论文部分内容阅读
摘 要：本文通过研究 ACC主动巡航的功能特点，思考其与 EMS控制系统开发中的系统结构，信号交互，操作模式。以及巡航按键阻值的配置、EMS的控制策略、信号检验以及 EMS对 ACC相关周边控制需求信号的响应情
况进行整体分析研究。关键词：自适应巡航；系统结构；控制策略
1 前言
自适应巡航控制ACC（Adaptive Cruise Control）系统又称主动巡航控制系统，是一种智能化的自动控制系统，该技术是在定速巡航控制系统基础上发展而来，目前在部分豪华轿车上应用。它可以减轻驾驶员的操作强度，提高行驶的舒适性。在车辆前方没有目标车的情况下，它可以实现传统的定速巡航功能，以设定的目标车速匀速行驶。当前方出现目标车时又能实现跟随车辆的功能，可以跟随目标车进行加速、减速、停车，与前车之间的距离可以手动调节。目标车消失之后，车辆保持定速巡航状态。
2 系统结构
ACC（自适应巡航控制）系统不同于汽车上其他电子控制系统，它是靠几个电子控制单元共同完成的，而不是单一的电子控制系统。ACC系统采用了一个利用激光雷达或超声波来测量前后车距以及相对速度的监测装置，是以ACC控制器为核心，协调EMS（发动机控制单元），ESP（车身电子稳定系统），EPB（电子驻车系统），TCU（变速器控制单元），ACC控制器向其他控制器发出扭矩和制动需求，共同来实现车辆的自动巡航驾驶控制。
3 ACC自适应巡航功能及信号
ACC 自适应巡航系统可分别实现包括舒适性功能及安全性功能。ACC系统区别于定速巡航功能主要是：能够跟随前方速度低于巡航车辆所希望速度的车辆行驶。如果前方车辆已以固定速度行驶，则ACC系统控制车辆将以一定安全距离进行匀速行驶。在一定的速度范围内，安全距离和速度成正比例。行驶的安全距离也称作目标时间间隔。该时间间隔是必需的，它是保证前方车辆与ACC车辆具有安全距离的极限值。
3.1 自适应巡航基本功能及特点
（1）可设定的车速范围30～150 kph；
（2）可控的最大相对速度60 kph；（3）最大探测距离160m；（4）在鄰接车道干扰、目标对象丢失和插道/出道等情况下，系统依然能够保持良好性能。（5）停带走功能，可自动跟随前车停下；如果前车在 2-3S 内又启动，自动跟随前车启动。
3.2 ACC自适应巡航安全性功能
（1）持续分析前方交通情况以及驾驶员的反应；（2）更早地探测迫近的追尾事故；
（3）触发避免/缓减碰撞的措施。
3.2.1 PCW（Predictive CollisionWarning），预测型碰撞警告
（1）制动系统准备，减小制动盘和刹车片之间的间隙；（2）听觉/视觉预警和敏锐的触觉警告（比如刹车脉冲）。
3.2.2
EBA（Emergency BrakingAssist），紧急制动辅助如果驾驶员刹车力不足以避免碰撞，自动增加制动力。
3.2.3
AEB-P（Automatic EmergencyBrake–Partial），部分自动紧急刹车
（1）自动刹车来获得更多的反应时间
（2）关注于会引起伤亡的事故
3.2.4AEB-L（Automatic EmergencyBrake-Low Speed），低速自动紧急刹车
自动全力紧急刹车来避免低速下的碰撞（相对速度20kph 以下），避免或者缓解低速碰撞（特别是在城市路段）在本车速度低于30kph 时作用。
3.3 ACC 操作模式
ACC 打开：当ACC 系统处于激活状态、并且车辆正在由ACC 系统控制以达到驾驶者设定的速度。换言之，车辆能够自动加速或减速。
ACC 关闭：当ACC 系统处于取消状态或
未被激活。除非驾驶者重新激活ACC 系统，否则系统不会控制车辆。
ACC被动模式：如果 ACC处于打开状态、但是此时驾驶者触发了加速踏板，则 ACC 为被动模式。此时，ACC 系统将被挂起，直到加速踏板被松开为止。
ACC 故障模式：ACC 不能实现其功能，当ACC 存在故障而驾驶者试图激活系统时，在仪表中应显示相关故障信息。
3.4 ACC巡航开关信号的采集和诊断
EMS采集开关信号，对开关信号进行诊断，主动巡航开关采用6个开关，开关共有8种状态，开关及功能如下：
