豐田凱美瑞自動巡航系統(tǒng)原理與檢修

1、<p><b>　　目錄</b></p><p><b>　　第一章 引言1</b></p><p>　　1.1國內(nèi)外汽車自動巡航技術(shù)發(fā)展現(xiàn)狀1</p><p>　　1．2汽車自動巡航控制系統(tǒng)的發(fā)展趨勢4</p><p>　　第二章 汽車電子巡航控制系統(tǒng)的原理與應(yīng)用7</p

2、><p>　　1．2 汽車自動巡航控制技術(shù)7</p><p>　　2．2汽車自動巡航控制系統(tǒng)的工作環(huán)境9</p><p>　　2.3汽車電子巡航控制系統(tǒng)的功能10</p><p>　　2.4 巡航控制系統(tǒng)的發(fā)展和應(yīng)用現(xiàn)狀11</p><p>　　2.5巡航控制系統(tǒng)的發(fā)展動向12</p><p&

3、gt;　　第三章 豐田凱美瑞自動巡航系統(tǒng)檢修13</p><p>　　3.1 豐田凱美瑞汽車簡介13</p><p>　　3.2 診斷系統(tǒng)14</p><p>　　3.2.1 指示器檢查14</p><p>　　3.2.2 診斷代碼14</p><p>　　3.2.3 診斷代碼的輸出15</p>

4、<p>　　3.3 巡航系統(tǒng)故障征兆16</p><p>　　3.4 巡航系統(tǒng)執(zhí)行元件的檢查17</p><p><b>　　總 結(jié)19</b></p><p><b>　　致 謝20</b></p><p><b>　　參考文獻21</b><

5、/p><p>　　附錄I 外文文獻翻譯22</p><p>　　附錄II 外文文獻原文30</p><p><b>　　第一章 引言</b></p><p>　　1.1國內(nèi)外汽車自動巡航技術(shù)發(fā)展現(xiàn)狀</p><p>　　隨著社會的發(fā)展與進步，人們對汽車行駛安全性、舒適性的要求越來越高。為了滿足人

6、們的需求，汽車電子化程度也越來越高，特別是微處理器進入汽車控制領(lǐng)域后，給汽車發(fā)展帶來了劃時代的變化，汽車的動力性、操作穩(wěn)定性、安全性、燃油經(jīng)濟性及尾氣的排放都得到了大幅改善。隨著汽車工業(yè)和公路運輸業(yè)的發(fā)展，以及非專業(yè)司機的不斷增加，車輛駕駛的自動化己成為汽車發(fā)展的主要趨勢之一。人們需要更加舒適、簡便和安全的交通工具，以適應(yīng)快速的生活節(jié)奏，因此對汽車智能化的要求更加迫切，汽車自動巡航控制系統(tǒng)可以有效地減輕長途駕駛的疲勞，是提高舒適性和趣味

7、性的重要方法之一</p><p>　　汽車自動巡航控制系統(tǒng)(Autonomous cruise Control System，Accs)是當(dāng)汽車在高速公路上行駛時，駕駛員即使不踏加速踏板，汽車仍可以按駕駛員所希望的車速自動保持行駛功能。汽車自動巡航控制系統(tǒng)根據(jù)駕駛員設(shè)定的目標車速和車輛行駛阻力的變化，自動調(diào)節(jié)節(jié)氣門開度，以使車輛達到按目標車速自動行駛的目的。汽車自動巡航控制系統(tǒng)除了維持車輛按駕駛員所希望的車速行駛

8、外，還具備加速、減速和恢復(fù)的功能。在汽車自動巡航控制狀態(tài)下，如果踏下制動踏板或操縱巡航控制取消開關(guān)，則可自動解除巡航功能，如果重新按下恢復(fù)開關(guān)，則恢復(fù)解除前的固定的車速。在巡航控制期間，隨著道路坡度的變化以及汽車行駛所可能遇到的阻力，車輛自動變換節(jié)氣門開度或自動進行檔位轉(zhuǎn)換，以按存儲在微處理器內(nèi)的最佳燃料經(jīng)濟性規(guī)律或動力性規(guī)律穩(wěn)定行駛。運用該系統(tǒng)可以減輕駕駛員因長時間控制節(jié)氣門而產(chǎn)生的疲勞，從而減少或避免交通事故的發(fā)生；同時可避免不必要

9、的節(jié)氣門振動，從而改善了汽車的經(jīng)濟性；提高車流量和運輸生產(chǎn)率，并在一定程度上提高了汽車的動力性和乘坐舒適性。</p><p>　　國外研發(fā)汽車自動巡航控制系統(tǒng)起步很早，其發(fā)展過程主要經(jīng)歷了三個階段：</p><p>　　第一階段是20世紀60～70年代中期，早期的汽車巡航控制系統(tǒng)主要是機械式和氣動機械式巡航控制系統(tǒng)。例如，日本豐田公司從1965年起就開始在車上裝用機械式巡航控制系統(tǒng)。之后，

10、德國的VD0公司也研制出了氣動機械式巡航控制系統(tǒng)。而1968年德國奔馳公司開發(fā)了晶體管控制的巡航控制系統(tǒng)，并在莫克利汽車上裝用，這期間美國和日本相繼出現(xiàn)了以模擬電路為基礎(chǔ)的汽車巡航控制系統(tǒng)。</p><p>　　第二階段是20世紀70年代中后期～80年代中后期，以數(shù)字信號為主的控制系統(tǒng)。隨著單片機技術(shù)的發(fā)展，特別是大規(guī)模集成電路及單片機的應(yīng)用，出現(xiàn)了以數(shù)字技術(shù)為基礎(chǔ)的巡航控制系統(tǒng)。如1974年美國魯卡斯汽車研究中

11、心研究出了性能完善的運用衛(wèi)星雷達的數(shù)字車速／車距控制系統(tǒng)，該系統(tǒng)可以更好地適應(yīng)路面狀況的變化。日本日野(Hino)公司于1985年投放市場一種基于燃油經(jīng)濟性的車速控制系統(tǒng)，其控制框圖如圖8-l所示。其控制部分的核心是微處理器。美國摩托羅拉公司也研制了一種采用微處理器控制的巡航控制系統(tǒng)，這種系統(tǒng)的所有輸入指令以數(shù)字形式直接存儲和處理，微處理器根據(jù)指令車速、實際車速以及其他輸入信號，按給定程序完成所有數(shù)據(jù)處理，并產(chǎn)生步進電動機的驅(qū)動信號輸出

12、，改變節(jié)氣門開度，每種車型的最佳加速度和減速度由編程人員決定。從安全上考慮，將制動開關(guān)與節(jié)氣門執(zhí)行器直接相連，這樣當(dāng)踩下制動踏板時，在斷開巡航控制系統(tǒng)的同時，將執(zhí)行器的動力源斷開，從而使節(jié)氣門迅速脫離巡航控制系統(tǒng)的控制。</p><p><b>　　圖1-1 系統(tǒng)框圖</b></p><p>　　與模擬技術(shù)相比，數(shù)字系統(tǒng)的突出特點是系統(tǒng)的信號量以數(shù)字表示，受工作溫度和

13、濕度的影響較小，因此數(shù)字控制系統(tǒng)具有更高的穩(wěn)定性。對于汽車自動巡航控制系統(tǒng)可采用先進的大規(guī)模或超大規(guī)模集成電路技術(shù)做成專用模塊，也可在微處理器上編程來實現(xiàn)。當(dāng)汽車上其他系統(tǒng)已有控制微處理器時，只要修改一下程序便可將此功能附加上去，因而可節(jié)省昂貴的硬件開支。</p><p>　　第三階段，從20世紀90年代開始，國外又開始發(fā)展以智能化為核心的汽車自動巡航控制系統(tǒng)和以定距離控制為主的自適應(yīng)巡航控制系統(tǒng)。</p&

