Đề cương bài giảng hệ thống điện thân xe và điều khiển gầm ô tô (hệ cao đẳng)

Tổng quan về hệ thống Hệ thống thông tin trên xe bao gồm: các bảng đồng hồ tableau, màn hình và các đèn báo giúp tài xế và người sửa chữa biết được thông tin về tình trạng hoạt động của

TRƯỜNG ĐẠI HỌC SƯ PHẠM KỸ THUẬT HƯNG YÊN

LOẠI HÌNH ĐÀO TẠO: CAO ĐẲNG CHÍNH QUY

NGÀNH: CÔNG NGHỆ KỸ THUẬT Ô TÔ

HƯNG YÊN - 2015

MỤC LỤC TÍN CHỈ 1

CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN HỆ THỐNG ĐIỆN THÂN XE 3

1.1 TỔNG QUÁT VỀ HỆ THỐNG 3

1.1.1 Bối dây 4

1.1.2 Các chi tiết bảo vệ 6

1.1.3 Công tắc và Rơ le 7

1.2 BỘ ĐIỀU KHIỂN TRUNG TÂM VÀ CƠ CẤU CHẤP HÀNH 8

1.3 MẠNG CAN VÀ MÃ CHÌA KHÓA CHỐNG TRỘM 9

1.3.1 Mạng CAN 9

1.3.2 Mã chìa khóa chống trộm 19

CHƯƠNG 2 HỆ THỐNG THÔNG TIN TRÊN Ô TÔ 21

2.1 TỔNG QUÁT VỀ HỆ THỐNG 21

2.1.1 Tổng quan về hệ thống 21

2.1.2 Cấu trúc tổng quát của hệ thống 22

2.1.3 Phân loại và yêu cầu của hệ thống 23

2.2 THÔNG TIN DẠNG TƯƠNG TỰ (Analog) 25

2.2.1 Đồng hồ và cảm biến báo áp suất dầu 25

2.2.2 Đồng hồ nhiên liệu 29

2.2.3 Đồng hồ và cảm biến báo nhiệt độ nước làm Mát 33

2.2.4 Đồng hồ báo tốc độ động cơ 34

2.2.5 Đồng hồ và cảm biến báo tốc độ xe 37

2.2.6 Đồng hồ Ampere 38

2.2.7 Các mạch đèn cảnh báo 40

2.3 THÔNG TIN DẠNG SỐ (Digital) 41

2.3.1 Cấu trúc cơ bản 41

2.3.2 Các dạng màn hình 42

2.4 SƠ ĐỒ HỆ THỐNG THÔNG TIN TIÊU BIỂU 46

CHƯƠNG 3 HỆ THỐNG CHIẾU SÁNG VÀ TÍN HIỆU 47

3.1 TỔNG QUÁT HỆ THỐNG 47

3.1.1 Sơ đồ tổng thể của hệ thống 47

3.1.2 Chức năng 47

3.1.3 Yêu cầu 47

3.1.4 Phân loại 47

3.2 HỆ THỐNG CHIẾU SÁNG 48

3.2.1 Hệ thống quang học và kết cấu đèn 48

3.2.2 Các mạch đèn chiếu sáng tiêu chuẩn 53

3.2.3 Đèn pha cao áp và đèn thông minh 64

3.3 HỆ THỐNG TÍN HIỆU 78

3.3.1 Hệ thống đèn xi nhan và cảnh báo nguy hiểm 79

3.3.2 Hệ thống đèn kích thước 82

3.3.3 Hệ thống đèn phanh 82

3.3.4 Hệ thống cảnh báo lùi xe 83

3.3.5 Hệ thống còi điện và chuông nhạc 84

CHƯƠNG 4 CÁC HỆ THỐNG TIỆN NGHI TRÊN Ô TÔ 88

4.1 HỆ THỐNG GẠT NƯỚC VÀ RỬA KÍNH 88

4.1.1 Khái quát 88

4.1.2 Cấu tạo 88

4.1.3 Nguyên lý hoạt động 94

4.1.4 Một số kiểu gạt nước rửa kính 96

4.2 HỆ THỐNG CỬA SỔ ĐIỆN 100

4.2.1 Khái quát 100

4.2.2 Cấu tạo 101

4.2.3 Nguyên lý hoạt động 103

4.3 HỆ THỐNG KHÓA CỬA (power door locks) 106

4.3.1 Khái quát 106

4.3.2 Cấu tạo 107

4.3.3 Nguyên lý hoạt động 109

CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN HỆ THỐNG ĐIỆN THÂN XE

1.1 TỔNG QUÁT VỀ HỆ THỐNG

Hệ thống điện thân xe áp dụng rất nhanh những tiến bộ của khoa học kỹ thuật cho

hệ thống an toàn hơn và tạo ra nhiều tiện ích cho người sử dụng

Hệ thống điện thân xe bao gồm các hệ thống chia nhỏ sau đây:

 Hệ thống thông tin và chẩn đoán:

+ Các loại đồng hồ chỉ báo

+ Các đèn cảnh báo

+ Các cảm biến cho đồng hồ và cảm biến báo nguy

+ Các giắc chẩn đoán và giắc kết nối dữ liệu

+ Công tắc và rơle điều khiển

+ Các ECU điều khiển

+ Các cảm biến

 Hệ thống khóa cửa, chống trộm:

+ Các môtơ điều khiển khóa cửa

+ Các bộ phận phát, nhận tín hiệu điều khiển cửa

+ Các công tắc rơle điều khiển

+ Các ECU điều khiển

+ Các cảm biến

 Hệ thống nâng hạ kính:

+ Các môtơ cửa sổ điện

+ Các công tắc cửa sổ điện

+ Các IC điều khiển và cảm biến tốc độ

 Hệ thống điều khiển gương chiếu hậu:

+ Cụm gương và các môtơ

+ Các công tắc điều khiển và ECU

 Hệ thống điều hòa không khí:

+ Các cảm biến

+ ECU điều khiển

+ Các công tắc điều khiển

Các bộ phận cơ bản của hệ thống điện thân xe:

Trước khi tìm hiểu các bộ phận cơ bản của hệ thống điện thân xe ta tìm hiểu khái niệm Mát thân xe Trên ô tô, các cực âm của tất cả các thiết bị điện và âm ắc quy đều được nối với các tấm thép của thân xe nhằm tạo nên một mạch điện Chỗ nối các cực

âm vào thân xe gọi là Mát thân xe Mát thân xe làm giảm số lượng dây điện cần sử dụng

1.1.1 Bối dây

Dây điện có chức năng nối các bộ phận điện của ô tô với nhau Bối dây được chia thành các nhóm như sau:

- Dây điện được mã màu

- Các chi tiết nối: Hộp nối, hộp rơle, giắc nối, bulông nối Mát

a Dây điện

Dây điện và cáp có 3 loại:

Dây thấp áp (dây bình thường) loại này được dùng phổ biến trên ô tô bao gồm có lõi dẫn điện và vỏ bọc cách điện

Dây cao áp (dây cao áp trong hệ thống đánh lửa) và cáp bao gồm lõi dẫn điện phủ lớp cao su cách điện dày nhằm ngăn không cho điện cao áp bị rò rỉ

Dây cáp được thiết kế để bảo vệ nó khỏi những nhiễu điện bên ngoài Nó sử dụng làm cáp ăng ten radio, cáp mạng CAN…

Hình 1.1: Sơ đồ dây điện trên xe

b Các chi tiết nối

Để hỗ trợ việc nối các chi tiết, dây điện được tập trung tại một số phần trên xe ôtô

a Hộp nối là một chi tiết mà ở đó các giắc nối của mạch điện được nhóm lại với nhau Thông thường nó bao gồm bảng mạch in liên kết các cầu chì, rơle với các bối dây

b Các giắc nối (3) , giắc nối dây (4) và bulông nối Mát (5) hình 1.2

Hình 1.2: Các chi tiết nối

- Giắc nối được sử dụng giữa dây điện với dây điện hoặc giữa dây điện với bộ phận điện để tạo ra các kết nối Có 2 loại giắc kết nối là kết nối dây điện với dây điện

và dây điện với bộ phận điện Các giắc nối được chia thành giắc đực và giắc cái tùy theo hình dạng các cực của chúng Giắc kết nối có nhiều màu khác nhau

- Giắc nối dây có chức năng là nối các cực của cùng một nhóm

- Bulông nối Mát được sử dụng nối Mát dây điện hoặc các bộ phận điện với thân

xe, không giống như bulông thông thường bề mặt của bulông nối Mát được sơn chống

ô xy hóa màu xanh lá cây

1.1.2 Các chi tiết bảo vệ

Các chi tiết bảo vệ, bảo vệ mạch khỏi dòng điện lớn quá mức cho phép chạy trong dây dẫn hay các bộ phận điện, điện tử khi bị ngắn mạch

