(Đồ án tốt nghiệp) Nghiên cứu, thiết kế hệ thống điều khiển ga tự động CCS

TRƯỜNG ĐẠI HỌC SƯ PHẠM KỸ THUẬT TP. HỒ CHÍ MINH
KHOA CƠ KHÍ ĐỘNG LỰC
BỘ MƠN ĐIỆN TỬ Ơ TƠ

ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP
Chuyên ngành: Công nghệ Kỹ thuật ô tô

NGHIÊN CỨU, THIẾT KẾ HỆ THỐNG ĐIỀU KHIỂN
GA TỰ ĐỘNG CCS
SVTH: PHẠM THÀNH PHÚC
MSSV: 14145201
SVTH: TĂNG BẢO LONG
MSSV: 4145143
GVHD: THS. VŨ ĐÌNH HUẤN

Tp. Hồ Chí Minh, tháng 07 năm 2018


LỜI CẢM ƠN
Nhóm em xin gửi lời cảm ơn chân thành đến quý thầy bộ môn điện ô tô cũng như các
thầy cơ khoa cơ khí động lực trường Đại học Sư phạm Kỹ Thuật Thành phố Hồ Chí Minh,
những thầy cô tận tâm ngày ngày tiếp bước cho chúng em trên con đường tìm đến tri thức.
Được truyền dạy rất nhiều kiến thức từ các môn học đại cương đến các môn chuyên ngành
đã giúp chúng em học hỏi hiểu rõ hơn về nghề nghiệp cũng như chuyên ngành của chúng em
đã chọn. Từ những kiến thức nền tảng đến chuyên sâu trên đã giúp chúng em hoàn thành đồ
án tốt nghiệp cũng như vững bước trên con đường xây dựng và hoàn thiện bản thân, là hành
trang vững vàng để chúng em bước vào đời.
Hơn hết nhóm chúng em gửi lời cảm ơn chân thành nhất đến Thạc sĩ Giảng viên

Vũ Đình Huấn -Giảng viên hướng dẫn đề tài, người thầy đã tận tâm trong cơng việc, hết
lịng hướng dẫn, chỉ bảo kịp thời, tạo điều kiện, động viên và giúp đỡ chúng em rất nhiều về

mặt tinh thần cũng như kiến thức để chúng em vượt qua những thách thức và khó khăn trong
việc thực hiện đồ án tốt nghiệp.
Bên cạnh đó chúng em cũng xin gửi lời cảm ơn tới gia đình, bạn bè đã hết lịng ủng
hộ, giúp đỡ và góp ý cho nhóm em trong suốt quà trình thực hiện.
Mặc dù đã rất cố gắng và học tập rất nhiều, nhưng do kiến thức cũng như thời gian
nghiên cứu là có hạn nên những thành quả đạt được khơng tránh khỏi những sai sót. Do đó
chúng em kính mong nhận được những sự đóng góp, chỉ dạy của q thầy cơ để chúng em
hồn thiện đồ án được tốt hơn.
Nhóm chúng em xin chân thành cảm ơn.
Tp. Hồ Chí Minh, ngày … tháng ... năm 2018
Nhóm sinh viên thực hiện

PHẠM THÀNH PHÚC
TĂNG BẢO LONG
vii


TĨM TẮT
 Tóm tắt
Hiện nay, Với cuộc cách mạng cơng nghiệp 4.0 cũng như những tiến bộ của công nghệ
thông tin đang vượt bậc từng ngày. Việc ứng dụng điện- điện tử, công nghệ thông tin trên
ô tô để thay thế các cơ cấu điều khiển bằng cơ khí sơ khai, phát triển thêm các hệ thống an
toàn tiện nghi cho con người đang là hướng phát triển quan trọng.
Trong sốnhững hệ thống an toàn tiện nghi quan trọng trên ô tô có Hệ thống Điều
khiển ga tự động (Cruise control system) là hệ thống tiện nghi phục vụ cho người lái xe
thoải mái hơn ở những quảng đường dài.
Sau một thời gian tìm hiểu, nhóm chúng em quyết định chọn đềtài : “Hệ thống điều
khiển ga tự động” để nghiên cứu, thiết kế mơ hình hoạt động cơ bản của hệ thống để thực
hiện tập đồ án này.
 Nội dung

Những kiến thức điều khiển tự động, vi xử lý, các lý thuyết cơ bản về Hệ thống Điều
khiển ga tự động chúng em đã được học kết hợp với sự tìm hiểu tại liệu các hãng ơ tơvà trên
mạng internet để vận dụng vào quá trình nghiên cứu thiết kế xây dựng mơ hình đồ án này.
Sử dụng các bộ phận cơ khí chấp hành của hệ thống có sẵn trên ô tô, board mạch
ARDUINO MEGA2560, phần mềm MATLAB SIMULINK, để nghiên cứu viết lại chương
trình điều khiển CCS, mơ phỏng q trình hoạt động của hệ thống trên mơ hình.

viii


Hình 1 Hoạt động của hệ thống CCS
 Thu được một số kết quả
Hiểu rõ nguyên lý hoạt động, cách vận hành, ưu nhược điểm của Hệ thống.
Mơ hình mơ phỏng được hoạt động của hệ thống, đáp ứng được nhu cầu nghiên cứu và
giảng dạy.

