BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO TRƯỜNG ĐẠI HỌC SƯ PHẠM KỸ THUẬT THÀNH PHỐ HỒ CHÍ MINH BÁO CÁO TỔNG KẾT ĐỀ TÀI KH&CN CẤP TRƯỜNG NGHIÊN CỨU LÝ THUYẾT, THIẾT KẾ MƠ HÌNH GIẢNG DẠY HỆ THỐNG ĐIỀU KHIỂN GA TỰ ĐỘNG TRÊN ƠTƠ S K C 0 9 MÃ SỐ: T2011 - 29 S KC 0 9 Tp Hồ Chí Minh, 2011 BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO TRƯỜNG ĐẠI HỌC SƯ PHẠM KỸ THUẬT THÀNH PHỐ HỒ CHÍ MINH KHOA CƠ KHÍ ĐỘNG LỰC BÁO CÁO TỔNG KẾT ĐỀ TÀI KHOA HỌC VÀ CƠNG NGHỆ CẤP TRƯỜNG Tên Đề tài: NGHIÊN CỨU LÝ THUYẾT, THIẾT KẾ MƠ HÌNH GIẢNG DẠY HỆ THỐNG ĐIỀU KHIỂN GA TỰ ĐỘNG TRÊN ƠTƠ Mã Số : T2011-29/KHCN-GV Chủ nhiệm đề tài: ThS-GVC NGUYỄN VĂN THÌNH Tp Hồ Chí Minh, ngày 18 tháng 11 năm 2011 Nghiên cứu chế tạo mô hình hệ thống điều khiển ga tự động MỤC LỤC CHƯƠNG : DẪN NHẬP 1.1 Đặt vấn đề 1.2 Tầm quan trọng vấn đề 1.3 Mục tiêu nhiệm vụ đề tài 1.4 Giới hạn đề tài 1.5 Mục đích nghiên cứu CHƢƠNG II: CƠ SỞ LÝ THUYẾT I KHÁI QT VỀ CCS Vai trò hệ thống điều khiển ga tự động-CCS: Lịch sử phát triển hệ thống CCS: II KẾT CẤU – HOẠT ĐỘNG: 2.1 Vị trí hệ thống CCS: 2.2 Cơng tắc điều khiển: 2.3 Cảm biến tốc độ: 2.4 Các cơng tắc hủy 2.5 Cơng tắc phanh tay: 2.6 Cơng tắc khởi động trung gian (kiểu xe A/T) 2.7 Cơng tắc ly hợp (kiểu xe M/T) 2.8 Cơng tắc đèn phanh: 10 2.9 Ecu điều khiển chạy tự động 10 2.10 Chức điều khiển tốc độ khơng đổi: 11 2.11 Chức đặt tốc độ 12 2.12 Chức giảm tốc 12 2.13 Chức tăng tốc 12 2.14 Chức phục hồi 12 2.15 Chức điều khiển giới hạn tốc độ thấp 13 2.16 Chức điều khiển giới hạn tốc độ cao 13 2.17 Chức hủy thƣờng 13 Đề tài nghiên cứu khoa học cấp trường Trang: Nghiên cứu chế tạo mô hình hệ thống điều khiển ga tự động 2.18 Chức hủy tự động 13 2.19 Điều khiển hộp số tự động 14 2.20 Chức điều khiển van xả van điều khiển (chỉ cho chấp hành dẫn động chân khơng): 14 2.21 Chức điều khiển bơm chân khơng (chỉ cho chấp hành dẫn động chân khơng): 14 2.22 Chức điều khiển ly hợp từ (Bộ chấp hành dẫn động mơ tơ) 15 2.23 Chức điều khiển giảm tốc 15 2.24 Chức điều khiển tăng tốc 15 2.25 Chức chẩn đốn 15 2.26 Bộ chấp hành 18 III- CẢI TIẾN CỦA CCS 23 Chƣơng IV: THIẾT KẾ MƠ HÌNH CRUISE CONTROL SYSTEM 30 TRÊN TOYOTA – FORTUNER 2007 30 4.1.1 Bộ chấp hành 30 4.1.2 Cơng tắt điều khiển 30 4.1.3 Cụm pedal-bƣớm ga 30 4.1.4 Các cơng tắt hủy 31 4.1.5 Các đèn báo giấc kiểm tra 31 4.1.6 ECU điều khiển ga tự động 31 4.1.7 Cảm biến tốc độ 32 CHƢƠNG IV- TÓM TẮT, KẾT LUẬN VÀ ĐỀ NGHỊ 33 IV-1 Tóm tắt – Kết luận 33 IV-2 Một số đề nghò 33 IV-3 Hướng phát triển đề tài 33 TÀI LIỆU THAM KHẢO 34 Đề tài nghiên cứu khoa học cấp trường Trang: Nghiên cứu chế tạo mô hình hệ thống điều khiển ga tự động CHƯƠNG : DẪN NHẬP 1.1 -: Đặt vấn đề  Trong thời đại ngày nay, ơtơ phƣơng tiện giao thơng cần thiết ngƣời mà khơng thay đƣợc Theo thống kê tồn giới, số lƣợng ngƣời tham gia giao thơng ơtơ chiếm tỉ lệ cao so với phƣơng tiện giao thơng khác  Trang bị điện ơtơ với nhiều hệ thống điều khiển điện, điện tử giúp ơtơ trở nên tân tiến hơn, phù hợp với điều kiện thời tiết vùng khác  Trong suốt q trình lái xe, ngƣời lái phải tập trung cao độ việc điều khiển ơtơ xử lý tình Chính lẽ ngƣời lái thƣờng cảm thấy mệt mỏi căng thẳng dẫn đến chán nản tập trung lái xe đoạn đƣờng dài u cầu đặt phải