毕业论文定速巡航系统.doc

汽车定速巡航系统汽修3112孙美松（南通航运职业技术学院交通工程系，江苏 南通226010）摘要：本文论述了汽车定速巡航系统（CRUISE CONTROL SYSTEM）的作用、原理、发展趋势、现存问题，同时对现存问题和加装方法等做更深一成的解析，从而去探索研究改进方法，以完善汽车定速巡航系统（CCS）。关键词：巡航原理、巡航应用、发展趋势、电子油门、加装方法0 引言汽车巡航系统CCS（Cruise Control System）自1961年在美国白宫首次应用以来，已经成了高档轿车的标准装配。当汽车在高速公路上行驶时，接通巡航控制开关，设定目标车速，巡航控制系统将根据汽车行驶阻力的变化，自动增大或减小节气门开度，使汽车设定的车速匀速行驶，以减轻驾驶员的劳动强度。采用巡航控制以后，避免了驾驶员操纵加速踏板，使汽车车速反复变化造成了运行工况频繁变化，因此，不论是汽车的经济性、排放控制，还是行驶平顺性、乘坐舒适性都得到很好的改善。新款宝来在原有装备基础上，又增加了ESP(电子稳定程序)和CCS(巡航控制系统，德文缩写是GRA)选装装备，并对车型作了新的定义，分为基本型、舒适型、豪华型、尊贵型等，汽车巡航控制系统(CCS)就是为解决此问题而诞生的。1 汽车巡航控制系统简介1.1定义定速巡航系统（CRUISECONTROLSYSTEM）缩写为CCS，又称为定速巡航行驶装置、速度控制系统、自动驾驶系统等。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。汽车在行驶中通过操纵调整开关，驾驶员不必踩踏油门调整车速，汽车也能以设定的车速进行定速行驶。1.2作用汽车在采用了巡航控制系统（CCS）行驶时，驾驶员无需踩踏加速踏板，尤其在安装自动变速器的汽车中，因不需使用离合器，只需手握方向盘就可轻松驾驶，从而驾驶员的右脚能过解放出来，减轻了驾驶员的疲劳强度，使整个驾驶过程变得舒适、轻松和简便，降低了交通事故发生概率、提高了行车安全性。此外，使燃油的供给和发动机功转速处于最佳配合状态，减少有害气体排放，有效降低燃油消耗，提高汽车的经济性和环保性，减少磨损延长寿命。1.3功能巡航控制系统（CCS）功能有车速设定功能、消除功能、恢复功能、制动踏板消除功能、低速自动消除功能、加速功能、滑行功能、其他一些功能，如电子节油功能，油门加速功能，限速设定功能，刹车故障报警功能等。1.3汽车巡航控制系统的类型汽车巡航控制系统的类型有“机械控制系统”、“晶体管控制系统”、“模拟集成电路控制系统”、“微机控制系统”等，现在新型汽车基本上都采用了微机控制的汽车巡航控制系统。1.4原理汽车巡航控制系统（CCS）原理如图1所示。它包括控制器、节气门执行器、发动机及变数器车速传感器和操纵开关等部分。控制器有线性放大器和积分放大器组成，有两个输入信号，一个是实际车速的反馈信号，由车速传感器检测后反馈给控制器，另一个是驾驶员按要求直接设定车速，控制器检测辨别不同信号后，产生一个控制信号送至节气门执行器，节气门执行器根据所接收到的信号调节发动机节气门开度，从而保证车速稳定性。控制器作为巡航控制系统的核心部件，其所采用的控制技术直接决定控制结果。图1 汽车巡航控制系统原理图1.5 构成汽车巡航控制系统主要由控制开关、节气门执行器、发动机及变数器车速传感器和操纵开关等部分组成。巡航控制开关图2为奔驰汽车的巡航控制开关，它有“LIN”、“ON”、“+”、“-”等按钮。巡航的基本功能：启动巡航、设定车速、降低巡航车速、提高巡航车速、关闭巡航、重启巡航。 图2 奔驰C级轿车的巡航控制开关位置传感器节气门位置传感器(TPS)是把节气门的位置或开度转换成电压信号，然后传输给电控单元，作为电控单元判定发动机运行工况的依据，实现喷油量在不同节气门开度下的控制。