Giáo trình Hệ thống điện thân xe và điều khiển tự động trên ô tô
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
Hệ thống chiếu sáng và tín hiệu:
+ Các đèn chiếu sáng
+ Các công tắc và rơle điều khiển
+ Các ECU đèn
+ Các cảm biến
Hệ thống gạt nước rửa kính:
+ Các môtơ gạt nước
+ Công tắc và rơle điều khiển
+ Các ECU điều khiển
+ Các cảm biến
Bạn đang xem 20 trang mẫu của tài liệu "Giáo trình Hệ thống điện thân xe và điều khiển tự động trên ô tô", để tải tài liệu gốc về máy hãy click vào nút Download ở trên
Tóm tắt nội dung tài liệu: Giáo trình Hệ thống điện thân xe và điều khiển tự động trên ô tô
TRƯỜNG ĐH SƯ PHẠM KỸ THUẬT HƯNG YÊN KHOA CƠ KHÍ ĐỘNG LỰC BÀI GIẢNG DÙNG CHUNG HỌC PHẦN: HỆ THỐNG ĐIỆN THÂN XE VÀ ĐIỀU KHIỂN TỰ ĐỘNG TRÊN ÔTÔ SỐ TÍN CHỈ: 02 LOẠI HÌNH ĐÀO TẠO: ĐẠI HỌC CHÍNH QUY CHUYÊN NGÀNH: CÔNG NGHỆ KỸ THUẬT Ô TÔ Hưng Yên, năm 2015 Khoa C¬ khÝ §éng lùc §¹i häc S- ph¹m kü thuËt H-ng Yªn 1 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 Mà 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 Khoa C¬ khÝ §éng lùc §¹i häc S- ph¹m kü thuËt H-ng Yªn 2 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 Khoa C¬ khÝ §éng lùc §¹i häc S- ph¹m kü thuËt H-ng Yªn 3 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 Hệ thống chiếu sáng và tín hiệu: + Các đèn chiếu sáng + Các công tắc và rơle điều khiển + Các ECU đèn + Các cảm biến Hệ thống gạt nước rửa kính: + Các môtơ gạt nước + 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 Khoa C¬ khÝ §éng lùc §¹i häc S- ph¹m kü thuËt H-ng Yªn 4 + Các công tắc điều khiển + Các bộ phận chấp hành Hệ thống túi khí, dây đai: + Bộ túi khí + Bộ dây đai + Các cảm biến + Bộ kiểm soát CPU Hệ thống mạng CAN: + Các IC CAN + Các ECU + Cáp nối 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 Khoa C¬ khÝ §éng lùc §¹i häc S- ph¹m kü thuËt H-ng Yªn 5 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 Khoa C¬ khÝ §éng lùc §¹i häc S- ph¹m kü thuËt H-ng Yªn 6 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 Khoa C¬ khÝ §éng lùc §¹i häc S- ph¹m kü thuËt H-ng Yªn 7 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 như vận hành các hệ thống điều khiển. Nhóm công tắc và rơle được chia như 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) Khoa C¬ khÝ §éng lùc §¹i häc S- ph¹m kü thuËt H-ng Yªn 8 - 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 đưa 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 Khoa C¬ khÝ §éng lùc §¹i häc S- ph¹m kü thuËt H-ng Yªn 9 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 Mà 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. 