Đề tài Nghiên cứu lý thuyết, thiết kế mô hình giảng dạy hệ thống điều khiển ga tự động trên ôtô (Phần 1)

Nội dung text: Đề tài Nghiên cứu lý thuyết, thiết kế mô hình giảng dạy hệ thống điều khiển ga tự động trên ôtô (Phần 1)

1. BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO TRƯỜNG ĐẠI HỌC SƯ PHẠM KỸ THUẬT THÀNH PHỐ HỒ CHÍ MINH BÁO CÁO TỔNG KẾT ĐỀ TÀI KH&CN CẤP TRƯỜNG NGHIÊN CỨU LÝ THUYẾT, THIẾT KẾ MƠ HÌNH GIẢNG DẠY HỆ THỐNG ĐIỀU KHIỂN GA TỰ ĐỘNG TRÊN ƠTƠ S K C 0 0 0 2 8 1 MÃ SỐ: T2011 - 29 S K C 0 0 3 2 9 9 THÀNH PHỐ HỒ CHÍ MINH, 2011
2. BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO TRƯỜNG ĐẠI HỌC SƯ PHẠM KỸ THUẬT THÀNH PHỐ HỒ CHÍ MINH KHOA CƠ KHÍ ĐỘNG LỰC BÁO CÁO TỔNG KẾT ĐỀ TÀI KHOA HỌC VÀ CƠNG NGHỆ CẤP TRƯỜNG Tên Đề tài: NGHIÊN CỨU LÝ THUYẾT, THIẾT KẾ MƠ HÌNH GIẢNG DẠY HỆ THỐNG ĐIỀU KHIỂN GA TỰ ĐỘNG TRÊN ƠTƠ Mã Số : T2011-29/KHCN-GV Chủ nhiệm đề tài: ThS-GVC NGUYỄN VĂN THÌNH Tp. Hồ Chí Minh, ngày 18 tháng 11 năm 2011
3. Nghiên cứu chế tạo mô hình hệ thống điều khiển ga tự động MỤC LỤC CHƯƠNG 1 : DẪN NHẬP 3 1.1 Đặt vấn đề 3 1.2 Tầm quan trọng của vấn đề 3 1.3 Mục tiêu và nhiệm vụ đề tài 3 1.4 Giới hạn đề tài 3 1.5 Mục đích nghiên cứu 4 CHƢƠNG II: CƠ SỞ LÝ THUYẾT 6 I. KHÁI QUÁT VỀ CCS 6 1. Vai trị của hệ thống điều khiển ga tự động-CCS: 6 2. Lịch sử phát triển của hệ thống CCS: 6 II. KẾT CẤU – HOẠT ĐỘNG: 8 2.1 Vị trí của hệ thống CCS: 8 2.2 Cơng tắc điều khiển: 8 2.3 Cảm biến tốc độ: 9 2.4 Các cơng tắc hủy 9 2.5 Cơng tắc phanh tay: 9 2.6 Cơng tắc khởi động trung gian (kiểu xe A/T). 9 2.7 Cơng tắc ly hợp (kiểu xe M/T). 9 2.8 Cơng tắc đèn phanh: 10 2.9 Ecu điều khiển chạy tự động 10 2.10 Chức năng điều khiển tốc độ khơng đổi: 11 2.11 Chức năng đặt tốc độ 12 2.12 Chức năng giảm tốc 12 2.13 Chức năng tăng tốc 12 2.14 Chức năng phục hồi 12 2.15 Chức năng điều khiển giới hạn tốc độ thấp 13 2.16 Chức năng điều khiển giới hạn tốc độ cao 13 2.17 Chức năng hủy thƣờng 13 Đề tài nghiên cứu khoa học cấp trường Trang: 1
4. Nghiên cứu chế tạo mô hình hệ thống điều khiển ga tự động 2.18 Chức năng hủy tự động 13 2.19 Điều khiển hộp số tự động 14 2.20 Chức năng điều khiển van xả và van điều khiển (chỉ cho bộ chấp hành dẫn động chân khơng): 14 2.21 Chức năng điều khiển bơm chân khơng (chỉ cho bộ chấp hành dẫn động chân khơng): 14 2.22 Chức năng điều khiển ly hợp từ (Bộ chấp hành dẫn động bằng mơ tơ) 15 2.23 Chức năng điều khiển giảm tốc 15 2.24 Chức năng điều khiển tăng tốc 15 2.25 Chức năng chẩn đốn 15 2.26 Bộ chấp hành 18 III- CẢI TIẾN CỦA CCS 23 Chƣơng IV: THIẾT KẾ MƠ HÌNH CRUISE CONTROL SYSTEM 30 TRÊN TOYOTA – FORTUNER 2007 30 4.1.1 Bộ chấp hành 30 4.1.2 Cơng tắt điều khiển 30 4.1.3 Cụm pedal-bƣớm ga 30 4.1.4 Các cơng tắt hủy 31 4.1.5 Các đèn báo và giấc kiểm tra 31 4.1.6 ECU điều khiển ga tự động 31 4.1.7 Cảm biến tốc độ 32 CHƢƠNG IV- TÓM TẮT, KẾT LUẬN VÀ ĐỀ NGHỊ 33 IV-1 Tóm tắt – Kết luận 33 IV-2 Một số đề nghị 33 IV-3 Hướng phát triển đề tài 33 TÀI LIỆU THAM KHẢO 34 Đề tài nghiên cứu khoa học cấp trường Trang: 2
