隨著汽車工業(yè)的迅速發(fā)展，汽車的電子化程度越來(lái)越高，性能不斷增強(qiáng)。巡航控制系統(tǒng)是一種使駕駛員腳離油門(mén)踏板就能保持預(yù)先設(shè)定車速行駛的系統(tǒng)，其主要目的是減少駕駛疲勞。巡航控制系統(tǒng)在美國(guó)應(yīng)用以來(lái)，已經(jīng)比較普及。在美國(guó)，大多數(shù)轎車上都裝用了巡航控制系統(tǒng)；隨著高速公路的發(fā)展，巡航控制系統(tǒng)的裝車率不斷提高。在我國(guó)，今后也會(huì)
有更多的車輛應(yīng)用巡航控制系統(tǒng)，系統(tǒng)的性能也會(huì)不斷地提高。
1、巡航控制系統(tǒng)的功能及優(yōu)點(diǎn)
汽車巡航控制系統(tǒng)(crusie control system)亦稱為恒速行駛系統(tǒng)。它是利用先進(jìn)的電子技術(shù)對(duì)汽車的行駛速度進(jìn)行自動(dòng)調(diào)節(jié)，從而實(shí)現(xiàn)以事先預(yù)定的速度行駛的一種電子控制裝置。
汽車巡航控制系統(tǒng)的作用是：可以按照駕駛員所設(shè)定的速度，不用踩油門(mén)就可以自動(dòng)地保持車速，使車輛以設(shè)定的速度行駛。采用這種裝置后，當(dāng)在高速公路上長(zhǎng)時(shí)間行車時(shí)，駕駛員只要把住方向盤(pán)就可以了，不用頻繁地踩油門(mén)踏板，減輕了疲勞，提高了汽車行駛時(shí)的舒適性，同時(shí)減少了不必要的車速變化，改善了汽車的燃油經(jīng)濟(jì)性和發(fā)動(dòng)機(jī)的排放。
2、巡航控制系統(tǒng)的基本工作原理
巡航控制系統(tǒng)通過(guò)車速傳感器將車速信號(hào)輸入發(fā)動(dòng)機(jī)，對(duì)微機(jī)進(jìn)行控制，由微機(jī)控制真空系統(tǒng)工作。該系統(tǒng)需要使用伺服器、車速控制開(kāi)關(guān)和制動(dòng)踏板上的真空解除開(kāi)關(guān)等。
系統(tǒng)中的電子控制裝置可根據(jù)行駛阻力的變化，自動(dòng)調(diào)節(jié)發(fā)動(dòng)機(jī)油門(mén)開(kāi)度，使車速保持恒定。這樣既減少了不必要的車速變化、節(jié)省了燃料，也減輕了駕駛員的負(fù)擔(dān)。
電子巡航控制系統(tǒng)的方框圖如圖1所示。 ．

圖1 電子巡航控制系統(tǒng)框圖
控制器有兩個(gè)輸人信號(hào)，一個(gè)是駕駛員按要求設(shè)定的指令速度信號(hào)，另一個(gè)是實(shí)際車速的反饋信號(hào)。
電子控制器檢測(cè)這兩個(gè)輸入信號(hào)之間的誤差后，產(chǎn)生一個(gè)送至油門(mén)執(zhí)行器的油門(mén)控制信號(hào)。油門(mén)執(zhí)行器根據(jù)所接收的控制信號(hào)調(diào)節(jié)發(fā)動(dòng)機(jī)油門(mén)開(kāi)度，以修正電子控制器所檢測(cè)到的誤差，從而使車速保持恒定。實(shí)際車速由車速傳感器測(cè)得并轉(zhuǎn)換成與車速成正比的電信號(hào)，反饋至電子控制器。作為巡航控制系統(tǒng)核心部件的控制器，采用比例積分(PI)控制的電子控制裝置。油門(mén)控制信號(hào)實(shí)際上由兩部分疊加而成。線性放大部件提供一個(gè)與誤差信號(hào)e成正比的控制信號(hào)，積分放大器則設(shè)置一條斜率可調(diào)整的輸出控制線，用來(lái)將這一段時(shí)間的車速誤差降為0。實(shí)際上并不能真正降低到0，而是保持在一定的誤差范圍內(nèi)，因?yàn)楫?dāng)車速誤差為0時(shí)，行駛阻力的微小變化都將引起油門(mén)開(kāi)度的變化，容易產(chǎn)生游車。
