Cruise control system và Adaptive cruise control system

Hệ thống điều khiển tự động cầm chừng Cruise control system và Adaptive cruise control system trên ôtô là một trong những hệ thống tự điều khiển động cơ thông qua cánh bướm ga mà người lái không cần đập bàn đạp ga tránh tình trạng mỏi chân, quan trong hơn chúng còn nhờ một cảm biển radar để biết vật thế phía trước nhằm tránh va chạm xe phía trước bằng cơ cấu chấp hành là phanh và bướm ga phối hợp cho nhau.

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO TRƯỜNG ĐẠI HỌC SƯ PHẠM KỸ THUẬT TP HCM KHOA CƠ KHÍ ĐỘNG LỰC  TIỂU LUẬN MÔN HỆ THỐNG ĐIỀU KHIỂN TỰ ĐỘNG TRÊN ÔTÔ ĐỀ TÀI CRUISE CONTROL SYSTEM VÀ ADAPTIVE CRUISE CONTROL SYSTEM FORD RANGER 2016 GVHD : Ths Nguyễn Trung Hiếu SVTH : Trần Đại Kế Nguyễn Đình Xuân Vĩnh MSSV : 17645152 17645149 LỚP : 17645SP2B Ngày 25 tháng năm 2018 Lời nói đầu Thế giới chuyển phát triển nhanh mặt, tất nhiên kể đến tiến khoa học kỹ thuật công nghiệp, đời sống đặt biệt hết phương tiện giao thơng Ngày phương tiện lại ôtô ngày thông dụng theo su hướng phát triển kỹ sư khơng ngừng cho tính đại, tiện lợi, an tồn, xác oto Các hệ thống điều khiển tự động dựa mong muốn người mong muốn người lập trình sẵn kết hợp với cảm biến thu thập thông tin xử lý cách tự động giúp hệ thống hoạt động cách tối ưu sau báo tín hiệu hoạt đơng hay bị lỗi Hay gọi cách khác OPEN-LOOP CONTROL SYSTEM CLOSE-LOOP CONTROL SYSTEM Trong ôtô ngày có nhiều hệ thống đời điều khiển module control Việc có nhiều hộp module control làm cho kết nối chúng tạp, hao phí đường dây điện, chiếm diện tích, khó chẩn đốn đặt biệt hết dễ bị nhiễu, làm cho hệ thống ngưng hoạt động đột ngột gây nguy hiểm, bất tiện phải khởi động lại Nhưng việc mạng CAN (CAN BUS) đời module control kết nối cách đơn giản, giải tất vấn đề phổ biến rộng dòng xe đại ngày Sự đời mạng kết nối CAN sở giúp phát triển nhiều hệ thống điều khiển tự động ôt tô đại Trong số có kể đến CRUISE CONTROL SYSTEM vừa kết hợp với ADAPTIVE CRUISE CONTROL SYSTEM, hai gắn liền hỗ trợ cho việc tự điều khiển xe chạy khoảng tốc độ tự động tránh va chạm vật phía trước Qua ta thấy cơng nghệ phát triển cho hệ thống vô tiện lợi giúp người lái thỏa mái, thư giãn vô an toàn Do tầm quan trọng muốn nắm bắt công nghệ nên đề tài em sâu vào hai hệ thống Việc tìm kiếm tài liệu, kiến thức chưa sâu, dịch thuật chưa tốt xảy nhiều sai soát đề tài mong thầy bạn bạn đọc góp ý, bổ sung để hoàn thiện Người thực Trần Đại Kế Nguyễn Đình Xuân Vĩnh Mục lục I CRUISE CONTROL SYSTEM Hệ thống điều khiển kín 2 Cách thức giao tiếp module 3 Đặc điểm Il ADAPTIVE CRUISE CONTROL SYSTEM Hệ thống điều khiển kín Các tín hiệu giao tiếp module Đặt điểm IIl SƠ ĐỒ MẠCH ĐIỆN ĐIỀU KHIỂN CCS VÀ ACCS Công tắc bàn đạp phanh Cảm biến bàn đạp ga 11 Công tắc điều chỉnh vô lăng , CCS ACCS vô lăng 12 Module CCM có tích hợp radar 15 I CRUISE CONTROL SYSTEM Hệ thống điều khiển kín Cruise control system hệ thống điều khiển tự động Ơtơ, hệ thống tập hợp nhiều module cung cấp, trao đổi liệu cho để điều khiển Ơtơ vận hành tốc độ cách cầm chừng tự động Bao gồm: • SCCM Steering column control module (module điều khiển trục lái cụm công tắc) • SECM Steering effort control module (module điều khiển trợ lực lái) • SASM Steering angle sensor module (module xử lý cảm biến vị trí góc lái) • RCM Restraint control module (module điều khiển kiểm sốt xe) • ABS Antilock brake system module (module xử lý chống bó cứng phanh) • PCM Powertrain control module (module điều khiển động cơ) • IPC Instrument panel control (cơ cấu điều khiển) Một số module xử lý, điều khiển chức khác Hình 1: Sơ đồ giao tiếp module hỗ trợ cho Cruise control system 2 Cách thức giao tiếp module a Thơng tin đầu vào điều khiển IPC: Tín hiệu đầu vào IPC Xuất phát từ module Mục đích tín hiệu Nhận biết cruise control có hoạt động PCM Nhận biết người lái có đạp bàn đạp ga hay không Trạng thái cruise control PCM Thông tin dùng để điều khiển tốc độ xe phù hợp với điều kiện vận hành Cài đặt tốc độ cho cruise control theo yêu cầu PCM Thông tin dùng để người dùng cài đặt mứt tốc độ sử dụng CCS b Thơng tin vào module PCM: Tín hiệu đầu vào PCM Xuất phát từ module Cụm công tắc điều khiển tay lái, thay đổi tốc độ SCCM xe Tăng cường, kiểm soát ổn định xe Tăng cường lực bám cho xe Lực quán tính ngang qua cua… Lực quán tính dọc đường gồ gề… Mục đích tín hiệu Dùng để bật, tắt cruise control thay đổi chế độ hoạt động… ABS Điều khiển ngưng, giảm tốc độ có tín hiệu yêu cầu RCM Điều khiển ngưng, giảm tốc độ có tín hiệu u cầu Góc xoay tâm xe c Thơng tin vào module SCCM: Tín hiệu đầu vào Cụm công tắc điều khiển Cruise control Xuất phát từ module SASM Mục đích tín hiệu Dùng để bật tắt công tắt cruise control chế độ điều khiển CCS trang bị vô lăng Đặc điểm a Chức năng: Các chức điều khiển CCS bao gồm • Khởi động/ tắt CCS • Thiết lập trì tốc độ xe theo mong muốn • Đẩy nhanh tốc độ xe • Khi xuống dốc tự thay đổi tốc độ cho thấp phù hợp • Giữ khoảng cách tránh va chạm nối lại khoảng cách với xe trước • Tắt hệ thơng cruise control Chú ý: Tốc độ cầm chừng sử dụng cruise control khoảng 30 đến 32 km/h, có nhiều khoảng tốc độ cho người lái lựa chọn Đặt biệt dùng khóa mykey để cài đặt khoảng tốc độ giới hạn mà mong muốn Khi xe lên xuống dốc tốc độ giao động cao thấp khoảng giới hạn b Các trường hợp gây vơ hiệu hóa CCS: • Khi sử dụng phanh tay • Khơng sử dụng dùng số D OD số tỉ số truyền tốc độ cao người lái phải tự điều khiển • Sau chạy xe chế độ bàn đạp ga chạy phút sử dụng CCS • Cơng tắc CCS nhấn bị kẹt qua phút • Tốc độ xe 16 km/h tốc độ cài đặt khơng sử dụng CCS • ABS bị lỗi CCS cung cấp tự chẩn đốn CCS bị vơ hiệu hóa phát thấy lỗi hệ thống Khơng báo IPC hiển thị có lỗi xảy Mã lỗi ghi lại PCM SCCM nên cần xóa mã lỗi Il ADAPTIVE CRUISE CONTROL SYSTEM Hệ thống điều khiển kín Việc bạn hoạt động chế độ CCS xe tự động di chuyển mà khơng cần đạp ga, gây nhiều trường hợp xử lý không kịp dễ gây tai nạn Vì ACCS thu thập thơng tin vật cản phía trước để báo cho CCS điều chỉnh tốc độ cầm chừng cho giữ khoảng cách vô quan trọng Ở module