斯柯達(dá)科迪亞克ACC自適應(yīng)巡航工作原理及故障診斷

化永星，徐霞

斯柯達(dá)科迪亞克ACC自適應(yīng)巡航工作原理及故障診斷

化永星1，徐霞2

（1.南京交通職業(yè)技術(shù)學(xué)院，江蘇 南京 211199；2.常州交通技師學(xué)院，江蘇 常州 213014）

ACC自適應(yīng)巡航是根據(jù)行車(chē)狀況以及道路情況來(lái)實(shí)現(xiàn)自行駕駛的技術(shù)。該系統(tǒng)可以在駕駛員不干預(yù)的情況下實(shí)現(xiàn)自主減速或加速，它是在原有的巡航控制技術(shù)的基礎(chǔ)上發(fā)展而來(lái)的。文章主要講述了ACC自適應(yīng)巡航的發(fā)展歷史和斯柯達(dá)柯迪亞克ACC自適應(yīng)巡航系統(tǒng)工作原理與組成，包含雷達(dá)、傳感器的具體介紹以及ACC在城市和高速自動(dòng)跟車(chē)的工作介紹，另外還介紹了科迪亞ACC如何操作以及使用注意事項(xiàng)。

ACC自適應(yīng)巡航；自動(dòng)剎停；自動(dòng)跟車(chē)；雷達(dá)傳感器

1 ACC自適應(yīng)巡航發(fā)展歷史

1971年，美國(guó)的伊頓汽車(chē)公司就已研發(fā)ACC（Adaptive Cruise Control）自適應(yīng)巡航系統(tǒng)。但是ACC最初是由日本三菱汽車(chē)公司的PDC系統(tǒng)演化而來(lái)的，它利用車(chē)輛各部位雷達(dá)和處理器配合工作來(lái)實(shí)現(xiàn)。后來(lái)隨著科技的發(fā)展以及當(dāng)代汽車(chē)的完善，全世界各個(gè)汽車(chē)公司也相繼開(kāi)始投入ACC的研發(fā)并做完善處理。

1995年，三菱汽車(chē)公司第一次在汽車(chē)上搭載了預(yù)見(jiàn)式距離控制系統(tǒng)；這是一種利用激光測(cè)距工作原理并且加裝在原來(lái)的ACC自適應(yīng)巡航系統(tǒng)上而來(lái)，同時(shí)也完善優(yōu)化了之前的ACC系統(tǒng)，但是這個(gè)新的巡航系統(tǒng)只能通過(guò)油門(mén)和擋位的控制，并不會(huì)自行實(shí)現(xiàn)剎車(chē)。

1997年8月，豐田汽車(chē)公司開(kāi)始在其旗艦車(chē)型雷克薩斯轎車(chē)上使用“雷達(dá)巡航控制系統(tǒng)”，2000年在雷達(dá)巡航系統(tǒng)中加入了剎車(chē)功能；2004年加入“低速跟蹤模式”。低速跟蹤模式不會(huì)自己?jiǎn)?dòng)而是需要駕駛員自行啟動(dòng)，如果前車(chē)減速時(shí)本車(chē)的低速跟車(chē)模式將會(huì)使車(chē)輛跟隨前方車(chē)輛減速，但是該系統(tǒng)很快就被停用，因?yàn)榇嬖谠O(shè)計(jì)漏洞。

1998年12月，奔馳梅賽德斯公司在其S系列的車(chē)型中加入Distronic距離控制系統(tǒng)；2006年，奔馳梅賽德斯公司進(jìn)一步加強(qiáng)且完善了這套距離控制系統(tǒng)；在必要的情況下可以將車(chē)輛減速直至完全停止[1-2]。

2006年，雷克薩斯公司將新一代ACC自適應(yīng)系統(tǒng)配備在LS460上，該系統(tǒng)可以在0 km/h～100 km/h范圍內(nèi)工作，并且可以根據(jù)路況反復(fù)啟停。

