Sau khi chế độ điều khiển chạy tự động bị hủy, ta vẫn có thể phục hồi tốc độ đã cài đặt lần cuối trước khi chức năng CCS bị tạm hủy bằng cách gật công tắc RES/ACC.
Hình 2.36Chức năng phục hồi (resume)
Lưu ý tốc độ xe không được dưới 40km/h.
2.2.6 Chức năng điều khiển giới hạn tốc độ thấp
Giới hạn tốc độ thấp là tốc độ thấp nhất mà hệ thống chạy tự động có thể đặt được, nó xấp xỉ 40km/h. Điều khiển chạy tự động không thể đạt dưới tốc độ này. Nếu tốc độ xe giảm xuống thấp hơn chế độ điều khiển tự động sẽ bị tạm hủy. Khi tốc độ tăng lên cao hơn tốc độ giới hạn thấp thì ta có thể khôi phục lại CCS.
2.2.7 Chức năng điều khiển giới hạn tốc độ quá cao
Khi xe ở tốc độ cao hơn dải tốc độ hoạt động của CCS thì chế độ CCS sẽ không hoạt động. Khi CCS đang hoạt động ta cũng không thể tăng tốc độ vượt qua tốc độ giới hạn.
2.2.8 Chức năng hủy thường
Khi ECU điều khiển chạy tự động nhận được bất kì tín hiệu nào sau đây trong khi xe đang chạy chế độ tự động, điều khiển chạy tự động sẽ bị hủy.
Bộ chấp hành sử dụng motor: Chế độ điều khiển chạy tự động bị hủy bằng cách tắt ly hợp từ bên trong bộ chấp hành.
Bộ chấp hành chân không: Chế độ điều khiển chạy tự động bị hủy bằng cách tắt van xả và van điều khiển bên trong bộ chấp hành cùng một lúc (dẫn áp suất khí quyển vào).
30 SST Tín hiệu hủy thường
1 Tín hiệu công tắc đèn phanh bật (đạp phanh)
2 Tín hiệu công tắc đèn phanh tay bật (kéo phanh tay) 3 Tín hiệu công tắc ly hợp bật (MT) (đạp chân côn)
4 Tín hiệu vị trí N công tắc khởi động trung gian (A/T) (Cần chuyển số đến N) 5 Tín hiệu công tắc CANCEL bật (kéo công tắc điều khiển)
Bảng 2.2 Tín hiệu hủy thường
2.2.9 Chức năng hủy tự động
Khi có bất kỳ một trong các điều kiện sau xảy ra và xe đang chạy ở chế độ điều khiển chạy tự động, tốc độ đặt trước trong bộ nhớ bị xóa và điều kiện chạy tự động bị hủy.
STT Tín hiệu hủy tự động
1 Tốc độ xe giảm xuống dưới giới hạn tốc độ thấp (xấp xỉ 40 km/h)
2 Tốc độ xe giảm thấp hơn tốc độ đặt trước khoảng 16 km/h (khi đang leo dốc) 3 Nguồn đến hệ thống điều khiển chạy tự động tạm thời bị ngắt quá 5 giây 4 Hở mạch trong dây điện công tắc đèn phanh hay bóng đèn phanh bị cháy 5 Tín hiệu cảm biến tốc độ xe No.2 không bình thường (ECT)
6 Dòng quá lớn chạy qua transistor dẫn động bộ chấp hành 7 Hở mạch trong van điều khiển bộ chấp hành hay van xả
8 Tín hiệu tốc độ xe không vào ECU trong một khoảng thời gian xác định (khoảng 140 giây).
9 Công tắc RESUME đã bật khi công tắc chính bật
10 Khi có ngắn mạch trong công tắc điều khiển, hay công tắc không bình thường. 11 Tín hiệu ra bộ chấp hành của bộ vi xử lý (bên trong ECU) không bình thường. 12 Các tín hiệu vào từ công tắc điều khiển không bình thường.
31
2.2.10 Chức năng chẩn đoán
Có các chức năng chẩn đoán sau:
Đèn báo: thông báo cho lái xe nếu có hư hỏng xảy ra trong CCS.