hỗ trợ ACCS giống CCS bổ sung thêm module sau: • CCM (Cruise control module) • BCM (Body control module) Hình 2: Sơ đồ giao tiếp module sử dụng chức ACCS Các tín hiệu giao tiếp module a Các tín hiệu đầu vào module ABS: Tín hiệu vào ABS Xuất phát từ module Mục đích tín hiệu ACCS yêu cầu hãm lực phanh CCM Dùng để hãm tốc độ sử dụng CCS để giữ khoảng cách xe trước xác Khi đạp bàn đạp phanh PCM Tín hiệu cơng tắt bàn đạp phanh gửi RCM Điều khiển giảm tốc độ có tín hiệu u cầu Lực quan tính ngang qua cua Lực quán tính dọc đường gồ gờ b Tín hiệu đầu vào module CCM: Tín hiệu vào CCM Xuất phát từ module Mục đích tín hiệu Vị trí bàn đạp ga PCM Biết vị trí bàn đạp ga Khi nhấn bàn đạp phanh PCM Nhận tín hiệu từ cơng tắt bàn đạp phanh CCS hoạt động khoảng thời gian dài PCM Người lái cần phải đạp bàn đạp ga tiếp tục sử dụng CCS Trạng thái lúc khởi động BCM Tín hiệu gửi từ công tắt khởi động ABS Dừng sử dụng chức CCS có tín hiệu Lực quán tính dọc đường gồ gề RCM Dừng sử dụng chức CCS có tín hiệu Cấu trúc liệu xe BCM Điều chỉnh cân bằng, ổn định phanh Điều chỉnh lực bám đường phù hợp Xác định trọng tâm, góc xoay tâm xe Lực qn tính ngang qua cua Dùng để so sánh kiểm tra với cấu trúc dư liệu ACCS c Tín hiệu đầu vào điều khiển IPC: Tín hiệu vào IPC Điều khiển hành trình với khoảng cách với xe phía trước Các chế độ cruise control Cruise control hoạt động khoảng thời gian dài Trạng thái cruise control Xuất phát từ module CCM Mục đích tín hiệu Tín hiệu dùng để hiển thị điều khiển CCS giữ khoảng cách với xe phía trước PCM Điều khiển thay đổi tốc độ để tương ứng giữ khoảng cách PCM Người lái cần tác dụng lên bàn đạp ga tiếp tục trở lại chế độ CCS PCM Dữ liệu dùng để điều khiển tốc độ tương ứng với tình trạng chạy cầm chừng Cài đặt tốc độ cruise control PCM Dữ liệu người lái thiết lập tốc độ xe chạy cầm chừng mong muốn d Tín hiệu đầu vào module PCM: Tín hiệu vào PCM ACCS gửi tín hiệu Tăng cường kiểm soát ổn định xe Tăng cường lực bám cho xe Lực quán tính ngang qua cua Lực qn tính dọc đường gồ gề Góc xoay tâm xe Xuất phát từ module Mục đích tín hiệu CCM Dùng để bật, tắt cruise control hoạt động với yêu cầu ABS Điều khiển tốc độ chậm dần cần thiết Điều chỉnh tốc độ xe chậm dần cần thiết RCM e Tín hiệu đầu vào module SCCM: Tín hiệu vào SCCM Cụm cơng tắt chế độ CCS Xuất phát từ module SASM Mục đích tín hiệu Dùng để bật tắt cơng tắt cruise control chế độ điều khiển CCS trang bị vơ lăng Đặt điểm • Khi người lái sử dụng chức CCS đồng thời hệ thống ACCS hoạt động kèm theo RADAR CCM phát tín hiệu dạng sóng để biết xe phía trước mà phân phối lực phanh giảm tốc độ cầm chừng cho hợp lý • Sóng sử dụng Radar Ơtơ có tên vi ba (sóng ngắn) bước sóng lớn tia hồng ngoại ngắn sóng radio tần số 76 GHz • Khi hoạt động chế độ ACCS ga phanh điều khiển tự động người lái việc giữ vô lăng, người lái tác động lên bàn đạp phanh làm công tắt BPP nhận biết gửi tín hiệu đến PCM lúc chế độ ACCS chuyển sang chế độ người tự lái • Khi xe hoạt động chế độ ACCS mà tốc độ 20km/h đèn báo âm phát khơng nằm