某輕卡定速巡航不穩(wěn)原因探索和改進

曹超，班艷琴，張建強，郭忠蕊

（安徽江淮汽車集團股份有限公司，安徽 合肥 230022）

前言

定速巡航系統(tǒng)(CRUISE CONTROL SYSTEM) 縮寫為CCS，又稱為定速巡航行駛裝置，自動駕駛系統(tǒng)等。其作用是：按司機要求的速度合開關(guān)之后，不用踩油門踏板就自動地保持車速，使車輛以固定的速度行駛。定速巡航原理主要是通過巡航控制組件讀取車速傳感器發(fā)來的脈沖信號與設(shè)定的速度進行比較，通過精準(zhǔn)的電子計算發(fā)出指令，保證車輛在設(shè)定速度下的最精準(zhǔn)供油量。本文主要探索某輕卡定速巡航不穩(wěn)的原因及改進措施。

1 故障問題回顧

1.1 問題背景

某輕卡車型在市場反饋巡航車速不穩(wěn)定，主要表現(xiàn)為：啟動巡航，車速設(shè)定在100km/h時，儀表盤讀數(shù)不變，但駕駛員能感受到車輛不時前竄和減速，經(jīng)過診斷儀檢測，得知在該狀態(tài)下，實際車速在97km/h～100km/h之間頻繁波動。

1.2 問題確認

在定遠試驗場高環(huán)跑道對未出廠的該車進行巡航路試（變速箱檔位為最高檔）：儀表指針在 100km/h時開啟巡航后，儀表指針在100-111不停擺動，車輛有抖動感；且真實車速為 100km/h時，發(fā)動機接收到的車速信號在 93.5-104 km/h之間不斷變化，誤差范圍達10.5%，大于發(fā)動機對車速信號 2%的誤差要求，發(fā)動機需不斷的對油門進行調(diào)整。確認存在兩個問題：

1）車速表指針上下浮動較大。

2）駕駛員和乘員能感受到車輛前后不停竄動的抖動感。

2 原因分析

2.1 定速巡航控制原理

定速巡航系統(tǒng)是經(jīng)過采集車速信號，計算分析并對比設(shè)定車速，通過控制電子油門傳感器輸出的信號，控制節(jié)氣門開啟大小的調(diào)整，來實現(xiàn)對車輛速度的控制。定速巡航功能開啟后，定速巡航模塊會通過電子油門傳感器輸出的信號，精確計算為保持當(dāng)前定速巡航速度，需要控制節(jié)氣門開啟的角度大小，從而使得氣、油精確配合，來達到定速巡航所設(shè)定的行駛速度。

圖1 巡航控制原理圖

車速傳感器一般位于變速箱上，檢測輸出軸上的轉(zhuǎn)速來獲取車速信號，車速信號經(jīng)過頻率轉(zhuǎn)化模塊降頻后發(fā)到儀表中，儀表一方面自己使用，另一方面被降頻后的車速信號發(fā)送到CAN總線，供ECU使用，ECU分析對比設(shè)定車速，實現(xiàn)對電子油門的精確控制。

2.2 發(fā)動機廠家相關(guān)要求

目前獲取了康明斯、邁思福、錫柴、濰柴發(fā)動機關(guān)于巡航的相關(guān)要求，對比說明如下：

1）ECU電控原理圖要求，不同廠家針腳定義位置不同，對應(yīng)開關(guān)信號要求基本相同；

2）巡航控制邏輯：最低巡航車速設(shè)定不同，增速減速步進速度設(shè)定不同，退出邏輯基本相同；

3）發(fā)動機ECU對整車提供的車速信號精度要求不同。

圖2 發(fā)動機車速精度要求

2.3 整車車速信號精度測試

該車型匹配的車速里程表傳感器，由變速箱輸出軸通過蝸輪蝸桿機構(gòu)機械驅(qū)動傳感器輸入軸，每轉(zhuǎn)輸出8個脈沖信號。在高環(huán)采集的匹配此傳感器的一組整車CAN車速信號。