节气门位置传感器有两种类型：一种是开关式节气门位置传感器，另一种是模拟节气门位置传感器，工作原理如图3所示。图3开关输出型位置传感器原理图执行器执行器接收ECU的控制指令信号，电动或气动方式操纵节气门，改变节气门开度，使车辆作加速、减速及定速行驶。执行器通常为电动式和气动式两种。图4 法国Bernard伯纳德电动式执行器 伯纳德智能型电动执行器使用随机配置的操作面板，通过简单的菜单操作，就可以实现对执行器的参数设定。同时，作为选件向用户提供专用手持式控制器（PDA）,以红外方式和执行器通讯，极大的方便了用户调试或工程师维护。当然，还提供笔记本专用的红外通讯组件,用户可以用自己的笔记本电脑对执行器进行设定。无论是PDA还是笔记本电脑,用户不但可以调整设定执行器的参数。还可以将执行器的力矩等参数，以图表形式显示出来。用于进行阀门工况分析或处理机械故障等。以电动式单回转式执行器为例，这种执行机构类似于电动多回转执行机构，主要差别是执行机构最终输出的是1/4转记90度的运动。新一代电动单回转式执行机构结合了大部分多回转执行机构的复杂功能，例如：使用非进入式用户友好的操作界面实现参数设定与诊断功能。单回转执行机构结构紧凑可以安装到小尺寸阀门上，通常输出力矩可达800公斤米，另外应为所需电源较小，它们可以安装电池来实现故障安全操作。控制器(ECU)图5 奔驰E63轿车ECU电子控制器(ECU)是巡航控制系统的中枢，其作用是接受巡航控制开关信号、车速传感器信号、制动灯开关信号等，经转换处理后，输出控制信号，驱动执行器工作。2 应用与注意事项图6 汽车定速巡航系统的电路原理图2.1应用目前，汽车定速巡航系统在一步步得到更新和完善，尤其在奔驰、宝马等中高档车上得到了广泛应用，CCS系统工作时，汽车速度通过车速传感器以脉冲形式传出，通过转换成与车速成正比的直流电压。当驾驶员按下开关，控制器ECU就能存储此时的行驶速度(电压)，自我调整控制巡航工作状态，存储电路设定与该瞬时车速相对应的节气门开度电压。ECU就会记忆此刻的目标车速，并据此进行恒定的车速行驶。设定车速与汽车的实际车速都输入到CCS EDU的比较电路中，CCS EDU根据比较结果经补偿电路向执行部件输出控制信号，由执行部件输出信号，决定节气门开度最佳值，并使增速或减速控制电路工作，由ECU发出指令驱动执行装置，调节节气门开度，从而使汽车车速恒定不变。2.2 注意事项为使汽车获得最佳控制，当遇到交通阻塞或在雨、冰、雪等湿滑路面上行驶或遇到大风天气时，不要使用CCS。为避免CCS误工作，在不使用CCS时，务必使 CCS的控制开关处于关闭状态。汽车行驶在陡坡时，使用CCS会引起发动机转速过大，因此最好不要使用。下坡驾驶时，应避免加速行驶。若车辆的实际行驶速度叫设定车速高出很多，则忽略巡航控制，然后将变速器换入低挡，利用发动机制动控制车速。车速巡航行驶时，对装备MT的汽车应在踩下离合器踏板时将变速杆置于空挡，否则发动机转速会急剧升高。使用CCS要注意观察组合仪表上的CRUISE指示灯是否闪亮，若闪亮，则表明CCS处于故障状态。此时，应停止使用CCS，待排除故障后在使用。ECU是CCS的中枢，对电磁环境、湿度及机械振动等有较高的要求。CCS对以上各方面觉进行洛克全面的防护，有较强的适应能力。使用时应注意以下几点：a、保持汽车发电机及其电压调节器处于良好的技术状态。b、必须保证车辆的蓄电池与发动机、车身的良好连接。c、保持EECU电源接插件连线正确，连接可靠。4、注意ECU防潮、防震、防磁、防污染。3电子油门与传统油门的比较操纵节气门开度控制可燃混合气的流量，改变发动机的转速和功率，来适应汽车行驶的需要。传统发动机节气门操纵机构通过拉索（软钢丝）或者拉杆，一端联接油门踏板（加速踏板），另一端联接节气门连动板工作。