14、gt;<p>　　1990年美國魯卡斯公司研制出一種自動恒速智能控制系統(tǒng)，該系統(tǒng)采用了連續(xù)調(diào)頻波雷達，通過雷達來探測前方車輛與本車的距離，通過處理單元計算出相對車速與距離，并將該信息提供給電子控制單元，通過執(zhí)行器控制節(jié)氣門來控制車速。之后，該公司又針對暴露的問題加以改進，在美洲虎牌轎車上安裝了新的自動恒速控制系統(tǒng)，并對控制節(jié)氣門與制動器的執(zhí)行機構(gòu)作了改進，微波雷達安裝在前保險杠內(nèi)，通過塑料車牌照發(fā)射微波探測信號。</

15、p><p>　　目前國外很多專家都在研究自適應(yīng)巡航控制系統(tǒng)。這種巡航控制系統(tǒng)主要由測速裝置、轉(zhuǎn)向角傳感器、車速傳感器、制動電子控制單元(ECU)和發(fā)動機ECU等組成。當(dāng)?shù)缆非闆r良好時，該系統(tǒng)就是普通的巡航控制系統(tǒng)，可以按設(shè)定車速巡航行駛；當(dāng)距另一輛車距離較近及相對車速較高時，通過巡航控制系統(tǒng)控制制動器減速。情況正常后將自動恢復(fù)原先的車速，如果前方車輛減速，ACCS便操縱制動器來維持一定的車距，從而避免了汽車的追尾。&

16、lt;/p><p>　　國外很多專家開始了一種半自主式巡航控制系統(tǒng)的研究。此種巡航控制系統(tǒng)能夠很快地應(yīng)用于公路上，同時能夠保持人工操縱和自適應(yīng)巡航控制系統(tǒng)的共存。其研究的理論結(jié)果表明，此種控制系統(tǒng)具有更高的控制精度。綜合利用仿真、分析和實驗結(jié)果對人工駕駛和具有自適應(yīng)控制系統(tǒng)的汽車進行了比較，從得到的數(shù)據(jù)和信息可以知道，具有巡航控制系統(tǒng)的汽車能對駕駛員提供重要的輔助作用，對行駛安全性提供了一種主動安全技術(shù)。</p

17、><p>　　目前不少車輛，特別是高級轎車已經(jīng)把巡航控制系統(tǒng)作為配備設(shè)備或備選設(shè)備。例如美國別克(BUICK)、凱迪拉克(CADILAC)、協(xié)和(CONCORD)、紐約人(NEW YORKER)、克萊斯勒(CMC)等轎車均裝用了巡航控制系統(tǒng)。而日本高速公路的迅速發(fā)展使得巡航控制系統(tǒng)的裝車率也不斷得到提高，如日本皇冠(CROWN)、佳美(CAMRY)、凌志(LEXUS)等轎車也裝有巡航控制系統(tǒng)。歐洲的奔馳(BENZ)、

18、寶馬(BMW)以及我國的紅旗轎車等均裝有巡航控制系統(tǒng)。</p><p>　　由于國內(nèi)汽車起步較晚，并且就目前我國公路狀況和實際應(yīng)用來說，對汽車巡航控制系統(tǒng)的研究應(yīng)用主要是以單車定速控制為主。目前，模擬汽車恒速控制器在我國已經(jīng)投人生產(chǎn)和使用。例如：由江蘇省某巡航設(shè)備廠生產(chǎn)的XD-1型汽車定速系統(tǒng)是一種機電式汽車巡航控制系統(tǒng)。該系統(tǒng)用汽車發(fā)動機工作時產(chǎn)生的真空度作為動力，通過簡單的機電結(jié)構(gòu)來穩(wěn)定發(fā)動機的轉(zhuǎn)速，使其產(chǎn)生

19、的真空度保持最小的變化。然而該機電式巡航控制裝置雖然結(jié)構(gòu)簡單，卻有控制精度不高、穩(wěn)定性不強等缺點。</p><p>　　國內(nèi)有多所高校和科研單位從事汽車自動巡航控制系統(tǒng)的研究，控制系統(tǒng)的硬件核心部件采用不同型號的單片機，控制策略多采用PID調(diào)節(jié)方式，也有人將模糊控制算法應(yīng)用于巡航控制系統(tǒng)，模仿駕駛員駕駛汽車的情況，根據(jù)目標車速與實際車速之間的偏差及路面情況，利用自己的經(jīng)驗，決定加速踏板的變化量，從而使汽車車速趨近

20、于目標車速。用于汽車巡航控制的模糊控制器輸入量一般可選擇設(shè)定車速和實際車速的偏差以及偏差的變化率，模糊控制是不依賴系統(tǒng)的精確數(shù)學(xué)模型，因而對系統(tǒng)的參數(shù)不太敏感。其不足之處是模糊控制規(guī)則的獲取和模糊隸屬函數(shù)形狀的確定，一旦系統(tǒng)確定，其規(guī)則和隸屬函數(shù)就確定了，不能隨外界和車輛參數(shù)變化進行調(diào)整。</p><p>　　1．2汽車自動巡航控制系統(tǒng)的發(fā)展趨勢</p><p>　　汽車自動巡航控制系統(tǒng)自

21、20世紀70年代起各大汽車廠家都爭相研制并裝在較高級的轎車上，到了80年代中末期，由于微處理器在汽車上的廣泛應(yīng)用和高速公路建設(shè)的迅速發(fā)展，使得它更加完善。到20世紀末起以及目前展出的21世紀汽車，該系統(tǒng)真可謂日臻完善，系統(tǒng)電路集成化水平提高，控制模塊體積精巧，多路傳輸系統(tǒng)日漸成熟，自檢系統(tǒng)更準確有效。</p><p>　　但是若使該系統(tǒng)步人普通家用轎車家族，還存在著一些問題，即雖然系統(tǒng)多用模塊控制，但造價昂貴；限

22、速太高，一般系統(tǒng)都必須在40km／h以上才起作用；檢修雖方便，但需較高的技術(shù)水平。</p><p>　　隨著汽車技術(shù)和現(xiàn)代公路交通的迅速發(fā)展，下一代的智能交通系統(tǒng)即將出現(xiàn)，其中汽車自動巡航控制系統(tǒng)將發(fā)展為自適應(yīng)巡航控制系統(tǒng)，進一步采用集中微處理器控制，降低系統(tǒng)的成本。具體地說，它是將汽車自動巡航控制系統(tǒng)和車輛前向撞擊報警系統(tǒng)(FOrward Collision Warning System，F(xiàn)CWS)有機地結(jié)合起

23、來，既有自動巡航功能，又有防止前向撞擊功能，駕駛員可通過設(shè)置在儀表盤上的人機交互界面啟動或清除ACCS。啟動ACCS時，要設(shè)定汽車在巡航狀態(tài)下的車速和與前方車輛間的安全距離，否則ACCS將自動設(shè)置為默認值，但所設(shè)定的安全距離不可小于設(shè)定車速下交通法規(guī)所規(guī)定的安全距離。</p><p>　　當(dāng)汽車前方無行駛車輛時，汽車將處于普通的巡航行駛狀態(tài)。ACCS按照設(shè)定的行駛車速對汽車進行勻速控制，當(dāng)汽車前方有車輛行駛，且前

24、方車輛的行駛速度小于汽車的行駛速度時，ACCS將控制汽車進行減速，確保兩車間的距離為所設(shè)定的安全距離。當(dāng)ACCS將汽車減速至理想的目標值之后采用跟隨控制，與前方車輛以相同的速度行駛。當(dāng)前方車輛發(fā)生移線，或汽車移線行駛使得汽車前方又無行駛車輛時，ACCS將對主車進行加速控制，使其恢復(fù)至設(shè)定的行駛速度，在恢復(fù)行駛速度后，ACCS又轉(zhuǎn)入對該汽車的勻速控制，當(dāng)駕駛員參與汽車駕駛后ACCS將自動退出對汽車的控制。</p><p

