◆文/山東 王振龍

巡航控制系統(tǒng)(Cruise Control System)簡稱CCS，該系統(tǒng)對汽車速度和行駛狀態(tài)進(jìn)行調(diào)節(jié)和控制，以減輕駕駛員的疲勞強(qiáng)度，提高行車安全性以及舒適性。汽車巡航控制系統(tǒng)如圖1所示，下文將介紹主動巡航控制系統(tǒng)。

一、系統(tǒng)簡介

主動巡航控制系統(tǒng)(Adaptive Cruise Control，自適應(yīng)巡航控制系統(tǒng))簡稱ACC，是在定速巡航系統(tǒng)(DCC)的基礎(chǔ)上開發(fā)的另一種巡航系統(tǒng)，它能夠自動保持車輛的巡航速度、保持本車與前方車輛設(shè)定的安全距離。ACC系統(tǒng)提高了駕駛舒適性，減少了對油門踏板、制動踏板的操作，大大緩解了駕駛員長途駕駛的疲勞強(qiáng)度。

ACC系統(tǒng)模仿蝙蝠超聲波定位飛翔的原理，使汽車按照駕駛員的意圖保持與前車的距離。車輛前方裝有一個毫米波雷達(dá)傳感器，用來探測前方車輛與本車的距離，如果車距大于設(shè)定值，車輛會自動加速直至達(dá)到設(shè)定車速；如果小于設(shè)定值，車輛會自動減速。減速通過三種方式實現(xiàn)：①降低發(fā)動機(jī)扭矩(減小TPS開度)；②換低速擋(配置AT變速器)；③施加制動。

如果以上三種措施沒有達(dá)到預(yù)定車速，系統(tǒng)將通過儀表警示燈及聲音系統(tǒng)提示駕駛員介入實施制動，如果車距過小有碰撞的趨勢，系統(tǒng)的警示頻率將會加快，同時關(guān)閉車窗，收緊安全帶，加大制動力矩。

1.系統(tǒng)功能

ACC系統(tǒng)有四大功能：①測量前方車輛車距；②測量前方車輛車速；③測量前車位置；④選擇跟蹤車輛。

2.工作條件

ACC不是全自動駕駛系統(tǒng)，主要適用于高速公路和城鄉(xiāng)公路進(jìn)行前進(jìn)直線行駛，只有滿足下列條件才能工作：①本車前方只有一輛車；②前車距離、速度、方位角被準(zhǔn)確測量；③系統(tǒng)無故障，電控單元正確分析傳感器數(shù)據(jù)；④車速在30～210km/h；⑤活動物體(ACC對固定目標(biāo)無法做出反應(yīng))；⑥晴朗天氣(惡劣天氣如雨、雪、泥水，由于雷達(dá)的探測視野受到影響，故影響ACC系統(tǒng)的穩(wěn)定性)。

二、工作原理

圖2為ACC系統(tǒng)的工作原理。駕駛員通過ACC控制開關(guān)設(shè)置巡航車速與前車安全距離，設(shè)置內(nèi)容及工作情況通過儀表直觀顯示。

車距傳感器、車速傳感器、轉(zhuǎn)向角度傳感器監(jiān)控汽車行駛狀態(tài)并把信息輸送到ACC、ECU，其具體工作過程如下：①當(dāng)主車前方無行駛車輛時，主車處于普通的巡航狀態(tài)，ACC系統(tǒng)按照設(shè)定的車速對主車進(jìn)行勻速控制。②當(dāng)主車前方有目標(biāo)車輛時，前車車速小于主車，ACC系統(tǒng)通過電子制動助力器控制主車減速，確保兩車的車距為設(shè)定距離，主車減速到理想車速時跟隨前車行駛。③前車變道或主車駛向其他無車道路時，ACC系統(tǒng)向TPS發(fā)送指令使車輛加速到設(shè)定車速，車速恢復(fù)后，ACC系統(tǒng)又轉(zhuǎn)為勻速控制。④當(dāng)駕駛員參與駕駛時，ACC自動退出對車輛的控制。

三、部件組成與結(jié)構(gòu)