1.3.1.2. Kiến trúc giao thức Đối chiếu với mô hình ISO/OSI, CAN định nghĩa lớp liên kết dữ liệu gồm hai lớp con (LLC và MAC) cũng như phần chính của lớp vật lý. - Lớp vật lý đề cập tới việc truyền Khoa C¬ khÝ §éng lùc §¹i häc S- ph¹m kü thuËt H-ng Yªn 10 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 ... sự can thiệp của ABS. Khi ABS hoạt động sẽ tiến hành phân tích diễn biến của quá trình phanh thông qua các tín hiệu vào, xác định cách ứng xử và tiến hành điều khiển các bộ phận chấp hành làm việc theo một chu trình vòng lặp kín. Döøng taùc ñoäng ABS Giaûm aùp nhanh Giaûm aùp chaäm Giöõ hay taêng, giaûm aùp Giaûm aùp Phanh thöôøng Khoa C¬ khÝ §éng lùc §¹i häc S- ph¹m kü thuËt H-ng Yªn 174 Hình 6.38. Lưu đồ thuật toán điều khiển hoạt động của ABS. Hình 6.37. Lưu đồ thuật toán điều khiển hệ thống ABS Việc lựa chọn các tín hiệu điều khiển thích hợp là nhân tố chính trong việc quyết định tính hiệu quả của quá trình điều khiển ABS. Tất cả các xe hiện nay đều sử dụng các cảm biến tốc độ bánh xe để tạo ra tín hiệu điều khiển cơ bản nhất cho việc điều khiển quá trình hoạt động của hệ thống ABS. Sử dụng những tín hiệu này, hộp điều khiển (ECU) sẽ tính ra được tốc độ của mỗi bánh xe, sự giảm tốc và tăng tốc của nó, tính được tốc độ chuẩn của bánh xe, tốc độ xe và độ trượt khi phanh. Sự thay đổi gia tốc của bánh xe là một tín hiệu chính, đóng vai trò quan trọng nhất trong quá trình điều khiển của ABS. ECU sẽ tính toán và xác định các giá trị giới hạn của sự giảm tốc (- a) và tăng tốc (+a) cho phép có thể có của xe để điều khiển các chế độ hoạt động của các van điện (solenoids) trong bộ chấp hành. Tốc độ chuẩn của bánh xe khi phanh (vRef) là tốc độ tương ứng với tốc độ bánh xe dưới điều kiện phanh tối ưu (có độ trượt tối ưu). Để xác định tốc độ chuẩn này, các cảm biến tốc độ bánh xe liên tục gửi về ECU tín hiệu tốc độ của cả 4 bánh xe. ECU chọn những giá trị chéo tức bánh trước phải và sau trái chẳng hạn và dựa vào đây tính Kieåm tra boä ñieàu khieån vaø heä thoáng Phaân tích vaø öùng xöû Baét ñaàu taùc ñoäng Khoa C¬ khÝ §éng lùc §¹i häc S- ph¹m kü thuËt H-ng Yªn 175 tốc độ chuẩn. Một trong hai bánh xe quay nhanh hơn được dùng để xác định tốc độ chuẩn của bánh xe trong từng giai đoạn của quá trình phanh. Độ trượt khi phanh là giá trị không thể đo được một cách trực tiếp nên sử dụng một tín hiệu tương tự được tính toán trong ECU, gọi là ngưỡng trượt 1 (đây là một giá trị vận tốc). Tốc độ chuẩn của bánh xe được sử dụng làm cơ sở cho tín hiệu này. Ngưỡng trượt 1 là một tín hiệu quan trọng thứ hai trong quá trình điều khiển của hệ thống ABS. Vận tốc thực tế của bánh xe khi phanh (vR) được so sánh với ngưỡng trượt 1 để hệ thống ABS quyết định các chế độ điều khiển tăng, giữ hay giảm áp suất phanh trong bộ chấp hành. Đối với các bánh xe bị động hay các bánh xe chủ động mà khi phanh có cắt ly hợp thì chỉ cần tín hiệu gia tốc của bánh xe là đủ để điều khiển cho quá trình hoạt động của ABS. Điều này tuân theo quy tắc ứng xử trái ngược nhau của hệ thống phanh trong vùng ổn định và không ổn định của đường đặc tính trượt. Trong vùng ổn định, sự giảm tốc của bánh xe rất nhỏ, tức là nếu lái xe đạp phanh với lực càng tăng thì xe giảm tốc càng nhiều mà bánh xe không bị hãm cứng. Tuy nhiên ở vùng không ổn định, thì chỉ cần tăng áp suất phanh thêm một ít cũng đủ làm