GIÁO TRÌNH CƠ ĐIỆN TỬ Ô TÔ ĐẦY ĐỦ CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN HỆ THỐNG CƠ ĐIỆN TỬ Ô TÔ 2 ........................... 3 1.1. TỔNG QUÁT VỀ HỆ THỐNG ...................................................................................... 3 1.1.1. Bối dây .......................................................................................................... 4 1.1.2. Các chi tiết bảo vệ......................................................................................... 6 1.1.3. Công tắc và Rơ le .......................................................................................... 7 1.2. BỘ ĐIỀU KHIỂN TRUNG TÂM VÀ CƠ CẤU CHẤP HÀNH ................................... 8 CHƯƠNG 2. HỆ THỐNG THÔNG TIN TRÊN Ô TÔ ........................................... 10 2.1. TỔNG QUÁT VỀ HỆ THỐNG .................................................................................... 10 2.1.1. Tổng quan về hệ thống ............................................................................... 10 2.1.2. Cấu trúc tổng quát của hệ thống ................................................................. 11 2.1.3. Phân loại và yêu cầu của hệ thống .............................................................. 12 2.2. THÔNG TIN DẠNG TƯƠNG TỰ (Analog) ............................................................... 14 2.2.1. Đồng hồ và cảm biến báo áp suất dầu ........................................................ 14 2.2.2. Đồng hồ nhiên liệu ...................................................................................... 18 2.2.3. Đồng hồ và cảm biến báo nhiệt độ nước làm mát ...................................... 22 2.2.4. Đồng hồ báo tốc độ động cơ....................................................................... 23 2.2.5. Đồng hồ và cảm biến báo tốc độ xe ............................................................ 26 2.2.6. Đồng hồ Ampere ......................................................................................... 27 2.2.7. Các mạch đèn cảnh báo .............................................................................. 29 2.3. THÔNG TIN DẠNG SỐ (Digital) ............................................................................... 30 2.3.1. Cấu trúc cơ bản ........................................................................................... 30 2.3.2. Các dạng màn hình ..................................................................................... 31 2.4. SƠ ĐỒ HỆ THỐNG THÔNG TIN TIÊU BIỂU .......................................................... 35 CHƯƠNG 3. HỆ THỐNG CHIẾU SÁNG VÀ TÍN HIỆU ...................................... 36 3.1. TỔNG QUÁT HỆ THỐNG .......................................................................................... 36 3.1.1. Sơ đồ tổng thể của hệ thống ........................................................................ 36 3.1.2. Chức năng ................................................................................................... 36 3.1.3. Yêu cầu ....................................................................................................... 36 3.1.4. Phân loại ..................................................................................................... 36 3.2. HỆ THỐNG CHIẾU SÁNG ......................................................................................... 37 3.2.1. Hệ thống quang học và kết cấu đèn ............................................................ 37 3.2.2. Các mạch đèn chiếu sáng tiêu chuẩn .......................................................... 42 3.2.3. Đèn pha cao áp và đèn thông minh ............................................................. 53 3.3. HỆ THỐNG TÍN HIỆU ................................................................................................ 67 3.3.1. Hệ thống đèn xi nhan và cảnh báo nguy hiểm ............................................ 68Khoa C¬ khÝ §éng lùc Tr−êng §¹i häc SPKT H−ng Yªn Häc phÇn HÖ thèng C¬ ®iÖn tö «t« 2 TÝn chØ 1 2 3.3.2. Hệ thống đèn kích thước ............................................................................. 