Nghiên cứu và phát triển hệ thống ga gián tiếp bằng điện tử phục vụ điều khiển ô tô từ xa

đảm bảo u tiên cho các gói dữ liệu cao độ trễ, khả năng linh hoạt cao, m rộng hệ th ng một cách dễ dàng, sử dụng băng thông rộng và chi phí cho hệ th ng - Thiết kế và chế tạo phần cơ khí

khi n ô tô từ xa” này người thực hiện đã thực hiện được các công viêc như sau:

Đo đạc được độ trễ của tín hiệu khi truy n qua mạng thông qua mạng 3G, đo được

độ đáp ứng v sự tăng tốc của xe khi truy n qua mạng, so sánh độ đáp ứng giữa viêc đi u khi n trực tiếp và đi u khi n từ xa qua Do tốc độ truy n dữ liệu qua mạng có một độ trễ nhất đ nh nên cơ cấu được đi u khi n sẽ có một độ trễ nhất

đ nh so với thực tế và ảnh hưỡng tới chất lượng đi u khi n hệ thống ga Một động

cơ một chi u 12V được thiết kế bên trong cơ cấu đi u khi n ga đ thực hiện việc

đi u khi n bướm ga nhằm duy trì v trí mà tài xế đi u khi n Hệ thông cơ bản vẫn giữ được kết cấu cơ khí Cơ cấu ga đi u khi n gián tiếp được gắn song song với hệ thống cơ khí nên xe vẫn có th hoạt động được 2 chế độ đi u khi n trực tiếp hoặc

đi u khi n từ xa

Abstract

In the project “A study on Throttle -by-wire” is studied vehicle teleoperation We carried out the as follows: Measure the delay of the signals when transmitted over the network 3G, the response of the acceleration of the car, and the comparison of responses between the direct control and teleoperated control A 12V DC motor is built in the control structure of the terminal to make the throttle control to maintain the position that the driver controls Basically the proposed Throttle-by-wire system remains original mechanism.The structure of indirect control throttle is mounted parallelly to the original system As the result the car can be still operated by two control modes direct control or teleoperation

M C L C

M C L C 1

DANH M C T VI T T T 6

M C L C HÌNH 9

M C L C B NG 14

Ch ng 1: T NG QUAN 15

1.1 T ng quan và lí do ch ọn đ tài 15

1.2 Các k t qu nghiên c u trong vƠ ngoƠi n c 16

1.2.2 Các kết quả nghiên c u n ớc ngoài 17

1.3 M c tiêu và nhi m v c a đ tài 19

1.3.1 Mục đích nghiên c u 19

1.3.2 Nhiệm vụ nghiên c u 20

1.4 Đ i t ng nghiên c u 20

1.5 Đi m m i c a đ tài 20

1.6 Gi i h n đ tƠi 21

1.7 Ph ng pháp nghiên c u và k ho ch th c hi n 21

1.7.1 Ph ơng pháp nghiên c u 21

1.7.2 Kế hoạch thực hiện 22

Ch ng 2:C S LÝ THUY T 23

2.1 Ch c năng c a b m ga 23

2 1.1 Hệ th ng ga trực tiếp 23

2.1.2 Hệ th ng đi u khi n ga gián tiếp 29

2.1.2.1 Mô đun chân bàn đạp ga điện tử 31

2.1.2.2 ECU đi u khi n 33

2.1.2.3 u và nh ợc đi m 38

2.1.3 Hệ th ng ga gián tiếp từ xa 39

2.1.4 Các hệ th ng ga đ ợc so sánh qua bảng sau 40

2.1.6 Tình hình các hưng đầu t nghiên c u hệ th ng ga gián tiếp 42

2.1.7 Các vấn đ khó khăn đặt ra khi thiết kế hệ th ng ga gian tiếp 45

2.2 C s lý thuy t c m giác xúc giác (haptics) 46

2.2.1 ng dụng c a công nghệ Haptics 47

2.2.1.1 ng trên ô tô 47

2.2.1.2 ng dụng haptic trong robot gi ng ng i 49

2.2.1.3 ng dụng haptic trong y tế 50

2.2.1.4 Haptic cho ng i mù 52

2.2.1.5 ng dụng haptic trong công nghệ thông tin 53

2.3 Gi i thi u ph n m m LabVIEW 54

2.3.1 LabVIEW là gì 54

2.3.2 ng dụng LabVIEW trong thực tế 55

2.3.2 Lập trình với LabVIEW 57

2.4 Thu t toán PID và ng d ng vƠo đi u khi n đ ng c DC 59

2.4.1 Khái niệm v thuật toán PID 59

2.4.2 Đi u khi n v trí động cơ bằng thuật toán PID 60

2.5 Lí thuy t đi u khi n t xa 61

2.5.1 Giới thiệu v mạng không dây 61

2.5.2 Tiêu chuẩn mạng không dây hiện nay 63

2.5.3 Kỹ thuật truy n tín hiệu trong mạng không dây 63

2.5.3.1 DSSS - Direct Sequence Spread Spectrum 64

2.5.3.2 CSMA/CA 65

2.5.4 Truy n dữ liệu qua sóng vô tuyến mạng 3G 67

2.5.4.1 Khái niệm mạng 3G 68

2.5.4.3 Các thiết b cần thiết đ kết n i 3G 69

2.6 Thu t toán đi u khi n t xa qua m ng 3G 70

2.6.1 Ch ơng trình truy n dữ liệu từ máy Server 70

2.6.2 Ch ơng trình nhận dữ liệu từ máy Client 71

Ch ng 3: THI T K PH N CÚNG VÀ L P TRÌNH CHO H TH NG ĐI U KHI N GA GIÁN TI P T XA 73

3.1 Thi t k ph n c ng 73

3.1.1 Giới thiệu sơ đồ hệ th ng đi u khi n ga gián tiếp từ xa 73

3.1.2 Chế tạo phần cơ khí c a mô hình xe đi u khi n gián tiếp từ xa 74

3.1.3 Chế tạo cơ khí hệ th ng đi u khi n ga gián tiếp từ xa 75

3.1.4 Bộ cảm biến đo t c độ Encoder 76

3.2 Xây d ng ph n m m h th ng đi u khi n ga gián ti p t xa 77

3.2.1 Giới thiệu chung các bộ phận c a hệ th ng ga gián tiếp từ xa 77

3.2.1.1 Bàn đạp ga 77

3.2.1.2 Laptop dùng cho server và Client 77

3.2.1.3 Giới thiệu card USB HDL 9090 78

3.2.1.4 Ch n động cơ điện một chi u đi u khi n hệ th ng ga 80

3.2.2 Thiết kế phần điện c a mô hình 81

3.2.2.1 Mạch điện đ ợc thiết kế đi u khi n trong nhà 81

3.2.2.2 Mạch điện đi u khi n ga đ ợc đi u khi n gián tiếp 82

3.3 Thu t toán và l p trình h th ng đi u khi n ga 84

3.3.1 Giới thiệu l u đồ thuật toán cho hệ th ng đi u khi n ga gián tiếp từ xa 84

3.3.2 Thiết kế phần m m 85

Ch ng 4: K T QU TH C NGHI M 100

4.1 K ịch b n thử nghi m và k t qu thử 100

4.1.1 K ch bản thực nghiệm 100

4.1.2 Kết quả thực nghiệm 101

4.1.3 Đ ng đặc tuyến c a ga và đo th i gian trễ c a hệ th ng đi u khi n ga gián tiếp từ xa qua đ ng đặc tuyến 103

4.2 Đo th i gian tr c a h th ng đi u khi n ga gián ti p t xa bằng thu t toán

107

4.2.1 Thuật toán tính th i gian trễ trên hệ th ng đi u khi n ga gián tiếp từ xa 107

4.2.2 Thuật toán đo th i gian trễ 108

Ch ng 5: K T LU N VÀ H NG NGHIÊN C U 109

5.1 K t lu n 109

5.2 H n ch 109

5.3 H ́ ng nghiên c ́ u 110

TÀI LI U THAM KH O 111

PH L C 112

Ph l c A: M t s kh i (hƠm th c) ph bi n trong c a LabVIEW 112

A1 Cấu trúc một s vòng lặp 112

A2 Một s hàm Delay th i gian 114

A3 Cách lấy các hàm tính toán và so sánh 116

Ph l c B: Thu t toán PID và ng d ng vƠo đi u khi n đ ng c DC 117

B1 Khái niệm v thuật toán PID 117

B2 Các l u ý khi thiết kế bộ đi u khi n PID 118

B3 Đi u khi n v trí động cơ bằng thuật toán PID 119

B3.1 Đi u khi n v trí động cơ DC khâu P 120 B3.2 Đi u khi n v trí động cơ DC bằng khâu PI 123

