Cruise control system và Adaptive cruise control system

Các hệ thống được điều khiển tự động dựa trên sự mong muốn của con người hoặc vẫn là sự mong muốn con người nhưng được lập trình sẵn kết hợp với các cảm biến thu thập thông tin và xử lý

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO TRƯỜNG ĐẠI HỌC SƯ PHẠM KỸ THUẬT TP HCM

KHOA CƠ KHÍ ĐỘNG LỰC



TIỂU LUẬN MÔN

HỆ THỐNG ĐIỀU KHIỂN TỰ ĐỘNG TRÊN ÔTÔ

ĐỀ TÀI

CRUISE CONTROL SYSTEM VÀ ADAPTIVE CRUISE CONTROL SYSTEM FORD RANGER 2016

GVHD : Ths Nguyễn Trung Hiếu SVTH : Trần Đại Kế

Nguyễn Đình Xuân Vĩnh MSSV : 17645152

17645149

LỚP : 17645SP2B

Lời nói đầu

Thế giới đang chuyển mình và phát triển rất nhanh về mọi mặt, tất nhiên không thể kể đến

sự tiến bộ khoa học kỹ thuật trong công nghiệp, đời sống và đặt biệt hơn hết đó là các phương tiện giao thông Ngày nay phương tiện đi lại ôtô ngày càng thông dụng và đi theo su hướng phát triển các kỹ sư đã không ngừng cho ra các tính năng hiện đại, tiện lợi, an toàn, chính xác trên oto

Các hệ thống được điều khiển tự động dựa trên sự mong muốn của con người hoặc vẫn

là sự mong muốn con người nhưng được lập trình sẵn kết hợp với các cảm biến thu thập thông tin và xử lý một cách tự động giúp hệ thống đó hoạt động một cách tối ưu nhất sau đó báo tín hiệu về đã hoạt đông hay bị lỗi Hay còn gọi cách khác OPEN-LOOP CONTROL SYSTEM và CLOSE-LOOP CONTROL SYSTEM

Trong ôtô ngày nay có nhiều hệ thống mới ra đời và được điều khiển bởi các module control Việc có quá nhiều các hộp module control làm cho sự kết nối giữa chúng phứt tạp, hao phí đường dây điện, chiếm diện tích, khó chẩn đoán đặt biệt hơn hết dễ bị nhiễu, đơ làm cho hệ thống đó ngưng hoạt động đột ngột gây nguy hiểm, bất tiện và phải khởi động lại Nhưng việc mạng CAN (CAN BUS) ra đời các module control được kết nối một cách đơn giản, giải quyết tất cả các vấn đề trên và được phổ biến rộng trên các dòng xe hiện đại ngày nay

Sự ra đời mạng kết nối CAN là cơ sở giúp phát triển nhiều hệ thống điều khiển tự động trên ôt tô hiện đại Trong số đó có có thể kể đến CRUISE CONTROL SYSTEM vừa kết hợp với ADAPTIVE CRUISE CONTROL SYSTEM, cả hai luôn gắn liền nhau và hỗ trợ cho nhau trong việc tự điều khiển xe chạy tại một khoảng tốc độ tự động và tránh va chạm vật phía trước

Qua đó ta có thể thấy được công nghệ phát triển sẽ cho ra những hệ thống vô cùng tiện lợi giúp người lái thỏa mái, thư giãn và vô cùng an toàn Do tầm quan trọng và muốn nắm bắt công nghệ mới nên đề tài này em sẽ đi sâu vào hai hệ thống trên

Việc tìm kiếm tài liệu, kiến thức chưa sâu, dịch thuật chưa tốt có thể xảy ra nhiều sai soát trong đề tài này mong thầy các bạn và bạn đọc góp ý, bổ sung để hoàn thiện hơn

Người thực hiện Trần Đại Kế Nguyễn Đình Xuân Vĩnh

Mục lục

I CRUISE CONTROL SYSTEM 2

1 Hệ thống điều khiển kín 2

2 Cách thức giao tiếp giữa các module 3

3 Đặc điểm 4

Il ADAPTIVE CRUISE CONTROL SYSTEM 5

1 Hệ thống điều khiển kín 5

2 Các tín hiệu giao tiếp giữa các module 6

3 Đặt điểm 8

IIl SƠ ĐỒ MẠCH ĐIỆN ĐIỀU KHIỂN CCS VÀ ACCS 9

1 Công tắc bàn đạp phanh 9

2 Cảm biến bàn đạp ga 11

3 Công tắc điều chỉnh vô lăng , CCS và ACCS trên vô lăng 12

4 Module CCM có tích hợp radar 15

I CRUISE CONTROL SYSTEM

1 Hệ thống điều khiển kín

Cruise control system là một trong những hệ thống điều khiển tự động trên Ôtô, là hệ thống tập hợp rất nhiều các module cung cấp, trao đổi dữ liệu cho nhau để điều khiển Ôtô vận hành tốc độ một cách cầm chừng tự động Bao gồm:

• SCCM Steering column control module (module điều khiển trục lái và cụm công tắc)

• SECM Steering effort control module (module điều khiển trợ lực lái)

• SASM Steering angle sensor module (module xử lý cảm biến vị trí góc lái)

• RCM Restraint control module (module điều khiển kiểm soát xe)

• ABS Antilock brake system module (module xử lý chống bó cứng phanh)

• PCM Powertrain control module (module điều khiển động cơ)

• IPC Instrument panel control (cơ cấu điều khiển)

Một số module trên có thể xử lý, điều khiển các chức năng khác

Hình 1: Sơ đồ giao tiếp giữa các module hỗ trợ cho Cruise control system

2 Cách thức giao tiếp giữa các module.

a Thông tin đầu vào bộ điều khiển IPC:

Nhận biết cruise control

có hoạt động PCM

Nhận biết được người lái có đạp bàn đạp ga hay không

Trạng thái cruise control PCM Thông tin này dùng để điều khiển tốc độ xe phù hợp

với điều kiện vận hành

Cài đặt tốc độ cho cruise

control theo yêu cầu PCM

Thông tin này dùng để người dùng cài đặt các mứt tốc độ khi sử dụng CCS

b Thông tin vào module PCM:

Cụm công tắc điều khiển

trên tay lái, thay đổi tốc độ

của xe

SCCM Dùng để bật, tắt cruise control và thay đổi chế độ

hoạt động…

Tăng cường, kiểm soát sự

ổn định xe

ABS Điều khiển ngưng, giảm tốc độ khi có tín hiệu yêu

cầu

Tăng cường lực bám cho

xe

Lực quán tính ngang khi

qua cua…

RCM Điều khiển ngưng, giảm tốc độ khi có tín hiệu yêu

cầu

Lực quán tính dọc khi

đường gồ gề…

Góc xoay tâm xe

c Thông tin vào module SCCM:

Cụm công tắc điều khiển

Cruise control

SASM Dùng để bật tắt công tắt cruise control và những chế

độ điều khiển CCS được trang bị trên vô lăng

3 Đặc điểm

a Chức năng: Các chức năng điều khiển CCS bao gồm

• Khởi động/ tắt CCS

• Thiết lập và duy trì tốc độ xe theo mong muốn

• Đẩy nhanh tốc độ của xe

• Khi xuống dốc tự thay đổi tốc độ sao cho thấp phù hợp

• Giữ đúng khoảng cách tránh va chạm và nối lại khoảng cách với xe trước

• Tắt hệ thông cruise control

Chú ý: Tốc độ cầm chừng khi sử dụng cruise control trong khoảng 30 đến 32 km/h, sẽ có nhiều

khoảng tốc độ cho người lái lựa chọn Đặt biệt có thể dùng khóa mykey để cài đặt khoảng tốc

độ giới hạn mà mình mong muốn Khi xe lên hoặc xuống dốc có thể tốc độ giao động cao hơn hoặc thấp hơn một ít trong khoảng giới hạn đó

b Các trường hợp gây vô hiệu hóa CCS:

• Khi sử dụng phanh tay

• Không sử dụng được khi dùng số D hoặc OD vì số nay tỉ số truyền tốc độ cao người lái phải tự điều khiển

• Sau khi chạy xe ở chế độ bàn đạp ga và chạy 5 phút thì mới sử dụng được CCS

• Công tắc CCS nhấn hoặc bị kẹt qua 2 phút

• Tốc độ xe dưới 16 km/h hoặc dưới tốc độ cài đặt thì không sử dụng CCS được

• ABS bị lỗi

CCS cung cấp tự chẩn đoán CCS bị vô hiệu hóa bất cứ khi nào phát hiện thấy lỗi trong hệ thống Không chỉ báo IPC và hiển thị khi có lỗi xảy ra Mã lỗi được ghi lại bởi PCM hoặc SCCM nên cần xóa mã lỗi

