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1、第一节汽车巡航控制系统的组成,一、巡航控制系统CCS的组成 汽车巡航控制系统主要由车速传感器、节气门位置传感器、控制开关、巡航控制电控单元(CCS ECU)和执行机构等部件组成。如图7一1所示为丰田凌志5400型轿车巡航控制系统控制部件的安装位置。 二、巡航控制系统CCS的优点 汽车巡航控制系统主要具有以下优点: (1)减轻驾驶员的劳动强度，提高行驶安全性 (2)行驶速度稳定，提高乘坐舒适性 (3)节省燃料消耗，提高燃油经济性和排放性能,返回,第二节汽车巡航控制系统的控制原理,一、巡航控制的基本原理 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7 -2所示。输入巡
2、航电控单元CCS ECU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CCS ECU后，CCS ECU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，CCS ECU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。,下一页,返回,第二节汽车巡航控制系统的控制原理,在控制过
3、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CCS ECU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CCS ECU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。 二、巡航车速的控制方式 巡航电控单元CCS ECU作为巡航控制系统的控制核心，控制方法一般都采用“比例一积分计算法(Proportion and Integral Calculus)”进行控制，又称为“PI”控制方式。,下一页,上一页,返回,第二节汽车巡航控制系统的控制原理,
4、比较器A运算得到的误差信号经过比例运算电路KI,线性放大后，输出的信号将正比于误差信号;积分运算放大电路KI设置有一条斜率可调的输出控制线，用以在短时间内将车速误差调节到趋近于零的很小范围，根据控制线控制的巡航车速与节气门开度之间的关系如图7一3所示。节气门控制信号则由比例运算电路和积分运算电路输出信号叠加而成。,上一页,返回,第三节汽车巡航控制系统的结构特点,一、巡航行驶操纵与控制开关 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CCS ECU，以便CCS ECU确定是否进行恒速控制。 巡航开关实际
5、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。,下一页,返回,第三节汽车巡航控制系统的结构特点,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
6、图7 -4所示丰田凌志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。,下一页,上一页,返回,第三节汽车巡航控制系统的结构特点,(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
7、，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40 km/h以上，低于40 km/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。,下一页,上一页,返回,第三节汽车巡航控制系统的结构特点,(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
8、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40 km/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。,下一页,上一页,返回,第三节汽车巡航控制系统的结构特点,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
9、的同时，向巡航电控单元CCS ECU输入一个表示制动的信号，CCS ECU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。,下一页,上一页,返回,第三节汽车巡航控制系统的结构特点,3.马主车制动开关 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CCS ECU输送一个电信号，以便CCS ECU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
10、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)，CCS ECU接收到该信号后将解除巡航行驶状态。,下一页,上一页,返回,第三节汽车巡航控制系统的结构特点,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),下一页,上一页,返回,第三节汽车巡航控制系统
11、的结构特点,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CCS ECU输入一个电信号(低电平或高电平信号)，以便CCS ECU解除巡航控制状态，同时也便于驾驶员变换变速器挡位。,下一页,上一页,返回,第三节汽车巡航控制系统
12、的结构特点,二、巡航控制电控单元CCS ECU 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。如图7一5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CCS ECU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ECT ECU输入的信号，按照只读存储器ROM中预先编制的程序
13、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图7一6所示。,下一页,上一页,返回,第三节汽车巡航控制系统的结构特点,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CCS ECU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
14、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。 (一)电动式巡航执行机构 电动式巡航执行机构的结构组成如图7 -7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。,下一页,上一页,返回,第三节汽车巡航控制系统的结构特点,(二)气动式巡航执行机构 气动式巡航执行机构的结构组成如图7 -8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图7 -8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
15、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CCS ECU的控制端连接;安全电磁阀线圈的另一端直接搭铁。,上一页,返回,第四节汽车巡航控制系统的控制过程,一、丰田汽车巡航控制系统的组成 丰田皇冠3. 0型轿车电动式巡航控制系统的控制部件主要有传感器(节气门位置传感器,1号车速传感器)、控制开关(巡航开关、驻车制动开关、双闸制动灯开关、自动变速系统的空挡启动开关或手动变速器的离合器开关等)、巡航电控单元CCS ECU、执行机构(电磁离合器、驱动电动机与电位计等)。CCS ECU线束插座上各接线端子的编号、代号以及连接部件的名称如表7一1所示,下一
16、页,返回,第四节汽车巡航控制系统的控制过程,二、丰田汽车巡航控制系统的控制过程 汽车所有电子控制系统都设有备用电源电路，电控单元的备用电源端子始终与蓄电池连接，不受任何开关控制，只受易熔线控制，以便汽车停驶时保存随机存储器RAM中的故障代码和临时存储的数据 (1)备用电源电路为:蓄电池正极易熔线ALT , MAIN 熔断器DOMECCS ECU端子“15( GATT )“ CCS ECU内部电路端子“13( GND”搭铁蓄电池负极。 (2)电源电路为:蓄电池正极易熔线ALT , AM1 点火开关“点火(ON )“挡熔断器ECU-IG巡航电控单元CCS ECU电源端子“14( B )“ CCS ECU内部电路端子“13( GND )“搭铁蓄电池负极。,下一页,上一页,返回,第四节汽车巡航控制系统的控制过程,(一)巡航控制电路与控制过程 接通巡航主开关时，仪表盘上的“巡航指示灯”发亮3 5s后将自动熄灭，此时巡航控制系统处于待命状态，只有当车速达到或超过40 km/h时，巡航控制系统才能投入工作。 (二)巡航控制状态的解除条件 在汽车以设定的巡航速度行驶过程