B3.3 Đi u khi n v trí động cơ DC bằng khâu PID 125

DANH M C T VI T T T

3 G ( Third Generation ) : H ệ thống thông tin thế hệ thứ 3

ABS (Anti-lock braking system) : H ệ thống chống bó cứng phanh

ACC (Adaptive Cruise Control) : H ệ thống kiểm soát hành trình

ACK (acknowledgment signal) : Thông báo ti ếp nhận tốt thông tin

ADC ( analog-to-digital converter) : Chuy ển đ i tin hiệu từ tương tự sang

s ố

Ad-hoc (hay còn g ọi là peer-to-peer) : M ng ngang hàng

ADSL ( Asymmetric Digital Subscriber Line ) : Là đường dây thuê bao số bất đối

x ứng

AM/FM (Frequency modulation) : Điều chỉnh tần số tín hiệu

ASR (Anti-slip regulation) : H ệ thống chống trượt

BAS (Brake Assist) : ảệ thống hỗ trợ phanh khẩn cấp CSMA/CA (carrier sense multiple access with collision avoidance) : Là giao th ức truy ền thông tin trong đó các thiết bị m ng tranh nhau sử dụng đường truyền

DC ( Direct Current ) : Động cơ một chiều

DNS (Domain Name System) : H ệ thống tên miền

DSC (Dynamic stability control) :H ệ thống kiểm soát sự n định chủ động

DSSS (Direct Sequence Spread Spectrum) : Tr i ph nh y t ần

ECO (Economic Cooperation Organization) : ảệ thống kiểm soát nhiên liệu ECU (Enigine Control Unit) : B ộ điều khiển đông cơ

EFI (Electronic Fuel Injection) : Phụn nhiên liệu điện tử

ESC (Electronic stability control) : H ệ thống cân bằng điện tử

FFC (Federal Communications Commission) : Tr i ph chu ỗi trực tiếp

GND ( Ground) : Chân mát

GPS ( Global Positioning System ) : Là h ệ thống ồác định vị trí dựa trên

v ị trí của các vệ tinh nhân t o

IEEE (Institute of Electrical and Electronics Engineers) : K ỹ sư điện và điện tử

I/O (input/output or I/O) : S ự giao tiếp giữa hệ thống sử lý thông tin

ITU ( International Telecommunication Union ) : T ch ức viễn thông thế giới thuộc Liên H ợp Quốc

ISC ( Idle Speed Control System) : Van điều khiển cầm chừng

LabVIEW (Laboratory Virtual Instrumentation Engineering Workbench) : Ngôn ng ữ

l ập trình đ họa

LAN (Wireless Local Area Network) : M ng n ội bộ

LBT (Listen Before Talk) : Nghe trước khi nói

MAC Media Access Control : Địa chỉ vật lý của m ng

PCI ( Peripheral Component Interconnect ) : Chu ẩn để truyền dữ liệu giữa các thi ết bị ngo i vi đến bo m ch chủ

PDA (Personal Digital Asistant) : Thi ết bị hỗ trợ cá nhân

PID (Proportional –Integral–Derivative) : T ỷ lệ - Tích phân – Vi phân

PWM ( Pulse Width Modulation ) : Điều chế độ rộng xung

RPM ( Round Per Minute) : T ốc độ quay của đĩa

RTS/CTS (request to send/clear to send) : Là cơ chế tùy chọn sử dụng giao

th ức m ng không dâỔ để gi m va ch m

SW (Switch) : Công t ắc

TAC (Thottle Actuator Control) : Mô đun chân ga điện tử

TCS (traction control system) : H ệ thống điều khiển lực kéo

TCP/IP ( Internet protocol suite ) : B ộ giao thức liên m ng

TRC (Traction control ) : Điều khiển lực kéo

USB ( Universal Serial Bus ) : Chu ẩn kết nối tuần tự

VCC : Ngu n 5V l ấy từ USB

VSC (Vehicle stability Control) : n định hướng chuỔển động

XBW (X-by-Wire) : H ệ thống điều khiển bằng dây

M C L C HÌNH

Hình 2.1: Nguyên lý hoạt động c a bộ chế hòa khí xe gắn máy 23

Hình 2.2: Cấu tạo c a bộ chế hòa khí xe gắn máy 24

Hình 2.3: Cấu tạo c a bộ chế hòa khí loại SU 25

Hình 2.4: Bộ chế hòa khí sử dụng trên ô tô 25

Hình 2.5: Nguyên lý hoạt động và cấu tạo c a bộ chế hòa khí sử dụng trên ôtô 26

Hình 2.6: Hoạt động c a b ớm ga 26

Hình 2.7: Nguyên lý hoạt động c a h ng khếch tán 27

Hình 2.8: Nguyên lý tạo hòa khí 27

Hình 2.9: Cụm ga đ ợc sử dụng trong hệ th ng phun xăng 28

Hình 2.10: Sơ đồ kh i hệ th ng đi u khi n ga bằng cơ khí c a động cơ phun xăng 29

Hình 2.11: Sơ đồ kh i c a hệ th ng ga điện tử gián tiếp 30

Hình 2.12: Các kh i cơ bản c a thiết b đi u khi n b ớm ga điện tử 31

Hình 2.13: Bàn đạp chân ga và giá đỡ 31

Hình 2.14: Hình dáng và cấu trúc các mô đun chân ga điện tử b trí trên ô tô 33

Hình 2.15: ECU đi u khi n 34

Hình 2.16: Sơ đồ đi u khi n ga từ xa 39

Hình 2.17: Đồ th đ ng đặc tính phản hồi lực c a bàn đạp ga ECO Nissan 42

Hình 2.18: Cụm đồng hồ hi n th c a Nisan 43

Hình 2.19: Bàn đạp ga trên xe c a hãng Continential 44

Hình 2.20: Bàn đạp ga c a hãng Continential 44

Hình 2.21: Những tác động c a tay lên một vật th đ cảm nhậntrạng thái c a vật th

46

Hình 2.22: Giao diện Haptics sử dụng trong đi u khi n xe từ xa 47

Hình 2.23: Thiết b giao diện đi u khi n xe 47

Hình 2.24: Giao diện hệ th ng đ nh v tích hợp c a BMW

Hình 2.25: Công nghệ haptics trong hệ th ng iDrive c a hãng BMW 49

Hình 2.26: "Đ a bé Icub" đang tập bò 49

Hình 2.27: ASIMO đang xu ng cầu thang 50

Hình 2.28: T ơng tác với hình ảnh ba chi u thông qua cánh tay robot 51

Hình 2.29: Tương tác với hình ảnh ba chiều trong phẫu thuật từ xa 51

Hình 2.30: Tiến sĩ Garnette Sutherland đang giới thiệu neuroArm tại ĐH Calgary ( nh: Reuters) 52

Hình 2.31: Các cô chú trong hội ng i mù Th Đ c đang thử nghiệm chiếc nón "mắt thần" 53

Hình 2.32: Axon Logic ra mắt chiếc tablet Haptic 53

Hình 2.33: Ng i phụ nữ có th trả l i mail ngay trong nhà tắm 54

Hình 2.34: Khả năng kết hợp các phần c ng c a LabVIEW 55

Hình 2.35: Các lĩnh vực ng dụng c a LabView 56

Hình 2.36: Đại h c Virginia Tech, Hoa kỳ phát tri n Robot gi ng ng i sử dụng LabVIEW 57