có hệ thống đời giúp ngƣời lái thoải mái an tồn Hệ thống điều khiển ga tự động (Cruise Control System) hệ thống trang bị tiện lợi sang trọng ơtơ để hỗ trợ đáp ứng u cầu cho ngƣời lái  Hệ thống điều khiển ga tự động tăng hay giảm góc mở bƣớm ga để trì tốc độ xe khơng đổi, hạn chế độ lệch bƣớm ga dẫn đến giảm suất tiêu hao nhiên liệu CCS với cải tiến ACC (hệ thống kiểm sốt hành trình) dễ dàng điều khiển xe phù hợp việc giữ khoảng cách cần thiết với xe chạy phía trƣớc để tránh va chạm 1.2 Tầm quan trọng vấn đề Đây nghiên cứu ứng dụng tạo mô hình dùng để giảng dạy trường Đại học ứng dụng kỹ thuật Vi điều khiển để giải toán thực tế Việc chế tạo thành công hệ thống điều khiển ga tự động ô-tô mang lại hiệu kinh tế lớn nhờ giá thành thấp, thay điều chỉnh họat động cho phù hợp, đồng thời giúp sinh viên hiểu rõ ràng trực quan chức hoạt đông hệ thống điều khiển ga tự động ô-tô 1.3 Mục tiêu nhiệm vụ đề tài  Nắm vững sở lý thuyết, vận hành hệ thống điều khiển ga tự động làm tảng cho q trình thiết kế mơ hình  Chế tạo thành cơng mơ hình hệ thống điều khiển ga tự động sử dụng chấp hành dẫn động mơ tơ  Sử dụng làm tài liệu giảng dạy hệ thống điều khiển ga tự động mơn Thực tập điện tơ 1.4 Giới hạn đề tài Để ứng dụng thành công kỹ thuật lập trình vi điều khiển vào thực tế để chế tạo sản phẩm hoạt động tốt thông số nhà chế tạo điều đơn giản Đề tài nghiên cứu khoa học cấp trường Trang: Nghiên cứu chế tạo mô hình hệ thống điều khiển ga tự động Do thời gian có hạn, đề tài dừng lại mức độ:  Chế tạo mô hình hệ thống điều khiển ga tự động ô-tô điều khiển cánh bươm ga motor điện  Chế tạo mạch điều khiển có chức điều khiển ga tự động hoạt động thực tế  Tuy nhiên mô hình chưa thể giả lập hết tất chế độ hoạt động xe chạy đường 1.5 Mục đích nghiên cứu Mục đích nghiên cứu đề tài tạo mô hình giả lập trạng thái khác hoạt động lái xe để sinh viên xem đánh giá hệ thống điều khiển ga tự động, tạo mô hình dùng giảng dạy Đồng thời tạo sản phẩm ứng dụng vào thực tiễn để thay , lắp đặt hộp điều khiển ga tự động xe Sản phẩm đề tài ứng dụng sở sửa chữa ôtô trung tâm, trường học có nghiên cứu hệ thống điều khiển ga tự động Kế hoạch nghiên cứu  Nghiên cứu hoạt động hệ thống điều khiển ga tự động, Phân tích dạng tín hiệu từ cảm biến, tìm hiểu cấu chấp hành hệ thống điều khiển ga tự động => đưa sơ đồ khối thiết kế sơ đồ mạch  Cơ sở thiết kế:  Giới thiệu: ATMEGA8, OPTO số linh kiện phụ khác  Giới thiệu ngôn ngữ lập trình  Xây dựng phương án thiết kế  Thử nghiệm mạch  Thi công 1.5-1 Đối tượng nghiên cứu Để chế tạo mô hình hệ thống điều khiển ga tự động, người nghiên cứu tìm hiểu hệ thống đời xe khác nhau, hộp ECU điều khiển Các thiết bò điện tử linh kiện , vi mạch, vi điều khiển Phương pháp phương tiện nghiên cứu 1.5-2 Phương pháp nghiên cứu:  Tham khảo tài liệu: đọc nhiều tài liệu hệ thống điều khiển ga tự động, loại ECU điều khiển, sơ đồ mạch kết nối ECU Các tài liệu kỹ thuật điện tử, vi mạch Các tài liệu mạng, sách báo… Ngoài ra, để thực có hiệu quả, người thực trao đổi với bạn bè, đồng nghiệp, người trước  Quan sát: cảm biến, cấu chấp hành điều khiển cánh bướm ga  Thực nghiệm: lắp đặt board viết chương trình thử nghiệm Đề tài nghiên cứu khoa học cấp trường Trang: Nghiên cứu chế