最高車速信號：96.4km/h，最低車速信號：91.1km/h，基準(zhǔn)車速94，誤差5.6%。

車輛巡航時發(fā)動機接收到的車速信號不能滿足±1%的精度要求，故可初步判斷車速信號精度為影響定速巡航穩(wěn)定性的關(guān)鍵要素。

3 改進方案

3.1 提高現(xiàn)有傳感器精度

3.1.1 現(xiàn)傳感器的信號精度

要求廠家對現(xiàn)供貨傳感器和改進的傳感器進行臺架測試，誤差波動范圍較大（3%-29%），不能滿足要求。

3.1.2 尋找新的傳感器供應(yīng)商

尋找了國內(nèi)另一電器廠家生產(chǎn)的同類傳感器，并提供了3個樣件，經(jīng)高環(huán)測試 CAN線整車車速信號誤差分別為：1.7%、2.7%、2.3%。

其中誤差為 1.7%的傳感器：基準(zhǔn)車速 76km/h，最搞車速76.6 km/h，最低車速75.3 km/h，誤差1.7%，精度為+0.8%和-0.9%，滿足發(fā)動機的巡航要求。將傳感器更換到該故障車型上，在定遠路試巡航時車速指針平穩(wěn)，車輛無抖動現(xiàn)象。

提高現(xiàn)結(jié)構(gòu)車速傳感器精度到誤差允許范圍內(nèi)，巡航問題可解決。

3.2 新型傳感器

3.2.1 非接觸式霍爾傳感器

非接觸式霍爾傳感器結(jié)構(gòu)是經(jīng)過電線束和裝在變速器后軸承蓋上的電子里程表傳感器連接在一起，我們稱這種電子里程表傳感器為非接觸式霍爾里程表傳感器。

傳感器探頭與里程表轉(zhuǎn)子之間有一定的間隙，這個間隙一般控制在 1.4±0.6mm。當(dāng)汽車行駛時，里程表靶輪與變速器輸出主軸一起轉(zhuǎn)動，當(dāng)里程表靶輪的某一個齒轉(zhuǎn)動到傳感器探頭對應(yīng)的位置時，探頭中的敏感器件受到里程表轉(zhuǎn)子磁場作用輸出一個低電平，當(dāng)里程表轉(zhuǎn)子的齒沒有與傳感器探頭對準(zhǔn)，探頭中的敏感器件沒有受到磁場作用而輸出高電平。這樣變速器輸出軸每轉(zhuǎn)動一周，里程表傳感器就有8 個方波脈沖信號輸出，經(jīng)連接線束傳給車速里程表。

3.2.2 非接觸式霍爾傳感器工作原理

霍爾式傳感器是一種磁電式傳感器，它是利用霍爾元件基于霍爾效府原理而將被測量轉(zhuǎn)換成電動勢輸出的一種傳感器。由于霍爾元件在靜止?fàn)顟B(tài)下具有感受磁場的獨特能力，并且具有結(jié)構(gòu)簡單、休積小、噪聲小、頻率范圍寬、動態(tài)范圍大以及壽命長等特點，因此獲得了廣泛應(yīng)用。金屬或半導(dǎo)體薄片置于磁場中，當(dāng)有電流流過時，在垂直于電流和磁場的方向上將產(chǎn)生電動勢，這種物理現(xiàn)象稱為霍爾效應(yīng)。

圖3 霍爾傳感器

利用霍爾原理將接收到最大或最小磁場強度的點作為輸出轉(zhuǎn)換點，依此來開、關(guān)輸出引腳的電平量。當(dāng)靶輪的齒凸與齒凹的位置對著傳感器感應(yīng)區(qū)時，穿過霍爾元件的磁場強度會發(fā)生變化。

3.2.3 非接觸式霍爾傳感器驗證

（1）在高環(huán)跑道進行精度測試：80(儀表指示）巡航，儀表發(fā)送到CAN上的車速信號如下：最高78.1，最低77.4，真實車速77.7，誤差0.9%，可滿足要求。

