汽车巡航电子控制系统毕业论文.doc
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1、摘 要驾驶汽车长途行驶的机会较多,在高速公路上长时间行驶时,打开该系统的自动操纵开关后,巡航控制系统将根据行车阻力自动增减节气门开度,使汽车行驶速度保持一定的。并且可以避免驾驶员频繁踩油门踏板,而保证汽车以预先设定的速度行驶。汽车在一定条件下恒速行驶,大大地减轻了驾驶员的疲劳强度。由于巡航控制系统能自动地维持车速,避免了不必要的油门踏板的人为变动,进而改善了汽车的燃料经济性和发动机的排放性。汽车电子化程度也越来越高,特别是微处理器进入汽车控制领域后,给汽车发展带来了划时代的变化。汽车自动巡航控制系统(CRUISE CONTROL SYSTEM)就是其中一个改变原始驾驶理念的新技术。汽车巡航控制
2、系统的出现能为驾驶员提供更加舒适的驾驶环境。巡航控制系统不仅在长时间行车时能够减轻驾驶员的疲劳程度,同时减少了不必要的车速变化,提高了乘坐的舒适性,还可以节省燃料和减少废气排放,提高经济性。提高汽车行驶时的舒适性,特别使在郊外或高速公路上行驶,这种优越性更为显著。另外,当汽车以一定速度行驶时,减少了驾驶员的负担,使其可以轻松地驾驶。保持汽车车速的稳定,汽车无论是在上坡、下破、平路上行驶,或是在风速变化的情况下行驶,只要在发动机功率允许的范围内,汽车的行驶速度保持不变。总的来说,汽车巡航控制系统主要功能有巡航定速、巡航加速、巡航减速等功能。关键字: 巡航控制系统;保持恒速; 巡航减速; 恢复原速
3、Automobile cruise electronic control systemAbstractAs the auto industy and toad transport sector development ,the automation of vehicles driving cars has become one of the major trends in development .people need to be more comfortable,convenient and safe means of transport to meet the fast pace of
4、life.So the request of intelligent become more urgent.With the development of electronic,our life changing so fast.In order to meet peoles needs,automotive electronics become more and more high-lieve.In particular the microprocessor enter the field of automotive control,the car has bought to the epo
5、ch-making change. Automobile cruise electronic control system can provide a comfortable citcumstance for dirvers.In one hand ,it lenlify the job when driving but improve comfort.When the car in the long-distance highway driving,automobile cruise control system can automatically fixed at a specific r
6、ate ,from motorists to foot pedal long bitterness.At the same time,it can cruise in the state scheduled for the speed acceleration and deceleration of the regulation.In assition ,the cruise control system also save fuel and resuce disuse.In the 1960s of the USA,the cruise control system has been use