Các chi tiết bảo vệ bao gồm: các loại cầu chì Cầu chì được lắp giữa nguồn điện với các thiết bị điện, khi dòng điện vượt qua một cường độ nhất định chạy qua mạch điện của thiết bị nào đó cầu chì sẽ nóng chảy để bảo vệ mạch đó Có 2 loại cầu chì là cầu chì dẹt và cầu chì hộp

Cầu chì dòng cao (thanh cầu chì): một cầu chì dòng cao được lắp trong đường dây giữa nguồn điện và thiết bị điện, dòng điện có cường độ lớn sẽ chạy qua cầu chì này, nếu dây điện bị chập thân xe cầu chì sẽ chảy để bảo vệ dây điện

Bộ ngắt mạch (cầu chì tự nhảy) được sử dụng bảo vệ mạch điện với tải có cường

độ dòng lớn mà không thể bảo vệ bằng cầu chì như cửa sổ điện, mạch sấy kính, quạt gió… Khi dòng điện chạy qua vượt quá cường độ hoạt động một thanh lưỡng kim trong bộ ngắt mạch sẽ tạo ra nhiệt và giãn nở để ngắt mạch Thậm chí trong một số mạch nếu dòng điện thấp hơn cường độ hoạt động nhưng dòng lại hoạt động trong thời gian dài thì nhiệt độ thanh lưỡng kim cũng tăng lên và ngắt mạch Không giống như cầu chì bộ ngắt mạch được sử dụng lại sau khi thanh lưỡng kim khôi phục Bộ ngắt

mạch có 2 loại là tự khôi phục và khôi phục bằng tay (Hình 1.4)

Hình 1.3: Các loại cầu chì Hình 1.4: Bộ tự ngắt

1.1.3 Công tắc và Rơ le

Hình 1.5: vị trí công tắc và rơle trên ô tô

Công tắc và rơle mở và đóng mạch điện nhằm tắt bật đèn cũng nhƣ vận hành các

hệ thống điều khiển

Nhóm công tắc và rơle đƣợc chia nhƣ trong hình 1.6:

Hình 1.6: Các loại công tắc và rơ le

1 Công tắc vận hành trực tiếp bằng tay có

- Công tắc xoay: khóa điện (a hình 1.6)

- Công tắc ấn: công tắc cảnh báo nguy hiểm (b hình 1.6)

- Công tắc bập bênh: công tắc khóa cửa (c hình 1.6)

- Công tắc cần: công tắc tổ hợp (d hình 1.6)

2 Công tắc vận hành bằng cách thay đổi nhiệt độ hay cường độ dòng điện

- Công tắc phát hiện nhiệt độ (e hình 1.6)

- Công tắc phát hiện dòng điện (f hình 1.6)

3 Công tắc vận hành bằng sự thay đổi mức dầu

4 Rơle

- Rơle điện từ (rơle 4 chân) (g hình 1.6)

- Rơle bản lề (rơle 5 chân) (h hình 1.6)

1.2 BỘ ĐIỀU KHIỂN TRUNG TÂM VÀ CƠ CẤU CHẤP HÀNH

Hiện nay bộ điều khiển trung tâm (ECU) xuất hiện ngày càng nhiều trên các hệ thống Điện thân xe và hệ thống gầm ô tô Nó có chức năng thu thập các tín hiệu đầu vào (là tín hiệu của các loại cảm biến) sau đó tính toán, xử lý và đƣa ra các tín hiệu điều khiển đến các cơ cấu chấp hành

Hình 1.7 Mối quan hệ giữa tín hiệu đầu vào, đầu ra và ECU Cấu trúc tổng thể:

Hình 1.8 Sơ đồ khối điều khiển của hệ thống điện thân xe dòng KIA

Bố trí ECU thân xe trên một số dòng xe:

Hình 1.9 ECU trên S- class

Hình 1.10 ECU trên xe tải MB (Actros)

1.3 MẠNG CAN VÀ MÃ CHÌA KHÓA CHỐNG TRỘM

1.3.1 Mạng CAN

1.3.1.1.Tổng quan

CAN (Controller Area Network) xuất phát là một phát triển chung cua hai hãng Bosch và Intel phục vụ cho việc nối mạng trong các phương tiện giao thông cơ giới để thay thế cách nối điểm cổ điển sau đó được chuẩn hóa quốc tế trong ISO 11898

tín hiệu, vì thế định nghĩa cụ thể

phương thức định thời, tạo nhịp bít (bit

timing), phương pháp mã hóa bít và

đồng bộ hóa Tuy nhiên, chuẩn CAN

không quy định các đặc tính của các bộ

thu phát với mục đích cho phép lựa

chọn môi trường truyền cũng như mức

tín hiệu thích hợp cho từng lĩnh vực

ứng dụng

- Lớp điều khiển truy nhập môi

trường (MAC) là phần cốt lõi trong

kiến trúc giao thức CAN Lớp MAC có

trách nhiệm tạo khung thông báo, điều

khiển truy nhập môi trường, xác nhận

thông báo và kiểm soát lỗi

Hình 1.11 Phạm vi định nghĩa của CAN

trong mô hình OSI

- Lớp điều khiển liên kết logic (LLC) đề cập tới các dịch vụ gửi dữ liệu và yêu cầu dữ liệu từ xa, thanh lọc thông báo, báo cáo tình trạng quá tải và hồi phục trạng thái

1.3.1.3 Cấu trúc mạng và kỹ thuật truyền dẫn

CAN thực chất chỉ là chuẩn giao thức từ phần trên của lớp vật lý cho tới hết lớp liên kết dữ liệu, vì vậy không quy định cụ thể về chuẩn truyền dẫn cũng như môi trường truyền thông Thực tế cáp đôi dây xoắn kết hợp với chuẩn RS-485 cũng như cáp quang được sử dụng rộng rãi

Đối với cáp đôi dây xoắn, cấu trúc mạng thích hợp nhất là cấu trúc đường thẳng, mắc theo kiểu đường trục đường nhánh, trong đó chiều dài đường nhánh hạn chế dưới 0.3m

Tốc độ truyền có thể lựa chọn ở nhiều mức khác nhau, tuy nhiên phải thống nhất

và cố định trong toàn bộ mạng Do có sự ràng buộc giữa tốc độ truyền và chiều dài dây dẫn trong phương pháp truy nhập bus CSMA/CA Tốc độ truyền tối đa là 1Mbit/s ở khoảng cách 40m và 50 kbit/s ở khoảng cách 1000m Số trạm phụ thuộc nhiều vào cấu trúc mạng, cáp truyền và đặc tính điện học của các bộ thu phát thông thường hạn chế ở con số 64 đối với cấu trúc đường thẳng và sử dụng cáp đôi dây xoắn CAN phân biệt hai trạng thái logic của tín hiệu là mức trội (dominant) và mức lặn (recessive), tuy nhiên không quy định rõ giá trị bít nào ứng với mức tín hiệu nào Trong trường hợp cả bít trội và bít lặn được phát đồng thời thì bít trội sẽ lấn át tín hiệu trên bus sẽ có mức trội Trong thực tế nếu sử dụng mạch AND thì mức trội tương ứng với bít 0 và mức lặn tương ứng với bít 1

1.3.1.4 Cơ chế giao tiếp

Đặc trưng của CAN là phương pháp định địa chỉ và giao tiếp hướng đối tượng, trong khi hầu hết các hệ thống bus trường khác đều giao tiếp dựa vào địa chỉ các trạm Mỗi thông tin trao đổi trong mạng được coi như một đối tượng, được gán một số mã căn cước Thông tin được gửi đi trên bus theo kiểu truyền thông báo với độ dài có thể khác nhau

Các thông báo không được gửi tới một địa chỉ nhất định mà bất cứ trạm nào cũng

có thể nhận theo nhu cầu Nội dung mỗi thông báo được các trạm phân biệt qua một

mã căn cước (IDENTIFIER) Mã căn cước không nói lên địa chỉ đích của thông báo,

mà chỉ biểu diễn ý nghĩa của dữ liệu trong thông báo Vì thế, mỗi trạm trên mạng có thể tự quyết định tiếp nhận và xử lý thông báo hay không tiếp nhận thông báo qua phương thức lọc thông báo (message filtering) Cũng nhờ sử dụng phương thức lọc thông báo, nhiều trạm có thể đồng thời cùng nhận một thông báo và có các phản ứng khác nhau

Một trạm có thể yêu cầu một trạm khác gửi dữ liệu bằng cách gửi một khung REMOTE FRAME Trạm có khả năng cung cấp nội dung thông tin đó sẽ gửi trả lại một khung dữ liệu DATA FRAME có cùng mã căn cước với khung yêu cầu