1、main switch on/off：主开关打开/关闭；2、cancel：当ACC处于取消状态或者未被激活；3、set：ACC相关功能的设置；4、 resume：ACC恢复到系统默认状态；5、V+：加大车速；6、V-：降低车速；7、D+：增大两车间的时间间隔；8、D-：减少两车间的时间间隔。
巡航开关采用电阻网络形式，不同的按键按下时会产生不同的电压信号，EMS通过AD通道采集电压信号，判断按键状态，电路如图 1所示。图1中S1为自锁式开关，S2，S3，S4，S5，S6为复位式开关，根据图中电阻阻值和精度计算，并对各个按键电压上下限增加5%的余量，各开关的电压范围如表1所示：
表1中的上限和下限值都为可匹配量。图 1所示 Uin由EMS的AD口采集，采集到电压值经运算对比后用做诊断。当电压落在对应按键的上下限范围之内是要经过100ms（可匹配）的延时才判定该按键被按下。而Set/V-， Resume/V+两个按键四种状态的判断则是通过结合实际的驾驶状态来进行判断是Set还是 V-，是Resume还是V+。
EMS对开关信号做诊断，以下3种情况判定为巡航开关故障： （1）两路 AD信号电压差值超过 0.2V，并且持续100ms；（2）Cancel，set/v-， Resume/V+，D+， D-五个复位式开关被持续按下60s；（3）电压不在任何一个按键的电压限制范围内。
故障修复条件为：主开关打开，并且以上三种故障都不存在。
3.5 EMS发送信号
EMS发送用于ACC系统功能的相关信号主要有油门踏板信号，制动踏板信号，巡航开关信号等。
3.5.1 发送巡航开关状态及其故障状态
EMS识别巡航开关的on/off， cancel， set/v-， Resume/v+，D+， D-的状态并进行诊断，把开关信息和故障状态通过 CAN总线发送给ACC控制器。
3.5.2 发送override标志 Override标志是用来标示加速踏板需求扭
矩是否大于ACC需求扭矩的标志位。 Override置位条件：当加速踏板扭矩大于ACC请求扭矩时，
override置1，根据二者的差值选择override置位的延迟时间，如表2所示：
当ACC请求扭矩大于或是等于加速踏板扭矩时，Override复位。
3.5.3 计算和发送虚拟加速踏板开度信号
巡航状态下，驾驶员不踩加速踏板的情况下，由EMS根据巡航需求扭矩和发动机轉速计算虚。
3.6 EMS接收信号
EMS接收来自ACC系统的信号主要有巡航状态，紧急制动信号，ACC扭矩请求等。
3.6.1 接收巡航状态并进行校验
EMS接收ACC的巡航状态ACC_Mode并对其状态进行校验，ACC_Mode有8种状态如表3。
当发生以下3种情况之一时，判定ACC巡航状态不合理。
（1）cancel键按下或者刹车踏板踩下，但是ACC_Mode还是Active-Control mode状态；（ 2）Active-Control mode和override为 ture的情况下Failure mode也为ture；（3）set
时代汽车 www.cnautotime.com
和resume键没有按下，但ACC_Mode是Active-Control mode状态。
3.6.2 接收ACC扭矩请求并判断是否响应
EMS从CAN总线接收ESP的扭矩干涉或制动信号，接收EPB的制动信号，作为ACC扭矩请求的响应条件。同时以下条件之一 EMS将不再响应 ACC发送的巡航需求扭矩，直接把巡航需求扭矩降为0。条件如下：
3.6.3 紧急制动状态判断
EMS接收 ACC发送的制动加速度 AEBaxTar和制动状态信号AEBactive，当这两个信号同时满足以下两个条件时，EMS判定当前处于紧急制动状态：
（1）制动加速度值AEBaxTar小于-1 m/ s2；（2）制动状态为紧急制动
EMS针对紧急制动状态的策略：紧急制动时EMS直接将ACC请求扭矩降为零。
4 总结
ACC功能是多个系统共同作用才得以实现的一种辅助驾驶功能，增强了车辆驾驶的舒适性。
本文从EMS角度介绍ACC系统的基本功能，开关信号采集原理以及对EMS主要信号的判断策略和故障诊断进行了分析。对整车开发和配置该功能起到很好的借鉴作用，具有较高的应用价值。
参考文献：
[1]汽车电子手册 [第 2版]，2012.
