汽车定速巡航

第二章汽车巡航控制系统的工作原理

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汽车巡航控制系统的工作原理

摘要

汽车巡航控制系统是一种汽车辅助驾驶系统，英文为CrusicControl

System(CCS),可以在40-200km/h的车速范围内启动该系统,认为的设定一个车

速，巡航控制系统就会根据行驶阻力的变化，自动增减节气门开度,使车保持一

定速度，驾驶员将不需在操控油门，只要把住方向盘就可以了,从而大大减轻了

驾驶员的疲劳强度和节省了燃油，同时还能减少交通事故的发生，系统即可自动

控制汽车恒速行驶。因此,汽车巡航控制系统又称为“恒速控制系统”.

关键词：汽车巡航控制系统发展工作原理基本结构

1。1巡航控制系统的组成

巡航控制系统的基本组成主要有：巡航控制开关、车速传感器、电控单元

和执行器四部分组成。巡航控制系统的组成如图2—1所示。

图1-1数字式巡航控制系统图

1.2巡航控制系的工作原理

图2—2是一种典型的闭环汽车电子巡航控制系统原理框图。由图2-2可知,

控制器的输入是以下两个车速信号的差：一个是驾驶员按要求的车速设定的车速

信号；另一个是实际车速的反馈信号.ECU将这两种信号进行比较，得出误差信号，

经放大、处理后成为节气门控制信号,送至节气门执行器，驱动节气门执行器工

作，调节发动机节气门开度，以修正实际车速，从而将实际车速很快调整

驾驶员设定的车速,并保持恒定。

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图1-2汽车巡航控制系基本原理图

通常将汽车在平坦路面上行驶时车速与节气门开度的关系存储在巡航控制

系统ECU的ROM中。汽车在平坦、上坡与下坡路面上行驶时的车速与节气门开度

的关系如图2—3所示。巡航控制系统根据目标车速自动维持汽车恒速行驶。汽

车在巡航定速状态下，当汽车速度下降时，ECU加大节气门开度，使发动机功率

升高,转矩增大，车速达到设定速度。反之，减小节气门的开度。系统进行巡航

控制时，若在平坦路面上车速为0时，按下设定开关进入巡航控制的自动行驶状

态，此时节气门开度在0点，一旦遇到爬坡时，则行驶阻力增加，如不进行调节

控制，车速就会降到最低点，但巡航控制器会按照一定的控制规则控制节气门，

使节气门开度从O点变为A点，使车速稳定在0点，重新取得动力平衡.当遇到

下坡时，行驶阻力减小，巡航控制系统调节节气门的开度由O点变到B点，使车

速保持在0点取得平衡.因此，即使行驶阻力发生变化,车速也只在很小范围内变

化，达到稳定行驶的目的。当车速在40km／h以下、160km／h以上时，巡航系统

不工作。当然这个上下限的限定依车型的不同而略有不同.

图1-3车速与节气门开度的关系图

若使控制线呈现垂直状态，则车速的波动(控制误差）减小到零，这样一来,

行驶阻力的微小变化都会引起节气门开度的变化,由于响应过度灵敏,容易产生

游车。因此，应综合考虑控制误差与游车问题,选择合适的控制线斜率。

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一旦系统的传感器出现故障，或控制信号电路被切断，因没有车速信号，低

速限制电路将认为车速为零，使巡航控制系统停止工作。

1。1。1机电式巡航控制系统的结构和工作原理

较早使用的机电式巡航控制系统的结构布置如图2-4所示，它由机械和电气

两部分组成:

图1—4机电式巡航控制系统部件布置图

1—控制开关2-电的释放开关3-软轴套管总成4-变速器5-伺服机构

6-真空释放阀7—软轴套管总成

1.控制开关

它是供驾驶员操作巡航控制系统的一套开关，一般都设置在转向信号手柄或

转向盘上，如图2—5所示。

它通常有4个按键开关：

(1）设定／加速按键。当按下设定／加速按键后又放松时，汽车则以此时的

车速自动稳定等速行驶。若按下按键不放松时，汽车则在此时车速的基础上加速

行驶.

（2）滑行／减速按键。当按下滑行／减速按键后一直不放松时，汽车处于

滑行减速行驶。当放松时，若汽车时速仍在48km／h以上，则会自动按放松时

的车速稳定行驶.