tốc độ ACCS hỗ trợ người dùng phải tự lái • CCM theo dõi tín hiệu từ ABS gồm thay đổi góc xoay tâm xe, lực qn tính, lực bám mứt cho phép CCM báo lên taplo với dòng chữ COLLISION WARING MALFUNCTION ADAPTIVE CRUISE MALFUNCTION • CCM phía trước đầu xe có tích hợp Radar Nếu radar bị che khuất bụi, băng tuyết, mưa, vật lạ hệ thống ACCS khơng thể hoạt động cảm biến báo taplo “Radar Blocked”, nên thường xuyên vệ sinh radar • ABS nhận biết nhiệt độ phanh từ tăng hay giảm áp lực thời gian phanh cách hợp lí Nếu nhiệt độ ngưỡng cho phép có âm báo ACCS ngưng hoạt động phanh giải nhiệt Những trường hợp thường xảy đường đồi núi • CCM điều khiển mơ-đun ABS từ điều khiển hệ thống phanh để làm chậm xe trì khoảng cách an tồn với xe phía trước • CCM có tích hợp thiết bị cảm biến radar đo tốc độ tương đối khoảng cách hai xe CCM có trách nhiệm yêu cầu PCM tăng tốc độ xe mô-đun ABS để phanh, cần thiết Hình 3: Vị trí module CCM có tích hợp radar IIl SƠ ĐỒ MẠCH ĐIỆN ĐIỀU KHIỂN CCS VÀ ACCS Dựa vào sơ đồ giao tiếp moadule sơ đồ mạch điện tín hiệu ta phân tích, hiểu ngun lý hoạt động hệ thống CCS Có số module gửi thơng tin, trao đổi tín hiệu qua mạng CAN đến module quan trọng cho CCS để xử lý nên ta không sâu vào mạch điện module Cơng tắc bàn đạp phanh Hình 4: sơ đồ mạch điện tín hiệu cơng tắc bàn đạp phanh Sơ đồ mạch điện cho thấy tín hiệu bất đầu từ cụm cơng tắc bàn đạp phanh gửi tín hiệu đến PCM xử lý đưa đến BCM Cụm cơng tắc bao gồm: • Cơng tắc 1,4 báo tín hiệu đèn CCS • Cơng tắc 2,3 báo tín hiệu để ngắt CCS trở lại chức CCS Khi không đạp bàn đạp phanh: • Cơng tắc 1,4 hở tiếp điểm vị trí đèn tín hiệu khơng báo • Cơng tắc 2,3 đóng tiếp điểm vị trí tín hiệu gửi đến PCM tín hiệu từ PCM đến hệ thống điều khiển Electronic Throttle Body (ETB) điều khiển motor bướm ga Electronic Throttle Control (ETC) với góc độ lập trinh sẵn tương ứng với tốc độ cầm chừng cài đặt CCS Nên CCS hoạt động bình thường Khi đạp bàn đạp phanh: • Cơng tắc 1,4 đóng tiếp điểm vị trí đèn thơng báo • Cơng tắc 2,3 mở tiếp điểm vị trí tín hiệu bị ngắt PCM khơng nhận tín hiệu báo cho ETB khơng điều khiển ETC cánh bướm ga khơng điều khiển tự động cầm chừng CCS người lái lúc sẵn sàn điều khiển 10 Cảm biến bàn đạp ga Hình 5: Cảm biến bàn đạp chân ga Sơ đồ mạch điện thể cảm biến vị trí bàn đạp ga Accelerator pedal position (APP) Sensor loại tuyến tính, APP bàn đạp ga gồm có chân gồm cảm biến Cảm biến thứ gồm chân 1,2,3: • Chân chân 5V, chân âm • Chân chân tín hiệu PCM Cảm biến thứ hai tương tự gôm chân 4,5,6: • Chân chân chân 5V âm • Chân chân tín hiệu PCM 11 Nhiệm vụ xác định vị trí góc mà người đạp bàn đạp ga, cảm biến cho tín hiệu bù trừ ví dụ cảm biến đạp 80% cảm biến đo 20% sau gửi tín hiệu điện áp PCM phân tích so sánh gửi đến ETB (Electronic throttel body) điều khiển motor bướm ga hợp lý Khi người lái chuyển sang chế độ CCS PCM liền cung cấp liệu cài đặt sẵn gửi đến ETB để điều khiển bướm ga cho tốc độ hợp lý lúc không cần phải đạp bàn đạp ga Nếu cảm biến bị hỏng PCM gửi tín hiệu chạy mứt bàn đạp ga 