化永星，徐霞

斯柯達科迪亞克ACC自適應巡航工作原理及故障診斷

化永星1，徐霞2

（1.南京交通職業(yè)技術學院，江蘇 南京 211199；2.常州交通技師學院，江蘇 常州 213014）

ACC自適應巡航是根據(jù)行車狀況以及道路情況來實現(xiàn)自行駕駛的技術。該系統(tǒng)可以在駕駛員不干預的情況下實現(xiàn)自主減速或加速，它是在原有的巡航控制技術的基礎上發(fā)展而來的。文章主要講述了ACC自適應巡航的發(fā)展歷史和斯柯達柯迪亞克ACC自適應巡航系統(tǒng)工作原理與組成，包含雷達、傳感器的具體介紹以及ACC在城市和高速自動跟車的工作介紹，另外還介紹了科迪亞ACC如何操作以及使用注意事項。

ACC自適應巡航；自動剎停；自動跟車；雷達傳感器

1 ACC自適應巡航發(fā)展歷史

1971年，美國的伊頓汽車公司就已研發(fā)ACC（Adaptive Cruise Control）自適應巡航系統(tǒng)。但是ACC最初是由日本三菱汽車公司的PDC系統(tǒng)演化而來的，它利用車輛各部位雷達和處理器配合工作來實現(xiàn)。后來隨著科技的發(fā)展以及當代汽車的完善，全世界各個汽車公司也相繼開始投入ACC的研發(fā)并做完善處理。

1995年，三菱汽車公司第一次在汽車上搭載了預見式距離控制系統(tǒng)；這是一種利用激光測距工作原理并且加裝在原來的ACC自適應巡航系統(tǒng)上而來，同時也完善優(yōu)化了之前的ACC系統(tǒng)，但是這個新的巡航系統(tǒng)只能通過油門和擋位的控制，并不會自行實現(xiàn)剎車。

1997年8月，豐田汽車公司開始在其旗艦車型雷克薩斯轎車上使用“雷達巡航控制系統(tǒng)”，2000年在雷達巡航系統(tǒng)中加入了剎車功能；2004年加入“低速跟蹤模式”。低速跟蹤模式不會自己啟動而是需要駕駛員自行啟動，如果前車減速時本車的低速跟車模式將會使車輛跟隨前方車輛減速，但是該系統(tǒng)很快就被停用，因為存在設計漏洞。

1998年12月，奔馳梅賽德斯公司在其S系列的車型中加入Distronic距離控制系統(tǒng)；2006年，奔馳梅賽德斯公司進一步加強且完善了這套距離控制系統(tǒng)；在必要的情況下可以將車輛減速直至完全停止[1-2]。

2006年，雷克薩斯公司將新一代ACC自適應系統(tǒng)配備在LS460上，該系統(tǒng)可以在0 km/h～100 km/h范圍內(nèi)工作，并且可以根據(jù)路況反復啟停。

2010年起，奧迪品牌的汽車普遍使用博世提供的自適應巡航系統(tǒng)，并且在2010首次搭載了全球第一款具備GPS定位功能的ACC自適應系統(tǒng)的奧迪A8出現(xiàn)在大眾視野里。

2015年，隨著巡航系統(tǒng)的不斷完善，ACC自適應系統(tǒng)開始作為半自動駕駛進入普通大眾的視線里。譬如特斯拉汽車就是以半自動駕駛模式進入大眾的視線里之后還一直在研發(fā)全自動駕駛技術。

2 科迪亞克ACC自適應巡航工作原理

2.1 ACC自適應巡航的組成

柯迪亞克ACC自適應巡航是由傳感器、控制單元、執(zhí)行單元及人機交互界面組合而成的。

2.1.1控制單元

控制單元是以微處理器為核心，控制單元會根據(jù)用戶的需求依次從存儲器中取出各條指令并放在指令寄存器IR中再通過指令譯碼執(zhí)行相應的操作，然后通過控制器OC（控制器OC有節(jié)拍脈沖發(fā)生器、時鐘脈沖發(fā)生器、控制矩陣、復位電路和啟停電路），按時序發(fā)出操作控制信號[3]。

