Hệ thống điện và điện tử trên ôtô hiện đại pdf

PGS-TS Đỗ Văn Dũng Hệ thống điện điện tử ôtô đại HỆ THỐNG ĐIỆN THÂN XE & ĐIỀU KHIỂN TỰ ĐỘNG TRÊN Ô TÔ TP HCM - 2007 www.oto-hui.com MỤC LỤC CHƯƠNG 1: HỆ THỐNG THÔNG TIN TRÊN ÔTÔ Trang 1.1 TỔNG QUÁT VỀ HỆ THỐNG THÔNG TIN TRÊN ÔTÔ 1.1.1 Tổng quan hệ thống thông tin ôtô 1.1.2 Cấu trúc tổng quát phân loại hệ thống thông tin ô tô 1.1.3 Các yêu cầu hệ thống thông tin ô tô 1.2 THÔNG TIN DẠNG TƯƠNG TỰ (ANALOG) 1.2.1 Đồng hồ cảm biến báo áp suất nhớt 1.2.2 Đồng hồ nhiên liệ u 1.2.3 Đồng hồ cảm biến báo nhiệt độ nước làm mát 1.2.4 Đồng hồ báo tốc độ động 1.2.5 Đồng hồ cảm biến báo tốc độ xe 1.2.6 Đồng hoà ampere 1.2.7 Các mạch đèn cảnh báo 1.3 THOÂNG TIN DẠNG SỐ (DIGITAL) 1.3.1 Cấu trúc 1.3.2 Caùc dạng hình 1.3.3 Sơ đồ tiêu biểu CHƯƠNG 2: HỆ THỐNG CHIẾU SÁNG VÀ TÍN HIỆU 2.1 HỆ THỐNG CHIẾU SÁNG 2.1.1 Nhiệm vụ, yêu cầu phân loại 2.1.2 Các chức thông số 2.1.3 Cấu tạo bóng đèn 2.1.4 Moät số sơ đồ mạch điều khiển hệ thống chiếu sáng 2.2 HỆ THỐNG TÍN HIỆU 2.2.1 Hệ thống còi chuông nhạc 2.2.2 Hệ thống báo rẽ baùo nguy 2.2.3 Một số sơ đồ hệ thống tín hiệu xe toyota 2.2.4 Hệ thống đèn phanh, đèn kích thước 2.2.5 Hệ thống báo cố hệ thống đèn tín hiệu CHƯƠNG 3: CÁC HỆ THỐNG PHỤ www.oto-hui.com 3.1 HỆ THỐNG LAU RỬA KÍNH 3.1.1 Giới thiệu chung 3.1.2 Các phận 3.1.3 Hoạt động 3.2 HỆ THỐNG KHÓA CỬA 3.2.1 Công dụng chức hệ thống khóa cửa 3.2.2 Cấu tạo phận 3.2.3 Nguyên lý họat ñoäng 3.3 HỆ THỐNG NÂNG HẠ KÍNH (POWER WINDOW) 3.3.1 Công duïng 3.3.2 Đặc điểm 3.3.3 Cấu tạo 3.3.4 Sơ đồ mạch điện xe Toyota Cressida 3.4 HỆ THỐNG ĐIỀU KHIỂN GHẾ 3.4.1 Công dụng 3.4.2 Cấu tạo 3.4.3 Nguyên lý hoạt dộng 3.5 HỆ THỐNG SẤY KÍNH 3.5.1 Công dụng 3.5.2 Đặc ñieåm 3.5.3 Sơ đồ mạch điện CHƯƠNG 4: ĐIỀU KHIỂN TRUYỀN LỰC TỰ ĐỘNG 4.1 CẤU TRÚC CƠ BẢN CỦA HỆ THỐNG TRUYỀN LỰC TỰ ĐỘNG ĐIỆN (ECT): 4.1.1 Biến mô 4.1.2 Cụm bánh hành tinh 4.1.3 Hệ thống điều khiển thủy lực: 4.1.4 Hệ thống điều khiển điện tử 4.2 SƠ ĐỒ, NGUYÊN LÝ HOẠT ĐỘNG VÀ THUẬT TOÁN ĐIỀU KHIỂN 4.2.1 Sơ đồ, nguyên lý hoạt động 4.2.2 Thuaät toán điều khiển www.oto-hui.com 4.3 CẤU TẠO VÀ HOẠT ĐỘNG CỦA CÁC PHẦN TỬ CƠ BẢN TRONG HỆ THỐNG 4.3.1 Biến mô 4.3.2 Cụm bánh hành tinh 4.3.3 Hệ thống điều khiển thủy lực 4.3.4 Hệ thống điều khiển điện tử CHƯƠNG 5: HỆ THỐNG PHANH ĐIỀU KHIỂN BẰNG ĐIỆN TỬ 5.1 ĐẠI CƯƠNG VỀ HỆ THỐNG PHANH CHỐNG BÓ CỨNG BAÙNH XE ABS 5.1.1 Toång quan 5.1.2 Lịch sử phát triển 5.2 PHÂN LOẠI HỆ THỐNG ABS THEO KIỂU ĐIỀU KHIỂN 5.2.1 Điều khiển theo ngưỡng trượt 5.2.2 Điều khiển độc lập hay phụ thuộc 5.2.3 Điều khiển theo kênh 5.3 CÁC PHƯƠNG ÁN BỐ TRÍ HỆ THỐNG ĐIỀU KHIỂN CỦA ABS 5.3.1 Phương án 5.3.2 Phương án 5.3.3 Phương án 5.3.4 Các phương án 4, 5.3.5 Một số sơ đồ bố trí thực tế 5.4 CẤU TRÚC HỆ THỐNG PHANH ABS: 5.5 QUÁ TRÌNH ĐIỀU KHIỂN CỦA ABS 5.5.1 Yêu cầu hệ thống điề u khiển ABS 5.5.2 Phạm vi điều khiển ABS 5.5.3 Chu trình điều khiển ABS 5.5.4 Tín hiệu điều khiển ABS 5.5.5 Quaù trình điều khiển ABS 5.5.6 Chức làm trễ gia tăng moment xoay xe 5.6 SÔ ĐỒ, CẤU TẠO VÀ HOẠT ĐỘNG CỦA CÁC PHẦN TỬ VÀ HỆ THỐNG 5.6.1 Các cảm bieán www.oto-hui.com 5.6.2 Hộp điều khiển điện tử (ECU) 5.6.3 Boä chấp hành thủy lực 5.7 ABS KẾT HP VỚI CÁC HỆ THỐNG KHÁC 5.7.1 Giới thiệu chung 5.7.2 Hệ thống ABS kết hợp với hệ thống EBD BAS 5.7.3 ABS kết hợp với hệ thống traction control (TRC) 5.7.4 Hệ thống ổn định xe điện tử (ESP) CHƯƠNG 6: ĐIỀU KHIỂN HỆ THỐNG AN