cho các bánh xe bị hãm cứng tức thời, nghĩa là sự giảm tốc biến thiên rất nhanh. Dựa trên sự biến thiên gia tốc này, ECU có thể xác định được mức độ hãm cứng của bánh xe và có điều khiển thích hợp để duy trì độ trượt khi phanh nằm trong khoảng tối ưu. Đối với các bánh xe chủ động mà khi phanh không cắt ly hợp và cần số đặt ở vị trí số 1 hay số 2, động cơ sẽ tác động lên các bánh xe chủ động và tăng một cách đáng kể moment quán tính khối lượng ở các bánh xe. Nói cách khác, các bánh xe sẽ ứng xử như thể là chúng nặng hơn rất nhiều. Điều này dẫn đến gia tốc chậm dần bánh xe thường chưa đủ lớn để có thể coi như là một tín hiệu điều khiển đủ cho ECU có thể xác định được mức độ hãm cứng của bánh xe. Như vậy, việc điều khiển của ABS sẽ thiếu sự chính xác. Vì vậy, cần thiết phải dùng một tín hiệu tương tự với độ trượt phanh để làm tín hiệu điều khiển phụ, và cần kết hợp tương thích tín hiệu này với tín hiệu gia tốc của bánh xe. Đó chính là ngưỡng trượt 1. Trên một số xe có gắn thêm cảm biến giảm tốc đo trực tiếp sự giảm tốc của xe và cảm biến gia tốc ngang xác định tình trạng quay vòng của xe, các tín hiệu này được xem như các tín hiệu bổ sung cho tín hiệu gia tốc của bánh xe. Mạch logic trong ECU tính toán và xử lý tổ hợp dữ liệu này để đạt được quá trình điều khiển phanh tối ưu. Khoa C¬ khÝ §éng lùc §¹i häc S- ph¹m kü thuËt H-ng Yªn 176 Quá trình điều khiển của ABS: Đồ thị hình 6.39 biểu diễn quá trình điều khiển điển hình của hệ thống ABS. ECU liên tục nhận được các tín hiệu tốc độ của bánh xe từ 4 cảm biến tốc độ, và ước tính tốc độ của xe bằng cách tính toán tốc độ và sự giảm tốc của mỗi bánh xe. Quá trình điều khiển này được thực hiện theo 3 chế độ: tăng, giữ và giảm. Việc thay đổi áp suất dầu theo 3 chế độ trên được thay đổi bằng cách điều khiển dòng điện tới các van dầu. Trong quá trình này, mô tơ bơm hồi dầu bơm liên tục cho đến khi kết thúc quá trình phanh. Hình 6.39. Quá trình điều khiển ABS Trên hình 6.39 cho ta 4 khoảng thay đổi tốc độ của xe tương ứng với 3 chế độ điều khiển của ECU: - Khoảng A: ECU điều khiển trượt đặt các van điện từ vào chế độ giảm áp suất theo mức giảm tốc của các bánh xe, như vậy sẽ giảm áp suất thuỷ lực trong xilanh của bánh xe. Sau khi áp suất hạ xuống, ECU chuyển các van điện từ sang chế độ “giữ” để theo dõi sự thay đổi tốc độ của bánh xe. Nếu ECU cho rằng cần tiếp tục giảm áp suất thuỷ lực, nó sẽ lại giảm áp suất này. - Khoảng B: Khi áp suất thuỷ lực bên trong xilanh của bánh xe giảm (khoảng A), áp suất thuỷ lực tác động vào bánh xe này giảm xuống. Điều này làm cho bánh xe sắp bị khoá chặt sẽ tăng tốc độ. Tuy nhiên, nếu áp suất thuỷ lực giảm xuống, lực phanh tác động vào bánh xe này sẽ trở nên quá thấp. Để tránh điều này, ECU đặt các van điện từ lần lượt vào chế độ “tăng áp suất” và chế độ “giữ” để bánh xe sắp bị khoá sẽ hồi phục tốc độ. - Khoảng C: Khi áp suất thuỷ lực trong xilanh của bánh xe được ECU tăng lên dần dần (khoảng B), bánh xe lại có xu hướng