汽车巡航系统课程设计.doc

审定成绩：_ 现代汽车电控系统课程设计设计题目: 汽车巡航控制系统的设计 单 位（系别）：_ _学 生 姓 名：_ _专 业：_ _班 级：_ _学 号：_ _指 导 教 师：_填表时间： 2016 年 06 月摘要 本文论述了汽车定速巡航系统（CRUISE CONTROL SYSTEM）的作用、原理、使用功能，系统构成，具体应用，注意事项，未来的发展趋势，做更深一层的解析，从而去探索研究改进方法，以完善汽车定速巡航系统（CCS）。汽车巡航控制系统是一种汽车辅助驾驶系统，英文名为Crusic Control System（CCS）,可以在40200km/h的车速范围内启动该系统中，认为的设定一个车速，巡航控制系统就会根据行驶阻力的变化，自动增减节气门开度，使车保持一定车速，驾驶员将不需要操控油门，只要把握方向盘即可，从而大大减轻了驾驶员的疲劳强度和节省了燃油，同时还能减少交通事故的发生，系统即可自动控制汽车恒速行驶。因此，汽车巡航控制系统又称为“恒速控制系统”。关键词：巡航原理、巡航应用、，系统构成。目录摘要2引言1第一章 汽车巡航控制系统简介2一、定义2二、作用2三、功能2四、汽车巡航控制系统的类型2第二章 巡航系统的基本原理和构成3 一、巡航系统的基本原理3 二、巡航系统的基本构成3第三章 巡航控制系统的硬件4第四章 巡航控制系统的软件10第五章 注意事项1第六章 巡航控制的使用1总结1参考文献2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。第一章 汽车巡航控制系统简介一、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。二、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。三、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。四、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。第二章 巡航系统的基本原理和构成一、巡航系统的基本原理汽车巡航控制系统（CCS）原理如图2-1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的核的核心部件最为重要 图2-1汽车巡航控制系统执行原理图二、巡航系统的基本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。第3章 巡航控制系统的硬件1.巡航控制开关下图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。这里选用拨动开关SK13D07/SK-13D07。其实物图如图2-2，开关组成为图2-3 图2-2实物图 图2-3开关组成 在汽车巡航控制系统，许多控制量都为开关量，当开关动作时芯片识别高低电平，并实现相应的控制输出。2.传感器开关输出型位置传感器 节气门位置传感器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控制。节两种类型：一种是开关式节气门位置传感器，是模拟节气门位置传感器，实物图如图2-4，原理图如图2-5。图2-4开关输出型位置传感器实物图 图2-5开关输出型位置传感器原理图车速传感器 车速传感器的输出信号可以是磁电式交流信号，也可以是霍尔式数字信号或者是光电式数字信号，车速传感器通常安装在驱动桥壳或变速器壳内，通过指针摆动来显示汽车行驶速度，或产生交变电流信号，通常由带两个接线柱的磁芯及线圈组成。这两个线圈接线柱是传感器输出的端子，转化为电流振幅表示车速。 车速传感器检测电控汽车的车速，控制电脑用这个输入信号来控制发动机怠速，自动变速器的变扭器锁止，自动变速器换档及发动机冷却风扇的开闭和巡航定速等其它功能。车速传感器选用的是Allegro公司的A3144，其实物图如图2-6所示： 图2-6车速传感器Allegro的A3144实物图3.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。执行器实物为图2-7：图2-7法国Bernard伯纳德电动式执行器 1) 输入信号：420mA（或15V）DC等。2) 输入通道电阻：2503) 输入通道个数：1个（分立式为3个）4) 基本误差：1%5) 回差：1%6) 死区：0.55%连续可调7) 阻尼特性：无摆动8) 电源电压：三相380V50Hz，单相220V50Hz9) 工作环境：温度：-1070，定位器-1055，湿度：85%周围空气不含有腐蚀性物质。10) 防护等级：符合IECI45IP65（即防雨防尘）；位置定位器GAMX符合IECI45IP444.微处理器决定了控制系统的软件开发以及硬件连接等一系列的问题，他是整个控制系统的核心部分。对于汽车巡航控制系统来说，在微处理器的选择更为重要，这里选用80C52片机。80C52内置8位中央处理单元、256字节内部数据存储器RAM、8k片内程序存储器（ROM）32个双向输入/输出(I/O)口、3个16位定时/计数器和5个两级中断结构，一个全双工串行通信口，片内时钟振荡电路。实物图如图2-8所示,引脚图如图2-9所示：图2-8 STC90C512AD单片机实物图 图2-9 80C52单片机引脚图标准MCS-51内核和指令系统；片内8kROM(可扩充64kB外部存储器)； 32个双向I/O口；256x8bit内部RAM(可扩充64kB外部存储器)；3个16位可编程定时/计数器；时钟频率3.5-12/24/33MHz；向上或向下定时计数器；改进型快速编程脉冲算法；6个中断源；5.0V工作电压；全双工串行通信口；布尔处理器；帧错误侦测；4层优先级中断结构；自动地址识别；兼容TTL和CMOS逻辑电平；空闲和掉电节省模式；PDIP(40)和PLCC(44)封装形式。5.