48
Ở cụm này các tín hiệu được tiếp nhận bao gồm : tốc độ cài đặt, tín hiệu hoạt động của hệ thống, tín hiệu tốc độ thực tế được trả về từ cảm biến tốc độ, vị trí bướm ga. Các tín hiệu này được thu thập tín toán so sánh bằng giải thuật PID và các phương thức tính toán bổ sung. Sau quá trình tính toán cụm này sẽ cho ra tín hiệu điều khiển hoạt động của bộ chấp hành.
3. 2.4 Cụm điều khiển Bộ chấp hành
Hình 3.12 Cụm CCS MODULE
Sau khi tiếp nhận được các tín hiệu điều kiện từ cụm PID và Controler Block, cụm này tiến hành điều khiển hoạt động của LY HỢP TỪ, MOTOR CCS có bên trong bộ chấp hành.
49
3.2.5 Cụm cảm biến vị trí bướm ga và motor mô phỏng tốc độ xe
Hình 3.13 Cụm mô phỏng tốc độ xe
Sau khi BỘ CHẤP HÀNH thực hiện can thiệp đóng hay mở bướm ga thì tín hiệu vị trí bướm ga được đưa về cụm này và được xử lý. Sau quá trình xử lý tín toán cụm sẽ xuất tín hiệu điều khiển motor mô phỏng tốc độ xe.
3.2.6 Các BLOCK hiển thị và báo hiệu
50
Hình 3.15 Block hiển thị các đèn báo
Các Block này sẽ điều khiển hoạt động báo hiệu và trình diễn của các đèn báo và LCD theo đúng các chế động hoạt động, thông số tốc độ, vị trí bướm ga.
51
Chương 4: THIẾT KẾ THI CÔNG MÔ HÌNH HỆ THỐNG CCS
4.1 BỘ CHẤP HÀNH
Với khả năng của người thực hiện thì không thể chế tạo một bộ chấp hành hoàn chỉnh, đáp ứng đầy đủ những đòi hỏi về tính năng kỹ thuật cần thiết của một bộ chấp hành có thể dùng cho hệ thống điều khiển ga tự động và thực hiện công việc này là không cần thiết. Do đó người thực hiện sử dụng một bộ chấp hành có sẵn là một sản phẩm được sẳn xuất bởi tập đoàn TOYOTA để đưa vào mô hình.
Khi đo kiểm bộ chấp hành:
Bộ chấp hành không hoạt động: VR1 – VR2 : 300Ω; VR3 –VR2: 1655Ω. Bộ chấp hành hoạt động tối đa: VR1 – VR2 : 1410Ω; VR3 –VR2: 515Ω. Các chân MC và MO cấp nguồn điều khiển 6-12V cho motor bộ chấp hành. Các chân L và L- cấp nguồn 12V để kích hoạt ly hợp từ.
52
4.2 CÔNG TẮC ĐIỀU KHIỂN
Công tắc điều khiển dùng cho mô hình là loại công tắc điều khiển của TOYOTAcó công tắc chính ở phía đầu công tắc điều khiển. Đầu giắc ra có 3 chân : CCS, CMS, GND.
Hình 4.2 Công tắc điều khiển
Cách kiểm tra:
Nhấn công tắc chính thì 2 chân CMS và GROUND thông nhau, chân CCS và GROUND không thông nhau.
Khi đo chân CCS và GROUND cần chú ý:
R = 418 Ω, với công tắcđiều khiển được bật ở vị trí CANCEL. R = 68 Ω, với công tắc điều khiển được bật ở vị trí RES/ACC. R=198 Ω, với công tắc điều khiển được bật ở vị trí SET/COAST.
4.3 CỤM PEDAL BƯỚM GA
Cảm biến vị trí bướm ga được gắn trên bướm ga và được cấp nguồn 5V để cho ra tín hiệu tương tự biến đổi từ 0V đến 5V, tùy thuộc vào từng vị trí của bàn đạp ga để điều khiển tăng hay giảm tốc độ của motor mô phỏng tốc độ. Thông qua motor này cảm biến tốc độ sẽ quay tạo ra tín hiệu xung tốc độ.
53
Hình 4.3 Pedal
Hình 4.4 Bướm ga
Do đó tín hiệu xung tăng hay giảm là do bướm ga mở rộng hay hẹp. Tín hiệu xung từ cảm biến tốc độ sẽ được gửi về ECU CCS để xử lý để phù hợp với tốc độ thực tế của xe.
