現(xiàn)代汽車電控系統(tǒng)課程設(shè)計(jì)張程

重慶郵電大學(xué)移通學(xué)院審定成績(jī)：審定成績(jī)：____________現(xiàn)代汽車電控系統(tǒng)課程設(shè)計(jì)設(shè)計(jì)題目:汽車巡航控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)單位（系別）：自動(dòng)化系學(xué)生姓名：張程專業(yè)：電氣工程與自動(dòng)化班級(jí)：05131202學(xué)號(hào)：2012212752指導(dǎo)教師：張姣_________填表時(shí)間：2015年09月摘要

汽車巡航控制系統(tǒng)是一種汽車輔助駕駛系統(tǒng)，汽車巡航控制系統(tǒng)的主要組成部分包括控制器、傳感器、操作開(kāi)關(guān)等，駕駛員通過(guò)控制器輸入命令信號(hào)，根據(jù)實(shí)際需求對(duì)目標(biāo)車速進(jìn)行設(shè)定，而汽車的實(shí)際車速通過(guò)傳感器，反饋給控制器，通過(guò)對(duì)目標(biāo)車速和實(shí)際車速的對(duì)比，對(duì)節(jié)氣門(mén)的執(zhí)行器進(jìn)行調(diào)節(jié)，從而使得車速保持穩(wěn)定，按照目標(biāo)車速行駛。駕駛員將不需要操控油門(mén)，只要把住方向盤(pán)就可以了，從而大大減輕了駕駛員的疲勞強(qiáng)度和節(jié)省了燃油，同時(shí)還能減少交通事故的發(fā)生，系統(tǒng)即可自動(dòng)控制汽車恒速行駛。因此，汽車巡航系統(tǒng)又稱為“恒速控制系統(tǒng)”。本設(shè)計(jì)根據(jù)巡航控制系統(tǒng)的工作原理，從多方面進(jìn)行了分析、計(jì)算。對(duì)巡航控制系統(tǒng)的主要零部件進(jìn)行了設(shè)計(jì)，在認(rèn)真分析了巡航控制系統(tǒng)的基本原理，確定了輸入輸出信號(hào)以后，提出了一種閉環(huán)控制的巡航控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)方案。由車速傳感器采集的車速信號(hào)和設(shè)定車速的差值作為輸入量，實(shí)際車速作為輸出量。對(duì)整個(gè)巡航控制系統(tǒng)的電路原理圖進(jìn)行了設(shè)計(jì)。最后根據(jù)所設(shè)計(jì)的電路原理圖和本設(shè)計(jì)要實(shí)現(xiàn)的功能畫(huà)出了程序流程圖，編輯了巡航控制系統(tǒng)的主要程序。本文基本上對(duì)汽車巡航控制系統(tǒng)的主要部件做出了比較完整的設(shè)計(jì)，使巡航控制系統(tǒng)能在普通型轎車得到應(yīng)用?！娟P(guān)鍵詞】汽車巡航控制系統(tǒng)傳感器工作原理閉環(huán)控制

課程設(shè)計(jì)要求題目：汽車巡航控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)要求同學(xué)們先根據(jù)課題內(nèi)容查找有關(guān)資料，包括教材、汽車電器手冊(cè)、電子電路的各種教科書(shū)、各種汽車說(shuō)明書(shū)、汽車文獻(xiàn)、專利資料等。通過(guò)閱讀相關(guān)資料了解汽車巡航控制系統(tǒng)的概念，給汽車帶來(lái)的好處。了解巡航控制系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)與工作原理，設(shè)計(jì)巡航控制系統(tǒng)，要明確設(shè)計(jì)該系統(tǒng)的目的，該系統(tǒng)的研究情況，設(shè)計(jì)系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)，每部分采用什么器件，器件的選型及工作原理，結(jié)合結(jié)構(gòu)描述系統(tǒng)的工作原理，如何實(shí)現(xiàn)巡航控制。設(shè)計(jì)要求：設(shè)計(jì)報(bào)告要包括：設(shè)計(jì)題目、設(shè)計(jì)要求，以及課程設(shè)計(jì)內(nèi)容。課程設(shè)計(jì)內(nèi)容要包括：摘要、目錄、緒論、正文、設(shè)計(jì)的心得體會(huì)與收獲，以及設(shè)計(jì)中閱讀的參考文獻(xiàn)，正文要包括設(shè)計(jì)的意義、該系統(tǒng)的研究現(xiàn)狀、本文的設(shè)計(jì)要求，系統(tǒng)結(jié)構(gòu)、工作原理、硬件設(shè)計(jì)（包括各部分器件選型）及軟件設(shè)計(jì)（控制方法）。文中的框圖及流程圖用visio畫(huà)，電路圖用protel畫(huà)。文中用到的公式用公式編輯器寫(xiě)。時(shí)間充裕者可用proteus進(jìn)行某些功能的仿真。