5. Nghiên cứu chế tạo mô hình hệ thống điều khiển ga tự động CHƯƠNG 1 : . DẪN NHẬP 1.1 -: Đặt vấn đề  Trong thời đại ngày nay, ơtơ là phƣơng tiện giao thơng cần thiết của con ngƣời mà khơng gì cĩ thể thay thế đƣợc. Theo thống kê trên tồn thế giới, số lƣợng ngƣời tham gia giao thơng bằng ơtơ chiếm tỉ lệ rất cao so với các phƣơng tiện giao thơng khác.  Trang bị điện trên ơtơ với nhiều hệ thống điều khiển bằng điện, điện tử giúp ơtơ trở nên tân tiến hơn, phù hợp với mọi điều kiện thời tiết ở các vùng khác nhau.  Trong suốt quá trình lái xe, ngƣời lái phải tập trung cao độ trong việc điều khiển ơtơ và xử lý các tình huống. Chính vì lẽ đĩ ngƣời lái thƣờng cảm thấy mệt mỏi và căng thẳng dẫn đến chán nản và mất tập trung khi lái xe trên những đoạn đƣờng dài. Yêu cầu đặt ra là phải cĩ một hệ thống nào đĩ ra đời giúp ngƣời lái thoải mái hơn và an tồn hơn. Hệ thống điều khiển ga tự động (Cruise Control System) là một trong những hệ thống trang bị tiện lợi và sang trọng trên ơtơ để hỗ trợ và đáp ứng yêu cầu cho ngƣời lái.  Hệ thống điều khiển ga tự động sẽ tăng hay giảm gĩc mở bƣớm ga để duy trì tốc độ xe khơng đổi, hạn chế độ lệch bƣớm ga dẫn đến giảm suất tiêu hao nhiên liệu. CCS với cải tiến ACC (hệ thống kiểm sốt hành trình) dễ dàng điều khiển xe phù hợp trong việc giữ khoảng cách cần thiết với xe chạy phía trƣớc để tránh va chạm. 1.2 Tầm quan trọng của vấn đề Đây là một nghiên cứu ứng dụng tạo ra mô hình dùng để giảng dạy tại các trường Đại học và ứng dụng kỹ thuật Vi điều khiển để giải quyết một bài toán thực tế. Việc chế tạo thành công hệ thống điều khiển ga tự động trên ô-tô sẽ mang lại hiệu quả kinh tế lớn nhờ giá thành thấp, có thể thay thế và điều chỉnh họat động cho phù hợp, đồng thời giúp sinh viên hiểu rõ ràng và trực quan các chức năng hoạt đông của hệ thống điều khiển ga tự động trên ô-tô. 1.3 Mục tiêu và nhiệm vụ đề tài  Nắm vững cơ sở lý thuyết, vận hành của hệ thống điều khiển ga tự động làm nền tảng cho quá trình thiết kế mơ hình.  Chế tạo thành cơng mơ hình hệ thống điều khiển ga tự động sử dụng bộ chấp hành dẫn động bằng mơ tơ.  Sử dụng làm tài liệu giảng dạy về hệ thống điều khiển ga tự động mơn Thực tập điện ơ tơ 1.4 Giới hạn đề tài Để ứng dụng thành công kỹ thuật lập trình vi điều khiển vào thực tế để chế tạo một sản phẩm hoạt động tốt nhất như thông số nhà chế tạo không phải là điều đơn giản. Đề tài nghiên cứu khoa học cấp trường Trang: 3