[2]自动巡航系统控制原理及故障诊断，蔡沅学，2008.
[3] EMS主动巡航方案，BOSCH.
况进行整体分析研究。关键词：自适应巡航；系统结构；控制策略
1 前言
自适应巡航控制ACC（Adaptive Cruise Control）系统又称主动巡航控制系统，是一种智能化的自动控制系统，该技术是在定速巡航控制系统基础上发展而来，目前在部分豪华轿车上应用。它可以减轻驾驶员的操作强度，提高行驶的舒适性。在车辆前方没有目标车的情况下，它可以实现传统的定速巡航功能，以设定的目标车速匀速行驶。当前方出现目标车时又能实现跟随车辆的功能，可以跟随目标车进行加速、减速、停车，与前车之间的距离可以手动调节。目标车消失之后，车辆保持定速巡航状态。
2 系统结构
ACC（自适应巡航控制）系统不同于汽车上其他电子控制系统，它是靠几个电子控制单元共同完成的，而不是单一的电子控制系统。ACC系统采用了一个利用激光雷达或超声波来测量前后车距以及相对速度的监测装置，是以ACC控制器为核心，协调EMS（发动机控制单元），ESP（车身电子稳定系统），EPB（电子驻车系统），TCU（变速器控制单元），ACC控制器向其他控制器发出扭矩和制动需求，共同来实现车辆的自动巡航驾驶控制。
3 ACC自适应巡航功能及信号
ACC 自适应巡航系统可分别实现包括舒适性功能及安全性功能。ACC系统区别于定速巡航功能主要是：能够跟随前方速度低于巡航车辆所希望速度的车辆行驶。如果前方车辆已以固定速度行驶，则ACC系统控制车辆将以一定安全距离进行匀速行驶。在一定的速度范围内，安全距离和速度成正比例。行驶的安全距离也称作目标时间间隔。该时间间隔是必需的，它是保证前方车辆与ACC车辆具有安全距离的极限值。
3.1 自适应巡航基本功能及特点
（1）可设定的车速范围30～150 kph；
（2）可控的最大相对速度60 kph；（3）最大探测距离160m；（4）在鄰接车道干扰、目标对象丢失和插道/出道等情况下，系统依然能够保持良好性能。（5）停带走功能，可自动跟随前车停下；如果前车在 2-3S 内又启动，自动跟随前车启动。
3.2 ACC自适应巡航安全性功能
（1）持续分析前方交通情况以及驾驶员的反应；（2）更早地探测迫近的追尾事故；
（3）触发避免/缓减碰撞的措施。
3.2.1 PCW（Predictive CollisionWarning），预测型碰撞警告
（1）制动系统准备，减小制动盘和刹车片之间的间隙；（2）听觉/视觉预警和敏锐的触觉警告（比如刹车脉冲）。
3.2.2
EBA（Emergency BrakingAssist），紧急制动辅助如果驾驶员刹车力不足以避免碰撞，自动增加制动力。
3.2.3
AEB-P（Automatic EmergencyBrake–Partial），部分自动紧急刹车
（1）自动刹车来获得更多的反应时间
（2）关注于会引起伤亡的事故
3.2.4AEB-L（Automatic EmergencyBrake-Low Speed），低速自动紧急刹车
自动全力紧急刹车来避免低速下的碰撞（相对速度20kph 以下），避免或者缓解低速碰撞（特别是在城市路段）在本车速度低于30kph 时作用。
3.3 ACC 操作模式
ACC 打开：当ACC 系统处于激活状态、并且车辆正在由ACC 系统控制以达到驾驶者设定的速度。换言之，车辆能够自动加速或减速。
ACC 关闭：当ACC 系统处于取消状态或
未被激活。除非驾驶者重新激活ACC 系统，否则系统不会控制车辆。
ACC被动模式：如果 ACC处于打开状态、但是此时驾驶者触发了加速踏板，则 ACC 为被动模式。此时，ACC 系统将被挂起，直到加速踏板被松开为止。
ACC 故障模式：ACC 不能实现其功能，当ACC 存在故障而驾驶者试图激活系统时，在仪表中应显示相关故障信息。
3.4 ACC巡航开关信号的采集和诊断
EMS采集开关信号，对开关信号进行诊断，主动巡航开关采用6个开关，开关共有8种状态，开关及功能如下：
1、main switch on/off：主开关打开/关闭；2、cancel：当ACC处于取消状态或者未被激活；3、set：ACC相关功能的设置；4、 resume：ACC恢复到系统默认状态；5、V+：加大车速；6、V-：降低车速；7、D+：增大两车间的时间间隔；8、D-：减少两车间的时间间隔。