2010年起，奧迪品牌的汽車(chē)普遍使用博世提供的自適應(yīng)巡航系統(tǒng)，并且在2010首次搭載了全球第一款具備GPS定位功能的ACC自適應(yīng)系統(tǒng)的奧迪A8出現(xiàn)在大眾視野里。

2015年，隨著巡航系統(tǒng)的不斷完善，ACC自適應(yīng)系統(tǒng)開(kāi)始作為半自動(dòng)駕駛進(jìn)入普通大眾的視線(xiàn)里。譬如特斯拉汽車(chē)就是以半自動(dòng)駕駛模式進(jìn)入大眾的視線(xiàn)里之后還一直在研發(fā)全自動(dòng)駕駛技術(shù)。

2 科迪亞克ACC自適應(yīng)巡航工作原理

2.1 ACC自適應(yīng)巡航的組成

柯迪亞克ACC自適應(yīng)巡航是由傳感器、控制單元、執(zhí)行單元及人機(jī)交互界面組合而成的。

2.1.1控制單元

控制單元是以微處理器為核心，控制單元會(huì)根據(jù)用戶(hù)的需求依次從存儲(chǔ)器中取出各條指令并放在指令寄存器IR中再通過(guò)指令譯碼執(zhí)行相應(yīng)的操作，然后通過(guò)控制器OC（控制器OC有節(jié)拍脈沖發(fā)生器、時(shí)鐘脈沖發(fā)生器、控制矩陣、復(fù)位電路和啟停電路），按時(shí)序發(fā)出操作控制信號(hào)[3]。

2.1.2執(zhí)行單元

執(zhí)行單元是由節(jié)氣門(mén)執(zhí)行器和制動(dòng)執(zhí)行器組成的；節(jié)氣門(mén)執(zhí)行器的作用是用來(lái)控制節(jié)氣門(mén)的開(kāi)度，進(jìn)而控制車(chē)輛做加減速運(yùn)動(dòng)；制動(dòng)執(zhí)行器的作用是使車(chē)輛在緊急情況下能夠?qū)崿F(xiàn)緊急剎車(chē)。

2.1.3人機(jī)交互界面

駕駛員可以通過(guò)方向盤(pán)或者液晶顯示器上的人機(jī)交互界面來(lái)控制ACC。在啟動(dòng)ACC之前車(chē)速需達(dá)到20 km/h，然后再設(shè)定巡航車(chē)速和行車(chē)的安全距離，否則ACC系統(tǒng)將自動(dòng)設(shè)為默認(rèn)值也就是原廠(chǎng)設(shè)置的值[4]。

2.1.4柯迪亞克ACC傳感器

柯迪亞克ACC傳感器主要有雷達(dá)、車(chē)速、節(jié)氣門(mén)位置傳感器以及超聲波測(cè)距傳感器。

（1）雷達(dá)傳感器：雷達(dá)傳感器汽車(chē)防撞系統(tǒng)上的主要部分，通過(guò)雷達(dá)傳感器來(lái)判斷車(chē)輛前方出現(xiàn)的是什么物體（汽車(chē)、行人、固定物體）以及該物體的移動(dòng)速度是多少，然后再將信號(hào)傳播給ECU，最后通過(guò)行車(chē)電腦ECU來(lái)控制是否減速，避免發(fā)生事故[5]；科迪亞克的雷達(dá)傳感器發(fā)射的頻率大概在50 kHz～24.125 GHz左右。

（2）車(chē)速傳感器：車(chē)速傳感器是用來(lái)實(shí)時(shí)檢測(cè)汽車(chē)車(chē)速的，最后把信號(hào)輸送給ECU，由ECU來(lái)控制發(fā)動(dòng)機(jī)的怠速，柯迪亞克的車(chē)速傳感器一般安裝在變速器殼內(nèi)或者驅(qū)動(dòng)橋殼上，而車(chē)速傳感器信號(hào)線(xiàn)通常是有屏蔽裝置的，這是為了避免不受其他電子設(shè)備所產(chǎn)生的電磁的干擾，防止駕駛性能變差。