tạo mô hình hệ thống điều khiển ga tự động 1.5-3 Phương tiện nghiên cứu:  Phương tiện sử dụng để thu thập tài liệu: sách giáo khoa, giáo trình thực tập, mạng Internet, máy tính PC, …  Phương tiện phục vụ thí nghiệm: máy tính PC, cáp kết nối nạp Vi điều khiển số linh kiện khác Đề tài nghiên cứu khoa học cấp trường Trang: Nghiên cứu chế tạo mô hình hệ thống điều khiển ga tự động CHƯƠNG II: CƠ SỞ LÝ THUYẾT I KHÁI QT VỀ CCS MƠ TẢ Trong suốt q trình lái xe, ngƣời lái thƣờng dễ bị mệt mỏi căng thẳng Đơi lúc tập trung lái xe đoạn đƣờng dài với yếu tố khác tác động đến ngƣời lái Hệ thống điều khiển ga tự động (Cruise Control System) đời trang bị tiện lợi an tồn ơtơ để hỗ trợ cho ngƣời lái Vai trò hệ thống điều khiển ga tự động-CCS:  Hệ thống điều khiển ga tự động trì xe chạy tốc độ lái xe đặt trước cách điều chỉnh tự động góc mở bướm ga  CCS đặc biệt có ích lái xe liên tục không nghỉ nhiều đ đường cao tốc hay đường vắng người Lái xe thả bàn đạp ga xe chạy với tốc độ không đổi chọn trước dù xe lên hay xuống dốc  CCS góp phần giảm suất tiêu hao nhiên liệu cách hạn chế độ lệch bướm ga Lịch sử phát triển hệ thống CCS: Lịch sử hệ thống CCS: Từ năm 1910, điều khiển tốc độ cấu ly tâm sớm đƣợc sử dụng ơtơ Peerless khẳng định hệ thống họ trì vận tốc xe lên dốc hay xuống dốc Kỹ thuật đƣợc phát minh James Watt Matthew Boulton vào năm 1788 để sử dụng cho đầu máy xe lửa Nó sử dụng lực ly tâm để điều chỉnh vị trí cánh bƣớm ga tốc độ động tự thay đổi với tải khác ví dụ nhƣ xe lên xuống dốc… Hệ thống điều khiển ga tự động (Cruise Control System) đƣợc phát minh vào năm 1945 kỹ sƣ Ralph Teetor Xe ơtơ trang bị hệ thống Teetor xe Chrysler Corporation Imperial vào năm 1958 Hệ thống nhận tín hiệu vào, tính tốn để làm ổn định vận tốc góc trục khuỷu sử dụng solenoid để làm thay đổi vị trí cánh bƣớm ga Hiện nay, hãng xe nhƣ Toyota, Mitsubishi, Jeep, Volkswagen, Mercedes-Benz, General Motors…cũng trang bị hệ thống xe Đề tài nghiên cứu khoa học cấp trường Trang: Nghiên cứu chế tạo mô hình hệ thống điều khiển ga tự động Giới thiệu hệ thống CCS vài loại xe Toyota Kiểu xe Loại chấp hành Dẫn động mơ tơ Chân khơng ( có bơm chân khơng) Chân khơng ( có CROWN bơm chân khơng) Chân khơng ( có CRESSIDA bơm chân khơng) Chân khơng ( có SUPRA bơm chân khơng) Chân khơng ( có bơm chân khơng) CAMRY LEXUS LS 400 LEXUS ES 250 Loại cơng tắc Vị trí điều khiển mạch rơle cơng tắc chính Loại liền Trong ECU Loại liền Trong ECU Loại tách rời Loại liền Trong cơng tắc Trong ECU Loại liền Trong ECU Loại tách rời Trong cơng tắc Loại ví trí cảm biến tốc độ Cảm biến tốc độ No.1 MRE hộp số Cảm biến tốc độ No.1 (cảm biến dự phòng) (cơng tắc lƣỡi gà, bảng đồng hồ số) Cảm biến tốc độ No.2 (cảm biến chính) Cơng tắc lƣỡi gà (trong bảng đồng hồ) Cơng tắc lƣỡi gà (trong đồng hồ kim) Transistor quang ( đồng hồ số) Phân loại:  Phân loại theo chấp hành: (có loại)  Loại dẫn động chân khơng  Loại dẫn động mơ tơ LOẠI DẪN ĐỘNG CHÂN KHƠNG LOẠI DẪN ĐỘNG MƠ TƠ ECU ECU Bộ chấp hành Bộ chấp hành Động Cơ Bàn đạp ga Động Cơ Bàn đạp ga  Phân loại theo ECU điều khiển: (có loại)  Loại điều khiển ECU điều khiển chạy tự động  Loại điều khiển ETCS-i (hệ thống điều khiển bƣớm ga thơng minh điện tử) Việc giải thích cấu tạo, ngun