54
VC: 5V ; VTA: giá trị điện áp chạy từ 0V đến 5V theo vị trí bướm ga; E2 là chân mass.
4.4 CÁC CÔNG TẮC HỦY
Gồm có 3 công tắc hủy: Tương ứng khi người lái đạp phanh; đạp ly hợp ở xe số thường hoặc vị trí cần số đang số trung gian ở xe số tự động; khi kéo phanh tay thì chế độ CCS cũng sẽ tự hủy.
Hình 4.5 Các công tắc hủy
4.5 ĐÈN BÁO VÀ GIẮC KIỂM TRA
Gồm 4 đèn báo :CCS, Brake và Clutch.khi người điều khiển nhấn công tắc chính thì đèn CCS màu xanh sáng lên báo chế độ CCS được thiết lập, tương ứng khi người điều khiển đạp phanh, kéo phanh tay hay đạp ly hợp thì các đèn brake, clutch cũng tương ứng sáng lên báo chế độ CCS được hủy. Giắc kiểm tra được cải biên thành cổng giao tiếp USB có thể kết nối trực tiếp với máy vi tính để chẩn đoán, kiểm tra lỗi và code.
Ngoài ra ta có thể theo dõi các trạng thái hoạt động của hệ thống CCS ngay trên màn hình LCD.
55
4.6 ECU ĐIỀU KHIỂN GA TỰ ĐỘNG:
ECU điều khiển ga tự động nhận các tín hiệu từ cảm biến tốc độ xe và các công tắc khác, đồng thời xử lý chúng theo một chương trình nạp trước. Dựa trên các tín hiệu này, ECU gửi các tín hiệu điều khiển đến motor và ly hợp từ của bộ chấp hành. ECU gồm các chân: B, Batt, STP-, CMS, CCS, TC, PI, SPD, N&C, IDL, ECT, OD, MC, MO, VR1, VR2, VR3, L, L-, GND.
4.7 CẢM BIẾN TỐC ĐỘ
Ở mô hình này người làm sử dụng cảm biến điện từ được quay nhờ motor mô phỏng qua đó xuất tín hiệu xung cho ECU CCS.
Giá trị điện áp các chân: B+ : 5V
SPD : tín hiệu xung 0V hoặc 5V khi cảm biến hoạt động
56
4.8THIẾT KẾ MÔ HÌNH
Khung mô hình được làm bằng sắt mạ kẽm 20×20 mm dày 1,4mm.
Hình 4.8 Khung mô hình
Mô phỏng gá lắp hệ thống lên bề mặt khung.
57
Mô hình sau khi được gá lắp hoàn chỉnh.
58
Chương 5: THỬ NGHIỆM VÀ ĐÁNH GIÁ KẾT QUÁ
Hoàn thành chương trình điều khiển hệ thống CCS bằng Simulink.
Hoạt động trên tất cả các chế độ.
Chế độ cài đặt ban đầu(SET)
Hình 5.1 Hệ thống CCS ở trạng thái hoạt động
Trong quá trình hoạt động ta có thể tăng giảm vận tốc mong muốn rất dễ dàng bằng cách điều khiển công tắc điều khiển CCS theo các vị trí hoạt động khác nhau.
Chế độ tạm ngưng(CANCEL)
Hình 5.2 Hệ thống CCS ở trạng thái “CANCEL”
59
CCS, vận tốc cài đặt này sẽ được kích hoạt trở lại khi thực hiện thao tác phục hồi (RESUME).
Chế độ phục hồi (RESUME)
Hình 5.3 Hệ thống CCS đang ở trạng thái “RESUME” Tốc độ cài đặt được phục hồi từ ECU CCS.
Điều kiện để sử dụng chế độ RESUME là vận tốc xe phải lớn hơn 40 km/h.
Chế độ tăng tốc (ACC)
60
Chế độgiảm tốc (COAST)
Hình 5.5 Đồ thị đáp ứng khi giảm tốc độ
Tốc độ đáp ứng ổn định nhất trong khoảng :40 km/h đến 130km/h với độ sai lệch so với tốc độ cài đặt khoảng ±2km .
Các chế độ tăng tốc giảm tốc hoạt động tốt. Nhưng dãy tốc độ đáp ứng còn nhảy bậc, chưa mô phỏng hoàn toàn giống với tốc độ thực tế của ô tô.
61
Chương 6: KẾT LUẤN VÀ ĐỊNH HƯỚNG PHÁT TRIỂN ĐỀ TÀI
6.1NHỮNG THÀNH QUẢ THU ĐƯỢC
Nắm vững việc vận dụng thuật toán PID điều khiển tốc độ xe.