Báo mã chẩn đoán: thông báo cho kỹ thuật viên bản chất của hư hỏng.
Chức năng kiểm tra tín hiệu vào: cho phép kỹ thuật viên kiểm tra tình trạng của các tín hiệu nhập vào ECU từ cảm biến và công tắc.
Chức năng kiểm tra tín hiệu hủy: thông báo cho kỹ thuật viên tín hiệu đầu vào nào đã hủy điều khiển chạy tự động lần cuối.
a. Đèn báo
Hình 2.37Đèn báo
Nếu ECU không nhận được tín hiệu tốc độ xe trong một khoảng thời gian nhất định, hay nếu điều khiển chạy tự động bị hủy tự động do hư hỏng một trong các công tắc điều khiển hay bộ chấp hành, ECU lập tức làm cho đèn báo cấp nguồn trên bảng táp lô nháy 5 lần để báo hiệu cho lái xe rằng có hư hỏng trong hệ thống. Nội dung của hư hỏng được lưu trong ECU và có thể phát ra dưới dạng mã chẩn đoán.
b. Đèn báo mã chẩn đoán
(a) Trong khi đang chạy xe với điều khiển chạy tự động bật, nếu hệ thống bị hủy do có hư hỏng hoặc là trong mạch bộ chấp hành, cảm biến tốc độ hay công tắc điều khiển, đèn báo điều khiển chạy tự động nháy 5 lần
(b) Kiểu xe lắp động cơ 7M-GE Nối cực E1(3) và Tc(4) của giắc nối chẩn đoán TOYOTA (TDCL).
32
Hình 2.38 Dắt chẩn đoán trên xe thực tế kiểu xe lắp động cơ 7M-GE (c) Kiểu xe lắp động cơ 5M-E Nối cực E1(3) và Tc(11) của giắc kiểm tra.
Hình 2.39 Dắt chẩn đoán trên xe thực tế kiểu xe lắp động cơ 5M-E (d) Đọc mã chẩn đoán từ đèn báo điều khiển chạy tự động của bảng đồng hồ.
*Lưu ý: Tắt nguồn đến hệ thống điều khiền chạy tự động, mã chẩn đoán sẽ bị xóa khỏi bộ nhớ.
2.2.11 Chức năng kiểm tra tín hiệu vào
Bằng cách đọc số lần nháy của đèn báo nguồn, có thể biết được các tín hiệu từ cảm biến tốc độ hay các công tắc khác được gửi đến ECU điều khiển chạy tự động có bình thường hay không như sau.
Quy trình
33
Hình 2.40 Khóa điện
(b) Bật công tắc SET/COAST và giữ cho nó bật.
Hình 2.41 Công tắc điều khiển CCS (c) Nhấn công tắc chính.
(d) Tắt công tắc SET/COAST.
(e) Thỏa mãn các điều kiện liệt kê ở dưới.
(f) Đọc mã chẩn đoán từ đèn báo công tắc chính.
2.3 CẢI TIẾN CỦA HỆ THỐNG ĐIỀU KHIỂN GA TỰ ĐỘNG CCS 2.3.1 Hệ thống ACCS 2.3.1 Hệ thống ACCS
Hệ thống Adaptive cruise control ra đời, một phiên bản hoàn thiện hơn so với Cruise control system, hỗ trợ người lái rất nhiều trong việc giữ khoảng cách với xe phía trước. ACCS có 3 chức năng chính đó là: duy trì tốc độ không đổi; giữ khoảng cách an toàn với xephía trước, cảnh báo cho người lái nếu có nguy cơ gây tai nạn.