（3）節(jié)氣門(mén)位置傳感器又稱(chēng)為節(jié)氣門(mén)開(kāi)度傳感器，安裝于節(jié)氣門(mén)體上。節(jié)氣門(mén)位置傳感器是用來(lái)檢測(cè)發(fā)動(dòng)機(jī)狀態(tài)（怠速還是負(fù)荷，是加速還是減速）。ECU則根據(jù)輸出信號(hào)識(shí)別出發(fā)動(dòng)機(jī)的負(fù)荷情況；根據(jù)信號(hào)的變化識(shí)別出發(fā)動(dòng)機(jī)是處于加速工況還是減速工況。最后計(jì)算機(jī)會(huì)根據(jù)這些信息來(lái)控制噴油量或者直接進(jìn)行斷油控制。

（4）超聲波測(cè)距傳感器是將超聲波信號(hào)轉(zhuǎn)換成其他能量信號(hào)的傳感器。當(dāng)超聲波碰到雜質(zhì)時(shí)會(huì)有明顯的反射回波。不僅在汽車(chē)行業(yè)得以運(yùn)用，在工業(yè)、國(guó)防、生物醫(yī)學(xué)等方面都有使用[6]。超聲波探頭主要由壓電晶片組成，可分直探頭（縱波）、斜探頭（橫波）、雙探頭（一個(gè)探頭反射，一個(gè)探頭接收，既可以發(fā)射也能接收而且能同步進(jìn)行，也即在發(fā)射的同時(shí)也能接收）[7]。

1）工作溫度：由于形成材料的熔點(diǎn)高，所以它的工作溫度比較低，可以長(zhǎng)時(shí)間在低溫下工作且不會(huì)失效。

2）工作頻率：當(dāng)電壓頻率和晶片的頻率相等時(shí)，能量的輸出最大靈敏度也最高。

3）靈敏度：電壓耦合系數(shù)越大，靈敏度也就越高；反之靈敏度就越低。

超聲波的工作原理：當(dāng)電壓與壓電陶瓷發(fā)生反應(yīng)（作用）時(shí)，就會(huì)產(chǎn)生機(jī)械變形；而當(dāng)一片壓電陶瓷和另一個(gè)金屬片作用時(shí)，稱(chēng)為雙壓電晶片元件，當(dāng)給它一個(gè)電信號(hào)時(shí)，就會(huì)發(fā)射出波這個(gè)波就稱(chēng)為超聲波[8]。當(dāng)雙壓電晶片產(chǎn)生共振時(shí)會(huì)發(fā)出一個(gè)電信號(hào)。用于工業(yè)機(jī)器的超聲波傳感器的精確度達(dá)到1 mm，并且具有較強(qiáng)的超聲波輻射[9]。