Nắm được các kiến thức cơ bảng sử dụng Matlab Simulink lập trình cho ECU CCS.
Được thực hành hàn, sơn khung mô hình.
Nghiên cứu lý thuyết Cruise control cũng như những bước phát triển của hệ thống.
Mô phỏng hệ thống hoạt động được ở khác nhiều chế độ hoạt động.
Board mạch hoạt động tương đối ổn định.
Học được thêm nhiều kiến thức về điện tử, công nghệ thông tin, cũng như hoạt động của board mạch ARDUINO MEGA 2560 R3.
6.2 HẠN CHẾ CỦA ĐỀ TÀI
Thuật toán mô phỏng trên MATHLAB SIMULINK còn dài dòng, chưa đưa ra tốc độ đáp ứng hoàn toàn đúng với tốc độ mong muốn.
Hệ thống chưa được thử nghiệm trên xe thực tế.
Chưa mô phỏng đầy đủ các trường hợp xảy ra khi xe đang vận hành.
Mô hình chưa được tích hợp cảm biến LIDAR hoặc RADAR nên hệ thống chưa đạt đến mức chủ động đáp ứng.
Cảm biến thu được tín hiệu vẫn còn nhiễu.
Motor mô phỏng tốc độ xe không như mong muốn.
6.3 ĐỊNH HƯỚNG PHÁT TRIỂN ĐỀ TÀI
Tích hợp thêm các cơ cấu khác như ABS; bướm ga điện tử, bảng tap lô hiển thị để việc điều khiển thực tế hơn.
Thử nghiệm mô hình hệ thống trên xe ô tô.
Phát triển lên hệ thống điều khiển ga tự động chủ động đáp ứng.
62
TÀI LIỆU THAM KHẢO
[1] Đỗ Văn Dũng, Hệ thống điện thân xe và điều khiển tự động trên ô tô, Trường Đại học Sư phạm kỹ thuật TP. Hồ Chí Minh, 2007.
[2] Nguyễn Thị Phương hà, Lý thuyết điều khiển hiện đại, NXB ĐHQG TP Hồ Chí Minh, 2009.
[3] TS. Trương Đình Nhơn, KS. Phạm Quang Huy, Hướng dẫn sử dụng ARDUINO, NXB Thanh Niên, 2017 [4]https://en.wikipedia.org/wiki/Cruise_control [5]https://patentimages.storage.googleapis.com/28/aa/35/edf861a5a76094/US567865 0.pdf [6]http://sunnyday.mit.edu/safetyclub/workshop5/Adaptive_Cruise_Control_Sys_Ove rview.pdf [7] https://www.mathworks.com/videos/teaching-state-machines-and-control-logic- with-simulink-and-stateflow-part-1- 81711.html?elqsid=1521038977019&potential_use=Student [8] https://www.oto-hui.com/diendan/threads/tim-hieu-cam-bien-toc-do-xe-vehicle- speed-sensor.111689/ [9]https://www.automotiveworld.com/news-releases/bosch-acc-automatically- maintains-right-distance/ [10] https://www.youtube.com/watch?v=BT2fN0niYW0 [11] https://www.youtube.com/watch?v=wkBCARbdTEA [12] https://www.youtube.com/watch?v=bp4Q_tLnayw
63
PHỤ LỤC
1. SƠ ĐỒ MẠCH ĐIỆN HỆ THỐNG CCS TRÊN XE TOYOTA CORALLA 1996
64
2. SƠ ĐỒ MẠCH ĐIỆN TRÊN MÔ HÌNH NGHIÊN CỨU
65
3. CÁCH CÀI THƯ VIỆN ARDUINO VÀO THƯ VIỆN MATLAB SIMULINK
Bước 1: Chọn “Add-Ons”.
Hình 7.3 Cửa sổ giao diện MATLAB
Bước 2 : Chọn thư viện “Simulink Support Package for Arduino Hardware”.
Hình 7.4 Giao diện trang “Add-Ons”
66
Hình 7.5 Cách cài đặt thư viện ARDUINO
Bước 4: Chọn “ I Accept”sau đó là “ Next” và đợi hoàn tất.
Cuối cùng vào thư viện SIMULINK sẽ xuất hiên cái khối hỗ trợ ARDUINO.
4. CÁCH XUẤT CODE SIMULINK
Bước 1: Chọn “Open Model Report”.
Hình 7.6 Chọn “Open Model Report”
Bước 2: Chọn file chứa code cần tìm rồi “OK”.