Hình 2.37: Phát tri n máy bay không ng i lái 57

Hình 2.38 : Cửa sổ Front Panel 58

Hình 2.39: Cửa sổ Block Diagram 58

Hình 2.40: Sơ đồ đi u khi n động cơ DC theo thuật toán PID 60

Hình 2.41: Thuật toán đi u khi n động cơ DC theo v trí bằng PID 60

Hình 2.42: Mạng wireless cấu hình theo mô hình ad-hoc 61

Hình 2.43: Mạng wireless cấu hình theo mô hình Access point 62

Hình 2.44: Mạng wireless cấu hình theo mô hình doanh nghiệp 62

Hình 2.45: Một s chuẩn thông dụng 63

Hình 2.46: Các kỹ thuật dùng trong chuẩn 802.11 64

Hình 2.47: Mô hình kỹ thuật DSSS 65

Hình 2.49: Mô ph ng mạng không dây 66

Hình 2.50: Kỹ thuật RTS/CTS 67

Hình 2.51: Mô hình mạng 3G 68

Hình 2.52: Mô hình ng dụng 3G và chia sẽ 3G 69

Hình 2.53: Bộ đi u khi n từ xa qua mạng 3G bên Server 70

Hình 2.54: Bộ đi u khi n từ xa qua mạng 3G bên Client 72

Hình 3.1: Sơ đồ kh i hệ th ng 73

Hình 3.2: Mô hình xe đ ợc đi u khi n ga gián tiếp 75

Hình 3.3: Cơ cấu đi u khi n ga 76

Hình 3.4: Lắp đặt Encoder 76

Hình: 3.5: Bàn đạp phanh và ga 77

Hình 3.6: Laptop ASUS 77

Hình 3.7: Sơ đồ chân Card USB HDL 9090 78

Hình 3.8: Card USB HDL 9090 79

Hình 3.9: Sơ đồ đấu chân Card USB HDL 9090 79

Hình 3.10: Motor đi u khi n ga 80

Hình 3.11: Mạch điện trên mô hình trong nhà 81

Hình 3.12: Driver đi u khi n động cơ 82

Hình 3.14: L u đồ thuật toán dùng đ lập trình 85

Hình 3.15: Cửa sổ front panel c a server trên xe 86

Hình 3.16: L u đồ thuật toán c a server trên xe 87

Hình 3.17: Thuật toán bên server trên xe 88

Hình 3.18: Sơ đồ kh i ch ơng trình đi u khi n server trên xe 89

Hình 3.19: Cửa sổ front panel c a server-Client trong nhà 90

Hình 3.20: L u đồ thuật toán c a máy Master 91

Hình 3.21: Thuật toán client trong nhà 92

Hình 3.22: Sơ đồ kh i ch ơng trình đi u khi n client trong nhà 93

Hình 3.23: Thuật toán bên server trong nhà 94

Hình 3.24 : Sơ đồ kh i ch ơng trình đi u khi n server 95

Hình 3.25: Cửa sổ front panel c a Client trên xe 96

Hình 3.26: L u đồ thuật toán Client trên xe 97

Hình 3.27: Thuật toán bên client trên xe 98

Hình 3.28 : Sơ đồ kh i ch ơng trình đi u khi n client trên xe 99

Hình 4.1: Thử nghiệm hệ th ng đi u khi n ga gián tiếp trên đ ng 100

Hình 4.2: Thử nghiệm xe đi u khi n gián tiếp trên đ ng 101

Hình 4.3: Đặc tính độ bám c a b ớm ga so với bàn đạp ga đi u khi n gián tiếp 103

Hình 4.4: Đặc tính độ bám c a b ớm ga so với bàn đạp ga đi u khi n gián tiếp từ xa

105

Hình 4.5: L u đồ tính th i gian trễ trên hệ thông đi u khi n ga gián tiếp từ xa 107

Hình 4.6: Ch ơng trình đo th i gian trễ 108

Hình A1.1 : Lấy vòng lặp 112

Hình A1.2: Kh i While Loop 113

Hình A1.3: Kh i Case Structure 113

Hình A1.4: Kh i Flat Sequence 113

Hình A1.5: Kh i While Loop 114

Hình A2.1: Cách lấy hàm delay th i gian 114

Hình A2.2: Kh i Flat Sequence 115

Hình A2.3: Hàm While Until Next ms Multiple 115

Hình A3.1: Các hàm tính toán trong LabVIEW 116

Hình A3.2: Các hàm so sánh trong LabVIEW 116

Hình B1.1: Sơ đồ đi u khi n động cơ DC theo thuật toán PID 117

Hình B1.2: Cơ cấu cần đi u khi n v trí 118

Hình B3.1: Thuật toán đi u khi n động cơ DC theo v trí bằng PID 119

Hình B3.3: Sơ đồ kh i ch ơng trình đi u khi n P control 122

Hình B3.4: Giao diện ng i dùng đi u khi n P cho động cơ DC 122

Hình B3.5: Đáp ng c a v trí động cơ DC 123

Hình B3.6: Đi u khi n khâu PI v trí động cơ DC 124

Hình B3.7: Đi u khi n khâu PID v trí động cơ DC 125

M C L C B NG

B ng 2.1: B ảng so sánh u và nh ợc đi m c a các hệ th ng ga 41

B ng 3.1: Thông s kỹ thuật c a Card USB HDL 9090 79

B ng 3.2: Cách ki m tra Card USB HDL 9090 80

B ng 4.1: Kết quả thử nghiệm quưng đ ng và th i gian đi u khi n ga 102

B ng 4.2: S liệu đánh giá độ lệch c a b ớm ga khi đi u khi n gián tiếp 105

B ng 4.3: S liệu đánh giá độ sai lệch c a b ớm ga khi đi u khi n gián tiếp từ xa 106

vụ cho quân sự, an ninh, giám sát… ng dụng công nghệ thông minh trên ôtô ngày càng tăng nên tính tiện nghi và an toàn ch động trên xe ngày càng đ ợc cải thiện, hiện nay nhi u công trình nghiên c u đư và đang đ ợc thực hiện Hệ th ng ga đóng vai trò

vô cùng quan tr ng trong rất nhi u hệ th ng chẳng hạn nh hệ th ng ki m soát hành trình ACC (Adaptive Cruise Control), hệ th ng ki m soát lực kéo TCS (traction control system) hay ASR (Anti-slip regulation), hệ th ng phanh ch ng bó c ng ABS (Anti-lock braking system), hệ th ng ki m soát độ ổn đ nh thân xe ESC (Electronic stability control) hay ESP (Electronic stability program) hoặc DSC (Dynamic stability control) Chính vì thế mà việc đánh giá đ ợc độ trễ c a hệ th ng ga đi u khi n từ xa và

th i gian tăng t c c a xe là cực kì quan tr ng (nó dẫn đến độ ổn đ nh t c c a xe khi di chuy n cũng nh độ êm d u khi tăng t c c a xe) Đó là lý do em ch n đ tài “Nghiên

c u và phát triến hệ th ng đi u khi n ga phục vụ đi u khi n ô tô từ xa” thông qua

mạng 3G

Đ tài đ ợc thực hiện tại phòng nghiên c u c a trung tâm bồi d ỡng giáo viên

và đào tạo nhân lực công nghệ cao Tr ng Đại H c S Phạm d ới sự h ớng dẫn c a TS.Nguyễn Bá Hải Cùng với các thành viên trong nhóm H C Đ LÀM

Trong đ tài này ng i thực hiện đư thực hiện đ ợc các công viêc nh sau:

- Thiết kế đ ợc cơ cấu đi u khi n ga

- Lập trình đi u khi n đ ợc hệ th ng ga đi u khi n từ xa qua mạng 3G

- Đo đạc đ ợc độ trễ c a tín hiệu khi truy n qua mạng thông qua mạng 3G

- Đo đ ợc độ đáp ng v sự tăng t c c a xe khi truy n qua mạng

- So sánh độ đáp ng giữa viêc đi u khi n trực tiếp và đi u khi n từ xa qua

Đ thực hiện việc này tác giả đư sử dụng một động cơ một chi u 12V trong cơ

cấu đi u khi n ga Động cơ đi u khi n v trí c a b ớm ga, nhằm duy trì v trí mà tài xế

đi u khi n

Hệ thông cơ bản vẫn giữu đ ợc kết cấu ban đầu Cơ cấu ga đi u khi n gián tiếp

đ ợc gắn song song với hệ th ng cơ khí nên xe vẫn có th hoạt động đ ợc 2 chế độ

đi u khi n trực tiếp hoặc đi u khi n từ xa

Do t c độ truy n dữ liệu qua mạng có một độ trễ nhất đ nh nên cơ cấu đ ợc đi u khi n sẽ có một độ trễ nhất đ nh so với thực tế