2.1.2執(zhí)行單元

執(zhí)行單元是由節(jié)氣門執(zhí)行器和制動執(zhí)行器組成的；節(jié)氣門執(zhí)行器的作用是用來控制節(jié)氣門的開度，進而控制車輛做加減速運動；制動執(zhí)行器的作用是使車輛在緊急情況下能夠?qū)崿F(xiàn)緊急剎車。

2.1.3人機交互界面

駕駛員可以通過方向盤或者液晶顯示器上的人機交互界面來控制ACC。在啟動ACC之前車速需達到20 km/h，然后再設定巡航車速和行車的安全距離，否則ACC系統(tǒng)將自動設為默認值也就是原廠設置的值[4]。

2.1.4柯迪亞克ACC傳感器

柯迪亞克ACC傳感器主要有雷達、車速、節(jié)氣門位置傳感器以及超聲波測距傳感器。

（1）雷達傳感器：雷達傳感器汽車防撞系統(tǒng)上的主要部分，通過雷達傳感器來判斷車輛前方出現(xiàn)的是什么物體（汽車、行人、固定物體）以及該物體的移動速度是多少，然后再將信號傳播給ECU，最后通過行車電腦ECU來控制是否減速，避免發(fā)生事故[5]；科迪亞克的雷達傳感器發(fā)射的頻率大概在50 kHz～24.125 GHz左右。

（2）車速傳感器：車速傳感器是用來實時檢測汽車車速的，最后把信號輸送給ECU，由ECU來控制發(fā)動機的怠速，柯迪亞克的車速傳感器一般安裝在變速器殼內(nèi)或者驅(qū)動橋殼上，而車速傳感器信號線通常是有屏蔽裝置的，這是為了避免不受其他電子設備所產(chǎn)生的電磁的干擾，防止駕駛性能變差。

（3）節(jié)氣門位置傳感器又稱為節(jié)氣門開度傳感器，安裝于節(jié)氣門體上。節(jié)氣門位置傳感器是用來檢測發(fā)動機狀態(tài)（怠速還是負荷，是加速還是減速）。ECU則根據(jù)輸出信號識別出發(fā)動機的負荷情況；根據(jù)信號的變化識別出發(fā)動機是處于加速工況還是減速工況。最后計算機會根據(jù)這些信息來控制噴油量或者直接進行斷油控制。

（4）超聲波測距傳感器是將超聲波信號轉換成其他能量信號的傳感器。當超聲波碰到雜質(zhì)時會有明顯的反射回波。不僅在汽車行業(yè)得以運用，在工業(yè)、國防、生物醫(yī)學等方面都有使用[6]。超聲波探頭主要由壓電晶片組成，可分直探頭（縱波）、斜探頭（橫波）、雙探頭（一個探頭反射，一個探頭接收，既可以發(fā)射也能接收而且能同步進行，也即在發(fā)射的同時也能接收）[7]。

1）工作溫度：由于形成材料的熔點高，所以它的工作溫度比較低，可以長時間在低溫下工作且不會失效。

2）工作頻率：當電壓頻率和晶片的頻率相等時，能量的輸出最大靈敏度也最高。

3）靈敏度：電壓耦合系數(shù)越大，靈敏度也就越高；反之靈敏度就越低。

超聲波的工作原理：當電壓與壓電陶瓷發(fā)生反應（作用）時，就會產(chǎn)生機械變形；而當一片壓電陶瓷和另一個金屬片作用時，稱為雙壓電晶片元件，當給它一個電信號時，就會發(fā)射出波這個波就稱為超聲波[8]。當雙壓電晶片產(chǎn)生共振時會發(fā)出一個電信號。用于工業(yè)機器的超聲波傳感器的精確度達到1 mm，并且具有較強的超聲波輻射[9]。