71 3.3.3. Hệ thống đèn phanh .................................................................................... 71 3.3.4. Hệ thống cảnh báo lùi xe ............................................................................ 72 3.3.5. Hệ thống còi điện và chuông nhạc .............................................................. 73 CHƯƠNG 4: HỆ THỐNG AN TOÀN KHẨN CẤP ................................................ 77 4.1. CHỨC NĂNG, YÊU CẦU ........................................................................................... 77 4.1.1. Chức năng ................................................................................................... 77 4.1.2. Yêu cầu ....................................................................................................... 77 4.1.3. Sự cần thiết phải có SRS ............................................................................ 78 4.2. HỆ THỐNG TÚI KHÍ .................................................................................................. 79 4.2.1. Công dụng, phân loại .................................................................................. 79 4.2.2. Cấu trúc cơ bản của hệ thống ...................................................................... 80 4.2.3. Nguyên lý hoạt động ................................................................................... 80 4.2.4. Túi khí RSR loại E ...................................................................................... 81 4.3. Hệ thống căng đai khẩn cấp .......................................................................................... 93 4.3.1. Thế nào là bộ căng đai khẩn cấp ................................................................. 93 4.3.2. Cấu tạo và nguyên lý hoạt động ................................................................. 94
Khoa Cơ khí Động lực Trờng Đại học SPKT Hng Yªn MỤC LỤC TÍN CHỈ CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN HỆ THỐNG CƠ ĐIỆN TỬ Ô TÔ 3 1.1 TỔNG QUÁT VỀ HỆ THỐNG 3 1.1.1 Bối dây 4 1.1.2 Các chi tiết bảo vệ .6 1.1.3 Công tắc Rơ le 7 1.2 BỘ ĐIỀU KHIỂN TRUNG TÂM VÀ CƠ CẤU CHẤP HÀNH 8 CHƯƠNG HỆ THỐNG THÔNG TIN TRÊN Ô TÔ 10 2.1 TỔNG QUÁT VỀ HỆ THỐNG 10 2.1.1 Tổng quan hệ thống .10 2.1.2 Cấu trúc tổng quát hệ thống 11 2.1.3 Phân loại yêu cầu hệ thống 12 2.2 THÔNG TIN DẠNG TƯƠNG TỰ (Analog) 14 2.2.1 Đồng hồ cảm biến báo áp suất dầu 14 2.2.2 Đồng hồ nhiên liệu 18 2.2.3 Đồng hồ cảm biến báo nhiệt độ nước làm mát 22 2.2.4 Đồng hồ báo tốc độ động .23 2.2.5 Đồng hồ cảm biến báo tốc độ xe 26 2.2.6 Đồng hồ Ampere .27 2.2.7 Các mạch đèn cảnh báo 29 2.3 THÔNG TIN DẠNG SỐ (Digital) 30 2.3.1 Cấu trúc 30 2.3.2 Các dạng hình .31 2.4 SƠ ĐỒ HỆ THỐNG THÔNG TIN TIÊU BIỂU 35 CHƯƠNG HỆ THỐNG CHIẾU SÁNG VÀ TÍN HIỆU 36 3.1 TỔNG QUÁT HỆ THỐNG 36 3.1.1 Sơ đồ tổng thể hệ thống 36 3.1.2 Chức 36 3.1.3 Yêu cầu .36 3.1.4 Phân loại .36 3.2 HỆ THỐNG CHIẾU SÁNG 37 3.2.1 Hệ thống quang học kết cấu đèn 37 3.2.2 Các mạch đèn chiếu sáng tiêu chuẩn 42 3.2.3 Đèn pha cao áp đèn thông minh .53 3.3 HỆ THỐNG TÍN HIỆU 67 3.3.1 Hệ thống đèn xi nhan cảnh báo nguy hiểm 68 Học phần Hệ thống Cơ điện tử ôtô - Tín 1 Khoa Cơ khí Động lực Trờng Đại học SPKT Hng Yên 3.3.2 H thng đèn kích thước .71 3.3.3 Hệ thống đèn phanh 71 3.3.4 Hệ thống cảnh báo lùi xe 72 3.3.5 Hệ thống còi điện chuông nhạc 73 CHƯƠNG 4: HỆ THỐNG AN TOÀN KHẨN CẤP 77 4.1 CHỨC NĂNG, YÊU CẦU 77 4.1.1 Chức 77 4.1.2 Yêu cầu .77 4.1.3 Sự cần thiết phải có SRS 78 4.2 HỆ THỐNG TÚI KHÍ 79 4.2.1 Công dụng, phân loại 79 4.2.2 Cấu trúc hệ thống 80 4.2.3 Nguyên lý hoạt động 80 4.2.4 Túi khí RSR loại E 81 4.3 Hệ thống căng đai khẩn cấp 93 4.3.1 Thế căng đai khẩn cấp 93 4.3.2 Cấu tạo nguyên lý hoạt động 94 Học phần Hệ thống Cơ điện tử «t« - TÝn chØ 2 Khoa C¬ khÝ Động lực Trờng Đại học SPKT Hng Yên CHNG 1: TỔNG QUAN HỆ THỐNG CƠ ĐIỆN TỬ Ô TÔ 1.1 TỔNG QUÁT VỀ HỆ THỐNG Hệ thống điện thân xe áp dụng nhanh tiến khoa học kỹ thuật cho hệ thống an toàn tạo nhiều tiện ích cho người sử dụng Hệ thống điện thân xe bao gồm hệ thống chia nhỏ sau đây: Hệ thống thông tin chẩn đoán: + Các loại đồng hồ báo + Các đèn cảnh báo + Các cảm biến cho đồng hồ cảm biến