EMS系統(tǒng) ACC主動巡航功能開發(fā)研究

符傳興

摘 要：本文通過研究 ACC主動巡航的功能特點，思考其與 EMS控制系統(tǒng)開發(fā)中的系統(tǒng)結(jié)構(gòu)，信號交互，操作模式。以及巡航按鍵阻值的配置、EMS的控制策略、信號檢驗以及 EMS對 ACC相關(guān)周邊控制需求信號的響應(yīng)情

況進行整體分析研究。關(guān)鍵詞：自適應(yīng)巡航；系統(tǒng)結(jié)構(gòu)；控制策略

1 前言

自適應(yīng)巡航控制ACC（Adaptive Cruise Control）系統(tǒng)又稱主動巡航控制系統(tǒng)，是一種智能化的自動控制系統(tǒng)，該技術(shù)是在定速巡航控制系統(tǒng)基礎(chǔ)上發(fā)展而來，目前在部分豪華轎車上應(yīng)用。它可以減輕駕駛員的操作強度，提高行駛的舒適性。在車輛前方?jīng)]有目標(biāo)車的情況下，它可以實現(xiàn)傳統(tǒng)的定速巡航功能，以設(shè)定的目標(biāo)車速勻速行駛。當(dāng)前方出現(xiàn)目標(biāo)車時又能實現(xiàn)跟隨車輛的功能，可以跟隨目標(biāo)車進行加速、減速、停車，與前車之間的距離可以手動調(diào)節(jié)。目標(biāo)車消失之后，車輛保持定速巡航狀態(tài)。

2 系統(tǒng)結(jié)構(gòu)

ACC（自適應(yīng)巡航控制）系統(tǒng)不同于汽車上其他電子控制系統(tǒng)，它是靠幾個電子控制單元共同完成的，而不是單一的電子控制系統(tǒng)。ACC系統(tǒng)采用了一個利用激光雷達或超聲波來測量前后車距以及相對速度的監(jiān)測裝置，是以ACC控制器為核心，協(xié)調(diào)EMS（發(fā)動機控制單元），ESP（車身電子穩(wěn)定系統(tǒng)），EPB（電子駐車系統(tǒng)），TCU（變速器控制單元），ACC控制器向其他控制器發(fā)出扭矩和制動需求，共同來實現(xiàn)車輛的自動巡航駕駛控制。

3 ACC自適應(yīng)巡航功能及信號

ACC 自適應(yīng)巡航系統(tǒng)可分別實現(xiàn)包括舒適性功能及安全性功能。ACC系統(tǒng)區(qū)別于定速巡航功能主要是：能夠跟隨前方速度低于巡航車輛所希望速度的車輛行駛。如果前方車輛已以固定速度行駛，則ACC系統(tǒng)控制車輛將以一定安全距離進行勻速行駛。在一定的速度范圍內(nèi)，安全距離和速度成正比例。行駛的安全距離也稱作目標(biāo)時間間隔。該時間間隔是必需的，它是保證前方車輛與ACC車輛具有安全距離的極限值。

3.1 自適應(yīng)巡航基本功能及特點

（1）可設(shè)定的車速范圍30～150 kph；

（2）可控的最大相對速度60 kph；（3）最大探測距離160m；（4）在鄰接車道干擾、目標(biāo)對象丟失和插道/出道等情況下，系統(tǒng)依然能夠保持良好性能。（5）停帶走功能，可自動跟隨前車停下；如果前車在 2-3S 內(nèi)又啟動，自動跟隨前車啟動。