25、>　　ACCS有以下幾個發(fā)展趨勢：</p><p>　　1)集成化有助于降低成本，增強各系統(tǒng)間的內(nèi)在聯(lián)系，充分利用各種車輛信息，從而提高系統(tǒng)的穩(wěn)定性和可靠性，ACCs在發(fā)展之初就與巡航控制系統(tǒng)(CCS)結(jié)合在一起，按照ACCS的發(fā)展方向，它還會同主動后輪系統(tǒng)(Active Rear Steer System，ARS)、牽引力控制系統(tǒng)(ASR)以及發(fā)動機控制器等各種電控系統(tǒng)集成起來。</p>&

26、lt;p>　　2)走?？刂啤，F(xiàn)在對ACCS的研制和開發(fā)主要是針對在高速公路上高速行駛的車輛，而不適用于城市中低速、高車流密度情況下使用，走?？刂普茿CCS針對車速低、車距近的行駛情況所做的功能擴展，這要求ACCS具有更好的近距離探測能力，更快的信號處理功能，更迅速的系統(tǒng)響應(yīng)，同時還向ACCS提出了增加車輛的自動起步功能。這樣即使在堵車情況下也無須駕駛員參與，只需操縱車輛的轉(zhuǎn)向即可。駕駛員可以完全從煩瑣的駕駛操作中解放出來；<

27、;/p><p>　　3)隨著近幾年智能公路概念的提出以及衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)的開發(fā)與應(yīng)用，未來的ACCS將同其他的汽車電控系統(tǒng)相互融合，形成智能汽車電子控制系統(tǒng)，駕駛這種汽車只需在顯示器中指明所要到達的目的地，汽車就會在衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)的指引下，借助公路兩旁的電子標志牌無需人為參與就可安全駛達目的地，實現(xiàn)完全的自動駕駛功能。</p><p>　　4)通過采用CAN總線技術(shù)，可實現(xiàn)信號資源的共享，減少硬件開

28、支，提高系統(tǒng)的靈活性。</p><p>　　第二章 汽車電子巡航控制系統(tǒng)的原理與應(yīng)用</p><p>　　1．2 汽車自動巡航控制技術(shù)</p><p>　　此處省略 NNNNNNNNNNNN字。如需要完整說明書和設(shè)計圖紙等.請聯(lián)系 扣扣：九七一九二零八零零 另提供全套機械畢業(yè)設(shè)計下載！該論文已經(jīng)通過答辯</p><p>&

29、lt;b>　　3．迭代學(xué)習(xí)控制</b></p><p>　　因為汽車巡航行駛中存在著嚴重的非線性和不確定性，特別是巡航控制參數(shù)在不同車速下其值是不確定的，并且運動載體對控制的實時性要求較高，所以有人將迭代學(xué)習(xí)算法應(yīng)用到了汽車巡航控制系統(tǒng)中?；诘鷮W(xué)習(xí)技術(shù)的汽車巡航控制原理如圖2-2所示。利用實際車速與設(shè)定車速的偏差，通過多次的迭代計算得出一個修正量，進一步修正控制器輸出的控制量，從而使實際車速

30、更趨近于設(shè)定車速。</p><p>　　圖2-2 汽車巡航控制系統(tǒng)的迭代學(xué)習(xí)控制原理框圖</p><p>　　迭代學(xué)習(xí)控制可以對參數(shù)是未知的但是變化的或不變的系統(tǒng)實施有效控制。相對于其他控制技術(shù)，迭代學(xué)習(xí)控制的適應(yīng)性更廣，實時性更強。但其算法復(fù)雜，計算機編程困難。</p><p><b>　　4．自適應(yīng)控制</b></p><

31、;p>　　由于汽車自動巡航控制系統(tǒng)是一個本質(zhì)非線性系統(tǒng)，并且汽車在行駛過程中受到路面坡度、空氣阻力等外界干擾，因而基于時不變系統(tǒng)得到的控制方法就難以在各種工況下取得良好的效果，解決的辦法是加入自適應(yīng)環(huán)節(jié)，其控制方法能隨各種因素的變化而實時地加以調(diào)整，以適應(yīng)復(fù)雜多變的行駛工況。</p><p>　　自適應(yīng)控制是針對具有一定不確定性的系統(tǒng)而設(shè)計的。自適應(yīng)控制方法可以自動監(jiān)測系統(tǒng)的參數(shù)變化，從而時刻保持系統(tǒng)的性能

32、指標為最優(yōu)。目前用于汽車巡航控制的自適應(yīng)控制主要為模型參考自適應(yīng)控制?；谧赃m應(yīng)控制的汽車巡航控制原理如圖1-4所示。設(shè)定車速同時加到控制器和參考模型上，由于參考模型的理想車速和實際車速不一致，產(chǎn)生偏差，自適應(yīng)機構(gòu)檢測到這一偏差后，經(jīng)過一定的運算，產(chǎn)生適當(dāng)?shù)恼{(diào)整信號改變控制器參數(shù)，從而使實際車速迅速趨近于理想車速，當(dāng)偏差趨于零時，自適應(yīng)調(diào)整過程就停止，控制參數(shù)也就調(diào)整完畢。當(dāng)汽車在行駛過程中遇到上下坡或是由于風(fēng)力而使車速發(fā)生變化時，系統(tǒng)

33、也如上述過程一樣，對控制器參數(shù)進行調(diào)整。</p><p>　　圖1-4 汽車巡航控制系統(tǒng)自適應(yīng)控制原理框圖</p><p>　　鑒于自適應(yīng)控制的上述特點，自適應(yīng)控制非常適合像汽車這樣的一類非線性系統(tǒng)的控制。在控制過程中，系統(tǒng)能夠自動調(diào)整控制參數(shù)，使得控制效果更好。</p><p>　　2．2汽車自動巡航控制系統(tǒng)的工作環(huán)境</p><p>　　

34、人們知道，汽車的行駛是在發(fā)動機產(chǎn)生動力以后，借助于地面對車輪的反作用力行駛的。車速的變化情況非常復(fù)雜，會受到路面滾動阻力，汽車行駛時風(fēng)的阻力，以及道路坡度等時變因素的影響而變化，而且也受到發(fā)動機工況、負荷情況等的影響。坡道的阻力是隨著道路坡度大小而變化的，即使在高速公路上也不可能避免爬坡或下坡行駛，車重越大時，坡道的阻力就越大，下坡時的慣性力也就越大，而路面的滾動阻力系數(shù)也隨路面的情況、輪胎形狀、溫度、氣壓、行車速度等變化而隨機地變化，

35、風(fēng)阻與車速的二次方成正比，由于汽車行駛過程中風(fēng)速的大小和方向不斷變化，并且車速越大，風(fēng)阻也越大，巡航行駛時風(fēng)阻便是一個不能忽略的因素，再如上發(fā)動機輸出轉(zhuǎn)矩與節(jié)氣門的關(guān)系非常復(fù)雜，決定了巡航控制的實現(xiàn)是非常復(fù)雜的。</p><p>　　不但如此，由于巡航控制系統(tǒng)是工作在汽車上，而使用汽車的自然環(huán)境地區(qū)條件是千差萬別的，有時兩地的條件差異特別大，所以又必須考慮一下巡航的特殊工作環(huán)境。如南方和北方的冬季溫差特別大，汽車

36、各零部件工作溫度也相差較多，溫度對電氣零部件的額定工作電流是有影響的；同時濕度較高的環(huán)境容易造成電子元器件絕緣損壞或腐蝕機件；當(dāng)汽車行駛在崎嶇不平的山路時，又會產(chǎn)生很大的振動，這對電子控制系統(tǒng)來講就要求較高；另外，汽車的供電系統(tǒng)有蓄電池和發(fā)動機兩個電源，由于發(fā)電機發(fā)電程度不同，使蓄電池兩端輸出電壓變化較大，同時發(fā)動機調(diào)節(jié)器一般是用通斷方式控制發(fā)動機激勵電流，所以汽車上的電源波動及瞬時過電壓形成的電氣環(huán)境也較惡劣；這些環(huán)境對汽車的保養(yǎng)與控

