挤时出现的各种情况，需要ACC具有相关的性能，如闭环控制下车速降为零，实施零速度制动(保持制动)，及从停车过渡到起步的过程中平稳地解除压力。附加的逻辑控制功能的快速开发和确认需要一种快速原型制造系统(RPS)。该系统能使控制环路中的计算机，部件模拟出的情形，与汽车真实系统构件之间的实际相互作用一样切实可信。应用RPS做台架模拟试验，有助于在实车测试之前，解决工作结构设计中重要的和需要注意的问题。若能把RPS贯穿检验的全过程，会大大节约资金和时间。台架模拟的重点是在车辆结构整体确认测试之前解决硬件的设计冲突。举例来说，假设控制逻辑发出的一个常规输出信号可能会对实际硬件造成潜在的破坏，那么在台架上检测到这类问题就会节省下更换硬件必需花费的时间和资金。此外用台架模拟还可以验证，CAN允许遍及整个网络的信息传输，而不必担心出错和浪费时间。三、闭环速度控制(一) 闭环速度控制原理许多情况导致了公路实际的交通速度远远低于标明的速度限制。基本的ACC系统在车辆速度大约为25km/h(16mph)时就不再起作用，而需要驾驶员重新控制汽车。ACC扩展的停车起步运行的低速巡航能力，具有了速度低于25km/h的闭坏速度控制，这种增加的能力，可以使汽车在非常低的速度也能保持所需的车间距离。速度非常低的时候，系统甚至会启用被动车轮速度传感器来进行跟踪，但是进行预报时，使用主动车轮速度传感器会得到更好的结果。由于频繁出现的交通停滞，停车起步逻辑提供了一种低速停车请求功能，该功能基于ACC信号处理器测出的制动强度来控制动力矩的水平。 ACC(自适应巡航控制系统)已经使我门的汽车工业向制造出完全智能化的汽车方向迈进了一大步。自适应巡航控制系统（ACC）是一种智能化的自动控制系统，主要由雷达传感器、方向角传感器、轮速传感器、制动控制器、扭矩控制器和发动机控制器等组成。雷达传感器安装在散热器的护栅内，可探测到汽车前方200米的距离；在前后轮毂上均装有轮速传感器，可测出车辆的行驶速度；方向角传感器用以判断车辆行驶的方向；发动机控制器和扭矩控制器用以探测和调整发动机接通和输出扭矩，以提高发动机的动力性，并适时调整车辆的运行速度。各种控制器和传感器均由车内计算机控制。(二) 系统的优点装有自适应巡航控制系统的智能汽车，通过雷达和计算机来鉴别靠近车辆的是自行车、汽车还是行人，根据道路情况控制车辆行驶状态，完全或部分地取代了驾驶员的操作。自适应巡航控制属主动安全技术，系统通过各种传感器，在汽车周围产生一个雷达安全区域，计算机根据雷达传感器传输的信息，分析和判断道路情况，通过控制器调整汽车的行驶状态。汽车上的各种传感器不断收集汽车、道路和周围环境等方面的信息，通过计算机来调整汽车的运行状态。它能够准确地判断汽车四周的安全情况，自动采取措施回避危险或者选择安全的行车路线和工作状态。ACC自适应巡航控制系统帮助驾驶者合理地确定与前车之间的距离，并且根据实际交通条件确定适宜的行驶速度。这套系统不仅可以控制驾驶者预先设定的期望速度，而且可以根据交通状况，使车辆在高速公路或乡间公路上与前车保持安全的距离。一旦启动，ACC将自动加速或制动车辆，以保持合适的车距。在任何时候，驾驶者都可以主动进行加速或制动，亲自干预车辆的驾驶。实际上，当系统达到其极限时，这一点是非常重要的，因为驾驶者始终是车辆的真正控制者。作为这套系统的核心部件，77GHz雷达传感器可以全天候地探测到前方200米内的车辆。当本车跟随另一辆车行驶时，自适应巡航控制系统敏感地把车速调整为与前车相同，同时保持一个稳定的车距，而且，这个距离可以通过控制杆上的四个设置进行选择。如果前方没有车辆或障碍物，这一功能通过对发动机、制动系统和转动管理的干预来实现。