bị khoá. Do đó, ECU lại chuyển các van điện từ về chế độ “giảm áp suất” để giảm áp suất bên trong xilanh của bánh xe này. - Khoảng D: Vì áp suất thuỷ lực trong xilanh của bánh xe này lại giảm (khoảng C), ECU lại bắt đầu tăng áp suất như trong khoảng B. Khoa C¬ khÝ §éng lùc §¹i häc S- ph¹m kü thuËt H-ng Yªn 177 6.4.4. Các điều khiển cụ thể 6.4.4.1. ABS có EBD Điều khiển EBD dùng ABS để thực hiện việc phân phối lực phanh giữa các bánh trước và sau theo điều kiện chạy xe. a. Trạng thái bình thường b. Trạng thái có tải Hình 6.40. Phân phối lực phanh giữa bánh trước- sau Ngoài ra, trong khi phanh để quay vòng, nó cũng điều khiển các lực phanh của bánh bên phải và bên trái giúp duy trì sự ổn định của xe. Hình 6. 41. Phân phối lực phanh giữa bánh trái-phải 6.4.4.2. Hệ thống hỗ trợ khi phanh – BA BA cũng đặt thời gian hỗ trợ và mức hỗ trợ để làm cho cảm giác về phanh càng tự nhiên càng tốt bằng cách điều chỉnh hỗ trợ theo yêu cầu như thể hiện trên đồ thị ở hình vẽ. Hình 6. 42. Sơ đồ hệ thống BA * Điều khiển: Khi ECU điều khiển trượt xác định rằng người lái đang phanh khẩn cấp, van điện từ chuyển mạch hỗ trợ phanh được đóng mạch, tạo thành một đường thông giữa xilanh chính và bình chứa, và chuyển dầu đến bơm. Hình 6.43 . Lực phanh khi có BA và không có BA Bơm hút dầu và đẩy đến xilanh ở bánh xe. Van an toàn 4 mở ra để bảo đảm rằng áp suất của xilanh ở bánh xe không vượt áp suất của xilanh chính quá một mức đã đặt trước để duy trì độ chênh áp suất này. Khoa C¬ khÝ §éng lùc §¹i häc S- ph¹m kü thuËt H-ng Yªn 178 Hình 6.44. Quá trình điều khiển của BA 6.4.4.3. Hệ thống điều khiển lực kéo- Traction Control Đôi khi bàn đạp ga bị nhấn quá nhiều trong khi chuyển hành hoặc tăng tốc trên các bề mặt trơn trượt, v.v.., tạo ra monen dư thừa làm cho các bánh dẫn động quay trượt khiến xe bị mất khả năng chuyển bánh/ tăng tốc và khả năng điều khiển lái. Việc điều khiển áp suất thuỷ lực của phanh bánh dẫn động và điều chỉnh công suất của động cơ bằng cách giảm nhiên liệu sẽ hạ thấp lực dẫn động khi nhấn bàn đạp ga. Như vậy TRC có tác dụng bảo đảm khả năng chuyển bánh/ tăng tốc và điều khiển lái. a. Xe quay vòng b. Xe chuyển bánh Hình 6.45 . Thời điểm Tr hoạt động Khoa C¬ khÝ §éng lùc §¹i häc S- ph¹m kü thuËt H-ng Yªn 179 * Điều khiển: Áp suất thuỷ lực do bơm tạo ra được van điện từ ngắt xilanh chính điều chỉnh đến áp suất cần thiết. Do đó xilanh ở các bánh xe dẫn động được điều khiển theo 3 chế độ sau đây: giảm áp suất, giữ áp suất và tăng áp suất để hạn chế độ trượt của các bánh xe chủ động. Hình 6.46. Sơ đồ điều khiển hệ thống Tr Khi tốc độ của bánh xe dẫn động bắt đầu vượt tốc độ bắt đầu điều khiển, áp suất thuỷ lực của phanh tăng lên và số xilanh cắt giảm nhiên liệu tăng lên. Do đó, tốc độ của bánh xe dẫn động giảm xuống. Hình 6.47. Sự thay đổi của tốc độ bánh xe và áp suất thủy lực của phanh khi có sự tác động của TR 6.4.4.4. Hệ thống điều khiển ổn định xe – VSC Trong khi ABS và TRC chủ yếu được sử dụng để