本文综述了汽车巡航控制系统发展的几个阶段，各发展阶段的工作原理、系统主要组成以及关键技术。同时也指出了该系统未来的发展趋势。

巡航的概念最早出自航空航天及兵器领域，它是指飞行器或武器遵循某些特性飞行，这些特性包括速度、距离或路线等，后来该技术被用于汽车上。随着我国高速公路网的日趋完善，大型客车的保有量不断增加，在对大型长途客车乘坐舒适性要求不断提高的同时，对其驾驶舒适性也提出了更高的要求，长时间行驶在路况较好的高速路上的大型客车采用巡航控制系统是缓解驾驶疲劳，提高驾驶舒适性的一个有效途径。

客车巡航控制系统的演变

（1）定速巡航系统（CCS） 适用于≥35～40km/h的情况，即高速公路上长距离运行的车辆。

（2）自适应巡航控制系统（ACC） 适用于≥35～40km/h的情况，属于智能化的驾驶员辅助驾驶系统，具有定速、跟随等功能，也主要用于高速公路上长距离运行的车辆。

（3）起停巡航控制系统

（S&G）用于≤35～40km/h的情况，具有跟随、避障及防撞预警等功能，主要用于城市工况下运行的车辆。

（4）智能化巡航控制系统 将巡航控制系统与CAN总线、卫星定位导航系统融合，即将智能车辆与智能交通融合在一起，是未来巡航控制系统的发展方向。

定速巡航系统（CCS）

最初的巡航控制系统是以提高驾驶的舒适性、减轻长距离驾驶的疲劳为主要目的，兼起节能、环保的作用，主要应用于在良好路况下高速行驶的车辆，实现的功能只是一定条件下的恒速行驶。

图1  定速巡航控制系统控制原理

1. 工作原理

通过操纵巡航控制开关设定目标车速后，系统采用内、外环控制方法，分别对汽车行驶状况（油门开度和车速）进行反馈判别。同时，目标车速信号与实际车速反馈信号被输入巡航控制ECU，经比较、运算、放大及补偿等处理后，根据目标车速与实际车速之间的偏差大小来确定控制参数的调整量，这时ECU向执行器输出节气门控制信号，使车辆保持设定车速行驶，（控制系统见图1）。该控制系统普遍采用PID控制算法。

2. 系统组成及功能

定速巡航系统主要由控制开关、传感器、控制单元和执行器组成。

（1）控制开关

定速巡航控制系统通过安装在仪表板上的控制开关实现定速、加速、减速、恢复原速以及取消巡航控制等功能。目标车速设定后，可以通过操纵按键来对车速进行调整，即具有一定的微调功能。在主动或被动解除巡航控制之后，系统主开关未关闭之前，可以通过按下恢复键来使车辆恢复前次所设定的车速（有的车辆是在不低于最低限速时才可恢复，如35～40km/h）。还可通过操纵制动、离合器踏板来解除巡航控制。

（2）传感器

车速传感器将产生的车速信号输送给巡航控制ECU，作为实际车速反馈信号，以实现定速行驶功能。车速传感器通常与车速表驱动装置相连，如果车速表是电子式的，车速传感器给出的信号可直接用作巡航控制ECU的反馈信号，而不必为巡航控制系统另设速度传感器。

图2  自适应巡航控制系统的4种典型操作

（3）执行器

执行器又称“伺服器”，其作用是接受巡航控制ECU的控制指令信号，以电动或气动方式操纵节气门，改变节气门开度，使车辆作加速、减速及定速行驶。执行器常分为电动式和真空式（即气动式）两种。

（4）电子控制器（ECU）

电子控制器是巡航控制系统的中枢，其作用是接受车速传感器、巡航控制开关、制动灯开关等作用信号，经计算、记忆、放大及信号转换等处理后，输出控制信号，驱动执行器动作。

3. 关键技术

定速巡航控制系统的硬件技术相对来说已经比较成熟，其关键技术是控制算法的选取，目前仅就定速巡航而言，运用参数自适应PI控制算法，可以不断智能调节比例和积分参数，对车速、节气门开度进行双闭环控制，从而改善控制效果。

自适应巡航控制系统（ACC）

客车ACC系统既具有定速巡航的能力，又具有应用车载传感器信息自动调整车辆行驶速度，保持本车与前行车辆安全间距的功能。

1. 工作原理

ACC系统共有4种典型操作（见图2）。图中前车为目标车辆，后车为ACC车辆（即主车），主车前端安装雷达探测仪，图中也显示了其探测范围。

启动ACC系统时，要设定主车在巡航状态下的车速和与目标车辆间的安全距离，否则ACC系统将自动设置为默认值，但不可小于设定车速下交通法规所规定的安全距离。

当主车前方无行驶车辆时，主车将处于定速巡航行驶状态，ACC系统按照设定的行驶车速对车辆进行匀速控制。当主车前方出现目标车辆，且目标车辆的行驶速度小于主车的行驶速度时，ACC系统将控制主车进行减速，确保两车间的距离为所设定的安全距离。当ACC系统将主车减速至理想的目标值之后采用跟随控制，与目标车辆以相同的速度行驶。当前方的目标车辆发生移线或主车移线行驶使得主车前方又无行驶车辆时，ACC系统将对主车进行加速控制，使主车恢复至设定的行驶速度。在恢复行驶速度后，ACC系统又转入对主车的匀速控制。当驾驶员参与车辆驾驶后，ACC系统将自动退出对车辆的控制。