Hệ th ng đi u khi n ga thu thập tín hiệu và đ ợc đi u khi n qua máy tính thông qua phần m m LabVIEW

Xe mang tính chất thí nghiệm nên ch a th chạy ra đ ng mà chỉ đ ợc thử

nghiệm trong khuôn viên tr ng

1.2 Các k t qu nghiên c u trong vƠ ngoƠi n c

Cùng với sự phát tri n công nghệ ô tô trên thế giới nghành công nghệ ô tô trong

n ớc cũng có những b ớc tiến nhất đ nh với kh i đầu là những công trình nghiên c u trong các tr ng Đại h c c a sinh viên, kỹ s Sau đây là một s đ tài đi n hình:

Đ tài “ Nghiên cứu hệ thống điều khiển ga tự động trên ôtô ” c a sinh viên :

Nguyễn Hồng Phúc và Huỳnh Hữu Trí d ới sự h ớng dẫn c a Ths.Nguyễn Văn Thình

đ ợc thực hiện vào tháng 7 năm 2011

Đ tài mới chỉ dừng lại m c độ tìm hi u và thực hiện mô ph ng lại hoạt động

c a hệ th ng, ch a đ xuất đ ợc ph ơng pháp đi u khi n mới

Đ tài “Nghiên cứu và chế tạo mô hình xe điều khiển từ xa” c a KS.Phạm

Tr ng Giang d ới sự h ớng dẫn c a TS.Nguyễn Bá Hải đ ợc thực hiện vào tháng 10 năm 2011

Đ tài này đư thực hiện việc thu thập và truy n dữ liệu qua mạng mạng wifi tuy nhiên

chỉ dạng đợn giản đi u khi n một motor đ thay đổi t c độ một cách trực tiếp

Nh vậy đ tài này đư giải quyết đ ợc 2 vấn đ c a 2 đ tài trên là đ xuất đ ợc cách đi u khi n b ớm ga theo một ph ơng pháp mới đó là đi u khi n b ớm ga bằng motor đ thay đổi l ợng xăng đi vào động cơ đ thay đổi t c độ động cơ dẫn đến thay đổi t c độ xe

Đ tài “Nghiên cứu va phat triển hê ̣ thông phanh gián tiếp điêu khiển điện tử trên ô tô” Lận văn thạc sĩ c a Ks Trần Đ c Thắng Đ tài này đư đi u khi n thành

công hệ th ng phanh gián tiếp từ xa Một ng i ngồi trong phòng đi u khi n hệ th ng phanh c a một chiếc xe sân golf thật thử nghiệm thông qua mạng wifi Hệ th ng này

mới chỉ dừng lại mạng wifi nội bộ với khoảng cách giới hạn

Đ tài “Kỹ thuật mạng không dây” c a h c viên Nguyễn Tấn Sĩ Luận văn này

đ ợc thực hiện với mục đích tìm hi u nghiên c u các ph ơng pháp xây dựng mạng

cảm biến dựa trên các kỹ thuật, các giao th c đ nh tuyến trên mạng không dây Đ tài

đư ng dụng đ xây dựng mô ph ng đ quan sát các hiện t ợng vật lý, hay đi u kiện môi tr ng nh nhiệt độ, áp suất, âm thanh, sự chấn động, sự chuy n động, ô nhiễm các v trí khác nhau Đ tài chỉ dừng lại chỗ thu thập tín hiệu từ các cảm biến c đ nh theo một chi u, ch a th thu thập đ ợc những tín hiệu đi động

1.2.2 Các k t qu nghiên c u n c ngoài

Cédric Wilwert cùng nhóm gồm 4 thành viên, “Design of automotive Wire systems ”, LORIA UMR 7503 – INRIA Campus Scientifique - BP 239 - 54506 VANDOEUVRE-lès - ANCY CEDEX.

X-by-Nhóm này đư nghiên c u và thiết kế hệ th ng X-by-Wire, h đư đi phân tích

th i gian thực và độ tin cậy c a các hệ th ng X-by-Wire, xem xét lại các tính năng dự

phòng khi cần thiết (lỗi dự phòng giúp tài xế có th di chuy n xe vào chỗ an toàn tr ớc khí cho ng ng hoạt động )và giao th c giao tiếp đ ợc sử dụng cho hệ th ng X-by-Wire

nh TTP/C, FlexRay and TTCAN Vấn đ và cách khắc phục các lỗi đ i với hệ th ng XBW (X-by-Wire) này bằng cách tạo ra các mã lỗi thông dụng chuẩn phục vụ cho việc chuẩn đoán

- Nghiên c u c a nhóm mới thực nghiệm trên hệ th ng Steer-by-Wire, Wire, nh ng ch a thực nghiệm trên hệ th ng ga

Brake-by Độ tin cậy c a hệ th ng X-by-Wire vẫn ch a đ ơc các tổ ch c có ch c năng

Amar Shah, “Drive-by-wire”, 10326849 School of Mechanical Engineering,

University of Western Australia Supervisor Prof Thomas Braünl School of Electrical, Electronic and Computer Engineering,University of Western Australia, Semester 1,

2009

Đ tài đư tính toán thiết kế đ ợc các hệ th ng c a X-by-Wire nh : wire, Brake-by-wire, Throttle-by-wire

steer-by-Đ tài đư nêu ra những khó khăn nh :

- Th i gian trễ đáng k giữa việc đi u khi n đến khi các yêu cầu đ ợc thực hiện nh hệ th ng lái và phanh yêu cầu tính an toàn rất cao

- Mạng giao tiếp nội bộ CAN không còn thích hợp cho các yêu cầu c a hệ

th ng

- Việc tái tạo lực phản hồi c a các hệ th ng nh hệ th ng lái, hệ th ng phanh,

hệ th ng ga

- Đ tài này ch a xác đ nh hay đo đạc đ ợc đ ng đặc tính c a các hệ th ng

và ch a đánh giá đ ợc m c độ an toàn c a các hệ th ng

- Thiết kế một hệ th ng dự phòng, sự t ơng tác đa cơ cấu

Đ xuất c a đ tài: Thay thế hệ thông truy n dữ liệu CAN qua sử dụng:

- Time-triggered C (TTCAN), TTCAN đ ợc giới thiệu nh là sự m i rộng giao th c c a mạng CAN, nó có th i gian kích hoạt giao tiếp và th i gian hệ

th ng mạng l ới toàn cầu với độ chính xác cao

- FlexRay (Cena 2005), ph ơng pháp này trình bày cách xác đ nh th i gian xử

lý đ hạn chế những va chạm giữa các gói dữ liệu và làm trễ sự truy n liên

tục giữa chúng (Temple 2004)

- Byteflight với m c độ toàn vẹn dữ liệu cao, tránh xung đôt giữa các gói dữ

liệu, các gói dữ liệu đ ợc đ nh h ớng thông qua các đ a chỉ nhận dạng đảm

bảo u tiên cho các gói dữ liệu cao độ trễ, khả năng linh hoạt cao, m rộng

hệ th ng một cách dễ dàng, sử dụng băng thông rộng và chi phí cho hệ th ng

- Thiết kế và chế tạo phần cơ khí hệ th ng đi u khi n ga gián tiếp điện tử trên

xe quân sự hoạt động êm d u vận hành xe với t c độ ổn đ nh

- Cơ cấu đi u khi n ga phải g n, b n chắc dễ đi u khi n, dễ bảo d ỡng, ki m tra

sửa chữa

- Thiết kế đ ợc hệ th ng đi u khi n ga từ xa qua mạng 3G

- Đánh giá đ ợc hiệu quả hệ th ng ga gián tiếp thông qua th i gian tăng t c, và

độ trễ c a hệ th ng đi u khi n ga

1.3.2 Nhi m v nghiên c u

- Chế tạo phần cơ khí hệ th ng đi u khi n ga gián tiếp

- Thiết kế mạch điện trên hệ th ng đi u khi n ga gián tiếp c a xe

- Vận dụng lý thuyết đi u khi n động cơ DC, sử dụng card Hocdelam USB HDL-9090 và Driver Motor