（3）接通按键.汽车在设定车速下稳定巡航行驶时，若交替按下和放松，则

汽车的行驶速度将会自动稍稍提高。

（4）恢复按键。当因使用脚制动、驻车制动、离合器而使巡航控制作用消

除后，按下恢复按键时,汽车将自动恢复原设定的车速稳定行驶。

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图1-5巡航控制开关图

1-接通（ON）2—恢复（RESUME)3-设定/加速（SET/ACCEL）4—滑行（COAST）

2．变送器

它是带有机械结构的中央控制装置，在接收来自巡航控制开关、制动踏板开

关、离合器踏板开关以及换档开关和发动机进气歧管真空度等信号后，综合起来

对伺服机构的真空度进行调节,达到稳定发动机转速的目的.

3．伺服机构

伺服机构的作用就是控制节气门的开度,其结构如图2-6所示。

它用杆件和拉索与节气门相连，通过真空度的变化来保证发动机转速稳定。

当真空度增大时，弹簧压缩节气门开度增大转速上升，反之，转速降低。

图1—6伺服机构图

a)伺服机构剖视图b）利用真空度来压缩弹簧使发动机转速上升

4．安全开关

安全开关包括电的释放开关和真空释放阀，其结构如图2—7所示.

释放开关和真空释放阀都装在制动踏板支架上。当踩下制动踏板时，两个安

全开关都使巡航控制功能消除，起双重保险作用.

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机电式巡航控制系统的工作过程：

图1-7机电式巡航控制系统的工作过程图

当巡航控制开关处在平常位置时，滑动触片处于接通位置，此时蓄电池电流

经点火开关、巡航控制开关、电阻丝、变送器的保持端子、真空阀线圈到搭铁。

由于电阻丝产生的电压降较大，致使保持端子处的电压太低,不能使真空阀动作,

所以巡航控制系统不工作。

变送器内装有一个带操纵臂的摩擦离合器，在车速低于48km／h的条件下，

摩擦离合器操纵臂不能将常开的低速开关闭合。所以只有车速超过48km／h，低

速开关才能闭合，才能使巡航控制系统工作.

在车速大于48km／h时按下设定／加速按键开关,电流便从变送器的“约

定”端子流入。经低速开关、真空电磁阀线圈到搭铁。因为电阻丝被旁路，没有

电压损失，所以加到真空电磁阀线圈上的电压较大，可以将真空阀打开。这样发

动机进气歧管内的真空可传到伺服机构和真空释放阀及空气调整阀。空气调整阀

根据测定车速的高低调整该系统的真空度，从而通过伺服机构调整节气门开度，

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使汽车在设定车速下稳定行驶.当放松按扭时，电流又经电阻丝到变送器的保持

端子，这一较小的电流足以保持真空阀在开启位置.

汽车在巡航控制下行驶时，若踩下制动踏板,则电的释放开关接通，恢复电

磁阀线圈通电而将真空电磁阀线圈短路，至使真空阀关闭,伺服机构不能控制节

气门,只能由司机按常规驾驶.恢复电磁阀线圈产生磁力则使恢复电磁阀动作，使

系统内真空度消除同时,从图2-6中可知，当踩制动踏板时,也使真空释放阀动作，

也起释放系统内真空的作用，达到使伺服机构不工作的目的。

1。1。2电子式巡航控制系的结构和工作原理

1．控制开关

控制开关大都做成杆式开关，装在转向柱上，通常有三个操纵按钮。即“设

定／加速”、“滑行／减速”和“恢复”，来控制汽车不同的行驶状况。

按下“设定／加速”开关不动时,汽车不断加速,当达到要求车速时，松开按钮，

电子巡航控制系统就按松开按钮时的车速保持稳定匀速运行。

当踩制动踏板、踩离合器及换档时而巡航控制功能消除后，再按“恢复”按

钮则又可按重新设定的车速运行。

2．车速传感器

电子巡航控制系统通常与自动变速器电子控制系统、发动机电子控制系统共

用车速传感器。车速传感器有光电式、霍尔感应式、磁感应式等.

