汽車(chē)主動(dòng)安全技術(shù)5-2自適應(yīng)巡航控制系統(tǒng)職業(yè)技術(shù)教學(xué)設(shè)計(jì)課件

第五章自適應(yīng)巡航控制系統(tǒng)5.1概述5.2自適應(yīng)巡航控制系統(tǒng)組成5.3防撞報(bào)警算法5.4巡航控制算法5.5自適應(yīng)巡航控制系統(tǒng)的使用5.2自適應(yīng)巡航控制系統(tǒng)組成

自適應(yīng)巡航系統(tǒng)主要由自適應(yīng)巡航控制系統(tǒng)傳感器、自適應(yīng)巡航控制系統(tǒng)控制器、發(fā)動(dòng)機(jī)管理控制器、電子節(jié)氣門(mén)執(zhí)行器、制動(dòng)執(zhí)行器（例如ABS/ESP等）組成。1、自適應(yīng)巡航控制系統(tǒng)傳感器

傳感器主要用于向電子控制單元(ECU)提供自適應(yīng)巡航控制所需的車(chē)輛行駛狀況及駕駛員的操作信號(hào)。它包括以下幾種傳感器：

距離探測(cè)器和曲線探測(cè)器車(chē)速傳感器

節(jié)氣門(mén)位置傳感器制動(dòng)踏板傳感器

離合器踏板傳感器

距離探測(cè)器：有多種裝置可以作為距離探測(cè)器使用，如超聲波收發(fā)器，激光雷達(dá)，毫米波雷達(dá)等等。但超聲波作用距離過(guò)短，延遲時(shí)間長(zhǎng)；激光雷達(dá)受天氣的影響很大，因此目前距離探測(cè)器的主流是毫米波雷達(dá)。在ACC中一般設(shè)定探測(cè)距離為150m，并能排除像街道設(shè)施之類(lèi)的非移動(dòng)目標(biāo)。雷達(dá)傳感器雷達(dá)傳感器主要由天線、發(fā)射機(jī)、接收機(jī)（包括信號(hào)處理機(jī)）和顯示器等部分組成。雷達(dá)發(fā)射機(jī)產(chǎn)生足夠的電磁能量，經(jīng)過(guò)收發(fā)轉(zhuǎn)換開(kāi)關(guān)傳送給天線。天線將這些電磁能量輻射至大氣中，集中在某一個(gè)很窄的方向上形成波束，向前傳播。電磁波遇到波束內(nèi)的目標(biāo)后，將沿著各個(gè)方向產(chǎn)生反射，其中的一部分電磁能量反射回雷達(dá)的方向，被雷達(dá)天線獲取。天線獲取的能量經(jīng)過(guò)收發(fā)轉(zhuǎn)換開(kāi)關(guān)送到接收機(jī)，形成雷達(dá)的回波信號(hào)。由于在傳播過(guò)程中電磁波會(huì)隨著傳播距離而衰減，雷達(dá)回波信號(hào)非常微弱，幾乎被噪聲所淹沒(méi)。接收機(jī)放大微弱的回波信號(hào)，經(jīng)過(guò)信號(hào)處理機(jī)處理，提取出包含在回波中的信息，送到顯示器，顯示出目標(biāo)的距離、方向、速度等。

為了測(cè)定目標(biāo)的距離，雷達(dá)準(zhǔn)確測(cè)量從電磁波發(fā)射時(shí)刻到接收到回波時(shí)刻的延遲時(shí)間，這個(gè)延遲時(shí)間是電磁波從發(fā)射機(jī)到目標(biāo)，再由目標(biāo)返回雷達(dá)接收機(jī)的傳播時(shí)間。根據(jù)電磁波的傳播速度，可以確定目標(biāo)的距離公式為：S=CT/2其中S為目標(biāo)距離，T為電磁波從雷達(dá)發(fā)射出去到接收到目標(biāo)回波的時(shí)間，C為光速。測(cè)定目標(biāo)的運(yùn)動(dòng)速度是雷達(dá)的一個(gè)重要功能，雷達(dá)測(cè)速利用了物理學(xué)中的多普勒原理：當(dāng)目標(biāo)和雷達(dá)之間存在著相對(duì)位置運(yùn)動(dòng)時(shí)，目標(biāo)回波的頻率就會(huì)發(fā)生改變，頻率的改變量稱(chēng)為多普勒頻移，用于確定目標(biāo)的相對(duì)徑向速度。通常，具有測(cè)速能力的雷達(dá)，例如脈沖多普勒雷達(dá)，要比一般雷達(dá)復(fù)雜得多。曲線探測(cè)器現(xiàn)代常用的幾個(gè)探測(cè)曲率的技術(shù)包括輪間轉(zhuǎn)速差傳感器，轉(zhuǎn)向輪位置傳感器和陀螺儀或視頻相機(jī)等。前三個(gè)方法只有當(dāng)汽車(chē)曲線行駛時(shí)才一能探測(cè)曲線，但第四個(gè)方法能夠預(yù)見(jiàn)曲線。還可以使用導(dǎo)航系統(tǒng)(數(shù)字地圖和車(chē)道計(jì)算)提供更高級(jí)的曲線預(yù)測(cè)。

