汽車巡航系統(tǒng)課程設計.doc

審定成績：_ 現(xiàn)代汽車電控系統(tǒng)課程設計設計題目: 汽車巡航控制系統(tǒng)的設計 單 位（系別）：_ _學 生 姓 名：_ _專 業(yè)：_ _班 級：_ _學 號：_ _指 導 教 師：_填表時間： 2016 年 06 月摘要 本文論述了汽車定速巡航系統(tǒng)（CRUISE CONTROL SYSTEM）的作用、原理、使用功能，系統(tǒng)構成，具體應用，注意事項，未來的發(fā)展趨勢，做更深一層的解析，從而去探索研究改進方法，以完善汽車定速巡航系統(tǒng)（CCS）。汽車巡航控制系統(tǒng)是一種汽車輔助駕駛系統(tǒng)，英文名為Crusic Control System（CCS）,可以在40200km/h的車速范圍內啟動該系統(tǒng)中，認為的設定一個車速，巡航控制系統(tǒng)就會根據(jù)行駛阻力的變化，自動增減節(jié)氣門開度，使車保持一定車速，駕駛員將不需要操控油門，只要把握方向盤即可，從而大大減輕了駕駛員的疲勞強度和節(jié)省了燃油，同時還能減少交通事故的發(fā)生，系統(tǒng)即可自動控制汽車恒速行駛。因此，汽車巡航控制系統(tǒng)又稱為“恒速控制系統(tǒng)”。關鍵詞：巡航原理、巡航應用、，系統(tǒng)構成。目錄摘要2引言1第一章 汽車巡航控制系統(tǒng)簡介2一、定義2二、作用2三、功能2四、汽車巡航控制系統(tǒng)的類型2第二章 巡航系統(tǒng)的基本原理和構成3 一、巡航系統(tǒng)的基本原理3 二、巡航系統(tǒng)的基本構成3第三章 巡航控制系統(tǒng)的硬件4第四章 巡航控制系統(tǒng)的軟件10第五章 注意事項1第六章 巡航控制的使用1總結1參考文獻2引言汽車巡航系統(tǒng)CCS（Cruise Control System）自1961年在美國白宮首次應用以來，已經(jīng)成了高檔轎車的標準裝配。當汽車在高速公路上行駛時，接通巡航控制開關，設定目標車速，巡航控制系統(tǒng)將根據(jù)汽車行駛阻力的變化，自動增大或減小節(jié)氣門開度，使汽車設定的車速勻速行駛，以減輕駕駛員的勞動強度。采用巡航控制以后，避免了駕駛員操縱加速踏板，使汽車車速反復變化造成了運行工況頻繁變化，因此，不論是汽車的經(jīng)濟性、排放控制，還是行駛平順性、乘坐舒適性都得到很好的改善。新款寶來在原有裝備基礎上，又增加了ESP(電子穩(wěn)定程序)和CCS(巡航控制系統(tǒng)，德文縮寫是GRA)選裝裝備，并對車型作了新的定義，分為基本型、舒適型、豪華型、尊貴型等，汽車巡航控制系統(tǒng)(CCS)就是為解決此問題而誕生的。第一章 汽車巡航控制系統(tǒng)簡介一、定義定速巡航系統(tǒng)（CRUISECONTROLSYSTEM）縮寫為CCS，又稱為定速巡航行駛裝置、速度控制系統(tǒng)、自動駕駛系統(tǒng)等。按司機要求的速度合開關之后，不用踩油門踏板就自動地保持車速，使車輛以固定的速度行駛。采用了這種裝置，當在高速公路上長時間行車后，司機就不用再去控制油門踏板，減輕了疲勞，同時減少了不必要的車速變化，可以節(jié)省燃料。汽車在行駛中通過操縱調整開關，駕駛員不必踩踏油門調整車速，汽車也能以設定的車速進行定速行駛。二、作用汽車在采用了巡航控制系統(tǒng)（CCS）行駛時，駕駛員無需踩踏加速踏板，尤其在安裝自動變速器的汽車中，因不需使用離合器，只需手握方向盤就可輕松駕駛，從而駕駛員的右腳能過解放出來，減輕了駕駛員的疲勞強度，使整個駕駛過程變得舒適、輕松和簡便，降低了交通事故發(fā)生概率、提高了行車安全性。