3．节气门执行器

节气门执行器有电动和气动两种形式。电动式节气门执行器通常使用步进式

电动机作为驱动动力，气动式则采用进气歧管真空度控制。气动式节气门执行器

的结构及原理如图2—9所示.

图1—8气动式节气门执行器结构原理图

1-电磁铁2—电磁线圈3—阀弹簧4—压力控制阀5—气缸

6-活塞7—连杆8-节气门拉杆9—弹簧

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当巡航控制系统不工作时，执行器内无电信号传入，在弹簧9的作用下，把

活塞、连杆和节气门拉杆一起拉回右边使节气门关闭。

当巡航控制系统工作后，则有控制信号VC输入到执行器供电磁线圈2通电，

使电磁铁1产生吸力，使压力控制阀4的阀芯克服弹簧3的弹力下移，将进气歧

管和执行器气缸5连通，在进气歧管内真空度的作用下活塞6将带动连杆7和节

气门拉杆8一起向左移动而将节气门逐渐打开，从而调整了发动机转速。巡航控

制系统通过改变控制信号的大小来改变压力控制阀4阀芯下移量,使作用在活塞6

上的真空吸力发生变化，也即改变了节气门的开度，从而实现车速稳定控制。

4．电子控制器

电子控制器是电子巡航控制系统的核心，它有模拟式电子控制器和数字式电

子控制器两种形式。

(1)模拟式电子控制器

模拟式电子控制器在较早的电子巡航控制系统使用，图2—10所示的是由4

个运算放大器组成的模拟式巡航电子控制器。

图1-9模拟式巡航电子控制器图

①运算放大器1，它接收设定指令速度信号和车速传感器的实际车速信号,

将这两信号的差值计算好后放大，输入到运算放大器2和运算放大器3。

②运算放大器2,它是一个线性放大器，其放大倍数可根据要求进行调整。

③运算放大器3，它是一个积分式放大器，其放大倍数也是可以调整的。

④运算放大器4，它能产生一个模拟电压，这个电压必须转换脉冲信号后才

能作为节气门驱动器的输入信号。所以设有电压脉冲信号转换器。

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⑤指令开关S1，它是由驾驶员用来选择设定巡航控制速度的开关，当它闭

合后系统切断开关S2也同时闭合，并且向采样及保持电路发送信号，将设定速

度存储备用.

⑥系统切断开关S2，它是用来中断巡航系统控制的开关,当踩制动踏板，离

合器踏板及换挡时就自动断开，当关断点火开关或使用驻车制动开关时它也会自

动断开,但当指令开关S1闭合时，它会联动一起闭合。

（2)数字式电子控制器

上个世纪九十年代以来，新车装用的巡航控制系统已全部采用以数字式电子

巡航控制系统.图2—11所示的是某种采用数字式电子控制器的电子巡航控制系

统方框图。

图1-10数字式电子巡航控制系统方程图

数字式电子控制器的特点是:所有的输入指令都以数字信号直接存储和处理,

带可擦只读存储器的八位微处理器，根据设定车速、实际车速、以及其他输入信

号，按存储程序完成所有的数据处理之后，产生一个输出信号驱动步进电动机，

并改变节气门开度达到控制发动机转速（车速）的目的。

制动开关（脚制动、驻车制动）与节气门执行器直接相连。当使用制动时，

在中断巡航控制器工作的同时，也使节气门执行器停止工作，确保节气门完全关

闭.数字式电子巡航控制系统的突出优点是:系统中的信号以数字量表示,不受

工作温度和湿度的影响，因此工作稳定，可靠性高。另外数字式电子控制器可采

用先进的大规模的集成电路技术做成专用集成块,也可在微机上实现编程。特别

是对发动机、变速器已采用微机控制的汽车上，只需在已有的微机上修改一下程

序就可以将此功能附加上去。这也是巡航控制系统在电喷汽车上很快发展普及的

有利条件。

第二章汽车巡航控制系统的工作原理

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1。3汽车巡航控制系统的使用注意事项

定速巡航系统在使用中还应该注意以下几个问题：

（1)为了让汽车获得最佳控制，当遇到交通阻塞或在雨、冰、雪等湿滑路面

上行驶，或遇上大风天气时，不要使用定速巡航系统。

（2)为了避免定速巡航系统误工作,在不使用定速巡航系统时，务必使巡航

控制系统的控制开关处于关闭状态。

（3）汽车行驶在陡坡时,使用巡航控制系统，会引起发动机转速过大变化,

因此最好不要使用巡航控制系统。下坡驾驶时，应避免加速行驶。若车辆的实际

行驶速度比设定车速高出太多，则可省略巡航控制装置,然后将变速器换入低挡,

利用发动机制动使车速得到控制.