控制器(ECU) 巡航控制电控单元(CCSECU)巡航控制电控单元是整个巡航控制系统的中枢，它的作用是接收传感器和开关等信号，将信号处理后，产生输出控制信号，驱动执行机构动作，以实现车辆的恒速行驶。电控单元分模拟式电子控制器和数字式电子控制器两种形式。 6.电源电路电源系统是汽车各系统设计的重要环节，如果设计不合理将会造成各系统之间不能协调进行。这里选用LM7805三端稳压集成电路。LM7805三端稳压IC来组成稳压电源所需的外围元件极少，电路内部还有过流、过热及调整管的保护电路，使用起来可靠、方便、经济实惠。LM7805集成稳压器的典型应用电路图，如图11所示，是一个输出正5V直流电压的稳压电源电路。C1、C2、C3、C4分别为输入端和输出端滤波电容，R1为负载电阻。当输出电流较大时，LM7805应配上散热板。78*系列的稳压集成块的极限输入电压是36V，最低输入电压比输出电压高3-4V。还要考虑输出与输入间压差带来的功率损耗，所以一般输入为9-15V之间。实物图如图2-11所示,电路图如图2-12所示： 图2-11 LM7805实物图 图2-12 LM7805集成稳压器应用电路图7.巡航控制系统信号处理电路原理图：在汽车巡航控制系统中，许多控制量都为开关量，即当开关动作时80C51芯片识别高、低电平，并作出相应的控制反应。巡航控制开关主要包括主控开关和制动开关。主控开关包括电源开关和巡航开关，其中巡航开关又由“设置(SET)”、“恢复(RESET)”、“加速（ACC)”、“减速(COAST)”和“取消(CANCEL)”组成。各开关量信号经处理电路处理后分别输入至80C51的P0输入输出口，分别对应P0.0、P0.1、P0.2、P0.3、P0.4引脚。巡航开关各按键均采用复位开关。制动开关包括手制动开关和脚制动开关两种。当按下制动开关时信号处理电路的输出为高电平，未按开关时输出为低电平，处理后的信号分别输入至80C51的P0.5和P0.6引脚。巡航控制系统信号处理电路原理图如图2-13所示图2-13巡航控制系统信号处理电路原理图图2-14汽车巡航系统车速信号第四章 巡航控制系统的软件设计为了使系统能够快速高效稳定地运行，合理的程序结构、良好的开发环境和软件设计思想是非常重要的。在系统软件的开发过程中，软件设计要保证控制的快速实时性、结构的合理性，并具有发生故障后的快速解脱和排除故障的能力。汽车巡航控制系统软件结构图如图3-1所示。图3-1汽车巡航控制系统软件流程图首先，对程序中所涉及到的各模块初始运行状态和相应的控制寄存器等进行初始化。然后，判断“恢复”键是否按下，如果按下则按照原先储存的目标车速巡航，如果没有按下“恢复”键则开始判断“设置”键是否按下。当“巡航”键按下，并且如果此时采样车速在40km/h180km/h 范围内，则进入循环执行的主体部分。当没有“加速”或“减速”键按下时，将采样车速设定为目标车速；当有“加速”或“减速”信号输入时，则将修改后的车速设定为目标车速。在确定目标速度后，采用模糊PID 方法控制实际车速，当有“取消”或制动信号输入时，则结束巡航控制程序，否则进行主体部分的循环。 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。硬件设计框图如图4-1第五章 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。d、注意ECU防潮、防震、防磁、防污染。第6章 巡航控制的使用1、 启动车速巡航车速将滑动开关A置于ON位置可接通车速控制系统。2、 设定巡航车速系统启动后，轿车达到所需车速时，按一下按钮B（SET），即可使轿车以此车速持续行驶。设定巡航车速后，仍可按常规方法用油门踏板进行加速，松开油门踏板后，系统以将车速恢复至设定的巡航车速。但若加速后，车速超过巡航车速10公里/小时以上，并以此车速持续行驶5分钟以上，则必需重新设定巡航车速。3、 降低巡航车速按压按钮SET，车速降低1.5公里/小时；若按住按钮，则轿车将持续降低车速，一但松开按钮，当时的行驶速度被储存在存储器内。若在车速于40公里/小时则松开按钮SET，则存值即被删除，此时，若需要，可用按钮SET，在车速超过40公里/小时则重新设定巡航车速。4、 提高巡航车速无需踩油门踏板，将滑动开关A拔至RES位置即可提高设定的巡航车速。每按一次开关RES，车速提高1.5公里/小时：若按住开关，则轿车将持续提高车速，一旦松开开关RES，当时的行驶速度被储存在存储器内。5、 暂时关闭巡航控制系统踩下制动踏板或离合器踏板，或将滑动开关拔至OFF位置，即可暂时关闭系统此时设定的巡航车速仍储存在存储器内。若需要恢复设定的巡航车速，松开制动踏板或离合器踏板，或将开关A 拔至RES即可。若暂时关闭系统时未存储设定的巡航车速，则可按下述方法，滑动开关A设定一新的巡航车速。先将开关A拔至RES位置，并保持在该位置，直至达到需设定的车速。松开开关，即可将设定的车速储存在系统内。6、 完全关闭巡航控制系统将滑动开关拔至OFF位置，或轿车处于静止状态时关闭点火开关，则系统将被完全关闭。总结通过本次课程设计，我上网查阅相关资料发现，汽车巡航系统从很早就开始研发，通过几十年的时间逐渐普及，如今带巡航控制系统的汽车售价越来越亲民，几万元的高配车型上都有简单的巡航控制系统。同时我了解到汽车巡航控制系统自1961年在美国首次应用，该系统已经在各品牌中高端车型上广泛出现，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）君越、凯迪拉克（CADILAC）ATS、丰田皇冠（CROWN）、凯美瑞（CAMRY）、雷克萨斯rs（LEXUS）、奔驰（Mercedes-Benz）S400、宝马（BMW）750li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，很多巡航系统针对中国本地化适配不完善，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