37、制系統(tǒng)的可靠性等都是一些不利的因素。在研究巡航系統(tǒng)時，應(yīng)充分考慮到這些復(fù)雜的因素，才能設(shè)計出具有較高控制精度的應(yīng)用系統(tǒng)。</p><p>　　2.3汽車電子巡航控制系統(tǒng)的功能</p><p>　　巡航控制也叫恒速控制，汽車電子巡航控制系統(tǒng)，簡稱CCS，根據(jù)其特點一般又稱為“巡航行駛裝置”、“速度控制系統(tǒng)”、“自動駕駛系統(tǒng)”等。它是汽車的新裝置之一，它可以使汽車工作在發(fā)動機最有利的轉(zhuǎn)速范圍內(nèi)

38、，使汽車的行駛速度穩(wěn)定在自己設(shè)定的速度內(nèi)，從而不僅提高了發(fā)動機的使用效率，而且還可以減輕駕駛員的駕駛操作勞動強度，提高行駛的舒適性。汽車巡航控制系統(tǒng)(CCS)就是可使汽車工作在發(fā)動機有利轉(zhuǎn)速范圍內(nèi)，減輕駕駛員的駕駛操縱勞動強度，提高行駛舒適性的汽車自動行駛裝置。電子巡航控制系統(tǒng)，它是汽車在行駛中為了達到所希望的速度，通過操縱調(diào)整開關(guān)，駕駛員不必踩踏油門調(diào)整車速，汽車也能以設(shè)定的車速進行定速行駛的裝置。這個裝置的優(yōu)點主要體現(xiàn)在于，當(dāng)在高速

39、公路上長時間行駛時，能夠減輕駕駛員的疲勞；且對緊急情況動作解除的可靠性與對排除裝置故障等安全性方面作了充分的考慮。</p><p>　　大陸型的國家，駕駛汽車長途行駛的機會較多，而且在高速公路上行駛時變換車速的頻率及范圍都較少，故能以穩(wěn)定的車速行駛。但若長途駕駛而右腳不得不踩油門踏板時，久之腳就容易感到疲勞。而汽車巡航控制系統(tǒng)(CCS)的作用是：按司機所要求的速度閉合開關(guān)之后，不用踩油門踏板就可以自動地保持車速，

40、使車輛以固定的速度行駛。如果采用了這種裝置，當(dāng)長時間在公路上行車時，司機就不用再去控制油門踏板，從而減輕了長途駕駛的疲勞，同時減少了不必要的車速變化，使車速穩(wěn)定，可以節(jié)省燃料，減輕了疲勞。</p><p>　　目前車用巡航控制系統(tǒng)大多分為兩大類，一是電子式巡航控制系統(tǒng)，二是由電控真空控制式巡航控制系統(tǒng)。前者主要由指令開關(guān)、車速傳感器、電子控制器和油門執(zhí)行器四部分組成；后者一般由控制開關(guān)、真空系統(tǒng)和控制電路等組成。

41、</p><p>　　巡航控制系統(tǒng)的功能主要有基本功能和故障保險功能。其基本功能是：</p><p>　　(1)車速設(shè)定：當(dāng)按下車速調(diào)置開關(guān)后，就能存儲該時間的行駛速度，并能保持這一速度行駛。</p><p>　　(2)消除功能：當(dāng)踩下制動踏板，上述功能立即消失。但上述調(diào)置速度繼續(xù)存儲。</p><p>　　(3)恢復(fù)功能：當(dāng)按恢復(fù)開關(guān)，則能

42、恢復(fù)原來存儲的車速。</p><p>　　除了以上三種基本功能，如果需要還可增加以下功能：</p><p>　　(4)滑行：繼續(xù)按下開關(guān)進行減速，以離開開關(guān)時的速度作巡航行駛。　　</p><p>　　(5)加速：繼續(xù)按下開關(guān)進行加速，以不操縱開關(guān)時的車速進入巡航行駛。</p><p>　　(6)速度微調(diào)升高：在巡航速度行駛中，當(dāng)操縱開關(guān)以O(shè)

43、N-OFF(接通，斷開)方式變換時，使車速稍稍上升。　　</p><p>　　巡航控制系統(tǒng)的故障保險功能是：　　</p><p>　　(1)低速自動消除功能：當(dāng)車速小于40km/h時，存儲的車速消失，并不能再恢復(fù)此速度?！　?lt;/p><p>　　(2)制動踏板消除的功能：在制動踏板上裝有兩種開關(guān)，一個用于對計算機的信號消除；另一個是直接使執(zhí)行元件工作停止。　　<

44、;/p><p>　　(3)各種消除開關(guān)：除了利用制動踏板的消除功能外，還有駐車制動、離合器(M/T)、調(diào)速桿(A/T)等操作開關(guān)的消除功能。</p><p>　　2.4 巡航控制系統(tǒng)的發(fā)展和應(yīng)用現(xiàn)狀　　</p><p>　　汽車巡航控制系統(tǒng)，自1961年首次在美國應(yīng)用以來，至今已有40年的發(fā)展史。在這40年中，它已陸續(xù)被各種轎車所裝用，例如美國別克、凱迪拉克、協(xié)和、紐約

45、人、克萊斯勒等均裝用了巡航控制系統(tǒng)。而日本高速公路的迅速發(fā)展使得巡航控制系統(tǒng)的裝車率也不斷得到提高，如日本皇冠、佳美、凌志、豐田大霸王等。歐洲的奔馳、寶馬等也裝有巡航控制系統(tǒng)?！　?lt;/p><p>　　在我國，廣州本田雅閣、上海通用別克等的一些轎車上，巡航控制也已被作為標準件。預(yù)計今后會有更多的車輛裝用。而汽車巡航控制系統(tǒng)也會向小型化、智能化的方向發(fā)展，并逐步實現(xiàn)與發(fā)動機、變速器等控制計算機的聯(lián)動復(fù)合控制，使行車

46、更為舒適、安全。</p><p>　　2.5巡航控制系統(tǒng)的發(fā)展動向</p><p>　　新控制理論的應(yīng)用車輛的行駛狀況受到乘員、發(fā)動機輸出的變化等影響。駕駛者需要更平順的駕駛感覺和更自然的速度控制，以傳統(tǒng)的控制理論為基礎(chǔ)，又引入了新的控制理論。目前，模糊控制等新理論已不斷地得到應(yīng)用。　　</p><p>　　聯(lián)動控制、復(fù)合控制 目前，巡航控制裝置是獨立式的，要求在控

47、制中提高感覺敏感度、響應(yīng)性和更高的精度。為此，需要發(fā)動機控制用計算機、變速控制用計算機進行聯(lián)動控制，使這些計算機形成一體化的復(fù)合控制。　　</p><p>　　小型化、智能化 計算機、執(zhí)行元件更趨小型化、一體化，向智能型發(fā)展?！　?lt;/p><p>　　追蹤行駛控制 現(xiàn)在巡航穩(wěn)定行駛裝置分別利用加速、減速、恢復(fù)車速、消除等開關(guān)自由控制車速，但是往往在道路交通混雜的情況下，不便于當(dāng)車輛接近時進

48、行減速或車輛拉開距離時加速。為解決這一問題，向前方車輛發(fā)射毫米波(30GHZ-300HZ)， 利用雷達測定與前方車輛之間的距離， 隔開一定距離進行追蹤行駛。車載雷達不僅可以利用毫米波雷達， 而且還可以利用激光。</p><p>　　電子巡航控制系統(tǒng)(簡稱CCS) 它是汽車在行駛中為了達到所希望的速度，通過操縱調(diào)整開關(guān)，駕駛員不必踩踏油門調(diào)整車速，汽車也能以設(shè)定的車速進行定速行駛的裝置。這個裝置的優(yōu)點主要體現(xiàn)在于，