7、d in cars widely. Nowday many cars fix the cruise control system. Japanese and European cars are equipped with the production of cruise control system. Because of our the late of development of automible in our country.The cruise control system only applies to the high-level car.Some of the current
8、domesticproduction of luxury cars such as the Passat , Accore and Audi A6 are equipped with cruise control systems.General speaking,the cruise control system can cruise constant speed,cruise deceleration ,renew constant speed and other functions .Keywords:The cruise control system;The cruise acceler
9、ates;The cruise decelerate;The constant speed to restor目 录第一章 汽车巡航控制系统的概述1.1 汽车巡航控制系统的功用1.2 汽车巡航控制系统优点1.3 汽车巡航控制系统的发展现状与趋势第2章 汽车巡航控制系统的工作原理与基本构成2.1 汽车巡航控制系统的工作原理2.2 汽车巡航控制系统的基本构成第3章 巡航控制系统的硬件设计3.1 硬件设计概述3.2 开关量的处理3.3 车速信号处理3.4 电动机的驱动3.5 PWM控制3.6 离合器的驱动3.7 硬件可靠性的设计3.7.1 影响硬件可靠性的因素3.7.2 硬件设计采用的抗干扰措施第4
10、章 巡航控制系统的软件设计4.1 汽车巡航控制系统程序设计的要求4.2 巡航控制下的程序流程4.3 软件可靠性措施4.3.1 合理封锁4.3.2 程序时空防护措施结论参考文献致谢第一章 汽车巡航控制系统的概述汽车巡航控制系统英文为CRUISE CONTROL SYSTEM,缩写为CCS。巡航控制系统是现代高级轿车普遍配备的一种辅助驾驶系统。该系统能够在车速到达一定范围后(如40-200km/h),将车速保持在驾驶员所设定的值,自动执行上坡加油,下坡收油等必要的操作,实现恒速行驶。在大陆型的国家,驾驶汽车长途行驶的机会较大,在高速公路上长时间行驶时,打开该系统的自动操纵开关后,巡航控制系统将根据
11、行车阻力自动增减节气门开度,是汽车行驶速度保持一定。并且可以避免驾驶员频繁踩油门踏板,而保证汽车以预先设定的速度行驶。汽车站一定条件下恒速行驶,大大减轻了驾驶员的疲劳强度。由于巡航控制系统能自动的维持车速,避免了不必要的油门踏板的人为变动,进而改善了汽车的燃料经济性和发动机的排放性能。驱车巡航控制系统自1961年在美国首次应用以来,已经广泛普及。在美国大多睡觉车上均装用了巡航控制系统。日本和欧洲生产的轿车装用汽车巡航控制系统的比例也越来越高。我国一汽大众生产的奥迪A6轿车也装有汽车巡航控制系统。1.1 汽车巡航控制系统的功用汽车巡航控制系统(CCS)就是可使汽车工作在发动机有利转速范围内,减轻