2.2 ACC自適應巡航的工作原理

ACC是在原有的巡航控制技術的基礎上發(fā)展而來的。在車輛行駛的過程中安裝在車輛車頭的車距傳感器J428會不斷探測車輛前方路況以及車速傳感器Z47實時傳播給行車電腦ECU，由ECU作出處理并把處理情況分析判斷，最后把信號傳輸給執(zhí)行器由執(zhí)行器來作出相應的控制，同時通過輪速傳感器采集行車速度的信號傳輸給ECU并作出相應的判斷及操作。當該車與前車之間的行車距離過小時，ACC的控制單元ECU會通過制動防抱死系統(tǒng)J104使車輪適當制動、通過發(fā)動機控制系統(tǒng)使發(fā)動機的輸出功率下降，從而使車輛與前車始終保持一個安全的行車距離。ACC自適應巡航系統(tǒng)在控制車輛制動時會將制動力度控制在不影響車內(nèi)乘員舒適的程度，當需要更大的制動時，控制單元不再進行更大力度的制動而是將信號顯示在前部信息顯示單元J685或警報器來告知駕駛員需自行采取制動；當與前車之間的距離達到到安全行車距離時，ACC控制單元則會按照車主設定的車速繼續(xù)行駛。ACC自適應巡航系統(tǒng)在車速大于20 km/h的時候才會起作用。當駕駛員開啟自適應巡航開關時當前車速需大于20 km/h，自適應巡航系統(tǒng)才會開始工作。當探測到前方車輛減速時，該系統(tǒng)會使車輛自動減速并保持車主設定的安全跟車距離。在前方車輛加速后，該系統(tǒng)則會自動使車輛加速到車主設定的巡航速度。自適應巡航系統(tǒng)還帶有速度限制功能，由此可以避免駕駛員行車速度超過所設定的最高車速。當達到車主所設定的最高車速時，車輛將不再加速。

當駕駛員開啟巡航控制功能時，巡航控制模塊會檢測當前的車速，只有車速大于20km/h巡航系統(tǒng)才能工作，在柯迪亞克ACC自適應巡航工作原理的網(wǎng)絡拓撲中，巡航控制模塊與發(fā)動機控制模塊PCM、車身控制模塊BCM通過高速網(wǎng)HS 1-CAN會把信息互相交換，在車輛需要采取加速操作時，發(fā)動機控制模塊PCM會控制節(jié)氣門開度來使汽車加速，但不會超過車主設定的極限車速；巡航控制HS3-CAN會把行車信息發(fā)送到儀表盤，因此駕駛員能夠通過儀表上顯示的信息實時掌握巡航情況；巡航控制模塊通過HS2-CAN把信息發(fā)送給轉向系統(tǒng)和ABS系統(tǒng)，從而使汽車達到自動巡航的目的。

當自適應巡航系統(tǒng)在道路上工作時，信息中心會實時把同一車道車輛前后方車輛的狀況顯示在儀表上。當前方車輛車速較慢時，自適應巡航系統(tǒng)會自動調(diào)整車速來保持兩車之間的距離。當駕駛員要調(diào)節(jié)行車安全距離時，可以通過控制開關增加或縮小與前方車輛的行車距離。

為了保證巡航系統(tǒng)工作時能夠具備自行剎車，科迪亞克的自適應巡航系統(tǒng)在制動系統(tǒng)中安裝了安全功能，當駕駛員踩下制動踏板時，此時制動踏板傳感器會向PCM傳輸信號使ACC巡航系統(tǒng)不工作達到車主自行操作的目的。

通過HS-CAN總線、ABS模塊將控制模塊RCM的偏航角的信號與輪速和轉向角的信號進行對比后。當ABS模塊認為偏航角速度不起作用時，ABS模塊將禁止使用自適應巡航控制系統(tǒng)，這時儀表盤將會顯示“碰撞預警故障”或“自適應巡航故障”的信息。

2.3 ACC Stop & Go城市跟車行駛系統(tǒng)

在車速低于30 km/h時，Stop & Go城市跟車行駛系統(tǒng)才會啟用，該系統(tǒng)在低速行駛時仍然能保持和前車的安全距離并且能對車輛進行制動，直至車輛處于靜止狀態(tài)。如果前車在3 s內(nèi)再次起步時，本車將隨前車啟動而自動起步，如果前車停留時間過長，駕駛員只需要通過簡單操作，例如輕踩油門踏板或者制動踏板車輛就能再次進入ACC跟車模式。通過使用這種方式，即便是在高峰期或在擁堵路段，ACC自適應巡航停走功能也能正常進行輔助駕駛。但是駕駛員在駕駛傳統(tǒng)車輛時，必須關注行車情況，及時發(fā)現(xiàn)新情況，并且通過剎車或加速及時做出反應。ACC自適應巡航能根據(jù)行車路況來調(diào)節(jié)行車車速，并且保持駕駛員所設置安全距離和行車車速行駛，從而進一步減輕駕駛員的駕駛負擔，使駕駛員能更好更及時地專注于當?shù)男熊嚑顩r，使駕駛變得更加輕松，由此可見ACC自適應巡航能在一定程度上減輕駕駛員的駕駛疲勞。

