Tài liệu Hệ thống bù ga tự động và hệ thống điều khiển tốc độ không tải; Khái quát về bướm ga điện tử trên oto hiện nay, Tổng quát về hệ thống ETCSI. Phân tích nội dung cơ sở lý thuyết, Nguyên lý hoạt động của hệ thống ETCSI; HỆ THỐNG ĐIỀU KHIỂN TỐC ĐỘ KHÔNG TẢI ISC
Phần 1: KHIỂN HỆ THỐNG BÙ GA TỰ ĐỘNG Chương 1: Tổng quan Khái quát bướm ga điện tử oto Tổng quát hệ thống ETCS-I Chương 2: Phân tích nội dung sở lý thuyết hệ thống ETCS-I 2.1 Sơ đồ hệ thống 2.2 Cấu trúc hệ thống 10 2.2.1 Chân ga điện tử 10 2.2.2 Cổ họng gió 20 2.2.3 Cảm biến vị trí bướm ga 21 2.3 Nguyên lý hoạt động hệ thống ETCS-I 30 2.4 Chế độ hoạt động hệ thống ETCS-I 31 2.4.1 Điều khiển chế độ bình thường, điều khiển chế độ đường tuyết, điều khiển chế độ công suất cao 31 2.4.2 Điều khiển momen truyền lực chủ động 32 2.4.3 Các điều khiển khác 33 2.4.4 Chức dự phịng-an tồn 34 Chương 3: Thiết kế xây dựng hệ thống ETCS-I 38 3.1 Phân tích lựa chọn linh kiện sử dụng 38 3.1.1 Vi điều khiển 38 3.1.2 Thiết bị điều khiển 44 3.2 Xây dựng lưu đồ thuật toán cho hệ thống ETCS-I 49 3.3 Kết 56 Phần 2: HỆ THỐNG ĐIỀU KHIỂN TỐC ĐỘ KHÔNG TẢI ISC Chuong 1: Tổng quan……………….…………….………………………………… 57 Hệ thống điều khiển tốc độ không tải…………………… ……………….……….57 1.1 Nhiệm vụ………………………………………………………………………… 57 1.2 Nguyên lý hoạt động 58 1.3Mô tả 59 1.4 VAN ĐIỀU KHIỂN TỐC ĐỘ KHÔNG TẢI ISCV………………………………….62 1.5 CÁC CẢM BIẾN TRONG HỆ THỐNG 63 1.5.1 Cảm biến vị trí bướm ga………………………………………………… … 75 1.5.2 Cảm biến vị trí trục khuỷu…………………………………………………….76 1.5.3 Cảm biến nhiệt độ nước làm mát…………………………………………… 76 1.5.4 Cảm biến tốc độ……………………………………………………………….77 1.6 KIỂM TRA HỆ THỐNG ISC 77 Chương 2: Thi cơng mơ hình………………………………………………………….… 79 Sơ đồ giải thuật………………………………………………………………….79 CHƯƠNG 6: TÀI LIỆU THAM KHẢO 81 Chương 1: Tổng quan Khái quát bướm ga điện tử oto Cho đến thời điểm tại, đa số bướm ga tác động trực tiếp từ tài xế qua dẫn động cáp Bắt đầu từ năm 1992 xuất hệ thống điều khiển lực kéo nên số xe xuất bướm ga thứ hai đường ống nạp Thêm vào đó, hệ thống điều khiển ga tự động (Cruise control) làm cấu điều khiển trở nên phức tạp, dẫn đến nhiều cố liên quan đến cấu bướm ga Chính mà năm gần đây, bướm ga dẫn động điện việc điều khiển điện tử thông qua ECU giúp cấu bướm ga trở nên đơn giản Hình 1.1: Bướm ga loại kéo cáp đời cũ Hệ thống điều khiển bướm ga điện tử (ETSC-i – Electronic Throttle System Controlintelligent) hệ thống điều khiển điện nối trực tiếp bàn đạp ga với cánh bướm ga Tuy hệ thống điều khiển bướm ga điện tử đề xuất nghiên cứu gần thập kỷ vừa qua đưa vào ứng dụng vài năm gần Khác với hệ thống bướm ga truyền thống điều khiển dẫn động trực tiếp từ chân bàn đạp ga thơng qua cáp nối lị xo hồi vị, hệ thống ETSC-i, cáp nối thay cảm biến vị trí cụm chi tiết gọi chấp hành tích hợp bên thân bướm ga, chấp hành bao gồm: motor chiều để tạo lực kéo, lò xo hồi vị bánh giảm tốc Hình 1.2: Bướm ga điều khiển điện tử Ngày với xu hướng phát triển chung giới, cơng nghiệp tơ phát triển nhanh chóng để đáp ứng nhu cầu người sử dụng với ứng dụng mạnh mẽ kỹ thuật điều khiển tự động vào ô tô dần thay cho cấu điều khiển khí vốn khơng xác địi hỏi thường xun phải sửa chữa, bảo dưỡng định kỳ Trên ô tô ngày có nhiều hệ thống điều khiển điện tử, điều đem lại cho tơ số thuận lợi điều khiển, sửa chữa, bảo dưỡng hết điều khiển hệ thống điện tử thực cách xác ổn định giúp cho tơ phát chất thải độc hại gây ô nhiễm môi trường, kinh tế nhiên liệu kiểm soát chế độ hoạt động ô tô… Hệ thống điều khiển bướm ga điện tử (Electronic Throttle Control System-intelligent ETCS-i) hệ thống điều khiển điện tử trang bị hầu hết ô tô đại ngày nhằm đem lại cho tơ ưu điểm Việc điều khiển điện tử giúp cho điều khiển bướm ga trở nên ổn định xác hơn, hệ thống điều khiển bướm ga điện tử dần thay cho loại bướm ga truyền thống điều khiển cáp dây Hệ thống điều khiển bướm ga điện tử có số ưu điểm điều chỉnh, bảo dưỡng, giảm thiểu lượng khí hại độc hại gây nhiễm mơi trường so với việc sử dụng bướm ga thông thường Tổng quát hệ thống ETCS-i ETCS-I hệ thống điều khiển bướm ga điện tử thông minh (Electronic Throttle Control System – Intelligent) Ra đời với mục đích điều khiển hệ thống cách khoa học xác để tối ưu tiết kiệm lượng, tối ưu hóa hiệu suất tăng hiệu làm việc hệ thống tùy thuộc vào trường hợp khác ETCS-i hệ thống sử dụng máy tính để điều khiển điện góc mở bướm ga Góc mở bướm ga thời kỳ đầu thường điều khiển trực tiếp dây cáp nối từ bàn đạp ga đến bướm ga để mở đóng Trong hệ thống này, dây cáp loại bỏ ECU động dùng motor điều khiển bướm ga để điều khiển góc mở bướm ga đến giá trị tối ưu tương ướng với mức độ đạp bàn đạp ga Ngồi ra, góc mở bàn đạp ga nhận biết cảm biến vị trí bàn đạp ga góc mở bướm ga nhận biết cảm biến vị trí bướm ga Hệ thống ETCS-i bao gồm cảm biến vị trí bàn đạp ga, ECU động cổ họng gió Cổ họng gió bao gồm bướm ga, motor điều khiển bướm ga, cảm biến vị trí bướm ga phận khác Hình 2.1: Sơ đồ hệ thống ETCS-i Hệ thống ETCS-i kết hợp với hệ thống khác như: • Hệ thống tốc độ cầm chừng (ISC) • Hệ thống điều khiển chạy tự động (CCS) • Hệ thống kiểm sốt lực kéo ( TRAC / A-TRAC) • Hệ thống ổn định động học tơ (VSC) Chương 2: Phân tích nội dung sở lý thuyết hệ thống ETCSi 2.1 Sơ đồ hệ thống Hình 2.1: Sơ đồ cấu tạo hệ thống ETCS-i Cổ họng gió bao gồm bướm ga, cảm biến vị trí bướm ga, motor điều khiển bướm ga Cảm biến vị trí bướm ga lắp thân bướm ga, để nhận biết góc mở bướm ga Cảm biến vị trí bướm ga: bao gồm cảm biến đo xác góc mở bướm ga Cảm biến vị trí bàn đạp ga: gồm hai cảm biến định vị bàn đạp ga bên người lái Mô tơ điều khiển bướm ga cho phép bướm ga đóng mở phù hợp với hoạt động Motor bướm ga ứng dụng motor điện chiều (DC) có độ nhạy tốt tiêu thụ lượng Motor bướm ga dùng để đóng mở bướm ga, lò xo hồi vị để trả bướm ga vị trí cố định Tuy nhiên, số kiểu xe khác hệ thống