巡航控制系统

汽车发动机电控技术巡航控制系统巡航控制系统简介当汽车在高速公路上长时间行驶时，如果驾驶员将汽车的行驶状态转变为巡航控制状态，则驾驶员不用踩踏加速踏板就可以自动地保持车速，使车辆以固定的速度行驶，从而减轻驾驶员的工作负担，提高汽车驾驶时的舒适性。行驶速度稳定，提高乘坐舒适性。节省燃料消耗，提高燃油经济性和排放性能在巡航控制起作用过程中，一旦出现人为干预的情况，巡航控制系统会确保驾驶员的操作优先，取消巡航控制状态。当车辆的速度超出人为设定的范围及其他情况，巡航控制系统也能自动地停止工作，以确保车辆行驶的安全。巡航控制系统的基本工作原理巡航控制系统是一个典型的闭环控制系统。电子控制式巡航控制系统的控制原理如图所示。输入巡航电控单元CCSECU的信号有两个:一个是驾驶员根据行驶条件，通过巡航开关设定的巡航车速指令信号，另一个是车速传感器输入的实际车速反馈信号。当巡航车速指令信号和实际车速反馈信号输入巡航电控单元CCSECU后，CCSECU的比较器A经过比较运算便可得到两个信号之差，称之为误差信号。误差信号经过比例运算和积分运算后，再经过放大处理就可得到控制节气门开度大小的控制信号，CCSECU将控制指令发送给执行机构，执行机构就可驱动节气门拉索调节发动机节气门开度的大小，将实际车速迅速调节到驾驶员设定的车速值，从而实现恒速控制，即实现巡航控制。在控制过程中，当实际车速低于驾驶员设定的巡航车速值时，巡航电控单元CCSECU将向执行机构发出增大节气门开度的指令，使实际车速升高到巡航车速。反之，当实际车速高于驾驶员设定的巡航车速值时，巡航电控单元CCSECU将向执行机构发出减小节气门开度的指令，使实际车速降低到巡航车速，从而使实际车速基本保持驾驶员设定的巡航车速值不变。巡航控制系统的组成1-电源2-主控开关3-巡航控制ECU4-执行器5-接节气门6-车速传感器7-制动灯开关一.巡航控制的操作开关1.巡航开关巡航开关是巡航控制系统的主要控制开关，其功用是将恒速、加速或减速、恢复巡航车速以及取消巡航行驶等指令信号输入巡航控制电控单元CCSECU，以便CCSECU确定是否进行恒速控制。巡航开关实际上是一个类似于风窗玻璃刮水与洗涤开关的组合手柄开关，一般都由MAIN(主开关),SET/COAST设置/巡航),RES/ACC(恢复/加速)和“CANCEL(取消)四个功能开关组成。巡航开关一般都安装在转向盘右下侧偏上位置，并随转向盘一同转动，以便于驾驶员操作。在驾驶员转动转向盘的同时，即可用右手手指拨动组合手柄开关进行巡航控制的有关操作。在每项功能开关的旁边，标注有完成相应功能时开关手柄的操纵方向。各型汽车用巡航开关的工作原理基本相同。但是，巡航开关的外形结构各不相同，在设定巡航功能时，操纵手柄开关的方向也不尽相同。下面仅以丰田凌志400型轿车用巡航开关的外形结构与内部电路为例说明。(1)MAIN(主开关):主开关为按钮式开关，设在开关操纵手柄的端部，是巡航控制系统的总开关。当单击一下操纵手柄端部的主开关按钮时，主开关触点接通，组合仪表盘上的巡航指示灯将发亮指示，此时巡航控制系统处于待命状态，可以进行恒速控制。再次单击主开关按钮时，按钮将弹起，MAIN触点断开，巡航指示灯将熄灭，指示巡航控制系统处于关闭状态，不能进行恒速控制。(2)SET/COAST(设定/巡航):即巡航速度设定开关。将巡航开关操纵手柄向下拨动并保持在向下位置时，巡航速度设定开关即可接通。当“设定/巡航”开关处于接通位置时，只要按住操纵手柄不动，汽车就会不断加速。当车速达到驾驶员想要巡航行驶的车速(注:车速应在40km/h以上，低于40km/h不能进行巡航行驶)时松开操纵手柄，手柄将自动复位，此时巡航控制系统就会使汽车以松开操纵手柄时的车速保持恒速行驶。(3)RES/ACC(恢复/加速):即恢复(RESUME)巡航速度开关。向上拨动操纵手柄时，巡航速度“恢复/加速”开关即可接通。