1.多功能方向盤及操作撥桿

多功能方向盤左側(cè)的按鈕(見圖3)是ACC系統(tǒng)的操控中心，按鍵功能如下：

ON/OFF：開啟關(guān)閉鍵。

SET：設(shè)置當(dāng)前車速，通過下方“+”、 “-”按鍵調(diào)整理想車速。

RES：復(fù)位按鍵，將車速復(fù)位到設(shè)置速度，通過下方“+” 、“-”按鍵重新調(diào)整車速。

CANCEL：取消按鍵。

ACC系統(tǒng)設(shè)定值存儲在轉(zhuǎn)向柱控制單元。制動踏板、油門踏板、擋位動作時，ACC系統(tǒng)停止工作。有些車輛為了使駕駛員操作簡便，在方向盤左下方設(shè)置了專用操作撥桿，其具體功能如圖4所示。

2.組合儀表上的ACC顯示器

汽車儀表盤中央為多功能顯示器，ACC系統(tǒng)工作狀況在顯示器上一目了然。車速表外圓由二極管指示ACC系統(tǒng)設(shè)置車速。當(dāng)ACC系統(tǒng)出現(xiàn)故障時屏幕如圖5所示。

3.車距傳感器、車距控制單元

(1)安裝位置

傳感器安裝在前保險杠中央或車標(biāo)后部位置。

(2)構(gòu)造

傳感器和控制單元集成為一體，控制單元把前車的速度、位置經(jīng)計算處理后把需要調(diào)整的數(shù)據(jù)通過CAN總線發(fā)送到ECU、ESP、AT控制單元。

車距傳感器護(hù)蓋采用雷達(dá)信號可穿透的金屬銦作為鍍層，因此裝用ACC系統(tǒng)的車標(biāo)不能互換。為防止雨、雪、冰對傳感器的影響，護(hù)蓋表面通電可產(chǎn)生熱量。為保證傳感器工作的可靠性，護(hù)蓋表面應(yīng)保持清潔，事故車修復(fù)時傳感器及車標(biāo)應(yīng)避免油漆、不干膠附著在表面。

(3)車距傳感器工作原理

車距傳感器(見圖6)依靠電磁波工作，以光速發(fā)射出調(diào)頻信號，經(jīng)物體反射后接收返回信號。信號自發(fā)射出到接收的時間差值經(jīng)控制單元計算后即為前車的距離。

發(fā)射波為高頻連續(xù)三角波，頻率隨時間變化。雷達(dá)接收的回波頻率與發(fā)射的頻率波形相同，只是有一個時間差，電控單元利用時間差可計算出目標(biāo)距離。

ACC系統(tǒng)將頻率變化(調(diào)頻)速率為200MHz/ms的超高頻震蕩波(頻率隨時間變化)作為發(fā)射信號，頻率為76.5GHz的載波信號(見圖7)作為輸送載體。

發(fā)射信號和接收信號的頻率差取決于物體之間的距離，距離越大，頻率差就越大(見圖8)。

①車速測量

當(dāng)鳴著警笛的汽車由遠(yuǎn)處經(jīng)過觀察者時，汽笛的聲調(diào)會由高變低，這是因為聲波振動的頻率決定聲調(diào)的高低。聲波頻率高，聲調(diào)聽起來就高，反之則聽起來較低，這種現(xiàn)象就是多普勒效應(yīng)。

應(yīng)用多普勒效應(yīng)原理可確定前車的速度。當(dāng)兩車的距離減小時，前車反射回來的波形頻率提高(密)；當(dāng)兩車距離增大時，這個頻率就會降低(稀)，電控單元根據(jù)頻率變化計算出前車的速度。如圖9所示，前車加速，兩車距離加大，由前車反射回來的雷達(dá)波Δf0頻率降低，電控單元根據(jù)發(fā)射和接收的頻率差值Δf1、Δf2計算出前車速度。

②位置測量

雷達(dá)探測信號的強(qiáng)度隨發(fā)射距離的加大而減弱。傳感器發(fā)射三束不同角度的雷達(dá)波，當(dāng)其中一束雷達(dá)波探測到前方車輛時，反射回的雷達(dá)波信號強(qiáng)度降低，其他兩束由于沒有探測到物體故沒有返回波，電控單元根據(jù)三束雷達(dá)波發(fā)射、返回的信號強(qiáng)度可確定前方車輛的位置。