34
Hình 2.42 Hình mô phỏng hoạt động hệ thống Adaptive cruise control
Hoạt động của hệ thống kiễm soát ga tự động thích ứng (Adaptive cruise control system - ACC) dựa vào một cảm biến rada là chính. Nó được lắp đặt phía trước xe, có nhiệm vụ giám sát quảng đường phía trước. Khi nào quãng đường phía trước thông thoáng thì ACC vẫn giữ nguyên tốc độ xe. Nếu phát hiện một phương tiện trong phạm vi hoạt động mà có dấu hiệu chậm lại (khoảng cách giữa xe mình với xe đối phương giảm xuống ) thì lúc này ACC sẽ điều khiển giảm tốc độ xe lại nhanh hay chậm tùy thuộc vào tốc độ giảm tốc của phương tiện phía trước. ACC điều khiển tốc độ xe bằng việc can thiệp vào hệ thống phanh, bướm ga. Nếu chiếc xe phía trước tăng tốc hoặc thay đổi làn đường, ACC sẽ tự động điều khiển tăng tốc cho tốc độ mong muốn của lái xe.
35
Hình 2.43 Hình mô phỏng hoạt động hệ thống Adaptive Cruise Controlcự ly hẹp
2.3.2 Hệ thống ACCS stop and go
Theo Bosch , ACCS tiêu chuẩn có thể được kích hoạt từ tốc độ 30 km / h (20 mph) trở lên và hỗ trợ người lái xe, chủ yếu là các chuyến đi dài hoặc trên đường cao tốc. Chế độ “ACC stop and go” biến thể cũng hoạt động ở tốc độ dưới 30 km / h (20 mph). Nó có thể duy trì khoảng cách thiết lập đến chiếc xe trước ngay cả ở tốc độ rất thấp và có thể giảm tốc độ dừng hoàn toàn.
Nếu chiếc xe có hộp số tự động, và kẹt xe trong khoảng thời gian ngắn, ‘ACC stop & go” có thể thiết lập cho xe chuyển động lại. Khi xe dừng lại lâu hơn, người lái xe chỉ cần kích hoạt lại hệ thống, ví dụ như bằng cách nhấn nhẹ vào bàn đạp ga để trở lại chế độ ACC. Bằng cách này, “ACC stop & go’ hỗ trợ điều khiển ngay cả khi giao thông đông đúc và ùn tắc giao thông.
36
Hình 2.44 Hình mô phỏng hoạt động hệ thống Adaptive Cruise Control Stop And Go
2.4GIỚI THIỆU VỀ MATLAB SIMULINK VÀ BOARD MẠCH ARDUINO MEGA 2560 R3
2.4.1 Giới thiệu phần mềm matlab simulink
MATLAB/SIMULINK là một chương trình viết cho máy tính PC hoạt động trong môi trường MS-DOS và môi trường WINDOWS nhằm hỗ trợ cho lập trình, các tính toán khoa học và kỹ thuật được thiết kế với công ty “The Mathworks”.
Thuật ngữ MATLAB được viết tắt của hai từ MATRIX và LABORATORY. MATLAB được điều khiển với các tập lệnh, tác động qua bàn phím. Nó cho phép tính toán số với ma trận, vẽ đồ thị hàm số hay biểu đồ thông tin, thực hiện thuật toán, tạo các giao diện người dùng và liên kết với những chương trình máy tính viết trên nhiều ngôn ngữ lập trình khác. Matlab giúp đơn giản hóa việc giải quyết các bài toán tính toán kĩ thuật so với các ngôn ngữ lập trình truyền thống như C, C++, và Fortran. Các câu lệnh trong MATLAB rất mạnh và có những vấn đề chỉ cần một câu lệnh là đủ giải quyết bài toán. Mô phỏng trong MATLAB sẽ cho ta hình ảnh tọa độ không gian hai chiều (2D) và ba chiều (3D).
37
để mô hình hóa, mô phỏng và phân tích một hệ thống động. Nó cho phép mô tả hệ thống tuyến tính, hệ phi tuyến, các mô hình trong miền thời gian liên tục, hay gián đoạn hoặc một hệ gồm cả liên tục và gián đoạn. MATLAB/SIMULINK được sử dụng trong nhiều lĩnh vực, bao gồm xử lý tín hiệu và ảnh, truyền thông, thiết kế điều khiển tự động, đo lường kiểm tra, phân tích mô hình tài chính, hay tính toán sinh học. Với hàng triệu kĩ sư và nhà khoa học làm việc trong môi trường công nghiệp cũng như ở môi trường hàn lâm, MATLAB/SIMULINK là ngôn ngữ của tính toán khoa học.
