曹超，班艷琴，張建強(qiáng)，郭忠蕊

（安徽江淮汽車集團(tuán)股份有限公司，安徽 合肥 230022）

前言

定速巡航系統(tǒng)(CRUISE CONTROL SYSTEM) 縮寫為CCS，又稱為定速巡航行駛裝置，自動(dòng)駕駛系統(tǒng)等。其作用是：按司機(jī)要求的速度合開關(guān)之后，不用踩油門踏板就自動(dòng)地保持車速，使車輛以固定的速度行駛。定速巡航原理主要是通過(guò)巡航控制組件讀取車速傳感器發(fā)來(lái)的脈沖信號(hào)與設(shè)定的速度進(jìn)行比較，通過(guò)精準(zhǔn)的電子計(jì)算發(fā)出指令，保證車輛在設(shè)定速度下的最精準(zhǔn)供油量。本文主要探索某輕卡定速巡航不穩(wěn)的原因及改進(jìn)措施。

1 故障問(wèn)題回顧

1.1 問(wèn)題背景

某輕卡車型在市場(chǎng)反饋巡航車速不穩(wěn)定，主要表現(xiàn)為：?jiǎn)?dòng)巡航，車速設(shè)定在100km/h時(shí)，儀表盤讀數(shù)不變，但駕駛員能感受到車輛不時(shí)前竄和減速，經(jīng)過(guò)診斷儀檢測(cè)，得知在該狀態(tài)下，實(shí)際車速在97km/h～100km/h之間頻繁波動(dòng)。

1.2 問(wèn)題確認(rèn)

在定遠(yuǎn)試驗(yàn)場(chǎng)高環(huán)跑道對(duì)未出廠的該車進(jìn)行巡航路試（變速箱檔位為最高檔）：儀表指針在 100km/h時(shí)開啟巡航后，儀表指針在100-111不停擺動(dòng)，車輛有抖動(dòng)感；且真實(shí)車速為 100km/h時(shí)，發(fā)動(dòng)機(jī)接收到的車速信號(hào)在 93.5-104 km/h之間不斷變化，誤差范圍達(dá)10.5%，大于發(fā)動(dòng)機(jī)對(duì)車速信號(hào) 2%的誤差要求，發(fā)動(dòng)機(jī)需不斷的對(duì)油門進(jìn)行調(diào)整。確認(rèn)存在兩個(gè)問(wèn)題：

1）車速表指針上下浮動(dòng)較大。

2）駕駛員和乘員能感受到車輛前后不停竄動(dòng)的抖動(dòng)感。

2 原因分析

2.1 定速巡航控制原理

定速巡航系統(tǒng)是經(jīng)過(guò)采集車速信號(hào)，計(jì)算分析并對(duì)比設(shè)定車速，通過(guò)控制電子油門傳感器輸出的信號(hào)，控制節(jié)氣門開啟大小的調(diào)整，來(lái)實(shí)現(xiàn)對(duì)車輛速度的控制。定速巡航功能開啟后，定速巡航模塊會(huì)通過(guò)電子油門傳感器輸出的信號(hào)，精確計(jì)算為保持當(dāng)前定速巡航速度，需要控制節(jié)氣門開啟的角度大小，從而使得氣、油精確配合，來(lái)達(dá)到定速巡航所設(shè)定的行駛速度。

圖1 巡航控制原理圖

車速傳感器一般位于變速箱上，檢測(cè)輸出軸上的轉(zhuǎn)速來(lái)獲取車速信號(hào)，車速信號(hào)經(jīng)過(guò)頻率轉(zhuǎn)化模塊降頻后發(fā)到儀表中，儀表一方面自己使用，另一方面被降頻后的車速信號(hào)發(fā)送到CAN總線，供ECU使用，ECU分析對(duì)比設(shè)定車速，實(shí)現(xiàn)對(duì)電子油門的精確控制。

2.2 發(fā)動(dòng)機(jī)廠家相關(guān)要求

目前獲取了康明斯、邁思福、錫柴、濰柴發(fā)動(dòng)機(jī)關(guān)于巡航的相關(guān)要求，對(duì)比說(shuō)明如下：

1）ECU電控原理圖要求，不同廠家針腳定義位置不同，對(duì)應(yīng)開關(guān)信號(hào)要求基本相同；

2）巡航控制邏輯：最低巡航車速設(shè)定不同，增速減速步進(jìn)速度設(shè)定不同，退出邏輯基本相同；

3）發(fā)動(dòng)機(jī)ECU對(duì)整車提供的車速信號(hào)精度要求不同。

圖2 發(fā)動(dòng)機(jī)車速精度要求

2.3 整車車速信號(hào)精度測(cè)試

該車型匹配的車速里程表傳感器，由變速箱輸出軸通過(guò)蝸輪蝸桿機(jī)構(gòu)機(jī)械驅(qū)動(dòng)傳感器輸入軸，每轉(zhuǎn)輸出8個(gè)脈沖信號(hào)。在高環(huán)采集的匹配此傳感器的一組整車CAN車速信號(hào)。