③目標(biāo)確定

汽車在實際行車時，如在高速公路、多車道路面及轉(zhuǎn)彎時，雷達(dá)視野會出現(xiàn)多輛車。ACC系統(tǒng)需要參照車身擺動信號、方向盤轉(zhuǎn)角信號、VSS信號確定前車具體目標(biāo)并保持設(shè)定的距離。

汽車直線行駛時，輪速信號、車身擺動信號、方向轉(zhuǎn)角信號都是定值。ACC系統(tǒng)通過接收回聲波分析哪輛車離本車距離較近，哪輛車在雷達(dá)視野存在的時間較長，就會確定那輛車為巡航目標(biāo)車輛。

轉(zhuǎn)彎時確定前車目標(biāo)(見圖10)，方向轉(zhuǎn)角信號確定汽車轉(zhuǎn)彎半徑R，汽車前風(fēng)擋玻璃處高清攝像機(jī)確定車道寬度B，ACC系統(tǒng)根據(jù)R、B計算出模擬車道。ACC系統(tǒng)根據(jù)模擬車道上出現(xiàn)的最近物體作為目標(biāo)調(diào)節(jié)本車車速。在駛離或駛出彎道時，可能出現(xiàn)下列情況：本車道距離最近目標(biāo)丟失，ACC系統(tǒng)把相鄰車道上的汽車作為目標(biāo)車輛調(diào)節(jié)本車距離，進(jìn)行短時減速或加速。這是系統(tǒng)本身原因，并不表示有故障。

4.電子制動助力器

電子制動助力器(EBS)接受ACC控制單元的指令，自動施加制動，并控制制動力矩，使制動過程輕柔、舒適，其結(jié)構(gòu)如圖11所示。

制動壓力傳感器把制動主缸油壓輸送到電子制動控制單元，控制單元根據(jù)此信號控制制動壓力的大小。

膜片位置傳感器測量膜片變形量的大小，電控單元根據(jù)制動壓力信號、膜片位置信號可計算出比較精確的制動力。

釋放開關(guān)向EBS-ecu輸送開關(guān)信號，EBS-ecu根據(jù)輸送信號區(qū)分制動過程是機(jī)械制動還是電子制動。

(1)工作原理

電子制動時：①控制推桿不動作，釋放開關(guān)1接通，電路1接通，開關(guān)信號輸送到EBS-ecu。②EBS-ecu根據(jù)ACC系統(tǒng)的要求控制制動力矩，如果力矩不夠向儀表系統(tǒng)發(fā)送輔助提示請求，那么儀表系統(tǒng)接收請求后會在顯示屏幕上用聲光提示駕駛員輔助制動，見圖12。

機(jī)械制動時：駕駛員踩制動踏板，推桿向左移動，釋放開關(guān)觸點2接通，開關(guān)信號輸送到電子制動控制單元。電控單元接收信號辨別出機(jī)械制動工作，電子制動系統(tǒng)此時處于待命狀態(tài)，見圖13。

(2)比例控制閥

比例控制閥是電磁閥的一種，接收電控單元的指令控制空氣進(jìn)入膜片室的多少，控制線圈電流大小與閥門開度成正比。比例控制閥只在電子制動時工作，其工作原理如下：

①建立壓力，線圈通電，進(jìn)氣滑閥在電磁吸力的作用下克服彈簧力向左移動，進(jìn)氣閥封口開啟，外界空氣由此進(jìn)入工作室，膜片左邊的真空吸力大于右邊的大氣壓力，膜片左移推動制動總泵產(chǎn)生制動力，見圖14。

②保持壓力，線圈電流減小，產(chǎn)生的磁吸力相應(yīng)也減小，回位彈簧彈力大于電磁吸力，進(jìn)氣閥右移，進(jìn)氣閥封口關(guān)閉。膜片保持當(dāng)前位置，制動總泵保持當(dāng)前的制動力，見圖15。

③釋放壓力，線圈斷電，磁吸力消失。在回位彈簧的作用下，進(jìn)氣閥帶動盤形封口繼續(xù)向右移動，排氣閥封口開啟。工作室內(nèi)的空氣經(jīng)排氣閥封口進(jìn)入真空室后被發(fā)動機(jī)抽出，膜片兩端壓力平衡，膜片回位彈簧被推回原位置，制動總泵無液壓油輸出，見圖16。