在汽车以设定的巡航速度行驶过程中，当驾驶员踩下加速踏板超车或踩下制动踏板制动，或将自动变速器选挡手柄拨到前进挡D”以外的位置时会导致车速升高或降低，如果此时想要恢复到原来设定的巡航车速，那么，将巡航开关操纵手柄向上抬起并保持在该位置使“恢复/加速”开关保持接通，汽车即可迅速加速或减速并恢复到原来设定的巡航车速行驶。但是，如果行驶车速已经低于40km/h，则巡航车速不能恢复。(4)CANCEL(取消):即取消巡航的操纵开关。将巡航开关操纵手柄向驾驶员方向拨动时，即可接通巡航速度“取消”开关来解除巡航行驶。2.制动灯开关制动灯开关接通信号为解除巡航控制信号之一。制动灯开关接通信号的功用是:在驾驶员踩下制动踏板接通制动灯电路使其发亮的同时，向巡航电控单元CCSECU输入一个表示制动的信号，CCSECU接收到该信号后将立即解除巡航控制状态，以便制动器制动将车速降低。3.驻车制动开关驻车制动开关接通信号为解除巡航控制信号之一。在汽车行驶过程中，当制动系统发生故障时，就需要通过操作驻车制动器来降低车速。因此，驻车制动开关接通时的信号必须作为解除巡航控制的输入信号之一。驻车制动开关又称为手刹车或手制动开关，其功用是:向巡航电控单元CCSECU输送一个电信号，以便CCSECU解除巡航行驶状态当拉紧驻车制动器时，驻车制动开关触点闭合，在接通制动警告灯电路的同时，还向CCSECU输送一个表示驻车制动器处于制动状态的信号(一般为低电平信号)，CCSECU接收到该信号后将解除巡航行驶状态。4.空档启动开关空挡启动开关接通信号为解除巡航控制信号之一。在装备自动变速器的汽车上配装有空挡启动开关，安装在自动变速器侧面，由选挡操纵手柄(在手动变速器中称为变速杆)通过杠杆机构操纵。当选挡操纵手柄置于“空挡N”位置时，空挡启动开关触点闭合，如果此时点火开关接通“启动START挡位，则空挡启动开关将向发动机电控单元ECU输入一个电信号(高电平或低电平信号)。5.离合器开关离合器开关接通信号为解除巡航控制信号之一。在装备手动变速器而不是自动变速器的汽车上，当驾驶员踩下离合器踏板换挡时车速就会降低，巡航控制系统CCS就会发出指令使发动机转速升高，因此，可能导致发动机超速运转而损坏。为了确保安全，在离合器踏板下面设置有一个离合器开关，开关触点在驾驶员踩下离合器踏板时就会闭合离合器开关其功用是:当汽车处于巡航状态行驶时，如果驾驶员踩踏离合器踏板，离合器开关触点就会闭合，并向CCSECU输入一个电信号(低电平或高电平信号)，以便CCSECU解除巡航控制状态，同时也便于驾驶员变换变速器挡位。二、巡航控制电控单元CCSECU汽车在20世纪70年代装备的巡航控制系统电子控制单元大多数都是采用模拟电子技术制成。随着数字电子技术的发展，特别是大规模集成电路和单片机的广泛应用，20世纪80年代开始采用数字式单片机进行控制，目前已全部采用数字式单片机控制。如下图所示为美国摩托罗拉公司开发研制的数字式巡航控制电控单元电路框图。电控单元CCSECU根据驾驶员操作“设定/巡航”(“SET/COAST”)开关输入的设定车速信号、车速传感器输入的实际车速信号、各种开关输入信号以及发动机电控单元ECU和自动变速电控单元ECTECU输入的信号，按照只读存储器ROM中预先编制的程序进行计算处理之后，向执行机构驱动电路发出指令，驱动执行器(步进电机或直流电动机、电磁阀等)动作，执行器通过节气门联动机构和节气门拉索等改变节气门开度，使实际车速达到设定的巡航车速控制流程如右图所示。三、巡航控制执行机构执行机构又称为执行器。汽车巡航控制系统的执行机构又称为速度伺服装置，其功用是根据巡航电控单元CCSECU的控制指令，通过操纵节气门拉索来改变发动机节气门开度，使汽车加速、减速或保持恒定的速度行驶。根据结构形式不同，汽车巡航控制执行机构可分为电动式和气动式两种。电动式采用直流电机或步进电机驱动，如丰田系列轿车巡航系统和Motorola巡航系统;气动式采用真空装置驱动，如切诺基吉普车巡航控制系统。