Chương 4 HỆ THỐNG ĐIỀU KHIỂN CHẠY TỰ ĐỘNG (CRUISE CONTROL SYSTEM - CCS)

Chương 4 ,HỆ THỐNG ĐIỀU KHIỂN, CHẠY ÔTÔ TỰ ĐỘNG,CRUISE CONTROL SYSTEM, CCS

Trang 1

Chương 4

HỆ THỐNG ĐIỀU KHIỂN CHẠY TỰ ĐỘNG

(CRUISE CONTROL SYSTEM - CCS)

1 Giới thiệu

Hệ thống điều khiển chạy tự động (Cruise control system - CCS) tự động điều khiển tốc độ

xe Hệ thống cho phép xe chạy với tốc độ không đổi mà không cần người lái xe nhấn bàn đạp ga Khi người lái xe kích hoạt hệ thống và cài đặt tốc độ mong muốn, bộ điều khiển

động cơ (Engine control unit - ECU) so sánh tốc độ xe thực tế và tốc độ cài đặt trước để

sinh ra tín hiệu tương ứng với sự khác nhau giữa hai tốc độ Tín hiệu này được truyền tới bộ chấp hành điều khiển cánh bướm ga (hoặc cánh bướm ga điện tử) để duy trì tốc độ xe được cài đặt trước bằng cách điều chỉnh cánh bướm ga khi cần thiết

Hệ thống này đặc biệt có ích khi xe chạy trên đường cao tốc hoặc trên đường xa lộ, người lái xe không có thời gian nghỉ ngơi Với hệ thống này, người lái có thể thư giãn và lái xe một cách rất thoải mái Một số loại xe còn có khả năng tự động giữ khoảng cách giữa các xe

không đổi (Adaptive cruise control)

Hình 1: Chức năng CCS

Hệ thống điều khiển chạy tự động hoạt động nhờ công tắc điều khiển, bàn đạp ga và bàn đạp phanh Công tắc điều khiển có 5 chế độ hoạt động: thiết lập “SET”, chạy đều

“COAST”, phục hồi “RES”, tăng tốc “ACC” và hủy bỏ “CANCEL” Tuỳ theo loại xe, cấu tạo của công tắc và cách điều khiển có thể sẽ khác nhau

Trang 2

Hình 2: Công tắc điều khiển CCS

2 Các thành phần CCS

Có hai loại hệ thống điều khiển chạy xe tự động, loại điều khiển bằng ECU điều khiển chạy

tự động và loại điều khiển bằng ETCS-i (hệ thống điều khiển bướm ga thông minh bằng điện tử) Trong phần này, việc giải thích cấu tạo, nguyên lý hoạt động dựa trên loại điều khiển theo ECU điều khiển chạy tự động

Hình 3: Hệ thống CCS loại ECU điều khiển có bộ chấp hành

CRUISE MAIN

Công tắc máy

ECU-IG

Công tắc

ly hợp

Công tắc khởi động

số trung gian

đến ECU động

cơ và ECU ECT

Đến đồng hồ tốc độ

Công tắc đèn phanh

Đèn báo

đến DLC3

Công tắc điều khiển

CCS

EP

Bộ chấp hành

D

ECU

PI TC CMS GND MO MC STP

Trang 3

Hình 5: Sơ đồ bố trí các bộ phận CCS

- ECU điều khiển chạy tự động

ECU nhận các tín hiệu từ cảm biến tốc độ xe và các công tắc khác nhau, xử lý và tính toán theo chương trình lưu trữ trước Dựa trên những tín hiệu này, ECU gửi các lệnh điều khiển tới bộ chấp hành ECU cũng có chức năng tự chẩn đoán cho phép kiểm tra hoạt động của các tín hiệu đầu vào và đầu ra theo đèn chỉ báo trên bảng đồng hồ táp lô

- Bộ chấp hành điều khiển chạy tự động

Bộ chấp hành đóng vai trò quan trọng trong CCS, dùng để thay đổi góc mở bướm ga Bộ chấp hành gồm có một motor, ly hợp từ và biến trở

Hình 6: Bộ chấp hành CCS

- Công tắc chính và công tắc điều khiển

Công tắc chính là công tắc điện chính của hệ thống điều khiển chạy xe tự động Đó là một công tắc nút bấm, cấp điện cho hệ thống khi được bấm