目錄第一章汽車巡航系統(tǒng)的概述 5第一節(jié)簡(jiǎn)介 5第二節(jié)汽車巡航系統(tǒng)的基本結(jié)構(gòu) 5一、汽車巡航控制系統(tǒng)的類型 5二、巡航控制系統(tǒng)的組成 5三、汽車巡航控制系統(tǒng)的功能 6四、汽車巡航控制系統(tǒng)的特點(diǎn) 7第二章巡航控制系統(tǒng)的原理 8第一節(jié)巡航控制系統(tǒng)的基本控制 8第二節(jié)巡航控制系統(tǒng)的工作原理 9第三章巡航控制系統(tǒng)設(shè)計(jì) 11第一節(jié) 元器件工作原理 11一、節(jié)氣門(mén)工作原理 11二、巡航控制開(kāi)關(guān)工作原理 11三、開(kāi)關(guān)量信號(hào)采集電路的設(shè)計(jì) 12四、傳感器工作原理 13五、電控單元工作原理 14六、執(zhí)行器工作原理 14七、微處理器的選擇 14八、電源電路的設(shè)計(jì) 15九、開(kāi)關(guān)量信號(hào)采集電路的設(shè)計(jì) 16十、車速信號(hào)采集電路的設(shè)計(jì) 17第二節(jié) 系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì) 18第三節(jié)如何實(shí)現(xiàn)巡航控制 19總結(jié) 20參考文獻(xiàn) 21第一章汽車巡航系統(tǒng)的概述第一節(jié)簡(jiǎn)介汽車巡航控制系統(tǒng)，根據(jù)其特點(diǎn)又被稱為巡航行駛裝置、速度控制(SpeedControl)系統(tǒng)、自動(dòng)駕駛(Auto-Drive)系統(tǒng)等。目前，汽車巡航控制系統(tǒng)分為巡航控制和自適應(yīng)巡航控制兩大類，后者是前者功能的延伸和擴(kuò)展。早在1965年，日本本田汽車公司就已經(jīng)開(kāi)始在汽車上使用機(jī)械式巡航控制系統(tǒng)。隨后不久，德國(guó)VDO公司研制成功了氣動(dòng)機(jī)械式巡航控制系統(tǒng)。1968年德國(guó)奔馳公司開(kāi)發(fā)成功了由分立電子元件組成的巡航控制系統(tǒng)，并裝備在莫克利汽車上。到20世紀(jì)70年代中期，汽車上已普遍采用模擬計(jì)算機(jī)控制的巡航控制系統(tǒng)。從1981年開(kāi)始，汽車便開(kāi)始數(shù)字計(jì)算機(jī)控制的巡航系統(tǒng)。目前，汽車已普遍采用數(shù)字計(jì)算機(jī)控制的電子控制巡航系統(tǒng)。汽車巡航控制系統(tǒng)也稱為速度控制系統(tǒng)或自動(dòng)駕駛系統(tǒng)，汽車巡航控制系統(tǒng)實(shí)質(zhì)上就是為減輕駕駛員勞動(dòng)強(qiáng)度，提高行駛舒適性，保證汽車和發(fā)動(dòng)機(jī)都在有利速度范圍內(nèi)運(yùn)行的自動(dòng)控制系統(tǒng)。第二節(jié)汽車巡航系統(tǒng)的基本結(jié)構(gòu)一、汽車巡航控制系統(tǒng)的類型機(jī)械控制系統(tǒng)晶體管控制系統(tǒng)模擬集成控制電路系統(tǒng)微機(jī)控制系統(tǒng)新型汽車基本上都采用了微機(jī)控制的汽車巡航控制系統(tǒng)。二、巡航控制系統(tǒng)的組成巡航控制系統(tǒng)的基本組成主要有：巡航控制開(kāi)關(guān)、車速傳感器、電控單元和執(zhí)行器四部分。巡航控制系統(tǒng)的組成如圖1-1所示。圖1-1巡航控制系統(tǒng)主要由指令開(kāi)關(guān)、傳感器、ECU和執(zhí)行器組成。ECU有兩個(gè)信號(hào)輸入，一個(gè)是駕駛員按要求設(shè)定的指令速度信號(hào)，一個(gè)是實(shí)際行車中車速的反饋信號(hào)。控制器檢測(cè)到這兩個(gè)輸入信號(hào)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)，從而使油門(mén)執(zhí)行器根據(jù)油門(mén)控制信號(hào)來(lái)調(diào)節(jié)發(fā)動(dòng)機(jī)油門(mén)的開(kāi)度，以修正電子式控制裝置所檢測(cè)到的誤差，從而使車速保持恒定三、汽車巡航控制系統(tǒng)的功能巡航控制系統(tǒng)主要有如下功能：車速設(shè)定。當(dāng)按下車速設(shè)置開(kāi)關(guān)后，就能存儲(chǔ)該時(shí)間的行駛速度，并能保持這一速度行駛。消除功能。當(dāng)踩下制動(dòng)踏板，上述功能立即消失。但是，上述設(shè)置速度繼續(xù)存儲(chǔ)?；謴?fù)功能。當(dāng)恢復(fù)開(kāi)關(guān)則恢復(fù)原來(lái)存儲(chǔ)的車速。滑行。持續(xù)按下開(kāi)關(guān)進(jìn)行加速，以離開(kāi)開(kāi)關(guān)時(shí)的速度作巡航行駛。加速。持續(xù)按下開(kāi)關(guān)進(jìn)行加速，以不操縱開(kāi)關(guān)時(shí)的車速進(jìn)入巡航行駛。速度微調(diào)升高。在巡航速度行駛中，當(dāng)操縱開(kāi)關(guān)以O(shè)N~OFF方式變換時(shí)使車速稍稍上升。低速自動(dòng)消除功能。當(dāng)車速小雨40Km/h時(shí)，存儲(chǔ)的車速消失，并不能在恢復(fù)此速度。制動(dòng)踏板消除功能。在制動(dòng)踏板上裝有兩種開(kāi)關(guān)，一個(gè)喲節(jié)能與對(duì)ECU的信號(hào)消除；另一個(gè)是直接使執(zhí)行元件工作停止。各種消除開(kāi)關(guān)。除了利用制動(dòng)踏板消除功能外，還有駐車制動(dòng)、離合器（M/T）、調(diào)速桿。汽車巡航系統(tǒng)的故障保險(xiǎn)功能：1.