báo nguy + Các giắc chẩn đoán giắc kết nối liệu Hệ thống chiếu sáng tín hiệu: + Các đèn chiếu sáng + Các công tắc rơle điều khiển + Các ECU đèn + Các cảm biến Hệ thống gạt nước rửa kính: + Các mơtơ gạt nước + Cơng tắc rơle điều khiển + Các ECU điều khiển + Các cảm biến Hệ thống khóa cửa, chống trộm: + Các mơtơ điều khiển khóa cửa + Các phận phát, nhận tín hiệu điều khiển cửa + Các công tắc rơle điều khiển + Các ECU điều khiển + Các cảm biến Hệ thống nâng hạ kính: + Các môtơ cửa sổ điện + Các công tắc cửa sổ điện + Các IC điều khiển cảm biến tốc độ Hệ thống điều khiển gương chiếu hậu: + Cụm gương môtơ + Các công tắc điều khiển ECU Hệ thống điều hòa khơng khí: + Các cảm biến + ECU điều khiển Học phần Hệ thống Cơ điện tử ôtô - Tín Khoa Cơ khí Động lực Trờng Đại học SPKT Hng Yên + Cỏc cụng tc iu khiển + Các phận chấp hành Hệ thống túi khí, dây đai: + Bộ túi khí + Bộ dây đai + Các cảm biến + Bộ kiểm soát CPU Hệ thống mạng CAN: + Các IC CAN + Các ECU + Cáp nối Các phận hệ thống điện thân xe: Trước tìm hiểu phận hệ thống điện thân xe ta tìm hiểu khái niệm Mát thân xe Trên ô tô, cực âm tất thiết bị điện âm ắc quy nối với thép thân xe nhằm tạo nên mạch điện Chỗ nối cực âm vào thân xe gọi Mát thân xe Mát thân xe làm giảm số lượng dây điện cần sử dụng 1.1.1 Bối dây Dây điện có chức nối phận điện ô tô với Bối dây chia thành nhóm sau: - Dây điện mã màu - Các chi tiết nối: Hộp nối, hộp rơle, giắc nối, bulông nối Mát a Dây điện Dây điện cáp có loại: Dây thấp áp (dây bình thường) loại dùng phổ biến tơ bao gồm có lõi dẫn điện vỏ bọc cách điện Dây cao áp (dây cao áp hệ thống đánh lửa) cáp bao gồm lõi dẫn điện phủ lớp cao su cách điện dày nhằm ngăn không cho điện cao áp bị rò rỉ Dây cáp thiết kế để bảo vệ khỏi nhiễu điện bên ngồi Nó sử dụng làm cáp ăng ten radio, cỏp mng CAN Học phần Hệ thống Cơ điện tử «t« - TÝn chØ 4 Khoa C¬ khÝ Động lực Trờng Đại học SPKT Hng Yên Hỡnh 1.1: Sơ đồ dây điện xe b Các chi tiết nối Để hỗ trợ việc nối chi tiết, dây điện tập trung số phần xe ôtô a Hộp nối chi tiết mà giắc nối mạch điện nhóm lại với Thơng thường bao gồm bảng mạch in liên kết cầu chì, rơle với bối dây b Các giắc nối (3) , giắc nối dây (4) bulơng nối Mát (5) hình 1.2 Hình 1.2: Các chi tiết nối - Giắc nối sử dụng dây điện với dây điện dây điện với phận điện để tạo kết nối Có loại giắc kết nối kết nối dây điện vi dõy in Học phần Hệ thống Cơ điện tử «t« - TÝn chØ 5 Khoa C¬ khÝ Động lực Trờng Đại học SPKT Hng Yên v dõy điện với phận điện Các giắc nối chia thành giắc đực giắc tùy theo hình dạng cực chúng Giắc kết nối có nhiều màu khác - Giắc nối dây có chức nối cực nhóm - Bulơng nối Mát sử dụng nối Mát dây điện phận điện với thân xe, không giống bulông thông thường bề mặt bulông nối Mát sơn chống xy hóa màu xanh 1.1.2 Các chi tiết bảo vệ Các chi tiết bảo vệ, bảo vệ mạch khỏi dòng điện lớn mức cho phép chạy dây dẫn hay phận điện, điện tử bị ngắn mạch Các chi tiết bảo vệ bao gồm: loại cầu chì Cầu chì lắp nguồn điện với thiết bị điện, dòng điện vượt qua cường độ định chạy qua mạch điện thiết bị cầu chì nóng chảy để bảo vệ mạch Có loại cầu chì cầu chì dẹt cầu chì hộp Cầu chì dịng cao (thanh cầu chì): cầu chì dòng cao lắp đường dây nguồn điện thiết bị điện, dịng điện có cường độ lớn chạy qua cầu chì này, dây điện bị chập thân xe cầu chì chảy để bảo vệ dây điện Bộ ngắt mạch (cầu chì tự nhảy) sử dụng bảo vệ mạch điện với tải có cường độ dịng lớn mà khơng thể bảo vệ cầu chì cửa sổ điện, mạch sấy kính, quạt gió… Khi dòng điện chạy qua vượt cường độ hoạt động lưỡng kim ngắt mạch tạo nhiệt giãn nở để ngắt mạch Thậm chí số mạch dịng điện thấp cường độ hoạt động dòng lại hoạt động thời gian dài nhiệt độ lưỡng kim tăng lên ngắt mạch Khơng giống cầu chì ngắt mạch sử dụng lại sau lưỡng kim khơi phục Bộ ngắt mạch có loại tự khơi phục khơi phục tay (Hình 1.4) Hình 1.3: Các loại cầu chì Häc phÇn HƯ thống Cơ điện tử ôtô - Tín Hỡnh 1.4: B t ngt Khoa Cơ khí Động lực Trờng Đại học SPKT Hng Yên 1.1.3 Cụng tc Rơ le Hình 1.5: vị trí cơng tắc rơle ô tô Công tắc rơle mở đóng mạch điện nhằm tắt bật đèn vận hành hệ thống điều khiển Nhóm cơng tắc rơle chia hình 1.6: Hình 1.6: Các loại công tắc rơ le Công tắc vận hành trực tiếp tay có - Cơng tắc xoay: khóa điện (a hình 1.6) - Cơng tắc ấn: cơng tắc cảnh báo nguy hiểm (b hình 1.6) - Cơng tắc bập bênh: cơng tắc khóa cửa (c hình 1.6) - Cơng tắc cần: cơng tắc tổ hợp (d hình 1.6) Công tắc vận hành cách thay đổi nhiệt độ hay cường độ dịng điện - Cơng tắc phát nhiệt độ (e hình 1.6) Häc phÇn HƯ thống Cơ điện tử ôtô - Tín Khoa Cơ khí Động lực Trờng Đại học SPKT H−ng Yªn - Cơng tắc phát dịng điện (f hình 1.6) Cơng tắc vận hành thay đổi mức dầu Rơle - Rơle điện từ (rơle chân) (g hình 1.6) - Rơle lề (rơle chân) (h hình 1.6) 1.2 BỘ ĐIỀU KHIỂN TRUNG TÂM VÀ CƠ CẤU CHẤP HÀNH Hiện điều khiển trung tâm (ECU) xuất ngày nhiều hệ thống Điện thân xe hệ thống gầm tơ Nó có chức thu thập tín hiệu đầu vào (là tín hiệu loại cảm biến) sau tính tốn, xử lý đưa tín hiệu điều khiển đến cấu chấp hành Hình 1.7 Mối quan hệ tín hiệu đầu vào, đầu ECU Cấu trúc tổng thể: Hình 1.8 Sơ đồ khối điều khiển hệ thống điện thõn xe dũng KIA Học phần Hệ thống Cơ điện tử ôtô - Tín Khoa Cơ khí Động lực Trờng Đại học SPKT Hng Yên B trí ECU thân xe số dịng xe: Hình 1.9 ECU S- class Hình 1.10 ECU xe ti MB (Actros) Học phần Hệ thống Cơ điện tử «t« - TÝn chØ 9 Khoa C¬ khÝ Động lực Trờng Đại học SPKT Hng Yên CHNG HỆ THỐNG THÔNG TIN TRÊN Ô TÔ 2.1 TỔNG QUÁT VỀ HỆ THỐNG 2.1.1 Tổng quan hệ thống 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 Thơng 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 thơng tin đến tài xế Đèn báo hiệu đèn cảnh Đồng hồ Đèn tốc độ động báo rẽ Đồng hồ tốc độ xe Các đèn báo hiệu đèn cảnh báo báo Vôn kế Đồng hồ nhiệt độ nước làm mát Đồng hồ áp suất dầu Đồng hồ Đèn báo A- Báo áp lực nhớt C- Báo nhiệt độ nhớt E: Các đèn báo G- Tốc độ động B- Báo điện áp D- Báo mực xăng F- Tốc độ xe H- Hành trình Hình 2.1 Tableau loại thường loại số Häc phần Hệ thống Cơ điện tử ôtô - Tín 10 Khoa Cơ khí Động lực Đại học S phạm kỹ thuật Hng Yên - Cm bin gim tốc: Cảm nhận mức giảm tốc xe truyền tín hiệu đến ECU điều khiển trượt Bộ ECU đánh giá xác điều kiện mặt đường tín hiệu thực biện pháp điều khiển thích hợp 7.4 Nguyên lý điều khiển hệ thống a Nguyên lý chung Lệnh (Tín hiệu giắc L ABS - ECU đèn báo nạp) Lệnh (Công tắc đèn Điều khiển van chia dầu tới bánh xe Điều khiển mô tơ bơm hồi dầu từ xilanh phanh bánh Lệnh (Tín hiệu từ cảm Hình 7.7 Sơ đồ khối thể trình điều khiển hệ thống ABS ABS- ECU lập trình điều khiển dựa tín hiệu lấy từ giắc L đèn báo nạp, tín hiệu cơng tắc đèn phanh, tín hiệu từ cảm biến (cảm biến tốc độ xe cảm biến giảm tốc) Sau ECU xử lý, tính tốn gửi tín hiệu điều khiển tới van chia dầu bánh xe tới mô tơ hồi dầu từ xylanh bánh xe đẩy ngược tổng bơm Quá trình điều khiển làm cho má phanh bóp, nhả liên tục vào đĩa phanh tránh tình trạng trượt lết bánh xe,… b Q trình điều khiển hệ thống ABS • u cầu hệ thống điều khiển ABS: Một hệ thống ABS hoạt động tối ưu, đáp ứng nhu cầu nâng cao chất lượng phanh ôtô phải thỏa mãn đồng thời yêu cầu sau: - Trước hết, ABS phải đáp ứng yêu cầu an toàn liên quan đến động lực học phanh chuyển động ôtô - Hệ thống phải làm việc ổn định có khả thích ứng cao, điều khiển tốt suốt dải tốc độ xe loại đường (thay đổi từ đường bêtơng khơ có bám tốt đến đường đóng băng có bám kém) - Hệ thống phải khai thác cách tối ưu khả phanh bánh xe đường, giữ tính ổn định điều khiển giảm quãng đường phanh Điều không phụ thuộc vào việc phanh đột ngột hay phanh từ từ người lái xe - Khi phanh xe đường có hệ số bám khác moment xoay xe quanh trục đứng qua trọng tâm xe luôn xảy khơng thể tránh khỏi, Häc phÇn HƯ thèng điện thân xe & đk gầm ô tô- Tín 128 Khoa Cơ khí Động lực Đại học S phạm kỹ thuật Hng Yên Hỡnh 7.8 Phm vi iu khiển ABS theo góc trượt bánh xe Khi phanh đường vòng, xe chịu tác động lực ngang nên bánh xe có góc trượt α Đồ thị hình 5.35 thể mối quan hệ hệ số bám dọc ϕx hệ số bám ngang ϕy với độ trượt λ ứng với góc trượt α = 2o α =10o ϕ Hệ số bam ngang ϕY • Phạm vi điều khiển ABS: Hệ số bám với hỗ trợ hệ thống ABS, làm cho tăng chậm để người lái xe có đủ thời gian bù trừ moment cách điều chỉnh hệ thống lái cách dễ dàng - Phải trì độ ổn định khả lái phanh lúc quay