汽车巡航控制系统

第19章汽车巡航控制系统本章主要内容汽车巡航控制系统的应用与发展汽车巡航控制系统的功能与特点汽车巡航控制系统的结构与工作原理19.1概述1.汽车巡航控制系统的应用与发展汽车巡航控制系统也称为速度控制系统或自动驾驶系统，汽车巡航控制系统实质上就是为减轻驾驶员劳动强度，提高行驶舒适性，保证汽车和发动机都能在有利速度范围内运行的自动控制装置。巡航控制系统在飞机上应用，显示出了它的无可比拟的优点。上个世纪50年代末开始在汽车上引用后很快就很受青睐，所以目前在美、日、德、法、意等汽车大国发展、普及很快，尤其是近几年来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。19.1概述汽车巡航控制系统的类型：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新型汽车基本上都采用了微机控制的汽车巡航控制系统。19.1概述1.汽车巡航控制系统的功能与特点1）汽车巡航控制系统的功能车速设定功能消除功能恢复功能滑行功能加速功能低速自动消除功能有关开关消除功能。19.1概述①车速设定功能：当在高速公路上行驶时，路面质量好，没有人流，分道行车，无逆向车流，适宜较长时间的稳定行驶时，可按下“设定”开关，设定一个稳定行驶的车速，使司机不用再踩节气门和换档，汽车一直以这一车速稳定运行。②消除功能：当司机根据运行情况需要踩下制动踏板时，则上述的车速设定功能立即消失，司机要用常规方法操作驾驶，直到再按另外的功能开关为止，但其行驶速度大于48km／h时所设定的车速值仍然储存在系统中，供随时通过开关调用。③恢复功能：当司机处理好情况后，根据路面车流情况又可稳定运行时，可按“恢复”功能开关，这样汽车又自动按上述设定的车速稳定均匀运行。若不按“恢复”功能开关，也可在司机认为最有利车速时按“设定”开关，汽车就又自动按新选择的设定车速稳定运行。19.1概述④滑行功能：也称为减速功能。当按下“滑行”开关时，则汽车在原设定车速基础上减速行驶，开关一直按下不放，则车速一直在减低。当你一放松“滑行”开关，则汽车就自动以你放松“滑行”开关瞬间的车速稳定行驶。⑤加速功能：当按下“加速”开关时，则汽车在原设定的车速基础上加速行驶，开关一直按下不放，则车速一直在增加。当你一放松“加速”开关时，则汽车就自动以你放松“加速”开关瞬间的车速稳定行驶。⑥低速自动消除功能：当车速低于已输入的低速极限时(一般为48km／h)，巡航控制不起作用，也不能存储低于这一速度的信息。⑦有关开关消除功能：除了踩制动踏板有低速的消除功能外，当按驻车制动开关、离合器控制开关、变速器档位开关时，都有自动消除巡航控制的功能。19.1概述2．巡航控制系统的优点①提高了汽车行驶的稳定性和舒适性②提高了汽车行驶的安全性③可降低油耗和排气污染④减少磨损延长寿命19.2巡航控制系统的结构和工作原理19.2.1巡航控制系统的基本控制原理一、1．巡航控制系统的基本组成电子控制的巡航控制系统的基本组成主要有：车速传感器、节气门执行器、电子控制器、真空控制装置、伺服机构及其电气连接线路等。19.2.1巡航控制系统的基本控制原理2．巡航控制系统基本控制原理电子控制的巡般控制系统的基本控制原理如图19-1所示。19.2.1巡航控制系统的基本控制原理当巡航控制系统开始工作时，控制器可接收两个信号：一个是司机所选定的设定车速信号1，另一个是汽车的实际车速传感器车速信号2。控制器计算分析两个信号的误差后，发出一个节气门控制信号到节气门执行器，节气门执行器根据指令调节节气门开度，使实际车速和设定车速的误差减少，保证汽车按设定车速稳定行驶。19.2.2机电式巡航控制系统的结构及工作原理1．机电式巡航控制系统的结构较早使用的机电式巡航控制系统的结构布置如图19-2所示，它由机械和电气两部分组成。19.2.2机电式巡航控制系统的结构及工作原理(1)控制开关它是供驾驶员操作巡航控制系统的一套开关，一般都设置在转向信号手柄或转向盘上，如图19-3所示。它通常有4个按键开关：①设定／加速按键。当按下设定／加速按键后又放松时，汽车则以此时的车速自动稳定等速行驶。若按下按键不放松时，汽车则在此时车速的基础上加速行驶。②滑行／减速按键。当按下滑行／减速按键后一直不放松时，汽车处于滑行减速行驶。当放松时，若汽车时速仍在48km／h以上，则会自动按放松时的车速稳定行驶。③接通按键。汽车在设定车速下稳定巡航行驶时，若交替按下和放松，则汽车的行驶速度将会自动稍稍提高。④恢复按键。当因使用脚制动、驻车制动、离合器而使巡航控制作用消除后，按下恢复按键时，汽车将自动恢复原设定的车速稳定行驶。19.2.2机电式巡航控制系统的结构及工作原理19.2.2机电式巡航控制系统的结构及工作原理(2)变送器它是带有机械结构的中央控制装置，在接收来自巡航控制开关、制动踏板开关、离合器踏板开关以及换档开关和发动机进气歧管真空度等信号后，综合起来对伺服机构的真空度进行调节，达到稳定发动机转速的目的。19.2.2机电式巡航控制系统的结构及工作原理(3)伺服机构伺服机构的作用就是控制节气门的开度，其结构如图19-4所示。它用杆件和拉索与节气门相连，通过真空度的变化来保证发动机转速稳定。当真空度增大时，弹簧压缩节气门开度增大转速上升，反之，转速降低。19.2.2机电式巡航控制系统的结构及工作原理19.2.2机电式巡航控制系统的结构及工作原理(4)安全开关安全开关包括电的释放开关和真空释放阀，其结构如图19-5所示。