巡航控制系统的原理与方式

巡航控制系统是一个典型的闭环控制系统，其控制原理采用的是比较控制，控制方式采用的是“比例－积分算法”（Proportion and Integra1Ca1cu1us，PI）。

1.巡航控制系统的基本原理

巡航控制系统的基本原理如图7－2所示。输入CCSECU的信号有两个：一个是驾驶人根据行驶条件，通过巡航开关设定的巡航车速指令信号；另一个是车速传感器反馈输入的实际车速信号。

图7-2　巡航控制系统的基本原理

当巡航车速指令信号和实际车速信号输入CCSECU后，CCSECU的比较器A经过比较运算便可得到两个信号之差，称为误差信号。误差信号经过比例运算和积分运算后，再经放大处理就可得到控制节气门开度大小的控制信号，CCS ECU将控制指令发送给巡航执行机构，巡航执行机构就可驱动节气门拉索（或电子式节气门控制器）调节节气门开度的大小，将实际车速迅速调节至驾驶人设定的车速值，从而实现恒速控制（巡航控制）。

【知识链接】

在控制过程中，当实际车速低于驾驶人设定的巡航车速时，CCS ECU将向巡航执行机构发出增大节气门开度的指令，使实际车速升高至巡航车速。反之，当实际车速高于驾驶人设定的巡航车速时，CCSECU将向巡航执行机构发出减小节气门开度的指令，使实际车速降低至巡航车速，从而使实际车速基本保持在驾驶人设定的巡航车速不变。

2.巡航车速的控制方式

巡航控制系统对巡航车速的控制，一般采用“比例－积分算法”进行控制，又称为PI控制方式。

图7-3　巡航车速控制方式(www.xing528.com)

比较器运算得到的误差信号经过比例运算放大电路线性放大后，输出的信号将正比于误差信号；积分运算放大电路设置有一条斜率可调的输出控制线，用以在短时间内将车速误差调节至趋近零的很小范围，根据输出控制线控制的巡航车速与节气门开度之间的关系如图7－3所示。节气门控制信号则由内部电路（比例运算放大电路和积分运算放大电路）的输出信号叠加而成。

当汽车在平坦路面上以设定的巡航车速vo行驶时，设节气门开度为θo，如果此时CCS ECU向巡航执行机构发出指令使节气门开度保持不变，则汽车将以设定的巡航车速vo行驶。当汽车遇到坡道上坡行驶或遇到刮风逆风行驶时，坡道阻力或风阻增加将使车速降低至vd，汽车将不能以设定的巡航车速vo行驶。因此，CCSECU必须向巡航执行机构发出指令使节气门开度增大（节气门旋转角度增大Δθ），才能使车速接近设定的巡航车速vo（实际车速比巡航车速vo低－Δv）行驶。同理，当汽车下坡或顺风行驶时，节气门旋转角度将减小Δθ，实际车速将比巡航车速vo高Δv。

【特别提示】

为使汽车巡航车速vo不受行驶阻力变化的影响，CCSECU内部积分运算放大电路KI控制的输出控制线应尽可能使车速变化范围减小，即输出控制线的斜率应尽可能小。由于PI控制方式设置了输出控制线，当汽车行驶在上坡、下坡道路以及风阻等因素导致行驶阻力变化时，巡航控制系统只要将节气门开度调整±Δθ转角，就可将车速变化幅度限制在±Δv的微小范围内。

3.巡航控制系统的优点

巡航控制系统主要具有以下优点：

（1）降低驾驶人的劳动强度，提高行驶安全性。在汽车行驶过程中，当车速达到一定值（超过40 km／h）后，只要驾驶人操作巡航开关并设定一个想要恒速行驶的车速，CCS ECU就能自动控制发动机节气门开度，使汽车保持在设定的速度恒速行驶，无须驾驶人踩踏加速踏板，从而使驾驶人的劳动强度大大降低。当汽车在高速公路或高等级公路上长时间行驶时，巡航控制系统的优点更能充分发挥，行驶安全性将大大提高。

（2）行驶速度稳定，提高乘坐舒适性。在巡航行驶过程中，无论汽车在上坡或下坡路面上行驶，还是在平坦路面上行驶，或在风速变化的情况下行驶，只要在发动机功率允许的范围之内，汽车行驶速度都将保持设定的巡航车速不变，从而使乘坐舒适性大大提高。

（3）节省燃料消耗，提高燃油经济性和排放性能。实践证明，汽车在相同行驶条件下，利用巡航行驶可以节省15%左右的燃料。这是因为巡航控制系统与发动机燃油喷射系统和自动变速系统是相互配合工作的，巡航车速被控制在经济车速范围内，巡航行驶时的燃料供给与发动机功率处于最佳配合状态，同时有害气体的排放量也将大大降低。