vòng - Hệ thống phải có chế độ tự kiểm tra, chẩn đốn dự phịng, báo cho lái xe biết hư hỏng chuyển sang làm việc hệ thống phanh bình thường Ta nhận thấy góc trượt lớn (ví dụ α =10o) tính ổn định xe giảm nhiều Trong trường hợp hệ thống ABS ưu tiên điều khiển tính ổn định xe quãng đường phanh Vì ABS can thiệp sớm hệ số bám dọc ϕx giá trị nhỏ ( ϕ x ≈ 0,35 ),trong hệ số bám ngang ϕy đạt giá trị cực đại 0,8, q trình điều khiển kéo dài bình thường Nhờ xe giữ tính ổn định phanh đường vịng, qng đường phanh dài so với chạy thẳng • Chu trình điều khiển ABS: - Bộ chấp hành thủy lực; - Xy lanh phanh chính; - Xy lanh làm việc; - Bộ điều khiển (ECU); - Cảm biến tốc độ bánh xe Quá trình điều khiển hệ thống ABS thực theo chu trình kín hình 5.35 Các cụm chu trình bao gồm: Hình 7.9 Chu trình điều khiển kín ABS ¾ Tín hiệu vào lực tác dụng lên bàn đạp phanh người lái xe, thể qua áp suất dầu tạo xy lanh phanh chớnh Học phần Hệ thống điện thân xe & đk gầm ô tô- Tín 129 Khoa Cơ khí Động lực Đại học S phạm kỹ thuật Hng Yên ¾ Tín hiệu điều khiển bao gồm cảm biến tốc độ bánh xe hộp điều khiển (ECU) Tín hiệu tốc độ bánh xe thông số nhận từ gia tốc độ trượt liên tục nhận biết phản hồi hộp điều khiển để xử lý kịp thời ¾ Tín hiệu tác động thực bỡi chấp hành, thay đổi áp suất dầu cấp đến xy lanh làm việc cấu phanh bánh xe ¾ Đối tượng điều khiển: lực phanh bánh xe mặt đường ABS hoạt động tạo moment phanh thích hợp bánh xe để trì hệ số bám tối ưu bánh xe với mặt đường, tận dụng khả bám cực lực phanh lớn ¾ Các nhân tố ảnh hưởng: điều kiện mặt đường, tình trạng phanh, tải trọng xe, tình trạng lốp (áp suất, độ mịn,…) Q trình điều khiển ABS trình bày dạng sơ đồ trạng thái trình bày hình 5.37: Khi phanh chậm, giảm tốc xe thay đổi chậm nhỏ hoạt động hệ thống phanh bình thường (Normal braking), hệ thống ABS khơng can thiệp Khi phanh gấp hay phanh đường trơn, gia tốc chậm dần bánh xe tăng nhanh, có tượng bị hãm cứng bánh xe, ABS đưa tín hiệu điều khiển giảm áp suất phanh (Decay state) để chống lại hãm cứng bánh xe Sau áp suất phanh điều khiển chế độ giữ áp tăng áp/ giảm áp (Hold or build/ decay), thực chế độ tăng áp chậm hay tăng áp nhanh (slow build or fast build) để trì độ trượt phanh nằm khoảng tối ưu Chu kỳ giảm áp – giữ áp – tăng áp điều khiển lặp lại phụ thuộc vào tình trạng trượt bánh xe Tùy vào điều kiện bề mặt đường, số chu kỳ điều khiển dao động từ – 10 lần vòng giây ABS đạt tốc độ điều khiển nhanh nhờ tín hiệu điện tử khả đáp ứng, xử lý nhanh vi xử lý ECU Phanh thường Giảm áp Giữ hay tăng, giảm áp Dừng tác động ABS Giảm áp chậm Giảm áp Hình 7.10 Sơ đồ trạng thái không gian biểu diễn hoạt động ABS Lưu đồ thuật toán hoạt động hệ thống ABS theo vịng lặp kín sơ đồ hình 5.38 Sau kiểm tra kích hoạt liệu ca h thng (reset and Học phần Hệ thống điện thân xe & đk gầm ô tô- Tín 130 Khoa Cơ khí Động lực Đại học S phạm kü thuËt H−ng Yªn initialize), hệ thống vi xử lý bắt đầu điều khiển hoạt động hệ thống theo vịng lặp (Main loop), tiến hành tính tốn tốc độ bánh xe, tốc độ xe, kiểm tra tình trạng, khả đáp ứng điều khiển hệ thống, chọn chế độ làm việc có hay khơng có can thiệp ABS Khi ABS hoạt động tiến hành phân tích diễn biến q trình phanh thơng qua tín hiệu vào, xác định cách ứng xử tiến hành điều khiển phận chấp hành làm việc theo chu trình vịng lặp kín Kiểm tra điều khiển hệ thống Phân tích Hình 5.38 Lưu đồ thuật tốn điều khiển hoạt động ABS Bắt đầu Hình 7.11 Lưu đồ thuật toán điều khiển hệ thống ABS Việc lựa chọn tín hiệu điều khiển thích hợp nhân tố việc định tính hiệu trình điều khiển ABS Tất xe sử dụng cảm biến tốc độ bánh xe để tạo tín hiệu điều khiển cho việc điều khiển trình hoạt động hệ thống ABS Sử dụng tín hiệu này, hộp điều khiển (ECU) tính tốc độ bánh xe, giảm tốc tăng tốc nó, tính tốc độ chuẩn bánh xe, tốc độ xe độ trượt phanh Häc phÇn HƯ thèng điện thân xe & đk gầm ô tô- Tín 131 Khoa Cơ khí Động lực Đại học S phạm kỹ thuật Hng Yên S thay i gia tc bánh xe tín hiệu chính, đóng vai trị quan trọng q trình điều khiển ABS ECU tính tốn xác định giá trị giới hạn giảm tốc (- a) tăng tốc (+a) cho phép có xe để điều khiển chế độ hoạt động van điện (solenoids) chấp hành Tốc độ chuẩn bánh xe phanh (vRef) tốc độ tương ứng với tốc độ bánh xe điều kiện phanh tối ưu (có độ trượt tối ưu) Để xác định tốc độ chuẩn này, cảm biến tốc độ bánh xe liên tục gửi ECU tín hiệu tốc độ bánh xe ECU chọn giá trị chéo tức bánh trước phải sau trái chẳng hạn dựa vào tính tốc độ chuẩn Một hai bánh xe quay nhanh dùng để xác định tốc độ chuẩn bánh xe giai đoạn trình phanh Độ trượt phanh giá trị đo cách trực tiếp nên sử dụng tín hiệu tương tự tính toán ECU, gọi ngưỡng trượt λ1 (đây giá trị vận tốc) Tốc độ chuẩn bánh xe sử dụng làm sở cho tín hiệu Ngưỡng trượt λ1 tín hiệu quan trọng thứ hai trình điều khiển hệ thống ABS Vận tốc thực tế bánh xe phanh (vR) so sánh với ngưỡng trượt λ1 để hệ thống ABS định chế độ điều khiển tăng, giữ hay giảm áp suất phanh chấp hành Đối với bánh xe bị động hay bánh xe chủ động mà phanh có cắt ly hợp cần tín hiệu gia tốc bánh xe đủ để điều khiển cho trình hoạt động ABS Điều tuân theo quy tắc ứng xử trái ngược hệ thống phanh vùng ổn định khơng ổn định đường đặc tính trượt Trong vùng ổn định, giảm tốc bánh xe nhỏ, tức lái xe đạp phanh với lực tăng xe giảm tốc nhiều mà bánh xe không bị hãm cứng Tuy nhiên vùng khơng ổn định, cần tăng áp suất phanh thêm đủ làm cho bánh xe bị hãm cứng tức thời, nghĩa giảm tốc biến thiên nhanh Dựa biến thiên gia tốc này, ECU xác định mức độ hãm cứng bánh xe có điều khiển thích hợp để trì độ trượt phanh nằm khoảng tối ưu Đối với bánh xe chủ động mà phanh không cắt ly hợp cần số đặt vị trí số hay số 2, động tác động lên bánh xe chủ động tăng cách đáng kể moment quán tính khối lượng bánh xe Nói cách khác, bánh xe ứng xử thể chúng nặng nhiều Điều dẫn đến gia tốc chậm dần bánh xe thường chưa đủ lớn để coi tín hiệu điều khiển đủ cho ECU xác định mức độ hãm cứng bánh xe Như vậy, việc điều khiển ABS thiếu xác Vì vậy, cần thiết phải dùng tín hiệu tương tự với độ trượt phanh để làm tín hiệu điều khiển phụ, cần kết hợp tương thích tín hiệu với tín hiệu gia tốc bánh xe Đó ngưỡng trượt λ1 Häc phần Hệ thống điện thân xe & đk gầm ô tô- Tín 132 Khoa Cơ khí Động lực Đại học S phạm kỹ thuật Hng Yên Trờn mt số xe có gắn thêm cảm biến giảm tốc đo trực tiếp giảm tốc xe cảm biến gia tốc ngang xác định tình trạng quay vịng xe, tín hiệu xem tín hiệu bổ sung cho tín hiệu gia tốc bánh xe Mạch logic ECU tính tốn xử lý tổ hợp liệu để đạt trình điều khiển phanh tối ưu • Q trình điều khiển ABS: Đồ thị hình 5.39 biểu diễn trình điều khiển điển hình hệ thống ABS ECU liên tục nhận tín hiệu tốc độ bánh xe từ cảm biến tốc độ, ước tính tốc độ xe cách tính tốn tốc độ giảm tốc bánh xe Quá trình điều khiển thực theo chế độ: tăng, giữ giảm Việc thay đổi áp suất dầu theo chế độ thay đổi cách điều khiển dòng điện tới van dầu Trong trình này, mơ tơ bơm hồi dầu bơm Hình 7.12 Quá trình điều khiển ABS liên tục kết thúc trình phanh Trên hình 5.39 cho ta khoảng thay đổi tốc độ xe tương ứng với chế độ điều khiển ECU: - Khoảng A: ECU điều khiển trượt đặt van điện từ vào chế độ giảm áp suất theo mức giảm tốc bánh xe, giảm áp suất thuỷ lực xilanh bánh xe Sau áp suất hạ xuống, ECU chuyển van điện từ sang chế độ “giữ” để theo dõi thay đổi tốc độ bánh xe Nếu ECU cho cần tiếp tục giảm áp suất thuỷ lực, lại giảm áp suất - Khoảng B: Khi áp suất thuỷ lực bên xilanh bánh xe giảm (khoảng A), áp suất thuỷ lực tác động vào bánh xe giảm xuống Điều làm cho bánh xe bị khoá chặt tăng tốc độ Tuy nhiên, áp suất thuỷ lực giảm xuống, lực phanh tác động vào bánh xe trở nên thấp Để tránh điều này, ECU đặt van điện từ vào chế độ “tăng áp suất” chế độ “giữ” để bánh xe bị khoá hồi phục tốc độ - Khoảng C: Khi áp suất thuỷ lực xilanh bánh xe ECU tăng lên (khoảng B), bánh xe lại có xu hướng bị khố Do đó, ECU lại chuyển van điện từ chế độ “giảm áp suất” để giảm áp suất bên xilanh bánh xe - Khoảng D: Vì áp suất thuỷ lực xilanh bánh xe lại giảm (khoảng C), ECU lại bắt đầu tăng áp sut nh khong B Học phần Hệ thống điện thân xe & đk gầm ô tô- Tín 133 Khoa Cơ khí Động lực Đại học S phạm kü thuËt H−ng Yªn 7.5 ABS kết hợp với hệ thống khác 7.5.1 ABS EBD Điều khiển EBD dùng ABS để thực việc phân phối lực phanh bánh trước sau theo