Bộ chấp hành

Công tắc điều khiển

Công tắc đèn phanh

DLC3

ECU

Cảm biến tốc độ xe

Công tắc khởi động số trung gian

Đèn báo

Bộ chấp hành

Dẫn động

Trang 4

Hình 7: Công tắc chính và công tắc điều khiển

Các công tắc điều khiển có 5 chức năng khác nhau (thiết lập “SET”, chạy đều “COAST”, phục hồi “RES”, tăng tốc “ACC” và hủy bỏ “CANCEL”) Các chế độ SET và COAST ở trên một công tắc và hai chế độ kia RESUME và ACCEL ở trên một công tắc khác Các công tắc là loại công tắc tự động hồi vị

- Cảm biến tốc độ

Hình 8: Cảm biến tốc độ xe

Chức năng của cảm biến tốc độ xe là để thông báo cho ECU CCS về tốc độ hiện tại của xe Khi xe tăng tốc, cảm biến tốc độ quay nhanh hơn và tần số của tín hiệu tốc độ cao hơn Khi

xe chạy chậm tần số tín hiệu tốc độ giảm xuống Cảm biến tốc độ gửi tín hiệu xung từ hộp

số tới ECU điều khiển chạy tự động thông qua đồng hồ táp lô

Hình 9: Tín hiệu tốc độ từ ECT

Trên các xe hiện đại ngày nay, hệ thống chạy tự động nhận tín hiệu tốc độ của xe qua ECU ABS và đồng hồ táp lô Cảm biến tốc độ xe gắn ở các bánh xe sử dụng cho ABS cũng được

sử dụng cho CCS

Trục thứ cấp hộp số

Bánh răng bị dẫn

Cảm biến tốc độ Cảm biến tốc độ

Vòng từ

HIC (có MRE ở bên trong)

táp lô

Đồng hồ táp lô

ECU điều khiển chạy hành trình

Rotor cảm biến

ABS ECU

Cảm biến tốc độ

N S

Vòng từ

ECT Đồng hồ

táp lô

Rotor cảm biến

ABS ECU

N S

Trang 5

Hình 10: Tín hiệu tốc độ từ ABS

- Công tắc huỷ bỏ chế độ CCS

Các công tắc huỷ bỏ chế độ CCS gồm có: công tắc điều khiển, công tắc ly hợp, công tắc khởi động ở số trung gian và công tắc đèn phanh Khi bật bất kỳ một công tắc nào ở trên thì chế độ điều khiển chạy xe tự động tạm thời bị huỷ bỏ Tuy nhiên, tốc độ xe đặt trước sẽ được lưu trữ trong bộ nhớ của ECU điều khiển chạy tự động chừng nào tốc độ xe vẫn còn cao hơn 40 km/h Do đó, tốc độ được thiết lập sẽ tự động được lưu giữ khi công tắc phục hồi RES được bật lên

- Đèn chỉ thị cảnh báo

Đèn chỉ thị cảnh báo thông báo cho người lái biết sự cố xảy ra với hệ thống điều khiển chạy

xe tự động Nếu ECU điều khiển chạy tự động không nhận được tín hiệu tốc độ của xe trong một thời gian định trước hoặc nếu hệ thống điều khiển bị tự động huỷ bỏ do có hư hỏng ở công tắc điều khiển hoặc bộ chấp hành, ECU điều khiển chạy tự động ngay lập tức làm cho đèn cảnh báo trên bảng đồng hồ nhấp nháy 5 lần hoặc liên tục để báo cho người lái biết sự

cố trong hệ thống

Hình 11: Đèn chỉ thị cảnh báo

3 Hoạt động của CCS

Để thiết lập hệ thống điều khiển chạy tự động ở tốc độ mong muốn, người lái xe phải thực hiện các bước sau:

 Ấn và nhả công tắc chính (đặt ở đầu cần điều khiển), đèn chỉ báo sẽ sáng lên

 Đạp bàn đạp ga cho xe chạy ở tốc độ mong muốn (giữa 40 km/h đến 200 km/h)