低速自動(dòng)消除功能

當(dāng)車速小于設(shè)定安全速度時(shí)，存儲(chǔ)的車速消失，并不能再恢復(fù)此速度。

2.

各種消除開(kāi)關(guān)

消除開(kāi)關(guān)主要有兩種，一種用于計(jì)算機(jī)信號(hào)的消除，如消除開(kāi)關(guān)，一種是直接使執(zhí)行原件停止工作。如離合器、手制動(dòng)等操作開(kāi)關(guān)的消除作用四、汽車巡航控制系統(tǒng)的特點(diǎn)一、巡航控制系統(tǒng)如果在安裝與偶自動(dòng)變速器的汽車上使用。更能發(fā)揮其有點(diǎn)。汽車巡航控制系統(tǒng)的主要有點(diǎn)是：保持車速穩(wěn)定，無(wú)論由于風(fēng)力和道路坡度引起汽車的行駛阻力怎么變化，只要在發(fā)動(dòng)機(jī)功率允許范圍內(nèi)，汽車的行駛速度便可保持不變。提高汽車行駛時(shí)的舒適性。提高經(jīng)濟(jì)性和環(huán)保性，在同樣的行駛條件下，對(duì)一個(gè)有經(jīng)驗(yàn)的駕駛員來(lái)說(shuō)，可節(jié)省燃油15%。在巡航控制系統(tǒng)中使用速度穩(wěn)定器后，可使發(fā)動(dòng)機(jī)燃料的供給與功率之間處于最佳的配合，降低了燃油消耗率，大大減少了排氣中有害氣體成分。延長(zhǎng)發(fā)動(dòng)機(jī)壽命，可使汽車工作在發(fā)動(dòng)機(jī)有利轉(zhuǎn)速范圍內(nèi)，使汽車的供油與發(fā)動(dòng)機(jī)功率處于最佳狀態(tài)。汽車巡航控制系統(tǒng)發(fā)展至今已有30多年的歷史，經(jīng)歷了機(jī)械控制、晶體管控制、模擬式微機(jī)控制和數(shù)字式微機(jī)控制4個(gè)階段。第二章巡航控制系統(tǒng)的原理第一節(jié)巡航控制系統(tǒng)的基本控制在巡航控制系統(tǒng)中，電子控制裝置可以根據(jù)行駛阻力的變化自動(dòng)調(diào)節(jié)發(fā)動(dòng)機(jī)節(jié)氣門(mén)的開(kāi)度，使行駛車速保持恒定，電子巡航控制系統(tǒng)的基本控制原理方框圖。如圖2-1圖2-1控制器有兩個(gè)輸入信號(hào)，一個(gè)是按駕駛員要求選定的設(shè)定車速信號(hào)，另一個(gè)是汽車的實(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)送至節(jié)氣門(mén)執(zhí)行器的節(jié)氣門(mén)控制信號(hào)。節(jié)氣門(mén)執(zhí)行器根據(jù)接收的控制信號(hào)調(diào)節(jié)發(fā)動(dòng)機(jī)節(jié)氣門(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。在實(shí)際控制時(shí)，車速誤差不能真正降低到零，而是保持在一定的誤差范圍內(nèi)，因?yàn)楫?dāng)車速誤差為零時(shí)，行駛阻力的微小變化都將引起節(jié)氣門(mén)開(kāi)度的變化，容易產(chǎn)生游車。