四、ACC系統(tǒng)功能

1.使汽車勻速行駛

如果本車前方?jīng)]有車輛行駛或車距控制傳感器在探測區(qū)域內(nèi)沒有探測到車輛，則ACC系統(tǒng)按照駕駛員的設(shè)定車速行駛。

2.自動降低車速

如果同車道上前車行駛速度較慢，ACC系統(tǒng)會自動減小發(fā)動機(jī)的扭矩，并隨時施加制動將兩車距離調(diào)節(jié)到駕駛員預(yù)設(shè)的車速。當(dāng)有車速較低的車輛插入本車前方時，ACC系統(tǒng)通過減速使本車速度與前車速度一致。

3.自動增加車速

當(dāng)車距控制傳感器探測到前方車輛加速或變換行車道時，如果本車小于設(shè)定速度，ACC系統(tǒng)自動增加發(fā)動機(jī)扭矩使汽車達(dá)到設(shè)定車速。

4.ACC系統(tǒng)的盲區(qū)

傳感器的有效探測區(qū)域為±12°，由于傳感器探測不到視野之外的區(qū)域，所以ACC系統(tǒng)不工作。如緊鄰車旁迅速插入或者在傳感器盲區(qū)內(nèi)的道路使用者(如摩托車)，系統(tǒng)將不能對其作出反應(yīng)。

五、ACC系統(tǒng)工作范圍

1.車速對ACC系統(tǒng)的影響

當(dāng)車速為100km/h 時，制動距離為41.63m，因此高速公路規(guī)定跟車距離不能小于100m。為增加行車安全，車距控制傳感器最大能探測到前方150m的距離，因此ACC系統(tǒng)最高限速180km/h，某些車型最高限速為200km/h。

當(dāng)車速低于30km/h時，駕駛員有足夠的反應(yīng)時間處理突發(fā)事故，因此ACC系統(tǒng)不工作。ACC系統(tǒng)雖能自動降低車速，但不能完全取代制動系統(tǒng)。如在ACC工作范圍(30～180km/h)有車輛突然插入本車前方或本車正在接近前方車輛，此時ACC系統(tǒng)通過電控制動助力器緊急降低車速。為預(yù)防碰撞事故的發(fā)生，只要時速大于30km/h，ACC就會提醒駕駛員輔助制動。考慮到舒適性，ACC的減速度小于最大減速度的30%。

2.轉(zhuǎn)彎半徑對ACC系統(tǒng)的影響

ACC系統(tǒng)的有效工作半徑r 大于500m。當(dāng)r小于500m 時，ACC系統(tǒng)處于模糊控制區(qū)域，其工作性能不穩(wěn)定。如圖17所示，綠車的行車道前方?jīng)]車，但是ACC可能會對右側(cè)行車道上行駛的藍(lán)色車作出反應(yīng)。

六、ACC與其他系統(tǒng)的網(wǎng)絡(luò)通訊

車距控制傳感器經(jīng)制動助力器控制單元EBS-ecu中的總線繼電器連接到CAN總線，并與EBS-ecu、ECU、組合儀表、轉(zhuǎn)向柱電子控制單元、自動變速器控制單元、ABS控制單元(帶EDL系統(tǒng))進(jìn)行信息交流。

七、ACC系統(tǒng)的檢修

車距控制傳感器和制動助力控制單元監(jiān)測ACC系統(tǒng)是否有故障。當(dāng)系統(tǒng)有故障時，使用專用檢測儀器(見圖18)可查詢。車距控制傳感器安裝在汽車前部外露位置，雨雪天氣碰撞事故極易發(fā)生，如果傳感器損壞，CAN系統(tǒng)關(guān)閉，汽車動力傳動系統(tǒng)失效，相關(guān)總成(發(fā)動機(jī)、變速器)不工作，此時需通過制動助力器控制單元內(nèi)的總線繼電器關(guān)閉車距傳感器。傳感器更換、事故整形后需對傳感器位置進(jìn)行校正，校正傳感器(見圖19)需用四輪定位儀和專用設(shè)備調(diào)整相關(guān)螺釘，也可調(diào)節(jié)傳感器水平角度、垂直角度。