Hình 2 Mơ hình hồn chỉnh
Lập trình thành cơng một chương trình điều khiển hồi đáp hoàn chỉnh bằng MATLAB
SIMULINK.
ix


Hình 3 Chương trình điều khiển Hệ thống CCS
ĐỊnh hướng nghiên cứu phát triển hệ thống lên ACCS trong thời gian sắp tới, tiến gần
hơn đến việc nghiên cứu xe tự hành.

Hình 4 Adaptive Cruise Control

x

MỤC LỤC
LỜI CẢM ƠN ........................................................................................................................ vii
TÓM TẮT ............................................................................................................................. viii
MỤC LỤC .............................................................................................................................. xi
DANH MỤC CÁC TỪ VIẾT TẮT VÀ KÍ HIỆU................................................................. xv
DANH MỤC CÁC HÌNH ..................................................................................................... xvi
DANH MỤC CÁC BẢNG .................................................................................................... xx
Chương 1: TỔNG QUAN ĐỀ TÀI ..........................................................................................1
1.1 TÌNH HÌNH NGHIÊN CỨU ĐỀ TÀI .................................................................. 1
1.2 TÍNH CẤP THIẾT CỦA ĐỀ TÀI ........................................................................ 1
1.3 MỤC TIÊU CỦA ĐỀ TÀI:................................................................................... 1
1.4 PHƯƠNG PHÁP VÀ PHẠM VI NGHIÊN CỨU: .............................................. 2
1.4.1 Phương pháp nghiên cứu .......................................................................... 2
1.4.2 Phạm vi nghiên cứu: ................................................................................. 2
1.5 QUÁ TRÌNH HÌNH THÀNH VÀ PHÁT TRIỂN CỦA HỆ THỐNG ĐIỀU
KHIỂN GA TỰ ĐỘNG (CCS) ................................................................................... 2
1.6 GIỚI THIỆU VỀ CÁC LOẠI BỘ CHẤP HÀNH CCS........................................ 3
Chương 2. NGHIÊN CỨU LÝ THUYẾT ............................................................................... 5
2.1 KẾT CẤU VÀ NGUYÊN LÝ HOẠT ĐỘNG CỦA CÁC BỘ PHẬN ................ 5
2.1.1 Các bộ phận cấu thành của hệ thống CCS: ............................................... 5
2.1.2 Công tắc điều khiển................................................................................... 6
2.1.3 Cảm biến tốc độ xe.................................................................................... 7
2.1.4 Các công tắc hủy: .................................................................................... 16
2.1.5 Công tắc phanh tay.................................................................................. 16
2.1.6 Công tắc khởi động trung gian (kiểu xe A/T) ......................................... 17
xi


2.1.7 Công tắc ly hợp (kiểu xe M/T)................................................................ 18

2.1.8 Công tắc đèn phanh ................................................................................. 18
2.1.9 ECU điều khiển chạy tự động ................................................................. 19
2.1.10 Bộ chấp hành ......................................................................................... 19
2.1.11 Cảm biến vị trí bướm ga ....................................................................... 26
2.2 CHỨC NĂNG CỦA HỆ THỐNG CCS ............................................................. 27
2.2.1 Chức năng điều khiển tốc độ không đổi ................................................. 27
2.2.2 Chức năng cài đặt tốc độ (Set) ................................................................ 27
2.2.3 Chức năng tăng tốc(Acc) ........................................................................ 28
2.2.4 Chức năng giảm tốc(Coast)..................................................................... 28
2.2.5 Chức năng phục hồi (Resume) ................................................................ 29
2.2.6 Chức năng điều khiển giới hạn tốc độ thấp ............................................ 29
2.2.7 Chức năng điều khiển giới hạn tốc độ quá cao ....................................... 29
2.2.8 Chức năng hủy thường ............................................................................ 29
2.2.9 Chức năng hủy tự động ........................................................................... 30
2.2.10 Chức năng chẩn đốn ............................................................................ 31
2.2.11 Chức năng kiểm tra tín hiệu vào ........................................................... 32
2.3 CẢI TIẾN CỦA HỆ THỐNG ĐIỀU KHIỂN GA TỰ ĐỘNG CCS .................. 33
2.3.1 Hệ thống ACCS ...................................................................................... 33
2.3.2 Hệ thống ACCS stop and go ................................................................... 35
2.4 GIỚI THIỆU VỀ MATLAB SIMULINK VÀ BOARD MẠCH ARDUINO
MEGA 2560 R3 ........................................................................................................ 36
2.4.1 Giới thiệu phần mềm matlab simulink .................................................... 36
2.4.2 Giới thiệu board mạch arduino mega 2560 R3 ....................................... 37
xii