释放开关和真空释放阀都装在制动踏板支架上。当踩下制动踏板时，两个安全开关都使巡航控制功能消除，起双重保险作用。19.2.2机电式巡航控制系统的结构及工作原理2．机电式巡航控制系统的工作过程机电式巡航控制系统如图19-6所示。19.2.2机电式巡航控制系统的结构及工作原理当巡航控制开关处在平常位置时，滑动触片处于接通位置，此时蓄电池电流经点火开关、巡航控制开关、电阻丝、变送器的保持端子、真空阀线圈到搭铁。由于电阻丝产生的电压降较大，致使保持端子处的电压太低，不能使真空阀动作，所以巡航控制系统不工作。变送器内装有一个带操纵臂的摩擦离合器，在车速低于48km／h的条件下，摩擦离合器操纵臂不能将常开的低速开关闭合。所以只有车速超过48km／h，低速开关才能闭合，才能使巡航控制系统工作。19.2.2机电式巡航控制系统的结构及工作原理在车速大于48km／h时按下设定／加速按键开关，电流便从变送器的“约定”端子流入。经低速开关、真空电磁阀线圈到搭铁。因为电阻丝被旁路，没有电压损失，所以加到真空电磁阀线圈上的电压较大，可以将真空阀打开。这样发动机进气歧管内的真空可传到伺服机构和真空释放阀及空气调整阀。空气调整阀根据测定车速的高低调整该系统的真空度，从而通过伺服机构调整节气门开度，使汽车在设定车速下稳定行驶。当放松按扭时，电流又经电阻丝到变送器的保持端子，这一较小的电流足以保持真空阀在开启位置。汽车在巡航控制下行驶时，若踩下制动踏板，则电的释放开关接通，恢复电磁阀线圈通电而将真空电磁阀线圈短路，至使真空阀关闭，伺服机构不能控制节气门，只能由司机按常规驾驶。恢复电磁阀线圈产生磁力则使恢复电磁阀动作，使系统内真空度消除同时，从图19-6中可知，当踩制动踏板时，也使真空释放阀动作，也起释放系统内真空的作用，达到使伺服机构不工作的目的。19.2.2电子巡航控制系统主要部件的结构与工作原理1．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。2．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。19.2.2电子巡航控制系统主要部件的结构与工作原理3．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19-7所示。19.2.2电子巡航控制系统主要部件的结构与工作原理19.2.2电子巡航控制系统主要部件的结构与工作原理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Vc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。19.2.2电子巡航控制系统主要部件的结构与工作原理4．电子控制器电子控制器是电子巡航控制系统的核心，它有模拟式电子控制器和数字式电子控制器两种形式。19.2.2电子巡航控制系统主要部件的结构与工作原理(1)模拟式电子控制器模拟式电子控制器在较早的电子巡航控制系统使用，图19-8所示的是由4个运算放大器组成的模拟式巡航电子控制器。19.2.2电子巡航控制系统主要部件的结构与工作原理19.2.2电子巡航控制系统主要部件的结构与工作原理①运算放大器1，它接收设定指令速度信号和车速传感器的实际车速信号，将这两信号的差值计算好后放大，输入到运算放大器2和运算放大器3。②运算放大器2，它是一个线性放大器，其放大倍数可根据要求进行调整。③运算放大器3，它是一个积分式放大器，其放大倍数也是可以调整的。④运算放大器4，它能产生一个模拟电压，这个电压必须转换脉冲信号后才能作为节气门驱动器的输入信号。所以设有电压脉冲信号转换器。⑤指令开关S1，它是由驾驶员用来选择设定巡航控制速度的开关，当它闭合后系统切断开关S2也同时闭合，并且向采样及保持电路发送信号，将设定速度存储备用。⑥系统切断开关S2，它是用来中断巡航系统控制的开关，当踩制动踏板，离合器踏板及换挡时就自动断开，当关断点火开关或使用驻车制动开关时它也会自动断开，但当指令开关S1闭合时，它会联动一起闭合。19.2.2电子巡航控制系统主要部件的结构与工作原理(2)数字式电子控制器上个世纪九十年代以来，新车装用的巡航控制系统已全部采用以数字式电子巡航控制系统。图19-9所示的是某种采用数字式电子控制器的电子巡航控制系统方框图。19.2.2电子巡航控制系统主要部件的结构与工作原理19.2.2电子巡航控制系统主要部件的结构与工作原理数字式电子控制器的特点是：所有的输入指令都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器，根据设定车速、实际车速、以及其他输入信号，按存储程序完成所有的数据处理之后，产生一个输出信号驱动步进电动机，并改变节气门开度达到控制发动机转速(车速)的目的。制动开关(脚制动、驻车制动)与节气门执行器直接相连。当使用制动时，在中断巡航控制器工作的同时，也使节气门执行器停止工作，确保节气门完全关闭。数字式电子巡航控制系统的突出优点是：系统中的信号以数字量表示，不受工作温度和湿度的影响，因此工作稳定，可靠性高。另外数字式电子控制器可采用先进的大规模的集成电路技术做成专用集成块，也可在微机上实现编程。特别是对发动机、变速器已采用微机控制的汽车上，只需在已有的微机上修改一下程序就可以将此功能附加上去。这也是巡航控制系统在电喷汽车上很快发展普及的有利条件。