49、當(dāng)在高速公路上長時間行駛時，能夠減輕駕駛員的疲勞；且對緊急情況動作解除的可靠性與對排除裝置故障等安全性方面作了充分的考慮。</p><p>　　第三章 豐田凱美瑞自動巡航系統(tǒng)檢修</p><p>　　3.1 豐田凱美瑞汽車簡介</p><p>　　豐田凱美瑞是豐田汽車公司的一個汽車品牌。上世紀80年代面世，在凱美瑞的開發(fā)過程中，豐田汽車注入了老一代CAMRY所沒有的

50、奢華基因，賦予其更為優(yōu)雅的氣質(zhì)，同時，也將動感的元素融入其中。</p><p>　　中高級轎車之王者歸來——廣汽豐田凱美瑞　無論從哪個角度看，凱美瑞都是一款完美的產(chǎn)品。本著“創(chuàng)造中高級轎車全球新標準”理念開發(fā)的凱美瑞顛覆了此前人們心目中對中高級車的固有形象。什么是中高級轎車的全球新標準？尊貴的外形、舒適的內(nèi)部空間、完美的駕乘體驗，同級別車中最高的安全和環(huán)保標準，以及無所不在的高科技配置，凱美瑞從這些方面對這個問題

51、給出了完美的答案。</p><p>　　作為中高級轎車引領(lǐng)者，憑借無與倫比的均衡品質(zhì)和卓越的產(chǎn)品力，凱美瑞上市僅40個月就實現(xiàn)了50萬輛的產(chǎn)銷，創(chuàng)下了行業(yè)單一車型最快紀錄；并且在2007、2008年蟬聯(lián)了中高級車年度上牌量冠軍，成為國內(nèi)最受矚目的“明星車型”。觀其成功背后的原因，其卓越的產(chǎn)品品質(zhì)功不可沒。其中，凱美瑞的安全性能尤為突出，在中高級車的安全碰撞成績中遙遙領(lǐng)先。在中國汽車技術(shù)研究中心召開的“2007年度

52、第三批車型C-NCAP評價結(jié)果發(fā)布”上，凱美瑞最終以48.8分的出色成績榮獲五星等級評定，同時，也創(chuàng)造了C-NCAP有史以來的最高分。　凱美瑞車型中配備的VSC車輛穩(wěn)定性控制系統(tǒng)和TRC牽引力控制系統(tǒng)等安全裝置，其安全性得到了很大的提升。VSC車輛穩(wěn)定控制系統(tǒng)能夠有效避免車輛在濕滑路面轉(zhuǎn)向過度或轉(zhuǎn)彎不足的現(xiàn)象，使車輛能盡快修正到原有正常路徑上行駛。TRC牽引力控制系統(tǒng)可抑制驅(qū)動輪空轉(zhuǎn)，在直線加速過程中確保適當(dāng)?shù)尿?qū)動力，以防側(cè)滑，進一步提

53、高起步、加速時的安全性。另外，2009年廣汽豐田還率先導(dǎo)入G-BOOK智能副駕，實現(xiàn)了高科技技術(shù)和人性化服務(wù)的相結(jié)合，把“事故后安全”也納入了考慮范圍。如在不太熟悉的路段遇上事故或者故</p><p><b>　　優(yōu)點</b></p><p>　　外觀大氣.人見人愛,功能人性化,例如方向盤上的各種控制和定速巡航.電動坐椅,空調(diào)效果非常不錯,音響效果較為滿意,,儀表板一

54、片幽藍的氛圍感覺不錯!!　遮陽簾非常實用提升了品位!大燈清洗也較為實用,加速性能優(yōu)異,.油耗也可以 </p><p><b>　　缺點</b></p><p>　　在怠速的情況下在車外噪音較大、發(fā)動機抖動厲害、20萬元的車還需要換正時皮帶、后視鏡的防炫目效果不好、4速自動變速箱效率較低、后輪雙連桿式懸掛相對薄弱、機械液壓式助力轉(zhuǎn)向在同級車中相對落后、操控性欠佳。<

55、;/p><p><b>　　3.2 診斷系統(tǒng)</b></p><p>　　3.2.1 指示器檢查</p><p>　　1）將點火開關(guān)轉(zhuǎn)到ON;</p><p>　　2) 檢查當(dāng)巡航控制主開關(guān)接通時，行駛（CRUISE MAIN）指示燈亮；主開關(guān)關(guān)斷時、指示燈滅。</p><p>　　若指示器檢查結(jié)果不

56、正常，應(yīng)該進行組合儀表部分的故障排除。</p><p>　　3.2.2 診斷代碼</p><p>　　若在巡航控制駕駛期間車速傳感器或執(zhí)行器燈發(fā)生故障，ECU會執(zhí)行巡航控制的自動消除(AUTO CANCEL)，并閃爍CRUISE MAIN指示燈5次以便告訴駕駛者出現(xiàn)了故障。與此同時、故障存人存儲器作為診斷代碼。</p><p>　　3.2.3 診斷代碼的輸出<

57、/p><p>　　1）將點火開關(guān)轉(zhuǎn)到ON;</p><p>　　2）用SST連接TDEL的端子TC和E1；</p><p>　　3）從CRUIS MAIN 指示燈上讀取診斷代碼；若輸不出診斷代碼，應(yīng)該查診斷電路；</p><p>　　4）根據(jù)相應(yīng)的診斷代碼檢查故障；</p><p>　　5）檢查完畢后，脫開端子TC和E1,

58、并關(guān)掉顯示器。</p><p>　　表3-1 故障診斷代碼</p><p>　　3.3 巡航系統(tǒng)故障征兆</p><p>　　若在診斷代碼檢查時顯示正常代碼，但仍然山現(xiàn)(重現(xiàn))故障，則應(yīng)按表3-2的順序</p><p>　　查每—征兆的電路，力：進行故障排除。</p><p>　　表3-2 巡航系統(tǒng)故障征兆一覽表<

59、;/p><p>　　3.4 巡航系統(tǒng)執(zhí)行元件的檢查</p><p>　　巡航控制系統(tǒng)的整個執(zhí)行元件的電路如圖3-1所示。當(dāng)巡航控制系統(tǒng)出現(xiàn)以下故障</p><p>　　①車速控制系統(tǒng)不能設(shè)定。</p><p>　?、哌\作不良，如設(shè)定時車速有較大波動，或車速出現(xiàn)上升、下降。</p><p>　?、弋?dāng)按動加速按鈕時，汽車不加速

60、；處于滑行位時，汽車不減速。</p><p>　?、墚?dāng)按恢復(fù)按鈕時，車速不能回復(fù)到原有的巡航車速。</p><p>　　圖3-1 巡航系統(tǒng)執(zhí)行器電路圖</p><p>　　此時，極有可能是巡航控制系統(tǒng)的執(zhí)行元件山現(xiàn)故障造成的，應(yīng)重點檢查執(zhí)行器的工作情況：</p><p>　　(1)安全電磁離合器的檢修。</p><p>

61、;　?、贆z測電阻。4腳與5腳間的電阻值應(yīng)為38歐姆，即離合器線圈的直流電阻值。</p><p>　?、跊]有通電前，扳動離合器桿應(yīng)能轉(zhuǎn)動；當(dāng)5腳接電源正極，4腳搭鐵時，離合器桿應(yīng)至鎖住位，此時不能人為扳動離合器桿。</p><p>　　2)伺服電動機的檢修。</p><p>　　保持安全電磁離合器的通電狀況，再按表3-3所爾給伺服電動機通電，離合器桿應(yīng)在兩極限位置A與

62、B范圍內(nèi)運動。</p><p>　　表3-3 伺服電機的通電檢查</p><p>　?。?）位置傳感器的檢修。</p><p>　　如圖3-1所示，不通電時檢測1腳與3腳問的電阻值府為2000歐姆；當(dāng)手慢移離合器桿從B到A時，2、3腳間的電阻值應(yīng)平滑地由500歐姆增加到1800歐姆。</p><p><b>　　總 結(jié)</