此外，使燃油的供給和發(fā)動機功轉速處于最佳配合狀態(tài)，減少有害氣體排放，有效降低燃油消耗，提高汽車的經(jīng)濟性和環(huán)保性，減少磨損延長壽命。三、功能巡航控制系統(tǒng)（CCS）功能有車速設定功能、消除功能、恢復功能、制動踏板消除功能、低速自動消除功能、加速功能、滑行功能、其他一些功能，如電子節(jié)油功能，油門加速功能，限速設定功能，剎車故障報警功能等。四、汽車巡航控制系統(tǒng)的類型汽車巡航控制系統(tǒng)的類型有“機械控制系統(tǒng)”、“晶體管控制系統(tǒng)”、“模擬集成電路控制系統(tǒng)”、“微機控制系統(tǒng)”等，現(xiàn)在新型汽車基本上都采用了微機控制的汽車巡航控制系統(tǒng)。第二章 巡航系統(tǒng)的基本原理和構成一、巡航系統(tǒng)的基本原理汽車巡航控制系統(tǒng)（CCS）原理如圖2-1所示。它包括控制器、節(jié)氣門執(zhí)行器、發(fā)動機及變數(shù)器車速傳感器和操縱開關等部分。控制器有線性放大器和積分放大器組成，有兩個輸入信號，一個是實際車速的反饋信號，由車速傳感器檢測后反饋給控制器，另一個是駕駛員按要求直接設定車速，控制器檢測辨別不同信號后，產(chǎn)生一個控制信號送至節(jié)氣門執(zhí)行器，節(jié)氣門執(zhí)行器根據(jù)所接收到的信號調節(jié)發(fā)動機節(jié)氣門開度，從而保證車速穩(wěn)定性?？刂破髯鳛檠埠娇刂频暮说暮诵牟考顬橹匾?圖2-1汽車巡航控制系統(tǒng)執(zhí)行原理圖二、巡航系統(tǒng)的基本構成汽車巡航控制系統(tǒng)主要由控制開關、節(jié)氣門執(zhí)行器、發(fā)動機及變數(shù)器車速傳感器和操縱開關等部分組成。第3章 巡航控制系統(tǒng)的硬件1.巡航控制開關下圖為奔馳汽車的巡航控制開關，它有“LIN”、“ON”、“+”、“-”等按鈕。巡航的基本功能：啟動巡航、設定車速、降低巡航車速、提高巡航車速、關閉巡航、重啟巡航。這里選用撥動開關SK13D07/SK-13D07。其實物圖如圖2-2，開關組成為圖2-3 圖2-2實物圖 圖2-3開關組成 在汽車巡航控制系統(tǒng)，許多控制量都為開關量，當開關動作時芯片識別高低電平，并實現(xiàn)相應的控制輸出。2.傳感器開關輸出型位置傳感器 節(jié)氣門位置傳感器是把節(jié)氣門的位置或開度轉換成電壓信號，然后傳輸給電控單元，作為電控單元判定發(fā)動機運行工況的依據(jù)，實現(xiàn)噴油量在不同節(jié)氣門開度下控制。節(jié)兩種類型：一種是開關式節(jié)氣門位置傳感器，是模擬節(jié)氣門位置傳感器，實物圖如圖2-4，原理圖如圖2-5。圖2-4開關輸出型位置傳感器實物圖 圖2-5開關輸出型位置傳感器原理圖車速傳感器 車速傳感器的輸出信號可以是磁電式交流信號，也可以是霍爾式數(shù)字信號或者是光電式數(shù)字信號，車速傳感器通常安裝在驅動橋殼或變速器殼內，通過指針擺動來顯示汽車行駛速度，或產(chǎn)生交變電流信號，通常由帶兩個接線柱的磁芯及線圈組成。這兩個線圈接線柱是傳感器輸出的端子，轉化為電流振幅表示車速。 車速傳感器檢測電控汽車的車速，控制電腦用這個輸入信號來控制發(fā)動機怠速，自動變速器的變扭器鎖止，自動變速器換檔及發(fā)動機冷卻風扇的開閉和巡航定速等其它功能。車速傳感器選用的是Allegro公司的A3144，其實物圖如圖2-6所示： 圖2-6車速傳感器Allegro的A3144實物圖3.執(zhí)行器執(zhí)行器接收ECU的控制指令信號，電動或氣動方式操縱節(jié)氣門，改變節(jié)氣門開度，使車輛作加速、減速及定速行駛。執(zhí)行器通常為電動式和氣動式兩種。