但这种传统油门应用受到限制并缺乏准确性，随着汽车电子技术发展，电子油门（EGAS）而随之产生。与传统油门比较，电子油门可以用线束（导线）来代替拉索或者拉杆，在节气门一端装微型电动机，用电动机驱动节气门开度，即所谓的“导线驾驶”，用导线代替了原先的机械传动机构，但这仅是电子油门表面的东西，它的实质和作用仅仅用连接代替方式来解析远远不够。图7 传统油门电子油门控制系统（EGAS）由油门踏板、踏板位移传感器、ECU（电控单元）、数据总线、伺服电动机和节气门执行机构等组成。踏板位移传感器安装在油门踏板内部，监测油门踏板的位置，当监测到油门踏板高度位置有变化时，瞬间将此信息送往ECU，ECU对该信息和其它系统传来的数据信息进行运算处理，形成控制信号，通过线路送到伺服电动机，伺服电动机驱动节气门执行机构，而数据总线是负责系统ECU与其它ECU之间的通讯。由于电子油门是通过ECU来调整节气门的，所以电子油门系统可以设置各种功能用于改善驾驶的舒适性和安全性，当然最常见的就是速度控制系统（巡航控制）和ASR（牵引力控制系统)。图8 电子油门当ASR系统识别到车轮的旋转速度，ECU就根据方向盘转向角度、油门踏板的位置和车轮速度等之间的不同而求出滑动率，通过控制节气门开度来调整混合气流量，以降低发动机功率达到控制目的。而在ASR系统中，电子油门起到关键作用，涉及整个ASR系统中对车速控制、怠速控制等，使系统能准确迅速执行指令。当电子油门系统接受到ASR系统指令时，它对节气门控制指令只来自于ASR，这样可以避免驾车者误操作。当驾车者使用巡航控制系统时，车速传感器将信号输入ECU，再由ECU输出指令控制伺服电动机控制节气门开度，从而控制车速。在这种系统中，根据行驶阻力的变化由控制系统自动调节发动机节气门开度，使行驶车速保持稳定。因此电子油门系统也可以兼容巡航控制系统功能。4现存问题与发展趋势4.1 现存问题技术问题需要完善国内外汽车巡航控制系统（CCS）的研究目前还存在一些技术问题需要完善，当前需要解决的主要问题是提高CCS系统环境适应性以及要依靠车辆的制动系统实现车辆的主动控制。CCS控制器软件算法对环境的适应性较差，往往是针对几种典型的行驶工况，而在复杂多变的行车环境中，算法的有效性大大降低，形成较多的误报。CCS系统对车辆速度的调节主要是通过控制发动机节气门开度和自动降低档位来实现的，但是节气门开度和档位调节都在时间上有所滞后，当紧急情况发生时，这样的速度调节无法给驾驶员预留足够的反应时间。因而CCS系统的速度调节要依靠车辆的制动系统来实现。记者采访记者采访了汽车美容协会的白权勇会长，白会长表示，加装定速巡航有安全隐患，因为在安装过程中必须改变原车的线路，最大的隐患并不是车辆失控，而是车辆自燃，因为定速巡航设备就相当于一台小型电脑，在跟车辆的控制线路连接后，定速巡航系统会根据设定发出信号，油门和刹车接到信号后会自动做出相应的调整，线路改造后难免会因为保养不够引发短路，会导致车辆自燃。加装定速巡航有安全隐患是否合法加装定速巡航有安全隐患是否合法呢？车管所某工作人员表示，当前市场上的部分宝马、奔驰等中高档车型本身就带着定速巡航功能，这些车辆在出厂时安全技术条件都达到了相关的标准是合法的，但对于原车未有此功能而私自加装的，由于改变了车辆的技术参数，这种设备的安装就属于非法改装，一旦被查处，交警部门将责令拆除收缴并给予相应的处罚。解决方法汽车采用电控真空控制式巡航系统。它是根据设置的车速传感器，将车速信号输入电子控制装置，由电子控制装置发出信号控制真空系统。真空系统由真空调节器、节气门驱动伺服膜盒、车速控制开关和制动踏板上的真空解除开关等部分组成。根据微机上的输出信号，经电磁滑阀可调节控制进入该系统的新鲜空气量，从而能控制作用于伺服膜盒内的真空度。当车速低时，真空调节器供给的空气量减少，使伺服膜盒内的真空度增加，通过膜片的移动，使节气门开大。