汽车的定速巡航系统通过一套精密的电子控制系统来实现,其核心目标是在驾驶员设定目标车速后,自动调节发动机动力输出(有时也配合制动系统),使车辆维持设定的速度行驶,无需驾驶员持续踩油门踏板。
以下是实现定速巡航的关键组件和工作原理:
1. 核心控制模块 (ECU - 电子控制单元):
这是系统的大脑。它接收来自各个传感器的信号,进行计算,并根据计算结果向执行器发出指令。
通常是车辆发动机控制单元或一个专用的巡航控制模块。
2. 车速传感器:
实时监测车辆当前的实际行驶速度。
信号通常来自车轮转速传感器(用于ABS/ESP系统)、传动轴转速传感器或变速箱输出轴转速传感器。
这是反馈控制中最重要的输入信号。
3. 设定开关:
驾驶员通过方向盘或拨杆上的按钮进行操作:
ON/OFF: 开启或关闭巡航系统。
SET/COAST: 按下时,将当前车速设定为目标巡航车速;按住时,车辆会减速(降低设定速度)。
RES/ACCEL: 恢复上次设定的巡航速度;按住时,车辆会加速(提高设定速度)。
CANCEL: 暂时取消巡航控制(但保留设定速度记忆,方便RES恢复)。
制动踏板开关和离合器踏板开关 (手动挡):
当驾驶员踩下刹车踏板或离合器踏板(手动挡)时,这些开关会立即发送信号给ECU,强制解除巡航控制。这是最重要的安全冗余设计,确保驾驶员能随时完全接管车辆控制权。
4. 执行器 (控制节气门/动力源):
ECU根据计算得出的结果,控制执行器来调节发动机的动力输出。这是系统的“手”,负责实际改变车速。
传统拉线油门时代: 使用一个真空驱动或电机驱动的伺服机构,通过拉索物理地拉动油门拉线,从而控制节气门开度。
现代电子油门时代: 控制变得简单直接。巡航控制ECU通过车载网络直接向发动机控制单元发送指令。发动机ECU则控制驱动电子节气门的电机,精确调节节气门开度。有些混合动力或电动车还可能调节电动机的扭矩输出。
5. 工作流程 (闭环负反馈控制):
设定目标速度: 驾驶员按下“SET”按钮,当前车速被存储为目标速度。
持续监测: 车速传感器不断将实际车速信号发送给控制模块。
计算偏差: 控制模块将实际车速与设定的目标速度进行比较,计算出速度偏差。
决策与指令:
如果实际车速 < 目标车速(如上坡):控制模块指令执行器增大节气门开度,增加发动机动力输出,使车辆加速。
如果实际车速 > 目标车速(如下坡):控制模块指令执行器减小节气门开度,减少发动机动力输出。在较陡的下坡,仅靠收油门可能不足以维持车速,此时更高级的系统(如自适应巡航或部分基础巡航)可能会轻微施加制动(通过向ESP/刹车系统发送指令)。
如果实际车速 ≈ 目标车速:维持当前的节气门开度。
持续循环: 这个过程(监测->比较->计算->执行)以极高的频率(每秒几十甚至上百次)不断循环进行,形成一个闭环控制系统,实时动态调整油门,以抵抗坡度变化、风阻变化等外部干扰,努力将速度偏差减小到接近于零。
关键特点总结:
自动油门控制: 核心是代替驾驶员脚踩油门的动作。
闭环反馈: 依赖实时车速反馈来不断修正动作。
驾驶员设定与干预: 驾驶员设定目标速度,并可随时通过刹车、离合、取消按钮或油门介入来覆盖或解除系统。
安全优先: 踩刹车是解除巡航最直接、最优先的方式。
进阶发展:
自适应巡航控制系统: 在基础定速巡航上增加了雷达或摄像头传感器,可以探测前方车辆的距离和相对速度。系统不仅能保持设定速度,还能自动调整车速以维持与前车的安全距离,甚至可以在交通拥堵时实现自动跟停和重新起步。
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