- Tìm hi u phần m m LabVIEW đ lập trình đi u khi n

- Nghiên c u thuật toán PID đi u khi n động cơ DC

- Xây dựng thuật toán đi u khi n hệ th ng ga trên xe

- Khảo sát và thực nghiệm hệ th ng đi u khi n ga gián tiếp đ a ra kết quả so sánh giữa hệ th ng ga trực tiếp và hệ th ng ga đi u khi n gián tiếp từ xa

1.4 Đ i t ng nghiên c u

- Hệ th ng ga điện tử gián tiếp

- Phần m m LabVIEW

- Card USB HDL 9090

- Các thiết b thu nhận tín hiệu, các cảm biến

- Giao tiếp qua mạng thông qua chuẩn TCP/IP

- Ph ơng pháp làm thí nghiệm

1.5 Đi m m i c a đ tài

Chế tạo và thực nghiệm cơ cấu đi u khi n ga gián tiếp trên xe thật ( Xe phục vụ

ch ng i trong sân golf, có khả năng ch 4 ng i và đạt vận t c t i đa 30km/h)

- Hệ th ng có th hoạt động đ ợc 2 chế độ:

+ Đi u khi n trực tiếp nh hệ th ng thông th ng

+ Đi u khi n gián tiếp bằng joytick hoặc một bàn đạp không dây đ ợc gắn cảm

biến xác đ nh v trí

Nghiên c u và thực hiện việc đi u khi n cơ cấu đi u khi n ga gián tiếp thông

qua mạng 3G Cơ cấu ga đ ợc ng dụng đi u khi n ga c a xe thật (xe sân gôn 4 chỗ

ngồi có th đạt vận t c t i đa 30km/h)

1.6 Gi i h n đ tƠi

Với nguôn tai liê ̣u rât ha ̣n chê co đ ợc t nh ̃ng bai bao khoa học ngoai n ơc (cho tơi thơi điểm th ̣c hiê ̣n đê tai nay, ch a co bât ky công bô hay bao cao t ơng t ̣ vê

hê ̣ thông đi u khi n cơ cấu ga gián tiếp qua mạng 3G tại Việt Nam)

Đ tài chì có th điêu khiển ga gián ti ếp trên mô ̣t chiêc xe ch 4 ng ơi, và chỉ

đa ̣t vâ ̣n tôc tôi đa 30km/h

Xe mang tính chất thí nghiệm nên ch a th chạy ra lộ mà chỉ đ ợc thử nghiệm trong khuôn viên tr ng

Xe chỉ có th đi u khi n đ ợc trong vòng bán kính 100m

Do t c độ truy n dữ liệu qua mạng có một độ trễ nhất đ nh nên cơ cấu đ ợc đi u khi n sẽ có một độ trễ nhất đ nh so với thực tế

Cuôi cung, đ tài đư thu thâ ̣p cac tốn hiê ̣u qua may tốnh thông qua phân mêm LabVIEW là mô ̣t trong nh ̃ng phân mêm ma ̣nh nhât hiê ̣n ta ̣i trong th ̣c nghiê ̣m cac d ̣

án và đ tài, quan sat tốn hiê ̣u điêu khiển để phân tốch , đanh gia hiê ̣u quả của viê ̣c thiêt

kê va chuyển đổi hê ̣ thông đi u khi n ga th ơng sang hê ̣ thông điêu khiển ga gián ti ếp băng motor thông qua mạng 3G

1.7 Ph ng pháp nghiên c u và k ho ch th c hi n

1.7.1 Ph ng pháp nghiên c u

- Phác thảo mô hình trên giấy

- Nghiên c u tài liệu

- Thiết kế và chế tạo cơ cấu đi u khi n ga trên ôtô thật

- Viết ch ơng trình đi u khi n qua mạng đ đi u khi n từ xa

- Thử nghiệm và đánh giá tình trạng hoạt động

1.7.2 K ho ch th c hi n

- Phác thảo mô hình trên giấy đ dự trù những thiết b cần thiết cho đ tài

- Nghiên c u tài liệu: thông qua các tài liệu trong và ngoài n ớc đ tìm hi u v nguyên lý làm việc, tính năng, cũng nh u nh ợc đi m c a các đ i t ợng phục vụ cho

đ tài đ có th t i thi u những ảnh h ng bất lợi

- Ki m tra hoạt động c a từng thiết b

- Thiết kế và chế tạo cơ cấu đi u khi n ga trên ôtô mô hình

- Viết ch ơng trình đi u khi n đi u khi n cơ cấu đi u khi n ga thông qua giao

tiếp giữa máy tính, card giao tiếp và Driver Motor, đ ki m tra hoạt động c a hệ th ng sau khi đư lắp ráp trên mô hình

- Thực nghiệm trên ô tô thật, thu thập dữ liệu phân tích và sửa chữa ch ơng trình

sao cho phù hợp nhất

- Viết ch ơng trình đi u khi n qua mạng đ đi u khi n từ xa

- Thực nghiệm lấy kết quả so sánh độ đáp ng và độ trễ khi truy n qua mạng

2 1.1 H th ng ga tr c ti p

Là hệ th ng ga thông th ng trên các xe máy, ô tô mà chúng ta th ng thấy

B ớm ga trong hệ th ng này đ ợc đóng m nh vào lực kéo trực tiếp từ bàn đạp ga đặt bên trong xe th ng qua cáp kết n i đ đi u khi n l ợng hỗn hợp không khí - nhiên liệu hút vào trong xylanh

Ch hòa khí lo i VM: Đây là loại chế hào khí truy n th ng đ ợc sử dụng trên

3 Van hạn chế

hỗn hợp khí Bầu phao đ ợc b trí phía d ới quả ga và đ ng cấp xăng đ ợc chia làm hai mạch xăng chính

Hình 2.2: Cấu tạo c a bộ chế hòa khí xe gắn máy

L ợng khố đ ợc hut qua carburetor phụ thuô ̣c vao đô ̣ nhấc c a quả ga : quả ga nhấc cang cao thố l ợng khố đi qua cang nhiêu , nghĩa là t c độ dòng khí h ng khuyêch tan cang tăng va l ợng xăng bi ̣ hut vao cang lơn Nh vâ ̣y, b ơm ga cho phep điêu khiển hoa ̣t đô ̣ng của động cơ ở cac chê độ tải khac nhau tuy theo điêu kiê ̣n lam viê ̣c

Ch hòa khí lo i SU (CV): Khi vận hành tay ga, b ớm ga sẽ d ch chuy n đóng

m Quả ga sẽ nằm giữa h ng giảm áp tự động m và đóng theo sự thay đổi áp suất chân không trong hệ th ng bên trên màng ngăn vì vậy đ ng kính c a h ng hút thay đổi và duy trì đ ợc vận t c dòng khí nạp một cách ổn đ nh

8 Jic lơ gió phụ

9 Jic lơ gió chính

10 Dây ga

Hình 2.3: Cấu tạo c a bộ chế hòa khí loại SU Loại SU đ ợc sử dụng cho những loại động cơ 4 kì nó đảm bảo cho động cơ hoạt động ổn đ nh và tiết kiệm nhiên liệu

Hình 2.4: Bộ chế hòa khí sử dụng trên ô tô

10 Cục ga

Hình 2.5: Nguyên lý hoạt động và cấu tạo c a bộ chế hòa khí sử dụng trên ôtô Nguyên ly hoa ̣t đô ̣ng của bộ chê hoa khố đ ợc thể hiê ̣n tr ên hốnh Nó bao gồm

mô ̣t buông ch a xăng th ơng go ̣i la buông phao, các đ ng dẫn xăng và các đ ng dẫn khí, h ng khuyếch tán và các van đi u khi n (b ơm ga, b ơm khố)

Hình 2.7: Nguyên lý hoạt động c a h ng khếch tán Khi đô ̣ng cơ hoa ̣t đô ̣ng , (b ơm ga va b ơm khố đêu mở ) không khố bi ̣ hut vao t

phía trên, đi qua ho ̣ng khuyêch tan Tại đây, do tiêt diê ̣n l u thông bi ̣ thu he ̣p la ̣i, tôc đô ̣

c a dòng khí tăng lên làm áp suất giảm xu ng tạo độ chân không hút nhiên liệu từ

trong buông phao qua đ ơng xăng chốnh va phun ra d ơi da ̣ ng tia Nh vâ ̣y, xăng bi ̣ phun vao dong khố co tôc đô ̣ cao , hoà trộn với không khí và bay hơi đ tạo thành hỗn hợp khố chay