3 ACC自適應巡航系統(tǒng)的維修案例

故障現(xiàn)象：一輛行駛了5 000 km，配置EA888發(fā)動機的2018款科迪迪亞克SUV?？蛻舴从吃撥囋谛旭倳rACC自適應巡航功能無法使用并且儀表報故障。

圖1 ACC車載診斷圖

故障檢測：打開ACC開關使用診斷儀讀得故障碼為U111300（由于接收到錯誤數(shù)值而功能受限主動／靜態(tài)）（如圖1所示）。

通過校準ACC后，再次調(diào)校此車的自動車距控制傳感器J428和J850。進行試車后發(fā)現(xiàn)故障依然存在。詢問車主得知該車曾被水泡，而該車車距調(diào)節(jié)控制單元安裝位置在前保險杠上，由此推測該車的車距調(diào)節(jié)控制單元進水，所以才會導致功能失靈。于是更換新的車距調(diào)節(jié)控制單元，再次調(diào)校后試車，發(fā)現(xiàn)ACC功能仍然不能使用。再次使用診斷儀診斷后發(fā)現(xiàn)該車只有ACC自適應巡航控制系統(tǒng)和車道變換輔助系統(tǒng)故障（如圖2所示）。

圖2 ACC故障診斷圖

在查看車道變換輔助系統(tǒng)時發(fā)現(xiàn)車道變換輔助系統(tǒng)控制單元J769 故障，推測是車道變換輔助系統(tǒng)的故障而引起的ACC系統(tǒng)功能失效，查閱2018款科迪亞克車的網(wǎng)絡結構拓展圖，發(fā)現(xiàn)車距調(diào)節(jié)控制單元J428和J850位于F1exRey這邊，車道變換輔助系統(tǒng)控制單元J769位于擴展CAN總線上。

查閱柯迪亞克ACC系統(tǒng)的相關資料，發(fā)現(xiàn)：當車速大于80 km/h變道時此車的車道變換輔助系統(tǒng)、車道保持輔助系統(tǒng)反應不過來，所以會報故障。

故障排除：更換車道變換輔助系統(tǒng)控制單元J769、J770后清除故障碼，故障排除。

4 結束語

文章介紹了ACC自適應巡航的發(fā)展過程，在介紹ACC系統(tǒng)結構組成的基礎上，著重介紹了系統(tǒng)包含的傳感器的工作原理（如雷達傳感器、超聲波測距傳感器等），在這些傳感器的基礎上，實現(xiàn)車輛的自動跟車與車距調(diào)整。文章最后通過故障維修案例對ACC系統(tǒng)進行了進一步的分析。

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Skoda Kodiak ACC Adaptive Cruise Working Principle and Fault Diagnosis

HUA Yongxing1, XU Xia2

( 1.Nanjing Vocational Institute of Transport Technology, Jiangsu Nanjing 211199;2.Changzhou Communication Technician College, Jiangsu Changzhou 213014 )

ACC adaptive cruise is the control system principle of self-driving according to driving conditions and road conditions. The system can achieve autonomous deceleration or acceleration without driver intervention. It is developed on the basis of the original cruise control technology.This paper focuses on the history of ACC adaptive cruise and the principle and composition of Skoda Kodiak ACC adaptive cruise system including radar, sensors and ACC work in urban and high speed automatic tracking, and how to operate and use the Kodia ACC.

ACC adaptive cruise; Automatic braking; Automatic tracking; Radar sensor

U495

A

1671-7988(2021)24-158-04

U495

A

1671-7988(2021)24-158-04

10.16638/j.cnki.1671-7988.2021.024.037

化永星（1985—），男，就職于南京交通職業(yè)技術學院，專業(yè)方向：汽車檢測技術、發(fā)動機控制系統(tǒng)、智能汽車。