反之，当车速高于控制车速时，真空调节器供给的空气量就会增加，减小伺服膜盒内的真空度，使节气门开度减小。正常行驶时，在发动机进气管负压和真空调节器供给定量空气的共同作用下，使伺服膜盒内保持一定的负压，控制汽车按预定的速度稳定行驶。在真空系统工作时，如果驾驶员踏下制动踏板，首先使真空解除阀起作用，切断系统电源。电磁阀断电，真空调节器内部和大气相通，负压消失。在踏下制动踏板的同时，真空解除阀也使系统和大气相通。在强调操作仔细认真的同时，维修人员必须熟练掌握定速巡航系统构造及其工作原理，科学分析故障，不要因为自己的草率而给维修工作增添麻烦。4.2发展趋势小型化、智能化计算机、执行元件更趋小型智能型发展。体积更小，便于安装拆卸，智能化程度更高，操作更加简便，可以实现多媒体相结合的集成系统。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得到应用。联动、复合控制：目前的巡航控制装置多是独立的，如果要在控制中提高感觉敏感度、响应性和精度，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。5 结束语汽车巡航控制系统自1961年在美国首次应用，该系统已经得到广泛普及。尤其是近几年世界各国高速公路的通车里程增多，扩大了汽车巡航控制系统大显身手的空间，因此巡航控制系统在汽车上的应用也越来越多。如别克（BUICK）、凯迪拉克（CADILAC）、日本皇冠（CROWN）、佳美（CAMRY）、凌志（LEXUS）、丰田大霸王（PRE-VIA）、欧洲奔驰（BENC）、宝马（BMW）等车型都装有巡航控制系统。随着大规模集成电路及微机控制技术的发展，巡航控制系统的计算机、执行元件更趋小型化，向智能型、复合控制发展，新的控制理论也将得到应用。我国汽车巡航控制系统研究起步较晚，与国外汽车工业发达国家存在较大的差距，但当前我们企业工业发展迅速，技术研发能力也得到提升，因而在追求汽车安全、节能、舒适的潮流中，汽车巡航控制系统在我国有着广泛的研究和应用前景。虽然在使用过程中存在一些弊端，但也在一步步改善，现在的定速导航系统已经逐步走向成熟，相信在不久的将来，此项技术会完美呈现在人们的生活旅行中。参考文献：1刑忠义汽车新结构与新技术机械工业出版社2013.32朱则刚现代汽车电子巡航控制城市公共交通2007.53刘光明李晓汽车速度自动控制技术及其应用公路与汽运2007.64王连军汽车巡航控制系统的使用与发展中国高新技术企业2009.105重庆商报2012年12月25日6王连军汽车巡航控制系统的使用与发展中国高新技术企业2009.107中邢台职业技术学院汽车工程系于万海论文2012.18凌永成于京诺汽车电子控制技术北京大学出版社2014.19尹力汽车电子控制技术天津科学技术出版社2010.1致谢辞时间过的很快，三年的大学生活就这么结束了，有些匆忙、有些不舍，却也很充实，感谢我的母校南通航运职业技术学院让我有一段值得回忆的大学生活。感谢我的论文导师，成诚老师，成老师在我写论文过程中为我提出了许多宝贵建议，指正了我论文中的诸多不足，帮助我解决许多论文中遇到的难题，理清了我的困惑，使我的论文得以顺利完成，在此对导师的细心指导表示衷心感谢！感谢我的辅导员张文君老师，她给予我学习上的指导和生活上的无私帮助，表示衷心感谢。祝张老师工作顺利，桃李满天下！感谢我实习时的师傅徐润之，在我的实习过程中，给予我太多的指点和帮助，祝他工作顺利，前尘似锦！在三年的大学生活中还有很多老师和同学给予我学习和生活上的帮助，在此我向他们表示我衷心地感谢。最后，祝所有老师工作顺利，祝母校蒸蒸日上，愿社会安定和谐！- 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