TOÀN 6.1 PHÂN LOẠI VÀ CẤU TRÚC CƠ BẢN 6.1.1 Hệ thống túi khí (SRS) 6.1.2 Hệ thống điều khiển dây an toàn 6.2 SƠ ĐỒ, CẤU TẠO VÀ HOẠT ĐỘNG CÁC PHẦN TỬ VÀ HỆ THỐNG 6.2.1 Sơ đồ, cấu tạo hoạt động phần tử hệ thống túi khí loại e 6.2.2 Túi khí loại SRS điều khiển khí (M) 6.2.3 Cấu tạo hoạt động phần tử hệ thống điều khiển dây an toàn CHƯƠNG 7: ĐIỀU KHIỂN CHẠY TỰ ĐỘNG BẰNG ĐIỆN TỬ - CRUISE CONTROL SYSTEM (CCS) 7.1 KHÁI QUÁT VỀ HỆ THỐNG CHẠY TỰ ĐỘNG 7.1.1.Vai trò hệ thống điều khiển chạy tự động 7.1.2 Thành phần CCS 7.1.3 Caùch sử dụng hệ thống CCS 7.2 CÁC YÊU CẦU VỀ TÍNH NĂNG CỦA CCS 7.3 HOẠT ĐỘNG CỦA CCS 7.4 NGUYÊN LÝ ĐIỀU KHIỂN 7.4.1 Sơ đồ nguyên lý 7.4.2 Sô đồ mạch sơ đồ khối 7.4.3 Thuật toán điều khiển chạy tự động 7.5 CÁC BỘ PHẬN CHÍNH CỦA CCS 7.5.1 Các cảm biến tốc độ (sensor) 7.5.1 Bộ điều khiển 7.5.2 Bộ phận dẫn động (actuator) www.oto-hui.com PGS-TS Đỗ Văn Dũng CHƯƠNG 1: HỆ THỐNG THÔNG TIN TRÊN ÔTÔ 1.1 TỔNG QUÁT VỀ HỆ THỐNG THÔNG TIN TRÊN ÔTÔ 1.1.1 Tổng quan hệ thống thông tin ôtô Hệ thống thông tin xe bao gồm bảng đồng hồ (tableau), hình đèn báo giúp tài xế người sửa chữa biết thông tin tình trạng hoạt động hệ thống xe Thông tin truyền đến tài xế qua dạng: tương tự (tableau kim) số (tableau số) Trên số loại xe người ta dùng tiếng nói để truyền thông tin đến tài xế Đèn báo hiệu đèn cảnh báo Đồng hồ Đèn tốc độ báo rẽ Đồng hồ động tốc độ xe Các đèn báo hiệu đèn cảnh báo Vôn kế Đồng hồ nhiệt độ nước làm mát A- Báo áp lực nhớt B- Báo điện áp Đồng hồ nhiên liệu Đèn báo chế độ pha C- Báo nhiệt độ nhớt D- Báo mực xăng Đồng hồ áp suất dầu E: Các đèn báo F- Tốc độ xe G- Tốc độ độ ng H- Hành trình Hình 1.1 Cấu tạo bảng tableau loại thường loại số Hệ thống điện thân xe & điều khiể n tự động ô tô www.oto-hui.com Trang: PGS-TS Đỗ Văn Dũng Đèn báo phanh tay T-BELT Đèn báo thắt dây an toàn chưa vị trí Đèn báo chưa thắt dây an toàn Đèn báo lọc nhiên liệu bị bẩn, nghẹt Đèn báo nạp Đèn báo mực nước làm mát thấp Đèn báo áp lực nhớt thấp Đèn báo rẽ Đèn báo mực nhớt động Đèn báo nguy Đèn báo lỗi (điều khiển động cơ) Đèn báo xông Đèn báo có cửa chưa đóng chặt Đèn báo pha Hình 1.2 Các loại đồng hồ thị kim ký hiệu bảng đồng hồ 1.1.2 Cấu trúc tổng quát phân loại hệ thống thông tin ôt ô 1.1.2.1 Cấu trúc tổng quát a- Bao gồm đồng hồ sau: Đồng hồ tốc độ xe (speedometer) Đồng hồ tốc độ xe dùng để hiển thị tốc độ xe chạy theo kilomet dặm (mile) Nó thường tích hợp vớ i đồ ng hồ đo quãng đường (odometer) để báo quãng đường xe từ lúc xe bắt đầu hoạt động đồng hồ hành trình (tripmeter) để đo khoảng cách ngắn điểm điểm đến b- Đồng hồ tốc độ độn g (tachometer) Hiển thị tốc độ động (tốc độ trục khuỷu) theo v/p (vòng/phút) hay rpm c- Vôn kế Chỉ thị điện áp accu hay điện áp máy phát Loại không tableau d- Đồng hồ áp lực nhớt: Chỉ thị áp lực nhớt động e- Đồng hồ nhiệt độ nước làm mát: Chỉ thị nhiệt độ nước làm mát động f- Đồng hồ báo nhiên liệu: Chỉ thị mức nhiên liệu có thùng chứa g- Đèn báo áp suất nhớt thấp Hệ thống điện thân xe & điều khiể n tự động ô tô www.oto-hui.com Trang: PGS-TS Đỗ Văn Dũng Chỉ thị áp suất nhớt động thấp mức bình thường h- Đèn báo nạp Báo hệ thống nạp hoạt động không bình thường (máy phát hư) i- Đèn báo pha Báo đèn đầu chế độ chiếu xa j- Đèn báo rẽ Báo rẽ phải hay trái k- Đèn báo nguy ưu tiên Đèn bật muốn báo nguy xin ưu tiên Lúc hai bên đèn rẽ phải trái chớp l- Đèn báo mức nhiên liệu thấp Báo nhiên liệu