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

Chương HỆ THỐNG ĐIỀU KHIỂN CHẠY TỰ ĐỘNG (CRUISE CONTROL SYSTEM - CCS) 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 cài đặt tốc độ mong muốn, điều khiển động (Engine control unit - ECU) so sánh tốc độ xe thực tế tốc độ cài đặt trước để sinh tín hiệu tương ứng với khác hai tốc độ Tín hiệu truyền tới chấp hành điều khiển cánh bướm ga (hoặc cánh bướm ga điện tử) để trì tốc độ xe cài đặt trước cách điều chỉnh cánh bướm ga cần thiết Hệ thống đặc biệt có ích xe chạy đường cao tốc đường xa lộ, người lái xe thời gian nghỉ ngơi Với hệ thống này, người lái thư giãn lái xe cách thoải mái Một số loại xe có khả tự động giữ khoảng cách xe không đổi (Adaptive cruise control) Hình 1: Chức CCS Hệ thống điều khiển chạy tự động hoạt động nhờ công tắc điều khiển, bàn đạp ga bàn đạp phanh Công tắc điều khiển có chế độ hoạt động: thiết lập “SET”, chạy “COAST”, phục hồi “RES”, tăng tốc “ACC” hủy bỏ “CANCEL” Tuỳ theo loại xe, cấu tạo công tắc cách điều khiển khác CRUISE MAIN Hình 2: Công tắc điều khiển CCS Các thành phần CCS Có hai loại hệ thống điều khiển chạy xe tự động, loại điều khiển ECU điều khiển chạy tự động loại điều khiển ETCS-i (hệ thống điều khiển bướm ga thông minh điện tử) Trong phần này, việc giải thích cấu tạo, nguyên lý hoạt động dựa loại điều khiển theo ECU điều khiển chạy tự động Công tắc khởi động số trung gian Đến đồng hồ tốc độ Công tắc máy ECUIG Công tắc ly hợp đến ECU động ECU ECT Công tắc đèn phanh ECU Đèn báo B PI D TC CMS CCS ECT IDL OD SPD L GND MO MC STP Bộ chấp hành đến DLC3 EP Công tắc điều khiển Hình 3: Hệ thống CCS loại ECU điều khiển có chấp hành Bộ chấp hành Công tắc đèn phanh Đèn báo Công tắc điều khiển ECU Cảm biến tốc độ xe DLC3 Công tắc khởi động số trung gian Hình 5: Sơ đồ bố trí phận CCS - ECU điều khiển chạy tự động ECU nhận tín hiệu từ cảm biến tốc độ xe công tắc khác nhau, xử lý tính toán theo chương trình lưu trữ trước Dựa tín hiệu này, ECU gửi lệnh điều khiển tới chấp hành ECU có chức tự chẩn đoán cho phép kiểm tra hoạt động tín hiệu đầu vào đầu theo đèn báo bảng đồng hồ táp lô - Bộ chấp hành điều khiển chạy tự động Bộ chấp hành đóng vai trò quan trọng CCS, dùng để thay đổi góc mở bướm ga Bộ chấp hành gồm có motor, ly hợp từ biến trở Bộ chấp hành Dẫn động Hình 6: Bộ chấp hành CCS - Công tắc công tắc điều khiển Công tắc công tắc điện hệ thống điều khiển chạy xe tự động Đó công tắc nút bấm, cấp điện cho hệ thống bấm Hình 7: Công tắc công tắc điều khiển Các công tắc điều khiển có chức khác (thiết lập “SET”, chạy “COAST”, phục hồi “RES”, tăng tốc “ACC” hủy bỏ “CANCEL”) Các chế độ SET COAST công tắc hai chế độ RESUME ACCEL công tắc khác Các công tắc loại công tắc tự động hồi vị - Cảm biến tốc độ Trục thứ cấp hộp số HIC (có MRE bên