最高車速信號(hào)：96.4km/h，最低車速信號(hào)：91.1km/h，基準(zhǔn)車速94，誤差5.6%。

車輛巡航時(shí)發(fā)動(dòng)機(jī)接收到的車速信號(hào)不能滿足±1%的精度要求，故可初步判斷車速信號(hào)精度為影響定速巡航穩(wěn)定性的關(guān)鍵要素。

3 改進(jìn)方案

3.1 提高現(xiàn)有傳感器精度

3.1.1 現(xiàn)傳感器的信號(hào)精度

要求廠家對(duì)現(xiàn)供貨傳感器和改進(jìn)的傳感器進(jìn)行臺(tái)架測(cè)試，誤差波動(dòng)范圍較大（3%-29%），不能滿足要求。

3.1.2 尋找新的傳感器供應(yīng)商

尋找了國(guó)內(nèi)另一電器廠家生產(chǎn)的同類傳感器，并提供了3個(gè)樣件，經(jīng)高環(huán)測(cè)試 CAN線整車車速信號(hào)誤差分別為：1.7%、2.7%、2.3%。

其中誤差為 1.7%的傳感器：基準(zhǔn)車速 76km/h，最搞車速76.6 km/h，最低車速75.3 km/h，誤差1.7%，精度為+0.8%和-0.9%，滿足發(fā)動(dòng)機(jī)的巡航要求。將傳感器更換到該故障車型上，在定遠(yuǎn)路試巡航時(shí)車速指針平穩(wěn)，車輛無(wú)抖動(dòng)現(xiàn)象。

提高現(xiàn)結(jié)構(gòu)車速傳感器精度到誤差允許范圍內(nèi)，巡航問(wèn)題可解決。

3.2 新型傳感器

3.2.1 非接觸式霍爾傳感器

非接觸式霍爾傳感器結(jié)構(gòu)是經(jīng)過(guò)電線束和裝在變速器后軸承蓋上的電子里程表傳感器連接在一起，我們稱這種電子里程表傳感器為非接觸式霍爾里程表傳感器。

傳感器探頭與里程表轉(zhuǎn)子之間有一定的間隙，這個(gè)間隙一般控制在 1.4±0.6mm。當(dāng)汽車行駛時(shí)，里程表靶輪與變速器輸出主軸一起轉(zhuǎn)動(dòng)，當(dāng)里程表靶輪的某一個(gè)齒轉(zhuǎn)動(dòng)到傳感器探頭對(duì)應(yīng)的位置時(shí)，探頭中的敏感器件受到里程表轉(zhuǎn)子磁場(chǎng)作用輸出一個(gè)低電平，當(dāng)里程表轉(zhuǎn)子的齒沒有與傳感器探頭對(duì)準(zhǔn)，探頭中的敏感器件沒有受到磁場(chǎng)作用而輸出高電平。這樣變速器輸出軸每轉(zhuǎn)動(dòng)一周，里程表傳感器就有8 個(gè)方波脈沖信號(hào)輸出，經(jīng)連接線束傳給車速里程表。

3.2.2 非接觸式霍爾傳感器工作原理

霍爾式傳感器是一種磁電式傳感器，它是利用霍爾元件基于霍爾效府原理而將被測(cè)量轉(zhuǎn)換成電動(dòng)勢(shì)輸出的一種傳感器。由于霍爾元件在靜止?fàn)顟B(tài)下具有感受磁場(chǎng)的獨(dú)特能力，并且具有結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、休積小、噪聲小、頻率范圍寬、動(dòng)態(tài)范圍大以及壽命長(zhǎng)等特點(diǎn)，因此獲得了廣泛應(yīng)用。金屬或半導(dǎo)體薄片置于磁場(chǎng)中，當(dāng)有電流流過(guò)時(shí)，在垂直于電流和磁場(chǎng)的方向上將產(chǎn)生電動(dòng)勢(shì)，這種物理現(xiàn)象稱為霍爾效應(yīng)。

