EMS系統(tǒng) ACC主動(dòng)巡航功能開發(fā)研究

符傳興

摘 要：本文通過研究 ACC主動(dòng)巡航的功能特點(diǎn)，思考其與 EMS控制系統(tǒng)開發(fā)中的系統(tǒng)結(jié)構(gòu)，信號(hào)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(hào)檢驗(yàn)以及 EMS對(duì) ACC相關(guān)周邊控制需求信號(hào)的響應(yīng)情

況進(jìn)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(dòng)巡航控制系統(tǒng)，是一種智能化的自動(dòng)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(qiáng)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(shí)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(shí)又能實(shí)現(xiàn)跟隨車輛的功能，可以跟隨目標(biāo)車進(jìn)行加速、減速、停車，與前車之間的距離可以手動(dòng)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(gè)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(gè)利用激光雷達(dá)或超聲波來測(cè)量前后車距以及相對(duì)速度的監(jiān)測(cè)裝置，是以ACC控制器為核心，協(xié)調(diào)EMS（發(fā)動(dòng)機(jī)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(dòng)需求，共同來實(shí)現(xiàn)車輛的自動(dòng)巡航駕駛控制。

3 ACC自適應(yīng)巡航功能及信號(hào)

ACC 自適應(yīng)巡航系統(tǒng)可分別實(shí)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(jìn)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(shí)間間隔。該時(shí)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(diǎn)

（1）可設(shè)定的車速范圍30～150 kph；

（2）可控的最大相對(duì)速度60 kph；（3）最大探測(cè)距離160m；（4）在鄰接車道干擾、目標(biāo)對(duì)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(dòng)跟隨前車停下；如果前車在 2-3S 內(nèi)又啟動(dòng)，自動(dòng)跟隨前車啟動(dòng)。

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(cè)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(cè)型碰撞警告

（1）制動(dòng)系統(tǒng)準(zhǔn)備，減小制動(dòng)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(dòng)輔助如果駕駛員剎車力不足以避免碰撞，自動(dòng)增加制動(dòng)力。

3.2.3

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

（1）自動(dòng)剎車來獲得更多的反應(yīng)時(shí)間

（2）關(guān)注于會(huì)引起傷亡的事故

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

自動(dòng)全力緊急剎車來避免低速下的碰撞（相對(duì)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(shí)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(dá)到駕駛者設(shè)定的速度。換言之，車輛能夠自動(dòng)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(huì)控制車輛。

ACC被動(dòng)模式：如果 ACC處于打開狀態(tài)、但是此時(shí)駕駛者觸發(fā)了加速踏板，則 ACC 為被動(dòng)模式。此時(shí)，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(shí)現(xiàn)其功能，當(dāng)ACC 存在故障而駕駛者試圖激活系統(tǒng)時(shí)，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(hào)的采集和診斷

EMS采集開關(guān)信號(hào)，對(duì)開關(guān)信號(hào)進(jìn)行診斷，主動(dòng)巡航開關(guān)采用6個(gè)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(shí)間間隔；8、D-：減少兩車間的時(shí)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(shí)會(huì)產(chǎn)生不同的電壓信號(hào)，EMS通過AD通道采集電壓信號(hào)，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(jì)算，并對(duì)各個(gè)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(yùn)算對(duì)比后用做診斷。當(dāng)電壓落在對(duì)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(shí)才判定該按鍵被按下。而Set/V-， Resume/V+兩個(gè)按鍵四種狀態(tài)的判斷則是通過結(jié)合實(shí)際的駕駛狀態(tài)來進(jìn)行判斷是Set還是 V-，是Resume還是V+。

EMS對(duì)開關(guān)信號(hào)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(hào)電壓差值超過 0.2V，并且持續(xù)100ms；（2）Cancel，set/v-， Resume/V+，D+， D-五個(gè)復(fù)位式開關(guān)被持續(xù)按下60s；（3）電壓不在任何一個(gè)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(hào)

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

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

EMS識(shí)別巡航開關(guān)的on/off， cancel， set/v-， Resume/v+，D+， D-的狀態(tài)并進(jìn)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(qǐng)求扭矩時(shí)，

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

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

3.5.3 計(jì)算和發(fā)送虛擬加速踏板開度信號(hào)

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(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速計(jì)算虛。

3.6 EMS接收信號(hào)

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

3.6.1 接收巡航狀態(tài)并進(jìn)行校驗(yàn)

EMS接收ACC的巡航狀態(tài)ACC_Mode并對(duì)其狀態(tài)進(jìn)行校驗(yàn)，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(shí)，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(qǐng)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(dòng)信號(hào)，接收EPB的制動(dòng)信號(hào)，作為ACC扭矩請(qǐng)求的響應(yīng)條件。同時(shí)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(dòng)狀態(tài)判斷

EMS接收 ACC發(fā)送的制動(dòng)加速度 AEBaxTar和制動(dòng)狀態(tài)信號(hào)AEBactive，當(dāng)這兩個(gè)信號(hào)同時(shí)滿足以下兩個(gè)條件時(shí)，EMS判定當(dāng)前處于緊急制動(dòng)狀態(tài)：

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

EMS針對(duì)緊急制動(dòng)狀態(tài)的策略：緊急制動(dòng)時(shí)EMS直接將ACC請(qǐng)求扭矩降為零。

4 總結(jié)

ACC功能是多個(gè)系統(tǒng)共同作用才得以實(shí)現(xiàn)的一種輔助駕駛功能，增強(qiáng)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(hào)采集原理以及對(duì)EMS主要信號(hào)的判斷策略和故障診斷進(jìn)行了分析。對(duì)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(jià)值。

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