Cùng với tính năng đơn giản, cơ chế giao tiếp hướng đối tượng ở CAN còn mang lại tính linh hoạt và tính nhất quán dữ liệu của hệ thống Một trạm CAN không cần biết thông tin cấu hình hệ thống (ví dụ địa chỉ trạm) Nên việc bổ xung hay bỏ đi một trạm trong mạng không đòi hỏi bất cứ một sự thay đổi nào về phần cứng hay phần mềm ở các trạm khác Trong mạng CAN, có thể chắc chắn rằng một thông báo hoặc được tất cả các trạm quan tâm tiếp nhận đồng thời, hoặc không được trạm nào tiếp nhận Tính nhất quán dữ liệu được đảm bảo qua các phương pháp gửi đồng loạt và xử

lý lỗi

1.3.1.5 Cấu trúc bức điện

CAN sử dụng phương thức định địa chỉ theo đối tượng Các đối tượng được hiểu

ở đây chính là đại diện cho các thông báo mang dữ liệu quan tâm như giá trị đo, giá trị điều khiển, thông tin trạng thái

Mỗi đối tượng thông báo có một tên riêng biệt, hay nói cách khác là là một căn cước (IDENTIFIER) được sử dụng để truy cập trên bus Mỗi bức điện sẽ có một ô chứa căn cước của đối tượng với chiều dài 11 bít (dạng khung chuẩn theo CAN2.0A) hoặc 29 bít (khung mở rộng CAN2.0B)

CAN định nghĩa 4 kiểu bức điện sau:

- Khung dữ liệu (DATA FRAME) mang dữ liệu từ một trạm truyền tới các trạm nhận

- Khung yêu cầu dữ liệu (REMOTE FRAME) được gửi từ một trạm yêu cầu truyền khung dữ liệu với cùng mã căn cước

- Khung lỗi (ERROR FRAME) được gửi từ bất kỳ trạm nào phát hiện lỗi bus

- Khung quá tải (OVERLOAD FRAME) được sử dụng nhằm tạo một khoảng cách thời gian bổ sung giữa hai khung dữ liệu hoặc yêu cầu dữ liệu trong trường hợp một trạm bị quá tải

Hình 1.12 Cấu trúc khung dữ liệu ở CAN

Các khung dữ liệu và yêu cầu dữ liệu có thể sử dụng ở cả dạng khung chuẩn và dạng khung mở rộng Giữa hai khung dữ liệu hoặc yêu cầu dữ liệu cần một khoảng cách ít nhất là 3 bít lặn để phân biệt được gọi là INTERFRAME SPACE Trong trường hợp quá tải khoảng cách này sẽ lớn hơn bình thường

Khung dữ liệu/Yêu cầu dữ liệu

Mỗi khung dữ liệu có thể mang từ 0 đến 8 byte dữ liệu sử dụng Chuẩn CAN không quy định giao thức và các dịch vụ trên lớp 2, do đó việc diễn giải vùng dữ liệu này như thế nào thuộc toàn quyền người sử dụng Các bức điện nhỏ có thể không thích hợp với một số lĩnh vực ứng dụng nhất định, nhưng tạo lợi thế về tính năng thời gian thực Cụ thể, tình trạng một thành viên chiếm giữ bus trong một thời gian dài nhờ vậy

sẽ không xảy ra

Khung yêu cầu dữ liệu cũng có cấu trúc tương tự như khung dữ liệu, nhưng không mang dữ liệu và khác với khung dữ liệu ở bít cuối của ô phân xử

- Khởi đầu khung là một bít trội và đánh dấu khởi đầu của một khung dữ liệu hoặc khung yêu cầu dữ liệu Tất cả các trạm sẽ phải đồng bộ hóa dựa vào bít khởi đầu này

- Ô phân xử được sử dụng là mức ưu tiên của bức điện Quyết định quyền truy nhập bus khi có nhiều thông báo được gửi đi đồng thời

- Ô phân xử có chiều dài 12 bít đối với dạng khung chuẩn và 32 bít đối với dạng khung mở rộng trong đó mã căn cước dài 11 bít hoặc 29 bít Bít cuối cùng của ô phân

xử được gọi là bít RTR (Remote Transmission Request), dùng để phân biệt giữa khung

dữ liệu (bít trội) và khung yêu cầu dữ liệu (bít lặn)

- Ô điều khiển chiều dài 6 bít, trong đó 4 bít cuối mã hóa chiều dài dữ liệu (bít trội bằng 0 bít lặn bằng 1) Tùy theo dạng khung chuẩn hay mở rộng mà ý nghĩa của hai bít còn lại khác nhau một chút

- Ô dữ liệu có chiều dài từ 0 đến 8 byte, trong đó mỗi byte được truyền đi theo thứ

tự từ bít có giá trị cao nhất (MSB) đến bít có giá trị thấp nhất (LSB)

- Ô kiểm soát lỗi CRC bao gồm 15 bít được tính theo phương pháp CRC và một bít lặn phân cách Dãy bít đầu vào để tính bao gồm bít khởi đầu khung, ô phân

xử, ô điều khiển và ô dữ liệu, với đa thức phát

- Ô xác nhận ACK (Acknowlegment) gồm 2 bít được phát đi là các bít lặn Mỗi trạm nhận được bức điện phải kiểm tra mã CRC Nếu đúng sẽ phát chồng một bít trội trong thời gian nhận được bít ARC đầu tiên (ARC slot) Như vậy, một bức điện được truyền chính xác sẽ có một bít ARC trội nằm giữa hai bít lặn phân cách (một bít phân cách CRC và một bít phân cách ARC)

- Kết thúc chung được đánh dấu bằng 7 bít lặn

a Khung lỗi

Hình 1.13 Cấu trúc khung lỗi ở CAN

Một khung lỗi được gửi từ bất kỳ trạm nào phát hiện lỗi trên bus Khung lỗi bào gồm cờ lỗi (Error Flag) và phân cách lỗi (Error Delimiter) CAN phân biệt hai loại lỗi

là lỗi chủ động (Active Error) và lỗi bị động (Passive Error) Tương ứng với chúng là hai dạng cờ lỗi:

- Dạng cờ lỗi chủ động bao gồm 6 bít trội liền nhau

- Dạng cờ lỗi bị động bao gồm 6 bít lặn liền nhau, trừ trường hợp nó bị ghi đè lên bởi các bít trội từ trạm khác

Một trạm lỗi chủ động khi phát hiện lỗi sẽ báo hiệu bằng cách gửi một cờ lỗi chủ động Cờ lỗi chủ động vi phạm luật nhồi bít hoặc phá bỏ dạng cố định của ô ACK hay

ô kết thúc khung Chính vì vậy, tất cả các trạm khác cũng phát hiện ra lỗi và bắt đầu gửi cờ lỗi Cuối cùng, dãy bít trội quan sát được trên bus thực tế là kết quả của sự xếp chồng nhiều cờ lỗi khác nhau phát riêng từ các trạm Tổng chiều dài của dãy này dao động trong khoảng từ 6 đến 12 bít

Phân cách lỗi được đánh dấu bằng 8 bít lặn liên tục Sau khi gửi xong một cờ lỗi, mỗi trạm phải gửi tiếp một số bít lặn và đồng thời quan sát bus Cho đến khi phát hiện

ra một bít lặn (tức là khi các trạm khác đã gửi xong cờ lỗi chủ động), chúng sẽ phát tiếp bảy bít lặn

b Khung quá tải

Một khung quá tải có cấu trúc tương tự như ở khung lỗi bao gồm cờ quá tải (Overload flag) và phân cách quá tải (Overload Delimiter)

Cờ quá tải gồm sáu bít trội tương tự như cờ lỗi chủ động Cờ quá tải xóa bỏ dạng

cố định của ô INTERMISSION ở khoảng trống giữa hai khung Chính vì vậy, tất cả các trạm khác cũng phát hiện tình trạng quá tải và bắt đầu gửi cờ quá tải Cuối cùng, dãy bít trội quan sát được trên bus thực tế là sự xếp chồng nhiều cờ lỗi khác nhau phát riêng từ các trạm

Cũng giống như khung lỗi, phân cách quá tải được đánh dấu bằng tám bít lặn liên tục Sau khi gửi xong một cờ lỗi, mỗi trạm phải quan sát bus cho đến khi phát hiện ra một bít lặn Tại thời điểm đó tất cả các trạm khác đã gửi xong cờ quá tải, chúng sẽ phát tiếp 7 bít lặn Tối đa là hai khung quá tải có thể sử dụng nhằm tạo thời gian trễ giữa hai khung dữ liệu hoặc khung yêu cầu dữ liệu

Hình 1.14 Cấu trúc khung quá tải ở CAN

1.3.1.6 Truy nhập bus

CAN sử dụng phương pháp truy nhập môi trường CSMA/CA, tức điều khiển phân kênh theo từng bít Phương pháp phân mức ưu tiên truy nhập bus dựa theo tính cấp thiết của nội dung thông báo Mức ưu tiên này phải được đặt cố định, trước khi hệ thống đi vào vận hành Thực tế, mã căn cước không những mang ý nghĩa của dữ liệu trong thông báo, mà còn đồng thời được sử dụng là mức ưu tiên