Chương 3: NGHIÊN CỨU THUẬT TOÁN ĐIỀU KHIỂN CCS VÀ ỨNG DỤNG PHẦN
MỀM MATLAB SIMULINK TRONG LẬP TRÌNH CCS ECU ......................................... 39
3.1 NGHIÊN CỨU THUẬT TOÁN ĐIỀU KHIỂN CCS ........................................ 39
3.1.1 Sơ đồ nguyên lý ...................................................................................... 39

3.1.2 Thuật toán điều khiển CCS ..................................................................... 40
3.1.3 Thuật toán giải thuật PID ........................................................................ 42
3.2CHƯƠNG TRÌNH ĐIỀU KHIỂN CCS BẰNG SIMUNLINK .......................... 44
3.2.1 Cụm tín hiệu SWITCHES và SENSORS ................................................44
3.2.2 Cụm ENABLE/SETPIONT ................................................................... 46
3.2.3 Cụm PID &CONTROLER BLOCK ....................................................... 47
3.2.4 Cụm điều khiển Bộ chấp hành ................................................................ 48
3.2.5 Cụm cảm biến vị trí bướm ga và motor mô phỏng tốc độ xe ................. 49
3.2.6 Các BLOCK hiển thị và báo hiệu ........................................................... 49
Chương 4: THIẾT KẾ THI CƠNG MƠ HÌNH HỆ THỐNG CCS ....................................... 51
4.1 BỘ CHẤP HÀNH ...................................................................................... 51
4.2 CÔNG TẮC ĐIỀU KHIỂN ....................................................................... 52
4.3 CỤM PEDAL BƯỜM GA......................................................................... 53
4.4 CÁC CÔNG TẮC HỦY ............................................................................ 54
4.5 ĐÈN BÁO VÀ GIẮC KIỂM TRA ............................................................ 54
4.6 ECU ĐIỀU KHIỂN GA TỰ ĐỘNG:......................................................... 54
4.7 MOTOR MÔ PHỎNG TỐC ĐỘ XE ......................................................... 55
4.8 THIẾT KẾMƠ HÌNH ................................................................................ 56
Chương 5: THỬ NGHIỆM VÀ ĐÁNH GIÁ KẾT QUÁ ...................................................... 58
Chương 6: KẾT LUẤN VÀ ĐỊNH HƯỚNG PHÁT TRIỂN ĐỀ TÀI .................................. 61
xiii


6.1 NHỮNG THÀNH QUẢ THU ĐƯỢC ...................................................... 61
6.2 HẠN CHẾ CỦA ĐỀ TÀI .......................................................................... 61
6.3 ĐỊNH HƯỚNG PHÁT TRIỂN ĐỀ TÀI .................................................... 61
TÀI LIỆU THAM KHẢO ..................................................................................................... 62
PHỤ LỤC .............................................................................................................................. 63

xiv

DANH MỤC CÁC TỪ VIẾT TẮT VÀ KÍ HIỆU
CCS : Cruise Control System (Hệ thống điều khiển ga tự động).
ACCS : Adaptive Cruise control system (Hệ thống điều khiển ga tự động đáp ứng).
CCS ECU: Cruise Control System Electronic Control Unit (Bộ điều khiển điện tử hệ thống
điều khiển ga tự động ).
ECTS-i: Electronic Throttle Control System – Intelligent (Hệ thống bướm ga thông minh).

