汽车定速巡航控制装置的设计开题报告 - 图文

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文 献 综 述

1 研究目的及意义 随着汽车工业和公路运输业的发展，汽车将走进千家万户，驾驶人员非职业化的特点将突出，车辆驾驶的自动化己成为汽车发展的主要趋势[1]。跨入二十一世纪后，人们需要更加舒适、简便和安全的交通工具，以适应快捷的生活节奏，因此对汽车的智能化要求更加迫切，随着计算机和电子技术的不断发展，性能价格比不断提高，为汽车的优化提供了雄厚的物质基础，汽车实现智能化已不是梦想[2]。驾驶汽车长途行驶的机会较多，而且在高速公路上行驶时变换车速的频率及范围都较少，能以较稳定的车速行驶。但若长途驾驶而右脚不得不踩油门踏板时，久而久之驾驶员就会感到疲劳，容易发生交通事故。车辆自动变速器及其控制技术是智能汽车非常重要的内容，是汽车辅助驾驶系统和自动驾驶系统的基础，是目前我国智能汽车发展亟须解决的核心技术之一。 此外，随着我国高速公路网建设纵横迅速延伸，自动巡航控制也具备了广泛的发展和应用前景[3]。 汽车巡航控制系统CCS(Cruise Control System)是汽车电子技术新装置之一，它实际上就是一种辅助驾驶系统[4]。汽车定速巡航控制装置的使用减轻了驾驶员操纵强度,减少了不必要的车速变化,提高了驾驶的舒适性和安全性,节省了燃料和降低排放污染，提高发动机的使用效率[5]。采用汽车巡航控制系统是提高汽车的动力性能和乘坐的舒适性的主要方法之一。 2 汽车定速巡航控制系统的历史背景 汽车巡航控制系统发展至今已有四十多年的历史，它经历了机械控制系统、晶体管控制系统、模拟集成电路控制系统和微机控制系统等几个过程[6]。 从总体上来说，国外汽车巡航控制系统的发展大体经历了三个阶段： 第一阶段是上世纪50年代末至70年代中期，这一时期美国和日本相继出现了以模 拟电路为基础的汽车巡航控制系统。例如，日本丰田公司从1965年起就开始在车上装用 毕 业 设 计（论 文）开 题 报 告

机械式巡航控制系统。之后，德国的VDO公司也研制出了气动机械式巡航控制系统。早期的汽车巡航控制系统以机械式和气动式巡航控制系统为主。 第二阶段是上世纪70年代中后期至80年代中后期，随着单片机技术的发展，特别是大规模集成电路及微机的应用，出现了以数字技术为基础的巡航控制系统。例如：1974年美国鲁卡斯汽车研究中心研究出了性能完善的运用卫星雷达的数字控制器控制的车速／车距控制系统，该系统可以更好地适应路面状况的变化。日本Hino(日野)公司于1985年向市场投放了一种基于燃油经济性的车速控制系统，其控制框图如图1所示，其控制部分是基于数字式的微控制器。 换挡指示器 恒速/经济型开关 取消开关 微处理器 真空发生器 发动机转速传感器 负荷传感器 车速传感器 执行器 发动机 图1 Hino公司生产的车速控制系统框图 与模拟技术相比，数字系统的突出特点是系统的信号量以数字表示，受工作温度和湿度的影响较小，因此数字控制具有更高的稳定性。汽车巡航电子控制器采用先进的大规模或超大规模集成电路技术做成专用模块，也可在微机上编程实现。当汽车上其它系统已有微机控制时，只要修改一下程序便可将此功能附加上去，因丽可节省昂贵的系统硬件开支[7]。 第三阶段从上世纪90年代开始，国外又开始发展以智能化为核心的汽车巡航控制系统和以定距离控制为主的自适应巡航控制系统。