lý hoạt động tài liệu dựa loại điều khiển theo ECU điều khiển chạy tự động Đề tài nghiên cứu khoa học cấp trường Trang: Nghiên cứu chế tạo mô hình hệ thống điều khiển ga tự động u cầu: Hệ thống điều khiển chạy tự động để hỗ trợ ngƣời lái giảm bớt mệt mỏi, hệ thống cần phải thỏa u cầu sau: – Chính xác – Thời gian đáp ứng nhanh – Độ bền cao – Cảnh báo cho ngƣời lái hệ thống bị lỗi II KẾT CẤU – HOẠT ĐỘNG: 2.1 VỊ TRÍ CỦA HỆ THỐNG CCS: Hệ thống CCS gồm phận sau đây: ECU điều khiển chạy tự động Bộ chấp hành Cơng tắc điều khiển Cảm biến tốc độ xe Cơng tắc đèn phanh Cơng tắc khởi động số trung gian ( xe có A/T) Cơng tắc ly hợp ( xe có M/T) Đèn báo DLC3 2.2 CƠNG TẮC ĐIỀU KHIỂN: Cơng tắc điều khiển dạng cần rỗng Nó điều khiển chức khác (SET, COAST, RESUM, ACCELERATE, CANCEL – Đặt, chạy, phục hồi, tăng tốc, hủy) xe chạy chế độ chạy tự động Chế độ SET Đề tài nghiên cứu khoa học cấp trường Trang: Nghiên cứu chế tạo mô hình hệ thống điều khiển ga tự động Khi hoạt động CCS bị hủy, dòng điện cấp đến cuộn dây van xả bị cắt khí đƣợc dẫn vào chấp hành Kết màng bị đẩy ngƣợc lại lò xo, đóng bƣớm ga lại Lúc dòng điện cấp đến van điều khiển bị ngắt, cho phép khơng khí di qua van chấp hành Van xả đóng vai trò nhƣ van an tồn van điều khiển bị cố định vị trí cấp chân khơng hƣ hỏng Nó dẫn áp suất khí từ van an tồn để đóng bƣớm ga, giảm tốc độ xe Van xả đảm bảo tính an tồn cao cho lái xe 2.26-7 BƠM CHÂN KHƠNG Cấu tạo Bơm chân khơng bao gồm mơtơ, truyền, ba van chiều màng bơm Bơm chân khơng bổ sung thêm chân khơng cho chấp hành chân khơng khoang nạp khí khơng đủ (khi xe lên dốc hay đạp hết chân ga) Hoạt động Van chiều A thƣờng mở chân khơng khoang nạp khí cấp chân khơng đến chấp hành Khi độ chân khơng khoang nạp khí thấp, ECU điều khiển chạy tự động gửi tín hiệu để bật bơm chân khơng Kết chân khơng đƣợc cấp đến chấp hành qua van chiều B 2.26-8 CƠNG TẮC CHÂN KHƠNG Cơng tắc phát độ chân khơng khoang nạp khí Nó bật độ chân khơng giảm xuống đến xấp xỉ 170 mmHg hay thấp gửi tín hiệu đến ECU điều khiển chạy tự động để ECU điều khiển chạy tự động gửi tín hiệu đến bơm chân khơng tăng lƣợng chân khơng Cơng tắc chân khơng 10/10 ECU điều khiển chạy tự động 9/10 M Bơm chân khơng ` Đề tài nghiên cứu khoa học cấp trường Trang: 21 Nghiên cứu chế tạo mô hình hệ thống điều khiển ga tự động 2.26-9 BỘ CHẤP HÀNH DẪN ĐỘNG BẰNG MƠTƠ KẾT CẤU Bộ chấp hành bao gồm mơ tơ, ly hợp từ biến trở Chú ý :Bộ chấp hành khơng thể tháo rời Nếu hƣ hỏng hay trục trặc phải thay cụm (1) Mơtơ cơng tắc giới hạn Mơtơ quay ngƣợc hay thuận chiều kim đồng hồ tƣơng ứng với tín hiệu tăng tốc hay giảm tốc từ ECU điều khiển chạy tự động, làm thay đổi góc mở bƣớm ga (2) Ly hợp từ Ly hợp từ nối ngắt mơtơ cáp bƣớm ga Nó đóng tín hiệu từ ECU điều khiển chạy tự động CCS hoạt động, cho phép mơtơ quay bƣớm ga qua dây cáp Nếu lái xe kích hoạt cơng tắc hủy CCS hoạt động, ECU điều khiển chạy tự động nhận đƣợc tín hiệu nhả ly hợp từ Khi ly hợp từ bị nhả Đề tài nghiên cứu khoa học cấp trường Trang: 22 Nghiên cứu chế tạo mô hình hệ thống điều khiển ga tự động ra, mơ tơ bị ngăn khơng cho quay bƣớm ga Bƣớm ga quay trở vị trí khơng tải hay nói theo cách khác hoạt động CCS bị hủy bỏ Trạng thái CƠNG TẮC CHÍNH 1.CCS tắt Tắt