1.电动式巡航执行机构电动式巡航执行机构的结构组成如下图所示，主要由驱动电动机、安全电磁离合器、减速机构和电位计等组成。2.气动式巡航执行机构气动式巡航执行机构的结构组成如下图所示，主要由三只电磁阀(真空电磁阀、通风电磁阀和安全电磁阀)、膜片、复位弹簧和密封壳体等组成。三只电磁阀的初始状态如下图所示，真空电磁阀为常闭电磁阀，阀门用橡皮管与发动机进气歧管连接;通风电磁阀和安全电磁阀均为常开电磁阀，其阀门与大气相通。三只电磁阀电磁线圈的一端均与制动灯开关常闭触点连接，真空电磁阀线圈和通风电磁阀线圈的另一端分别与巡航电控单元CCSECU的控制端连接;安全电磁阀线圈的另一端直接搭铁。巡航控制系统的检修电动机电路的检查节气门位置传感器电路的检查电磁离合器电路的检查车速传感器电路的检查主控开关电路的检查停车灯电路的检查节气门控制臂拉索的检查电动机电路的检查（1）脱开电动机与ECU之间的导线（插头插座）连接器。（2）将蓄电池的正极接到连接器端子5，蓄电池的负极接到连接器端子4，使电磁离合器通电。（3）将蓄电池的电压加到其余的每两个端子之间时，电动机应转动、节气门控制臂应摆动，且摆动平稳。（4）驱动电动机转动使节气门控制臂摆动到加速侧或减速侧的限位点时，电动机应停止转动、节气门控制臂应停止摆动。能够顺利实现上述过程的电动机，状态良好，否则是电动机性能不良或损坏。节气门位置传感器电路的检查（1）保持连接器不脱开的状态。将点火开关转到ON；用手慢慢转动节气门控制臂的同时，用万用表直流电压挡测节气门位置传感器的中间滑动端与ECU接地之间的电压，节气门控制臂使节气门开度最大时，电压约为4.2V；在开度最小时，电压约为1.1V；当节气门控制臂转动时，电压的变化应连续平稳。符合以上情况，节气门位置传感器性能良好，否则说明传感器已经损坏。（2）脱开连接器。用手慢慢转动节气门控制臂的同时，用万用表欧姆挡测量节气门位置传感器的中间滑动端与ECU接地之间的电阻；当节气门控制臂使节气门开度最大时，电阻约为1.8kΩ，当开度最小时，电阻约为530Ω；当节气门控制臂转动时，电阻的变化应连续平稳。符合以上情况，节气门位置传感器是好的，否则传感器已坏。电磁离合器电路的检查（1）检查电磁离合器的线圈电阻值是否正常。脱开电磁离合器与ECU的配线连接器；用万用表欧姆挡测量接线端子4与5之间的电阻，电阻约为40Ω。（2）检查节气门控制摇臂的情况。脱开电磁离合器与ECU的配线连接器；在电磁离合器断电时，节气门控制臂能用手转动，在电磁离合器通电时，节气门控制臂不能用手转动，同时符合这两种情况的电磁离合器为正常，否则有故障。车速传感器电路的检查（1）车速信号的检查。当车速高于40km/h时，打开巡航控制系统，巡航控制指示灯闪烁，当车速低于40km/h时，打开巡航控制系统，巡航控制指示灯保持一直亮，符合以上两个条件的，车速信号正常，否则为有故障。（2）检查配线和仪表板等连接是否可靠。主控开关电路的检查（1）各个主控开关的信号检查。分别接通“SET/COAST”、“RES/ACC”和“CANCEL”开关，在开关接通时，注意观察仪表板上的巡航控制指示灯的闪烁形式，指示灯的闪烁形式应符合规定。（2）对主控开关电阻的检查。主控开关内有三个不同阻值的电阻，可通过用万用表的欧姆挡检测连接器的端子3和4之间的电阻值，判断各个开关的好坏。停车灯电路的检查（1）检查停车灯的状态。踩下制动踏板，停车灯应亮。（2）停车灯开关的信号检查。当踩下制动踏板时，观察仪表板上的巡航控制指示灯的闪烁形式，停车灯开关电路与ECU联系正常时，巡航指示灯应闪烁6次。否则为有故障。（3）检查停车灯电路与ECU的配线和连接器，接触是否可靠。节气门控制臂拉索的检查节气门控制臂拉索与节气门的接头安装应正确；拉索与节气门的动作应平稳；拉索松紧度应适中，拉索过松会使汽车上坡的车速损失过大，拉索过紧发动机怠速会升高。