制动的使用被限制在不影响舒适的2米/秒，这足以实现对车速和距离的精确控制。当需要更大的减速时，会有一个光学和声音信号通知驾驶者自己采取制动。按司机要求的速度合开关之后，不用踩油门踏板就自动地保持车速，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。四、电子式巡航控制系的结构 (一) 控制开关 控制开关大都做成杆式开关，装在转向柱上，通常有三个操纵按钮。即“设定加速”、“滑行减速”和“恢复”，来控制汽车不同的行驶状况。 按下“设定加速”开关不动时，汽车不断加速，当达到要求车速时，松开按钮，电子巡航控制系统就按松开按钮时的车速保持稳定匀速运行。 当踩制动踏板、踩离合器及换档时而巡航控制功能消除后，再按“恢复”按钮则又可按重新设定的车速运行。 (二) 车速传感器 电子巡航控制系统通常与自动变速器电子控制系统、发动机电子控制系统共用车速传感器。车速传感器有光电式、霍尔感应式、磁感应式等。 (三) 节气门执行器 节气门执行器有电动和气动两种形式。电动式节气门执行器通常使用步进式电动机作为驱动动力，气动式则采用进气歧管真空度控制。气动式节气门执行器的结构及原理如图4-1所示。 图4-1 气动式节气门执行器结构原理图 1-电磁铁 2-电磁线圈 3-阀弹簧 4-压力控制阀 5-气缸 6-活塞 7-连杆 8-节气门拉杆 9-弹簧 当巡航控制系统不工作时，执行器内无电信号传入，在弹簧9的作用下，把活塞、连杆和节气门拉杆一起拉回右边使节气门关闭。 当巡航控制系统工作后，则有控制信号VC输入到执行器供电磁线圈2通电，使电磁铁1产生吸力，使压力控制阀4的阀芯克服弹簧3的弹力下移，将进气歧管和执行器气缸5连通，在进气歧管内真空度的作用下活塞6将带动连杆7和节气门拉杆8一起向左移动而将节气门逐渐打开，从而调整了发动机转速。巡航控制系统通过改变控制信号的大小来改变压力控制阀4阀芯下移量，使作用在活塞6上的真空吸力发生变化，也即改变了节气门的开度，从而实现车速稳定控制。五、系统的基本功能及使用注意事项(一) 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，刚能恢复原来的车速；（4）速度微调下降；（5）速度微调升高。(二) 使用注意事项定速巡航系统在使用中还应该注意以下几个问题：（1）为了让汽车获得最佳控制，当遇到交通阻塞或在雨、冰、雪等湿滑路面上行驶，或遇上大风天气时，不要使用定速巡航系统。（2）为了避免定速巡航系统误工作，在不使用定速巡航系统时，务必使巡航控制系统的控制开关处于关闭状态。（3）汽车行驶在陡坡时，使用巡航控制系统，会引起发动机转速过大变化，因此最好不要使用巡航控制系统。下坡驾驶时，应避免加速行驶。若车辆的实际行驶速度比设定车速高出太多，则可省略巡航控制装置，然后将变速器换入低挡，利用发动机制动使车速得到控制。（4）汽车巡航行驶时，对装备手动变速器的汽车不应在未踩下离合器踏板时就将变速杆置空挡，否则会造成发动机转速急剧升高。（5）使用定速巡航系统要注意观察仪表板上的CRUISE批示灯是否闪亮，若闪亮，则表明巡航控制系统处于故障状态。发现系统故障时，应停止使用巡航控制系统，待排除故障后再使用巡航控制。（6）ECU是巡航控制系统的中枢，对电磁环境、湿度及机械振动等较敏感。使用时应注意防潮、防振、防磁和防污染。六、结束语未来ACC的必向集成化发展，它有助于降低成本,增强各系统间的内在联系,充分利用各种车辆信息,从而提高系统的稳定性和可靠性。ACC在发展之初就与CCS 系统结合在一起 , 按照 ACC 的发展方向 , 它还会同 ABS 、ASR 以及发