Hình 1.15 Minh họa hoạt động của CAN

Bất cứ một trạm nào trong mạng cũng có thể bắt đầu gửi thông báo, mỗi khi đường truyền rỗi Mỗi bức điện đều bắt đầu bằng một bít khởi điểm và mã căn cước, vì thế nếu hai hoặc nhiều trạm cùng đồng thời bắt đầu gửi thông báo, việc xung đột trên đường truyền sẽ được phân xử dựa theo từng bít của mã căn cước Mỗi bộ thu phát đều phải so sánh mức tín hiệu của mỗi bít gửi đi với mức tín hiệu quan sát được trên bus Nếu hai mức tín hiệu có trạng thái logic giống nhau thì trạm có quyền phát bit tiếp theo, trường hợp ngược lại sẽ phải dừng ngay lập tức

Trong trường hợp thực hiện bít giá trị 0 ứng với mức trội và bít giá trị 1 ứng với mức lặn, bít 0 sẽ lấn át Vì vậy, một thông báo có mã căn cước nhỏ nhất sẽ được tiếp tục phát hay nói cách khác, thông báo nào có mã căn cước càng bé thì mức ưu tiên càng cao Trong trường hợp xảy ra va chạm giữa một thông báo mang dữ liệu (DATA FRAME) và một thông báo yêu cầu gửi dữ liệu (REMOTE FRAME) với cùng mã căn cước, thông báo mang dữ liệu sẽ được ưu tiên Phương thức phân xử này không những đảm bảo thông tin không bị mất Mát, mà còn nâng cao hiệu quả sử dụng đường truyền

1.3.1.7 Bảo toàn dữ liệu

Nhằm đảm bảo mức an toàn tối đa trong truyền dẫn dữ liệu, mỗi trạm CAN đều

sử dụng kết hợp nhiều biện pháp để tự kiểm tra, phát hiện và báo hiệu lỗi Các biện pháp kiểm soát lỗi sau đây được áp dụng:

- Theo dõi mức tín hiệu của mỗi bít truyền đi và so sánh với tín hiệu nhận được trên bus

- Kiểm soát qua mã CRC

- Thực hiện nhồi bít (nhồi một bít nghịch đảo sau năm bít giống nhau)

- Kiểm soát khung thông báo

Với các biện pháp trên, thì hiệu quả phát hiện lỗi:

- Phát hiện được tất cả các lỗi toàn cục

- Phát hiện được tất cả các lỗi cục bộ tại bộ phát

- Phát hiện được tới năm bít lỗi phân bố ngẫu nhiên trong một bức điện

- Phát hiện được các lỗi đột ngột có chiều dài nhỏ hơn 15 bít trong một thông báo

- Phát hiện được các lỗi có số bít lỗi là chẵn

- Tỷ lệ lỗi còn lại (xác suất một thông báo còn bị lỗi không phát hiện) nhỏ hơn 4.7*10-11

Tất cả các trạm nhận thông báo phải kiểm tra sự nguyên vẹn của thông tin và xác nhận thông báo Khi phát hiện ra sự sai lệnh trong một thông báo, các trạm đều có trách nhiệm truyền khung lỗi Các thông báo bị lỗi đó sẽ bị dừng và được tự động phát lại Thời gian hồi phục từ khi phát hiện lỗi đến khi bắt đầu gửi thông báo tiếp theo tối

đa là 31 thời gian bít, nếu như không có lỗi nào xảy ra tiếp

Các trạm CAN có khả năng phân biệt giữa nhiễu tức thời với lỗi kéo dài, ví dụ lỗi khi một trạm có sự cố Các trạm bị hỏng sẽ được tự động tách ra khỏi mạng về mặt logic

1.3.1.8 Mã hóa bít

Trước khi được chuyển đổi thành tín hiệu trên đường truyền CAN sử dụng phương pháp nhồi bít (bit stuffing) Dãy bít đầu vào cần nhồi bao gồm bít khởi đầu khung, ô phân xử, ô điều khiển, dữ liệu và dãy CRC Khi 5 bít liên tục giống nhau, bộ phát sẽ tự động bổ sung một bít nghịch đảo cuối cùng Bên nhận sẽ phát hiện ra bít được nhồi và tái tạo thông tin ban đầu Việc nhồi bít không được thực hiện với các phần còn lại của khung dữ liệu và khung yêu cầu dữ liệu, cũng như với các khung lỗi

và khung quá tải Cuối cùng, dãy bít được dãy bít được mã hóa theo phương pháp NRZ, có nghĩa là trong suốt một chu kỳ bít, mức tín hiệu hoặc là trội hoặc là lặn

1.3.1.9 Sơ đồ kết nối các trạm trong mạng CAN

Hình 1.16 Minh họa sự liên kết về mặt điện học của các trạm trong mạng

Hình 1.17 Sơ đồ kết nối các nút trong mạng CAN

1.3.1.10 Ứng dụng mạng CAN trên hệ thống điện ô tô

a.Tổng quan

Mạng truyền thông đa chiều (Mutiplex) sử dụng trên xe ô tô được SAE định nghĩa bao gồm ba lớp (class): lớp A, lớp B, lớp C Trong đó:

Lớp A (class A): Mục đích làm giảm dây dẫn tín hiệu truyền nhận giữa các nút

bằng cách các tín hiệu trao đổi giữa các nút được truyền trên một đường bus chung Thay vì sử dụng các đường dây riêng rẽ để liên kết các nút như trước đây

Lớp B (class B): Được sử dụng ở những nơi mà dữ liệu được truyền giữa các nút

để loại bỏ sự lặp lại các cảm biến hoặc các thành phần khác của hệ thống Các nút (node) này của hệ thống thông tin đa chiều tồn tại ở dạng các modul chuẩn trong quy định của điện thân xe

Lớp C (class C): Được sử dụng ở những nơi mà tín tốc độ đường truyền cao, đặc

biệt liên quan tới hệ thống điều khiển thời gian thực (real-time control system) Như điều khiển động cơ và phanh ABS Dữ liệu được gửi trên bus tín hiệu nhằm tập trung quá trình điều khiển và giảm dây dẫn

Chú ý:

Quy đinh, lớp A là lớp con của lớp B, lớp B là lớn con của lớp C

b Quy định cho 3 lớp của điện ô tô

Các bức điện trong mạng điện ô tô là ngắn ( 3 đến 12 byte) như chỉ ra trong hình 4.1, bao gồm ba phần: Header, Data (thông tin được gửi đi) và Error Detection (phương pháp kiểm lỗi)

Hình 1.18 Cấu trúc bức điện

Bức điện này được chuyển thành ba lớp khác nhau và có các yêu cầu riêng

c Một số hình ảnh thực tế về mạng CAN

Hình 1 19 Dây CAN trên xe tải nhỏ MB

Hình 1.20 Dây dẫn trên xe Sprinter Hình 1.21 Dây dẫn trên xe SPrinter MB W203

1.3.2 Mã chìa khóa chống trộm

1.3.2.1 Khái quát

Hệ thống mã hoá khoá động

cơ là một hệ thống chống trộm cho

xe Hệ thống này ngăn không cho

động cơ khởi động bằng cách ngăn

cản quá trình đánh lửa và phun

nhiên liệu khi bất kỳ một chìa khoá

nào không phải là chìa khoá có mã

ID* đã được đăng ký trước Khi đặt

chế độ cho hệ thống mã hoá khoá

1.3.2.2 Chức năng

a Chức năng xác lập/bỏ chế độ của hệ thống mã hoá khoá động cơ

- Xác lập chế độ cho hệ

thống mã hóa động cơ

Thời điểm rút chìa khoá

điện ra khỏi ổ khoá điện hoặc 20

giây sau khi xoay chìa khoá điện

về vị trí “ACC” hoặc “LOCK”, hệ

thống mã hoá khoá động cơ được

xác lập việc đánh lửa khởi động

và phun nhiên liệu không thể thực

hiện được Hình 1.23 Chức năng hệ thống mã chìa khóa chống trộm

- Bỏ chế độ mã hóa cho động cơ

Khi cắm chìa khoá điện ổ khoá thì ECU khoá động cơ và chíp mã chìa khoá nằm trong chìa khoá bắt đầu giao tiếp với nhau

Sau khi được giao tiếp bắt đầu, nếu mã khởi động đăng ký trong ECU khoá động cơ và trong chíp mã chìa của nó trùng hợp nhau hai lần liên tục, thì chế độ của hệ thống mã hoá khoá động cơ được huỷ bỏ làm cho hệ thống đánh lửa bắt đầu làm việc và nhiên liệu được phun vào động cơ Kết qủa là động cơ có thể khởi động được

tự động mã chìa khóa (mã chìa chính

và mã chìa phụ) khi thay thế ECU

khoá động cơ

Sau khi thay thế ECU khoá

động cơ, bật khoá điện lên vị trí ON

làm cho đèn chỉ báo nhấp nháy Trong

điều kiện đó, tra chìa khoá chính và

chìa khoá phụ vào ổ khoá đánh lửa để

tự động đăng ký mã chìa vào ECU

Hình 1.24 Đăng kí mã chìa khóa lần đầu

* Chức năng mã chìa bổ sung:

Đây là chức năng thực hiện việc

đăng ký bổ sung mã chìa mới (mã chìa

chính và mã chìa phụ) có mã chìa đã

được đăng ký trong ECU

Hình vẽ bên phải cho ta một ví

dụ về phương pháp đăng ký bổ sung

đối với loại điều khiển bằng ECU khoá

động cơ Phương pháp đăng ký này

được thực hiện nhờ vận hành khoá

điện và thao tác đóng/mở cửa xe phía

người lái Hình 1.25 Đăng kí mã chìa khóa bổ sung

CHƯƠNG 2 HỆ THỐNG THÔNG TIN TRÊN Ô TÔ 2.1 TỔNG QUÁT VỀ HỆ THỐNG

2.1.1 Tổng quan về hệ thống

Hệ thống thông tin trên xe bao gồm: các bảng đồng hồ (tableau), màn hình và các đèn báo giúp tài xế và người sửa chữa biết được thông tin về tình trạng hoạt động của các hệ thống chính trong xe

Thông tin có thể truyền đến tài xế qua 2 dạng: tương tự (tableau kim) và số

(tableau hiện số)

Trên một số loại xe người ta cũng dùng tiếng nói để truyền thông tin đến tài xế

Hình 2.1 Tableau loại thường và loại hiện số

Đèn báo hiệu

và đèn cảnh

báo

Đồng hồ tốc độ động

cơ

Đèn báo rẽ Đồng hồ

Đồng hồ nhiệt độ

nước làm mát Đèn báo

chế độ pha

Đồng hồ nhiên liệu

A- Báo áp lực nhớt C- Báo nhiệt độ nhớt E: Các đèn báo G- Tốc độ động cơ

B- Báo điện áp D- Báo mực xăng F- Tốc độ xe H- Hành trình

Hình 2.2 Các loại đồng hồ chỉ thị bằng kim và các ký hiệu trên bảng đồng hồ

2.1.2 Cấu trúc tổng quát của hệ thống

Hệ thống thông tin bao gồm các loại đồng hồ sau:

2.1.2.1 Đồng hồ tốc độ xe (speedometer)

Đồng hồ tốc độ xe dùng để hiển thị tốc độ xe chạy theo kilomet hoặc dặm (mile)

Nó thường được tích hợp với đồng hồ đo quãng đường (odometer) để báo quãng đường xe đã đi từ lúc xe bắt đầu hoạt động và đồng hồ hành trình (tripmeter) để đo

các khoảng cách ngắn giữa điểm đi và điểm đến

2.1.2.6 Đồng hồ báo nhiên liệu

Chỉ thị mức nhiên liệu có trong thùng chứa

2.1.2.7 Đèn báo áp suất nhớt thấp

Chỉ thị áp suất nhớt động cơ thấp dưới mức bình thường

Đèn báo phanh tay T-BELT Đèn báo thắt dây an toàn chưa

đúng vị trí Đèn báo chưa thắt dây an

Đèn báo mực nhớt động cơ Đèn báo nguy

Đèn báo lỗi (điều khiển

Đèn báo có cửa chưa đóng

Báo rẽ phải hay trái

2.1.2.11 Đèn báo nguy hoặc ưu tiên

Đèn này được bật khi muốn báo nguy hoặc xin ưu tiên Lúc này cả hai bên đèn rẽ phải và trái sẽ chớp

2.1.2.12 Đèn báo mức nhiên liệu thấp

Báo nhiên liệu trong thùng nhiên liệu sắp hết

2.1.2.13 Đèn báo hệ thống phanh

Báo đang kéo phanh tay, dầu phanh không đủ hay má phanh quá mòn

2.1.2.14 Đèn báo cửa mở

Báo có cửa chưa được đóng chặt

2.1.2.15 Đèn báo lỗi của các hệ thống điều khiển

Phanh chống hãm cứng ABS, hệ thống điều khiển động cơ CHECK ENGINE, hệ thống kiểm soát lực kéo TRC

2.1.2.16 Đèn báo vị trí tay số của hộp số tự động: P-R-N-D-1-2

2.1.3 Phân loại và yêu cầu của hệ thống

2.1.3.1 Phân loại

Hệ thống thông tin trên ôtô có hai dạng:

a Thông tin dạng tương tự

Thông tin dạng tương tự (analog) trên ôtô thường hiển thị thông qua các loại

đồng hồ chỉ báo bằng kim

b Thông tin dạng số

Thông tin dạng số: (digital) sử dụng các tín hiệu từ các cảm biến khác nhau và tính toán dựa trên các tín hiệu này để xác định tốc độ xe, rồi hiển thị chúng ở dạng số hay các đồ thị dạng cột

Hình 2.3 Sơ đồ mạch của một tablô loại tương tự

2.2 THƠNG TIN DẠNG TƯƠNG TỰ (Analog)

Hệ thống thơng tin dạng tương tự

bao gồm các đồng hồ dạng kim và các

đèn báo để kiểm tra và theo dõi hoạt

động của một số bộ phận quan trọng

của động cơ cũng như tồn xe

Hình 2.4 Tablơ dạng tương tự với chỉ thị bằng kim

Trong hệ thống thơng tin loại này thường cĩ các đồng hồ dưới đây:

2.2.1 Đồng hồ và cảm biến báo áp suất dầu

Đồng hồ áp suất nhớt báo áp suất nhớt trong động cơ giúp phát hiện hư hỏng trong hệ thống bơi trơn Đồng hồ áp suất nhớt thường là loại đồng hồ kiểu lưỡng kim

2.2.1.1 Cấu tạo

Đồng hồ loại này thường gồm hai phần: cảm biến áp lực nhớt, được lắp vào

cac-te của động cơ hoặc lắp ở lọc nhớt và đồng hồ (bộ phận chỉ thị) được bố trí ở bảng tableau trước mặt tài xế Đồng hồ và cảm biến mắc nối tiếp với nhau và đấu vào mạch sau cơng tắc máy

Cảm biến chuyển sự thay đổi áp suất nhớt thành tín hiệu điện để đưa về đồng hồ

đo Đồng hồ là bộ phận chỉ thị áp suất nhớt ứng với các tín hiệu điện thay đổi từ cảm

biến Thang đo đồng hồ được phân độ theo đơn vị kg/cm 2 hoặc bar

Trên các ơtơ ngày nay, ta cĩ thể gặp bốn loại đồng hồ áp suất dầu nhớt: loại nhiệt điện, loại từ điện, cơ khí và loại điện tử Ở đây chỉ giới thiệu hai loại là đồng hồ nhiệt điện và từ điện

2.2.1.2 Đồng hồ áp suất nhớt kiểu lưỡng kim

a Cấu tạo: Cấu tạo của đồng hồ được trình bày trên hình 2.5

Hình 2.5 Sơ đồ cấu tạo đồng hồ áp suất dầu bơi trơn động cơ (nhớt)

Accu

Cô ng

tắ c má y

Phầ n tử lưỡ ng kim Bộ tạo á p suấ t dầ u

Phầ n tử lưỡ ng kim

Mà ng Tiế p điể m

Cả m biế n á p suấ t dầ u Dâ y may so

Dâ y may so

Hình 2.7 Hoạt động của đồng hồ nhiệt điện khi áp suất nhớt thấp/nhỏ

Nguyên lý hoạt động: khi cho dịng điện đi qua một phần tử lưỡng kim được chế tạo bằng cách liên kết hai loại kim loại hoặc hợp kim cĩ hệ số giãn nở nhiệt khác nhau khiến phần tử lưỡng kim cong khi nhiệt tăng Đồng hồ bao gồm một phần tử lưỡng kim kết hợp với một dây may so (nung) Phần tử lưỡng kim cĩ hình dạng như hình 2.6 Phần tử lưỡng kim bị cong do ảnh hưởng của nhiệt độ mơi trường khơng làm sai đồng

hồ

b Hoạt động:

Hình 2.6 Hoạt động của phần tử lưỡng kim

Áp suất nhớt thấp/khơng cĩ áp suất nhớt

Phần tử lưỡng kim ở cảm biến áp suất nhớt cĩ gắn một tiếp điểm Độ dịch chuyển của kim đồng hồ tỉ lệ với dịng điện chạy qua dây may so Khi áp suất nhớt bằng khơng, tiếp điểm mở, khơng cĩ

dịng điện chạy qua khi bật cơng tắc

máy Vì vậy, kim vẫn chỉ khơng

Khi áp suất nhớt thấp, màng đẩy tiếp

điểm làm nĩ tiếp xúc nhẹ, nên dịng điện

chạy qua dây may so của cảm biến Vì

lực tiếp xúc của tiếp điểm yếu, tiếp điểm

sẽ lại mở ra do phần tử lưỡng kim bị uốn

cong do nhiệt sinh ra Tiếp điểm sẽ mở

ra sau một thời gian rất ngắn cĩ dịng

điện chạy qua nên nhiệt độ của phần tử

lưỡng kim trên đồng hồ khơng tăng và

nĩ bị uốn ít Vì vậy, kim sẽ lệch nhẹ

A

(Khô ng sai số )