Vòng từ

ECT Đồng hồ

táp lô

Rotor cảm biến

ABS ECU

N S

Trang 6

 Ấn vào cần điều khiển SET/COAST rồi nhả ra

Tốc độ xe khi nhả cần điều khiển sẽ được lưu trong bộ nhớ của ECU điều khiển chạy tự động và như vậy tốc độ xe được điều khiển bởi hệ thống CCS được thiết lập Tốc độ xe được lưu trong bộ nhớ được gọi là tốc độ thiết lập ECU CCS so sánh tốc độ thực tế của xe với tốc độ đặt trước Nếu xe chạy với tốc độ lớn hơn tốc độ đặt trước, ECU điều khiển chạy

tự động kích hoạt bộ chấp hành làm cho bướm ga đóng bớt lại Nếu xe chạy với tốc độ thấp hơn tốc độ đặt trước, ECU điều khiển chạy tự động sẽ kích hoạt bộ chấp hành và làm mở thêm bướm ga

Có hai phương pháp thiết lập lại tốc độ cao hơn cho CCS:

- Dùng công tắc điều khiển: Nhấc công tắc điều khiển lên để bật RES/ACC cho đến khi

xe đạt được tốc độ mong muốn Nhả công tắc điều khiển khi xe đạt tốc độ mong muốn Khi người lái đẩy cần điều khiển lên theo hướng RES/ACC để chuyển đến chức năng tăng tốc và giữ cần trong một thời gian trong khi xe chạy ở chế độ điều khiển chạy tự động, bộ chấp hành mở bướm ga để tăng tốc xe ECU điều khiển chạy tự động sẽ lưu giữ tốc độ xe nhả cần điều khiển Sau đó ECU điều khiển chạy tự động sẽ giữ cho xe chạy ở tốc độ vừa lưu giữ

- Dùng bàn đạp ga: Nhấn lên bàn đạp ga để xe đạt được tốc độ mong muốn Đẩy công tắc điều khiển xuống (tới vị trí SET/COAST) và nhả nó ra khi xe đạt tốc độ mong muốn

Có hai phương pháp thiết lập lại tốc độ thấp hơn cho CCS:

- Dùng công tắc điều khiển: Đẩy công tắc điều khiển xuống để bật SET/COAST cho đến khi xe đạt tốc độ mong muốn Nhả công tắc điều khiển khi xe đạt tốc độ mong muốn Khi chức năng này được bật lên bởi người lái kéo cần xuống theo hướng SET/COAST và giữ nó trong một thời gian trong khi đó xe đang chạy ở chế độ điều khiển chạy tự động, bộ chấp hành đóng bướm ga để giảm tốc độ xe ECU điều khiển chạy tự động sẽ lưu giữ tốc độ xe trong bộ nhớ khi cần điều khiển được nhả ra Sau

đó, ECU điều khiển chạy tự động sẽ giữ cho xe chạy ở tốc độ vừa lưu giữ

- Dùng bàn đạp phanh: Đạp bàn đạp phanh để tốc độ xe giảm về tốc độ mong muốn Đẩy công tắc điều khiển xuống (tới vị trí SET/COAST) và nhả ra khi xe đạt tốc độ mong muốn

Chức năng điều khiển chạy tự động sẽ tự động bị huỷ bỏ nếu bất kỳ thao tác nào được nêu

ra ở đây xảy ra:

Trang 7

(1) Kéo cần điều khiển về phía người lái để hủy bỏ “CANCEL”

(2) Đạp bàn đạp phanh

(3) Đạp bàn đạp li hợp nếu xe hộp số thường

(4) Đặt cần chuyển số ở vị trí “N” hoặc khác vị trí “D” hoặc “3”

(5) Tốc độ xe xuống thấp hơn 40 km/h

(6) Tốc độ xe xuống dưới 16 km/h so với tốc độ đặt trước

Việc bật công tắc “RES/ACC” sẽ khôi phục lại tốc độ đã thiết lập nếu tốc độ này vừa mới tạm thời bị huỷ bỏ một trong các phương pháp nêu trên từ (1) – (4) chừng nào tốc độ xe chưa giảm xuống dưới 40km/h

Tuy nhiên việc ngắt công tắc chính hoặc huỷ bỏ chức năng điều khiển chạy tự động như (5) hoặc (6), thì tốc độ thiết lập sẽ vĩnh viễn bị huỷ bỏ Nếu người lái muốn hệ thống điều khiển chạy xe tự động bắt đầu hoạt động lại, thì phải thiết lập lại tốc độ mong muốn và lưu trong

bộ nhớ bằng cách bật lại công tắc chính và lặp lại các thao tác thiết lập tốc độ mong muốn

4 Bộ chấp hành CCS

Mô tơ có thể quay theo kim đồng hồ hoặc ngược kim đồng hồ tuỳ theo tín hiệu tăng tốc hoặc giảm tốc từ ECU điều khiển chạy tự động, làm thay đổi góc mở bướm ga