通常，將一般情況下車輛在平坦路面上行駛時(shí)車速與節(jié)氣門(mén)開(kāi)度的關(guān)系存儲(chǔ)在巡航控制系統(tǒng)的電控單元中，以供巡航系統(tǒng)調(diào)用。

第二節(jié)巡航控制系統(tǒng)的工作原理電子巡航控制系統(tǒng)主要由控制開(kāi)關(guān)、傳感器、巡航控制電控單元(CCS

ECU)和執(zhí)行機(jī)構(gòu)等組成。電子巡航控制系統(tǒng)的構(gòu)造與零部件布置圖如圖。如圖2-2圖2-2汽車電子巡航控制系統(tǒng)的各部分結(jié)構(gòu)與工作原理分述如下：

1.巡航控制開(kāi)關(guān)

巡航控制開(kāi)關(guān)主要由巡航開(kāi)關(guān)、制動(dòng)開(kāi)關(guān)、離合器開(kāi)關(guān)(僅對(duì)手動(dòng)變速器汽車)或空檔啟動(dòng)開(kāi)關(guān)(對(duì)于自動(dòng)變速器汽車)等組成。

巡航開(kāi)關(guān)是供駕駛員操作巡航控制系統(tǒng)的一套開(kāi)關(guān)，一般安裝在轉(zhuǎn)向信號(hào)手柄上或方向盤(pán)上。它主要由“接通(ON)”、“設(shè)置/加速(SET/ACC)”、“恢復(fù)/減速(RES/DEC)”和“取消(CANCEL)”等組成。將開(kāi)關(guān)置于“接通”位置時(shí)，允許使用巡航系統(tǒng)。當(dāng)按下“設(shè)置/加速”開(kāi)關(guān)時(shí)，車輛以此時(shí)車速作為巡航車速恒速行駛，而按下“設(shè)置/加速”開(kāi)關(guān)不動(dòng)時(shí)，車輛就不斷加速，松開(kāi)按鈕，

系統(tǒng)就按照按鈕松開(kāi)時(shí)的設(shè)定車速保持恒速行駛。當(dāng)因踩制動(dòng)踏板、踩離合器或換擋而使巡航功能消除時(shí)，按下“恢復(fù)/減速”開(kāi)關(guān)則車速自動(dòng)恢復(fù)到解除巡航時(shí)設(shè)定的車速值，而按下“恢復(fù)/減速”開(kāi)關(guān)不動(dòng)，車輛就不斷減速。當(dāng)按下“取消”開(kāi)關(guān)時(shí)，巡航狀態(tài)被解除。2.傳感器

巡航控制系統(tǒng)的傳感器部分主要包括節(jié)氣門(mén)位置傳感器和車速傳感器，其功能分別為向巡航控制電控單元提供節(jié)氣門(mén)開(kāi)度信號(hào)和汽車行駛速度信號(hào)。

車速傳感器通常與車速里程表驅(qū)動(dòng)裝置相連接，或與自動(dòng)變速器電子控制系統(tǒng)和發(fā)動(dòng)機(jī)電子控制系統(tǒng)共用一個(gè)車速傳感器。如果車速表是電子式的，車速表傳感器給出的信號(hào)可以直接用作汽車巡航控制系統(tǒng)的反饋信號(hào)，因而不必為巡航控制系統(tǒng)另外設(shè)置傳感器。因?qū)嶋H車速與變速器輸出軸的轉(zhuǎn)速成正比，所以專門(mén)用于巡航控制系統(tǒng)的車速傳感器一般被安裝在汽車變速器的輸出軸上。車速傳感器有光電式、霍爾感應(yīng)式、磁阻式等多種結(jié)構(gòu)形式，其中最簡(jiǎn)單且最常用的是磁阻式。設(shè)計(jì)或選擇車速傳感器時(shí)有一點(diǎn)非常重要，即傳感器的頻率響應(yīng)應(yīng)該大大高于整個(gè)系統(tǒng)的頻率響應(yīng)，以免傳感器對(duì)系統(tǒng)的頻率產(chǎn)生很大影響。