Il ADAPTIVE CRUISE CONTROL SYSTEM

1 Hệ thống điều khiển kín

Việc bạn hoạt động dưới chế độ CCS xe tự động di chuyển mà không cần đạp ga, do đó có thể gây ra nhiều trường hợp xử lý không kịp và dễ gây tai nạn Vì thế ACCS thu thập các thông tin vật cản phía trước để báo về cho CCS điều chỉnh tốc độ cầm chừng sao cho giữ đúng khoảng cách là vô cùng quan trọng

Ở các module hỗ trợ của ACCS cũng giống như CCS nhưng bổ sung thêm các module sau:

• CCM (Cruise control module)

• BCM (Body control module)

Hình 2: Sơ đồ giao tiếp giữa các module khi sử dụng chức năng ACCS

2 Các tín hiệu giao tiếp giữa các module

a Các tín hiệu đầu vào module ABS:

ACCS yêu cầu hãm lực

Dùng để hãm tốc độ khi sử dụng CCS để giữ khoảng cách xe trước chính xác

Khi đạp bàn đạp phanh PCM Tín hiệu công tắt bàn đạp phanh được gửi đi Lực quan tính ngang khi

qua cua

RCM Điều khiển giảm tốc độ khi có tín hiệu yêu cầu Lực quán tính dọc khi

đường gồ gờ

b Tín hiệu đầu vào module CCM:

Vị trí bàn đạp ga PCM Biết được vị trí của bàn đạp ga

Khi nhấn bàn đạp phanh PCM Nhận tín hiệu từ công tắt bàn đạp phanh CCS hoạt động trong

khoảng thời gian dài

PCM Người lái cần phải đạp bàn đạp ga rồi mới tiếp

tục sử dụng CCS

Trạng thái lúc khởi động BCM Tín hiệu sẽ được gửi từ công tắt khởi động Điều chỉnh sự cân bằng, ổn

định khi phanh

ABS Dừng sử dụng chức năng CCS khi có các tín

hiệu này

Điều chỉnh lực bám đường

phù hợp

Xác định trọng tâm, góc

xoay của tâm xe

Lực quán tính ngang khi

qua cua

RCM Dừng sử dụng chức năng CCS khi có các tín

hiệu này

Lực quán tính dọc khi

đường gồ gề

Cấu trúc dữ liệu của xe BCM Dùng để so sánh kiểm tra với cấu trúc dư liệu

của ACCS

c Tín hiệu đầu vào bộ điều khiển IPC:

Điều khiển hành trình với

một khoảng cách với xe

phía trước

CCM

Tín hiệu này dùng để hiển thị và điều khiển CCS giữ khoảng cách với xe phía trước

Các chế độ cruise control PCM Điều khiển thay đổi tốc độ để tương ứng giữ đúng khoảng cách

Cruise control hoạt động

trong khoảng thời gian dài

PCM Người lái cần tác dụng lên bàn đạp ga và tiếp tục

trở lại chế độ CCS

Trạng thái cruise control PCM Dữ liệu này dùng để điều khiển tốc độ tương ứng với tình trạng chạy cầm chừng Cài đặt tốc độ cruise control PCM Dữ liệu này người lái có thể thiết lập tốc độ xe

chạy cầm chừng như mong muốn

d Tín hiệu đầu vào module PCM:

ACCS gửi tín hiệu

CCM Dùng để bật, tắt cruise control và hoạt động

đúng với yêu cầu

Tăng cường kiểm soát sự

ổn định xe

ABS Điều khiển tốc độ chậm dần khi cần thiết Tăng cường lực bám cho

xe

Lực quán tính ngang khi

qua cua

RCM

Điều chỉnh tốc độ xe chậm dần khi cần thiết Lực quán tính dọc khi

đường gồ gề

Góc xoay tâm xe

e Tín hiệu đầu vào module SCCM:

Cụm công tắt các chế độ

CCS

SASM Dùng để bật tắt công tắt cruise control và

những chế độ điều khiển CCS được trang bị trên vô lăng

3 Đặt điểm

• Khi người lái sử dụng chức năng CCS thì đồng thời hệ thống ACCS cũng hoạt động kèm theo RADAR trong CCM sẽ phát tín hiệu dạng sóng để biết được các xe ở phía trước

mà phân phối lực phanh giảm tốc độ cầm chừng cho hợp lý

• Sóng sử dụng trong Radar của Ôtô có tên là vi ba (sóng ngắn) bước sóng lớn hơn tia hồng ngoại nhưng ngắn hơn sóng radio ở tần số 76 GHz

