第五章 自适应巡航控制系统5.1 概述5.2 自适应巡航控制系统组成5.3 防撞报警算法5.4 巡航控制算法5.5 自适应巡航控制系统的使用5.2 自适应巡航控制系统组成 自适应巡航系统主要由自适应巡航控制系统传感器、自适应巡航控制系统控制器、发动机管理控制器、电子节气门执行器、制动执行器（例如ABS/ESP等）组成。1、自适应巡航控制系统传感器 传感器主要用于向电子控制单元(ECU)提供自适应巡航控制所需的车辆行驶状况及驾驶员的操作信号。它包括以下几种传感器： 距离探测器和曲线探测器 车速传感器 节气门位置传感器 制动踏板传感器 离合器踏板传感器 距离探测器：有多种装置可以作为距离探测器使用，如超声波收发器，激光雷达，毫米波雷达等等。但超声波作用距离过短，延迟时间长；激光雷达受天气的影响很大，因此目前距离探测器的主流是毫米波雷达。在ACC中一般设定探测距离为150m，并能排除像街道设施之类的非移动目标。雷达传感器 雷达传感器主要由天线、发射机、接收机（包括信号处理机）和显示器等部分组成。 雷达发射机产生足够的电磁能量，经过收发转换开关传送给天线。天线将这些电磁能量辐射至大气中，集中在某一个很窄的方向上形成波束，向前传播。电磁波遇到波束内的目标后，将沿着各个方向产生反射，其中的一部分电磁能量反射回雷达的方向，被雷达天线获取。天线获取的能量经过收发转换开关送到接收机，形成雷达的回波信号。由于在传播过程中电磁波会随着传播距离而衰减，雷达回波信号非常微弱，几乎被噪声所淹没。接收机放大微弱的回波信号，经过信号处理机处理，提取出包含在回波中的信息，送到显示器，显示出目标的距离、方向、速度等。 为了测定目标的距离，雷达准确测量从电磁波发射时刻到接收到回波时刻的延迟时间，这个延迟时间是电磁波从发射机到目标，再由目标返回雷达接收机的传播时间。根据电磁波的传播速度，可以确定目标的距离公式为：S=CT/2 其中S为目标距离，T为电磁波从雷达发射出去到接收到目标回波的时间，C为光速。 测定目标的运动速度是雷达的一个重要功能，雷达测速利用了物理学中的多普勒原理：当目标和雷达之间存在着相对位置运动时，目标回波的频率就会发生改变，频率的改变量称为多普勒频移，用于确定目标的相对径向速度。通常，具有测速能力的雷达，例如脉冲多普勒雷达，要比一般雷达复杂得多。 曲线探测器 现代常用的几个探测曲率的技术包括轮间转速差传感器，转向轮位置传感器和陀螺仪或视频相机等。前三个方法只有当汽车曲线行驶时才一能探测曲线，但第四个方法能够预见曲线。 还可以使用导航系统(数字地图和车道计算)提供更高级的曲线预测。 车速传感器 车速传感器，安装在差速器输出轴上，用于获取实时车速信号。 节气门位置传感器 节气门位置传感器，安装在节气门轴上，用于获取节气门开度信号。 制动踏板传感器，安装在制动踏板下，取自制动灯开关信号，用于获取制动踏板动作信号。 离合器踏板传感器，安装在离合器踏板下，用于获取离合器踏板动作信号。2、自适应巡航控制系统控制器 控制器子系统根据交通状况决定ACC的控制模式。 ACC控制器由两类操作模块组成：速度控制(巡航控制)和距离控制。 速度控制（巡航模式）即为传统巡航控制，使得车辆以设定车速行驶。ACC选择此控制模式的条件为：当汽车处在开路（open-road）驾驶状况下时，本车速度不受前方车辆的影响。 距离控制模式是ACC的特点，其中又包括有多种控制模式: 1)逼近(approaching)模式：本车与前车相距很近，以至于本车减速以保持车距。 2)跟随(following)模式：本车与前车速度相等，并且两车距离处在设定的范围内。 3)追赶(chasing)模式：前车初速高于本车，本车则试图追上前车。 