Hình 2.45 Phần mềm MATLAB SIMULINK
2.4.2 Giới thiệu board mạch arduino mega 2560 R3
Board mạch Arduino mega 2560 R3 là một board mạch vi xử lý. Arduino Mega 2560 là phiên bản nâng cấp của Arduino Mega hay còn gọi là Arduino Mega 1280. Sự khác biệt lớn nhất với Arduino Mega 1280 chính là chip nhân. Arduino Mega 2560 phiên bản hiện đang được sử dụng rộng rãi và ứng dụng nhiều hơn. Với chip ATmega2560 có bộ nhớ flash memory 256 KB, 8KB cho bộ nhớ SRAM, 4 KB cho bộ nhớ EEPROM. Giúp cho người dùng thêm khả năng viết những chương trình phức tạp và điều khiển các thiết bị lớn hơn như máy in 3D, điều khiển robot và các hệ thống trên ô tô
Arduino Mega2560 là một vi điều khiển bằng cách sử dụng ATmega2560.Bao gồm:
54 chân digital (15 có thể được sử dụng như các chân PWM)
16 đầu vào analog,
4 UARTs (cổng nối tiếp phần cứng),
1 thạch anh 16 MHz,
1 cổng kết nối USB,
38
1 đầu ICSP,
1 nút reset.
39
Chương 3: NGHIÊN CỨU THUẬT TOÁN ĐIỀU KHIỂN CCS VÀ ỨNG DỤNG PHẦN MỀM MATLAB SIMULINK TRONG LẬP TRÌNH CCS ECU
3.1 NGHIÊN CỨU THUẬT TOÁN ĐIỀU KHIỂN CCS 3.1.1 Sơ đồ nguyên lý 3.1.1 Sơ đồ nguyên lý
Hệ thống CCS hoạt động theo nguyên lý điều khiển hồi tiếp
40
Tín hiệu đầu vào quan trọng là tín hiệu tốc độ người lái cài đặt và tín hiệu tốc độ thực tế của xe. Các tín hiệu quan trọng khác bao gồm tín hiệu của các chức năng khác trên cần công tắc, tín hiệu từ công tắc phanh, bàn đạp ga, tín hiệu điều khiển động cơ mô phỏng,..
Tín hiệu đầu ra chính yếu là tín hiệu điều khiển bộ chấp hành CCS trợ lực kéo bướm ga, tín hiệu hiển thị trên màn hình LCD, đèn báo, những tín hiệu phục vụ công tác kiểm tra bảo dưỡng.
3.1.2 Thuật toán điều khiển CCS
Hình 3.2Động lực học dọc của một chiếc xe
Động lực học dọc của một chiếc xe có thể được mô tả theo phương trình sau đây với điều kiện giả định trên là:
𝑇𝑒 − 𝑅𝑔(𝑇𝑏 + 𝑀𝑟𝑟 + ℎ𝐹𝑎 + 𝑚𝑔ℎθ) = βa Suy ra 𝛽 = [ 𝐽𝑒+ 𝑅𝑔 2(𝐽𝑤𝑟+ 𝐽𝑤𝑓 + 𝑚ℎ2) 𝑅𝑔ℎ 𝐹𝑎 = 𝐶𝑎𝑣2
Với: 𝑇𝑏: moment phanh
𝑇𝑒 : moment xoắn động cơ
𝑅𝑔 : tỷ số truyền
𝐹𝑎: lực kéo động học
𝑀𝑟𝑟:momencản lăn
h: bán kính thực của bánh xe m: tổng khổi lượng cản của xe
41
𝐽𝑤𝑟quán tính trục sau
𝐽𝑤𝑓quán tính trục sau
𝐶𝑎 : hệ số kéo động học θ : góc nghiêng của đường g : gia tốc trọng trường v : tốc độ của xe
a : gia tốc của xe
h : bán kính bán xe hiệu dụng
Mục đích chính của thuật toán điều khiển CCS là kiểm soát vận tốc của xe.Tức là, tốc độ của chiếc xe được trang bịCCS được duy trì ở vận tốc mục tiêu do người lái. Luật kiểm soát để tính toán lệnh tăng tốc là một bộ điều khiển tỷ lệ được định nghĩa là.