（4）汽车巡航行驶时，对装备手动变速器的汽车不应在未踩下离合器踏板

时就将变速杆置空挡，否则会造成发动机转速急剧升高.

（5）使用定速巡航系统要注意观察仪表板上的CRUISE批示灯是否闪亮,若

闪亮，则表明巡航控制系统处于故障状态。发现系统故障时，应停止使用巡航

控制系统，待排除故障后再使用巡航控制.

（6）ECU是巡航控制系统的中枢,对电磁环境、湿度及机械振动等较敏感。

使用时应注意防潮、防振、防磁和防污染。

第二章汽车巡航控制系统的工作原理

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2.1本田CR—V型汽车巡航控制系统的组成

本田CR—V型轿车的巡航控制系统属于电控真空膜片式控制系统。当汽车在

巡航控制模块时，节气门的开度由真空电磁阀式执行器控制，真空电磁阀式执行

器位于发动机室左侧防火壁处，它由真空泵部件提供真空至通风电磁阀。阀和泵

部件接收来自好、巡航电子控制单元ECU的指令，而巡航控制单元接收以下部件

的输入提供的信号:巡航控制主开关;车速信号；发动机电喷控制动力模块PCM

发动机转速信号；制动灯开关信号；离合器开关信号等.

本田CR-V型轿车电子控制电路主要由巡航控制主开关、设定/减速开关、恢

复/加速开关、巡航电子控制单元ECU、巡航控制执行器、巡航指示灯以及为了

安全所采用的各种巡航解除开关（制动开关、空挡开关和驻车制动开关）等组成。

其主要部件在车上的安装位置如图3-1所示。

图2-1本田CR-V车巡航控制系统主要部件在车上的安装位置图

第二章汽车巡航控制系统的工作原理

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2.2本田CR-V汽车巡航控制系统的工作原理

本田CR—V型轿车巡航控制是一种典型的机电一体化机构，它是利用机械和

电子装置使汽车在驾驶员设定的速度下行驶，是在接受到巡航控制主开关和巡航

控制开关（设定/减速开关或恢复/加速开关)发出的指令信号后出才开始工作的.

（1）供电电路当将点火开关置于ON或START位置时，蓄电池正极电压

点火开关巡航控制熔断器C502插件黑/黄线巡航控制主开关.

当按下巡航控制开关按钮时,主开关上的蓄电池电压就会闭合的ON触点一

方面使巡航控制主开关接通指示灯点亮;另一方面从巡航控制主开关输出后分为

两路：一路加到电控单元，作为控制单元ECU的工作电源;另一路加到制动开关

上,通过其常闭触点加到电控单元ECU上.这样,进一步只要操作转向盘上的巡航

控制开关，就可进入巡航工作方式了。

（2）巡航控制开关巡航控制开关设置在转向盘处，设定/减速开关的信

号加到电控单元ECU上，恢复/加速开关的信号也加到电控单元ECU上。当按下

这两只开关中的任一进行巡航控制时，巡航电控单元接收来自制动开关、车速传

感器、离合器踏板开关或A/T档位开关的信号,巡航控制系统依次发送信号给巡

航控制执行器来调节节气门的位置以维持所设定的汽车速度。巡航电控单元将汽

车的实际速度与所设定的速度进行比较，从而在必要时打开或关闭节气门，使发

动机提供的动力与所设定的汽车速度相匹配.

如果制动开关或离合器开关处于ON位,或车速在40km/h以上，则巡航控制

系统不能进行定速设定，这时应按下恢复加速开关，汽车将自动返回到原先设定

的速度。

为了加速，不需要踩油门来达到目的。可以通过按下恢复/加速开关,发送一

个加速信号给电控单元ECU，直至达到所希望的车速。当松开该开关时，系统会

在目前速度的程序下工作。

为了减速，可按住设定/减速开关，发送一个减速信号给电控单元上，使车

速慢慢下降。当达到所要求的速度时,放开设定/减速开关,系统会在目前速度的

程序下工作.