Chƣa đặt tốc độ xe Bật Đặt tốc độ xe Bật Chạy tốc độ khơng đổi với chế độ CCS Bật BỘ CHẤP HÀNH MƠ TƠ Dòng điện Tăng tốc Giảm tốc Tắt - Tắt Điều khiển xung Tăng tốc - Dòng điện Nhả Ăn khớp Tắt Nhả Tắt Nhả Bật - Ăn khớp Bật - Ăn khớp Tắt - KHỚP TỪ III- CẢI TIẾN CỦA CCS  Các ơtơ đại có trang bị hệ thống kiểm sốt hành trình hay hệ thống điều khiển chạy thích ứng Adaptive Cruise Control (ACC) Hệ thống có tên gọi khác Active Cruise Control (ACC), Autonomous Cruise Control (ACC) hay Intelligent Cruise Control (ICC) Chúng sử dụng radar tia laser phép xe giữ khoảng cách với xe phía trƣớc, chạy chậm lại có dấu hiệu vƣợt tiến q gần xe phía trƣớc gia tốc để trì khoảng cách tốc độ giới hạn điều kiện giao thơng cho phép Một vài hệ thống cảnh báo va chạm với vật phía trƣớc, với cảnh báo cho ngƣời tài xế phía trƣớc có xe gửi tốc độ xe gần phía trƣớc (xác định sơ qn tính chuyển Đề tài nghiên cứu khoa học cấp trường Trang: 23 Nghiên cứu chế tạo mô hình hệ thống điều khiển ga tự động động qng đƣờng phanh)  Cơng nghệ ACC đƣợc xem nhƣ thành phần quan trọng hệ tƣơng lai xe thơng minh nhƣ hình thức trí thơng minh nhân tạo, đƣợc sử dụng nhƣ trợ thủ đắc lực cho ngƣời lái đƣợc xem lựa chọn đắt giá cho dòng xe sang trọng đƣợc xem Mercedes, Lexus (LS 430), Cadillac Infiniti  ACC có khả tự động điều chỉnh tốc độ đƣợc cài đặt xe mà khơng cần ngƣời lái phải lệnh Hơn nữa, hệ thống ACC tiết kiệm nhiên liệu, giảm nhiểm, có tác dụng bảo vệ hành khách xe Nếu trƣờng hợp bị tắt đƣờng, xe cần thiết thay đổi làn, hệ thống thực đƣợc việc gia tốc sau xe trở lại tốc độ cài đặt gốc  Bởi tiện lợi độc đáo ACC, hệ thống trở thành thiết bị tiêu chuẩn hầu hết loại xe năm tới đây, khơng khác cửa kính điều khiển điện hay gƣơng chiếu hậu điều khiển điện ngày 3.1 Hoạt động ACC Hệ thống sử dụng cảm biến sóng radar tia, đƣợc lắp phía sau cánh tản nhiệt để xác nhận tốc độ xe khoảng cách xe chạy trƣớc Đề tài nghiên cứu khoa học cấp trường Trang: 24 Nghiên cứu chế tạo mô hình hệ thống điều khiển ga tự động Con mắt radar hệ thống ACC nhận chuyển động xe phía trƣớc cách 150m, dùng tia radar phản chiếu với lúc Con mắt điện tử kiểm sốt qng đƣờng phía trƣớc xe Khi có xe xuất đƣờng phía trƣớc, hệ thống tính tốn vị trí, di chuyển tốc độ tƣơng ứng nó, hệ thống nhận có xe phía trƣớc hay khơng Ngay xe phía trƣớc thay đổi đƣờng, tốc độ xe đƣợc phục hồi, tăng đến giá trị khơng đổi nhƣ trƣớc  Nếu phát có xe phía trƣớc, hệ thống ACC điều chỉnh tốc độ xe cách giảm tốc độ động hay rà phanh nhẹ nhàng, sau giữ khoảng cách thích hợp Ngƣời lái chọn lựa chế độ khác khoảng cách khơng đổi so với xe phía trƣớc  ACC khơng phải hồn tồn giới hạn nhận liệu từ cảm biến radar, cảm biến khác hệ thống điều khiển khung gầm-nhƣ ABS, ASC+T hay DSC liên tục gửi liệu số vòng quay bánh xe, mức quỹ đạo xe lực ly tâm đến vi xử lý trung tâm Dựa sở hƣớng xe liệu vào, xử lý dự báo đƣợc đƣờng vòng phía trƣớc Bộ xử lý sau so sánh đoạn đƣờng xe chạy với vị trí xe chạy phía trƣớc xác định có đƣờng cong phía trƣớc ảnh hƣởng đến hƣớng xe hay khơng Trong trƣờng hợp này, ACC giảm tốc độ phù hợp Đề tài nghiên cứu khoa học cấp trường Trang: 25 Nghiên cứu chế tạo mô hình hệ thống điều khiển ga tự động  Hệ thống kiểm sốt hành trình ACC kiểm