12、驾驶员的驾驶操作劳动强度,提高行驶舒适性的汽车自动行驶装置。巡航系统可以自动调节汽车发动机的动力,适应路面状况以及其他阻力的变化,以恒速方式运行。当一旦出现人为干预的情况(例如踩踏制动踏板、踩踏离合器踏板、变速器挂入空挡、拉近驻车制动等),巡航系统确保驾驶人员的操作优先,截取巡航工作状态;当车辆的速度超出人为设定的范围以及其他情况时,巡航系统也能自动停止工作,以确保车辆的安全。综上所述,汽车巡航控制系统具有以下功能:(一)基本功能(1)车速设定。当按下车速设置开关后,就能存储该时间的行驶速度,并能保持这一速度行驶。(2)消除功能。当踩下制动踏板,上述功能立即消失。但是,上述设置速度继续存储。(
13、3)恢复功能。当按恢复开关则能恢复原来存储的车速。除了以上3种基本功能,如果需要可增加以下功能:(1)滑行。持续按下开关进行减速,以离开开关时的速度作巡航行驶。(2)加速。持续按下开关进行加速,以不操纵开关时的车速进入巡航行驶。(3)速度微调升高。在巡航速度行驶中,当操纵开关以ONOFF方式变换时使车速稍稍上升。(4)恒速行驶功能,汽车自动巡航行驶即指汽车在行驶时,驾驶人员即使不踏加速踏板,汽车仍然可以按驾驶员所希望的车速自动保持行驶的功能,这是巡航控制系统最基本的功能。(5)汽车处于巡航行驶的状态时,若按下加速开关,则设定速度增加,此为加速功能。同样,若按下减速开关,则设定速度减少,此为减速
14、功能。(6)如果踏下制动踏板或槽中控制的解除开关,则可以自动解除巡航功能。如果从新按下设定开关,汽车进入巡航状态。(7)自动选、换挡功能,在巡航控制期间,随着道路坡度的变化以及汽车行驶可能遇到的阻力,车辆自动变换节气门开度或自动进行档次转换,以按存储在ECU内的最佳燃油经济性瑰、规律或动力性规律稳定行驶。(8)防止误操作及报警功能,在不具备巡航条件的情况下,例如车辆在起步阶段,驾驶员启动了巡航开关,巡航控制系统会防止类似的误操作,并有报警的功能。(二)故障保险功能1.低速自动消除功能。当车速小于40km/h时,存储的车速消失,并不能再恢复此速度。2.制动踏板消除功能。在制动踏板上装有两种开关,
15、一个用于对ECU的信号消除;另一个是直接使执行元件工作停止。3.各种消除开关。除了利用制动踏板消除功能外,还有驻车制动、离合器(M/T)、调速杆 (A/T)等操作开关的消除功能。1.2 汽车巡航控制系统优点(1)提高汽车行驶舒适性特别是在郊外或高速公路上行驶,这种优越性更为显著。另外,当汽车以一定的速度行驶时,减少了驾驶员的负担,使其可以轻松地驾驶。(2)节省燃料,具有一定的经济性和环保性在同样的行驶条件下,对一个有经验的驾驶员来说,使用巡航控制系统可节省燃料15%。这是因为在使用该系统以后,可使汽车的燃料供给与发动机功率之间处于最佳配合状态,并减少了废气的排放。(3)保持汽车车速的稳定汽车无
16、论是在上坡、下坡或平路上行驶,或是在风速变化的情况下行驶,只要在发动机功率允许的范围内,汽车的行驶速度就能保持不变。三、巡航控制系统的结构巡航控制系统由传感器、操作开关、执行器和巡航控制ECU等组成。传感器和开关将信号送入巡航控制ECU,ECU根据这些信号计算节气门应有的开度,并给执行器发出信号,自动调节节气门开度。(1) 提高汽车行驶时的舒适性,特别使在郊外或高速公路上行驶,这种优越性更为显著。另外,当汽车以一定速度行驶时,减少了驾驶员的负担,使其可以轻松地驾驶。(2)节省燃料,具有一定的经济性和环保性,在同样的行驶条件下,对一个有经验的驾驶员来说,可节省燃料15%,这是因为在使用率该系统以
17、后,可是汽车的燃料供给与发动机功率之间处于最佳的配合状态,并减少了废气的排放。(3)保持汽车车速的稳定,汽车无论是在上坡、下破、平路上行驶,或是在风速变化的情况下行驶,只要在发动机功率允许的范围内,汽车的行驶速度保持不变。1.3 汽车巡航控制系统的发展现状与趋势汽车巡航控制当系统已有30多年的发展历史,主要经历了机械控制系统、晶体控制系统、模拟计算机控制系统和数字微型计算机控制系统4个阶段。数字微型计算机控制自1981年起开始应用到巡航控制系统,目前应用广泛。数字微型计算机巡航控制系统的电路框图如图1.1所示,驾驶员利用控制开关,可将保持恒速、减速、恢复原速、和加速等命令输入计算机;当驾驶员操