如圖2所示，曲線A為汽車在平坦路面上行駛時(shí)的車速V與節(jié)氣門(mén)開(kāi)度θ的關(guān)系曲線，該曲線存儲(chǔ)在計(jì)算機(jī)中。因此，當(dāng)車速達(dá)到V0時(shí)，按下擬定開(kāi)關(guān)，節(jié)氣門(mén)開(kāi)度θ先被定為θ0。同時(shí)，計(jì)算機(jī)還擬定了控制線。

圖2 車速自動(dòng)控制線圖
當(dāng)汽車在平坦路面上以速度V0行駛時(shí)，按下擬定開(kāi)關(guān)，便進(jìn)入自動(dòng)行駛狀態(tài)。當(dāng)遇到爬坡時(shí)，行車阻力增加，因此，車速與節(jié)氣門(mén)開(kāi)度的關(guān)系就變成曲線B。
此時(shí)，若沒(méi)有車速自動(dòng)控制裝置進(jìn)行節(jié)氣門(mén)開(kāi)度調(diào)節(jié)，車速會(huì)降到V1。但由于裝有速度自動(dòng)控制裝置，當(dāng)汽車阻力增加、車速下降時(shí)，傳感器就把該信號(hào)反饋給計(jì)算機(jī)，經(jīng)過(guò)處理后發(fā)出指令，沿著控制線調(diào)節(jié)節(jié)氣門(mén)，節(jié)氣門(mén)開(kāi)度便從θ0變?yōu)?theta;1，使車速穩(wěn)定在X點(diǎn)，重新取得平衡，汽車便以這一速度行駛。若汽車遇到下坡時(shí)，行駛阻力減小，車速與節(jié)氣門(mén)開(kāi)度的關(guān)系就變成曲線C。此時(shí)，車速自動(dòng)控制裝置也沿著控制線調(diào)節(jié)節(jié)氣門(mén)開(kāi)度，使節(jié)氣門(mén)開(kāi)度從θ1變?yōu)?theta;2，車速在Y點(diǎn)取得平衡。由此可見(jiàn)，即使行駛阻力發(fā)生變化，車速也只能在X-Y，范圍內(nèi)變化，使車速基本保持穩(wěn)定。
從圖2可以看出，計(jì)算機(jī)中擬定的控制線的斜率越小，車速的波動(dòng)量(控制誤差)也就越小，若控制線呈垂直狀態(tài)時(shí)，車速的波動(dòng)減小到0。這樣，行駛阻力有微小的變化都會(huì)引起節(jié)氣門(mén)開(kāi)度的變化，因此由于反應(yīng)過(guò)度靈敏，造成游車現(xiàn)象，這是我們不希望的。所以應(yīng)綜合考慮控制誤差和游車問(wèn)題，選擇一個(gè)合適的控制線斜率。
3、電子巡航控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)
3．1 系統(tǒng)結(jié)構(gòu)