4)超车模式(overtaking)：当本车要超越前车时候开始工作。 5)停车一行走(stop & go )模式：当汽车在交通堵塞状况时，车辆自动怠速，一旦交通恢复就跟随先行车行驶。 6)突然汇合(sudden merge)模式：前车突然切入本车前方，或是本车突然切入前车后方。3、执行机构 ACC的执行机构由自动油门控制装置、主动制动装置组成，功能为完成控制器的指令，实现汽车的加速或减速。 自适应巡航控制系统的油门控制装置分为气动伺服机构和电动伺服机构。气动伺服机构由于真空系统的控制精度不高，缺乏可靠性。而电动伺服机构具有较高的控制精度，可靠性很高，使用寿命也长，故现在的趋势是采用电动伺服机构作为汽车速度电子控制系统的油门控制装置。一种电动伺服装置 当前电动伺服机构一般采用直流双向电动机作为动力。电动伺服机构由伺服电机、传动系统、控制臂位置传感器等三部分组成。 目前伺服电动机大多采用步进电动机(stepping motor)。步进电动机也称为脉冲电动机（pulse motor），它可以通过给定的输入脉冲数使步进电机运动产生与脉冲数成比例的位移。在负载允许的范围内，一个脉冲所对应的位移值可以不受负载的影响，是一个固定值。 传动系统由蜗轮、蜗杆、电磁离合器、小齿轮、扇形齿轮等构成。电动机的输出轴做成蜗杆，与齿轮(蜗轮)相啮合，蜗轮再通过电磁离合器与小齿轮结合，小齿轮再与固定在节气门转轴上的扇形齿轮啮合。由此电动机就可以控制节气门开度。其中电磁离合器起安全保障作用，当执行机构收到ACC控制功能解除信号时，直接使电磁离合器分离，从而使执行元件对节气门控制不起作用。 控制臂位置传感器用来检测电动机控制节气门的位置(节气门旋转角度)，它可以动态反映节气门开度，并随时将反馈信号输入控制器自系统。目前一般采用电位计作控制臂位置传感器。 当执行元件从汽车速度电子控制系统控制器接受到信号时，结合电磁离合器，接通步进电动机，电动机通过传动系统改变汽车发动机节气门位置，从而改变车速。同时控制臂位置传感器将节气门位置信号反馈回控制器。 ACC的自动油门装置利用巡航控制系统(CCS)的硬件，主动制动装置也尽量利用汽车现有的硬件装置，如ABS, ASR等。4、人机接口 人机接口包括输入和输出接口，前者输入驾驶员的控制指令，后者则显示ACC工作期间所需的各种信息。 输入接口一般采用按钮开关形式，也有使用触摸屏的。首先当然要有ACC启动/关闭开关，还有传统巡航控制系统的标准接口，如定速/加速及恢复/减速巡航控制开关，制动应用开关等。定速巡航控制开关1）主开关主开关 主开关(MAIN)是巡航控制系统的主电源开关，位于巡航控制开关的端部，为按键式开关2 2）控制开关）控制开关 当向下推控制开关，设定设定/ /减速减速(SET/COAST)(SET/COAST)开关接通；当向上推控制开关，恢复恢复/ /加速加速(RES/ACC)(RES/ACC)开关接通；当向后拉控制开关，取取消开关消开关(CANCEL)(CANCEL)接通。3. 3. 退出巡航控制开关退出巡航控制开关 除取消开关外，还包括制动灯开关、驻车制动开关、离合器开关和空挡启动开关。 失效保险子系统 失效保险装置对自适应巡航控制系统非常重要。如果ACC失效而驾驶者未知，就很可能导致严重的交通事故。 该子系统利用FMEA(故障模式和功能分析)方法进行分析。在充分考虑安全性的情况下进行设计，特别是对于执行机构，大部分采用了传统巡航控制相同的硬件装置，因此它的结构安全可靠。控制用ECU需要对输入输出信号进行监视，一旦检测出系统发生故障，信号就被传输到显示装置，提醒司机注意。 此外，为了便于ACC的检修维护，时效保险子系统还应具有以下功能: 1)自诊断代码输出; 2)维修数据输出; 3)执行机构测试。