6. Nghiên cứu chế tạo mô hình hệ thống điều khiển ga tự động Do thời gian có hạn, đề tài chỉ dừng lại ở mức độ: Chế tạo mô hình hệ thống điều khiển ga tự động trên ô-tô điều khiển cánh bươm ga bằng motor điện Chế tạo mạch điều khiển có chức năng điều khiển ga tự động như hoạt động thực tế. Tuy nhiên mô hình chưa thể giả lập hết tất cả các chế độ như hoạt động của xe chạy trên đường. 1.5 Mục đích nghiên cứu Mục đích nghiên cứu của đề tài này là tạo ra mô hình giả lập các trạng thái khác nhau trong hoạt động lái xe để sinh viên có thể xem và đánh giá được hệ thống điều khiển ga tự động, tạo ra mô hình dùng trong giảng dạy. Đồng thời cũng tạo ra 1 sản phẩm ứng dụng vào thực tiễn để thay thế , lắp đặt các hộp điều khiển ga tự động trên xe Sản phẩm của đề tài có thể ứng dụng ở các cơ sở sửa chữa ôtô cũng như các trung tâm, trường học có nghiên cứu về hệ thống điều khiển ga tự động. Kế hoạch nghiên cứu  Nghiên cứu hoạt động của hệ thống điều khiển ga tự động, Phân tích các dạng tín hiệu từ các cảm biến, tìm hiểu cơ cấu chấp hành hệ thống điều khiển ga tự động => đưa ra sơ đồ khối thiết kế và sơ đồ mạch.  Cơ sở thiết kế: . Giới thiệu: ATMEGA8, OPTO và một số linh kiện phụ khác. . Giới thiệu ngôn ngữ lập trình.  Xây dựng phương án thiết kế.  Thử nghiệm mạch.  Thi công. 1.5-1 Đối tượng nghiên cứu Để chế tạo mô hình hệ thống điều khiển ga tự động, người nghiên cứu đã tìm hiểu về các hệ thống đời xe khác nhau, các hộp ECU điều khiển. Các thiết bị điện tử như các linh kiện , vi mạch, vi điều khiển. Phương pháp và phương tiện nghiên cứu 1.5-2 Phương pháp nghiên cứu: Tham khảo tài liệu: đọc nhiều tài liệu về hệ thống điều khiển ga tự động, các loại ECU điều khiển, các sơ đồ mạch kết nối của ECU. Các tài liệu về kỹ thuật điện tử, vi mạch. Các tài liệu trên mạng, sách báo Ngoài ra, để thực hiện có hiệu quả, những người thực hiện còn trao đổi với bạn bè, đồng nghiệp, và những người đi trước. Quan sát: các cảm biến, cơ cấu chấp hành điều khiển cánh bướm ga. Thực nghiệm: lắp đặt trên board và viết chương trình thử nghiệm. Đề tài nghiên cứu khoa học cấp trường Trang: 4
7. Nghiên cứu chế tạo mô hình hệ thống điều khiển ga tự động 1.5-3 Phương tiện nghiên cứu: Phương tiện sử dụng để thu thập tài liệu: sách giáo khoa, giáo trình thực tập, mạng Internet, máy tính PC, Phương tiện phục vụ thí nghiệm: máy tính PC, cáp kết nối nạp Vi điều khiển và một số linh kiện khác. Đề tài nghiên cứu khoa học cấp trường Trang: 5
8. Nghiên cứu chế tạo mô hình hệ thống điều khiển ga tự động CHƯƠNG II: CƠ SỞ LÝ THUYẾT I. KHÁI QUÁT VỀ CCS MƠ TẢ Trong suốt quá trình lái xe, ngƣời lái thƣờng dễ bị mệt mỏi và căng thẳng. Đơi lúc mất tập trung khi lái xe trên những đoạn đƣờng dài cùng với những yếu tố khác tác động đến ngƣời lái. Hệ thống điều khiển ga tự động (Cruise Control System) ra đời là một trong những trang bị tiện lợi và an tồn trên ơtơ để hỗ trợ cho ngƣời lái. 1. Vai trị của hệ thống điều khiển ga tự động-CCS:  Hệ thống điều khiển ga tự động duy trì xe chạy tại một tốc độ do lái xe đặt trước bằng cách điều chỉnh tự động góc mở bướm ga.  