trong) Vòng từ Bánh bị dẫn Trục thứ cấp hộp số Cảm biến tốc độ HIC (có MRE bên trong) Hình 8: Cảm biến tốc độ xe Cảm biến tốc độ Chức cảm biến tốc độ xe để thông báo cho ECU CCS tốc độ xe Khi xe tăng tốc, cảm biến tốc độ quay nhanh tần số tín hiệu tốc độ cao Khi Đồng hồ ECT ECU điều khiển táp lô từ tốc xe chạy chậm tần số tín hiệu tốc độ giảm xuống CảmVòng biến độtrìnhgửi tín hiệu xung từ hộp chạy hành Bánh bị dẫn Cảm biến tốc độ số tới ECU điều khiển chạy tự động thông qua đồng hồ táp lô Cảm biến tốc độ N độ S Cảm biến tốc Rotor cảm biến Đồng hồ táp lô ABS ECU Đồng hồ táp lô ECT ECU điều khiển chạy hành trình ECU điều khiển chạy hành trình Hình 9: Tín hiệu tốc độ từ ECT Cảm biến tốc độ Trên xe đại ngày nay,N hệS thống chạy tự động nhận tín hiệu tốc độ xe qua ECU ABS đồng hồ tápRotor lô Cảm biến tốc độ xe gắn bánh xe sử dụng cho ABS sử dụng cho CCS cảm biến Đồng hồ táp lô ABS ECU ECU điều khiển chạy hành trình Đồng hồ táp lô ECT ECU điều khiển chạy hành trình Cảm biến tốc độ N Rotor cảm biến S Đồng hồ táp lô ABS ECU ECU điều khiển chạy hành trình 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 số trung gian công tắc đèn phanh Khi bật công tắc chế độ điều khiển chạy xe tự động tạm thời bị huỷ bỏ Tuy nhiên, tốc độ xe đặt trước lưu trữ nhớ ECU điều khiển chạy tự động chừng tốc độ xe cao 40 km/h Do đó, tốc độ thiết lập tự động lưu giữ công tắc phục hồi RES bật lên - Đèn thị cảnh báo Đèn thị cảnh báo thông báo cho người lái biết cố xảy với hệ thống điều khiển chạy xe tự động Nếu ECU điều khiển chạy tự động không nhận tín hiệu tốc độ xe thời gian định trước hệ thống điều khiển bị tự động huỷ bỏ có hư hỏng công tắc điều khiển chấp hành, ECU điều khiển chạy tự động làm cho đèn cảnh báo bảng đồng hồ nhấp nháy lần liên tục để báo cho người lái biết cố hệ thống Hình 11: Đèn thị cảnh báo Hoạt động CCS Để thiết lập hệ thống điều khiển chạy tự động tốc độ mong muốn, người lái xe phải thực bước sau:  Ấn nhả công tắc (đặt đầu cần điều khiển), đèn báo sáng lên  Đạp bàn đạp ga cho xe chạy tốc độ mong muốn (giữa 40 km/h đến 200 km/h)  Ấn vào cần điều khiển SET/COAST nhả Tốc độ xe nhả cần điều khiển lưu nhớ ECU điều khiển chạy tự động tốc độ xe điều khiển hệ thống CCS thiết lập Tốc độ xe lưu nhớ gọi tốc độ thiết lập ECU CCS so sánh tốc độ thực tế xe với tốc độ đặt trước Nếu xe chạy với tốc độ lớn tốc độ đặt trước, ECU điều khiển chạy tự động kích hoạt chấp hành làm cho bướm ga đóng bớt lại Nếu xe chạy với tốc độ thấp tốc độ đặt trước, ECU điều khiển chạy tự động kích hoạt chấp hành làm mở thêm bướm ga Có hai phương pháp thiết lập lại tốc độ cao cho CCS: - Dùng công tắc điều khiển: Nhấc công tắc điều khiển lên để bật RES/ACC xe đạt tốc độ mong muốn Nhả công tắc điều khiển xe đạt tốc độ mong muốn Khi người lái đẩy cần điều khiển lên