Hình 11: Cấu tạo bộ chấp hành CCS

Mô tơ sẽ bị hỏng nếu tiếp tục quay sau khi bướm ga mở hoặc đóng hoàn toàn Để ngăn chặn hiện tượng này, mô tơ có hai công tắc ngăn chặn số 1 và số 2 Khi bướm ga mở hoàn toàn sau khi nhận được tín hiệu tăng tốc từ ECU điều khiển chạy tự động, thì công tắc giới hạn số 1 mở ra để dừng mô tơ lại Khi bướm ga đóng hoàn toàn (giảm tốc), thì công tắc giới hạn thứ 2 được mở ra để dừng mô tơ lại Cả hai tiếp điểm của công tắc đều được đóng ở giữa hai vị trí bướm ga mở hoàn toàn và đóng hoàn toàn

Trang 8

Hình 12: Công tắc giới hạn

Ly hợp từ đóng hoặc ngắt mô tơ và đòn điều khiển trong quá trình điều khiển chạy tự động Khi người lái tác động vào bất kỳ một công tắc huỷ bỏ chế độ nào hoặc bất kỳ trạng thái huỷ tự động nào được xác lập trong quá trình xe chạy ở chế độ điều khiển CCS, thì ECU điều khiển chạy tự động sẽ ngắt ly hợp từ một cách an toàn để dừng sự hoạt động của CCS

Hình 13: Cấu tạo li hợp từ

Khi đạp bàn đạp phanh, ECU điều khiển chạy tự động nhận tín hiệu huỷ và nó sẽ ngắt ly hợp từ Cùng thời điểm đó dòng điện cung cấp cho ly hợp từ an toàn bị ngắt bằng cơ khí và

ly hợp từ sẽ bị ngắt Khi ly hợp từ bị ngắt, thì mô tơ và đòn điều khiển ở trạng thái tự do

Do đó đòn điều khiển quay về vị trí không tải và việc điều chỉnh CCS bị ngắt

Hình 14: Sơ đồ điều khiển li hợp từ

Trang 9

Chiết áp phát hiện góc quay của đòn điều chỉnh và gửi tín hiệu tới ECU điều khiển chạy tự động ở mọi thời điểm ECU điều khiển chạy tự động lưu trữ số liệu này trong bộ nhớ Nếu

có sự khác nhau giữa tốc độ đặt trước và tốc độ thực tế của ô tô thì ECU điều khiển chạy tự động sẽ xác định mức độ góc mở bướm ga để đạt được tốc độ đã đặt trước dựa trên số liệu này

Hình 15: Bộ chiết áp

5 CCS điều khiển bằng ETCS-i

ETCS-i (Electronic Throttle Control System- intelligence) là một hệ thống sử dụng máy tính

để điều khiển bằng điện góc mở của bướm ga Góc mở của bướm ga thông thường được điều khiển trực tiếp bằng dây cáp nối từ bàn đạp ga đến bướm ga để mở và đóng nó Trong

hệ thống này, dây cáp được loại bỏ, và ECU động cơ dùng môtơ điều khiển bướm ga để điều khiển góc mở của bướm ga đến một giá trị tối ưu tương ứng với mức độ đạp bàn đạp

ga Ngoài ra, góc mở của bàn đạp ga được nhận biết bằng cảm biến vị trí bàn đạp ga, và góc

mở của bướm ga được nhận biết bởi cảm biến vị trí bướm ga Hệ thống ECTS-i bao gồm cảm biến vị trí bướm ga, ECU động cơ và cổ họng gió Cổ họng gió bao gồm bướm ga, môtơ điều khiển bướm ga, cảm biến vị trí bướm ga và các bộ phận khác

Hình 18: Cánh bướm ga điện tử

Motor điều khiển bướm ga

Bướm ga

Lò xo hồi

vị bướm ga

Bộ truyền BR giảm tốc

Cảm biến vị trí bướm ga

Tín hiệu tốc độ

Đồng hồ táp lô (đèn chỉ báo)

Công tắc đèn phanh Công tắc điều khiển Công tắc K trung gian Đ

ECU động cơ

Trang 10

Như trên hình minh họa, cổ họng gió bao gồm bướm ga, cảm biến vị trí bướm ga dùng để phát hiện góc mở của bướm ga, môtơ bướm ga để mở và đóng bướm ga, và một lò xo hồi