thùng nhiên liệu hết m- Đèn báo hệ thống phanh Báo kéo phanh tay, dầu phanh không đủ hay bố phanh mòn n- Đèn báo cửa mở Báo có cửa chưa đóng chặt o- Đèn báo lỗ i hệ thống điều khiển: phanh chống hãm cứng ABS, hệ thống điều khiển động CHECK ENGINE, hệ thống kiểm soát lực kéo TRC p- Đèn báo vị trí tay số hộp số tự động: P-R-N-D-1-2 1.1.2.2 Phân loại Hệ thống thông tin ôtô có hai dạng: a Thông tin dạng tương tự Thông tin dạng tương tự (analog) ôtô thường hiển thị thông qua loại đồng hồ báo kim b Thông tin dạng số Thông tin dạng số: (digital) sử dụng tín hiệu từ cảm biến khác tính toán dựa tín hiệu để xác định tốc độ xe, hiển thị chúng dạng số hay đồ thị dạng cột 1.1.3 Các yêu cầu hệ thống thông tin ô tô Do đặc thù hoạt động ôtô, hệ thống thông tin ôtô yêu cầu tính mỹ thuật phải đảm bảo: Độ bền học Chịu nhiệt độ cao Chịu độ ẩm Có độ xác cao Không làm chói mắt tài xế Hệ thống điện thân xe & điều khiể n tự động ô tô www.oto-hui.com Trang: PGS-TS Đỗ Văn Dũng + Hình 1.3 Sơ đồ mạch tableau loại tương tự Hệ thống điện thân xe & điều khiể n tự động ô tô www.oto-hui.com Trang: PGS-TS Đỗ Văn Dũng 1.2 THÔNG TIN DẠNG TƯƠNG TỰ (ANALOG) Hệ thống thông tin dạng tương tự bao gồm đồng hồ dạng kim đèn báo để kiểm tra theo dõi hoạt động số phận quan trọng động toàn xe Hình 1.4 Tableau dạng tương tự với thị kim Trong hệ thống thông tin loại thường có đồng hồ đây: 1.2.1 Đồng hồ cảm biến bá o áp suất dầu Đồng hồ áp suất nhớ t báo áp suất nhớt động giúp phát hư hỏng hệ thống bôi trơn Đồng hồ áp suất nhớt thường loại đồng hồ kiể u lưỡng kim Cấu tạo Đồng hồ loại thường gồm hai phần: cảm biến áp lực nhớt, lắp vào cac-te động lắp lọc nhớt đồng hồ (bộ phận thị) bố trí bảng tableau trước mặt tài xế Đồng hồ cảm biến mắc nối tiếp với đấu vào mạch sau công tắc máy Cảm biến chuyể n thay đổi áp suất nhớt thành tín hiệu điện để đưa đồng hồ đo Đồng hồ phận thị áp suất nhớt ứn g với tín hiệu điện thay đổi từ cảm biến Thang đo đồng hồ phân độ theo đơn vị kg/cm2 bar Trên ôtô ngày nay, ta gặp bốn loại đồng hồ áp suất dầu nhớ t: loại nhiệt điện, loạ i từ điện, khí loại điện tử Ở giới thiệu hai loại đồng hồ nhiệt điện từ điện Đồng hồ áp suất nhớt kiểu nhiệt điện Cấu tạo: Cấu tạo đồng hồ trình bày hình 1.5 Hệ thống điện thân xe & điều khiể n tự động ô tô www.oto-hui.com Trang: PGS.TS Đỗ Văn Dũng Hình 7.1 Sơ đồ bố trí chung hệ thống CCS ôtô 7.1.3 Cách sử dụng hệ thống CCS Hoạt động hệ thống CCS điều khiển công tắc chính, công tắc điều khiển, bàn đạp ga bàn đạp phanh Thiết kế công tắc điều khiển khác tùy theo kiển xe Hoạt động công tắc điều khiển CCS thiết kế cho xe TOYOTA CRESSIDA sau: Công tắc công tắc điều khiển loại xe khác Chúng khác thiết kế lẫn vị trí lắp ráp nguyên lý hoạt động giống xe TOYOTA CRESSIDA Các nút chức công tắc điều khiển - ON-OFF: Công tắc - SET/COAST: Đặt tốc độ - Phục hồi (RESUME): Khi hệ thống CCS hoạt động, bị tạm ngắt bạn đạp phanh, nút RESUME lệnh cho CCS điều khiển ôtô chạy trở lại tốc độ trước cài đặt - Tăng tốc (SET/ACCEL hay ACC) Hệ thống điện thân xe & điều khiền tự động Ôtô www.oto-hui.com Trang 214 PGS.TS Đỗ Văn Dũng - Hủy bỏ (CANCEL) - Việc ấn giữ nút COAST làm ôtô để giảm tốc 7.1.3.1 Đặt tốc độ CCS: - Ấn nhả công tắc chính, đèn báo sáng lên - Đạp chân ga để đạt tốc độ mong muốn (40-200 Km/h) - Ấn cần điều khiển CCS xuống nhả ra, thao tác bật công tắc SET/COAST, tốc độ xe thời điểm nhả cần lưu nhớ CCS đặt