Bị cong bở i dò ng điệ n

Accu

Đồ ng hồ bá o á p suấ t dầ u

Cả m biế n

á p suấ t dầ u

Khô ng có á p suấ t dầ u

Hình 2.8 Hoạt động của đồng hồ nhiệt điện khi áp suất nhớt cao

Áp suất nhớt cao

Khi áp suất nhớt tăng, màng đẩy tiếp điểm mạnh hơn, nâng phần tử lƣỡng kim lên Vì vậy, dịng điện sẽ chạy qua

lƣỡng kim trong một thời gian dài Tiếp

điểm sẽ chỉ mở khi phần tử lƣỡng kim

uốn lên trên Dịng điện chạy qua đồng

hồ áp suất nhớt trong thời gian dài cho

đến khi tiếp điểm của cảm biến áp suất

nhớt mở Nhiệt độ phần tử lƣỡng kim

phía đồng hồ tăng làm tăng độ cong của

nĩ, khiến kim đồng hồ lệch nhiều Nhƣ

vậy, độ cong của phần tử lƣỡng kim

trong đồng hồ tỉ lệ với độ cong của phần

tử lƣỡng kim trong cảm biến áp suất

nhớt

2.2.1.3.Đồng hồ áp suất nhớt loại từ điện

a Cấu tạo: Cấu tạo đồng hồ loại này đƣợc trình bày trên hình 1.9

Hình 2.9 Đồng hồ áp suất nhớt loại từ điện

Chú thích hình vẽ 2.9:

a) Sơ đồ chung

b) Véctơ từ thơng tổng và vị trí kim đồng hồ ứng với các vị trí khác nhau

Cô ng tắ c má y

Accu

Đồ ng hồ bá o á p suấ t dầ u

Cả m biế n

á p suấ t dầ u

Á p suấ t dầ u cao

c) Sơ đồ nguyên lý đấu dây

12- Dây dẫn đồng 13- Lò xo

14- Cần hạn chế kim đồng hồ

15- Rãnh cong

16 và 20- Nam châm vĩnh cửu

17- Khung chất dẻo 18- Kim

19- Vỏ thép

R cb - Điện trở của cảm biến

b Hoạt động:

Khi ngắt công tắc máy, kim lệch về phía vạch 0 trên thang đồng hồ Kim đồng hồ được giữ ở vị trí này do lực tác dụng tương hỗ giữa hai nam châm vĩnh cửu 6 và 20 Khi bật công tắc máy, trong các cuộn dây của đồng hồ và cảm biến xuất hiện những dòng điện chạy theo chiều mũi tên như hình vẽ 2.9.a và 2.9.c Cường độ dòng điện, cũng như từ thông trong các cuộn dây phụ thuộc vào vị trí con trượt trên biến trở 10

Cường độ dòng điện cực đại trong mạch đồng hồ và cảm biến 0,2A

Khi trong buồng áp suất 1 của bộ cảm biến có trị số áp suất P = 0 thì con trượt 8

nằm ở vị trí tận cùng bên trái của biến trở 10 (theo vị trí của hình vẽ), tức là điện trở

Rcb có giá trị cực đại Khi đó cường độ dòng điện trong cuộn W 1 sẽ cực đại, còn trong

các cuộn dây W 2 và W3 cực tiểu Từ thông 1 và 2 của các cuộn W 1 và W 2 tác dụng ngược nhau, nên giá trị và chiều từ thông của chúng xác định theo hiệu 1 - 2

Từ thông 3 do cuộn dây W3 tạo ra sẽ tương tác với hiệu từ thông 1 - 2 dưới

một góc lệch 90 o Từ thông tổng  của cả 3 cuộn dây sẽ xác định theo qui luật cộng

vectơ  sẽ định hướng quay và vị trí của đĩa nam châm 16, cũng có nghĩa là xác định

vị trí của kim đồng hồ trên thang số

Khi bật công tắc mà áp suất trong buồng 1 bằng 0 thì từ thông tổng  sẽ hướng dĩa nam châm trục quay đến vị trí sao cho kim đồng hồ chỉ vạch 0 của thang số Khi áp suất trong buồng 1 tăng, màng 4 càng cong lên, đẩy đòn bẩy 6 quay quanh trục của nó Đòn bẩy thông qua vít 7 tác dụng lên con trượt 8 làm cho nó dịch chuyển sang phải Trị số điện trở của biến trở (hay Rcb) giảm dần, do đó cường độ dòng điện trong các

cuộn dây W 1 và W 2 cũng như từ thông do chúng sinh ra 1 và 2 tăng lên Trong khi

đó, dòng điện trong cuộn dây W 3 và từ thông 3 của nó giảm đi Trong trường hợp này, giá trị và hướng của từ thông tổng  thay đổi, làm cho vị trí của đĩa nam châm 16 cũng thay đổi và kim đồng hồ sẽ lệch về phía chỉ số áp suất cao

Trong trường hợp áp suất P = 10 kg/cm 2, con trượt sẽ ở vị trí tận cùng bên phải của

biến trở 10, tức là điện trở của cảm biến R cb = 0 (biến trở bị nối tắt) thì cuộn dây W 1

cũng bị nối tắt và dòng điện trong cuộn dây sẽ bằng 0, kim đồng hồ sẽ lệch về phía phải của thang số

2.2.2 Đồng hồ nhiên liệu

Đồng hồ nhiên liệu có tác dụng báo cho người tài xế biết lượng xăng (dầu) có trong bình chứa Có hai kiểu đồng hồ nhiên liệu, kiểu điện trở lưỡng kim và kiểu cuộn dây chữ thập

2.2.2.1 Đồng hồ nhiên liệu kiểu điện trở lưỡng kim

Một phần tử lưỡng kim được gắn ở đồng hồ chỉ thị và một biến trở trượt kiểu phao được dùng ở cảm biến mức nhiên liệu

Biến trở trượt kiểu phao bao gồm một phao dịch chuyển lên xuống cùng với mức nhiên liệu Thân bộ cảm nhận mức nhiên liệu có gắn với điện trở trượt, và đòn phao nối với điện trở này Khi phao dịch chuyển, vị trí của tiếp điểm trượt trên biến trở thay đổi làm thay đổi điện trở Vị trí chuẩn của phao để đo được đặt hoặc là vị trí cao hơn hoặc là vị trí thấp hơn của bình chứa Do kiểu đặt ở vị trí thấp chính xác hơn khi mức nhiên liệu thấp, nên nó được sử dụng ở những đồng hồ có dãi đo rộng như đồng hồ hiển thị số

Khi bật công tắc máy ở vị trí ON, dòng điện chạy qua bộ ổn áp và dây may so trên đồng hồ nhiên liệu và được tiếp mass qua điện trở trượt ở bộ cảm nhận mức nhiên liệu Dây may so trong đồng hồ sinh nhiệt khi dòng điện chạy qua làm cong phần tử lưỡng kim tỉ lệ với cường độ dòng điện Kết quả là kim được nối với phần tử lưỡng kim lệch đi một góc

Hình 2.10 Bộ cảm nhận mức nhiên liệu dạng biến trở trượt kiểu phao

Khi mức nhiên liệu cao, điện trở của biến trở nhỏ nên cường độ dòng điện chạy qua lớn Do đó, nhiệt được sinh ra trên dây may so lớn và phần tử lưỡng kim bị cong nhiều làm kim dịch chuyển về phía chữ F (Full) Khi mực xăng thấp, điện trở của biến trở trượt lớn nên chỉ có một dòng điện nhỏ chạy qua Do đó phần tử lưỡng kim bị uốn

ít và kim dịch chuyển ít, kim ở vị trí E (empty)

Hình 2.11 Đồng hồ nhiên liệu kiểu điện trở lưỡng kim

Ổn áp:

Độ chính xác của đồng hồ kiểu điện trở lưỡng kim bị ảnh hưởng bởi sự thay đổi của điện áp cung cấp Sự tăng hay giảm điện áp trên xe sẽ gây ra sai số chỉ thị trong đồng hồ nhiên liệu Để tránh sai số này, một ổn áp lưỡng kim được gắn trong đồng hồ nhiên liệu để giữ áp ở một giá trị không đổi (khoảng 7V)