ETCS-i cịn sử dụng ly hợp từ để đóng ngắt bướm ga motor điều khiển ECM: Module kiểm soát điện tử Kiểm soát theo dõi hoạt động tồn hệ thống ETCS-i thơng qua cảm biến motor điều khiển Hệ thống đèn báo lỗi (check engine lingt) 2.2 Cấu trúc hệ thống 2.2.1 Chân ga điện tử Phần A: Bàn đạp chân ga giá đỡ Chân ga điện tử ngày thật cấu điều khiển dây (by-wire), đáp ứng tiêu chí chân ga thơng thường, với vai trị phần chức thiết bị điều khiển tốc độ động Liên kết chân ga điện tử với động thơng qua mơ tơ bước có độ nhạy cao, góc điều chỉnh chia nhỏ Hình 2.2.1: Bàn đạp chân ga điện tử Môđun chân ga điện tử tổ hợp bao gồm: - Bàn đạp cấu giá đỡ - Bộ cảm biến đo vị trí bàn đạp chân ga, chuyển hố thành tín hiệu điện áp - Bộ lưu trữ phân tích liệu nhằm xác định ý định người lái - Một dây nối đóng vai trị chuyển liệu trạng thái bàn đạp chân ga - Cơ cấu tạo hồi vị chân ga Hình 2.2.2: Vị trí bàn đạp chân ga giá đỡ Cảm biến kiểm sốt vị trí, tốc độ bàn đạp chân ga cảm biến vị trí, sử dụng nguồn điện áp 5V nguồn điện áp từ ắc quy ô tô Gần đây, cảm biến hình thành sở hiệu ứng Hall, ghép mô đun theo công nghệ CIPOS, cho phép: tiết kiệm lượng, kích thước nhỏ gọn, tốc độ quản lý Hình 1.11 Van ISC loại VSV điều khiển bật tắt * Kiểu mơtơ bước • ISCV kiểu mô tơ bước gắn vào buồng nạp Van lắp đầu roto vào theo vòng quay roto để điều khiển lượng khơng khí qua mạch tắt Hình 1.12 Van ISC loại motor bước Hoạt động • Môtơ bước sử dụng nguyên lý kéo đẩy nam châm vĩnh cửu roto từ trường tạo dòng điện chạt vào cuộn dây Như thể hình minh họa phía dưới, dịng điện chạy C1 làm cho van bị kéo Khi dòng điện đến C1 bị cắt lúc, dòng điện phải chạy vào C2, nam châm bị kéo đến C2 Việc chuyển mạch sau dịng điện đến C3 C4 theo cách thức sử dụng để làm quay nam châm • Nam châm quay theo chiều ngược lại cách chuyển mạch điện theo chiều từ C4 đến C3, C2 C1 Sự bố trí sử dụng để dịch chuyển nam châm đến vị trí xác định trước • Một mơtơ bước thực tế sử dụng bốn cuộn dây để tạo 32 bước vịng quay nam châm Một số moto có 24 bước vòng quay a Mở van Khi điện truyền đến cuộn A RSO thời gian dài, van phải dịch chuyển phía mở Hình 1.13 Khi mở van b Đóng van Khi điện truyền đến cuộn B thời gian dài, van dịch chuyển phía đóng Hình 1.13 Khi đóng van 1.4.3/ Chức ISC 1.4.3.1/ Hoạt động lọai cuộn dây quay a Điều khiển khởi động • Khi ECU động nhận tín hiểu khởi động STA, xác định động khởi động mở van ISC để tăng khả khởi động • Việc mở van ISC điều khiển theo tín hiệu tốc độ động NE tín hiệu nhiệt độ nước làm mát THW Hình 1.14 Đặc tính khởi động b Điều khiển hâm nóng chạy khơng tải nhanh • Sau khởi động động cơ, ECU động mở van ISC theo nhiệt độ nước làm mát THW để tăng tốc độ chạy không tải Khi nhiệt độ nước làm mát tăng lên, ECU động điều khiển van ISC phía đóng để tăng tốc độ chạy khơng tải Khi động nguội, tốc độ chạy không tải không ổn định yếu tố độ nhớt dầu động cao độ tơi nhiên liệu • Vì phải làm