ECU chạy tự động nhận các tín hiệu từ các cảm biến tốc độ xe và các công tắc khác, rồi xử lý chúng theo chương trình định trước. Dựa trên các tín hiệu này, ECU gửi các tín hiệu điều khiển đến bộ chấp hành, ECT ECU và rơle số truyền tăng (OD).
Hình 2.22 CCS ECU Chú ý:
a. Bộ vi xử lý không kích hoạt bộ chấp hành khi tốc độ xe giảm xuống dƯới 40 km/h,và xóa tốc độ đặt trước trong bộ nhớ. ECU không thể đặt tại tốc độ thấp hơn 40 km/h. b. CCS không thể đặt đến tốc độ lớn hơn 200 km/h, hay không thể cho xe tăng tốc lớn hơn 200 km/h hay nhanh hơn bằng cách bật cộng tắc điều khiển đến RES/ACC.
2.1.10 Bộ chấp hành
Bộ chấp hành đóng vài trò rất quan trọng trong CCS: Nó tăng hay giảm góc mở bướm ga tùy theo sự điều khiển của ECU. Có hai loại bộ chấp hành:
Loại bướm ga được dẫn động bằng chân không.
Loại bướm ga được dẫn động bằng motor.
Về sau khi bướm ga điện tử ra đời thì bộ chấp hành được tích hợp vào bướm ga điện tử ECT, việc điều khiển CCS được tích hợp vào ECU động cơ.
Ngày nay hệ thống CCS thường sử dụng bộ chấp hành dẫn động bướm ga băng motor hoặc bướm ga điện tử.
20
Loại dẫn động bằng chân không
Sơ đồ mạch điện:Loại bộ chấp hành dẫn động bằng chân không (Xêri 80 Cressida)
Hình 2.23 Sơ đồ mạch điện hệ thống CCS loại bô chấp hành dẫn động bằng chân không Có hai phương pháp tạo độ chân không
Một là phương pháp chỉ tạo độ chân không từ đường ống nạp của động cơ.
Hình 2.24 Bộ chấp hành dẫn động bằng chân không không có bơm chân không
21
Hai là phương pháp dùng bơm chân không để tăng độ chân không khi độ chân không trong đường ống nạp quá thấp.
Hình 2.25 Bộ chấp hành dẫn động bằng chân không có bơm chân không
Van điều khiển
Khi cấp dòng điện:
Van điều khiển của bộ chấp hành được dùng để hút hoặc là không khí hoặc là chân không vào trong bộ chấp hành. Khi cấp dòng điện đến cuộn day của van điều khiển như dưới đây, khoang thông với khí quyển được đóng lại còn khoang thông với đường ống nạp mở ra, tạo ra độ chân không trong bộ chấp hành. Do lực hút mạnh hơn lực lò xo nên màng dịch chuyển vào trong. Dẫn đến bướm ga nối với màng qua dây cáp mở ra. Do vậy làm tăng tốc độ động cơ và tốc độ xe.
22
Hình 2.26 Van chân không điều khiển
Khi cắt dòng điện:
Khi cắt dòng điện đến cuộn dây của van điều khiển như hình dưới đây, không khí sẽ điền đầy vào bộ chấp hành và màng bị đẩy về phía sau bởi lực lò xo hồi. Bướm ga đóng lại, kết quả là giảm công suất động cơ và tốc độ xe.
Van xả
Van được dùng để dẫn áp suất khí quyển vào trong bộ chấp hành khi hoạt động của CCS bị hủy bỏ, nhằm đóng bướm ga trong khoảng thời gian ngắn.
Khi CCS đang hoạt động thì ECU cấp dòng điện đến cuộn dây của van xả, khoang thông với khoang không khí đóng lại.
Khi hoạt động của CCS bị hủy, dòng điện cấp đến cuộn dây van xã bị cắt và khí quyển được dẫn vào trong bộ chấp hành. Kết quả là màng bị đẩy lại bằng lò xo, đóng bướm ga lại. Lúc này dòng điện cấp đến van điều khiển cũng bị ngắt, cho phép không khí đi qua van này vào trong bộ chấp hành.
Van xả đóng vai trò như một van an toàn nếu van điều khiển bị cố định tại vị trí cấp chân không do hư hỏng. Nó dẫn áp suất khí quyển từ van an toàn để đóng bướm ga, do đó
23
giảm tốc độ xe. Van xả do vậy đảm bảo tính an toàn cao cho lái xe.
Bơm chân không (cho loại sử dụng bơm tăng độ chân không):
Cấu tạo: Bơm chân không bao gồm một motor, một thanh truyền, ba van một chiều và một màng bơm. Bơm chân không bổ sung thêm chân không cho bộ chấp hành khi chân không trong khoang nạp khí không đủ (khi xe lên dóc hay đạp hết ga).
Hoạt động: Van một chiều A thường mở do chân không trong khoang nạp khí và do đó cấp chân không đến bộ chấp hành.
Khi độ chân không trong khoang nạp khí thấp, ECU điều khiển chạy tự động gửi tín hiệu để bậc bơm chân không. Kết quả chân không được cấp đến bộ chấp hành qua van một chiều B.
Công tắc chân không:
Công tắc này phát hiện độ chân không trong khoang nạp khí. Nó bật khi độ chân không giảm xuống đến xấp xỉ 170 mmHg thấp hơn và gửi một tín hiệu đến ECU điều khiển chạy tự động để ECU điều khiển chạy tự động gửi tín hiệu đến bơm chân không tăng lượng chân không.