2.2 ACC自適應(yīng)巡航的工作原理

ACC是在原有的巡航控制技術(shù)的基礎(chǔ)上發(fā)展而來(lái)的。在車(chē)輛行駛的過(guò)程中安裝在車(chē)輛車(chē)頭的車(chē)距傳感器J428會(huì)不斷探測(cè)車(chē)輛前方路況以及車(chē)速傳感器Z47實(shí)時(shí)傳播給行車(chē)電腦ECU，由ECU作出處理并把處理情況分析判斷，最后把信號(hào)傳輸給執(zhí)行器由執(zhí)行器來(lái)作出相應(yīng)的控制，同時(shí)通過(guò)輪速傳感器采集行車(chē)速度的信號(hào)傳輸給ECU并作出相應(yīng)的判斷及操作。當(dāng)該車(chē)與前車(chē)之間的行車(chē)距離過(guò)小時(shí)，ACC的控制單元ECU會(huì)通過(guò)制動(dòng)防抱死系統(tǒng)J104使車(chē)輪適當(dāng)制動(dòng)、通過(guò)發(fā)動(dòng)機(jī)控制系統(tǒng)使發(fā)動(dòng)機(jī)的輸出功率下降，從而使車(chē)輛與前車(chē)始終保持一個(gè)安全的行車(chē)距離。ACC自適應(yīng)巡航系統(tǒng)在控制車(chē)輛制動(dòng)時(shí)會(huì)將制動(dòng)力度控制在不影響車(chē)內(nèi)乘員舒適的程度，當(dāng)需要更大的制動(dòng)時(shí)，控制單元不再進(jìn)行更大力度的制動(dòng)而是將信號(hào)顯示在前部信息顯示單元J685或警報(bào)器來(lái)告知駕駛員需自行采取制動(dòng)；當(dāng)與前車(chē)之間的距離達(dá)到到安全行車(chē)距離時(shí)，ACC控制單元?jiǎng)t會(huì)按照車(chē)主設(shè)定的車(chē)速繼續(xù)行駛。ACC自適應(yīng)巡航系統(tǒng)在車(chē)速大于20 km/h的時(shí)候才會(huì)起作用。當(dāng)駕駛員開(kāi)啟自適應(yīng)巡航開(kāi)關(guān)時(shí)當(dāng)前車(chē)速需大于20 km/h，自適應(yīng)巡航系統(tǒng)才會(huì)開(kāi)始工作。當(dāng)探測(cè)到前方車(chē)輛減速時(shí)，該系統(tǒng)會(huì)使車(chē)輛自動(dòng)減速并保持車(chē)主設(shè)定的安全跟車(chē)距離。在前方車(chē)輛加速后，該系統(tǒng)則會(huì)自動(dòng)使車(chē)輛加速到車(chē)主設(shè)定的巡航速度。自適應(yīng)巡航系統(tǒng)還帶有速度限制功能，由此可以避免駕駛員行車(chē)速度超過(guò)所設(shè)定的最高車(chē)速。當(dāng)達(dá)到車(chē)主所設(shè)定的最高車(chē)速時(shí)，車(chē)輛將不再加速。

當(dāng)駕駛員開(kāi)啟巡航控制功能時(shí)，巡航控制模塊會(huì)檢測(cè)當(dāng)前的車(chē)速，只有車(chē)速大于20km/h巡航系統(tǒng)才能工作，在柯迪亞克ACC自適應(yīng)巡航工作原理的網(wǎng)絡(luò)拓?fù)渲?，巡航控制模塊與發(fā)動(dòng)機(jī)控制模塊PCM、車(chē)身控制模塊BCM通過(guò)高速網(wǎng)HS 1-CAN會(huì)把信息互相交換，在車(chē)輛需要采取加速操作時(shí)，發(fā)動(dòng)機(jī)控制模塊PCM會(huì)控制節(jié)氣門(mén)開(kāi)度來(lái)使汽車(chē)加速，但不會(huì)超過(guò)車(chē)主設(shè)定的極限車(chē)速；巡航控制HS3-CAN會(huì)把行車(chē)信息發(fā)送到儀表盤(pán)，因此駕駛員能夠通過(guò)儀表上顯示的信息實(shí)時(shí)掌握巡航情況；巡航控制模塊通過(guò)HS2-CAN把信息發(fā)送給轉(zhuǎn)向系統(tǒng)和ABS系統(tǒng)，從而使汽車(chē)達(dá)到自動(dòng)巡航的目的。

當(dāng)自適應(yīng)巡航系統(tǒng)在道路上工作時(shí)，信息中心會(huì)實(shí)時(shí)把同一車(chē)道車(chē)輛前后方車(chē)輛的狀況顯示在儀表上。當(dāng)前方車(chē)輛車(chē)速較慢時(shí)，自適應(yīng)巡航系統(tǒng)會(huì)自動(dòng)調(diào)整車(chē)速來(lái)保持兩車(chē)之間的距離。當(dāng)駕駛員要調(diào)節(jié)行車(chē)安全距離時(shí)，可以通過(guò)控制開(kāi)關(guān)增加或縮小與前方車(chē)輛的行車(chē)距離。

