大众车系主动巡航控制系统简介

◆文/山东 王振龙

巡航控制系统(Cruise Control System)简称CCS，该系统对汽车速度和行驶状态进行调节和控制，以减轻驾驶员的疲劳强度，提高行车安全性以及舒适性。汽车巡航控制系统如图1所示，下文将介绍主动巡航控制系统。

一、系统简介

主动巡航控制系统(Adaptive Cruise Control，自适应巡航控制系统)简称ACC，是在定速巡航系统(DCC)的基础上开发的另一种巡航系统，它能够自动保持车辆的巡航速度、保持本车与前方车辆设定的安全距离。ACC系统提高了驾驶舒适性，减少了对油门踏板、制动踏板的操作，大大缓解了驾驶员长途驾驶的疲劳强度。

ACC系统模仿蝙蝠超声波定位飞翔的原理，使汽车按照驾驶员的意图保持与前车的距离。车辆前方装有一个毫米波雷达传感器，用来探测前方车辆与本车的距离，如果车距大于设定值，车辆会自动加速直至达到设定车速；如果小于设定值，车辆会自动减速。减速通过三种方式实现：①降低发动机扭矩(减小TPS开度)；②换低速挡(配置AT变速器)；③施加制动。

如果以上三种措施没有达到预定车速，系统将通过仪表警示灯及声音系统提示驾驶员介入实施制动，如果车距过小有碰撞的趋势，系统的警示频率将会加快，同时关闭车窗，收紧安全带，加大制动力矩。

1.系统功能

ACC系统有四大功能：①测量前方车辆车距；②测量前方车辆车速；③测量前车位置；④选择跟踪车辆。

2.工作条件

ACC不是全自动驾驶系统，主要适用于高速公路和城乡公路进行前进直线行驶，只有满足下列条件才能工作：①本车前方只有一辆车；②前车距离、速度、方位角被准确测量；③系统无故障，电控单元正确分析传感器数据；④车速在30～210km/h；⑤活动物体(ACC对固定目标无法做出反应)；⑥晴朗天气(恶劣天气如雨、雪、泥水，由于雷达的探测视野受到影响，故影响ACC系统的稳定性)。

二、工作原理

图2为ACC系统的工作原理。驾驶员通过ACC控制开关设置巡航车速与前车安全距离，设置内容及工作情况通过仪表直观显示。

车距传感器、车速传感器、转向角度传感器监控汽车行驶状态并把信息输送到ACC、ECU，其具体工作过程如下：①当主车前方无行驶车辆时，主车处于普通的巡航状态，ACC系统按照设定的车速对主车进行匀速控制。②当主车前方有目标车辆时，前车车速小于主车，ACC系统通过电子制动助力器控制主车减速，确保两车的车距为设定距离，主车减速到理想车速时跟随前车行驶。③前车变道或主车驶向其他无车道路时，ACC系统向TPS发送指令使车辆加速到设定车速，车速恢复后，ACC系统又转为匀速控制。④当驾驶员参与驾驶时，ACC自动退出对车辆的控制。

三、部件组成与结构

1.多功能方向盘及操作拨杆

多功能方向盘左侧的按钮(见图3)是ACC系统的操控中心，按键功能如下：

ON/OFF：开启关闭键。

SET：设置当前车速，通过下方“+”、 “-”按键调整理想车速。

RES：复位按键，将车速复位到设置速度，通过下方“+” 、“-”按键重新调整车速。

CANCEL：取消按键。

ACC系统设定值存储在转向柱控制单元。制动踏板、油门踏板、挡位动作时，ACC系统停止工作。有些车辆为了使驾驶员操作简便，在方向盘左下方设置了专用操作拨杆，其具体功能如图4所示。

2.组合仪表上的ACC显示器

汽车仪表盘中央为多功能显示器，ACC系统工作状况在显示器上一目了然。车速表外圆由二极管指示ACC系统设置车速。当ACC系统出现故障时屏幕如图5所示。

3.车距传感器、车距控制单元

(1)安装位置

传感器安装在前保险杠中央或车标后部位置。

(2)构造

传感器和控制单元集成为一体，控制单元把前车的速度、位置经计算处理后把需要调整的数据通过CAN总线发送到ECU、ESP、AT控制单元。

车距传感器护盖采用雷达信号可穿透的金属铟作为镀层，因此装用ACC系统的车标不能互换。为防止雨、雪、冰对传感器的影响，护盖表面通电可产生热量。为保证传感器工作的可靠性，护盖表面应保持清洁，事故车修复时传感器及车标应避免油漆、不干胶附着在表面。