車(chē)速傳感器車(chē)速傳感器，安裝在差速器輸出軸上，用于獲取實(shí)時(shí)車(chē)速信號(hào)。節(jié)氣門(mén)位置傳感器

節(jié)氣門(mén)位置傳感器，安裝在節(jié)氣門(mén)軸上，用于獲取節(jié)氣門(mén)開(kāi)度信號(hào)。制動(dòng)踏板傳感器，安裝在制動(dòng)踏板下，取自制動(dòng)燈開(kāi)關(guān)信號(hào)，用于獲取制動(dòng)踏板動(dòng)作信號(hào)。離合器踏板傳感器，安裝在離合器踏板下，用于獲取離合器踏板動(dòng)作信號(hào)。2、自適應(yīng)巡航控制系統(tǒng)控制器控制器子系統(tǒng)根據(jù)交通狀況決定ACC的控制模式。ACC控制器由兩類(lèi)操作模塊組成：速度控制(巡航控制)和距離控制。速度控制（巡航模式）即為傳統(tǒng)巡航控制，使得車(chē)輛以設(shè)定車(chē)速行駛。ACC選擇此控制模式的條件為：當(dāng)汽車(chē)處在開(kāi)路（open-road）駕駛狀況下時(shí)，本車(chē)速度不受前方車(chē)輛的影響。距離控制模式是ACC的特點(diǎn)，其中又包括有多種控制模式:1)逼近(approaching)模式：本車(chē)與前車(chē)相距很近，以至于本車(chē)減速以保持車(chē)距。2)跟隨(following)模式：本車(chē)與前車(chē)速度相等，并且兩車(chē)距離處在設(shè)定的范圍內(nèi)。3)追趕(chasing)模式：前車(chē)初速高于本車(chē)，本車(chē)則試圖追上前車(chē)。4)超車(chē)模式(overtaking)：當(dāng)本車(chē)要超越前車(chē)時(shí)候開(kāi)始工作。5)停車(chē)一行走(stop&go)模式：當(dāng)汽車(chē)在交通堵塞狀況時(shí)，車(chē)輛自動(dòng)怠速，一旦交通恢復(fù)就跟隨先行車(chē)行駛。6)突然匯合(suddenmerge)模式：前車(chē)突然切入本車(chē)前方，或是本車(chē)突然切入前車(chē)后方。3、執(zhí)行機(jī)構(gòu)ACC的執(zhí)行機(jī)構(gòu)由自動(dòng)油門(mén)控制裝置、主動(dòng)制動(dòng)裝置組成，功能為完成控制器的指令，實(shí)現(xiàn)汽車(chē)的加速或減速。自適應(yīng)巡航控制系統(tǒng)的油門(mén)控制裝置分為氣動(dòng)伺服機(jī)構(gòu)和電動(dòng)伺服機(jī)構(gòu)。氣動(dòng)伺服機(jī)構(gòu)由于真空系統(tǒng)的控制精度不高，缺乏可靠性。而電動(dòng)伺服機(jī)構(gòu)具有較高的控制精度，可靠性很高，使用壽命也長(zhǎng)，故現(xiàn)在的趨勢(shì)是采用電動(dòng)伺服機(jī)構(gòu)作為汽車(chē)速度電子控制系統(tǒng)的油門(mén)控制裝置。一種電動(dòng)伺服裝置當(dāng)前電動(dòng)伺服機(jī)構(gòu)一般采用直流雙向電動(dòng)機(jī)作為動(dòng)力。電動(dòng)伺服機(jī)構(gòu)由伺服電機(jī)、傳動(dòng)系統(tǒng)、控制臂位置傳感器等三部分組成。目前伺服電動(dòng)機(jī)大多采用步進(jìn)電動(dòng)機(jī)(steppingmotor)。步進(jìn)電動(dòng)機(jī)也稱(chēng)為脈沖電動(dòng)機(jī)（pulsemotor），它可以通過(guò)給定的輸入脈沖數(shù)使步進(jìn)電機(jī)運(yùn)動(dòng)產(chǎn)生與脈沖數(shù)成比例的位移。在負(fù)載允許的范圍內(nèi)，一個(gè)脈沖所對(duì)應(yīng)的位移值可以不受負(fù)載的影響，是一個(gè)固定值。傳動(dòng)系統(tǒng)由蝸輪、蝸桿、電磁離合器、小齒輪、扇形齒輪等構(gòu)成。電動(dòng)機(jī)的輸出軸做成蝸桿，與齒輪(蝸輪)相嚙合，蝸輪再通過(guò)電磁離合器與小齒輪結(jié)合，小齒輪再與固定在節(jié)氣門(mén)轉(zhuǎn)軸上的扇形齒輪嚙合。由此電動(dòng)機(jī)就可以控制節(jié)氣門(mén)開(kāi)度。其中電磁離合器起安全保障作用，當(dāng)執(zhí)行機(jī)構(gòu)收到ACC控制功能解除信號(hào)時(shí)，直接使電磁離合器分離，從而使執(zhí)行元件對(duì)節(jié)氣門(mén)控制不起作用?？刂票畚恢脗鞲衅饔脕?lái)檢測(cè)電動(dòng)機(jī)控制節(jié)氣門(mén)的位置(節(jié)氣門(mén)旋轉(zhuǎn)角度)，它可以動(dòng)態(tài)反映節(jié)氣門(mén)開(kāi)度，并隨時(shí)將反饋信號(hào)輸入控制器自系統(tǒng)。目前一般采用電位計(jì)作控制臂位置傳感器。