cho tốc độ chạy không tải cao bình thường để làm cho ổn định Điều gọi chạy khơng tải nhanh Hình 1.15 Đặc tính chạy khơng tải nhanh c Điều khiển phản hồi • Để điều khiển phản hồi, tốc độ không tải chuẩn lưu ECU động so sánh với tốc độ khơng tải thực Sau ISCV điều khiển để hiệu chỉnh tốc độ chạy không tải thực đến tốc độ chạy khơng tải chuẩn • Khi tốc độ chạy không tải thực thấp tốc độ chạy không tải chuẩn: ISCV mở để hiệu chình tốc độ chạy khơng tải đến tốc độ chạy không tải chuẩn Khi tốc độ chạy không tải cao tốc độ chạy không tải chuần: ISCV đóng lại để hiệu chỉnh tốc độ chạy khơng tải thực đến tốc độ chạy khơng tai chuẩn • Ngồi tốc độ chạy khơng tải chuần thay đổi theo tình trạng động cơ, cơng tắc trung gian vị trí ON hay OFF, tín hiệu phụ tải điện ON hay OFF, công tắc máy điều hòa ON hay OFF d Điều khiển dự tính thay đổi tốc độ động • Điều khiển dự tính thay đổi tốc độ động dự tính thay đổi tốc độ khơng tải tương tự tải trọng động điều khiển van ISC tương ứng • Khi cần số chuyển từ D đến N từ N đến D, có thay đổi tải trọng động sau phận điện, rơ le đèn hậu, rơ le làm tan sương, công tắc máy điều hòa nhiệt độ làm việc, tốc độ chạy không tải tăng lên giảm đi, sau việc điều khiển phản hồi làm tăng giảm tốc độ chạy khơng tải chuẩn • Vì vậy, ECU động nhận tín hiệu tải trọng động từ phận điện, v…v…, ISCV điều khiển trước tốc độ chạy không tải thay đổi để làm giảm mức thay đổi tốc độ chạy không tải e Các điều khiển khác • ECU động mở van ISC tiếp điểm IDL cảm biến vị tri bướm ga đóng lại nhả bàn đạp ga để ngăn không cho tốc độ động giảm đột ngột • Trong xe trang bị EHPS hệ thống lái có trợ lực điện – thủy lực, phụ tải điện tăng lên EHPS hoạt động Vì vậy, ECU động mở van ISC để ngăn tốc độ chạy khơng tải sụt giảm 1.4.3.2/ Hoạt động loại môtơ bước a Đặt chế độ khởi động Chế độ khởi động đặt ISCV vào vị trí mở hồn tồn động ngừng ECU động khơng nhận tín hiệu NE để tăng khả khởi động lần khởi động động Hình 1.16 Chế độn khởi động b Điều khiển rơ le • ECU động hướng dẫn nguồn điện tiếp tục cung cấp vào rơ le thời gian ngắn kể sau tắt khóa điện vị trí OFF để đặt van ISC vào vị trí mở hồn tồn Sau đặt ISCV, ECU động ngừng cung cấp điện vào rơ le c Điều khiển sau khởi động, hâm nóng chạy khơng tải nhanh phản hồi • Về bản, điều khiển giống kiểu cuộn dây quay Sau động khởi động, van đóng lại từ vị trí mở hồn tồn đến vị trí mở xác định tốc độ động nhiệt độ nước làm mát, sau van từ từ đóng lại nhiệt độ nước làm mát tăng lên Khi nhiệt độ nước làm mát đạt 80 độ C 176 độ F, việc điều khiển phản hồi sử dụng để trì tốc độ chạy khơng mục tiêu Hình 1.17 Đặc tính sau khởi động 1.5/ CÁC CẢM BIẾN CĨ TRONG HỆ THỐNG 1.5.1/CẢM BIẾN VỊ TRÍ BƯỚM GA • • • Là cảm biến nằm trục bướm ga Đo độ mở vị trí cánh bướm ga Tín hiệu gửi ECU để tính tốn mức độ tải động nhằm hiệu chỉnh thời gian phun nhiên liệu, góc đánh lửa, hiệu chỉnh bù ga cầm chừng… 1.5.2/CẢM BIẾN TRỤC KHỦY Khi