為了保證巡航系統(tǒng)工作時(shí)能夠具備自行剎車(chē)，科迪亞克的自適應(yīng)巡航系統(tǒng)在制動(dòng)系統(tǒng)中安裝了安全功能，當(dāng)駕駛員踩下制動(dòng)踏板時(shí)，此時(shí)制動(dòng)踏板傳感器會(huì)向PCM傳輸信號(hào)使ACC巡航系統(tǒng)不工作達(dá)到車(chē)主自行操作的目的。

通過(guò)HS-CAN總線(xiàn)、ABS模塊將控制模塊RCM的偏航角的信號(hào)與輪速和轉(zhuǎn)向角的信號(hào)進(jìn)行對(duì)比后。當(dāng)ABS模塊認(rèn)為偏航角速度不起作用時(shí)，ABS模塊將禁止使用自適應(yīng)巡航控制系統(tǒng)，這時(shí)儀表盤(pán)將會(huì)顯示“碰撞預(yù)警故障”或“自適應(yīng)巡航故障”的信息。

2.3 ACC Stop & Go城市跟車(chē)行駛系統(tǒng)

在車(chē)速低于30 km/h時(shí)，Stop & Go城市跟車(chē)行駛系統(tǒng)才會(huì)啟用，該系統(tǒng)在低速行駛時(shí)仍然能保持和前車(chē)的安全距離并且能對(duì)車(chē)輛進(jìn)行制動(dòng)，直至車(chē)輛處于靜止?fàn)顟B(tài)。如果前車(chē)在3 s內(nèi)再次起步時(shí)，本車(chē)將隨前車(chē)啟動(dòng)而自動(dòng)起步，如果前車(chē)停留時(shí)間過(guò)長(zhǎng)，駕駛員只需要通過(guò)簡(jiǎn)單操作，例如輕踩油門(mén)踏板或者制動(dòng)踏板車(chē)輛就能再次進(jìn)入ACC跟車(chē)模式。通過(guò)使用這種方式，即便是在高峰期或在擁堵路段，ACC自適應(yīng)巡航停走功能也能正常進(jìn)行輔助駕駛。但是駕駛員在駕駛傳統(tǒng)車(chē)輛時(shí)，必須關(guān)注行車(chē)情況，及時(shí)發(fā)現(xiàn)新情況，并且通過(guò)剎車(chē)或加速及時(shí)做出反應(yīng)。ACC自適應(yīng)巡航能根據(jù)行車(chē)路況來(lái)調(diào)節(jié)行車(chē)車(chē)速，并且保持駕駛員所設(shè)置安全距離和行車(chē)車(chē)速行駛，從而進(jìn)一步減輕駕駛員的駕駛負(fù)擔(dān)，使駕駛員能更好更及時(shí)地專(zhuān)注于當(dāng)?shù)男熊?chē)狀況，使駕駛變得更加輕松，由此可見(jiàn)ACC自適應(yīng)巡航能在一定程度上減輕駕駛員的駕駛疲勞。

3 ACC自適應(yīng)巡航系統(tǒng)的維修案例

故障現(xiàn)象：一輛行駛了5 000 km，配置EA888發(fā)動(dòng)機(jī)的2018款科迪迪亞克SUV?？蛻?hù)反映該車(chē)在行駛時(shí)ACC自適應(yīng)巡航功能無(wú)法使用并且儀表報(bào)故障。

圖1 ACC車(chē)載診斷圖

故障檢測(cè)：打開(kāi)ACC開(kāi)關(guān)使用診斷儀讀得故障碼為U111300（由于接收到錯(cuò)誤數(shù)值而功能受限主動(dòng)／靜態(tài)）（如圖1所示）。