18、纵保持恒速开关时,计算机记忆调节后的车速,开始进行恒速行车控制。为了使汽车巡航控制系统达到车速控制的要求,目前用于汽车巡航控制系统的控制方案主要有PID控制、模糊控制迭代学习控制、自适应控制等、它们都有各自的特点。(1)PID控制,即比例-积分-微分控制,根据实际车速与设定车速的偏差,实现汽车不变参数的巡航控制。在汽车行驶过程中,驾驶员设定一个车速给控制器,同时车速传感器测得到实际车速也输入到控制器,产生实际车速和设定车速的偏差,控制器的比例部分根据偏差的大小输出相应的控制量,以控制节气门的开度,使车速迅速趋近设定车速。考虑到偏差一直存在,控制器的积分部分就把偏差积累起来加大控制量,以消除偏差
19、,使车速保持恒定,而微分部分则起预估作用。当v0时,表示偏差加大,应及时增加控制量,使v减小;当驾驶员控制开关记忆车速行车阻力行驶车速比较车速补偿电路执行部件车轮驱动力变速器发动机计算机图1.1数字微型计算机巡航控制系统框图v0时,表示偏差在减小,应减小控制量,以避免v趋近于零时,又向反方向发展而引起震荡。PID控制具有结构简单、参数整定方便的优点,在许多场合下能获得令人满意的控制效果。但是由于被控对象的特性比较复杂,具有非线性或时变的过程,应用常规PID控制,若参数调整不当,会使系统不停地震荡,控制效果不甚理想。(2)模糊控制,它是一种模仿人工控制活动人脑的控制策略,运用模糊数学把人工控制策
20、略用计算实现,它是近几年发展起来的一种新型的汽车巡航技术。驾驶员对汽车的控制,从本质上来讲是一种模糊控制的过程,驾驶员驾驶汽车时,根据目标车速与实际车速之间的偏差及路面情况,利用自己的经验,决定加速踏板的变化量,从而使汽车趋近于目标车速。模仿这一过程的模糊控制原理框图如图1.2所示。用于汽车巡航控制的模糊控制器的输入量一般可以选择设定车速与实际车速的偏差以及偏差的变化率。模糊判断模糊控制规则ede/dt模糊化设定车速实际车速反馈被控对象图1.2 巡航控制系统模糊控制原理框图模糊控制不依赖系统的精确数学模型,因而对系统的参数变化不敏感,其不足之处是迷惑控制规则的获取和模糊隶属函数形状的确定是一项
21、费力的工作,而且系统一旦确定,其规则和隶属函数就确定而不能随外界和车辆参数变化进行调整。(3)迭代学习控制,因为汽车巡航行驶中存在着严重的非线性和不确定性,特别是巡航控制参数在不同车速下其值是不确定的,并且运动载体对控制的实时性要求较高,所以有人将迭代学习算法应用到了汽车巡航控制系统中。基于迭代学习技术的汽车巡航控制原理如图1.3所示。利用实际车速与设定车速的偏差,通过多次的迭代计算得出一个修正量,进一步修正控制器输出的控制量,从而使实际车速更趋近于设定车速。迭代学习控制可以对参数是未知的但是变化的或不变的系统实施有效控制。相对于其他控制技术,迭代学习控制的适应性更广,实时性更强,但其算法复杂
22、,计算机编程困难。学习率控制器被控对象实际车速实际车速反馈设定车速控制参数修正量偏差记忆图1.3 迭代学习技术的汽车巡航控制原理图(4)自适应控制,由于汽车自动巡航控制系统是一个本质非线性系统,并且汽车在行驶过程中受到路面坡度。空气阻力等外界干扰,因而时不变系统得到的控制方法就难以在各种工况下取得良好的效果,解决的办法是加入自适应环节,其控制方法能随各种因素的变化而实时地加以调整,以适应复杂多变的行驶工况。自适应控制是针对具有一定不确定性的系统而设计的,它是一种智能化的自动控制系统,主要有雷达传感器、方向角传感器、轮速传感器、制动控制器、扭矩控制器和发动机控制器等组成。雷达传感器安装在散热器的
23、护栅内,可探测到汽车前方150m的距离;在前后轮廓上均装有轮速传感器,可测出车辆的行驶速度;方向角传感器用以判断车辆行驶的方向;发动机控制器和扭矩控制器用以他侧和调整发动机接通和输出扭矩,以提高发动机的动力性,并适时调整车辆的运行速度。各种控制器和传感器均用车内计算机控制。自适应控制方法可以自动检测系统的参数变化,从而时刻包此系统的性能指标为最佳。该系统的优点是:装有自适应巡航控制系统的智能车,通过雷达和计算机来鉴别靠近车辆的是自行车、汽车还是行人,根据道路情况控制车辆行驶状态,完全或部分地去台里驾驶员的操纵;汽车上的各种传感器不断收集汽车、道路和周围环境等方面的信息,通过计算机来调整汽车的运
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