tốc độ 7.1.3.2 Tăng tốc giảm tốc điều khiển CCS Tăng tốc - Nhấc công tắc điều khiển lên, bật RES/ACC đạt tốc độ mong muốn - Nhả công tắc điều khiển đạt tốc độ mong muốn Giảm tốc: - 7.1.3.3 Ấn công tắc điều khiển lên, bật RES/ACC đạt tốc độ mong muốn Nhả công tắc điều khiển đạt tốc độ mong muốn Hủy chức điều khiển chạy tự động: Điều khiển chạy tự động hủy theo trường hợp sau: Cần điều khiển kéo phiá lái xe (đến CANCEL) Đạp bàn đạp phanh Đạp bàn đạp ly hợp (xe hộp số tay) Chuyển số đến vị trí N (xe hộp số tự động) Kéo nhẹ cần phanh tay lên (chỉ áp dụng với số xe) Tốc độ xe giảm xuống thấp 40Km/h Tốc độ xe giảm xuống thấp 16Km/h so với tốc độ đặt trước Hệ thống điện thân xe & điều khiền tự động Ôtô www.oto-hui.com Trang 215 PGS.TS Đỗ Văn Dũng 7.1.3.4 Phục hồi lại tốc độ đặt trước: Bật công tắc RESUME/ACCEL phục hồi lại tốc độ đặt trước tạm thời bị hủy bỏ trường hợp – – – - tốc độ xe không giảm xuống 40Km/h Khi tắt công tắc trường hợp – CCS hủy vónh viễn tốc độ đặt trước Nếu lái xe muốn phục hồi hoạt động CCS phải đặt lại tốc độ nhớ cách bật công tắc lặp lại thao tác đặt tốc độ mô tả 7.2 CÁC YÊU CẦU VỀ TÍNH NĂNG CỦA CCS Các đặc tính hệ thống CCS lý tưởng bao gồm yếu tố sau:  Tính tốc độ: Khoảng điều chỉnh tốc độ chênh lệch so với tốc độ thiết đặt khoảng  0.5 1m/h  Độ tin cậy: Mạch thiết kế để chống lại vượt điện áp tức thời, đảo chiều điện áp, tiêu phí lượng thiết bị hạn chế mức thấp  Các phiên ứng dụng khác nhau: Bằng cách thay đổi EEPROM thông qua seri liệu đơn giản hay mạng MUX, phần mềm CCS nâng cấp, tối ưu hóa cho kiểu xe cụ thể Những khả biến đổi thích ứng với nhiều kiểu cảm biến, trợ lực nhiều phạm vi tốc độ  Sự thích ứng ngưới lái: Thời gian đáp ứng hệ thống CCS điều chỉnh để phù hợp với sở thích người lái phạm vi tính xe Khía cạnh an toàn: Thiết kế hệ thống CCS cần phải tính đến số yếu tố an toàn Về phương pháp thiết kế nhắm vào mạch điều khiển bướm ga nhằm đảm bảo chế xử lý cố hoạt động điều khiển vi mạch hay cấu chấp hành hư hỏng Mạch điện tử an toàn cắt trợ lực điều khiển làm cho tay đòn điều khiển bướm ga tác dụng công tắc phanh hay công tắc hành trình kích hoạt, với tình trạng ECU hay mạch bán dẫn điều khiển (Với giả định kết cấu khí chấp hành tình trạng tốt) Các vấn đề khác liên quan đến an toàn bao gồm chương trình dò tìm tình trạng vận hành không bình thường ghi lại liệu vào nhớ để phục vụ cho công việc chẩn đoán hư hỏng sau Tình trạng hoạt Hệ thống điện thân xe & điều khiền tự động Ôtô www.oto-hui.com Trang 216 PGS.TS Đỗ Văn Dũng động không bình thường, chẳng hạn tốc độ xe không ổn định hay tín hiệu điều khiển bị ngắt quãng Công việc kiểm tra tiến hành thời kỳ chạy xe lần đầu thời điểm lúc xe hoạt động để xác định mức độ hoàn chỉnh hệ thống điều khiển, tình trạng hoạt động thể qua hình thị cho người lái Tình trạng hư hỏng nghiêm trọng tăng tốc không kiểm soát Theo dõi liên tục tình trạng ECU phận chủ yếu khác giúp hạn chế khả hư hỏng 7.3 HOẠT ĐỘNG CỦA CCS Hệ thống CCS bao gồm: Cảm biến tốc độ xe, công tắc, chấp hành vi xử lý (bộ CCS ECU điều khiển chạy tự động) Bộ điều khiển nhận tín hiệu từ công tắc điều khiển chính, cảm biến tốc độ công tắc thắng Nếu hệ thống sử dụng cảm biến vị trí cụm trợ lực vị trí cánh bướm ga, tín hiệu gởi đến điều khiển Một mạch điện đồng hồ thay đổi tín hiệu xung km thành tín hiệu xung giây - Hz (biến đổi A/D) Mạch tích hợp kích thích lôgic (IC) chia làm