theo hướng RES/ACC để chuyển đến chức tăng tốc giữ cần thời gian xe chạy chế độ điều khiển chạy tự động, chấp hành mở bướm ga để tăng tốc xe ECU điều khiển chạy tự động lưu giữ tốc độ xe nhả cần điều khiển Sau ECU điều khiển chạy tự động giữ cho xe chạy tốc độ vừa lưu giữ - Dùng bàn đạp ga: Nhấn lên bàn đạp ga để xe đạt tốc độ mong muốn Đẩy công tắc điều khiển xuống (tới vị trí SET/COAST) nhả xe đạt tốc độ mong muốn Có hai phương pháp thiết lập lại tốc độ thấp cho CCS: - Dùng công tắc điều khiển: Đẩy công tắc điều khiển xuống để bật SET/COAST xe đạt tốc độ mong muốn Nhả công tắc điều khiển xe đạt tốc độ mong muốn Khi chức bật lên người lái kéo cần xuống theo hướng SET/COAST giữ thời gian xe chạy chế độ điều khiển chạy tự động, chấp hành đóng bướm ga để giảm tốc độ xe ECU điều khiển chạy tự động lưu giữ tốc độ xe nhớ cần điều khiển nhả Sau đó, ECU điều khiển chạy tự động giữ cho xe chạy tốc độ vừa lưu giữ - Dùng bàn đạp phanh: Đạp bàn đạp phanh để tốc độ xe giảm tốc độ mong muốn Đẩy công tắc điều khiển xuống (tới vị trí SET/COAST) nhả xe đạt tốc độ mong muốn Chức điều khiển chạy tự động tự động bị huỷ bỏ thao tác nêu xảy ra: (1) Kéo cần điều khiển phía người lái để hủy bỏ “CANCEL” (2) Đạp bàn đạp phanh (3) Đạp bàn đạp li hợp xe hộp số thường (4) Đặt cần chuyển số vị trí “N” khác vị trí “D” “3” (5) Tốc độ xe xuống thấp 40 km/h (6) Tốc độ xe xuống 16 km/h so với tốc độ đặt trước Việc bật công tắc “RES/ACC” khôi phục lại tốc độ thiết lập tốc độ vừa tạm thời bị huỷ bỏ phương pháp nêu từ (1) – (4) chừng tốc độ xe chưa giảm xuống 40km/h Tuy nhiên việc ngắt công tắc huỷ bỏ chức điều khiển chạy tự động (5) (6), tốc độ thiết lập vĩnh viễn bị huỷ bỏ Nếu người lái muốn hệ thống điều khiển chạy xe tự động bắt đầu hoạt động lại, phải thiết lập lại tốc độ mong muốn lưu nhớ cách bật lại công tắc lặp lại thao tác thiết lập tốc độ mong muốn Bộ chấp hành CCS Mô tơ quay theo kim đồng hồ ngược kim đồng hồ tuỳ theo tín hiệu tăng tốc giảm tốc từ ECU điều khiển chạy tự động, làm thay đổi góc mở bướm ga Hình 11: Cấu tạo chấp hành CCS Mô tơ bị hỏng tiếp tục quay sau bướm ga mở đóng hoàn toàn Để ngăn chặn tượng này, mô tơ có hai công tắc ngăn chặn số số Khi bướm ga mở hoàn toàn sau nhận tín hiệu tăng tốc từ ECU điều khiển chạy tự động, công tắc giới hạn số mở để dừng mô tơ lại Khi bướm ga đóng hoàn toàn (giảm tốc), công tắc giới hạn thứ mở để dừng mô tơ lại Cả hai tiếp điểm công tắc đóng hai vị trí bướm ga mở hoàn toàn đóng hoàn toàn Hình 12: Công tắc giới hạn Ly hợp từ đóng ngắt mô tơ đòn điều khiển trình điều khiển chạy tự động Khi người lái tác động vào công tắc huỷ bỏ chế độ trạng thái huỷ tự động xác lập trình xe chạy chế độ điều khiển CCS, ECU điều khiển chạy tự động ngắt ly hợp từ cách an toàn để dừng hoạt động CCS Hình 13: Cấu tạo