làm ổn định hoạt động của phanh và hoạt động bàn đạp ga trong khi phanh và tăng tốc, thì hệ thống VSC đảm bảo sự ổn định việc lái và hướng lái của xe. Hệ thống này phát hiện sự lái đột ngột và sự trượt ngang trên các mặt đường trơn, và sau đó tạo ra sự điều khiển tối ưu của phanh ở mỗi bánh xe và công suất của động Hình 6.48. Quá trình điều khiển lực phanh ở VSC cơ để giảm độ trượt của bánh trước và độ trượt của bánh sau. Phương pháp điều khiển phanh (kiểm soát các bánh xe) đối với các bánh khác nhau tuỳ thuộc vào kiểu xe (FF, FR). Khoa C¬ khÝ §éng lùc §¹i häc S- ph¹m kü thuËt H-ng Yªn 180 * Điều khiển: Hệ thống VSC, bằng các van điện từ điều khiển áp suất thuỷ lực do bơm tạo ra và tác động vào xilanh ở mỗi bánh xe theo 3 chế độ sau đây: giảm áp suất, giữ áp suất và tăng áp suất. Do đó hạn chế được xu hướng quay trượt của bánh xe trước hoặc bánh xe sau. Hình 6.49. Sơ đồ khối quá trình điều khiển và sự thay đổi mức trượt, áp suất thủy lực của VSV 6.5. ĐIỀU KHIỂN HỆ THỐNG LÁI ĐIỆN TỬ 6.5.1. Sơ đồ khối Hình 6.50. Hệ thống lái điện tử Hệ thống trợ lực lái điều khiển bằng điện tử dùng mô tơ điện hoặc dẫn động bơm trợ lực lái hoặc liên kết trực tiếp mô tơ điện với các cơ cấu cơ khí trong hệ thống lái. Chức năng trợ lực lái phụ thuộc chủ yếu vào tốc độ xe và có ý nghĩa quan trọng trong việc tiết kiệm năng lượng. Khoa C¬ khÝ §éng lùc §¹i häc S- ph¹m kü thuËt H-ng Yªn 181 6.5.1.1. Phân loại hệ thống lái điện tử a. Theo trợ lực lái Hệ thống trợ lực lái điện tử hiện nay có 3 loại: Hình 6.51. Một số hệ thống lái điện tử * Hệ thống trợ lực lái điện - thủy lực (EHPS): Hệ thống trợ lực lái điện – thủy lực dùng một mô tơ điện dẫn động bơm thủy lực với hiệu suất cao. Tốc độ của bơm được điều khiển bởi bộ vi xử lý nhằm thay đổi áp suất và lưu lượng cung cấp cho các cơ cấu chấp hành phù hợp với những điều kiện làm việc khác nhau của hệ thống lái. Bơm có thể làm việc ở tốc độ thấp hoặc dừng hẳn nhằm tiết kiệm năng lượng cung cấp khi xe chuyển động thẳng hoặc quay vòng mà không có lực cản. * Hệ thống trợ lực lái điện (EPS): Hệ thống trợ lực lái điện dùng một mô tơ điện dẫn động thanh răng cơ cấu lái thông qua bộ truyền cơ khí. Chủng lọai mô tơ và kiểu liên kết với bộ truyền cơ cấu lái rất đa dạng. Tác động của lái xe và động lực học của hệ thống lái được điều khiển bằng một bộ vi xử lý. Tín hiệu tác động vào bao gồm: Tốc độ xe, tốc độ và mômen xoắn trên vô lăng, góc nghiêng và tốc độ quay của bánh xe. * Hệ thống lái điện thuần túy (toàn phần): Hình 6.52. Hệ thống lái điện Khoa C¬ khÝ §éng lùc §¹i häc S- ph¹m kü thuËt H-ng Yªn 182 Trong hệ thống lái điện tòan phần vô lăng không còn liên kết cơ học với hệ thống lái, nó chỉ đóng vai trò là cảm biến góc điều khiển các mô tơ lái. Hệ thống trợ lực lái điện tòan phần được ứng dụng trên xe điện, xe sử dụng pin nhiên liệu (fuel cell) với bánh xe dẫn hướng được dẫn động trực tiếp bằng mô tơ điện. b. Phân lọai theo số cầu dẫn hướng: Phân lọai theo số cầu dẫn hường hệ thống trợ lực lái điện tử có hai lọai: - Hệ thống trợ lực lái điện tử với xe dẫn động cầu trước. - Hệ thống trợ lực lái điện tử với xe dẫn động cả cầu trước và cầu sau. Với hệ thống trợ lực lái này thì bán kính quay vòng của xe nhỏ hơn so với xe có hệ thống trợ lực lái điện tử dẫn động cầu trước nên tính cơ động của xe cao hơn. a. Hệ thống lái điện với cầu trước chủ động b. Hệ thống lái điện với hai cầu chủ động 6.5.1.2. Ưu điểm của hệ thống lái trợ lực điện tử - Hệ thống trợ lực lái điện tử khắc phục được hầu hết các nhược điểm của hệ thống lái truyền thống như giảm tiêu hao công suất, kết cấu đơn giản, ít chiếm chỗ, vận hành thuận lợi hơn - Nó chỉ tiêu hao công suất khi hoạt động lái xảy ra. Mức tiết kiệm nhiên liệu khoảng 0.2L/100km. - Độ tin cậy cao, bảo dưỡng đơn giản, giá thành rẻ. 6.5.2. Cảm biến và thông tin đầu vào EPS (Trợ lái bằng điện) tạo mômen trợ lực nhờ mô tơ vận hành lái và giảm lực đánh lái. Trợ lái thuỷ lực sử dụng công suất động cơ để tạo áp suất thuỷ lực và tạo mômen trợ lực. Do EPS dùng mô tơ nên không cần công suất động cơ và làm cho việc tiết kiệm nhiên liệu tốt hơn. Khoa C¬ khÝ §éng lùc §¹i häc S- ph¹m kü thuËt H-ng Yªn 183 Hình 6.53. Cấu tạo hệ thống EPS a. ECU EPS ECU EPS nhận tín hiệu từ các cảm biến, đánh giá tình trạng xe và quyết định dòng điện cần đưa vào động cơ điện một chiều để trợ lực. b. Cảm biến mô men Khi người lái xe điều khiển vô lăng, mô men lái tác động lên trục sơ cấp của cảm biến mô men thông qua trục lái chính. Người ta bố trí các vòng phát hiện 1 và 2 trên trục sơ cấp (phía vô lăng) và vòng 3 trên trục thứ cấp (phía cơ cấu lái). Trục sơ cấp và trục thứ cấp được nối bằng một thanh xoắn. Các vòng phát hiện có cuộn dây phát hiện kiểu không tiếp xúc trên vòng ngoài để hình thành một mạch kích thích. Khi tạo ra mô-men lái thanh xoắn bị xoắn tạo độ lệch pha giữavòng phát hiện 2 và 3. Dựa trên độ lệch pha này, một tín hiệu tỷ lệ với mô men vào được đưa tới ECU. Dựa trên tín hiệu này, ECU tính toán mô men trợ lực cho tốc độ xe và dẫn động mô tơ. Hình 6. 54. Cảm biến mô men lái Khoa C¬ khÝ §éng lùc §¹i häc S- ph¹m kü thuËt H-ng Yªn 184 c. Mô tơ điện một chiều và cơ cấu giảm tốc Mô tơ DC bao gồm rô to, stato và trục chính. Cơ cấu giảm tốc bao gồm trục vít và bánh vít. Mô-men do rô to tạo ra truyền tới cơ cấu giảm tốc. Sau đó, mô men này được truyền tới trục lái. Trục vít được đỡ trên các ổ đỡ để giảm độ ồn. Ngay dù mô tơ DC bị hỏng không chạy chuyển động quay của trục lái chính và cơ cấu giảm tốc vẫn không bị cố định nên vô lăng vẫn có thể điều khiển. Hình 6. 55. Mô tơ điện một chiều d. ECU EPS Tín hiệu tốc độ xe được đưa tới ECU ESP e. ECU động cơ Tín hiệu tốc độ động cơ được truyền tới ECU ESP f. Đồng hồ táp lô Trong trường hợp có sự cố trong hệ thống, đèn báo sẽ bật sáng. g. Rơle Cung cấp năng lượng cho mô tơ DC và ECU ESP. 6.6.3. Các điều khiển cụ thể Tham khảo thêm
File đính kèm:
- giao_trinh_he_thong_dien_than_xe_va_dieu_khien_tu_dong_tren.pdf