63、b></p><p>　　這對自己來說，是一個總結(jié)，也是一個提醒。因為畢業(yè)論文的完成，既為大學(xué)劃上了一個完美的句號，也為將來的人生之路做好了一個很好的鋪墊。從開始了我的畢業(yè)設(shè)計工作，時至今日，設(shè)計基本完成。從最初的茫然，到慢慢的進入狀態(tài)，再到對思路逐漸的清晰，整個設(shè)計過程難以用語言來表達。通過此次畢業(yè)設(shè)計我不僅把知識融會貫通，而且豐富了大腦，同時在查找資料的過程中也了解了許多課外知識，開拓了視野，認識了汽車

64、巡航系統(tǒng)在未來應(yīng)用的發(fā)展，是自己在專業(yè)知識方面和動手能力方面有了質(zhì)的飛躍。</p><p>　　畢業(yè)的時間一天一天的臨近。回首前面的時光。在沒做畢業(yè)設(shè)計之前覺得畢業(yè)設(shè)計只是對這幾年來所學(xué)知識的大概總結(jié)，但是真的面對畢業(yè)設(shè)計是發(fā)現(xiàn)自己的想法基本是錯誤的。畢業(yè)設(shè)計不僅是對前面所學(xué)知識的一種檢驗，而且是對自己能力的一種提高。通過這次畢業(yè)設(shè)計是我明白自己原來的知識太理論化了，面對單獨的課題是感覺很茫然。覺得自己學(xué)要的東西

65、還很多，以前自己眼高手低。通過此次畢業(yè)設(shè)計，我才明白學(xué)習(xí)是一個長期積累的過程，在以后的工作、生活中都應(yīng)該不斷的學(xué)習(xí)，努力提高自己知識和綜合素質(zhì)。</p><p><b>　　致 謝</b></p><p>　　在這里我首先要感謝我的導(dǎo)師老師。老師平日里工作繁多，但在我做畢業(yè)設(shè)計的每個階段，從外出實習(xí)到查閱資料，設(shè)計草案的確定和修改，中期檢查，后期詳細設(shè)計，裝配草圖等整

66、個過程中都給予了我悉心的指導(dǎo)。我的設(shè)計較為繁瑣，但是聶老師仍然細心地糾正圖紙中的錯誤。除了敬佩的老師的專業(yè)水平外，他的治學(xué)嚴謹和科學(xué)研究的精神也是我永遠學(xué)習(xí)的榜樣，并將積極影響我今后的學(xué)習(xí)和工作。</p><p>　　其次我要感學(xué)和我一起做畢業(yè)設(shè)計的同學(xué)們，他們在本次設(shè)計中勤奮工作，克服了許多困難來完成此次畢業(yè)設(shè)計，并承擔(dān)了大部分的工作量。如果沒有他們的努力工作，此次設(shè)計的完成將變的非常困難。</p>

67、<p>　　然后還要感謝大學(xué)來所有的老師，為我們打下機械專業(yè)知識的基礎(chǔ)，同時還要感謝所有的同學(xué)們，正是因為有了你們的支持和鼓勵。此次畢業(yè)設(shè)計才會順利完成。</p><p><b>　　參考文獻</b></p><p>　　[1] 付百學(xué)，馬彪，潘旭峰.現(xiàn)代汽車電子技術(shù)[M].北京：北京理工大學(xué)出版社，2008.</p><p>　

68、　[2] 張景波，劉昭度，齊志權(quán)，馬岳峰.汽車自適應(yīng)巡航控制系統(tǒng)的發(fā)展[J]：車輛與動力技術(shù)，2003，(2)：44–49.</p><p>　　[3] 催勝民，薛瑞臻.汽車巡航控制技術(shù)的研究[J]：交通科技與經(jīng)濟，2002，(4)：28–32.</p><p>　　[4] 寇國瑗，楊生輝，李建文.汽車電器與電子控制系統(tǒng)[M].北京：人民交通出版社，1999.</p><

69、;p>　　[5] 周潔，子蔭.巡航控制系統(tǒng)及自適應(yīng)巡航控制系統(tǒng)[J]：汽車電器，2001，(1)：242–249.</p><p>　　[6] 司立增.汽車計算機控制[M].北京：人民交通出版社，2002.</p><p>　　[7] 紀光蘭.汽車電子巡航控制系統(tǒng)[J]：公路與汽運，2005，(10)：8–10.</p><p>　　[8] 綦聲波，亓慶剛，岳

70、成亮.汽車巡航控制系統(tǒng)的模糊控制與應(yīng)用[J]：汽車電子，2006，1(2)：227–230.</p><p>　　[9] 陶永華，尹怡欣，葛蘆生.新型PID控制及其應(yīng)用[M].北京：北京機械工業(yè)出版社，1998.</p><p>　　[10] 趙杰紅.汽車巡航控制[D]：吉林工業(yè)大學(xué)碩士學(xué)位論文，2000.</p><p>　　[11] 汪立亮，徐寅生，楊生超.現(xiàn)代

71、汽車電子巡航控制系統(tǒng)(CCS)原理與檢修[M].北京：電子工業(yè)出版社，2000.</p><p>　　附錄I 外文文獻翻譯</p><p>　　估計導(dǎo)致工程幾何分析錯誤的一個正式理論</p><p>　　SankaraHariGopalakrishnan，KrishnanSuresh</p><p>　　機械工程系，威斯康辛大學(xué)，麥迪遜分校，

72、2006年9月30日</p><p>　　摘要：幾何分析是著名的計算機輔助設(shè)計/計算機輔助工藝簡化 “小或無關(guān)特征”在CAD模型中的程序，如有限元分析。然而，幾何分析不可避免地會產(chǎn)生分析錯誤，在目前的理論框架實在不容易量化。</p><p>　　本文中，我們對快速計算處理這些幾何分析錯誤提供了嚴謹?shù)睦碚摗Ｓ绕?，我們集中力量解決地方的特點，被簡化的任意形狀和大小的區(qū)域。提出的理論采用伴隨矩陣

73、制定邊值問題抵達嚴格界限幾何分析性分析錯誤。該理論通過數(shù)值例子說明。</p><p>　　關(guān)鍵詞:幾何分析;工程分析;誤差估計;計算機輔助設(shè)計/計算機輔助教學(xué)</p><p><b>　　介紹</b></p><p>　　機械零件通常包含了許多幾何特征。不過，在工程分析中并不是所有的特征都是至關(guān)重要的。以前的分析中無關(guān)特征往往被忽略，從而提高自

74、動化及運算速度。</p><p>　　舉例來說，考慮一個剎車轉(zhuǎn)子，如圖1(a)。轉(zhuǎn)子包含50多個不同的特征，但所有這些特征并不是都是相關(guān)的。就拿一個幾何化的剎車轉(zhuǎn)子的熱量分析來說，如圖1(b)。有限元分析的全功能的模型如圖1(a)，需要超過150,000度的自由度，幾何模型圖1(b)項要求小于25，000個自由度，從而導(dǎo)致非常緩慢的運算速度。</p><p>　　圖1(a)剎車轉(zhuǎn)子

75、 圖1(b)其幾何分析版本</p><p>　　除了提高速度，通常還能增加自動化水平，這比較容易實現(xiàn)自動化的有限元網(wǎng)格幾何分析組成。內(nèi)存要求也跟著降低，而且條件數(shù)離散系統(tǒng)將得以改善;后者起著重要作用迭代線性系統(tǒng)。</p><p>　　但是，幾何分析還不是很普及。不穩(wěn)定性到底是“小而局部化”還是“大而擴展化”，這取決于各種因素。例如，對于一個熱問題，想刪除其