li hợp từ Khi đạp bàn đạp phanh, ECU điều khiển chạy tự động nhận tín hiệu huỷ ngắt ly hợp từ Cùng thời điểm dòng điện cung cấp cho ly hợp từ an toàn bị ngắt khí ly hợp từ bị ngắt Khi ly hợp từ bị ngắt, mô tơ đòn điều khiển trạng thái tự Do đòn điều khiển quay vị trí không tải việc điều chỉnh CCS bị ngắt Hình 14: Sơ đồ điều khiển li hợp từ Chiết áp phát góc quay đòn điều chỉnh gửi tín hiệu tới ECU điều khiển chạy tự động thời điểm ECU điều khiển chạy tự động lưu trữ số liệu nhớ Nếu có khác tốc độ đặt trước tốc độ thực tế ô tô ECU điều khiển chạy tự động xác định mức độ góc mở bướm ga để đạt tốc độ đặt trước dựa số liệu Hình 15: Bộ chiết áp CCS điều khiển ETCS-i ETCS-i (Electronic Throttle Control System- intelligence) hệ thống sử dụng máy tính để điều khiển điện góc mở bướm ga Góc mở bướm ga thông thường điều khiển trực tiếp dây cáp nối từ bàn đạp ga đến bướm ga để mở đóng Trong hiệu tốc độ bỏ, ECU động dùng môtơ điều khiển bướm ga để hệ thống này, dây cápTínđược loại Motor điều khiển ga ứng với mức độ đạp bàn đạp điều khiển góc mở củaCông bướm gaphanh đến giá trị tối ưubướm tương tắc đèn ECU ga Ngoài ra, góc mở bàn đạp ga nhận biết cảm biến vị trí bàn đạp ga, góc động Công tắc điều khiển Đồng hồ táp lô (đèn chỉga báo)Hệ thống ECTS-i bao gồm mở bướm ga nhận biết cảm biến vị trí bướm Công tắc K Đ trung gian cảm biến vị trí bướm ga, ECU động cổ họng gió Cổ họng gió bao gồm bướm ga, môtơ điều khiển bướm ga, cảm biến vị trí bướm ga phận khác Motor điều khiển bướm ga Bướm ga Bộ truyền BR giảm tốc Lò xo hồi vị bướm ga Cảm biến vị trí bướm ga Hình 18: Cánh bướm ga điện tử Như hình minh họa, cổ họng gió bao gồm bướm ga, cảm biến vị trí bướm ga dùng để phát góc mở bướm ga, môtơ bướm ga để mở đóng bướm ga, lò xo hồi để trả bướm ga vị trí cố định Môtơ bướm ga ứng dụng môtơ điện chiều (DC) có độ nhạy tốt tiêu thụ lượng ECU động điều khiển độ lớn hướng dòng điện chạy đến môtơ điều khiển bướm ga, làm quay hay giữ môtơ, mở đóng bướm ga qua cụm bánh giảm tốc Góc mở bướm ga thực tế phát cảm biến vị trí bướm ga, thông số phản hồi cho ECU động Khi dòng điện không chạy qua môtơ, lò xo hồi mở bướm ga đến vị trí cố định (khoảng 70) Tuy nhiên, chế độ không tải bướm ga đóng lại nhỏ so với vị trí cố định Các chức CCS điều khiển ETCS-i giống CCS truyền thống Sơ đồ ETCS-i cho bên Hình 16: Hệ thống ECTS-i ECU động chủ yếu điều khiển động cơ, xe có trang bị hệ thống ETCS-i, góc mở bướm ga điều khiển điện, nên loại xe có chức điều khiển chạy tự động giống CCS truyền thống ECU động kích hoạt CCS theo cách giống ECU CCS thực 10 Tín hiệu tốc độ Motor điều khiển bướm ga Công tắc đèn phanh Công tắc điều khiển ECU động Đồng hồ táp lô (đèn báo) Công tắc K Đ trung gian Hình 17: Sơ đồ khối CCS Motor điều khiển bướm ga Chức điều khiển chạy tự động Laser