Hình 2.8: Nguyên lý tạo hòa khí Tuy nhiên , do thơi gian ta ̣o hỗn hợp ở đây qua ngăn nên vẫn con một l ợng xăng nhât đi ̣nh ch a ki ̣p bay hơi Để ta ̣o đ ợc hỗn hợp khố chay hoan chố̉nh thố cân phải tạo đi u kiện t t đ l ợng xăng còn lại này bay hơi n t tr ớ c khi bugi phat tia l ̉ a điê ̣n (s ̉ dụng xăng dễ bay hơi , xây nong xăng va khố na ̣p , tạo mặt thoáng và áp suất thấp trên đ ơng ông hut để cac gio ̣t nhiên liê ̣u bay hơi nôt , ) Để tăng hơn n ̃a độ chân

4 Thùng cấp nhiên

liệu

không trong buông hoa khố , ng ơi ta s ̉ dụng cac bộ chê hoa khố co 2 hoă ̣c 3 ng khuyêch tan đă ̣t nôi tiêp nhau

L ợng khố đ ợc hut qua bộ chế hòa khí phụ thuộc vào độ m c a b ớm ga :

b ơm ga mở cang lơn thố l ợng khố đi qua cang nhiêu , nghĩa là t c độ dòng khí h ng khuyêch tan cang tăng va l ợng xăng bi ̣ hut vao cang lơn Nh vâ ̣y, b ơm ga cho phep điêu khiển hoa ̣t đô ̣ng của động cơ ở cac chê độ tải khac nhau tuy theo điêu kiê ̣n lam viê ̣c Viê ̣c điêu khiển b ơm ga đ ợc th ̣c hiê ̣n nhơ mô ̣t ban đa ̣p bô trố trong ca bin ôtô ,

th ơng đ ợc go ̣i la ban đa ̣p ga

B m ga sử d ng trong h th ng ph xăng: B ớm ga khi này vẫn đ ợc dẫn

động b i sợi cáp đ ợc kết n i trực tiếp với bàn đạp ga.Khi đạp chân ga, b ớm ga m ra

đ hút một l ợng lớn không khí đi vào động cơ

Hình 2.9: Cụm ga đ ợc sử dụng trong hệ th ng phun xăng ECU tính toán quyết đ nh l ợng nhiên liệu đ ợc cung cấp vào trong động cơ , kết quả là công suất phát ra c a động cơ tăng lên theo l ợng không khí đi vào

Có một ISCV (van đi u khi n t c độ không tải) đ đi u khi n l ợng khí nạp trong quá trình chạy không tải hay khi động cơ lạnh

Hình 2.10: Sơ đồ kh i hệ th ng đi u khi n ga bằng cơ khí c a động cơ phun xăng

u và nh c đi m c a b đi u khi n b m ga bằng c khí

+ Lâu ngày dễ b kẹt ga

+ Vận hành khong đ ợc trơn chu

+ Do bằng cơ khí nên có độ rơ nhất đ nh, làm cho tài xế không có cảm giác thực + không th cung cấp thông tin cho các hệ th ng phụ trợ hiện đại sau này nh : ABS, ACC, ASR, ESC

2.1.2 H th ng đi u khi n ga gián ti p

Với những thành quả trong việc đi u khi n ABS, khi các nhà thiết kế thực hiện ý

đ nh đi u khi n lực kéo ch ng tr ợt quay bánh xe ch động (TRC) thông qua sử dụng thiết b ABS nh một bộ phận tiêu thụ bớt mômen quay chế độ (TRC), ô tô cần thực hiện đi u chỉnh mômen truy n tới bánh xe ch động nhằm hạn chế sự tăng quá m c lực kéo bằng cách tạo ra mô men phanh bánh xe trục dẫn ra bánh xe Nh vậy, liên kết

cơ khí giữa bàn đạp chân ga và chế độ hoạt động c a động cơ là không t ơng thích, và cần thiết thay liên kết này bằng liên kết đi u khi n “m m” Chân ga điện tử đư ra đ i xuất phát từ mục đích tạo liên kết “m m” này Khái niệm chân ga điện tử đ ợc hi u là thay đổi liên kết chân ga cơ khí với thiết b đi u chỉnh t c độ động cơ bằng liên kết thông qua các thiết b điện tử Chân ga điện tử ra đ i và bắt đầu thử nghiệm áp dụng vào khoảng năm 1986

Hình 2.11: Sơ đồ kh i c a hệ th ng ga điện tử gián tiếp Một hệ th ng bao gồm bàn đạp ga, ECU đi u khi n, cụm đi u khi n b ớm ga Một cảm biến bàn đạp ga điện tử sẽ nhận biết góc đạp c a bàn đạp ga và gửi tín hiệu này v cho hộp ECU d ới dạng điện áp ECU sẽ nhận tín hiệu này tính toán và đ a tín hiệu ra đi u khi n cơ cấu đi u khi n b ớm ga Trục b ớm ga sẽ đ ợc gắn với một cảm biến, cảm biến này xác đ nh độ m c a b ớm ga và báo v cho ECU biết và ki m tra xem góc m b ớm ga đư đúng nh yêu cầu hay ch a và sẽ xuất tín hiệu ra đ đi u

khi n v đúng giá tr yêu cầu

2

Hình 2.12: Các kh i cơ bản c a thiết b đi u khi n b ớm ga điện tử

1 Mô đun chân ga điện tử (Thottle Actuator Control (TAC) Module)

2 ECU đi u khi n

3 B ớm ga (Throttle Body assembly)

2.1.2.1 Mô đun chơn bƠn đ p ga đi n tử

Mô đun chân bàn đạp ga điện tử (hình 1) đ ợc tổ hợp bao gồm:

- Bàn đạp và cơ cấu giá đỡ

- Bộ cảm biến đo v trí bàn đạp chân ga, chuy n hoá thành tín hiệu điện áp

Hình 2.13: Bàn đạp chân ga và giá đỡ

- Bộ l u trữ và phân tích dữ liệu nhằm xác đ nh các ý đ nh c a ng i lái

- Một bộ dây n i đóng vai trò chuy n dữ liệu trạng thái bàn đạp chân ga

- Cơ cấu tạo hồi v chân ga

Cảm biến ki m soát v trí, t c độ bàn đạp chân ga là các cảm biến v trí, sử dụng nguồn điện áp 5V hoặc nguồn điện áp từ ắc quy ô tô

Gần đây, các cảm biến này đ ợc hình thành trên cơ s hiệu ng Hall, ghép trong

mô đun theo công nghệ CIPOS, cho phép: tiết kiệm năng l ợng, kích th ớc nh g n,

t c độ quản lý dữ liệu nhanh, có khả năng tích hợp đa ch c năng và b trí thuận lợi nhi u ch ng loại xe khác nhau Đ nâng cao độ tin cậy trong sử dụng, trong mô đun có mạch cảm biến dự phòng

Cơ cấu hồi v chân ga giúp cho bàn đạp có khả năng hồi v v v trí ban đầu khi

ng i lái không tác dụng lực lên bàn đạp Cơ cấu hồi v đồng th i đảm nhận ch c năng tạo cảm giác lực cho ng i đi u khi n Việc tạo cảm giác cho ng i đi u khi n khiến

h hi u đ ợc đư đạp bàn đạp chân ga đi u khi n đến m c nào, thông qua m c nhấn sâu (chân ga nặng), nhấn ít (chân ga nhẹ)

Cơ cấu hồi v b trí trong mô đun chân ga điện tử, tuy nhiên bộ phận này tạo lực cảm giác không lớn, và lực đặt lên bàn đạp chỉ nh bằng một nửa lực đi u khi n c a chân ga liên kết cơ khí Nh vậy, mô đun chân ga điện tử cung cấp các trạng thái bàn đạp theo ý đ nh c a ng i lái bằng các tín hiệu điện đ thực hiện đi u khi n sự làm việc c a động cơ