通過(guò)校準(zhǔn)ACC后，再次調(diào)校此車(chē)的自動(dòng)車(chē)距控制傳感器J428和J850。進(jìn)行試車(chē)后發(fā)現(xiàn)故障依然存在。詢(xún)問(wèn)車(chē)主得知該車(chē)曾被水泡，而該車(chē)車(chē)距調(diào)節(jié)控制單元安裝位置在前保險(xiǎn)杠上，由此推測(cè)該車(chē)的車(chē)距調(diào)節(jié)控制單元進(jìn)水，所以才會(huì)導(dǎo)致功能失靈。于是更換新的車(chē)距調(diào)節(jié)控制單元，再次調(diào)校后試車(chē)，發(fā)現(xiàn)ACC功能仍然不能使用。再次使用診斷儀診斷后發(fā)現(xiàn)該車(chē)只有ACC自適應(yīng)巡航控制系統(tǒng)和車(chē)道變換輔助系統(tǒng)故障（如圖2所示）。

圖2 ACC故障診斷圖

在查看車(chē)道變換輔助系統(tǒng)時(shí)發(fā)現(xiàn)車(chē)道變換輔助系統(tǒng)控制單元J769 故障，推測(cè)是車(chē)道變換輔助系統(tǒng)的故障而引起的ACC系統(tǒng)功能失效，查閱2018款科迪亞克車(chē)的網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)拓展圖，發(fā)現(xiàn)車(chē)距調(diào)節(jié)控制單元J428和J850位于F1exRey這邊，車(chē)道變換輔助系統(tǒng)控制單元J769位于擴(kuò)展CAN總線(xiàn)上。

查閱柯迪亞克ACC系統(tǒng)的相關(guān)資料，發(fā)現(xiàn)：當(dāng)車(chē)速大于80 km/h變道時(shí)此車(chē)的車(chē)道變換輔助系統(tǒng)、車(chē)道保持輔助系統(tǒng)反應(yīng)不過(guò)來(lái)，所以會(huì)報(bào)故障。

故障排除：更換車(chē)道變換輔助系統(tǒng)控制單元J769、J770后清除故障碼，故障排除。

4 結(jié)束語(yǔ)

文章介紹了ACC自適應(yīng)巡航的發(fā)展過(guò)程，在介紹ACC系統(tǒng)結(jié)構(gòu)組成的基礎(chǔ)上，著重介紹了系統(tǒng)包含的傳感器的工作原理（如雷達(dá)傳感器、超聲波測(cè)距傳感器等），在這些傳感器的基礎(chǔ)上，實(shí)現(xiàn)車(chē)輛的自動(dòng)跟車(chē)與車(chē)距調(diào)整。文章最后通過(guò)故障維修案例對(duì)ACC系統(tǒng)進(jìn)行了進(jìn)一步的分析。

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Skoda Kodiak ACC Adaptive Cruise Working Principle and Fault Diagnosis

HUA Yongxing1, XU Xia2

( 1.Nanjing Vocational Institute of Transport Technology, Jiangsu Nanjing 211199;2.Changzhou Communication Technician College, Jiangsu Changzhou 213014 )

ACC adaptive cruise is the control system principle of self-driving according to driving conditions and road conditions. The system can achieve autonomous deceleration or acceleration without driver intervention. It is developed on the basis of the original cruise control technology.This paper focuses on the history of ACC adaptive cruise and the principle and composition of Skoda Kodiak ACC adaptive cruise system including radar, sensors and ACC work in urban and high speed automatic tracking, and how to operate and use the Kodia ACC.

ACC adaptive cruise; Automatic braking; Automatic tracking; Radar sensor

U495

A

1671-7988(2021)24-158-04

U495

A

1671-7988(2021)24-158-04

10.16638/j.cnki.1671-7988.2021.024.037

化永星（1985—），男，就職于南京交通職業(yè)技術(shù)學(xué)院，專(zhuān)業(yè)方向：汽車(chē)檢測(cè)技術(shù)、發(fā)動(dòng)機(jī)控制系統(tǒng)、智能汽車(chē)。