mạch điện: mạch lưu trữ tần số thiết đặt, mạch khác giám sát tần số cảm biến tốc độ Hai tần số so sánh với điều khiển Nếu tìm thấy khác tần số, ECU gởi tín hiệu điều khiển đến cấu chấp hành để điều chỉnh vị trí cánh bướm ga trì tốc độ ôtô giá trị thiết đặt Có hai loại cấu chấp hành: Loại dẫn động chân không loại môtơ bước, ngày chủ yếu dùng loại chân không, nhiên xu hướng tương lai sử dụng nhiều loại mô tơ để điểu khiển tốc độ xe xác Hệ thống điện thân xe & điều khiền tự động Ôtô www.oto-hui.com Trang 217 PGS.TS Đỗ Văn Dũng ECU Độn g Hình 7.2 Sơ đồ CCS dẫn động chân không ECU Độn g Hình 7.3: Hệ thống CCS dẫn động mô tơ bước 7.4 NGUYÊN LÝ ĐIỀU KHIỂN 7.4.1 Sơ đồ nguyên lý Hệ thống CCS hoạt động theo nguyên lý điều khiển hồi tiếp (Close-loop control), sơ đồ nguyên lý thể sau: Hệ thống điện thân xe & điều khiền tự động Ôtô www.oto-hui.com Trang 218 PGS.TS Đỗ Văn Dũng Tín hiệu đặt trước Xử lý tín hiệu vào Cơ cấu dẫn động Cơ cấu chấp hành Vị trí bướm ga Cảm biến tốc độ xe Hình 7.4 Sơ đồ điều khiển CCS Tín hiệu đầu vào yếu tốc độ theo ý muốn người lái tốc độ thực xe Các tín hiệu quan trọng khác điều chỉnh Fasteraccel/Slower-coast người lái, Resume, On/Off, công tắc phanh, tín hiệu điều khiển động Tín hiệu đầu chủ yếu trị số trợ lực điều khiển bướm ga, đèn báo ON CCS, báo phục vụ bảo dưỡng thông tin gửi lưu trữ phục vụ chẩn đoán hư hỏng 7.4.2 Sơ đồ mạch sơ đồ khối: Sơ đồ khối: BỘ CHẤP HÀNH Van điều khiển Khoá điện Công tắc đèn phanh Công tắc Công tắc điều khiển Công tắc phanh tay Công tắc đèn phanh Công tắc ly hợp Công tắc khởi động trung gian Giắc kiểm tra hay TDCL Công tắc chân không ECU ĐIỀU KHIỂN CHẠY TỰ ĐỘNG Cảm biến tốc độ ECU động ECT Van xả Đèn báo ECU động ECT Van điện No.2 ECT ECU O/D hay Relay Van điện O/D (A/T) Bơm chân không Hình 7.5 Sơ đồ hệ thống CCS Hệ thống điện thân xe & điều khiền tự động Ôtô www.oto-hui.com Trang 219 PGS.TS Đỗ Văn Dũng Khoá điện STT MAIN FL ALT FL AM1 FL IG Cầu chì GAUGE ACC Ắ c quy Đè n báo phanh Công tắc phanh tay Cô ng tắ c đè n phanh Bộ chấp hành Van xả Cầ u chì GAUGE Cầu chì STOP Đè n phanh Đè n báo Van Đ/khiển Công tắc điều khiển MAIN Van điện số 2(ECT) SET/COAST RES/ACC ECU điều khiển chạy tự động ECU hay rơ le O/D Van điện O/D(A/T) ECU hay rơ le O/D CANCEL Công tắc ly hợp Cô ng tắ c khở i động trung gian Má y khở i động Cả m biến tốc độ số Cô ng tắ c chân không Cả m biến tốc độ số Bơm chân không Giắc nối chẩn đoán tổng (TDCL) Giắc nối chẩn đoán tổng Hình 7.6: Sơ đồ mạch điện hệ thống CCS xe TOYOTA CRESSIDA Tín hiệu đầu vào: Cảm biến tốc độ phận yếu hệ thống, CCS ECU đo đạt tốc độ xe từ cảm biến tốc độ phạm vi 1/32 (m/h) Mọi dây cáp đồng hồ tốc độ hay dao động gây sai lệch tính toán tốc độ Sự sai lệch tính toán tốc độ giảm thiểu chu kỳ đo đạt Cảm biến tốc độ dẫn động cho Microcontroller’s Timer Input Capture Line hay Interrupt Line bên Bộ ECU tính toán tốc độ xe từ tần số tín hiệu, cảm biến từ sở thời gian bên ECU Trị số tốc độ xe cập nhật liên tục lưu trữ nhớ RAM xử lý chương trình điều khiển tốc độ sở Thông thường cảm biến tốc độ máy phát xoay chiều đơn giản bố trí hộp số hay cáp truyền động đồng hồ tốc độ Máy phát xoay chiều tạo điện áp xoay chiều với tần số tỉ lệ với cảm biến tốc Hệ thống điện thân xe & điều khiền tự động Ôtô www.oto-hui.com Trang 220 PGS.TS Đỗ Văn Dũng độ vòng tốc độ xe Cảm biến quang học đầu đồng hồ tốc độ sử dụng Thông thường cảm biến