3.巡航控制電控單元(CCS

ECU)

巡航控制電控單元是整個(gè)巡航控制系統(tǒng)的中樞，它的作用是接收傳感器和開(kāi)關(guān)等信號(hào)，將信號(hào)處理后，產(chǎn)生輸出控制信號(hào)，驅(qū)動(dòng)執(zhí)行機(jī)構(gòu)動(dòng)作，以實(shí)現(xiàn)車輛的恒速行駛。電控單元分模擬式電子控制器和數(shù)字式電子控制器兩種形式。

進(jìn)入二十世紀(jì)八十年代后，美國(guó)、日本的電子巡航控制系統(tǒng)已全部采用數(shù)字技術(shù)控制器。與模擬系統(tǒng)相比較，數(shù)字電路的突出優(yōu)點(diǎn)是系統(tǒng)中的信號(hào)以數(shù)字量表示，不會(huì)受工作溫度和濕度的影響，因此工作穩(wěn)定、可靠性高。汽車巡航控制器可以采用新近的大規(guī)模集成電路技術(shù)做成專用集成模塊，也可以在微機(jī)上編程實(shí)現(xiàn)。特別是當(dāng)汽車上別的系統(tǒng)已有控制用微機(jī)時(shí)，只需修改一下程序就可將此功能附加上去，因而可節(jié)省昂貴的控制硬件。

4.執(zhí)行機(jī)構(gòu)

執(zhí)行機(jī)構(gòu)又被稱為伺服器，其作用是接收巡航控制電控單元的控制指令信號(hào)，采用可以減速的直流電機(jī)以電動(dòng)或氣動(dòng)方式驅(qū)動(dòng)拉線盤(pán)，從而調(diào)節(jié)節(jié)氣門(mén)開(kāi)度，使車輛做加速、減速或恒速行駛。執(zhí)行機(jī)構(gòu)通常分為電動(dòng)式和氣動(dòng)式兩種。

第三章巡航控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)元器件工作原理一、節(jié)氣門(mén)工作原理節(jié)氣門(mén)的作用是控制發(fā)動(dòng)機(jī)的進(jìn)氣流量，決定發(fā)動(dòng)機(jī)的運(yùn)行工況。駕駛員通過(guò)操作加速踏板來(lái)操縱節(jié)氣門(mén)開(kāi)度。加速踏板和節(jié)氣門(mén)的連接方式有兩種：剛性連接和柔性連接。傳統(tǒng)油門(mén)采用剛性連接，即通過(guò)拉桿或拉索傳動(dòng)連接加速踏板和節(jié)氣門(mén)的機(jī)械連接方式，因此節(jié)氣門(mén)開(kāi)度完全取決于加速踏板的位置，即駕駛員的操作意圖，但從動(dòng)力性和經(jīng)濟(jì)性角度來(lái)看，發(fā)動(dòng)機(jī)并不總是完全處于最佳運(yùn)行工況，而且駕駛員的誤操作也給安全性帶來(lái)隱患。在混合動(dòng)力車中，由于發(fā)動(dòng)機(jī)和電池組成多能源動(dòng)力系統(tǒng)，剛性連接方式不能實(shí)現(xiàn)各動(dòng)力源之間的能量分配管理，因此，它必將被柔性連接方式所取代。柔性連接方式取消了傳統(tǒng)的機(jī)械連接，通過(guò)電控單元控制節(jié)氣門(mén)快速精確地定位，因此又稱為電子節(jié)氣門(mén)。它的優(yōu)點(diǎn)在于能根據(jù)駕駛員的需求愿望以及整車各種行駛狀況確定節(jié)氣門(mén)的最佳開(kāi)度，保證車輛最佳的動(dòng)力性和燃油經(jīng)濟(jì)性，并具有牽引力控制、巡航控制等控制功能，

提高安全性和乘坐舒適性。二、巡航控制開(kāi)關(guān)工作原理1主開(kāi)關(guān)

主開(kāi)關(guān)(MAIN)是巡航控制系統(tǒng)的主電源開(kāi)關(guān)，位于巡航控制開(kāi)關(guān)的端部，為按鍵式開(kāi)關(guān)。2.