巡航开关采用电阻网络形式，不同的按键按下时会产生不同的电压信号，EMS通过AD通道采集电压信号，判断按键状态，电路如图 1所示。图1中S1为自锁式开关，S2，S3，S4，S5，S6为复位式开关，根据图中电阻阻值和精度计算，并对各个按键电压上下限增加5%的余量，各开关的电压范围如表1所示：
表1中的上限和下限值都为可匹配量。图 1所示 Uin由EMS的AD口采集，采集到电压值经运算对比后用做诊断。当电压落在对应按键的上下限范围之内是要经过100ms（可匹配）的延时才判定该按键被按下。而Set/V-， Resume/V+两个按键四种状态的判断则是通过结合实际的驾驶状态来进行判断是Set还是 V-，是Resume还是V+。
EMS对开关信号做诊断，以下3种情况判定为巡航开关故障： （1）两路 AD信号电压差值超过 0.2V，并且持续100ms；（2）Cancel，set/v-， Resume/V+，D+， D-五个复位式开关被持续按下60s；（3）电压不在任何一个按键的电压限制范围内。
故障修复条件为：主开关打开，并且以上三种故障都不存在。
3.5 EMS发送信号
EMS发送用于ACC系统功能的相关信号主要有油门踏板信号，制动踏板信号，巡航开关信号等。
3.5.1 发送巡航开关状态及其故障状态
EMS识别巡航开关的on/off， cancel， set/v-， Resume/v+，D+， D-的状态并进行诊断，把开关信息和故障状态通过 CAN总线发送给ACC控制器。
3.5.2 发送override标志 Override标志是用来标示加速踏板需求扭
矩是否大于ACC需求扭矩的标志位。 Override置位条件：当加速踏板扭矩大于ACC请求扭矩时，
override置1，根据二者的差值选择override置位的延迟时间，如表2所示：
当ACC请求扭矩大于或是等于加速踏板扭矩时，Override复位。
3.5.3 计算和发送虚拟加速踏板开度信号
巡航状态下，驾驶员不踩加速踏板的情况下，由EMS根据巡航需求扭矩和发动机轉速计算虚。
3.6 EMS接收信号
EMS接收来自ACC系统的信号主要有巡航状态，紧急制动信号，ACC扭矩请求等。
3.6.1 接收巡航状态并进行校验
EMS接收ACC的巡航状态ACC_Mode并对其状态进行校验，ACC_Mode有8种状态如表3。
当发生以下3种情况之一时，判定ACC巡航状态不合理。
（1）cancel键按下或者刹车踏板踩下，但是ACC_Mode还是Active-Control mode状态；（ 2）Active-Control mode和override为 ture的情况下Failure mode也为ture；（3）set
时代汽车 www.cnautotime.com
和resume键没有按下，但ACC_Mode是Active-Control mode状态。
3.6.2 接收ACC扭矩请求并判断是否响应
EMS从CAN总线接收ESP的扭矩干涉或制动信号，接收EPB的制动信号，作为ACC扭矩请求的响应条件。同时以下条件之一 EMS将不再响应 ACC发送的巡航需求扭矩，直接把巡航需求扭矩降为0。条件如下：
3.6.3 紧急制动状态判断
EMS接收 ACC发送的制动加速度 AEBaxTar和制动状态信号AEBactive，当这两个信号同时满足以下两个条件时，EMS判定当前处于紧急制动状态：
（1）制动加速度值AEBaxTar小于-1 m/ s2；（2）制动状态为紧急制动
EMS针对紧急制动状态的策略：紧急制动时EMS直接将ACC请求扭矩降为零。
4 总结
ACC功能是多个系统共同作用才得以实现的一种辅助驾驶功能，增强了车辆驾驶的舒适性。
本文从EMS角度介绍ACC系统的基本功能，开关信号采集原理以及对EMS主要信号的判断策略和故障诊断进行了分析。对整车开发和配置该功能起到很好的借鉴作用，具有较高的应用价值。
参考文献：
[1]汽车电子手册 [第 2版]，2012.
[2]自动巡航系统控制原理及故障诊断，蔡沅学，2008.
[3] EMS主动巡航方案，BOSCH.