• Khi đang hoạt động dưới chế độ ACCS ga và phanh đều được điều khiển tự động người lái chỉ việc giữ vô lăng, nếu người lái tác động lên bàn đạp phanh làm công tắt BPP nhận biết và gửi tín hiệu đến PCM lúc này chế độ ACCS chuyển sang chế độ người

tự lái

• Khi xe hoạt động dưới chế độ ACCS mà tốc độ dưới 20km/h thì đèn báo và âm thanh phát ra vì không nằm trong tốc độ ACCS hỗ trợ do đó người dùng phải tự lái

• CCM theo dõi các tín hiệu từ ABS gồm sự thay đổi của góc xoay tâm xe, các lực quán tính, lực bám quá mứt cho phép thì CCM sẽ báo lên taplo với dòng chữ COLLISION WARING MALFUNCTION hoặc ADAPTIVE CRUISE MALFUNCTION

• CCM ở phía trước đầu xe và có tích hợp Radar Nếu radar bị che khuất do bụi, băng tuyết, mưa, vật lạ thì hệ thống ACCS không thể hoạt động được và cảm biến sẽ báo về taplo “Radar Blocked”, chúng ta nên thường xuyên vệ sinh radar

• ABS nhận biết được nhiệt độ phanh và từ đó tăng hay giảm áp lực và thời gian phanh một cách hợp lí Nếu nhiệt độ quá ngưỡng cho phép sẽ có âm thanh báo và ACCS ngưng hoạt động cho đến khi phanh được giải nhiệt Những trường hợp này thường xảy

ra ở những con đường đồi núi

• CCM điều khiển mô-đun ABS từ đó điều khiển hệ thống phanh để làm chậm xe và duy trì khoảng cách an toàn với xe phía trước

• CCM có tích hợp một thiết bị cảm biến radar đo tốc độ tương đối và khoảng cách giữa hai xe CCM có trách nhiệm yêu cầu PCM tăng tốc độ xe và mô-đun ABS để phanh, khi cần thiết

Hình 3: Vị trí module CCM có tích hợp radar

IIl SƠ ĐỒ MẠCH ĐIỆN ĐIỀU KHIỂN CCS VÀ ACCS

Dựa vào sơ đồ giao tiếp giữa các moadule ở trên và sơ đồ mạch điện tín hiệu dưới đây

ta có thể phân tích, hiểu được nguyên lý hoạt động của hệ thống CCS

Có một số module chỉ gửi thông tin, trao đổi tín hiệu qua mạng CAN đến các module quan trọng cho CCS để xử lý nên ta không đi sâu vào mạch điện của module đó

1 Công tắc bàn đạp phanh

Hình 4: sơ đồ mạch điện tín hiệu công tắc bàn đạp phanh

Sơ đồ mạch điện ở trên cho thấy tín hiệu bất đầu từ cụm công tắc bàn đạp phanh gửi tín hiệu đến PCM và xử lý đưa đến BCM

Cụm công tắc ở đây bao gồm:

• Công tắc 1,4 báo tín hiệu đèn CCS

• Công tắc 2,3 báo tín hiệu để ngắt CCS hoặc trở lại chức năng CCS

Khi không đạp bàn đạp phanh:

• Công tắc 1,4 hở tiếp điểm ở vị trí 1 đèn tín hiệu không báo

• Công tắc 2,3 đóng tiếp điểm tại vị trí 1 tín hiệu được gửi đến PCM tín hiệu ra từ PCM đến hệ thống điều khiển Electronic Throttle Body (ETB) và điều khiển motor bướm ga Electronic Throttle Control (ETC) đúng với góc độ đã lập trinh sẵn tương ứng với tốc độ cầm chừng cài đặt trên CCS

Nên CCS hoạt động bình thường

Khi đạp bàn đạp phanh:

• Công tắc 1,4 đóng tiếp điểm tại vị trí 2 đèn được thông báo

• Công tắc 2,3 mở tiếp điểm tại vị trí 2 tín hiệu bị ngắt do đó PCM không nhận được tín hiệu và báo cho ETB không điều khiển ETC do đó cánh bướm ga không được điều khiển tự động cầm chừng CCS nữa và người lái lúc này sẵn sàn điều khiển

2 Cảm biến bàn đạp ga

Hình 5: Cảm biến bàn đạp chân ga

Sơ đồ mạch điện trên thể hiện cảm biến vị trí bàn đạp ga Accelerator pedal position (APP) Sensor loại tuyến tính, APP tại bàn đạp ga gồm có 6 chân gồm 2 cảm biến

Cảm biến thứ nhất gồm 3 chân 1,2,3:

• Chân 1 chân 5V, chân 3 âm

• Chân 2 là chân tín hiệu về PCM

Cảm biến thứ hai tương tự gôm 3 chân 4,5,6:

• Chân 6 và chân 5 lần lượt là chân 5V và âm

• Chân 4 là chân tín hiệu về PCM

Nhiệm vụ xác định vị trí cũng như góc mà người đạp bàn đạp ga, 2 cảm biến cho ra

2 tín hiệu bù trừ nhau ví dụ cảm biến 1 đạp được 80% thì cảm biến 2 đo được 20% sau đó gửi tín hiệu điện áp về PCM phân tích so sánh gửi đến ETB (Electronic throttel body) điều khiển motor bướm ga hợp lý

Khi người lái chuyển sang chế độ CCS thì PCM liền cung cấp dữ liệu được cài đặt sẵn gửi đến ETB để điều khiển bướm ga và cho ra tốc độ hợp lý lúc này không cần phải đạp bàn đạp ga

Nếu 1 trong 2 cảm biến bị hỏng thì PCM gửi tín hiệu chạy ở mứt bàn đạp ga 25%, nếu hỏng cả 2 thì chạy ở chế độ không tải

3 Công tắc điều chỉnh vô lăng , CCS và ACCS trên vô lăng

Hình 6: Module điều khiển cột lái và xử lý tín hiệu công tắc

Hình trên là module điều khiển trên hệ thống lái gồm có 4 chân số 3, 4, 5, 7:

Chân 3, 4 tín hiệu ra vào module dựa trên mạng CAN gồm:

• HS2 CAN+ tín hiệu gửi đến PCM

• HS1 CAN- Tín hiệu gửi về để xử lý

Chân số 7 về hộp cầu chì của BCM

Chân số 5 chân mass

Hình 7: Cụm công tắc trên tay lái gửi về SCCM để xử lý tín hiệu

Sơ đồ mạch điện trên gồm 4 hệ thống chính:

• Cụm công tắc trên tay lái ( mõi cụm công tắc thì điều khiển một hệ thống nhưng nhiều chế độ khác nhau

• Gửi tín hiệu đi so sánh

• Cuộn dây điện Clockspring dưới tay lái

• SCCM

Nguyên lý hoạt động như sau:

− Cụm công tắc down, left, right, ok, up dùng để điều chỉnh cần lái theo ý muốn

− Cụm công tắc GAP UP, GAP DN

• Công tắc GAP UP: Dùng để tăng khoảng cách với xe phía trước, khi nhấn công tắc dòng điện đi từ chân 15 qua cuộn điện CLOCKSPRING qua công tắc, qua diot đến chân

8 của SCCM Tại vị trí GAP UP nằm giữa 2 điện trở với điện trở trong SCCM tạo thành cầu phân áp, tạo ra mứt điện áp khác với các công tắc khác và giống như điện áp được lập trình từ đó tín hiệu được gửi đến CCM điều chỉnh tần số radar để tăng khoảng cách giữa 2

xe

• Công tắc GAP DN: tương tự như công tắc GAP UP nhưng giảm khoảng cách với

xe phía trước

− Cụm công tắt SET+ và SET-

• Khi đóng công tắc SET+ : Dòng điện đi từ chân 6 của SCCM qua cuộn CLOKSPRING kết hợp tín hiệu so sánh tại điểm S238 qua công tắc và điôt làm cho dòng điện đi một chiều về chân chung 8 tao thành cầu phân áp điện áp rơi gửi về vi điều khiển của SCCM lưu trữ vào bộ nhớ từ đó phân tích so sánh gửi tín hiệu đến PCM thông qua mạng HS1 CAN, PCM xử lý điều khiển ETB (Electronic Throttle Body) điều khiển bướm

ga với góc mở mong muốn và xe chạy với vận tốc cầm chừng tăng 2km/h cho mõi lần bấm

• Công tắc SET- : cũng tương tự như SET+ nhưng tốc độ cài đặt giảm dần cho mõi lần bấm

− Cụm công tắc RES/CNCL và ON/OFF

• Công tắc RES/CNCL: Khi ấn công tắt RESUME dòng điện từ chân 7 SCCM qua CLOCKSRING đến công tắc, diot và về chân 8 SCCM tạo thành cầu phân áp và vi điều khiển xử lý gửi đến PCM và CCM xử lý và cài đặt lại tốc độ cầm chừng cho CCS Khi ấn công tắt lần 2 CANCEL thì để hủy tốc độ cài đặt

• Công tắt ON/OFF tương tự như thế dùng để bật tắt CCS

− Cụm đèn led cho mõi công tắc, sáng lên khi bật công tắc