控制開(kāi)關(guān)

當(dāng)向下推控制開(kāi)關(guān)，設(shè)定/減速(SET/COAST)開(kāi)關(guān)接通；當(dāng)向上推控制開(kāi)關(guān)，恢復(fù)/加速(RES/ACC)開(kāi)關(guān)接通；當(dāng)向后拉控制開(kāi)關(guān)，取消開(kāi)關(guān)(CANCEL)接通。3.退出巡航控制開(kāi)關(guān)

除取消開(kāi)關(guān)外，還包括制動(dòng)燈開(kāi)關(guān)、駐車制動(dòng)開(kāi)關(guān)、離合器開(kāi)關(guān)

和空擋啟動(dòng)開(kāi)關(guān)。

(1)制動(dòng)燈開(kāi)關(guān)

開(kāi)關(guān)B為常閉開(kāi)關(guān)，當(dāng)踏下制動(dòng)踏板時(shí)，開(kāi)關(guān)B斷開(kāi)，直接切斷巡航控制ECU對(duì)巡航控制執(zhí)行器的控制電路，確保巡航系統(tǒng)停止工作。

(2)

駐車制動(dòng)開(kāi)關(guān)

當(dāng)使用駐車制動(dòng)器時(shí)，將駐車制動(dòng)信號(hào)送至巡航控制ECU，巡航控制ECU將取消巡航系統(tǒng)的工作。

(3)

離合器開(kāi)關(guān)

當(dāng)踏下離合器踏板時(shí)（手動(dòng)變速器），離合器開(kāi)關(guān)接通，將取消信號(hào)送至巡航控制ECU，巡航控制ECU將取消巡航控制系統(tǒng)的工作。

(4)

空擋啟動(dòng)開(kāi)關(guān)

當(dāng)將變速桿移至N(空擋)位時(shí)（自動(dòng)變速器），空擋啟動(dòng)開(kāi)關(guān)接通，將取消信號(hào)送至巡航控制ECU，巡航控制ECU將取消巡航控制系統(tǒng)的工作。三、開(kāi)關(guān)量信號(hào)采集電路的設(shè)計(jì)在汽車巡航控制系統(tǒng)中，許多控制量都為開(kāi)關(guān)量，即當(dāng)開(kāi)關(guān)動(dòng)作時(shí)80C51芯片識(shí)別高、低電平，并作出相應(yīng)的控制反應(yīng)。巡航控制開(kāi)關(guān)主要包括主控開(kāi)關(guān)和制動(dòng)開(kāi)關(guān)。

主控開(kāi)關(guān)包括電源開(kāi)關(guān)和巡航開(kāi)關(guān)，其中巡航開(kāi)關(guān)又由

“設(shè)置(SET)”、“恢復(fù)(RESET)”、“加速（ACC)”、“減速(COAST)”和“取消(CANCEL)”組成。各開(kāi)關(guān)量信號(hào)經(jīng)處理電路處理后分別輸入至80C51的P0輸入輸出口，分別對(duì)應(yīng)P0.0、P0.1、P0.2、P0.3、P0.4引腳。巡航開(kāi)關(guān)各按鍵均采用復(fù)位開(kāi)關(guān)。

制動(dòng)開(kāi)關(guān)包括手制動(dòng)開(kāi)關(guān)和腳制動(dòng)開(kāi)關(guān)兩種。當(dāng)按下制動(dòng)開(kāi)關(guān)時(shí)信號(hào)處理電路的輸出為高電平，未按開(kāi)關(guān)時(shí)輸出為低電平，處理后的信號(hào)分別輸入至80C51的P0.5和P0.6引腳。信號(hào)處理電路如圖

3-1所示。圖3-1信號(hào)處理電路圖四、傳感器工作原理車速傳感器的輸出信號(hào)可以是磁電式交流信號(hào)，也可以是霍爾式數(shù)字信號(hào)或者是光電式數(shù)字信號(hào)，車速傳感器通常安裝在驅(qū)動(dòng)橋殼或變速器殼內(nèi)，通過(guò)指針擺動(dòng)來(lái)顯示汽車行駛速度，或產(chǎn)生交變電流信號(hào)，通常由帶兩個(gè)接線柱的磁芯及線圈組成。這兩個(gè)線圈接線柱是傳感器輸出的端子，轉(zhuǎn)化為電流振幅表示車速。速度信號(hào)是巡航控制系統(tǒng)最重要的信號(hào)之一，一旦速度信號(hào)失常，巡航控制系統(tǒng)就不能正常運(yùn)行，甚至發(fā)生事故?；魻杺鞲衅鬟x用的是Allegro公司的A3144，其三個(gè)引出線分別為電源線、地線和輸出，A3114