Bướm ga Hệ thống trì tốc độ xe mức độ người lái xác định, chừng xe khác phía trước đường với Nếu hệ thống xác định có xe phía trước với vận tốc chậm vận tốc mà người lái đặt trước cho xe Bộ truyền tốc tốc độ xe Nếu cần thiết phải giảm thêm tốc mình, đóng bớt bướm gaBR đểgiảm giảm Lò xo hồi Cảm biến vị trí độ tự số để giảm tốc độ Nếuvị bướm cần ga thiết phải bướm giảmgatốc độ, hệ thống điều khiển chấp hành phanh để tiến hành phanh xe Sau hệ thống trì khoảng cách xe người lái thiết lập Nhờ xe chạy khoảng cách thiết lập xe xe bị thay đổi đường chạy, hệ thống tăng tốc từ từ để đạt tốc độ thiết lập ban đầu bắt đầu chạy tốc độ thiết lập Hình 19: Sơ đồ điều khiển chạy tự động Laser (1) Cảm biến radar Laser 11 Có phận phát nhận tia Laser CPU cảm biến radar Laser Các tia Laser phát phận phát xạ phía trước sau tia Laser phản xạ nhờ thiết bị phản xạ xe chạy phía trước khoảng thời gian tia phản xạ trở lại phận nhận tính toán CPU Cảm biến xác định khoảng cách xe xe chạy phía trước Sau tính toán tốc độ tương đối Các số liệu sau truyền tới ECU điều khiển khoảng cách Cảm biến thiết kế cho không phản ứng với vật thể đứng yên Hình 20: Cảm biến radar Laser (2) ECU điều khiển khoảng cách Thiết bị dùng để xác định xe phía trước dùng làm mục tiêu để xử lý dựa thông tin cung cấp radar Laser Nó tính toán tín hiệu tăng tốc cần đạt cho xe truyền yêu cầu tăng tốc giảm tốc, số, cảnh báo âm yêu cầu phanh tới ECU động ECT ECU điều khiển trượt Hình 21: ECU điều khiển khoảng cách 12 [...]... hiệu tốc độ Motor điều khiển bướm ga Công tắc đèn phanh Công tắc điều khiển ECU động cơ Đồng hồ táp lô (đèn chỉ báo) Công tắc K Đ trung gian Hình 17: Sơ đồ khối CCS Motor điều khiển bướm ga 6 Chức năng điều khiển chạy tự động bằng Laser Bướm ga 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... Cảm biến vị trí độ thì tự nó sẽ về số để giảm tốc độ Nếuvị bướm cần ga thiết phải bướm giảmgatốc 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... 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 11 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... 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... 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 12 ... điều khiển điện, nên loại xe có chức điều khiển chạy tự động giống CCS truyền thống ECU động kích hoạt CCS theo cách giống ECU CCS thực 10 Tín hiệu tốc độ Motor điều khiển bướm ga Công tắc đèn... ECT Công tắc đèn phanh ECU Đèn báo B PI D TC CMS CCS ECT IDL OD SPD L GND MO MC STP Bộ chấp hành đến DLC3 EP Công tắc điều khiển Hình 3: Hệ thống CCS loại ECU điều khiển có chấp hành Bộ chấp hành... số trung gian Hình 5: Sơ đồ bố trí phận CCS - ECU điều khiển chạy tự động ECU nhận tín hiệu từ cảm biến tốc độ xe công tắc khác nhau, xử lý tính toán theo chương trình lưu trữ trước Dựa tín hiệu