điều kiện chạy xe a Trạng thái bình thường b Trạng thái có tải Hình 7.13 Phân phối lực phanh bánh trước- sau Ngồi ra, phanh để quay vịng, điều khiển lực phanh bánh bên phải bên trái giúp trì ổn định xe Hình 7.14 Phân phối lực phanh bánh trái-phải 7.5.2 Hệ thống hỗ trợ phanh – BA BA đặt thời gian hỗ trợ mức hỗ trợ để làm cho cảm giác phanh tự nhiên tốt cách điều chỉnh hỗ trợ theo yêu cầu thể đồ thị hình vẽ Hình 7.15 Sơ đồ hệ thống BA * Điều khiển: Khi ECU điều khiển trượt xác định người lái phanh khẩn cấp, van điện từ chuyển mạch hỗ trợ phanh đóng mạch, tạo thành đường thơng xilanh bình Hình 7.16 Lực phanh có BA khơng có BA chứa, chuyển dầu đến bơm Bơm hút dầu đẩy đến xilanh bánh xe Van an toàn mở để bảo đảm áp suất xilanh bánh xe khơng vượt áp suất xilanh q mức đặt trước để trì độ chênh áp suất ny Học phần Hệ thống điện thân xe & đk gầm ô tô- Tín 134 Khoa Cơ khí Động lực Đại học S phạm kỹ thuật Hng Yên Hình 7.16 Quá trình điều khiển BA 7.5.3 Hệ thống điều khiển lực kéo- Traction Control Đôi bàn đạp ga bị nhấn nhiều chuyển hành tăng tốc bề mặt trơn trượt, v.v , tạo monen dư thừa làm cho bánh dẫn động quay trượt khiến xe bị khả chuyển bánh/ tăng tốc khả điều khiển lái Việc điều khiển áp suất thuỷ lực phanh bánh dẫn động điều chỉnh công suất động cách giảm nhiên liệu hạ thấp lực dẫn động nhấn bàn đạp ga Như TRC có tác dụng bảo đảm khả chuyển bánh/ tăng tốc điều khiển lái a Xe quay vòng b Xe chuyển bánh Hình 7.17 Thời điểm Tr hoạt động Häc phần Hệ thống điện thân xe & đk gầm ô tô- Tín 135 Khoa Cơ khí Động lực Đại học S phạm kỹ thuật Hng Yên * iu khiển: Áp suất thuỷ lực bơm tạo van điện từ ngắt xilanh điều chỉnh đến áp suất cần thiết Do xilanh bánh xe dẫn động điều khiển theo chế độ sau đây: giảm áp suất, giữ áp suất tăng áp suất để hạn chế độ trượt bánh xe chủ động Hình 7.18 Sơ đồ điều khiển hệ thống Tr Khi tốc độ bánh xe dẫn động bắt đầu vượt tốc độ bắt đầu điều khiển, áp suất thuỷ lực phanh tăng lên số xilanh cắt giảm nhiên liệu tăng lên Do đó, tốc độ bánh xe dẫn động giảm xuống Hình 7.19 Sự thay đổi tốc độ bánh xe áp suất thủy lực phanh có tác động TR 7.5.4 Hệ thống điều khiển ổn định xe – VSC Trong ABS TRC chủ yếu sử dụng để làm ổn định hoạt động phanh hoạt động bàn đạp ga phanh tăng tốc, hệ thống VSC đảm bảo ổn định việc lái hướng lái xe Hệ thống phát lái đột ngột trượt ngang mặt đường trơn, sau tạo điều khiển tối ưu phanh Hình 5.48 Quá trình điều khiển lực phanh VSC bánh xe công suất động để giảm độ trượt bánh trước độ trượt bánh sau Phương pháp điều khiển phanh (kiểm soát bánh xe) bánh khác tuỳ thuộc vào kiểu xe (FF, FR) Học phần Hệ thống điện thân xe & đk gầm ô tô- Tín 136 Khoa Cơ khí Động lực Đại học S phạm kỹ thuật Hng Yªn * Điều khiển: Hệ thống VSC, van điện từ điều khiển áp suất thuỷ lực bơm tạo tác động vào xilanh bánh xe theo chế độ sau đây: giảm áp suất, giữ áp suất tăng áp suất Do hạn chế xu hướng quay trượt bánh xe trước bánh xe sau Hình 5.49 Sơ đồ khối trình điều khiển thay đổi mức trượt, áp sut thy lc ca VSV Học phần Hệ thống điện thân xe & đk gầm ô tô- Tín 137 Khoa Cơ khí Động lực Đại học S phạm kü thuËt H−ng Yªn CHƯƠNG ĐIỀU KHIỂN HỆ THỐNG LÁI ĐIỆN TỬ 8.1 Đặc điểm phân loại hệ thống lái trợ lực điện Hệ thống lái trợ lực điện sử dụng nguồn trợ lực motor điện chiều, motor điện đảo chiều quay tốc độ khác tuỳ theo mức độ đánh lái người lái vận tốc ôtô Đây hệ thống điều khiển điện tử sử dụng cảm biến mơmen, cảm biến vận tốc, cảm biến góc quay Tuỳ theo việc bố trí motor điện, có loại EPS sau: 8.1.1 Motor điện lắp trục lái (Column- type) a Sơ đồ khối b Sơ đồ thực tế Hình 8.1: Sơ đồ EPS kiểu column-type Hình 8.1 trình bày sơ đồ khối điều khiển hệ thống lái EPS với motor điện đặt trục lái Trong sơ đồ này, motor trợ lực, cảm biến mô men, ECU gắn vào trục lái ECU nhận tín hiệu từ cảm biến góc đánh lái, cảm biến mô men cảm biến vận tốc để tính tốn điều khiển motor trợ lực vào trục lỏi ca h thng Học phần Hệ thống điện thân xe & đk gầm ô tô- Tín 138 Khoa Cơ khí Động lực Đại học S phạm kỹ thuËt H−ng Yªn Với kiểu trợ lực motor phần điều khiển ECU đặt trục lái nên không gian bên phần cấu lái gọn nên dễ dàng bố trí