（3）电控单元ECU巡航电控单元ECU采用一只引脚的插接器与外电路相

连接,电控单元各引脚功能及数据如附表所列。

(4）制动开关制动开关安装在制动踏板上面,该开关有两组触点。未踏下

制动踏板时,常闭触点引来的蓄电池电压加到电控单元的2脚。

当驾驶员以恒力踏下制动踏板时，制动开关的常闭触点断开，从而使电控单

元的2脚断电；而其常开触点闭合后，使电控单元的5脚获得蓄电池电压，这一

信号进入电控单元内后，巡航控制系统就不会对节气门进行控制。

第二章汽车巡航控制系统的工作原理

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（5)离合器踏板开关或自动变速器档位开关离合器踏板开关位于离合

器踏板上方,自动变速器档位开关在自动变速器驱动桥后下方。前者属于手动变

速器方式,后者属于自动变速器方式。离合器踏板开关或自动变速器档位开关输

出的信号送到巡航电控单元的脚.电控单元ECU接收到脚输入的信号后，会控制

节气门关闭或进行适应性调整。

（6）巡航控制执行器巡航控制执行器安装在发动机室左侧，与电控单元

ECU的1、9、11脚相连接。安全电磁阀在巡航控制系统工作时就进入工作状态；

通风电磁阀受电控单元ECU的9脚输出信号的控制，当9脚为低电平时，通风电

磁阀工作，进而就会使作用在执行器上的真空吸力消失，从而使控制系统不起作

用。

真空电磁阀受电控单元ECU的11脚输出信号的控制，当11脚为低电平时，

真空电磁阀工作，用于对节气门的位置进行调整。

这样，电控真空膜片式执行器根据电控单元ECU输出信号,适时打开或关闭

节气门，以实现巡航的自动控制。

(7）巡航控制指示灯巡航控制指示灯在仪表总成内，受巡航电控单元

ECU的10脚输出信号的控制。当按下巡航控制开关且巡航控制主开关处于ON位

置时，仪表板上的巡航控制灯因电控单元ECU10脚输出低电平而点亮。

（8）车速传感器车速传感器安装在变速驱动桥的左上方,与电控单元

ECU的12脚相连接，车速传感器检测到的信号,一方面提供给巡航电控单元ECU

的12脚，另一方面也送到组合仪表中,供车速使用。

（9）发动机转速信号巡航电控单元ECU的脚输入的是发动机转速信号,

该信号来自发动机电喷系统动力控制模块的A5端，供巡航控制系统使用。

（10）巡航控制模式的取消当汽车在以下工况工作时,巡航控制单元ECU

将自动取消巡航控制模式：巡航控制主开关断开;汽车的车速在40km/h以下；踩

下制动或离合器踏板；自动变速器的档位开关处于空挡位置。

总结

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。

其未来的发展动向有以下几点：

（1）追踪行驶控制：巡航控制系统的最大优点是，行驶中，驾驶员可通过操

作加速、减速、恢复、取消等开关,来控制车速。但是，当汽车通过道路交通状

第二章汽车巡航控制系统的工作原理

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态复杂的路段时，就不能使用巡航控制系统。为此，可向前方车辆发射30GHz

—300GHz的毫米波，利用车载雷达监测与前方车辆的距离，以最低安全距离,

进行跟踪行驶。

（2）小型化、一体化和智能化。随着科学技术的进步,汽车技术和电子技术

的不断发展，汽车上配装的各种功能性、舒适性和娱乐性附属装置越来越多，可

是车内空间有限，为此，世界各大汽车厂家,均将小型化、一体化和智能化作为首

选目标，并投以巨资进行开发.

（3）发动机和变速器综合控制。为了提高控制精度、响应性和感知灵敏度，

并减少所占空间位置,目前一些厂家在将发动机、变速器控制和车速控制组合在

一起，共用一个计算机进行综合控制（有称集中控制）.

（4)采用新控制理论。为了驾驶员具有更平顺的驾驶感和更自然的速度控制，目

前，在应用传统控制理论的基础上，正在引人模糊控制等新理论。

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