圖3 霍爾傳感器

利用霍爾原理將接收到最大或最小磁場(chǎng)強(qiáng)度的點(diǎn)作為輸出轉(zhuǎn)換點(diǎn)，依此來(lái)開、關(guān)輸出引腳的電平量。當(dāng)靶輪的齒凸與齒凹的位置對(duì)著傳感器感應(yīng)區(qū)時(shí)，穿過(guò)霍爾元件的磁場(chǎng)強(qiáng)度會(huì)發(fā)生變化。

3.2.3 非接觸式霍爾傳感器驗(yàn)證

（1）在高環(huán)跑道進(jìn)行精度測(cè)試：80(儀表指示）巡航，儀表發(fā)送到CAN上的車速信號(hào)如下：最高78.1，最低77.4，真實(shí)車速77.7，誤差0.9%，可滿足要求。

（2）通過(guò)將接觸式里程表傳感器更換為新型非接觸式霍爾傳感器，請(qǐng)標(biāo)定部對(duì)該車巡航的駕駛性進(jìn)行評(píng)價(jià)，評(píng)價(jià)結(jié)果如下：

①進(jìn)入巡航、退出巡航以及加減速等各巡航功能正常。

②巡航車速穩(wěn)定性：60km/h，80km/h，100km/h幾種車速情況下對(duì)車輛巡航車速穩(wěn)定性進(jìn)行了評(píng)價(jià)。以上巡航時(shí)車輛通過(guò)了平路、坡道等路段，各種路況下車輛能以穩(wěn)定的車速進(jìn)行巡航，主觀感受和觀察儀表均察覺不到車速的明顯變化，主觀感受良好。在通過(guò)上坡和下坡的過(guò)程中，車速穩(wěn)定，從儀表上未見車速的變化，車速的波動(dòng)值在±1.5～2km/h以內(nèi)（主觀判斷），該車的巡航車速穩(wěn)定性良好（評(píng)價(jià)時(shí)車輛空載）。

小結(jié)：匹配非接觸式霍爾傳感器可以解決巡航問(wèn)題。

3.2.4 技術(shù)對(duì)比

對(duì)比于接觸式里程表傳感器，霍爾傳感器主要有以下特點(diǎn)：

（1）接觸式傳感器在早期的車上應(yīng)用廣泛，但是由于其存在傳動(dòng)部件，機(jī)械磨損難免，變速箱輸出軸的軸向竄動(dòng)可能導(dǎo)致蝸輪或蝸桿的斷裂，這種結(jié)構(gòu)性的缺陷導(dǎo)致其故障率較高，且維修不便。同時(shí)其剛性配合，軸心偏差有可能導(dǎo)致變速箱漏油，由于軸向跳動(dòng)，輸出信號(hào)也會(huì)出現(xiàn)缺失和不穩(wěn)定。

（2）非接觸式傳感器由于零件少，去除了機(jī)械傳動(dòng)機(jī)構(gòu)，故障點(diǎn)減少，維修方便，是車速傳感器的發(fā)展方向，目前正逐步大量應(yīng)用。

（3）隨著國(guó)四、國(guó)五的實(shí)施，各種新技術(shù)（如自適應(yīng)巡航、主動(dòng)緊急制動(dòng)等）的不斷推廣應(yīng)用，對(duì)高精度車速信號(hào)的需求越來(lái)越嚴(yán)格。

（4）霍爾傳感器價(jià)格高約30元。

4 結(jié)束語(yǔ)

通過(guò)原因分析，實(shí)車驗(yàn)證充分說(shuō)明了里程表傳感器的精度對(duì)定速巡航穩(wěn)定性的重要影響，提高里程表傳感器精度可有效解決該輕型卡車巡航時(shí)車速不穩(wěn)的故障。而提高里程表傳感器精度可從以下兩個(gè)角度來(lái)實(shí)現(xiàn)：

1）采用現(xiàn)有傳感器結(jié)構(gòu)，尋找新的供應(yīng)商和傳感器標(biāo)桿件，提高車速里程表傳感器的精度，使整車車速信號(hào)精度控制在發(fā)動(dòng)機(jī)要求范圍以內(nèi)，變速箱結(jié)構(gòu)不需要作調(diào)整。

2）匹配非接觸式霍爾傳感器，變速箱取消蝸輪蝸桿，匹配靶輪，變速箱后蓋需重新開模，以保證霍爾傳感器的安裝。

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