Trong một s trạng thái làm việc c a động cơ nhất đ nh, các tín hiệu từ chân ga điện tử giúp tạo nên các chế độ làm việc t i u c a động cơ: tự động giảm t c độ động

cơ khi ô tô xu ng d c nhằm đáp ng tính kinh tế nhiên liệu, tự động tăng t c độ động

cơ nhằm đáp ng tính ổn đ nh Chế độ tự động tăng t c động cơ còn đ ợc g i là “chế

độ bù ga tự động”

Hình 2.14: Hình dáng và cấu trúc các mô đun chân ga điện tử b trí trên ô tô

Sự hoàn thiện chân ga điện tử m c độ cao hơn đ ợc g i là: Mô đun chân ga điện tử và xuất hiện vào khoảng những năm 1990 Sau một giai đoạn thử nghiệm xe khoảng 5 năm, đến năm 1996 bắt đầu tiến hành sản xuất hoàn loạt lớn Từ đó mô đun chân ga điện tử đư tr thành mô đun tiêu chuẩn c a nhi u loại ô tô con Một hưng tham gia sản xuất phụ trợ cho công nghiệp ô tô đư đẩy nhanh sản l ợng trong một th i gian ngắn Sau 13 năm hoạt động hưng này đư chế tạo khoảng 100 triệu mô đun, và bán cho nhi u hưng lắp ráp ô tô trên thế giới Ngày nay mô đun chân ga điện tử đang dần dần thay thế chân ga liên kết cơ khí cho cả ô tô con, ô tô tải, ô tô buýt

2.1.2.2 ECU đi u khi n

ECU nhận biết tình trạng hoạt động c a động cơ thông qua các tín hiệu phản hồi

từ các cảm biến rồi quyết đ nh đi u khi n các cơ cấu chấp hành chẳng hạn nh đi u khi n nhiên liệu, góc đánh lửa, góc ph i cam, ga tự động, v.v .Hoạt động c a hệ th ng

đi u khi n động cơ đem lại sự chính xác và thích ng cần thiết, đ giảm t i đa chất độc

hại trong khí thải cũng nh l ợng tiêu hao nhiên liệu c a động cơ ECU cũng đảm bảo công suất t i u các chế độ hoạt động c a động cơ, giúp chuẩn đoán động cơ một cách hệ th ng khi có sự c xảy ra

2

1

1 Chân ga tựa

2 Chân ga treo

Hình 2.15: ECU đi u khi n Các chế độ bù ga tự động trong động cơ có mô đun chân ga điện tử

Đ ng c lƠm vi c ch đ ch y ch m: chế độ chạy chậm c a động cơ phun

xăng EFI, khi chân ga nằm v trí ban đầu, hiện t ợng bù ga đ ợc thực hiện thông qua

đ ng khí không tải Van khí không tải lắp bên cạnh b ớm ga, tạo nên đ ng cấp khí

đi tắt qua b ớm ga, giúp cho động cơ làm việc chế độ không tải Việc m rộng

đ ng khí phụ giúp cho động cơ tăng thêm t c độ không tải phục vụ việc tăng tải chế

độ chạy chậm, hay còn g i là “chế độ chạy chậm có tải”, nhằm duy trì sự làm việc ổn

đ nh c a động cơ (tránh b chết máy đột ngột) Trong sử dụng, chế độ chạy chậm có tải

t ơng ng với việc ng i lái bật đèn pha, bật đi u hoà

Đ ng c lƠm vi c ch đ gƠi s : Khi động cơ đư làm việc việc gài s từ thấp

đến cao nhằm thực hiện chế độ tải tr ng thay đổi Phụ tải đặt lên động cơ lớn hơn phụ tải chế độ chạy chậm thông th ng ng i lái phải nhấn sâu một chút chân ga đ động cơ làm việc cân bằng với phụ tải c a ô tô, hoặc tiến hành vê côn (vê li hợp) Nếu thả hoàn toàn chân ga, không vê côn, động cơ có th dẫn tới chết máy

Trên ô tô có mô đun chân ga điện tử, đ khắc phục tình trạng này khi nhả chân ga hoàn toàn, ng i lái không cần vê côn, mô đun chân ga điện tử nhận dạng trạng thái làm việc và cung cấp tín hiệu cho động cơ m thêm b ớm ga và tăng l ợng phun nhiên liệu duy trì cho động cơ làm việc trạng thái cân bằng với phụ tải, động cơ không b chết máy mà ng i lái không phải thực hiện thao tác vê côn

Chế độ này g i là chế độ bù ga theo tải tr ng Khi đó động cơ sẽ tự động chuy n

v trạng thái làm việc khác nhau tuỳ thuộc vào tay s gài và tải tr ng đặt lên bánh xe

ch động Khi s truy n đ ợc gài càng cao thì s vòng quay c a động cơ càng lớn Chế

độ xử lý tự động nh là một u việt c a kết cấu bù ga điện tử khi dùng mô đun chân ga điện tử

M c độ bù ga tuỳ thuộc vào chất l ợng ổn đ nh c a động cơ, đặc tính t c độ c a động cơ Nh vậy, có th có động cơ cần bù ga lớn và có động cơ cần bù ga nh Thực hiện m c độ bù ga nh là rất khó khăn khi tải tr ng đặt lên ô tô thay đổi trong giới hạn rộng Tuy nhiên, đây cũng là một xu h ớng đ các nhà nghiên c u phát tri n kỹ thuật cho động cơ

Một s vấn đ khác đ ợc đặt ra là khi bù ga theo chế độ tải tr ng, nếu vì một lý

do nào đó, ô tô ch tải và hoạt động vùng t c độ cao, ng i lái gặp ch ớng ngại, đột ngột thả chân ga, không đạp li hợp và chuy n sang chân phanh Đi u đó có nghĩa là phụ tải tăng và hệ th ng bù ga làm việc nhằm tạo cân bằng với tải lớn c a ô tô và có

th dẫn tới ô tô b tăng t c ngoài ý mu n Trong tr ng hợp này nhất thiết phải thực hiện đạp li hợp và chuy n s v “Mo”, khi đó phụ tải động cơ giảm nh và động cơ không đ ợc đi u khi n bù ga

Đ ng c lƠm vi c ch đ quay vòng: Một chế độ bù ga khác đư đ ợc thực

hiện cũng nh mô đun chân ga điện tử trên các ô tô có b trí hệ th ng VSC (Vehicle stability Control: ổn đ nh h ớng chuy n động) Khi ô tô quay vòng trên đ ng cong, tiêu hao năng l ợng cho ô tô chuy n động trên đ ng có th lên tới 25% so với năng

l ợng khi ô tô chuy n động thẳng cùng t c độ Đi u này dễ dàng nhận thấy khi ng i lái giữ nguyên m c độ bàn đạp chân ga chuy n sang quay vành lái thực hiện quỹ đạo cong c a đ ng, t c độ chuy n động c a ô tô sẽ giảm Sự biến đổi vận t c ô tô trong

đ ng cong sẽ dẫn tới thay đổi mạnh các phản lực thẳng đ ng và gây bất lợi cho sự lăn

c a một vài bánh xe trên đ ng Đ khắc phục đi u này, mặc dù chân ga giữ nguyên,

nh ng sau khi bộ đi u khi n VSC đư ki m sát đ ợc gia t c bên và nhận thấy gia t c

bên không nằm trong vùng cận nguy hi m, hệ th ng cho phép bù ga đ ô tô giữ nguyên

t c độ chuy n động Cấu trúc nh vậy giúp ng i lái tập trung t t hơn trong việc xử lý tình hu ng mặt đ ng, hạn chế khả năng tr ợt ngang c a các bánh xe cầu sau

Trên động cơ ô tô ngày nay còn có th đ ợc b trí thêm một s chế độ bù ga khác, tuy nhiên các chế độ bù ga này ít liên quan tới tính chất an toàn chuy n động và

đ ợc b trí trên động cơ với mục đích tăng tiện nghi sử dụng, giảm bớt c ng độ làm việc c a ng i lái