的輸出電壓根據(jù)電機(jī)轉(zhuǎn)速的不同，輸出占空比不同的方波信號(hào)，此芯片的特點(diǎn)是：

1)抗高溫；

2)高穩(wěn)定度；

3)反相電壓保護(hù)；

4)需求電壓范圍廣，4.5～24V；5)集成數(shù)字邏輯電路。

車速信號(hào)采集電路如圖3-2所示。圖3-2車速信號(hào)采集電路五、電控單元工作原理它是集成固化了大量的試驗(yàn)數(shù)據(jù)（發(fā)動(dòng)機(jī)萬(wàn)有特性）在里邊，這些特性表示發(fā)動(dòng)機(jī)在各個(gè)工況下最佳的運(yùn)行狀態(tài)。當(dāng)機(jī)器實(shí)際工作時(shí)，把各種傳感器（車速傳感器、節(jié)氣門(mén)傳感器等）檢測(cè)到的信號(hào)通過(guò)與ECU中數(shù)據(jù)的對(duì)比，來(lái)指揮發(fā)動(dòng)機(jī)工作。六、執(zhí)行器工作原理電動(dòng)式執(zhí)行器主要由電動(dòng)機(jī)、安全電磁離合器和位置傳感器組成。電動(dòng)機(jī)采用直流永磁式電動(dòng)機(jī)，通過(guò)改變電動(dòng)機(jī)中電流方向即可改變節(jié)氣門(mén)轉(zhuǎn)動(dòng)方向。電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)可帶動(dòng)執(zhí)行元件控制臂轉(zhuǎn)動(dòng)，控制臂通過(guò)控制拉索改變節(jié)氣門(mén)開(kāi)度。為限定控制臂轉(zhuǎn)動(dòng)角度，電動(dòng)機(jī)電路裝有限位開(kāi)關(guān)。在電動(dòng)機(jī)與控制臂間裝有安全電磁離合器。當(dāng)進(jìn)行巡航控制時(shí)，安全電磁離合器接合，此時(shí)電動(dòng)機(jī)旋轉(zhuǎn)可使節(jié)氣門(mén)開(kāi)度改變；若在巡航控制行駛階段執(zhí)行器或車速傳感器發(fā)生故障，安全電磁離合器立即分離。在電動(dòng)式執(zhí)行器中還裝有位置傳感器，它是一個(gè)由滑動(dòng)變阻器構(gòu)成的電位計(jì)，用于檢測(cè)執(zhí)行器控制臂的轉(zhuǎn)動(dòng)位置，并將信號(hào)輸入巡航控制ECU中。七、微處理器的選擇微處理器決定了控制系統(tǒng)的軟件開(kāi)發(fā)以及硬件連接方式等一系列的問(wèn)題，它是整個(gè)控制系統(tǒng)的核心部分。對(duì)于汽車巡航控制系統(tǒng)來(lái)說(shuō)，在選擇微處理器時(shí)不但要考慮到性價(jià)比等方面的因素，還要考慮到巡航控制系統(tǒng)的特點(diǎn)，即微處理器要有很寬的溫度范圍和巡航系統(tǒng)的功能完善等問(wèn)題。本設(shè)計(jì)選用INTEL公司的80C52單片機(jī)。圖3-3八、電源電路的設(shè)計(jì)電源系統(tǒng)是汽車各系統(tǒng)設(shè)計(jì)的重要環(huán)節(jié)，如果電源設(shè)計(jì)不好再好的系統(tǒng)也不能正常發(fā)揮作用。現(xiàn)代汽車電氣系統(tǒng)普遍采用

12V

電壓，而在本設(shè)計(jì)中直流電機(jī)驅(qū)動(dòng)芯片等的電壓需求是

12V

和

5V、所以需要將汽車上電源的

12V

電壓轉(zhuǎn)變成

5V

電壓。

本設(shè)計(jì)采用LM7805三端穩(wěn)壓集成電路將汽車電源12V轉(zhuǎn)變到

5V。

用LM7805三端穩(wěn)壓IC來(lái)組成穩(wěn)壓電源所需的外圍元件極少，電路內(nèi)部還有過(guò)流、過(guò)熱及調(diào)整管的保護(hù)電路，使用起來(lái)可靠、方便，而且價(jià)格便宜。該系列集成穩(wěn)壓IC型號(hào)中的LM78或LM79后面的數(shù)字代表該三端集成穩(wěn)壓電路的輸出電壓，如LM7806表示輸出電壓為正6V，LM7909表示輸出電壓為負(fù)9V。LM7805集成穩(wěn)壓器的典型應(yīng)用電路圖如圖