tra đoạn đƣờng phía trƣớc khoảng cách 150 m giảm dần tốc độ tiến lại gần xe chạy trƣớc Ngồi ra, có tác dụng cảnh báo có xe lại gần, nhờ vậy, làm giảm thiểu đƣợc cú húc từ phía sau ACC tránh đƣợc ngƣời nhờ vào thiết bị bao gồm máy phát tín hiệu tầm ngắn xung quanh xe, đồng thời kiểm sốt để xe khơng chệch khỏi đƣờng quy định Đề tài nghiên cứu khoa học cấp trường Trang: 26 Nghiên cứu chế tạo mô hình hệ thống điều khiển ga tự động CÁC THUẬT TỐN ĐIỀU KHIỂN CCS Sơ đồ nguyên lý: Hệ thống CCS hoạt động theo nguyên lý điều khiển hồi tiếp (Close-loop control), sơ đồ nguyên lý thể sau: Tín hiệu Xử lý tín hiệu vào Cơ cấu dẫn động Bộ chấp hành Vò trí bướm ga Cảm biến tốc độ xe đặt trước Tín hiệu đầu vào yếu tốc độ theo ý muốn người lái tốc độ thực xe.Các tín hiệu quan trọng khác điều chỉnh ngƣời lái từ cơng tắt điều khiển,công tắc phanh tín hiệu điều khiển động cơ.Tín hiệu đầu chủ yếu trò số trợ lực điều khiển bướm ga, đèn báo ON CCS, báo phục vụ bảo dưỡng thông tin gửi lưu trữ phục vụ chẩn đoán hư hỏng Các thuật tốn điều khiển: Hầu hết nút điều khiển cần để vận hành hệ thống cruise control nằm vành tay lái cần điều khiển riêng dễ dàng nhìn thấy.Sử dụng logic điều khiển làm cho dãy tốc độ mịn xác ngun lý điều khiển đƣơng nhiên phức tạp Hiện nay, hầu hết hệ thống cruise control sử dụng lƣợc đồ điều khiển đƣợc gọi điều khiển đạo hàm - tích phân - tƣơng xứng(Proportional-Integral-Derivative Control) Hệ thống sử dụng thuật tốn tính tốn trƣờng hợp riêng lẻ sau cộng kết lại để có đƣợc vị trí cánh bƣớm ga  Tích phân tốc độ đƣợc dùng tính tốn cự ly  Đạo hàm tốc độ đƣợc dùng cho gia tốc  Tƣơng xứng dùng để so sánh đối chiếu tình trạng tốc độ Hệ thống sử dụng thuật tốn tính tốn trƣờng hợp riêng lẻ sau cộng kết lại để có đƣợc vị trí cánh bƣớm ga Điều khiển tƣơng xứng (Proportional Control) Đây hệ thồng điều khiển tốc độ nhất.Trong hệ thống điều khiển tƣơng xứng, cruise control điều chỉnh cánh bƣớm ga tƣơng xứng với sai số tốc độ.Báo lỗi sai khác tốc độ đƣợc thiết lập nhớ tốc độ thật xe.Nên, cruise control đƣợc cài đặt 60 mph xe chạy với vận tốc 50 mph, vị trí cánh bƣớm ga đƣợc mở rộng chút, q trình dò tìm lỗi tốc độ lập lại tiếp tục Đến xe có đƣợc Đề tài nghiên cứu khoa học cấp trường Trang: 27 Nghiên cứu chế tạo mô hình hệ thống điều khiển ga tự động tốc độ nhƣ thiết lập, việc tiền hành tƣơng đối chậm việc gia tốc trực tiếp tài xế Điều khiển đạo hàm:giúp CCS đáp ứng nhanh để thay đổi tốc độ kịp lúc.Khi phát tồc độ thực tế xe so với tồc độ thiết lập thay đổi nhiều (gặp chƣớng ngại bất ngờ) lệnh đƣợc thực giúp xe gia tốc để khắc phục nhanh tốc độ Điều khiển tích phân:là sở việc tích phân thời gian lỗi tốc độ xe Trong q trình chuyển động tịnh tiến xe, khác biệt qng đƣờng thật xe qng đƣờng mà phải bổ sung để xe đạt đến vận tốc đƣợc thiết lập, tính tốn dựa việc cài đặt chu kỳ thời gian.Yếu tố giúp xe phân phối tốc độ gặp đƣờng dốc giúp tìm gặp tốc độ giữ mức đó.Xe bắt đầu lên đồi giảm tốc, cấu điều khiển tƣơng xứng tăng độ mở cánh bƣớm ga chút, nhƣng xe lại chậm xuống.Ngay đó, điều khiển tích phân khởi động để tăng thêm độ mở cách bƣớm ga, việc mở cánh bƣớm ga đƣợc tăng lên nhiều lần, xe trì tốc độ thấp tốc độ thiết lập lâu tức lỗi khoảng cách có đƣợc so với