執(zhí)行器實物為圖2-7：圖2-7法國Bernard伯納德電動式執(zhí)行器 1) 輸入信號：420mA（或15V）DC等。2) 輸入通道電阻：2503) 輸入通道個數(shù)：1個（分立式為3個）4) 基本誤差：1%5) 回差：1%6) 死區(qū)：0.55%連續(xù)可調7) 阻尼特性：無擺動8) 電源電壓：三相380V50Hz，單相220V50Hz9) 工作環(huán)境：溫度：-1070，定位器-1055，濕度：85%周圍空氣不含有腐蝕性物質。10) 防護等級：符合IECI45IP65（即防雨防塵）；位置定位器GAMX符合IECI45IP444.微處理器決定了控制系統(tǒng)的軟件開發(fā)以及硬件連接等一系列的問題，他是整個控制系統(tǒng)的核心部分。對于汽車巡航控制系統(tǒng)來說，在微處理器的選擇更為重要，這里選用80C52片機。80C52內置8位中央處理單元、256字節(jié)內部數(shù)據(jù)存儲器RAM、8k片內程序存儲器（ROM）32個雙向輸入/輸出(I/O)口、3個16位定時/計數(shù)器和5個兩級中斷結構，一個全雙工串行通信口，片內時鐘振蕩電路。實物圖如圖2-8所示,引腳圖如圖2-9所示：圖2-8 STC90C512AD單片機實物圖 圖2-9 80C52單片機引腳圖標準MCS-51內核和指令系統(tǒng)；片內8kROM(可擴充64kB外部存儲器)； 32個雙向I/O口；256x8bit內部RAM(可擴充64kB外部存儲器)；3個16位可編程定時/計數(shù)器；時鐘頻率3.5-12/24/33MHz；向上或向下定時計數(shù)器；改進型快速編程脈沖算法；6個中斷源；5.0V工作電壓；全雙工串行通信口；布爾處理器；幀錯誤偵測；4層優(yōu)先級中斷結構；自動地址識別；兼容TTL和CMOS邏輯電平；空閑和掉電節(jié)省模式；PDIP(40)和PLCC(44)封裝形式。5.控制器(ECU) 巡航控制電控單元(CCSECU)巡航控制電控單元是整個巡航控制系統(tǒng)的中樞，它的作用是接收傳感器和開關等信號，將信號處理后，產(chǎn)生輸出控制信號，驅動執(zhí)行機構動作，以實現(xiàn)車輛的恒速行駛。電控單元分模擬式電子控制器和數(shù)字式電子控制器兩種形式。 6.電源電路電源系統(tǒng)是汽車各系統(tǒng)設計的重要環(huán)節(jié)，如果設計不合理將會造成各系統(tǒng)之間不能協(xié)調進行。這里選用LM7805三端穩(wěn)壓集成電路。LM7805三端穩(wěn)壓IC來組成穩(wěn)壓電源所需的外圍元件極少，電路內部還有過流、過熱及調整管的保護電路，使用起來可靠、方便、經(jīng)濟實惠。LM7805集成穩(wěn)壓器的典型應用電路圖，如圖11所示，是一個輸出正5V直流電壓的穩(wěn)壓電源電路。C1、C2、C3、C4分別為輸入端和輸出端濾波電容，R1為負載電阻。當輸出電流較大時，LM7805應配上散熱板。78*系列的穩(wěn)壓集成塊的極限輸入電壓是36V，最低輸入電壓比輸出電壓高3-4V。還要考慮輸出與輸入間壓差帶來的功率損耗，所以一般輸入為9-15V之間。實物圖如圖2-11所示,電路圖如圖2-12所示： 圖2-11 LM7805實物圖 圖2-12 LM7805集成穩(wěn)壓器應用電路圖7.巡航控制系統(tǒng)信號處理電路原理圖：在汽車巡航控制系統(tǒng)中，許多控制量都為開關量，即當開關動作時80C51芯片識別高、低電平，并作出相應的控制反應。巡航控制開關主要包括主控開關和制動開關。主控開關包括電源開關和巡航開關，其中巡航開關又由“設置(SET)”、“恢復(RESET)”、“加速（ACC)”、“減速(COAST)”和“取消(CANCEL)”組成。