tốc độ tạo số xung hay chu kỳ Km Cùng với việc sử dụng phanh chống trượt ABS ngày nhiều, trị số cảm biến bổ sung nhận từ cảm biến tốc độ đặt ABS bánh xe Dữ liệu tốc độ từ hệ thống ABS thu thông qua mạng MUX Tín hiệu đầu vào hệ thống CCS từ công tắc người lái thiết đặt nhiều tín hiệu Analog khác chuyển đổi thành tín hiệu đầu vào dạng Digital Ngoài thông số khác tham chiếu đến, cảm biến vị trí bướm ga, tình trạng ly hợp hay hệ thống truyền lực Các tín hiệu đầu vào khác sử dụng hệ thống CCS vị trí bướm ga, hộp số, ly hợp, tình trạng A/C, chẩn đoán chấp hành, tình trạng động cơ… tín hiệu lấy từ mạng liệu MUX 7.4.3 Thuật toán điều khiển chạy tự động Chương trình điều khiển chạy tự động thiết lập dựa vào lý thuyết điều khiển mờ “ Fuzzy Control”, người ta thiết kế thành công hệ thống điều khiển tự động cho đối tượng có nhiều thông số đầu vào tác động mà theo lý thuyết điều khiển tự động cổ điển trước khó lòng giải Tín hiệu đầu ổn định tín hiệu đầu vào biến đổi đa dạng Sự vận hành chương trình điều khieån: Set speed value Proportional gain, Kp + + - Actuator Control Speed Sensor Intergral Gain, KI Actual Vehicle Speed Value Hình 7.7: Thuật toán điều khiển ga tự động (PI Speed error control) Bộ vi xử lý lập trình để đo đạt tốc độ xe ghi lại mức độ chạy theo trớn xe và xu hướng tăng hay giảm Phương pháp PI tiêu chuẩn tạo tín hiệu đầu P tỉ lệ với với khác biệt tốc độ xe cài đặt tốc độ thực xe (độ sai lệch) trị số tỉ lệ Gain Block KP Một tín Hệ thống điện thân xe & điều khiền tự động Ôtô www.oto-hui.com Trang 221 PGS.TS Đỗ Văn Dũng hiệu KI tạo biến động lên xuống theo tỉ lệ phụ thuộc vào độ sai lệch tín hiệu Các giá trị thu nhận KI KP chọn để tạo phản ứng nhanh, với mức độ không ổn định nhỏ Hệ thống PI cộng vào mức độ sai lệch, vậy, tốc độ mức tốc độ cài đặt trường hợp xe lên dốc thời gian dài, tín hiệu sai lệch bắt đầu gia tăng mạnh để bù trừ Trong điều kiện chạy xe đường phẳng, trị số block KI có xu hướng tiến có sai lệch theo thời gian Trọng lượng xe, tính động cơ, sức cản lăn, yếu tố xác định số PI Tóm lại, phương pháp PI cho phép hệ thống phản ứng nhanh trường hợp leo dốc đột ngột hay chạy xuống dốc Kiểm soát tín hiệu đầu ra: Khi tín hiệu sai xử lý, tín hiệu đưa đến chấp hành tạo để mở lớn bướm ga, giữ vị trí cố định hay giảm bớt bướm ga Bộ trợ lực cập nhật với đặc tính khí trợ lực, đến vài phần ngàn giây Tín hiệu sai lệch xử lý nhanh hơn, vậy, tạo thời gian cho vài giá trị trung bình cảm biến tốc độ xe Điều khiển bướm ga loại trợ lực chân không truyền thống hay môtơ bước Ở loại trợ lực chân không, chân không tác động vào chấp hành xả theo qui trình xử lý cố hệ thống phanh tác động với mục đích bổ sung cho trình đóng cuộn solenoid điều khiển chấp hành Bộ trợ lực kiểu môtơ điện đòi hỏi truyền động điện tử phức tạp vài cấu xử lý cố khí kết nối vào hệ thống phanh 7.5 CÁC BỘ PHẬN CHÍNH CỦA CCS 7.5.1 Cảm biến tốc độ (Speed Sensor) Hình 7.8: Cảm biến tốc độ loại công tắc lưỡi gà Hệ thống điện thân xe & điều khiền tự động Ôtô www.oto-hui.com Trang 222 PGS.TS Đỗ Văn Dũng Chức cảm biến tốc độ xe thông báo tốc độ thời cho ECU điều khiển chạy tự động Cảm biến tốc độ xe chủ yếu loại công tắc lưỡi gà, loại quang học (diod phát quang kết hợp với transitor quang) loại MRE (loại phần tử điện trở từ) Cảm biến lắp đồng hồ tốc độ hay hộp số Khi tố độ xe tăng, cáp đồng hổ tốc độ xe quay nhanh hơn, bật tắc công tắc lưỡi gà