𝑎𝑑𝑒𝑠 = 𝐾1 ∗ (𝑣𝑑− 𝑣ℎ)
Với : K1 nơi đạt được điều khiển, vd là vận tốc do người sử dụng thiết lập, và vh là tốc độ của máy chủ hoặc xe được trang bị ACC.
3.1.3 Thuật toán giải thuật PID
Hình 3.3 Giải thuật PID
Setpoint (Giá trị đặt) là giá trịmong muốn đạt được tại ngõ racủa đối tượng điều khiển.
42
Process variable (Biến quátrình ): tín hiệu hồi tiếp mà bộđiều khiên nhận được từ đốitượng điều khiển.
Control variable : giá trị ngõra của bộ điều khiển.
Error: giá trị sai lệch giữa giá trị đặt và giá trị hiện tại ở ngõ ra của đối tượng điềukhiển và bộ điều khiển PID luôn đưa ra tín hiệu điều khiển CV dựa trên giá trị của error.
Output : giá trị ngõ ra của đối tượng điều khiển.
(1)Hoạt động của khâu P (khâu tỉ lệ):
Hình 3.4Hoạt động của khâu P
Khâu này luôn đưa ra tín hiệu điều khiểnluôn tỉ lệ với giá trị sai lệch. Hàm truyền của bộ điều khiển P là Kp.
Kp càng lớn thì tốc độ đáp ứng càng nhanh. Kp càng lớn thì sai số xác lập càng nhỏ.
Kp tăng quá lớn thì vọt lố càng cao, nếu tăng nữa thì hệ thống mất ổn định và dao động không tắt dần.
(2)Hoạt động của khâu D ( khâu vi phân):
43
Đây là khâu luôn đưa ra tín hiệu điều khiển tỉ lệ với tốc độ thay đổi của giá tri sai lệch.
Hàm truyền của bộ điều khiển D là Kd. Phải sử dụng kết hợp với khâu P hoặc khâu I. Kd càng lớn thì độ vọt lố càng nhỏ.
Kd càng lớn thì đáp ứng quá độ càng nhanh. Khâu D rất nhạy với nhiễu tần số cao.
Sự kết hợp của khâu P và D: ( bộ điều khiển PD):
Ngõ ra của bộ PD: CV=Kp*error(t) + Kd = Kp*(Sp – Pv) + Kd
(3)Hoạt động của khâu I (khâu tích phân ):
Hình 3.6Hoạt động của khâu I
Là khâu đưa ra tín hiệu điều khiển dựa trên giá trịcủa sai lệch và thời gian xảy ra sai lệch.
Hàm truyền của nó là Ki/s.
Ki càng lớn thì độ vọt lố càng cao. Ki càng lớn thì sai số xác lập càng nhỏ. Ki càng lớn thì đáp ứng quá độ càng lâu.
(4) Bộ điều khiển PID:
Là sự kết hợp của các khâu P,I,D do đó nó khắc phục đượcnhược điểm của mỗi khâu riêng lẻ.
Như vậy , ngõ ra của bộ PID là:
44
3.2CHƯƠNG TRÌNH ĐIỀU KHIỂN CCS BẰNG SIMUNLINK
Chương trình được xây dựng trên thuật toán điều khiển CCS.
Hình 3.7 Chương trình điều khiển CCS bằng SIMULINK
3.2.1 Cụm tín hiệu SWITCHES và SENSORS:
Có chức năng đọc, mã hóacác tín hiệu cảm biến, tín hiệu đóng mở của các công tắc thành các lệnh, điều kiện đầu vào.
45
46
3.2.2 Cụm ENABLE/SETPIONT
Hình 3.9 Cụm Enable/ Setpoint
Với nhiệm vụ thu thập tất cả các tín hiệu đầu vào đã được mã hóa, tính toán so sánh từ đó đưa ra các tín hiệu hoạt động, tốc độ cài đặt.
47
Hình 3.10Chi tiết hoạt động của cụm Enable/ Setpoint
3.2.3 Cụm PID &CONTROLER BLOCK
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