tính tốn lớn nên việc tăng tốc đƣợc thực thuật tốn tích phân tốc độ Sơ đồ khối hệ thống System on/off:Nếu on, cho biết hệ thống Cruise Control thực chức trì tốc độ xe Engine on/off:Nếu on, cho biết động xe làm việc; hệ thống cruise-control hoạt động động chạy Pulses from wheel:Xung đƣợc gửi từ vận tốc quay bánh xe Accelerator: Indication of how far the accelerator has been pressed Brake: On bàn đạp phanh đƣợc ấn; hệ thống CCS trở trạng thái bình thƣờng xe phanh đƣợc đạp Tăng/giảm tốc độ:Tăng giảm so với tốc độ trì,chỉ áp dụng đƣợc hệ thống mở Resume: hồi phục lại tốc độ cài đặt gần nhất; áp dụng đƣợc hệ thống mở Clock: định thời gian 1/1.000 giây Đề tài nghiên cứu khoa học cấp trường Trang: 28 Nghiên cứu chế tạo mô hình hệ thống điều khiển ga tự động Các bƣớc xử lý ECU điều khiển ga tự động có bƣớc  Ghi nhớ tốc độ xe nhấn nút "set" lúc xe chạy tốc độ đƣợc xác lập.Nó giữ giá trị nhớ động tắt nhận tín hiệu hủy  Nhận tín hiệu xung từ cảm biến tốc độ xe gửi so sánh với giá trị xung mà lƣu nhớ,do cài đặt tốc độ bƣớc ban đầu  Gửi tín hiệu xung đến màng đƣợc điều khiển chân khơng kết nối với cần gia tốc.Các xung điều tiết lƣợng chân khơng mà màng nhận đƣợc Tín hiệu xung nhiều độ chân khơng lớn.Độ chân khơng lớn lực tác dụng lên cần điều khiển gia tốc lớn.Hệ thống tiếp tục cung cấp lực chân khơng đến điểm cài đặt tốc độ trùng với tốc độ thực xe.Tại điểm hệ thống điều chỉnh lƣợng chân khơng mà màng nhận đƣợc để trì số xung gửi đến từ cảm biến tốc độ Đề tài nghiên cứu khoa học cấp trường Trang: 29 Nghiên cứu chế tạo mô hình hệ thống điều khiển ga tự động Chƣơng IV: THIẾT KẾ MƠ HÌNH CRUISE CONTROL SYSTEM TRÊN TOYOTA – FORTUNER 2007 4.1.1 Bộ chấp hành Với khả ngƣời thực khơng thể chế tạo chấp hành hồn chỉnh, đáp ứng đầy đủ đòi hỏi tính kỹ thuật cần thiết chấp hành dùng cho hệ thống điều khiển ga điện tử thực cơng việc khơng cần thiết Do ngƣời thực sử dụng chấp hành có sẵn sản phẩm đƣợc sản xuất tập đồn Toyota để đƣa vào mơ hình 4.1.2 Cơng tắt điều khiển Cơng tắt điều khiển đƣợc dùng cho mơ hình loại cơng tắt điều khiển hãng TOYOTA có cơng tắt đầu cơng tắt điều khiển Đầu giắc có chân: CCS,CMS, GROUND Cách kiểm tra: Nhấn cơng tắt chân CMS GROUND thơng nhau, chân CCS GROUND khơng thơng Khi đo chân CCS với GROUND cần ý: R=418 Ω, với CANCEL SW đƣợc bật cơng tắt điều khiển R=68 Ω, với RES/ACC SW đƣợc bật cơng tắt điều khiển R=198 Ω, với SET/COAST SW đƣợc bật cơng tắt điều khiển 4.1.3 Cụm pedal-bƣớm ga Cảm biến vị trí bƣớm ga đƣợc gắn bƣớm ga đƣợc cấp nguồn 5V tín hiệu tƣơng tự biến đổi từ 0-5V , tùy thuộc vào vị trí đạp pedal để điều khiển tăng,giảm tốc độ cảu mơ tơ quay cảm biến tốc độ Điều làm tăng, giảm số xung tín hiệu từ cảm biến tốc độ để gửi đến vi xử lý giúp phù hợp với tốc độ thực tế xe Đề tài nghiên cứu khoa học cấp trường Trang: 30 Nghiên cứu chế tạo mô hình hệ thống điều khiển ga tự động 4.1.4 Các cơng tắt hủy Gồm có cơng tắt : tƣơng ứng xe ngƣời lái đạp phanh, đạp ly hợp, kéo phanh tay chế độ điều khiển ga tự động (ccs) đƣợc hủy 4.1.5 Các đèn báo giấc kiểm tra gồm đèn báo : ccs, brake, stop light clutch ngƣời điều khiển nhấn cơng tắc đèn ccs màu xanh sáng lên báo chế độ ccs đƣợc thiết lập, tƣơng ứng ngƣời điều khiển đạp phanh, kéo phanh