25%, hỏng chạy chế độ không tải Công tắc điều chỉnh vô lăng , CCS ACCS vô lăng Hình 6: Module điều khiển cột lái xử lý tín hiệu cơng tắc 12 Hình module điều khiển hệ thống lái gồm có chân số 3, 4, 5, 7: Chân 3, tín hiệu vào module dựa mạng CAN gồm: • HS2 CAN+ tín hiệu gửi đến PCM • HS1 CAN- Tín hiệu gửi để xử lý Chân số hộp cầu chì BCM Chân số chân mass Hình 7: Cụm công tắc tay lái gửi SCCM để xử lý tín hiệu 13 Sơ đồ mạch điện gồm hệ thống chính: • Cụm cơng tắc tay lái ( mõi cụm cơng tắc điều khiển hệ thống nhiều chế độ khác • Gửi tín hiệu so sánh • Cuộn dây điện Clockspring tay lái • SCCM Nguyên lý hoạt động sau: − Cụm công tắc down, left, right, ok, up dùng để điều chỉnh cần lái theo ý muốn − Cụm cơng tắc GAP UP, GAP DN • Công tắc GAP UP: Dùng để tăng khoảng cách với xe phía trước, nhấn cơng tắc dòng điện từ chân 15 qua cuộn điện CLOCKSPRING qua công tắc, qua diot đến chân SCCM Tại vị trí GAP UP nằm điện trở với điện trở SCCM tạo thành cầu phân áp, tạo mứt điện áp khác với công tắc khác giống điện áp lập trình từ tín hiệu gửi đến CCM điều chỉnh tần số radar để tăng khoảng cách xe • Cơng tắc GAP DN: tương tự công tắc GAP UP giảm khoảng cách với xe phía trước − Cụm cơng tắt SET+ SET• Khi đóng cơng tắc SET+ : Dòng điện từ chân SCCM qua cuộn CLOKSPRING kết hợp tín hiệu so sánh điểm S238 qua cơng tắc điơt làm cho dòng điện chiều chân chung tao thành cầu phân áp điện áp rơi gửi vi điều khiển SCCM lưu trữ vào nhớ từ phân tích so sánh gửi tín hiệu đến PCM thơng qua mạng HS1 CAN, PCM xử lý điều khiển ETB (Electronic Throttle Body) điều khiển bướm ga với góc mở mong muốn xe chạy với vận tốc cầm chừng tăng 2km/h cho mõi lần bấm • Cơng tắc SET- : tương tự SET+ tốc độ cài đặt giảm dần cho mõi lần bấm − Cụm công tắc RES/CNCL ON/OFF • Cơng tắc RES/CNCL: Khi ấn cơng tắt RESUME dòng điện từ chân SCCM qua CLOCKSRING đến cơng tắc, diot chân SCCM tạo thành cầu phân áp vi điều khiển xử lý gửi đến PCM CCM xử lý cài đặt lại tốc độ cầm chừng cho CCS Khi ấn công tắt lần CANCEL để hủy tốc độ cài đặt • Công tắt ON/OFF tương tự dùng để bật tắt CCS − Cụm đèn led cho mõi công tắc, sáng lên bật công tắc 14 Module CCM có tích hợp radar Hình 8: CCM có tích hợp radar Gồm có chân 4,7,8,10: chân mass, chân 10 hộp cầu chì, chân 7,8 giao tiếp thu nhận thơng tin module Bên có tích hợp radar chế độ CCS hoạt động radar hoạt động theo sóng radar phát thu nhận để CCM xử lý gửi tín hiệu đến PCM, ABS để điều chỉnh tốc độ lực phanh hợp lý nên gọi ACCS 15 ... đầu vào điều khiển IPC: Tín hiệu vào IPC Điều khiển hành trình với khoảng cách với xe phía trước Các chế độ cruise control Cruise control hoạt động khoảng thời gian dài Trạng thái cruise control. .. Xuân Vĩnh Mục lục I CRUISE CONTROL SYSTEM Hệ thống điều khiển kín 2 Cách thức giao tiếp module 3 Đặc điểm Il ADAPTIVE CRUISE CONTROL SYSTEM Hệ... lỗi Hay gọi cách khác OPEN-LOOP CONTROL SYSTEM CLOSE-LOOP CONTROL SYSTEM Trong ôtô ngày có nhiều hệ thống đời điều khiển module control Việc có nhiều hộp module control làm cho kết nối chúng tạp,