(3)车距传感器工作原理

车距传感器(见图6)依靠电磁波工作，以光速发射出调频信号，经物体反射后接收返回信号。信号自发射出到接收的时间差值经控制单元计算后即为前车的距离。

发射波为高频连续三角波，频率随时间变化。雷达接收的回波频率与发射的频率波形相同，只是有一个时间差，电控单元利用时间差可计算出目标距离。

ACC系统将频率变化(调频)速率为200MHz/ms的超高频震荡波(频率随时间变化)作为发射信号，频率为76.5GHz的载波信号(见图7)作为输送载体。

发射信号和接收信号的频率差取决于物体之间的距离，距离越大，频率差就越大(见图8)。

①车速测量

当鸣着警笛的汽车由远处经过观察者时，汽笛的声调会由高变低，这是因为声波振动的频率决定声调的高低。声波频率高，声调听起来就高，反之则听起来较低，这种现象就是多普勒效应。

应用多普勒效应原理可确定前车的速度。当两车的距离减小时，前车反射回来的波形频率提高(密)；当两车距离增大时，这个频率就会降低(稀)，电控单元根据频率变化计算出前车的速度。如图9所示，前车加速，两车距离加大，由前车反射回来的雷达波Δf0频率降低，电控单元根据发射和接收的频率差值Δf1、Δf2计算出前车速度。

②位置测量

雷达探测信号的强度随发射距离的加大而减弱。传感器发射三束不同角度的雷达波，当其中一束雷达波探测到前方车辆时，反射回的雷达波信号强度降低，其他两束由于没有探测到物体故没有返回波，电控单元根据三束雷达波发射、返回的信号强度可确定前方车辆的位置。

③目标确定

汽车在实际行车时，如在高速公路、多车道路面及转弯时，雷达视野会出现多辆车。ACC系统需要参照车身摆动信号、方向盘转角信号、VSS信号确定前车具体目标并保持设定的距离。

汽车直线行驶时，轮速信号、车身摆动信号、方向转角信号都是定值。ACC系统通过接收回声波分析哪辆车离本车距离较近，哪辆车在雷达视野存在的时间较长，就会确定那辆车为巡航目标车辆。

转弯时确定前车目标(见图10)，方向转角信号确定汽车转弯半径R，汽车前风挡玻璃处高清摄像机确定车道宽度B，ACC系统根据R、B计算出模拟车道。ACC系统根据模拟车道上出现的最近物体作为目标调节本车车速。在驶离或驶出弯道时，可能出现下列情况：本车道距离最近目标丢失，ACC系统把相邻车道上的汽车作为目标车辆调节本车距离，进行短时减速或加速。这是系统本身原因，并不表示有故障。

4.电子制动助力器

电子制动助力器(EBS)接受ACC控制单元的指令，自动施加制动，并控制制动力矩，使制动过程轻柔、舒适，其结构如图11所示。

制动压力传感器把制动主缸油压输送到电子制动控制单元，控制单元根据此信号控制制动压力的大小。

膜片位置传感器测量膜片变形量的大小，电控单元根据制动压力信号、膜片位置信号可计算出比较精确的制动力。

释放开关向EBS-ecu输送开关信号，EBS-ecu根据输送信号区分制动过程是机械制动还是电子制动。

(1)工作原理

电子制动时：①控制推杆不动作，释放开关1接通，电路1接通，开关信号输送到EBS-ecu。②EBS-ecu根据ACC系统的要求控制制动力矩，如果力矩不够向仪表系统发送辅助提示请求，那么仪表系统接收请求后会在显示屏幕上用声光提示驾驶员辅助制动，见图12。

机械制动时：驾驶员踩制动踏板，推杆向左移动，释放开关触点2接通，开关信号输送到电子制动控制单元。电控单元接收信号辨别出机械制动工作，电子制动系统此时处于待命状态，见图13。