Ổn áp bao gồm một phần tử lưỡng kim có gắn tiếp điểm và dây may so để nung nóng phần tử lưỡng kim Khi công tắc ở vị trí ON, dòng điện đi qua đồng hồ nhiên liệu

và đồng hồ nhiệt độ nước làm Mát qua tiếp điểm của ổn áp và phần tử lưỡng kim Cùng lúc đó, dòng điện cũng đi qua may so của ổn áp và nung nóng phần tử lưỡng kim làm nó bị cong Khi phần tử lưỡng kim bị cong, tiếp điểm mở và dòng điện ngừng chạy qua đồng hồ nhiên liệu và đồng hồ nhiệt độ nước làm Mát Khi đó, dòng điện cũng ngừng chạy qua dây may so của ổn áp Khi dòng điện ngừng chạy qua dây may

so, phần tử lưỡng kim sẽ nguội đi và tiếp điểm lại đóng

Nếu điện áp accu thấp, chỉ có một dòng điện nhỏ chạy qua dây may so và dây may so sẽ nung nóng phần tử lưỡng kim chậm hơn, vì vậy tiếp điểm mở chậm Điều

đó có nghĩa là tiếp điểm sẽ đóng trong một thời gian dài Ngược lại, khi điện áp accu cao, dòng điện lớn chạy qua tiếp điểm làm tiếp điểm đóng trong khoảng một thời gian ngắn

Trong thực tế, ta có thể sử dụng IC 7807 cho mục đích ổn áp

Tiếp điểm ổn áp

Cảm biến mức nhiên liệu

Cảm biến nhiệt độ nước Đồng hồ báo mức nhiên liệu

Đồng hồ báo nhiệt độ nước

Hình 2.12 Hoạt động của đồng hồ kiểu điện trở lưỡng kim

khi tiếp điểm ổn áp đĩng/mở

[ơ

2.2.2.2 Đồng hồ nhiên liệu kiểu cuộn dây chữ thập

Đồng hồ nhiên liệu kiểu cuộn dây chữ thập là một thiết bị điện từ trong đĩ các cuộn dây được quấn bên ngồi một rotor từ theo bốn hướng, mỗi hướng lệch nhau 90o Khi dịng điện qua cuộn dây bị thay đổi bởi điện trở của cảm biến mức nhiên liệu, từ thơng được tạo ra trong cuộn dây theo bốn hướng thay đổi làm rotor từ quay và kim dịch chuyển

Khoảng trống phía dưới rotor được điền đầy silicon để ngăn khơng cho kim dao động khi xe bị rung và kim khơng quay về vị trí E khi tắt cơng tắc máy

Hình 2.14 Cấu tạo đồng hồ nhiên liệu kiểu cuộn dây chữ thập

Đặc điểm của đồng hồ kiểu cuộn dây chữ thập (so sánh với kiểu lưỡng kim):

Hướng quấn của cuộn L1

Hướng quấn của cuộn L3

Hướng quấn của cuộn L4

Hướng quấn của cuộn L2

Cô ng

tắ c má y

Tiế p điể m ổ n á p

Bộ cả m nhậ n mứ c nhiê n liệ u

Bộ cả m nhậ n nhiệ t độ nướ c Đồ ng hồ bá o mứ c nhiê n liệ u

Đồ ng hồ bá o nhiệ t độ nướ c

Tiế p điể m ổ n á p đó ng

Accu

E

C F

H

Cô ng tắ c má y

Tiế p điể m ổ n á p

Bộ cả m nhậ n mứ c nhiê n liệ u

Bộ cả m nhậ n nhiệ t độ nướ c Đồ ng hồ bá o mứ c nhiê n liệ u

Đồ ng hồ bá o nhiệ t độ nướ c

Accu

E

C F

H

Hoạt động:

Các cực bắc (N) và cực nam (S) được tạo ra trên rotor từ Khi dòng điện chạy qua mỗi cuộn dây, từ trường sinh ra trên mỗi cuộn dây làm rotor từ quay và kim dịch chuyển Cuộn L1 và L3 được

quấn ngược chiều nhau)

Khi công tắc ở vị trí ON, dòng

điện chạy theo hai đường:

- Accu L1 L2  cảm biến mức nhiên liệu  mass

nhiên liệu nhỏ, nên có một dòng điện lớn

chạy qua cảm biến mức nhiên liệu và chỉ

có một dòng điện nhỏ chạy qua L3 và L4

Vì vậy từ trường sinh ra bởi L3 và L4 yếu

Từ trường hợp bởi L1, L2, L3 và L4 như

hình 2.15

Hình 2.15 Từ trường tổng khi thùng nhiên

liệu đầy

Khi thùng còn một nửa nhiên liệu:

Điện trở cảm biến mức nhiên liệu

tăng nên dòng điện qua L3 và L4 tăng Tuy

nhiên, do số vòng dây của cuộn L3 rất ít

nên từ trường sinh bởi L3 cũng rất nhỏ Vì

vậy, từ trường tổng sinh bởi các cuộn dây

như hình 2.16

Hình 2.16 Từ trường tổng khi thùng nhiên

liệu còn ½

Khi thùng nhiên liệu hết:

Điện trở bộ báo mức nhiên liệu lớn,

nên cường độ dòng điện qua L3 và L4 lớn

Từ trường tổng

L1

L4

L3 L2

Vs

L2 L1

Hình 2.14 Hoạt động của đồng hồ nhiên liệu kiểu cuộn dây chữ thập

L1

L4

L3 L2

Từ trường tổng

Trên đa số các xe ngày nay, ngồi đồng hồ nhiên liệu cịn cĩ đèn báo sắp hết nhiên liệu

2.2.3 Đồng hồ và cảm biến báo nhiệt độ nước làm Mát

Đồng hồ nhiệt độ nước chỉ nhiệt độ nước làm Mát trong áo nước đơng cơ Cĩ hai kiểu đồng hồ nhiệt độ nước: kiểu điện trở lưỡng kim cĩ một phần tử lưỡng kim ở bộ chỉ thị và một biến trở (nhiệt điện trở) trong bộ cảm nhận nhiệt độ và kiểu cuộn dây chữ thập với các cuộn dây chữ thập ở đồng hồ chỉ thị nước làm Mát

2.2.3.1 Kiểu điện trở lưỡng kim

Bộ chỉ thị dùng điện trở lưỡng kim và cảm biến nhiệt độ là một nhiệt điện trở Nhiệt điện trở là một chất bán dẫn, nên thuộc loại hệ số nhiệt âm NTC (Negative Temperature Coefficient) Điện trở của nĩ thay đổi rất lớn theo nhiệt độ Điện trở của nhiệt điện trở giảm khi nhiệt độ tăng

Hình 2.18 Cảm biến nhiệt độ nước làm Mát và đặc tuyến

Đồng hồ nhiệt độ nước kiểu điện trở lưỡng kim cĩ nguyên lý hoạt động tương tự như đồng hồ nhiên liệu kiểu điện trở lưỡng kim

ơ

Khi nhiệt độ nước làm

Mát thấp, điện trở cảm biến

nhiệt độ nước cao và gần như

khơng cĩ dịng điện chạy qua

Vì vậy, dây may so chỉ sinh

ra một ít nhiệt nên đồng hồ

chỉ lệch một chút

Hình 2.19 Hoạt động của đồng hồ nước làm Mát

Khi nhiệt độ nước làm Mát tăng, điện trở của cảm biến giảm, làm tăng cường độ dịng điện chạy qua và cũng tăng lượng nhiệt sinh ra bởi dây may so Phần tử lưỡng kim bị uốn cong tỉ lệ với lượng nhiệt làm cho kim đồng hồ lệch về hướng chữ H (high)

Ổ n á p Dâ y may so

Đồ ng hồ bá o nhiệ t độ nướ c

Bộ cả m nhậ nnhiệ t độ nướ c là m má t

Accu

2.2.3.2 Kiểu cuộn dây chữ thập

Cấu tạo và hoạt động của đồng hồ nhiệt độ nước làm Mát kiểu cuộn dây chữ thập cũng giống với đồng hồ nhiên liệu kiểu cuộn dây chữ thập Một phần rotor bị cắt nên kim hồi về đến vị trí nghỉ (phía lạnh) do trọng lượng của rotor khi tắt công tắc máy

2.2.4 Đồng hồ báo tốc độ động cơ

Với loại này, các xung điện tự cảm

từ cuộn sơ cấp bobine (trong mỗi kỳ

xuất hiện tia lửa) 200-400V, được giảm

áp nhờ một điện trở khoảng 2-5k) sẽ

đưa tín hiệu đến đồng hồ Tại đây, một

mạch điện tử sẽ dựa vào tín hiệu này để

điều khiển kim đồng hồ quay

Sơ đồ đồng hồ đo tốc độ động cơ

được trình bày trên hình 2.20, 2.21 Nó

bao gồm một mạch tạo xung dao động

ban đầu, mạch rung, đồng hồ P và mạch

ổn áp với D5 và R11

Hình 2.20 Sơ đồ đấu dây đồng hồ tốc độ động cơ(tachometer) và tốc độ xe (speedometer)

Mạch đồng hồ đo tốc độ động

cơ loại điện tử:

Mạch lọc xung ban đầu

gồm điện trở R1, R2, tụ C1, C4

và diode D3 Đầu vào của mạch

được nối với âm bôbin hoặc

dây báo tốc độ động cơ trong

IC đánh lửa Mạch này sẽ

chuyển tín hiệu dao động hình

sin tắt dần trên bobine đánh lửa

thành các xung bán sin dương

D4 R7

C6 D5 R11

Noái boâbin

Hình 2.21 Sơ đồ đồng hồ đo tốc độ động cơ kiểu điện tử

Mạch dao động đơn hài gồm transistor T1 và T2 với mạch hồi tiếp cứng R5 và hồi tiếp mềm C5 Cực C của T1 được nối với cuộn dây của đồng hồ P Điện trở R3 và R4 đóng vai trò cân bằng nhiệt Để dòng qua đồng hồ liên tục, diode D4 được mắc song song với đồng hồ

Khi bật công tắc máy, transistor T2 sẽ ở trạng thái bão hòa, nhờ dòng cực B chạy qua R10 – mối nối BE – R5 Khi đó, tụ C6 và C5 sẽ được nạp theo mạch:

R7 Đồng hồ PR4

R3

C5 BE T2 R5 m as sC6 m as s

Transistor T1 lúc này đang ở chế độ đĩng vì điện áp giữa EB nhỏ hơn độ sụt áp trên R8 Khi động cơ bắt đầu hoạt động, xung điện áp (dao động tắt dần) của bobine đánh lửa đến ngõ vào của mạch Xung này sau khi đi qua mạch lọc xung chỉ cịn lại một nửa xung dương với biên độ thấp đến điện trở R6 Dịng qua R6 và mối nối BE của T1 làm nĩ chuyển sang trạng thái bão hồ Dưới tác động của điện áp đã nạp trên

tụ C5, transistor T2 chuyển sang trạng thái đĩng Thời gian transistor T2 ở trạng thái đĩng phụ thuộc vào mạch phĩng của C5:

+C5 – T1 – R5 – D5 – R10 – (–)C5

T2 sẽ chuyển sang trạng thái bão hịa trở lại tại thời điểm khi điện thế trên C5 thấp hơn giá trị mở mối nối BE Như vậy, thời gian mà transistor T1 ở trạng thái bão hịa sẽ khơng đổi khi thay đổi tốc độ động cơ bởi t1 chỉ phụ thuộc vào thơng số của mạch nạp của tụ C5

Nếu bỏ qua độ sụt áp trên T1 và T2 lúc bão hịa cũng như độ sụt áp trên diode thì quá trình dịng điện đi qua đồng hồ đo tốc độ điện tử cĩ thể biểu diễn bởi hệ phương trình vi phân:

U: điện áp ổn áp trên D5

Rp và Lp: điện trở và độ tự cảm của cuộn dây đồng hồ

i : dịng điện chạy qua đồng hồ

R34: điện trở tương đương của R3 và R4 Như vậy theo lý thuyết hiệu chỉnh gián đoạn, đồng hồ tốc độ động cơ loại điện tử

là một thiết bị xung điện với các hệ số:

1

C1exp1exp

1C11RU

Trong đĩ :

R = R7+Rp+R34+R5: tổng trở

 =

T1



: thời gian xung tương đối

 =

pT

Vì giá trị chu kỳ tương đối của hệ thống đánh lửa  >>1 nhờ đó, bỏ qua các giá trị quá nhỏ trong biểu thức trên ta có:

I tb =





R.30

.U

(trong trường hợp số xylanh Z = 4) Như vậy dòng điện trung bình đi qua cuộn dây đồng hồ đo tỷ lệ thuận với với tốc độ động cơ

Moment quay do dòng điện tạo ra lên kim đồng hồ

M đ = K.I tb =





R.30

.U.n

.U.n

R.K

Trên một số xe người ta không dùng tín hiệu đánh lửa để đếm số vòng quay như

sơ đồ trên (xe có động cơ diesel chẳng hạn) mà dùng cảm biến điện từ loại nam châm đứng yên đặt trên trục khuỷu (hoặc trục cam) hay lấy tín hiệu từ dây trung hòa của máy phát điện xoay chiều Sơ đồ của loại vừa nêu được trình bày trên hình 2.22 Hoạt động của mạch này tương tự với sơ đồ trước

D1 Cảm biến

R1

C1 T1

Hình 2.22 Sơ đồ mạch đồng hồ đo tốc độ động cơ dùng cảm biến điện từ

Trên một số xe, người ta lấy tín hiệu từ máy phát xoay chiều hoặc cảm biến loại máy

phát 3 pha để đo tốc độ động cơ hoặc tốc độ xe Sơ đồ được trình bày trên hình 2.23

Cảm biến là một máy

phát ba pha, kích từ bằng nam

châm vĩnh cửu Để quay kim

đồng hồ người ta bố trí một

động cơ ba pha trên tableau

Dịng điện chạy qua các pha

thơng qua các transistor được

điều khiển bởi các cuộn dây

trong cảm biến

Hình 2.23 Sơ đồ đồng hồ tốc độ xe kiểu máy phát-động cơ 3 pha

2.2.5 Đồng hồ và cảm biến báo tốc độ xe

2.2.5.1 Kiểu cáp mềm

Khi ơtơ làm việc, trục cáp mềm truyền

moment từ trục thứ cấp hộp số đến trục dẫn

động kéo nam châm vĩnh cửu quay Từ thơng

xuyên qua chụp nhơm làm phát sinh sức điện

động, tạo dịng điện fucơ trong chụp nhơm

Dịng fucơ tác dụng với từ trường của nam

châm làm chụp nhơm quay, kéo theo kim chỉ

vận tốc tương ứng trên vạch chia của đồng hồ

Moment quay của chụp nhơm được cân bằng

Động cơ 3 pha

Mạch khuếch đại

Tấm cân bằng nhiệt để giảm bớt sai số do nhiệt của đồng hồ Khi nhiệt độ tăng,

từ trở của tấm cân bằng nhiệt tăng, từ thơng qua nĩ giảm, phần lớn sẽ qua chụp nhơm

để giữ cho dịngfucơ trong chụp nhơm khơng đổi

Khi xe bắt đầu chuyển động và vịng nam châm bắt đầu quay, cảm biến tốc độ sẽ phát ra các tín hiệu xung

Cĩ hai kiểu cảm biến tốc độ xe:

Kiểu cảm biến điện từ

Kiểu cảm biến Hall hoặc từ trở

2.2.6.1 Đồng hồ Ampere kiểu điện từ loại nam châm quay

Cụm đồ ng hồ

Cả m biế n tố c độ

Vò ng từ Cảm biến từ trở

hoặ c Hall

a Cấu tạo:

Trên khung chất dẻo 3 có quấn cuộn dây 5 bằng loại dây đồng nhỏ Song song với cuộn dây có mắc một điện trở shunt 1 bằng constant (hợp kim của sắt và nicken) Trên trục của kim nhôm gắn điã nam châm 6 và cần 8 có thể quay quanh trục trong một khoảng giới hạn bởi rãnh cong 9 của khung chất dẻo Đai chắn từ 4 bảo vệ cho đồng hồ khỏi bị ảnh hưởng của nhiễu từ trường bên ngoài

b Nguyên lý làm việc:

Hình 2.27 Sơ đồ các đồng hồ Ampere

a Đồng hồ Ampere kiểu điện từ loại nam châm quay

b Đồng hồ Ampere kiểu điện từ loại nam châm cố định

Khi không có dòng điện qua các cuộn dây, do tác dụng tương hỗ giữa các cực khác dấu của nam châm cố định 2 và điã nam châm 6, kim đồng hồ được giữ ở vị trí số

0 của thang đo Khi có dòng điện chạy qua cuộn dây, xung quanh cuộn dây sẽ xuất hiện một từ trường có hướng vuông góc với từ trường của nam châm cố định 2 Tác dụng tương hỗ giữa hai từ trường tạo thành một từ trường tổng hợp có véc tơ xác định theo quy luật hình bình hành Nam châm 6 và kim sẽ quay hướng theo chiều véc tơ của từ trường tổng hợp Khi cường độ dòng điện trong cuộn dây tăng thì từ trường do

nó sinh ra tăng, làm cho kim quay đi một góc lớn hơn, chỉ giá trị dòng điện không lớn Khi chiều dòng điện trong cuộn dây thay đổi thì chiều của từ trường do nó sinh ra cũng thay đổi và kim đồng hồ sẽ lệch về phía khác

2.2.6.2 Đồng hồ Ampere kiểu điện từ loại nam châm cố định

a Cấu tạo:

Đồng hồ loại này gồm thanh dẫn 4 (bằng nhôm hay đồng), nam châm cố định 3, thanh thép non 2 gắn chặt với lõi quay và kim 1 Kim đồng hồ có đầu đối trọng, còn ổ trục của kim được bôi trơn bằng loại dầu đặc biệt

1 9 8

S N

7 6

2 3

1

4

20 0 -

b)