để trả bướm ga về một vị trí cố định Môtơ bướm ga ứng dụng một môtơ điện một chiều (DC) có độ nhạy tốt và tiêu thụ ít năng lượng ECU động cơ điều khiển độ lớn và hướng của dòng điện chạy đến môtơ điều khiển bướm ga, làm quay hay giữ môtơ, và mở và đóng bướm ga qua một cụm bánh răng giảm tốc Góc mở bướm ga thực tế được phát hiện bằng một cảm biến vị trí bướm ga, và thông số đó được phản hồi về cho ECU động cơ Khi dòng điện không chạy qua môtơ, lò xo hồi sẽ mở bướm ga đến một vị trí cố định (khoảng 70

) Tuy nhiên, trong chế độ không tải bướm ga được đóng lại nhỏ hơn so với vị trí cố định Các chức năng cơ bản CCS điều khiển bằng ETCS-i giống như CCS truyền thống Sơ đồ ETCS-i được cho như bên dưới

Hình 16: Hệ thống ECTS-i

ECU động cơ chủ yếu là điều khiển động cơ, nhưng trên xe có trang bị hệ thống ETCS-i, vì góc mở bướm ga có thể điều khiển bằng điện, nên loại xe này cũng có chức năng điều khiển chạy tự động giống như CCS truyền thống ECU động cơ kích hoạt CCS theo cách giống như ECU CCS thực hiện

Trang 11

Hình 17: Sơ đồ khối CCS

6 Chức năng điều khiển chạy tự động bằng Laser

Hệ thống này duy trì tốc độ xe ở mức độ đã được người lái xác định, chừng nào không có các xe khác ở phía trước trên cùng làn đường với nó Nếu hệ thống xác định được có một xe đang đi phía trước nó với vận tốc chậm hơn vận tốc mà người lái đã đặt trước cho xe của mình, thì nó sẽ đóng bớt bướm ga để giảm tốc độ của xe Nếu cần thiết phải giảm thêm tốc

độ thì tự nó sẽ về số để giảm tốc độ Nếu cần thiết phải giảm tốc độ, thì hệ thống sẽ điều khiển bộ chấp hành phanh để tiến hành phanh xe Sau đó hệ thống sẽ duy trì khoảng cách giữa các xe đã được người lái thiết lập Nhờ vậy nếu không có xe nào chạy trong khoảng cách được thiết lập giữa các xe vì các xe có thể bị thay đổi làn đường khi chạy, thì hệ thống

sẽ tăng tốc từ từ để đạt được tốc độ thiết lập ban đầu và bắt đầu chạy ở tốc độ thiết lập đó

Hình 19: Sơ đồ điều khiển chạy tự động bằng Laser

(1) Cảm biến radar Laser

Bướm ga

Lò xo hồi

vị bướm ga

Bộ truyền BR giảm tốc

Cảm biến vị trí bướm ga

Tín hiệu tốc độ

Đồng hồ táp lô (đèn chỉ báo)

Công tắc đèn phanh Công tắc điều khiển Công tắc K trung gian Đ

ECU động cơ

Trang 12

Có một bộ phận phát và nhận tia Laser và CPU trong cảm biến radar Laser Các tia Laser được phát ra bởi bộ phận phát bức xạ về phía trước sau đó các tia Laser này được phản xạ nhờ thiết bị phản xạ ở xe đang chạy phía trước khoảng thời gian tia phản xạ trở lại bộ phận nhận được tính toán bởi CPU Cảm biến này sẽ xác định khoảng cách giữa xe và xe chạy phía trước Sau đó nó tính toán tốc độ tương đối Các số liệu này sau đó được truyền tới ECU điều khiển khoảng cách Cảm biến này được thiết kế sao cho nó không phản ứng với các vật thể đứng yên

Hình 20: Cảm biến radar Laser

(2) ECU điều khiển khoảng cách

Thiết bị này dùng để xác định xe phía trước nào được dùng làm mục tiêu để xử lý dựa trên những thông tin được cung cấp bởi radar Laser Nó tính toán các tín hiệu tăng tốc cần đạt cho xe và truyền những yêu cầu về tăng tốc giảm tốc, về số, cảnh báo bằng âm thanh và yêu cầu về phanh tới ECU động cơ và ECT và ECU điều khiển trượt

Hình 21: ECU điều khiển khoảng cách

Định dạng
Số trang	12
Dung lượng	1,31 MB