hay transitor nhanh hơn, ngược lại chạy tốc độ thấp giảm tần số tính hiệu tốc độ a) Loại công tắc lưỡi gà: dùng với bảng đồng hồ loại kim, dây công tơ mét quay, nam châm quay Điều bật tắt công tắc lưỡi gà lần vòng quay Tốc độ xe tỷ lệ với tần số xung điện áp b) Loại quang học: dùng với bảng đồng hồ kiểu số, lắp đồng hồ tốc độ Hình 7.9: Cảm biến tốc độ loại quang Cáp đồng hồ tốc độ làm cho đóa xẽ rãnh quay Khi đóa xẽ rãnh quay, ngắt tia sáng chiếu lê transitor quang từ diod phát quang (LED) làm cho transitor quang phát sinh xung điện áp Ánh sáng từ đèn LED bị ngắt 20 lần cáp đồng hồ tốc độ quay vòng tạo 20 xung Số lượng xung giảm xuống xung trước tín hiệu gởi đến ECU điều khiển chạy tự động, Một tín hiệu 20 xung vòng quay trục roto transitor quang đóa xẽ rãnh tạo chuyển thành tín hiệu xung vòng quay nhờ ECU đồng hồ số chuyển đến ECU chạy tự động c) Loại MRE (phần tử điện trở từ) Hệ thống điện thân xe & điều khiền tự động Ôtô www.oto-hui.com Trang 223 PGS.TS Đỗ Văn Dũng Cảm biến lắp hộp số hay hộp số phụ dẫn động bánh chủ động trục thứ cấp Cảm biến bao gồm mạch HIC (mạch tích hợp) gắn MRE (phần tử điện trở từ) vành từ Nguyên lý hoạt động MRE: Khi hướng dòng điện chạy MRE song song với hướng đường sức từ, điện trở trở nên lớn (và dòng điện yếu), ngược lại, hướng dòng điện đường sức từ cắt nhau, điện trở giảm đến mức tối thiểu (và dòng điện mạnh) Hướng đường sức từ thay đổi chuyển động quay nam châm lắp vành từ, kết qủa điện áp MRE ttở thành dạng sóng xoay chiều Bộ so sánh cảm biến tốc độ chuyển dạng sóng xoay chiều thành tín hiệu số, sau đảo ngược transitor trước đến đồng hồ Tần số dạng sóng phụ thuộc vào số lượng cực nam châm lắp vành từ Có loại vành từ (tùy theo kiểu xe): Loại có 20 cực từ loại có cực từ Loại có 20 cực từ tạo dạng sóng 20 chu kỳ (20 xung vòng quay vành từ), loại cực tạo dạng sóng chu kỳ Trong loại 20 cực, tần số tín hiệu số chuyển thành 20 xung vòng quay của vành từ thành xung mạch chuyển đổi xung đồng hồ tốc độ sau gửi đến ECU Mạch đầu cảm biến tốc độ khác tùy theo kiểu xe Kết qủa tín hiệu phát khác tùy theo kiểu xe: có loại điện áp điện trở thay đổi Một số cảm biến tốc độ không qua bảng đồng hồ mà gửi trực tiếp đến ECU 7.5.2 Bộ điều khiển Yêu cầu kỹ thuật vi xử lý (ECU): Bộ ECU sử dụng hệ thống CCS có yêu cầu cao chức Bộ ECU phải bao gồm yêu cầu sau:  Chuẩn thời gian phải xác để đo đạt tính toán tốc độ  Tín hiệu vào A/D  Tín hiệu PWM  Ghi nhận thời gian tín hiệu vào  Ghi nhận so sánh thời gian tín hiệu  Cổng liệu (cổng MUX)  Bộ phận ghi bên  EPROM  Công nghệ Low-Power CMOS Hệ thống điện thân xe & điều khiền tự động Ôtô www.oto-hui.com Trang 224 PGS.TS Đỗ Văn Dũng 7.5.3 a) Bộ phận dẫn động (Actuator) Bộ dẫn động chân không Hình 7.10: Bộ dẫn động chân không Van điều khiển: Bộ trợ lực hoạt động chân không gồm màng hoạt động lò xo với van cung cấp, van điều khiển solenoid Khi hệ thống không sử dụng đến, solenoid van điều khiển thường đóng lúc đó, solenoid van thông cho khí trời vào Màng trợ lực lò xo giãn góc mở cánh bướm ga không điều chỉnh Việc đóng mở van hoạt động trì việc thiết lập tốc độ di chuyển ôtô đường mong muốn Van xả: Dùng để dẫn áp suất khí vào chấp hành hệ thống CCS bị hủy bỏ Van xả đóng vai trò van an toàn van điều khiển bị cố định vị trí cấp chân không hư hỏng Nó dẫn áp suất khí từ van an toàn để đóng bướm ga, giảm tốc độ xe Van xả bảo đảm tính an toàn cao lái xe