各開關量信號經(jīng)處理電路處理后分別輸入至80C51的P0輸入輸出口，分別對應P0.0、P0.1、P0.2、P0.3、P0.4引腳。巡航開關各按鍵均采用復位開關。制動開關包括手制動開關和腳制動開關兩種。當按下制動開關時信號處理電路的輸出為高電平，未按開關時輸出為低電平，處理后的信號分別輸入至80C51的P0.5和P0.6引腳。巡航控制系統(tǒng)信號處理電路原理圖如圖2-13所示圖2-13巡航控制系統(tǒng)信號處理電路原理圖圖2-14汽車巡航系統(tǒng)車速信號第四章 巡航控制系統(tǒng)的軟件設計為了使系統(tǒng)能夠快速高效穩(wěn)定地運行，合理的程序結構、良好的開發(fā)環(huán)境和軟件設計思想是非常重要的。在系統(tǒng)軟件的開發(fā)過程中，軟件設計要保證控制的快速實時性、結構的合理性，并具有發(fā)生故障后的快速解脫和排除故障的能力。汽車巡航控制系統(tǒng)軟件結構圖如圖3-1所示。圖3-1汽車巡航控制系統(tǒng)軟件流程圖首先，對程序中所涉及到的各模塊初始運行狀態(tài)和相應的控制寄存器等進行初始化。然后，判斷“恢復”鍵是否按下，如果按下則按照原先儲存的目標車速巡航，如果沒有按下“恢復”鍵則開始判斷“設置”鍵是否按下。當“巡航”鍵按下，并且如果此時采樣車速在40km/h180km/h 范圍內，則進入循環(huán)執(zhí)行的主體部分。當沒有“加速”或“減速”鍵按下時，將采樣車速設定為目標車速；當有“加速”或“減速”信號輸入時，則將修改后的車速設定為目標車速。在確定目標速度后，采用模糊PID 方法控制實際車速，當有“取消”或制動信號輸入時，則結束巡航控制程序，否則進行主體部分的循環(huán)。 CCS系統(tǒng)工作時，汽車速度通過車速傳感器以脈沖形式傳出，通過轉換成與車速成正比的直流電壓。當駕駛員按下開關，控制器ECU就能存儲此時的行駛速度(電壓)，自我調整控制巡航工作狀態(tài)，存儲電路設定與該瞬時車速相對應的節(jié)氣門開度電壓。ECU就會記憶此刻的目標車速，并據(jù)此進行恒定的車速行駛。設定車速與汽車的實際車速都輸入到CCS EDU的比較電路中，CCS EDU根據(jù)比較結果經(jīng)補償電路向執(zhí)行部件輸出控制信號，由執(zhí)行部件輸出信號，決定節(jié)氣門開度最佳值，并使增速或減速控制電路工作，由ECU發(fā)出指令驅動執(zhí)行裝置，調節(jié)節(jié)氣門開度，從而使汽車車速恒定不變。硬件設計框圖如圖4-1第五章 注意事項為使汽車獲得最佳控制，當遇到交通阻塞或在雨、冰、雪等濕滑路面上行駛或遇到大風天氣時，不要使用CCS。為避免CCS誤工作，在不使用CCS時，務必使 CCS的控制開關處于關閉狀態(tài)。汽車行駛在陡坡時，使用CCS會引起發(fā)動機轉速過大，因此最好不要使用。下坡駕駛時，應避免加速行駛。若車輛的實際行駛速度叫設定車速高出很多，則忽略巡航控制，然后將變速器換入低擋，利用發(fā)動機制動控制車速。車速巡航行駛時，對裝備MT的汽車應在踩下離合器踏板時將變速桿置于空擋，否則發(fā)動機轉速會急劇升高。使用CCS要注意觀察組合儀表上的CRUISE指示燈是否閃亮，若閃亮，則表明CCS處于故障狀態(tài)。此時，應停止使用CCS，待排除故障后在使用。ECU是CCS的中樞，對電磁環(huán)境、濕度及機械振動等有較高的要求。CCS對以上各方面覺進行洛克全面的防護，有較強的適應能力。使用時應注意以下幾點：a、保持汽車發(fā)電機及其電壓調節(jié)器處于良好的技術狀態(tài)。b、必須保證車輛的蓄電池與發(fā)動機、車身的良好連接。