76、中的一個特征，不穩(wěn)定性是一個局部問題:(1)凈熱通量邊界的特點是零。(2)特征簡化時沒有新的熱源產(chǎn)生; [4]對上述規(guī)則則例外。展示這些物理特征被稱為自我平衡。結(jié)果，同樣存在結(jié)構(gòu)上的問題。</p><p>　　從幾何分析角度看，如果特征遠離該區(qū)域，則這種自我平衡的特征可以忽略。但是，如果功能接近該區(qū)域我們必須謹慎，。</p><p>　　從另一個角度看，非自我平衡的特征應(yīng)值得重視。這些特征

77、的簡化理論上可以在系統(tǒng)任意位置被施用,但是會在系統(tǒng)分析上構(gòu)成重大的挑戰(zhàn)。</p><p>　　目前，尚無任何系統(tǒng)性的程序去估算幾何分析對上述兩個案例的潛在影響。這就必須依靠工程判斷和經(jīng)驗。</p><p>　　在這篇文章中，我們制定了理論估計幾何分析影響工程分析自動化的方式。任意形狀和大小的形體如何被簡化是本文重點要解決的地方。伴隨矩陣和單調(diào)分析這兩個數(shù)學(xué)概念被合并成一個統(tǒng)一的理論來解決雙

78、方的自我平衡和非自我平衡的特點。數(shù)值例子涉及二階scalar偏微分方程，以證實他的理論。</p><p>　　本文還包含以下內(nèi)容。第二節(jié)中，我們就幾何分析總結(jié)以往的工作。在第三節(jié)中，我們解決幾何分析引起的錯誤分析，并討論了擬議的方法。第四部分從數(shù)值試驗提供結(jié)果。第五部分討論如何加快設(shè)計開發(fā)進度。</p><p><b>　　前期工作</b></p>&l

79、t;p>　　幾何分析過程可分為三個階段:</p><p>　　識別:哪些特征應(yīng)該被簡化；</p><p>　　簡化：如何在一個自動化和幾何一致的方式中簡化特征；</p><p><b>　　分析:簡化的結(jié)果。</b></p><p>　　第一個階段的相關(guān)文獻已經(jīng)很多。例如，企業(yè)的規(guī)模和相對位置這個特點，經(jīng)常被用來作

80、為度量鑒定。此外，也有人提議以有意義的力學(xué)判據(jù)確定這種特征。</p><p>　　自動化幾何分析過程，事實上，已成熟到一個商業(yè)化幾何分析的地步。但我們注意到，這些商業(yè)軟件包僅提供一個純粹的幾何解決。因為沒有保證隨后進行的分析錯誤，所以必須十分小心使用。另外，固有的幾何問題依然存在，并且還在研究當(dāng)中。</p><p>　　本文的重點是放在第三階段，即快速幾何分析。建立一個有系統(tǒng)的方法，通過幾

81、何分析引起的誤差是可以計算出來的。再分析的目的是迅速估計改良系統(tǒng)的反應(yīng)。其中最著名的再分析理論是著名的謝爾曼-Morrison和woodbury公式。對于兩種有著相似的網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)和剛度矩陣設(shè)計，再分析這種技術(shù)特別有效。然而，過程幾何分析在網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)的剛度矩陣會導(dǎo)致一個戲劇性的變化，這與再分析技術(shù)不太相關(guān)。</p><p><b>　　擬議的方法</b></p><p>&

82、lt;b>　　3.1問題闡述</b></p><p>　　我們把注意力放在這個文件中的工程問題，標量二階偏微分方程式(pde): </p><p>　　許多工程技術(shù)問題，如熱，流體靜磁等問題，可能簡化為上述公式。</p><p>　　作為一個說明性例子，考慮散熱問題的二維模塊Ω如圖2所示。</p><p><b>

83、　　圖2二維熱座裝配</b></p><p>　　熱量q從一個線圈置于下方位置列為Ωcoil。半導(dǎo)體裝置位于Ωdevice。這兩個地方都屬于Ω，有相同的材料屬性，其余Ω將在后面討論。特別令人感興趣的是數(shù)量，加權(quán)溫度Tdevice內(nèi)Ωdevice(見圖2)。一個時段，認定為Ωslot縮進如圖2，會受到抑制，其對Tdevice將予以研究。邊界的時段稱為Γslot其余的界線將稱為Γ。邊界溫度Γ假定為零。兩種

84、可能的邊界條件Γslot被認為是:(a)固定熱源，即(-kt)?n=q，(b)有一定溫度，即T=Tslot。兩種情況會導(dǎo)致兩種不同幾何分析引起的誤差的結(jié)果。</p><p>　　設(shè)T(x，y)是未知的溫度場和K導(dǎo)熱。然后，散熱問題可以通過泊松方程式表示:</p><p>　　其中H(x，y)是一些加權(quán)內(nèi)核?，F(xiàn)在考慮的問題是幾何分析簡化的插槽是簡化之前分析，如圖3所示。</p>

85、<p>　　圖3defeatured二維熱傳導(dǎo)裝配模塊</p><p>　　現(xiàn)在有一個不同的邊值問題，不同領(lǐng)域t(x，y):</p><p>　　觀察到的插槽的邊界條件為t(x，y)已經(jīng)消失了，因為槽已經(jīng)不存在了（關(guān)鍵性變化）!</p><p><b>　　解決的問題是:</b></p><p>　　設(shè)定td

86、evice和t(x，y)的值，估計Tdevice。</p><p>　　這是一個較難的問題，是我們尚未解決的。在這篇文章中，我們將從上限和下限分析Tdevice。這些方向是明確被俘引理3、4和3、6。至于其余的這一節(jié)，我們將發(fā)展基本概念和理論，建立這兩個引理。值得注意的是，只要它不重疊，定位槽與相關(guān)的裝置或熱源沒有任何限制。上下界的Tdevice將取決于它們的相對位置。</p><p>&

87、lt;b>　　3.2伴隨矩陣方法</b></p><p>　　我們需要的第一個概念是，伴隨矩陣公式表達法。應(yīng)用伴隨矩陣論點的微分積分方程，包括其應(yīng)用的控制理論，形狀優(yōu)化，拓撲優(yōu)化等。我們對這一概念歸納如下。</p><p>　　相關(guān)的問題都可以定義為一個伴隨矩陣的問題，控制伴隨矩陣t_(x，y)，必須符合下列公式計算〔23〕:</p><p>　　

88、伴隨場t_(x，y)基本上是一個預(yù)定量，即加權(quán)裝置溫度控制的應(yīng)用熱源?？梢杂^察到，伴隨問題的解決是復(fù)雜的原始問題;控制方程是相同的;這些問題就是所謂的自身伴隨矩陣。大部分工程技術(shù)問題的實際利益，是自身伴隨矩陣，就很容易計算伴隨矩陣。</p><p>　　另一方面，在幾何分析問題中，伴隨矩陣發(fā)揮著關(guān)鍵作用。表現(xiàn)為以下引理綜述:</p><p>　　引理3.1已知和未知裝置溫度的區(qū)別，即(Td

89、evice-tdevice)可以歸納為以下的邊界積分比幾何分析插槽:</p><p>　　在上述引理中有兩點值得注意:</p><p>　　1、積分只牽涉到邊界гslot;這是令人鼓舞的?；蛟S，處理剛剛過去的被簡化信息特點可以計算誤差。</p><p>　　2、右側(cè)牽涉到的未知區(qū)域T(x，y)的全功能的問題。特別是第一周期涉及的差異，在正常的梯度，即涉及[-k(T-

90、t)] ?n;這是一個已知數(shù)量邊界條件[-kt]?n所指定的時段，未知狄里克萊條件作出規(guī)定[-kt]?n可以評估。在另一方面，在第二個周期內(nèi)涉及的差異，在這兩個領(lǐng)域，即T管; 因為t可以評價，這是一個已知數(shù)量邊界條件T指定的時段。因此。</p><p>　　引理3.2、差額(tdevice-tdevice)不等式</p><p>　　然而，伴隨矩陣技術(shù)不能完全消除未知區(qū)域T(x，y)。為了

