Chương 2: TỔNG QUAN VỀ HỆ THỐNG ĐIỀU KHIỂN BƯỚM GA TRÊN ĐỘNG CƠ 2AR-FE
2.4. Hệ thống điều khiển bướm ga trên động cơ 2AR-FE
2.4.4. Chức năng dự phòng (chức năng an toàn)
Nếu ECU động cơ phát hiện có trục trặc trong hệ thống ETCS-i, nó bật đèn báo hư hỏng trên bảng táp lô để báo cho lái xe. Cảm biến vị trí bàn đạp ga có mạch cảm biến cho 2 hệ thống, chính và phụ. Nếu hư hỏng xảy ra trong một mạch cảm biến, và ECU phát hiện thấy có sự chênh lệch điện áp không bình thường trong tín hiệu giữa 2 mạch cảm biến, ECU động cơ sẽ chuyển sang chế độ hoạt động hạn chế.
Trong chế độ hoạt động hạn chế, mạch còn lại được sử dụng để tính tốn góc của bàn đạp ga và xe vận hành với góc mở bướm ga hạn chế hơn so với bình thường. Ngoài ra, nếu có vẻ như hư hỏng xảy ra trong cả hai mạch, ECU động cơ sẽ đặt bướm ga ở trạng thái không tải. Lúc này xe chỉ có thể chạy ở trong phạm vi không tải
Hình 2.6. Mối quan hệ của các bộ phận giữ chức năng dự phòng
Cảm biến vị trí bướm ga cũng có 2 mạch cảm biến, chính và phụ. Nếu hư hỏng xảy ra ở trong mạch cảm biến, và ECU động cơ phát hiện thấy điện áp không bình thường giữa 2 mạch cảm biến, ECU động cơ sẽ cắt dòng điện đến môtơ điều khiển bướm ga và sau đó chuyển sang chế độ hoạt động hạn chế. Lúc này bướm ga được mở ở góc cố định bằng lò xo hồi, và lượng phun nhiên liệu và thời điểm đánh lửa được điều khiển bằng tín hiệu bàn đạp ga. Công suất của động cơ sẽ bị hạn chế đi nhiều nhưng xe vẫn có thể chạy được. Khi ECU động cơ phát hiện thấy có hư hỏng trong hệ thống môtơ điều khiển bướm ga, khi đó nó sẽ điều khiển giống như khi có hư hỏng về cảm biến vị trí bướm ga.
Hoạt động dự phòng trong trường hợp cảm biến bàn đạp ga APPS bị hỏng:
Hình 2.7 Hoạt động dự phòng khi cảm biến APPS bị hỏng
Khi có sự bất thường trong tín hiệu cảm biến bàn đạp ga. Chế độ dự phòng Cảm biến vị trí bàn đạp ga Góc mở bướm ga
bị hỏng, hệ thống sẽ điều khiển cho bướm ga hoạt động trong giới hạn từ vị trí cầm chừng cho đến vị trí mở 25% độ mở tối đa của bướm ga nhằm duy trì sự hoạt động của động cơ để ôtô có thể tiếp tục chạy về trạm sửa chữa. Tuy nhiên, nếu mất cả hai tín hiệu VPA và VPA2 của cảm biến APPS thì ECU hiểu rằng bàn đạp ga ở vị trí thấp nhất nên điều khiển động cơ hoạt động ở chế độ cầm chừng.
Hình 2.8. Các chế độ dự phòng khi cảm biến APPS bị hỏng
Hoạt động dự phòng trong trường hợp cảm biến bướm ga (TPS) bị hỏng:
Khi mất tín hiệu cảm biến vị trí bướm ga, lúc này hệ thống dự phòng cũng bắt đầu hoạt động. Ở trạng thái này, tốc độ cầm chừng của động cơ sẽ cao hơn bình thường khi nhiệt độ động cơ đạt đến nhiệt độ hoạt động. Tuy nhiên, cánh bướm ga sẽ di chuyển nếu người tài xế ấn sâu vào bàn đạp ga. Cùng lúc này, ở hệ thống phun xăng và đánh lửa cũng được điều chỉnh lại cho phù hợp với các chế độ hoạt động dự phòng của ECU.
2.4.5. Mạch điều khiển bướm ga
Tín hiệu từ cảm biến bàn đạp ga được gửi đến vi xử lý, vi xử lý sẽ gửi tín hiệu đầu ra để điều khiển mạch công suất quay motor cánh bướm ga. Đồng thời có một tín hiệu phản hồi từ cảm biến vị trí bướm ga để vi xử lý tiến hành so sánh để điều khiển cánh bướm ga chính xác hơn. Bên cạnh đó, khi có các tín hiệu điều khiển của Cruise control hay Traction control gửi đến thì vi xử lý cũng điều khiển cánh bướm ga tương ứng với các chế độ đó.