Đ ng c lƠm vi c ch đ ch y ch m: Tr ớc hết, chế độ giảm t c độ động

cơ thực hiện chế độ chạy chậm khi động cơ còn nguội, thông qua cơ cấu tự động giảm t c độ vòng quay khi máy bắt đầu đạt tới nhiệt độ trên 800C Cơ cấu này đ ợc viết tắt là cơ cấu van ISC Khi động cơ còn nguội t c độ động cơ cần cao, khi nhiệt độ máy tăng lên van ISC đóng lại, l ợng khí nộp đi vào giảm nh giúp cho động cơ giảm

t c độ, giảm bớt l ợng tiêu thụ nhiên liệu và hạn chế l ợng khí phát thải

Đ ng c lƠm vi c ch đ có đặt TRC: Nh đư nêu phần xuất x hình

thành chân ga điện tử, với ô tô có ABS và liên hợp TRC, sự tr ợt quay bánh xe ch động đ ợc hạn chế khi giảm mô men từ động cơ truy n xu ng trạng thái có tr ợt quay, ng i lái nhấn sâu chân ga, động cơ làm việc s vòng quay cao, nh ng t c độ ô

tô không tăng, một phần năng l ợng c a động cơ tiêu hao vô ích cho việc thực hiện quay trơn bánh xe

Trên ô tô có b trí mô đun chân ga điện tử kết hợp với các hệ th ng ABS liên hợp TRC, khi nhấn bàn đạp chân ga sự tr ợt quay bánh xe gia tăng tới một giá tr giới hạn, nếu c nhấn sâu chân ga tiếp, tr ớc tiên hệ th ng ABS sẽ tham gia đi u khi n phanh

đ i với từng bánh xe, đồng th i giảm góc m b ớm ga và giảm l ợng phun nhiên liệu,

t c độ động cơ giảm xu ng mặc dù chân ga vẫn nằm v trí nhấn sâu Thực hiện đi u này cho phép ô tô sử dụng t i u nhiên liệu, hạn chế khả năng mòn l p xe và nâng cao

khả năng đi u khi n ô tô

Đ ng c lƠm vi c ch đ quay vòng: Trên xe có b trí VDC (Vehicle

Dynamic Control: ổn đ nh động h c quay vòng) có cảm biến gia t c bên Cảm biến có nhiệm vụ xác đ nh gia t c bên c a ô tô đ ki m soát trạng thái quay vòng thực tế c a ô

tô so với trạng thái quay vòng theo quay vành lái Nếu gia t c bên c a ô tô nằm trong vùng lân cận c a giá tr nguy hi m, mặc dù chân ga đang nằm một v trí nào đó trạng thái nhấn ga, hệ th ng VDC lập t c đi u khi n giảm t c độ động cơ đẻ giảm t c

độ ô tô, đ a gia t c bên thực tế v vùng gia t c an toàn

trong vùng gia t c an toàn, nếu quỹ đạo cong c a ô tô không phù hợp với quỹ đạo c a vành lái (không phù hợp với trạng thái quay vòng mong mu n: quay vòng thiếu hay quay vòng thừa), hệ th ng ABS tự động đ ợc kích hoạt và đi u khi n phanh riêng rẽ các bánh xe theo ch ơng trình đ nh sẵn đ đ a ô tô v trạng thái quay vòng đúng Trong quá trình đó công suất c a động cơ phát ra b d thừa và cần thiết đ a ra tín hiệu hiệu chỉnh giảm t c độ động cơ Nh vậy mô đun chân ga điện tử giúp cho hệ

th ng không thực hiện tác động c a bàn đạp chân ga Tuy nhiên, sau khi đư thực hiện

đ ợc việc đi u chỉnh quỹ đạo, lệnh đi u khi n này đ ợc huỷ b và hệ th ng chuy n v thực hiện tăng t c động cơ đến giá tr mong mu n c a bàn đạp chân ga tr ớc đó Thực hiện giảm và tăng linh hoạt chế độ làm việc c a động cơ giúp nâng cao tính ổn đ nh động c a xe (VDC) đồng th i sử dụng hiệu quả nhiên liệu là ý đồ c a nhà thiết kế và

có sự tham gia tích cực c a mô đun chân ga điện tử

Đ ng c lƠm vi c khi gặp ch ng ng i trên đ ng: Một s ô tô con đư bắt

đầu b trí thiết b đi u khi n t c độ ô tô theo khoảng cách di chuy n giữa ô tô cùng di chuy n trên đ ng Thiết b cho phép xác đ nh khoảng cách giữa các xe bằng thiết b nhận dạng ki u quang h c, t c độ di chuy n c a xe đi tr ớc (ch ớng ngại) Nếu khoảng cách giữa ô tô với ch ớng ngại đ đảm bảo an toàn cho hệ th ng phanh xe khi cần thiết, hệ th ng cho phép làm việc theo tín hiệu đi u khi n c a mô đun bàn đạp chân

ga Nh ng nếu khoảng cách nằm trong vùng không an toàn, mặc dù bàn đạp chân ga nhấn sâu nh ng thiết b đi u khi n động cơ giảm t c độ, giữ khoảng cách an toàn

Trong tr ng hợp đặc biệt, động cơ có th tắt máy và xe b phanh gấp theo dạng phanh

hỗ trợ khẩn cấp (BAS), trong lúc ng i lái ch a k p phanh xe và bàn đạp chân ga ch a

đ ợc thả hoàn toàn

Thiết b nh vậy thuộc loại hệ th ng đi u khi n thông minh và đang đ ợc nghiên

c u đ lắp phổ biến trên ô tô con và mô đun chân ga điện tử là một phần không th thiếu

Ngoài các tính năng tự động bù ga, tự động giảm ga trong các tr ng hợp đi n hình nói trên, cũng còn có một s ch c năng khác liên quan đến mô đun chân ga điện

tử Việc xuất hiện và hoàn chỉnh cùng với tính phổ biến ngày càng gia tăng th hiện

đ ợc tính u việt c a mô đun chân ga điện tử

2.1.2.3 u và nh c đi m

- u đi m: Việc đ a mô đun b ớm ga đi u khi n điện tử vào đi u khi n t c độ ô

tô là một tiến bộ kỹ thuật, với các u việt đư đ ợc trình bày nh trên

+ Tr ớc khi vận hành cần đ ợc hi u cơ bản ch c năng các thiết b mới và biết

ph ơng pháp xử lý các sự c có th xảy ra

+ Hệ th ng làm mất đi cảm giác thật v m c độ đi u khi n chân ga, mà thay vào đó là cảm giác “ảo” đ ợc b trí trong thiết b , sự không t ơng thích nh vậy có th làm mất đi một thú v trong việc đi u khi n ô tô

+ Qua các vấn đ xảy ra trong thực tế, công nghệ ô tô ngày nay càng tr nên

ph c tạp, trách nhiệm c a ng i làm công tác kỹ thuật ngày càng phải đ ợc nâng cao,

tr ớc hết là: làm quen và thích nghi, đ ô tô có th phục vụ t t nhất con ng i và hạn chế t i đa các hệ quả sai s t có th xảy ra

2 1.3 H th ng ga gián ti p t xa

Là hệ th ng đi u khi n ga gián tiếp đ ợc đi u khi n từ xa Ng i đi u khi n có

th đ ng cách xa ph ơng tiện tới hàng trăm mét nh ng vẫn thực hiện việc tăng giảm

t c độ c a ph ơng tiện

u đi m c a hệ th ng đi u khi n ga gián tiếp:

+ Không cần ng i ngồi trực tiếp trên xe

+ Tiết kiệm không gian đặt bàn đạp ga

+ Cơ động v v trí sử dụng cho ng i đi u khi n

+ Có th ng dụng đ phục vụ cho các nhiệm vụ an ninh, môi tr ng độc hại

+ Có th chuy n đổi các hình th c đi u khi n nh bằng

gi ng nói, bằng chuy n động cơ th hoặc bằng các ph ơng th c khác

Nguyên lý hoạt động c a hệ th ng di u khi n ga trực tiếp là thông qua một giao diện đi u khi n từ xa, ng i đi u khi n sẽ gửi lệnh đi u khi n

ga qua sóng không dây hoặc có dây, sóng này gửi tín hiệu tới ph ơng tiện và hệ

th ng ga trên ph ơng tiện đó sẽ đ ợc kích hoạt đ xe có th kh i hành hay tăng

t c nh hình d ới

Hình 2.16: Sơ đồ đi u khi n ga từ xa

1 Bàn đạp ga 2 Đ ng truy n hữu tính hoặc vô tuyến 3 B ớm ga

1

3

2