（2）通過將接觸式里程表傳感器更換為新型非接觸式霍爾傳感器，請標(biāo)定部對該車巡航的駕駛性進行評價，評價結(jié)果如下：

①進入巡航、退出巡航以及加減速等各巡航功能正常。

②巡航車速穩(wěn)定性：60km/h，80km/h，100km/h幾種車速情況下對車輛巡航車速穩(wěn)定性進行了評價。以上巡航時車輛通過了平路、坡道等路段，各種路況下車輛能以穩(wěn)定的車速進行巡航，主觀感受和觀察儀表均察覺不到車速的明顯變化，主觀感受良好。在通過上坡和下坡的過程中，車速穩(wěn)定，從儀表上未見車速的變化，車速的波動值在±1.5～2km/h以內(nèi)（主觀判斷），該車的巡航車速穩(wěn)定性良好（評價時車輛空載）。

小結(jié)：匹配非接觸式霍爾傳感器可以解決巡航問題。

3.2.4 技術(shù)對比

對比于接觸式里程表傳感器，霍爾傳感器主要有以下特點：

（1）接觸式傳感器在早期的車上應(yīng)用廣泛，但是由于其存在傳動部件，機械磨損難免，變速箱輸出軸的軸向竄動可能導(dǎo)致蝸輪或蝸桿的斷裂，這種結(jié)構(gòu)性的缺陷導(dǎo)致其故障率較高，且維修不便。同時其剛性配合，軸心偏差有可能導(dǎo)致變速箱漏油，由于軸向跳動，輸出信號也會出現(xiàn)缺失和不穩(wěn)定。

（2）非接觸式傳感器由于零件少，去除了機械傳動機構(gòu)，故障點減少，維修方便，是車速傳感器的發(fā)展方向，目前正逐步大量應(yīng)用。

（3）隨著國四、國五的實施，各種新技術(shù)（如自適應(yīng)巡航、主動緊急制動等）的不斷推廣應(yīng)用，對高精度車速信號的需求越來越嚴(yán)格。

（4）霍爾傳感器價格高約30元。

4 結(jié)束語

通過原因分析，實車驗證充分說明了里程表傳感器的精度對定速巡航穩(wěn)定性的重要影響，提高里程表傳感器精度可有效解決該輕型卡車巡航時車速不穩(wěn)的故障。而提高里程表傳感器精度可從以下兩個角度來實現(xiàn)：

1）采用現(xiàn)有傳感器結(jié)構(gòu)，尋找新的供應(yīng)商和傳感器標(biāo)桿件，提高車速里程表傳感器的精度，使整車車速信號精度控制在發(fā)動機要求范圍以內(nèi)，變速箱結(jié)構(gòu)不需要作調(diào)整。

2）匹配非接觸式霍爾傳感器，變速箱取消蝸輪蝸桿，匹配靶輪，變速箱后蓋需重新開模，以保證霍爾傳感器的安裝。

參考文獻

[1] 李曉萍著.汽車定速巡航系統(tǒng)研究與實現(xiàn)[J].科技創(chuàng)新導(dǎo)報,2009(27).

[2] 代玉軍.定速巡航系統(tǒng)功能介紹及注意事項[J].科技視界,2013(24).

[3] 路國慶.脈沖檢測方法的霍爾傳感器在里程表中的應(yīng)用[J].機械設(shè)計與制造.2009(01).

[4] 尚峰斌.車速里程表的工作原理及優(yōu)缺點[J].汽車實用技術(shù).2012(10).

[5] 鄭發(fā)農(nóng).電子式車速里程表[J].自動化儀表.2000(06).

[6] 段志敏.德龍車系車速信號的產(chǎn)生與應(yīng)用原理[J].汽車電器.2014(09).

[7] 徐旭.商用車車速里程表傳感器與儀表的匹配[J].汽車實用技術(shù).2013(09).