Bộ chấp hành dẫn động bằng motor
Bộ chấp hành bao gồm một motor, một ly hợp từ và một chiết áp
(1) Motor và công tắc giới hạn
Motor quay ngược hay thuận chiều kim đồng hồ ứng với tín hiệu tăng tốc hay giảm tốc từ ECU điều khiển chạy tự động, do đó làm thay đổi góc mở bướm ga.
24
(2) Ly hợp từ
Ly hợp từ nối và ngắt motor với cáp bướm ga. Nó đóng bằng tín hiệu từ ECU điều khiển chạy tự động khi CCS đang hoạt động, cho phép motor quay bướm ga qua dây cáp. Nếu lái xe kích hoạt một trong các công tắt hủy khi CCS đang hoạt động, ECU điều khiển chạy tự động nhận được tín hiệu này và nhả ly hợp từ. Khi ly hợp từ bị nhả ra, motor bị ngăn không cho quay bướm ga. Bướm ga khi đó quay về vị trí không tải hay nói cách khác hoạt động của CCS bị hủy bỏ.
Hình 2.28 Ly hợp từ
Loại dẫn động tích hợp vào bướm ga điện tử ECT
Đây là thế hệ chuyển tiếp giữa CCS và ACCS khi các hoạt động điều khiển CCS được tính hợp vào ECU động cơ, bộ chấp hành được tích hợp ngây vào bướm ga điều khiển bằng điện tử.
25
Tất cả các hoạt động điều khiển cũng như xuất, nhận tín hiệu đều dựa trên hệ thống mạng CAN. ECU động cơ sẽ nhận tín hiệu từ các mô đun cảm biến ABS, cảm biến vị trí bàn đạp ga cũng như các tín hiệu công tắc điều khiển từ trục lái nhằm tính toán xuất tín hiệu điều khiển hoạt động của bướm ga điện tử.
Hình 2.30 Một sơ đồ hoạt động thực tế của hệ thống CCS
Chi tiết Mô tả
1 Cụm công tắc phanh 2 IPC 3 Bàn đạp ga 4 Công tắc tắt 5 Công tắc đèn phanh 6 SCCM 7 PCM
26
8 Công tắc kiểm soát hành trình
9 GWM
10 Mô đun ABS
11 RCM
12 Mô đun kiểm soát lực lái (SECM) (hệ thống lái chủ động)
13 SASM (hệ thống lái chủ động)
Bảng 2.1 Chú thích sơ đồ hoạt động thực tế của hệ thống CCS
2.1.11 Cảm biến vị trí bướm ga
Cảm biến vị trí bướm ga được lắp trên cổ họng gió. Cảm biến này biến đổi góc mở bướm ga thành điện áp, được truyền đến ECU động cơ như tín hiệu mở bướm ga (VTA). Ngoài ra một số thiết bị truyền tín hiệu IDL riêng biệt. Các bộ phận khác xác định nó lúc tại thời điểm chạy không tải khi điện áp VTA này ở dưới giá trị chuẩn.
Hiện nay có hai loại là tuyến tính và phần tử hall thường được sử dụng.
27
2.2 CHỨC NĂNG CỦA HỆ THỐNG CCS 2.2.1 Chức năng điều khiển tốc độ không đổi 2.2.1 Chức năng điều khiển tốc độ không đổi
ECU so sánh tốc độ thực tế với tốc độ đặt trước. Nếu tốc độ xe cao hơn tốc độ đặt trước nó kích hoạt bộ chấp hành đóng bướm ga đến khi tốc độ thực tế bằng tốc độ đặt trước. Nếu tốc độ xe thấp hơn tốc độ đặt trước ECU sẽ kich hoạt bộ chấp hành mở bướm ga để tăng công suất động cơ từ đó tăng tốc độ xe.
Hình 2.32Chức năng điều khiển tốc độ không đổi
2.2.2 Chức năng cài đặt tốc độ (Set)
Khi công tắc SET/COAST được bật và nhả ra khi xe đang chạy trong dải điều khiển tốc độ của chế độ chạy tự động (khoảng 40 đến 200km/h với côngtắc chính bật), ECU điều khiển chế độ chạy tự động lưu giá trị này vào bộ nhớ và duy trì tại tốc độ đó.
28
2.2.3 Chức năng tăng tốc(Acc)
Khi muốn tăng tốc độ đã cài đặt ta gật hoặc giữ công tắc RES/ACC lúc chế độ CCS đang hoạt động. Khi đó ECU sẽ lưu tốc độ cài đặt mới và kích hoạt bộ chấp hành mở bướm ga tăng tốc đến khi nhận được tín hiệu tốc độ xe phản hồi bằng tốc độ mới cài đặt lại.
Hình 2.34Chức năng tăng tốc
Mỗi lần gật sẽ tăng 10 km/h, nếu giữ thì tốc độ sẽ tăng liên tục đến khi buông công tắc.
2.2.4 Chức năng giảm tốc(Coast)
Khi muốn giảm tốc độ đã kích hoạt ta gật công tắc SET/COAST lúc chế độ CCS đang hoạt động. Khi đó ECU sẽ làm việc tương tự lúc tăng tốc nhưng sẽ điều khiển bộ chấp hành giảm tốc độ đến tốc độ mong muốn.
29
Mỗi lần gật sẽ giảm 10km/h nếu giữ công tắc sẽ giảm đến khi buông ra.
2.2.5 Chức năng phục hồi (Resume)
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