設(shè)計(jì)的電子巡航控制系統(tǒng)的電路方框圖如圖3所示。巡航控制系統(tǒng)由指令開(kāi)關(guān)、車速傳感器、電子控制器和執(zhí)行裝置4部分組成。在汽車行駛時(shí)，車速傳感器把車速轉(zhuǎn)換成脈沖信號(hào)，再通過(guò)D／A轉(zhuǎn)換電路轉(zhuǎn)換成與車速成正比的直流電壓。駕駛員按下擬定開(kāi)關(guān)，自我維持電路便進(jìn)入工作狀態(tài)，采樣及保持電路便擬定了與該瞬間的車速相對(duì)應(yīng)的節(jié)氣門(mén)開(kāi)度的基準(zhǔn)電壓，確定節(jié)氣門(mén)的*開(kāi)度值。然后，比較放大電路將基準(zhǔn)電壓與由車速脈沖信號(hào)轉(zhuǎn)換的電壓進(jìn)行比較，使增速控制電路或減速控制電路進(jìn)入工作。接著，通過(guò)控制中繼器帶動(dòng)執(zhí)行裝置，調(diào)節(jié)節(jié)氣門(mén)開(kāi)度，使其達(dá)到*值。執(zhí)行機(jī)構(gòu)為電動(dòng)馬達(dá)式，根據(jù)電子控制器的指令調(diào)節(jié)節(jié)氣門(mén)開(kāi)度。

圖3 汽車巡航控制系統(tǒng)方框圖
3．2 安全裝置
當(dāng)汽車制動(dòng)或變速器處于空當(dāng)位置時(shí)，節(jié)氣門(mén)必須回到全閉狀態(tài)。當(dāng)車速自動(dòng)控制裝置出現(xiàn)故障、而節(jié)氣門(mén)卻處于全開(kāi)狀態(tài)時(shí)，汽車將失去控制而造成高速奔馳，這是非常危險(xiǎn)的。為此，該系統(tǒng)設(shè)有安全裝置和速度限制電路。
安全裝置是一個(gè)磁性離合器，裝在執(zhí)行裝置的zui后部分，同時(shí)，在操作部分裝有離合器開(kāi)關(guān)、制動(dòng)開(kāi)關(guān)、空擋開(kāi)關(guān)和手剎車開(kāi)關(guān)。當(dāng)踩下離合器或制動(dòng)器踏板或變速桿處于空擋，或手剎車起作用時(shí)，它們的開(kāi)關(guān)就會(huì)發(fā)出信號(hào)給執(zhí)行裝置，執(zhí)行裝置接到信號(hào)后便啟動(dòng)安全磁性離合器電路，使安全磁性離合器分離，把車速自動(dòng)控制裝置與節(jié)氣門(mén)分隔開(kāi)來(lái)，起到安全保護(hù)的作用，此時(shí)節(jié)氣門(mén)開(kāi)度由駕駛員控制。
限速電路由高速限制電路和低速限制電路組成。高速限制電路的作用是在由于某些故障使車速超過(guò)100 km／h時(shí)起作用，以防止車速失控飛馳。低速限制電路是在車速低于49 km／h時(shí)起作用，防止車速過(guò)低。車速在40 km／h以下時(shí)，車速自動(dòng)控制裝置不起作用，車速由駕駛員控制。如果沒(méi)有低速控制電路，在道路付款處臨時(shí)停車時(shí)，當(dāng)按下自動(dòng)復(fù)位開(kāi)關(guān)、駕駛員專心付款時(shí)如無(wú)意松開(kāi)制動(dòng)踏板，會(huì)引起汽車自動(dòng)行駛的情況。
一旦傳感器產(chǎn)生故障或其線路發(fā)生斷路，由于沒(méi)有車速信號(hào)，低速限制電路視車速為0，使車速自動(dòng)控制裝置停止工作。此外，若執(zhí)行裝置的電位計(jì)產(chǎn)生故障或反饋電路短路，由于沒(méi)有反饋節(jié)氣門(mén)開(kāi)度電壓，不能再沿著控制線調(diào)節(jié)節(jié)氣門(mén)的開(kāi)度，車速就會(huì)急速降低。為了防止這種現(xiàn)象的產(chǎn)生，還設(shè)有車速幅度的限制電路，即使在zui壞的情況下，可以把車速的控制誤差限制在±15 km／h以內(nèi)。