thuận tiện cho công việc tháo lắp bảo dưỡng sửa chữa motor phần điều khiển ECU Đặc biệt với motor điện đặt trục lái giảm thiểu khả hư hỏng nơi đường ngập nước va chạm trình chuyển động địa hình phức tạp Vì motor trợ lực đặt trước cấu lái nên mô men lớn motor không cần phải lớn, điện áp sử dụng cho động điện tương thích với hệ thống nguồn 12V Hệ thống kiểu thường lắp xe có khối lượng đặt lên cầu trước < 650 kg 8.1.2 Motor điện lắp cấu lái (Pinion- type) b Sơ đồ thực tế a Sơ đồ khối Hình 8.2: Sơ đồ EPS kiểu pinion-type Hình 8.2 trình bày sơ đồ khối điều khiển hệ thống lái với motor điện nằm cấu lái Đặc điểm kiểu trợ lực ECU cảm biến mômen lắp trục lái motor điện lắp vào bánh chủ động cấu lái ECU Häc phÇn Hệ thống điện thân xe & đk gầm ô tô- Tín 139 Khoa Cơ khí Động lực Đại học S phạm kỹ thuật Hng Yên nhn cỏc tớn hiệu từ cảm biến góc đánh lái, cảm biến mơ men cảm biến vận tốc để tính tốn điều khiển motor trợ lực vào trục lái hệ thống Với kiểu trợ lực ECU điều khiển motor trợ lực, với kiểu lắp mô men motor sinh không cần phải lớn lại tốn không gian bố trí bên ECU điều khiển motor trợ lực trực tiếp vào bánh chủ động cấu lái Kiểu trợ lực thường lắp xe có khối lượng đặt lên cầu trước < 850 kg 8.1.3 Motor điện nằm (Rack- type) a Sơ đồ khối b Sơ đồ thực tế Hình 8.3: Sơ đồ EPS kiểu rack-type Hình 8.3 trình bày sơ đồ khối điều khiển hệ thống lái trợ lực điện với motor điện nằm Kiểu EPS có đặc điểm ECU điều khiển motor trợ lực vào hệ thống Vì thế, địi hỏi mômen motor cần phải lớn tốn không gian bố trí bên Đây hệ thống phận bố trí riêng biệt với nhau, nên hiệu suất phận phát huy tối đa Tuy vậy, hệ thống dễ bị trục trặc đường ngập nước, đường mấp mô dẫn đến va đập làm ảnh hưởng tới hệ thống Kiểu thường lắp xe có khối lượng đặt lên cầu trước > 1350 kg Häc phÇn HƯ thèng điện thân xe & đk gầm ô tô- Tín 140 Khoa Cơ khí Động lực Đại học S phạm kỹ thuật Hng Yên 8.2 S S đồ khối điều khiển thể hình 2.15 Hình 8.4: Sơ đồ khối điều khiển hệ thống lái trợ lực điện Hệ thống lái trợ lực điện tử bao gồm cụm chính: Khối tín hiệu đầu vào, khối xử lý trung tâm ECU khối cấu chấp hành Trong đó: • Khối tín hiệu đầu vào ECU EPS bao gồm: + Điện áp ắc quy (+B): Đầu vào sử dụng để theo dõi điện áp tải hệ thống, từ tăng tốc độ không tải động + Cảm biến tốc độ xe: ECU EPS tính tốn dịng điều khiển cho mơ tơ dựa vào tín hiệu cảm biến tốc độ xe + Cảm biến mô men: Đo độ xoắn xoắn + ECU động cơ: Truyền tải liệu tới ECU EPS tốc độ động cơ, nguồn tốc độ xe + Cảm biến tốc độ động cơ: ECU động nhận tín hiệu để tính tốn tăng tốc độ khơng tải + Cảm biến vị trí góc đánh lái: tín hiệu gửi ECU EPS thông báo trạng thái đánh lái người điều khiển xe như: quay trái, quay phải hay thẳng • Khối tín hiệu đầu ECU EPS bao gồm: + Mô tơ trợ lực điện: Mô men đầu mô tơ điều khiển thay đổi dòng điện ECU EPS cấp cho mơ tơ (dịng nhỏ mơ men thấp, dịng ln thỡ mụ men cao) Học phần Hệ thống điện thân xe & đk gầm ô tô- Tín 141 Khoa Cơ khí Động lực Đại học S phạm kü thuËt H−ng Yªn + Đèn báo EPS: Đèn báo EPS sáng khoảng 5s bật khóa điện Đèn báo sáng liên tục hệ thống EPS bị lỗi q trình kết nối với máy chẩn đốn • Khối xử lý trung tâm ECU: ECU tiếp nhận thơng số tín hiệu tín hiệu đầu vào sau tính tốn điều khiển mơ tơ trợ lực 8.3 Nguyên lý điều khiển ECU EPS nhận tín hiệu từ cảm biến mơ men từ tốc độ xe, ngồi có tín hiệu phụ tín hiệu tốc độ động cơ, tín hiệu B+, chế độ khơng tải để tính tốn điều khiển mơ tơ trợ lực phù hợp với điều kiện lái Lực đánh lái lớn mơ tơ trợ lực nhiều, mô men trợ lực giảm dần tốc độ xe tăng dần + Trạng thái quay vòng: người điều khiển tác động quay vành lái, xuất hiện tượng xoay tương đối hai đầu xoắn, cảm biến mô men thay đổi điện áp tùy theo chiều quay độ lệch tương đối hai đầu xoắn sau truyền tín hiệu ECU, kết hợp với tín hiệu tốc độ xe lấy từ cảm biến tốc độ mà ECU tính tốn dịng điện điều khiển chiều quay mô tơ trợ lực cho phù hợp + Trạng thái thẳng: trục lái khơng tác động khơng có tượng xoay tương đối hai đầu xoắn, cảm biến mơ men khơng thay đổi điện áp, ECU không điều khiển mô tơ trợ lực trạng thái thẳng giữ ngun Häc phÇn HƯ thèng điện thân xe & đk gầm ô tô- Tín 142