c、保持EECU電源接插件連線正確，連接可靠。d、注意ECU防潮、防震、防磁、防污染。第6章 巡航控制的使用1、 啟動車速巡航車速將滑動開關A置于ON位置可接通車速控制系統(tǒng)。2、 設定巡航車速系統(tǒng)啟動后，轎車達到所需車速時，按一下按鈕B（SET），即可使轎車以此車速持續(xù)行駛。設定巡航車速后，仍可按常規(guī)方法用油門踏板進行加速，松開油門踏板后，系統(tǒng)以將車速恢復至設定的巡航車速。但若加速后，車速超過巡航車速10公里/小時以上，并以此車速持續(xù)行駛5分鐘以上，則必需重新設定巡航車速。3、 降低巡航車速按壓按鈕SET，車速降低1.5公里/小時；若按住按鈕，則轎車將持續(xù)降低車速，一但松開按鈕，當時的行駛速度被儲存在存儲器內。若在車速于40公里/小時則松開按鈕SET，則存值即被刪除，此時，若需要，可用按鈕SET，在車速超過40公里/小時則重新設定巡航車速。4、 提高巡航車速無需踩油門踏板，將滑動開關A拔至RES位置即可提高設定的巡航車速。每按一次開關RES，車速提高1.5公里/小時：若按住開關，則轎車將持續(xù)提高車速，一旦松開開關RES，當時的行駛速度被儲存在存儲器內。5、 暫時關閉巡航控制系統(tǒng)踩下制動踏板或離合器踏板，或將滑動開關拔至OFF位置，即可暫時關閉系統(tǒng)此時設定的巡航車速仍儲存在存儲器內。若需要恢復設定的巡航車速，松開制動踏板或離合器踏板，或將開關A 拔至RES即可。若暫時關閉系統(tǒng)時未存儲設定的巡航車速，則可按下述方法，滑動開關A設定一新的巡航車速。先將開關A拔至RES位置，并保持在該位置，直至達到需設定的車速。松開開關，即可將設定的車速儲存在系統(tǒng)內。6、 完全關閉巡航控制系統(tǒng)將滑動開關拔至OFF位置，或轎車處于靜止狀態(tài)時關閉點火開關，則系統(tǒng)將被完全關閉?？偨Y通過本次課程設計，我上網(wǎng)查閱相關資料發(fā)現(xiàn)，汽車巡航系統(tǒng)從很早就開始研發(fā)，通過幾十年的時間逐漸普及，如今帶巡航控制系統(tǒng)的汽車售價越來越親民，幾萬元的高配車型上都有簡單的巡航控制系統(tǒng)。同時我了解到汽車巡航控制系統(tǒng)自1961年在美國首次應用，該系統(tǒng)已經(jīng)在各品牌中高端車型上廣泛出現(xiàn)，尤其是近幾年世界各國高速公路的通車里程增多，擴大了汽車巡航控制系統(tǒng)大顯身手的空間，因此巡航控制系統(tǒng)在汽車上的應用也越來越多。如別克（BUICK）君越、凱迪拉克（CADILAC）ATS、豐田皇冠（CROWN）、凱美瑞（CAMRY）、雷克薩斯rs（LEXUS）、奔馳（Mercedes-Benz）S400、寶馬（BMW）750li等車型都裝有巡航控制系統(tǒng)。隨著大規(guī)模集成電路及微機控制技術的發(fā)展，巡航控制系統(tǒng)的計算機、執(zhí)行元件更趨小型化，向智能型、復合控制發(fā)展，新的控制理論也將得到應用。我國汽車巡航控制系統(tǒng)研究起步較晚，與國外汽車工業(yè)發(fā)達國家存在較大的差距，但當前我們企業(yè)工業(yè)發(fā)展迅速，技術研發(fā)能力也得到提升，因而在追求汽車安全、節(jié)能、舒適的潮流中，汽車巡航控制系統(tǒng)在我國有著廣泛的研究和應用前景。雖然在使用過程中存在一些弊端，很多巡航系統(tǒng)針對中國本地化適配不完善，但也在一步步改善，現(xiàn)在的定速導航系統(tǒng)已經(jīng)逐步走向成熟，相信在不久的將來，此項技術會完美呈現(xiàn)在人們的生活旅行中。 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