CCS đặc biệt có ích khi lái xe liên tục không nghỉ trong nhiều giờ trên đ đường cao tốc hay đường vắng người. Lái xe có thể thả bàn đạp ga ra và xe sẽ chạy với một tốc độ không đổi đã chọn trước dù xe đang lên hay xuống dốc.  CCS có thể góp phần giảm suất tiêu hao nhiên liệu bằng cách hạn chế độ lệch của bướm ga. 2. Lịch sử phát triển của hệ thống CCS: Lịch sử của hệ thống CCS: Từ năm 1910, bộ điều khiển tốc độ bằng cơ cấu ly tâm đã sớm đƣợc sử dụng trên ơtơ. Peerless đã khẳng định rằng hệ thống của họ sẽ duy trì vận tốc của xe mặc dù đang lên dốc hay xuống dốc. Kỹ thuật này đƣợc phát minh bởi James Watt và Matthew Boulton vào năm 1788 để sử dụng cho đầu máy xe lửa. Nĩ sử dụng lực ly tâm để điều chỉnh vị trí cánh bƣớm ga để cho tốc độ động cơ tự thay đổi với các tải khác nhau ví dụ nhƣ xe lên hoặc xuống dốc Hệ thống điều khiển ga tự động (Cruise Control System) hiện tại đƣợc phát minh vào năm 1945 bởi kỹ sƣ Ralph Teetor. Xe ơtơ đầu tiên trang bị hệ thống của Teetor là xe Chrysler Corporation Imperial vào năm 1958. Hệ thống này nhận các tín hiệu vào, tính tốn để làm ổn định vận tốc gĩc của trục khuỷu và sử dụng solenoid để làm thay đổi vị trí cánh bƣớm ga. Hiện nay, các hãng xe nhƣ Toyota, Mitsubishi, Jeep, Volkswagen, Mercedes-Benz, General Motors cũng đã trang bị hệ thống này trên xe. Đề tài nghiên cứu khoa học cấp trường Trang: 6
9. Nghiên cứu chế tạo mô hình hệ thống điều khiển ga tự động Giới thiệu hệ thống CCS trên một vài loại xe của Toyota Loại cơng tắc Vị trí của Loại bộ chấp điều khiển và Loại ví trí cảm biến Kiểu xe mạch rơle hành cơng tắc tốc độ chính chính LEXUS Dẫn động bằng Loại liền Trong ECU Cảm biến tốc độ No.1 LS 400 mơ tơ MRE trong hộp số LEXUS Chân khơng ( cĩ Loại liền Trong ECU Cảm biến tốc độ No.1 ES 250 bơm chân khơng) (cảm biến dự phịng) Chân khơng ( cĩ Loại tách rời Trong cơng (cơng tắc lƣỡi gà, trong CROWN bơm chân khơng) tắc chính bảng đồng hồ số) Chân khơng ( cĩ Loại liền Trong ECU Cảm biến tốc độ No.2 CRESSIDA bơm chân khơng) (cảm biến chính) Chân khơng ( cĩ Loại liền Trong ECU Cơng tắc lƣỡi gà SUPRA bơm chân khơng) (trong bảng đồng hồ) Chân khơng ( cĩ Loại tách rời Trong cơng Cơng tắc lƣỡi gà bơm chân khơng) tắc chính (trong đồng hồ kim) CAMRY Transistor quang ( đồng hồ số) Phân loại: Phân loại theo bộ chấp hành: (cĩ 2 loại) Loại dẫn động bằng chân khơng. Loại dẫn động bằng mơ tơ. LOẠI DẪN ĐỘNG CHÂN KHƠNG LOẠI DẪN ĐỘNG MƠ TƠ ECU ECU Bộ chấp hành Bộ chấp hành Động Động Cơ Bàn đạp ga Cơ Bàn đạp ga Phân loại theo ECU điều khiển: (cĩ 2 loại) Loại điều khiển bằng ECU điều khiển chạy tự động Loại điều khiển bằng ETCS-i (hệ thống điều khiển bƣớm ga thơng minh bằng điện tử). Việc giải thích cấu tạo, nguyên lý hoạt động trong tài liệu này dựa trên loại điều khiển theo ECU điều khiển chạy tự động. Đề tài nghiên cứu khoa học cấp trường Trang: 7