Hệ thống điện thân xe & điều khiền tự động Ôtô www.oto-hui.com Trang 225 PGS.TS Đỗ Văn Dũng ON TỐC ĐỘ ÔTÔ TĂNG ON OFF TỐC ĐỘ ÔTÔ GIẢM OFF Hình 7.12: Đấu dây cáp từ Actuator đến bướm ga Sơ đồ gồm: Bộ trợ lực điều khiển gồm có màng solenoid điều khiển chân không Hệ số xung điều khiển hệ số xung: ECU gởi dòng ngắt (tính hiệu xung) đến van điều khiển với tần số khoảng 20 Hz, cách thay đổi khoảng thời gian dòng điện bật tắt (được gọi hệ số xung) làm tăng hay giảm độ chân không chấp hành theo tốc độ xe Khi dòng điện bật khoảng thời gian dài (hệ số xung cao) van chân không mở thời gian lâu hơn, độ chân không tăng chấp hành, kết qủa bướm ga mở tốc độ xe tăng lên Tốc độ tăng ON OFF Khi dòng điện tắt khoảng thời gian dài (hệ số xung thấp) van khí mở khoảng thời gian lâu hơn, độ chân không tăng chấp hành, kết qủa bướm ga đóng tốc độ xe giảm xuống Tốc độ giảm ON OFF Hệ thống điện thân xe & điều khiền tự động Ôtô www.oto-hui.com Trang 226 PGS.TS Đỗ Văn Dũng Sự hoạt động cấu chấp hành: Khi xe hoạt động tốc độ không thay đổi, tăng hay giảm tốc van điều khiển van xả chấp hành hoạt động để điều khiển tố độ xe Hoạt động liên hệ van ứng với điều kiện lái xe tổng kết bảng sau: SỰ PHỐI HP HOẠT ĐỘNG CỦA VAN ĐIỀU KHIỂN VÀ VAN XẢ Điều kiện CÔNG TẮC CHÍNH CCS tắt Tắt Chưa đặt tốc độ Bật Đặt tốc độ Bật Chạy tốc độ với chế độ CCS Bật Tăng tốc với công tắc điều khiển Bật Giảm tốc với công tắc điều khiển Tạm thời tăng tốc bàn đạp ga Tốc độ xe cao tốc độ đặt trước Tốc độ xe thấp tốc độ đặt trước Bật Bật Bật Bật 10 Hủy Bật 11.Phục hồi tốc độ xe công tắc điều khiển Bật BỘ CHẤP HÀNH VAN ĐIỀU KHIỂN VAN XẢ Dòng điện Dòng điện Van chân Van khí Van khí không quyển Tắt Tắt Đóng Mở Mở Tắt Tắt Mở Mở Đóng Điều khiển xung Bật Mở  Đóng Mở  Đóng Đóng Điều khiển xung Bật Mở  Đóng Mở  Đóng Đóng Điều khiển xung Bật Mở  Đóng Mở  Đóng Đóng Tắt Đóng Mở Điều khiển xung Mở  Đóng Mở  Đóng Điều khiển xung Mở  Đóng Mở  Đóng Tắt Đóng Mở Điều khiển xung Tắt Mở Tắt Mở Bật Đóng Bật Đóng Tắt Mở Bật Mở  Đóng Đóng Đóng Mở Tắt Hệ thống điện thân xe & điều khiền tự động Ôtô www.oto-hui.com Mở  Đóng Trang 227 Khoá STT IG tắ ACC điệ rơ tự Cả O/D Ắc châ Van biế n Bộ nố đè ECU hay châ điề quyFL khở chạchấ ly 2(ECT) độ ugkhiể điềh Giắle phanhkhô Bơm bá phanh Mániện 2độ n MAINkhở phanh FL SET/COAST u độ số RES/ACCchẩc ng n CANCEL hàALTkhiển Đèm xả i inO/D(A/T)g Côuc Đ/khiểtốhợđộtay Cầny chìoSTOPgpkhôn GAUGEpcnsốnninphanhg tổng (TDCL) AM1 gian trung FL PGS.TS Đỗ Văn Dũng Sơ đồ phối hợp tốc độ xe với trạng thái van điều khiển van xả HỦY TỐC ĐỘ XE VAN ĐK PHỤC HỒI ON OFF VAN XẢ ON OFF b) Bộ dẫn động motor: Bộ chấp hành gồm mô tơ, ly hợp từ biến trở, thực nhiệm vụ truyền tác động điều khiền từ ECU đến bướm ga tương tự dẫn động chân không Hệ thống điện thân xe & điều khiền tự động Ôtô www.oto-hui.com Trang 228 ... LỤC CHƯƠNG 1: HỆ THỐNG THÔNG TIN TRÊN ÔTÔ Trang 1.1 TỔNG QUÁT VỀ HỆ THỐNG THÔNG TIN TRÊN ÔTÔ 1.1.1 Tổng quan hệ thống thông tin ôtô 1.1.2 Cấu trúc tổng quát phân loại hệ thống thông tin... www.oto-hui.com PGS-TS Đỗ Văn Dũng CHƯƠNG 1: HỆ THỐNG THÔNG TIN TRÊN ÔTÔ 1.1 TỔNG QUÁT VỀ HỆ THỐNG THÔNG TIN TRÊN ÔTÔ 1.1.1 Tổng quan hệ thống thông tin ôtô Hệ thống thông tin xe bao gồm bảng đồng hồ... khiển hệ thống chiếu sáng 2.2 HỆ THỐNG TÍN HIỆU 2.2.1 Hệ thống còi chuông nhạc 2.2.2 Hệ thống báo rẽ báo nguy 2.2.3 Moät số sơ đồ hệ thống tín hiệu xe toyota 2.2.4 Hệ thống