图3  ACC系统基本组成

2. 系统组成及功能

ACC主要由各种传感器单元（测距雷达）、ACC控制器、执行机构及人机界面等组成（见图3）。其中，传感器单元用于感知本车状态及行车环境等信息。ACC控制器是系统的核心单元，用于对行车信息进行处理，确定车辆的控制命令。发动机ECU和转矩ECU用以探测和调整发动机接通和输出转矩，以提高发动机的动力性，并适时调整汽车的运行速度，各种ECU和传感器均由车内计算机控制。执行机构用于实现车辆加、减速。人机界面用于驾驶员设定系统参数及系统状态的显示等。

3.关键技术

（1）雷达技术

雷达的功用是测知相对车距、相对车速、相对方位角等信息，其性能的优劣直接关系到ACC 系统性能的好坏。当前应用到ACC系统上的雷达主要有单脉冲雷达、微波雷达、激光雷达以及红外探测雷达等。无论使用何种类型的雷达，确保雷达信号的实时性处理是要首先考虑的问题。随着汽车电子技术的迅速发展，现在大都利用DSP技术来处理雷达信号，应用CAN总线输出雷达信号。

（2）目标识别技术

由ECU对雷达探测到的信息进行识别，从中确定一主目标作为ACC控制中的参照物，依据两者间的相对运动及距离控制主车的行驶速度。ACC系统不但要确定主目标，而且还应该能够对其进行跟踪，无论是弯道还是上下坡道都要保证主目标的一致性，以减少系统的误报率。此外，对主目标进行跟踪还可以根据主目标的运行情况来预测出主车将来的运行状态。

（3）控制技术

ACC系统的控制目标是适当地控制车辆的速度，保持车辆间安全距离，提高车辆的乘坐舒适性及主动安全性。为实现这些控制目标，确定理想的车辆安全距离后，需要选取系统的控制策略并采用适宜的控制理论建立系统控制算法。

起停巡航控制系统（S&G）

S&G巡航控制系统主要适用于城市拥挤的交通状况，集主动避撞、车间距保持和速度巡航于一体。具有起停功能的车辆自适应巡航控制系统是针对车辆低速行驶且速度频繁发生变化时设计的一种自动辅助驾驶系统。

1. 系统组成

起停巡航系统的组成见图4。

（1）传感器

和自适应巡航控制系统一样，也用于感知本车状态及行车环境等信息。

（2）控制器

国外在控制上尝试了多种方法，如最优控制、鲁棒控制、基于模型的控制、模糊控制和神经网络等，在控制结构上主要采用多层次结构。

（3）执行器

执行器普遍采用电子节气门和制动执行器。电子节气门与前面的巡航系统基本相同，制动执行器主要是气动或液动式。

2. 系统控制

通常后车速度相对前车速度经常会出现一个滞后，当前车紧急制动时很可能会出现危险状况。S&G巡航控制系统的控制器针对车速频繁波动的特点，结合速度和距离的控制，使速度滞后问题得到了改善。

S&G巡航控制系统车辆的控制主要是进行车辆的纵向车距控制，其结构分为三个部分：预测层、控制层和执行层。车辆信息感知系统获取引导车和巡航车的相对距离和相对速度信息，然后根据一定的算法预测车辆的加速度，这是巡航控制系统的预测层控制。根据目标加速度，经过车辆的逆向动力学模型，计算出期望节气门开度和制动压力（较小），然后输入电子节气门和制动执行器的动力学模型，修正出实际需要的节气门开度和制动压力，最后将其输入车辆正向动力学模型，确定出当前应当选取的加速度，这部分控制为控制层控制。第三部分是执行层，电子节气门执行器和电子制动执行器根据控制层给出的实际车辆加速度来控制车辆制动或者加速。

图4  起停巡航系统组成

3. 关键技术

（1）理想安全距离模型的建立

理想安全距离就是指在当前条件下（车辆减速能力、车速、车辆与路面的附着系数），车辆与障碍物不发生碰撞而需要保持的车辆与障碍物之间的最小距离，它是设计控制器的基础。

（2）车辆本身传感器的信号处理

控制器和执行器需要大量车辆本身的信息，如车辆的速度、加速度及发动机转速等。这些信号接入控制器之前需要进行处理，以免造成电路烧坏，进而严重影响控制器的性能。车辆传感器信号处理的优劣，直接影响到最后控制的性能。

以上所讲述的巡航系统均属于驾驶员辅助驾驶系统，驾驶员依然是驾驶车辆的主体，最终的判断决策仍由驾驶员给出。

智能化巡航控制系统

未来的巡航控制系统将同其他的汽车电控系统、CAN总线技术相互融合，形成智能汽车电子控制系统。

同时，随着近几年智能交通（ITS）概念的提出以及卫星导航系统的开发与应用，车辆巡航系统将成为ITS系统中先进车辆控制的一个重要方面，并且通过采用CAN总线技术，可实现信号资源的共享，减少硬件开支，提高系统的灵活性。现在是驾驶员与自动导航系统的信息交换，通过音频或视频了解路网状况，引导驾驶员驾驶车辆前行。当巡航控制系统与自动导航系统融合后，导航系统将自动引导车辆前行，驾驶员只是作为一个监督者而非执行者，只有在必要时刻或特殊场合才由驾驶员操纵车辆。

因此，定速、跟随、防撞、定位、导航、CAN总线及发动机排放控制是车辆巡航控制系统发展所遵循的路线。