91、消除T(x，y)我們把重點轉(zhuǎn)向單調(diào)分析。</p><p><b>　　3.3單調(diào)性分析</b></p><p>　　單調(diào)性分析是由數(shù)學(xué)家在19世紀和20世紀前建立的各種邊值問題。例如，一個單調(diào)定理:</p><p>　　"添加幾何約束到一個結(jié)構(gòu)性問題，是指在位移(某些)邊界不減少"。</p><p>

92、　　觀察發(fā)現(xiàn)，上述理論提供了一個定性的措施以解決邊值問題。</p><p>　　后來，工程師利用之前的“計算機時代”上限或下限同樣的定理，解決了具有挑戰(zhàn)性的問題。當(dāng)然，隨著計算機時代的到來，這些相當(dāng)復(fù)雜的直接求解方法已經(jīng)不為人所用。但是，在當(dāng)前的幾何分析，我們證明這些定理采取更為有力的作用，尤其應(yīng)當(dāng)配合使用伴隨理論。</p><p>　　我們現(xiàn)在利用一些單調(diào)定理，以消除上述引理T(x，y)

93、。遵守先前規(guī)定，右邊是區(qū)別已知和未知的領(lǐng)域，即T(x，y)-t(x，y)。因此，讓我們在界定一個領(lǐng)域E(x，y)在區(qū)域為:</p><p>　　e(x，y)=t(x，y)-t(x，y)。</p><p>　　據(jù)悉，T(x，y)和T(x，y)都是明確的界定，所以是e(x，y)。事實上，從公式(1)和(3)，我們可以推斷，e(x，y)的正式滿足邊值問題:</p><p>

94、;　　解決上述問題就能解決所有問題。但是，如果我們能計算區(qū)域e(x，y)與正常的坡度超過插槽，以有效的方式，然后(Tdevice-tdevice)，就評價表示e(X，Y)的效率，我們現(xiàn)在考慮在上述方程兩種可能的情況如(a)及(b)。</p><p>　　例(a)邊界條件較第一插槽，審議本案時槽原本指定一個邊界條件。為了估算e(x，y)，考慮以下問題:</p><p>　　因為只取決于縫隙，

95、不討論域，以上問題計算較簡單。經(jīng)典邊界積分/邊界元方法可以引用。關(guān)鍵是計算機領(lǐng)域e1(x，y)和未知領(lǐng)域的e(x，y)透過引理3.3。這兩個領(lǐng)域e1(x，y)和e(x，y)滿足以下單調(diào)關(guān)系:</p><p>　　把它們綜合在一起，我們有以下結(jié)論引理。</p><p>　　引理3.4未知的裝置溫度Tdevice，當(dāng)插槽具有邊界條件，東至以下限額的計算，只要求:(1)原始及伴隨場T和隔熱與幾何

96、分析域(2)解決e1的一項問題涉及插槽:</p><p>　　觀察到兩個方向的右側(cè)，雙方都是獨立的未知區(qū)域T(x，y)。</p><p>　　例(b) 插槽Dirichlet邊界條件</p><p>　　我們假定插槽都維持在定溫Tslot。考慮任何領(lǐng)域，即包含域和插槽。界定一個區(qū)域e(x，y)在滿足:</p><p>　　現(xiàn)在建立一個結(jié)果與e

97、-(x，y)及e(x，y)。</p><p><b>　　引理3.5</b></p><p>　　注意到，公式(7)的計算較為簡單。這是我們最終要的結(jié)果。</p><p>　　引理3.6 未知的裝置溫度Tdevice，當(dāng)插槽有Dirichlet邊界條件，東至以下限額的計算，只要求:(1)原始及伴隨場T和隔熱與幾何分析。(2) 圍繞插槽解決失敗了

98、的邊界問題，:</p><p>　　再次觀察這兩個方向都是獨立的未知領(lǐng)域T(x，y)。</p><p><b>　　數(shù)值例子說明</b></p><p>　　我們的理論發(fā)展，在上一節(jié)中，通過數(shù)值例子。設(shè)</p><p>　　k = 5W/m?C, Q = 10 W/m3 and H = 。</p><

99、p><b>　　表1:結(jié)果表</b></p><p>　　表1給出了不同時段的邊界條件。第一裝置溫度欄的共同溫度為所有幾何分析模式(這不取決于插槽邊界條件及插槽幾何分析)。接下來兩欄的上下界說明引理3.4和3.6。最后一欄是實際的裝置溫度所得的全功能模式(前幾何分析)，是列在這里比較前列的。在全部例子中，我們可以看到最后一欄則是介于第二和第三列。T Tdevice T</p>

100、;<p>　　對于絕緣插槽來說，Dirichlet邊界條件指出，觀察到的各種預(yù)測為零。不同之處在于這個事實:在第一個例子，一個零Neumann邊界條件的時段，導(dǎo)致一個自我平衡的特點，因此，其對裝置基本沒什么影響。另一方面，有Dirichlet邊界條件的插槽結(jié)果在一個非自我平衡的特點，其缺失可能導(dǎo)致器件溫度的大變化在。</p><p>　　不過，固定非零槽溫度預(yù)測范圍為20度到0度。這可以歸因于插槽溫

101、度接近于裝置的溫度，因此，將其刪除少了影響。</p><p>　　的確，人們不難計算上限和下限的不同Dirichlet條件插槽。圖4說明了變化的實際裝置的溫度和計算式。</p><p>　　預(yù)測的上限和下限的實際溫度裝置表明理論是正確的。另外，跟預(yù)期結(jié)果一樣，限制槽溫度大約等于裝置的溫度。</p><p><b>　　快速分析設(shè)計的情景</b>

102、</p><p>　　我們認為對所提出的理論分析"什么-如果"的設(shè)計方案，現(xiàn)在有著廣泛的影響。研究顯示設(shè)計如圖5，現(xiàn)在由兩個具有單一熱量能源的器件。如預(yù)期結(jié)果兩設(shè)備將不會有相同的平均溫度。由于其相對靠近熱源，該裝置的左邊將處在一個較高的溫度，。</p><p>　　圖4估計式versus插槽溫度圖</p><p><b>　　圖5雙熱器

103、座</b></p><p>　　圖6正確特征可能性位置</p><p>　　為了消除這種不平衡狀況，加上一個小孔，固定直徑;五個可能的位置見圖6。兩者的平均溫度在這兩個地區(qū)最低。</p><p>　　強制進行有限元分析每個配置。這是一個耗時的過程。另一種方法是把該孔作為一個特征，并研究其影響，作為后處理步驟。換言之，這是一個特殊的“幾何分析”例子，而擬議

104、的方法同樣適用于這種情況。我們可以解決原始和伴隨矩陣的問題，原來的配置(無孔)和使用的理論發(fā)展在前兩節(jié)學(xué)習(xí)效果加孔在每個位置是我們的目標。目的是在平均溫度兩個裝置最大限度的差異。表2概括了利用這個理論和實際的價值。</p><p>　　從上表可以看到，位置W是最佳地點，因為它有最低均值預(yù)期目標的功能。</p><p><b>　　附錄II 外文文</b></p&

105、gt;<p><b>　　獻原文</b></p><p>　　A formal theory for estimating defeaturing -induced engineering analysis errors</p><p>　　Sankara Hari Gopalakrishnan, Krishnan Suresh</p>&

106、lt;p>　　Department of Mechanical Engineering, University of Wisconsin, Madison, WI 53706, United StatesReceived 13 January 2006; accepted 30 September 2006</p><p><b>　　Abstract</b></p>

107、<p>　　Defeaturing is a popular CAD/CAE simplification technique that suppresses ‘small or irrelevant features’ within a CAD model to speed-up downstream processes such as finite element analysis. Unfortunately, defe

108、aturing inevitably leads to analysis errors that are not easily quantifiable within the current theoretical framework.</p><p>　　In this paper, we provide a rigorous theory for swiftly computing such defeatur

109、ing -induced engineering analysis errors. In particular, we focus on problems where the features being suppressed are cutouts of arbitrary shape and size within the body. The proposed theory exploits the adjoint formulat