3.2 ACC自適應(yīng)巡航安全性功能

（1）持續(xù)分析前方交通情況以及駕駛員的反應(yīng)；（2）更早地探測迫近的追尾事故；

（3）觸發(fā)避免/緩減碰撞的措施。

3.2.1 PCW（Predictive CollisionWarning），預(yù)測型碰撞警告

（1）制動系統(tǒng)準(zhǔn)備，減小制動盤和剎車片之間的間隙；（2）聽覺/視覺預(yù)警和敏銳的觸覺警告（比如剎車脈沖）。

3.2.2

EBA（Emergency BrakingAssist），緊急制動輔助如果駕駛員剎車力不足以避免碰撞，自動增加制動力。

3.2.3

AEB-P（Automatic EmergencyBrake–Partial），部分自動緊急剎車

（1）自動剎車來獲得更多的反應(yīng)時間

（2）關(guān)注于會引起傷亡的事故

3.2.4AEB-L（Automatic EmergencyBrake-Low Speed），低速自動緊急剎車

自動全力緊急剎車來避免低速下的碰撞（相對速度20kph 以下），避免或者緩解低速碰撞（特別是在城市路段）在本車速度低于30kph 時作用。

3.3 ACC 操作模式

ACC 打開：當(dāng)ACC 系統(tǒng)處于激活狀態(tài)、并且車輛正在由ACC 系統(tǒng)控制以達到駕駛者設(shè)定的速度。換言之，車輛能夠自動加速或減速。

ACC 關(guān)閉：當(dāng)ACC 系統(tǒng)處于取消狀態(tài)或

未被激活。除非駕駛者重新激活A(yù)CC 系統(tǒng)，否則系統(tǒng)不會控制車輛。

ACC被動模式：如果 ACC處于打開狀態(tài)、但是此時駕駛者觸發(fā)了加速踏板，則 ACC 為被動模式。此時，ACC 系統(tǒng)將被掛起，直到加速踏板被松開為止。

ACC 故障模式：ACC 不能實現(xiàn)其功能，當(dāng)ACC 存在故障而駕駛者試圖激活系統(tǒng)時，在儀表中應(yīng)顯示相關(guān)故障信息。

3.4 ACC巡航開關(guān)信號的采集和診斷

EMS采集開關(guān)信號，對開關(guān)信號進行診斷，主動巡航開關(guān)采用6個開關(guān)，開關(guān)共有8種狀態(tài)，開關(guān)及功能如下：

1、main switch on/off：主開關(guān)打開/關(guān)閉；2、cancel：當(dāng)ACC處于取消狀態(tài)或者未被激活；3、set：ACC相關(guān)功能的設(shè)置；4、 resume：ACC恢復(fù)到系統(tǒng)默認(rèn)狀態(tài)；5、V+：加大車速；6、V-：降低車速；7、D+：增大兩車間的時間間隔；8、D-：減少兩車間的時間間隔。

巡航開關(guān)采用電阻網(wǎng)絡(luò)形式，不同的按鍵按下時會產(chǎn)生不同的電壓信號，EMS通過AD通道采集電壓信號，判斷按鍵狀態(tài)，電路如圖 1所示。圖1中S1為自鎖式開關(guān)，S2，S3，S4，S5，S6為復(fù)位式開關(guān)，根據(jù)圖中電阻阻值和精度計算，并對各個按鍵電壓上下限增加5%的余量，各開關(guān)的電壓范圍如表1所示：

表1中的上限和下限值都為可匹配量。圖 1所示 Uin由EMS的AD口采集，采集到電壓值經(jīng)運算對比后用做診斷。當(dāng)電壓落在對應(yīng)按鍵的上下限范圍之內(nèi)是要經(jīng)過100ms（可匹配）的延時才判定該按鍵被按下。而Set/V-， Resume/V+兩個按鍵四種狀態(tài)的判斷則是通過結(jié)合實際的駕駛狀態(tài)來進行判斷是Set還是 V-，是Resume還是V+。

EMS對開關(guān)信號做診斷，以下3種情況判定為巡航開關(guān)故障：

（1）兩路 AD信號電壓差值超過 0.2V，并且持續(xù)100ms；（2）Cancel，set/v-， Resume/V+，D+， D-五個復(fù)位式開關(guān)被持續(xù)按下60s；（3）電壓不在任何一個按鍵的電壓限制范圍內(nèi)。