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3 汽车定速巡航控制系统的国内外研究和应用现状 3.1 国外研究和应用现状 严峻的交通安全问题使得人们对汽车驾驶的安全性的要求越来越高。自适应巡航控制(Adaptive Cruise Control System，简称ACC)[8]，系统将汽车定速巡航控制系统和车间距离保持系统有机的结合起来，减少了驾驶员的驾驶负担从而提高了车辆的安全性。 目前国外很多专家都在研究自适应巡航控制系统。自适应控制系统属主动安全技术，它 是传统的速度巡航控制系统的发展和改进。这种巡航控制系统主要由探测器厂传感器、控制器、执行机构、人机接口、失效保险装置五个子系统组成[9]，其拓扑结构如图2所示 探测器（雷达等） 开关控制 油门执行机 构 制动执行机 构 信号处理器 ACC控制器 信号处理 CIA总线 传感器 （速度、加速度等）综合显示系统 图像显示处理器 图2自适应巡航控制系统的拓扑结构 它将汽车自动巡航控割系统和车辆前向撞击报警系统（FCWS：Forward Collision Warning System)有机地结合起来，既有自动巡航功能，又有防止前向撞击功能。当道路情况良好时，该系统就是普通的巡航控制系统，可以按设定车速巡航行驶；当另一辆 车进入到装置的自动测量范围时，系统根据雷达传感器探测到与前方车辆的相对距离和 速度，控制车辆的油门和刹车，从褥使本车与前方车辆保持一定的距离。如果前方车辆从测量范围内消失，ACC将自动恢复原来的车速。该系统可降低62％的追尾事故，采用该系统可有效地提高驾驶员的舒适性，减少因长时间驾驶带来的疲劳及负担[10]。

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基于自适应巡航控制系统，国外很多专家开始了一种半自主式巡航控制系统的研究。此种巡航控制系统能够很快地应用于公路上，同时能够保持人工操纵和自适应巡航控制系统的共存。 不少车辆，特别是高级轿车已经把巡航控制系统律为配备设备或备选设备。在美国大多数轿车上均装用了巡航控制系统。例如美国协和(CONCORD)、纽约人(NEW YORKER)、别克(BUICK)、觊迪拉克(CADILAC)、克莱斯勒(CMC)等。在日本，随着高速公路的发展，巡航控制系统的装车率也不断得到提高。如日本皇冠(CROWN)、佳美(CAMRY)、凌志(LEXUS)、丰田大霸王(PREVIA)等。欧洲的奔驰(BENZ)、宝马（BMW)等都装有巡航控制系统[11]。 3.2 国内研究和应用现状 目前我国的自动巡航控制装置仍处于研制阶段，具有自主知识产权的产品还未见报道。由于国内汽车研究起步较晚，技术相对落后，并且就目前我国公路状况和实际应用来说，对汽车巡航控制系统的研究应用主要是以单车定速控制为主。目前，模拟汽车憾速控制器在我国已经投入生产和使用。例如：由江苏省仪征市巡航设备厂生产的XD-1型汽车定速系统。 近几年，国内有许多科研机构和高校也开始了对电子式巡航控制装置的研究。例如，北京理工大学应用PID方法对汽车巡航控制进行的研究、由清华大学王俊敏等研制的基于变参数的比例一积分(PI)控制算法汽车数字式巡航控制系统、哈尔滨工照大学建立了基于一汽捷达轿车的汽车纵自动力学模型等等。但从总体来说，目前国内对汽车巡航系统的研究还不是很成熟。 4 课题的坑能思路和方案 汽车自动巡航控制系统自20世纪70年代起各大汽车厂家都争相研制并装在较高级的轿车上，到了80年代中末期，由于微处理器在汽车上的广泛应用和高速公路建设的迅速发展，使得它更加完善。到20世纪末起以及目前展出的21世纪汽车，该系统真可谓日臻完善，系统电路集成化水平提高，控制模块体积精巧，多路传输系统日渐成熟，自检系统更准确有效。

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