Một tín hiệu bị hỏng
Cảm biến bàn
đạp Bướm ga mở ở vị
trí không tải 25%
Vị trí không tải
Tín hiệu từ cảm biến bàn đạp ga được gửi đến vi xử lý, vi xử lý sẽ gửi tín hiệu đầu ra để điều khiển mạch công suất quay motor cánh bướm ga. Đồng thời có một tín hiệu phản hồi từ cảm biến vị trí bướm ga để vi xử lý tiến hành so sánh để điều khiển cánh bướm ga chính xác hơn. Bên cạnh đó, khi có các tín hiệu điều khiển của Cruise control hay Traction control gửi đến thì vi xử lý cũng điều khiển cánh bướm ga tương ứng với các chế độ đó.
Các tín hiệu tương tự từ cảm biến vị trí bướm ga và cảm biến vị trí bàn đạp ga được bộ chuyển đổi A/D chuyển thành tín hiệu số trước khi gửi vào vi xử lý. Quá trình chuyển đổi được điều khiển bởi sự kết hợp giữa vi điều khiển AT 89S52 với bộ chưyển đổi ADC 0808.
Các tín hiệu đầu vào là tín hiệu được biến đổi thành tín hiệu số. Sau khi biến đổi thành tín hiệu số thì vi xử lý tiến hành so sánh giữa tín hiệu số của cảm biến vị trí bướm ga với tín hiệu số của cảm biến vị trí bàn đạp ga để vi xử lý tiến hành điều khiển bướm ga. Trong khi thực hiện công việc này, nếu có tín hiệu của Cruise control hay Traction control thì vi xử lý ưu tiên tiến hành thực hiện chế độ Cruise control hay Traction control. Data1 là tín hiệu số của cảm biến vị trí bướm ga, còn data2 là tín hiệu số của cảm biến vị trí bàn đạp ga sau khi đã được chuyển đổi từ tín hiệu tương tự.
Cảm biến vị trí bàn đạp ga
KIẾM SOÁT HÀNH TRÌNH
VI XỬ LÝ
Cảm biến vị trí bướm ga
BỘ CHUYỂN
ĐỔI A/D
HỆ THỐNG CHỐNG TRƯỢT ĐIỀU KHIỂN BƯỚM GA
Hình 2.9. Sơ đồ khối mạch điều khiển bướm ga điện tử
Thành phần mạch điện điều khiển bướm ga:
Hình 2.10. Sơ đồ mạch điều khiển bướm ga - Mạch ổn áp - cấp nguồn
Mạch điều khiển sử dụng nguồn điện là do accu cung cấp và sử dụng loại accu có điện áp 12V, đồng thời các mạch xử lý và mạch hiển thị phải sử dụng điện áp chuẩn là 5V, do đó, cần phải có mạch ổn áp để có được điện áp cần dùng.
- Mạch chuyển đổi tín hiệu tương tự sang số ADC
Mạch chuyển đổi sử dụng ADC 0808 dùng để chuyển các tín hiệu tương tự từ đầu vào với sự thay đổi điện áp trên các cảm biến vị trí bướm ga, cảm biến vị trí bàn đạp ga thành các tín hiệu số để bộ vi xử lý hiểu được. Việc kết nối giữa mạch chuyển đổi A/D và vi điều khiển được thực hiện bởi bus 8 bit và thêm một số bit phụ để báo hiệu cho thời điểm bắt đầu và kết thúc quá trình chuyển đổi.
-Mạch xử lý (CPU)
Mạch vi xử lý sử dụng vi điều khiển AT89S52 làm trung tâm xử lý tín hiệu và điều khiển. Nó có nhiệm vụ chính là tiếp nhận các tín hiệu từ bộ chuyển đổi A/D, các tín hiệu điều khiển của Cruise control và Traction control để điều khiển góc mở bướm ga phù hợp. Ngoài ra, vi điều khiển AT 89S52 còn tham gia vào việc chọn kênh cho mạch biến đổi A/D và hiển thị trên LCD.
- Mạch hiển thị
Mạch hiển thị LCD sử dụng LCD L1682, có nhiệm vụ là hiển thị % góc mở bướm ga, % góc mở bàn đạp ga cũng như báo hiệu các chế độ hoạt động trên LCD.
- Mạch công suất
Mạch công suất có nhiệm vụ chủ yếu là điều khiển motor quay cánh bướm ga, nó bao gồm Transisitor công suất TIP 142 hoạt động ở chế độ ngắt và dẫn bão hoà tương ứng với chế độ không hoạt động và hoạt động của motor. Điện áp cung cấp cho motor bằng điện áp accu 12V.
- Mạch quản lý
Mạch quản lý có nhiệm vụ là điều khiển cánh bướm ga hoạt động theo các chế độ Cruise Control và Traction Control. Các chân của vi điều khiển sẽ nhận tín hiệu điều khiển từ nút bấm để thực hiện các chế độ hoạt động của Cruise control và Traction control.