trục khuỷu quay tạo tín hiệu xung gửi hộp ECU, ECU sử dụng thuật toán logic lập trình sẵn hộp, đếm số xung đơn vị thời gian tính tốn tốc độ trục khuỷu 1.5.3/CẢM BIẾNNHIỆT ĐỘ NƯỚC LÀM MÁT Cảm biến dùng để xác định nhiệt độ động cơ, có cấu tạo dạng trụ rỗng có ren ngoài, bên lắp nhiệt điện trở Nó làm vật liệu bán dẫn nên có hệ số nhiệt điện trở âm Khi nhiệt đọ tăng điện trở giảm nhiệt độ giảm điện trở tăng 1.5.4/CẢM BIẾN TỐC ĐỘ CỦA XE • • Với thiết kế có nam châm gắn gần bánh kim loại đồng thời chuyển động với bánh xe khiến xe bạn chuyển động hay bánh xe quay bánh chuyển động theo Và lúc qua nam châm tạo nên dịng điện xoay chiều Lúc tín hiệu điện đọc thông qua số lượng xung theo thời gian qua chuyển thành vận độ 1.6/KIỂM TRA HỆ THỐNG ISC • Đo nguồn + cấp cho ISCV, đo tín hiệu xung điều khiển van ISCV, có xung điều khiển ISCV mà ISCV khơng hoạt động hư van, khơng có xung điều khiển kiểm tra lại tín hiệu đầu vào chế độ ECU Xung điều khiển ISCV: • Với thiết kế có nam châm gắn gần bánh kim loại đồng thời chuyển động với bánh xe khiến xe bạn chuyển động hay bánh xe quay bánh chuyển động theo 1.6.1/CÁC TRIỆU CHỨNG HƯ HỎNG THƯỜNG GẶP • Ịa ga, Ga khơng • Khơng có bù ga máy nguội • Khơng có bù ga bật điều hịa,Khơng có bù ga có tải (bật đèn pha, đánh lái, số…) Một số nguyên nhân thường mắc phải: • Cảm biến bướm ga hay chỉnh cao làm ECU hiểu đạp ga nên khơng có tín hiệu bù ga • Van ISCV bị kẹt • Mất tín hiệu đầu vào tới hộp ECU 1.6.2/CHIA SẺ KINH NGHIỆM THỰC TẾ • Khi chỉnh cảm biến bướm ga mở cao bị tín hiệu bù ga khơng tải ECU hiểu đạp ga lớn • Mất tín hiệu đầu vào ECU nên khơng có bù ga (Mất tín hiệu A/C, tín hiệu trợ lực lái…) • Dòng xe Daewoo hay bị òa ga lỗi lập trình từ nhà sản xuất, bị ịa ga phải dùng máy reset lại thay Van ISCV, Cảm biến bướm ga Reset lại CHƯƠNG II THI CƠNG MƠ HÌNH SƠ ĐỊ GIẢI THUẬT CHƯƠNG 3: KẾT QUẢ THU ĐƯỢC 4.1/ KẾT QUẢ THU ĐƯỢC VỀ MẶT LÍ THUYẾT Hiểu rõ hệ thống bù ga tự động, hệ thống điều chỉnh tốc độ khơng tải ISC Tìm hiểu Arduino cách lập trình ứng dụng để thiết kế mạch điều khiển Biết ứng dụng, cấu tạo thông số động Servo Tài liệu tham khảo [1] PGS-TS Đỗ Văn Dũng, Trang bị điện điện tử ô tô đại, 2008 [2] Nguyễn Trung Tín, Hướng dẫn sử dụng Arduino, 2014 [3] Bài giảng Thiết kế hệ thống điện - điện tử, Bộ môn công nghệ ô tô hệ thống cảm biến [4] Bài giảng Thực hành vi xử lý vi điều khiển, Bộ môn công nghệ ô tô hệ thống cảm biến [5] Hệ thống điều khiển bướm ga điện tử ETCS-i https://oto.edu.vn/tim-hieu-thong-dieu-khien-buom-ga-dien-tu-etcs-i/ [6] Tìm hiểu chi tiết Cảm biến vị trí bướm ga https://oto.edu.vn/tim-hieuve-cam-bien-vi-tri-buom-ga/ https://oto.edu.vn/tim-hieu-ve-cam-bien-vi-tri- buom-ga-tps-sensor/ [7] Tìm hiểu chi tiết Cảm biến vị trí bàn đạp ga https://www.oto-hui.com/diendan/threads/tim-hieu-chi-tiet-cam-bien-vi-tri-bandap-ga.122311/ https://oto.edu.vn/tim-hieu-chi-tiet-cam-bien-vi-tri-ban-dapga/ Trang 81