故障修復(fù)條件為：主開關(guān)打開，并且以上三種故障都不存在。

3.5 EMS發(fā)送信號

EMS發(fā)送用于ACC系統(tǒng)功能的相關(guān)信號主要有油門踏板信號，制動踏板信號，巡航開關(guān)信號等。

3.5.1 發(fā)送巡航開關(guān)狀態(tài)及其故障狀態(tài)

EMS識別巡航開關(guān)的on/off， cancel， set/v-， Resume/v+，D+， D-的狀態(tài)并進行診斷，把開關(guān)信息和故障狀態(tài)通過 CAN總線發(fā)送給ACC控制器。

3.5.2 發(fā)送override標(biāo)志 Override標(biāo)志是用來標(biāo)示加速踏板需求扭

矩是否大于ACC需求扭矩的標(biāo)志位。 Override置位條件：當(dāng)加速踏板扭矩大于ACC請求扭矩時，

override置1，根據(jù)二者的差值選擇override置位的延遲時間，如表2所示：

當(dāng)ACC請求扭矩大于或是等于加速踏板扭矩時，Override復(fù)位。

3.5.3 計算和發(fā)送虛擬加速踏板開度信號

巡航狀態(tài)下，駕駛員不踩加速踏板的情況下，由EMS根據(jù)巡航需求扭矩和發(fā)動機轉(zhuǎn)速計算虛。

3.6 EMS接收信號

EMS接收來自ACC系統(tǒng)的信號主要有巡航狀態(tài)，緊急制動信號，ACC扭矩請求等。

3.6.1 接收巡航狀態(tài)并進行校驗

EMS接收ACC的巡航狀態(tài)ACC_Mode并對其狀態(tài)進行校驗，ACC_Mode有8種狀態(tài)如表3。

當(dāng)發(fā)生以下3種情況之一時，判定ACC巡航狀態(tài)不合理。

（1）cancel鍵按下或者剎車踏板踩下，但是ACC_Mode還是Active-Control mode狀態(tài)；（ 2）Active-Control mode和override為 ture的情況下Failure mode也為ture；（3）set

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和resume鍵沒有按下，但ACC_Mode是Active-Control mode狀態(tài)。

3.6.2 接收ACC扭矩請求并判斷是否響應(yīng)

EMS從CAN總線接收ESP的扭矩干涉或制動信號，接收EPB的制動信號，作為ACC扭矩請求的響應(yīng)條件。同時以下條件之一 EMS將不再響應(yīng) ACC發(fā)送的巡航需求扭矩，直接把巡航需求扭矩降為0。條件如下：

3.6.3 緊急制動狀態(tài)判斷

EMS接收 ACC發(fā)送的制動加速度 AEBaxTar和制動狀態(tài)信號AEBactive，當(dāng)這兩個信號同時滿足以下兩個條件時，EMS判定當(dāng)前處于緊急制動狀態(tài)：

（1）制動加速度值A(chǔ)EBaxTar小于-1 m/ s2；（2）制動狀態(tài)為緊急制動

EMS針對緊急制動狀態(tài)的策略：緊急制動時EMS直接將ACC請求扭矩降為零。

4 總結(jié)

ACC功能是多個系統(tǒng)共同作用才得以實現(xiàn)的一種輔助駕駛功能，增強了車輛駕駛的舒適性。

本文從EMS角度介紹ACC系統(tǒng)的基本功能，開關(guān)信號采集原理以及對EMS主要信號的判斷策略和故障診斷進行了分析。對整車開發(fā)和配置該功能起到很好的借鑒作用，具有較高的應(yīng)用價值。

參考文獻：

[1]汽車電子手冊 [第 2版]，2012.

[2]自動巡航系統(tǒng)控制原理及故障診斷，蔡沅學(xué)，2008.

[3] EMS主動巡航方案，BOSCH.