(2)比例控制阀

比例控制阀是电磁阀的一种，接收电控单元的指令控制空气进入膜片室的多少，控制线圈电流大小与阀门开度成正比。比例控制阀只在电子制动时工作，其工作原理如下：

①建立压力，线圈通电，进气滑阀在电磁吸力的作用下克服弹簧力向左移动，进气阀封口开启，外界空气由此进入工作室，膜片左边的真空吸力大于右边的大气压力，膜片左移推动制动总泵产生制动力，见图14。

②保持压力，线圈电流减小，产生的磁吸力相应也减小，回位弹簧弹力大于电磁吸力，进气阀右移，进气阀封口关闭。膜片保持当前位置，制动总泵保持当前的制动力，见图15。

③释放压力，线圈断电，磁吸力消失。在回位弹簧的作用下，进气阀带动盘形封口继续向右移动，排气阀封口开启。工作室内的空气经排气阀封口进入真空室后被发动机抽出，膜片两端压力平衡，膜片回位弹簧被推回原位置，制动总泵无液压油输出，见图16。

四、ACC系统功能

1.使汽车匀速行驶

如果本车前方没有车辆行驶或车距控制传感器在探测区域内没有探测到车辆，则ACC系统按照驾驶员的设定车速行驶。

2.自动降低车速

如果同车道上前车行驶速度较慢，ACC系统会自动减小发动机的扭矩，并随时施加制动将两车距离调节到驾驶员预设的车速。当有车速较低的车辆插入本车前方时，ACC系统通过减速使本车速度与前车速度一致。

3.自动增加车速

当车距控制传感器探测到前方车辆加速或变换行车道时，如果本车小于设定速度，ACC系统自动增加发动机扭矩使汽车达到设定车速。

4.ACC系统的盲区

传感器的有效探测区域为±12°，由于传感器探测不到视野之外的区域，所以ACC系统不工作。如紧邻车旁迅速插入或者在传感器盲区内的道路使用者(如摩托车)，系统将不能对其作出反应。

五、ACC系统工作范围

1.车速对ACC系统的影响

当车速为100km/h 时，制动距离为41.63m，因此高速公路规定跟车距离不能小于100m。为增加行车安全，车距控制传感器最大能探测到前方150m的距离，因此ACC系统最高限速180km/h，某些车型最高限速为200km/h。

当车速低于30km/h时，驾驶员有足够的反应时间处理突发事故，因此ACC系统不工作。ACC系统虽能自动降低车速，但不能完全取代制动系统。如在ACC工作范围(30～180km/h)有车辆突然插入本车前方或本车正在接近前方车辆，此时ACC系统通过电控制动助力器紧急降低车速。为预防碰撞事故的发生，只要时速大于30km/h，ACC就会提醒驾驶员辅助制动。考虑到舒适性，ACC的减速度小于最大减速度的30%。

2.转弯半径对ACC系统的影响

ACC系统的有效工作半径r 大于500m。当r小于500m 时，ACC系统处于模糊控制区域，其工作性能不稳定。如图17所示，绿车的行车道前方没车，但是ACC可能会对右侧行车道上行驶的蓝色车作出反应。

六、ACC与其他系统的网络通讯

车距控制传感器经制动助力器控制单元EBS-ecu中的总线继电器连接到CAN总线，并与EBS-ecu、ECU、组合仪表、转向柱电子控制单元、自动变速器控制单元、ABS控制单元(带EDL系统)进行信息交流。

七、ACC系统的检修

车距控制传感器和制动助力控制单元监测ACC系统是否有故障。当系统有故障时，使用专用检测仪器(见图18)可查询。车距控制传感器安装在汽车前部外露位置，雨雪天气碰撞事故极易发生，如果传感器损坏，CAN系统关闭，汽车动力传动系统失效，相关总成(发动机、变速器)不工作，此时需通过制动助力器控制单元内的总线继电器关闭车距传感器。传感器更换、事故整形后需对传感器位置进行校正，校正传感器(见图19)需用四轮定位仪和专用设备调整相关螺钉，也可调节传感器水平角度、垂直角度。