tay hay đạp ly hợp đèn brake, stop light, clutch tƣơng ứng sáng lên báo chế độ ccs đƣợc hủy giấc kiểm tra có 21 chân đƣa từ ecu điều khiển giúp cho việc kiểm tra sữa chữa đƣợc thuận tiện 4.1.6 ECU điều khiển ga tự động ECU điều khiển ga tự động nhận tín hiệu từ cảm biến tốc độ xe cơng tắc khác, đồng thời xử lý chúng theo chƣơng trình lƣu giữ trƣớc dựa tín hiệu này, Đề tài nghiên cứu khoa học cấp trường Trang: 31 Nghiên cứu chế tạo mô hình hệ thống điều khiển ga tự động ECU gửi tín hiệu điều khiển đến bơm chân khơng, chấp hành ECU gồm 26 chân (B, Batt, STP+, STP-, CMS, CCS, TC, PI, SPD, N&C, PKB, IDL, ECT, OD, MC, MO, VR1, VR2, VR3, L, GND chân khơng dung) 4.1.7 Cảm biến tốc độ Dùng để thơng báo tốc độ xe thời cho ECU điều khiển chạy tự động MƠ HÌNH Đề tài nghiên cứu khoa học cấp trường Trang: 32 Nghiên cứu chế tạo mô hình hệ thống điều khiển ga tự động CHƢƠNG IV- TÓM TẮT, KẾT LUẬN VÀ ĐỀ NGHỊ IV-1 Tóm tắt – Kết luận Qua năm nghiên cứu, khoảng thời gian dài người nghiên cứu thực chưa đủ để hoàn thiện cách tuyệt đối Ngoài ra, với lượng thông tin thu thập từ nguồn cung cấp chưa đầy đủ so với đa dạng chủng loại xe có thò trường; đó, đề tài hoàn thành mức độ tương đối Tuy nhiên, thành công mang lại hiệu tốt khoa học kinh tế, đưa ứng dụng việc sử dụng Vi điều khiển vào việc thiết kế modul điều khiển hệ thống GA TỰ ĐỘNG ôtô - Đề tài giới thiệu cách khái quát hệ thống điều khiển ga tự động, trường hợp hệ thống hoạt động thực tế, qua nhóm thực lập trình xử lý tình để có hệ thống điều khiển ga tự động an toàn tiện lợi - Bên cạnh nhóm thực giới thiệu tổng quan vi điều khiển ngôn ngữ lập trình Assembly, ứng dụng vi điều khiển việc hiển thò thông tin LED đoạn, mạch chuyển đổi tín hiệu mạch điều khiển, sở lựa chọn linh kiện điện tử thông dụng thò trường Việt Nam để thiết kế mạch điều khiển Đồng thời nhóm xây dựng sơ đồ khối điều khiển, lưu đồ thuật toán điều khiển, lập trình phần mềm nạp vào vi điều khiển chế tạo thành công mạch điều khiển ga tự động - Sau chế tạo, nhóm tiến hành thử nghiệm mô hình Tuy nhiên, hạn chế thời gian hệ thống xe có nên việc thử nghiệm thực tế chưa thực Mạch thiết kế thành công, ứng dụng thay cho số xe thực tế Mô hình điều khiển ga tự động đưa vào giảng dạy trường đại học cao đẳng IV-2 Một số đề nghò Chế tạo thành công mô hình điều khiển ga tự động, nhóm hy vọng mô hình sử dụng phục vụ cho công tác đào tạo trường công ty Mạch điều khiển đầu tư để thiết kế đưa vào ứng dụng sửa chữa thay IV-3 Hướng phát triển đề tài Với mục đích chế tạo mạch điều khiển mô hình điều khiển ga tự động, hệ thống sử dụng loại xe Thực tế hãng xe, loại xe có cấu khác nên hướng phát triển nhóm là: - Thiết kế mô hình hệ thống khác để so sánh - Thiết kế mạch thay cho loại xe khác với chương trình điều khiển mềm dẻo thông minh Đề tài nghiên cứu khoa học cấp trường Trang: 33 Nghiên cứu chế tạo mô hình hệ thống điều khiển ga tự động TÀI LIỆU THAM KHẢO Nguyễn Khắc Trai Cấu tạo gầm xe Nhà xuất giao thông vận tải, 1996 Nguyễn Khắc Trai Tính điều khiển quỹ đạo chuyển động ôtô NXB Năm 1997 Tài liệu tra cứu ôtô Mitchell On Demand – 2007 Các tài liệu đào tạo cơng ty Toyota , Ford, Hyundai Các trang web liên quan Đề tài nghiên cứu khoa học cấp trường Trang: 34