4-2

所示，是一個(gè)輸出正5V直流電壓的穩(wěn)壓電源電路。C1、C2、C3、C4分別為輸入端和輸出端濾波電容，R1為負(fù)載電阻。當(dāng)輸出電流較大時(shí)，LM7805應(yīng)配上散熱板。

78**系列的穩(wěn)壓集成塊的極限輸入電壓是36V，最低輸入電壓比輸出電壓高3-4V。還要考慮輸出與輸入間壓差帶來(lái)的功率損耗，所以一般輸入為9-15V之間。圖3-4九、開(kāi)關(guān)量信號(hào)采集電路的設(shè)計(jì)

在汽車巡航控制系統(tǒng)中，許多控制量都為開(kāi)關(guān)量，即當(dāng)開(kāi)關(guān)動(dòng)作時(shí)80C51芯片識(shí)別高、低電平，并作出相應(yīng)的控制反應(yīng)。巡航控制開(kāi)關(guān)主要包括主控開(kāi)關(guān)和制動(dòng)開(kāi)關(guān)。

主控開(kāi)關(guān)包括電源開(kāi)關(guān)和巡航開(kāi)關(guān)，其中巡航開(kāi)關(guān)又由

“設(shè)置(SET)”、“恢復(fù)(RESET)”、“加速（ACC)”、“減速(COAST)”和“取消(CANCEL)”組成。各開(kāi)關(guān)量信號(hào)經(jīng)處理電路處理后分別輸入至80C51的P0輸入輸出口，分別對(duì)應(yīng)P0.0、P0.1、P0.2、P0.3、P0.4引腳。巡航開(kāi)關(guān)各按鍵均采用復(fù)位開(kāi)關(guān)。

制動(dòng)開(kāi)關(guān)包括手制動(dòng)開(kāi)關(guān)和腳制動(dòng)開(kāi)關(guān)兩種。當(dāng)按下制動(dòng)開(kāi)關(guān)時(shí)信號(hào)處理電路的輸出為高電平，未按開(kāi)關(guān)時(shí)輸出為低電平，處理后的信號(hào)分別輸入至80C51的P0.5和P0.6的引腳。圖3-5十、車速信號(hào)采集電路的設(shè)計(jì)速度信號(hào)是巡航控制系統(tǒng)最重要的信號(hào)之一，一旦速度信號(hào)失常，巡航控制系統(tǒng)就不能正常運(yùn)行，甚至發(fā)生事故?；魻杺鞲衅鬟x用的是Allegro公司的A3144，其三個(gè)引出線分別為電源線、地線和輸出，A3114

的輸出電壓根據(jù)電機(jī)轉(zhuǎn)速的不同，輸出占空比不同的方波信號(hào)，此芯片的特點(diǎn)是：

1)抗高溫；

2)高穩(wěn)定度；

3)反相電壓保護(hù)；

4)需求電壓范圍廣，4.5～24V；

5)集成數(shù)字邏輯電路圖3-6

系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì)為了使系統(tǒng)能夠快速高效穩(wěn)定地運(yùn)行，合理的程序結(jié)構(gòu)、良好的開(kāi)發(fā)環(huán)境和軟件設(shè)計(jì)思想是非常重要的。在系統(tǒng)軟件的開(kāi)發(fā)過(guò)程中，軟件設(shè)計(jì)要保證控制的快速實(shí)時(shí)性、結(jié)構(gòu)的合理性，并具有發(fā)生故障后的快速解脫和排除故障的能力。汽車巡航控制系統(tǒng)的軟件整體結(jié)構(gòu)圖如圖

3-7所示。圖4-2-1巡航控制系統(tǒng)的主程序流程圖首先，對(duì)程序中所涉及到的各模塊初始運(yùn)行狀態(tài)和相應(yīng)的控制寄存器等進(jìn)行初始化。然后，判斷“恢復(fù)”鍵是否按下，如果按下則按照原先儲(chǔ)存的目標(biāo)車速巡航，如果沒(méi)有按下“恢復(fù)”鍵則開(kāi)始判斷“設(shè)置”鍵是否按下。當(dāng)“巡航”鍵按下，并且如果此時(shí)采樣車速在

40km/h～180km/h

范圍內(nèi)，則進(jìn)入循環(huán)執(zhí)行的主體部分。當(dāng)沒(méi)有“加速”或“減速”鍵按下時(shí)，將采樣車速設(shè)定為目標(biāo)車速；當(dāng)有“加速”或“減速”信