當(dāng)執(zhí)行元件從汽車(chē)速度電子控制系統(tǒng)控制器接受到信號(hào)時(shí)，結(jié)合電磁離合器，接通步進(jìn)電動(dòng)機(jī)，電動(dòng)機(jī)通過(guò)傳動(dòng)系統(tǒng)改變汽車(chē)發(fā)動(dòng)機(jī)節(jié)氣門(mén)位置，從而改變車(chē)速。同時(shí)控制臂位置傳感器將節(jié)氣門(mén)位置信號(hào)反饋回控制器。ACC的自動(dòng)油門(mén)裝置利用巡航控制系統(tǒng)(CCS)的硬件，主動(dòng)制動(dòng)裝置也盡量利用汽車(chē)現(xiàn)有的硬件裝置，如ABS,ASR等。4、人機(jī)接口人機(jī)接口包括輸入和輸出接口，前者輸入駕駛員的控制指令，后者則顯示ACC工作期間所需的各種信息。輸入接口一般采用按鈕開(kāi)關(guān)形式，也有使用觸摸屏的。首先當(dāng)然要有ACC啟動(dòng)/關(guān)閉開(kāi)關(guān)，還有傳統(tǒng)巡航控制系統(tǒng)的標(biāo)準(zhǔn)接口，如定速/加速及恢復(fù)/減速巡航控制開(kāi)關(guān)，制動(dòng)應(yīng)用開(kāi)關(guān)等。定速巡航控制開(kāi)關(guān)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(chē)制動(dòng)開(kāi)關(guān)、離合器開(kāi)關(guān)和空擋啟動(dòng)開(kāi)關(guān)。

失效保險(xiǎn)子系統(tǒng)

失效保險(xiǎn)裝置對(duì)自適應(yīng)巡航控制系統(tǒng)非常重要。如果ACC失效而駕駛者未知，就很可能導(dǎo)致嚴(yán)重的交通事故。該子系統(tǒng)利用FMEA(故障模式和功能分析)方法進(jìn)行分析。在充分考慮安全性的情況下進(jìn)行設(shè)計(jì)，特別是對(duì)