xv


DANH MỤC CÁC HÌNH
Hình 1.1 Hình kỹ sư Ralph Teetor phát minh hệ thống CCS trên ơ tơ ....................................3
Hình 1.2 Bộ chấp hành dẫn động bằng chân khơng .................................................................3
Hình 1.3 Bộ chấp hành dẫn động bằng motor điện ..................................................................4
Hình 2.1 Các bộ phận của hệ thống CCS .................................................................................5
Hình 2.2 Cơng tắc điều khiển hệ thống CCS dạng cần gạt ......................................................6
Hình 2.3 Công tắc điều khiển hệ thống CCS dạng nút bấm trên vơ lăng ................................7
Hình 2.4 Cảm biến tốc độ xe – Vehicle speed sensor .............................................................7
Hình 2.5 Cảm biến tốc độ loại cơng tắc lưỡi gà ......................................................................8
Hình 2.6 Cảm biến tốc độ loại cảm biến quang điện ..............................................................9
Hình 2.7 Sơ đồ mạch điện cảm biến tốc độ loại cảm biến quang điện .................................10
Hình 2.9 Cấu tạo cảm biến tốc độ loại cảm biến điện tử ......................................................11
Hình 2.10 Nguyên lý hoạt động của cảm biến tốc độ loại cảm biến điện tử .........................11
Hình 2.11 Sơ đồ mạch điện cảm biến tốc độ loại cảm biến điện tử .......................................12
Hình 2.13 Cấu tạo cảm biến tốc độ loại MRE – phần tử điện từ ..........................................13
Hình 2.14 Nguyên lý hoạt động cảm biến tốc độ loại MRE – phần tử điện từ ......................14
Hình 2.15 Sơ đồ mạch điện cảm biến tốc độ loại MRE 20 cực – loại điện áp ra .................15
Hình 2.16 Sơ đồ mạch điện cảm biến tốc độ loại MRE 4 cực – biến trở ..............................15

Hình 2.17 Vị trí lắp đặt cảm biến tốc độ ...............................................................................16
Hình 2.18 Phanh tay ...............................................................................................................17
Hình 2.19 Cần số của xe .........................................................................................................17
Hình 2.20 Bàn đạp ly hợp .......................................................................................................18
Hình 2.21 Bàn đạp phanh .......................................................................................................18
xvi


Hình 2.22 CCS ECU...............................................................................................................19
Hình 2.23 Sơ đồ mạch điện hệ thống CCS loại bô chấp hành dẫn động bằng chân khơng ...20
Hình 2.24 Bộ chấp hành dẫn động bằng chân khơng khơng có bơm chân khơng .................20
Hình 2.25 Bộ chấp hành dẫn động bằng chân khơng có bơm chân khơng ...........................21
Hình 2.26 Van chân khơng điều khiển ...................................................................................22
Hình 2.27 Bộ chấp hành dẫn động bằng motor ......................................................................23
Hình 2.28 Ly hợp từ ...............................................................................................................24
Hình 2.29 Bướm ga điện tử ECT............................................................................................24
Hình 2.30 Một sơ đồ hoạt động thực tế của hệ thống CCS ....................................................25
Hình 2.31 Cảm biến vị trí bướm ga loại tuyến tính ................................................................26
Hình 2.32 Chức năng điều khiển tốc độ khơng đổi ................................................................27
Hình 2.33 Chức năng cài đặt tốc độ .......................................................................................27
Hình 2.34 Chức năng tăng tốc ................................................................................................28
Hình 2.35 Chức năng giảm tốc ...............................................................................................28
Hình 2.36 Chức năng phục hồi (resume)................................................................................29
Hình 2.37 Đèn báo ..................................................................................................................31
Hình 2.38 Dắt chẩn đốn trên xe thực tế kiểu xe lắp động cơ 7M-GE ..................................32
Hình 2.39 Dắt chẩn đoán trên xe thực tế kiểu xe lắp động cơ 5M-E .....................................32
Hình 2.40 Khóa điện...............................................................................................................33
Hình 2.41 Cơng tắc điều khiển CCS ......................................................................................33
Hình 2.42 Hình mơ phỏng hoạt động hệ thống Adaptive cruise control ...............................34
Hình 2.43 Hình mơ phỏng hoạt động hệ thống Adaptive Cruise Controlcự ly hẹp ...............35

Hình 2.44 Hình mô phỏng hoạt động hệ thống Adaptive Cruise Control Stop And Go........36

xvii


Hình 2.45 Phần mềm MATLAB SIMULINK ........................................................................37
Hình 2.46 board mạch ARDUINO MEGA 2560 R3 .............................................................38
Hình 3.1 Sơ đồ nguyên lý hoạt độnghệ thống CCS ...............................................................39
Hình 3.2 Động lực học dọc của một chiếc xe.........................................................................40
Hình 3.3 Giải thuật PID ..........................................................................................................41
Hình 3.4 Hoạt động của khâu P ..............................................................................................42
Hình 3.5 Hoạt động của khâu D .............................................................................................42
Hình 3.6 Hoạt động của khâu I ...............................................................................................43
Hình 3.7 Chương trình điều khiển CCS bằng SIMULINK ....................................................44
Hình 3.8 Cụm tín hiệu SWITCH và SENSOR .......................................................................45
Hình 3.9 Cụm Enable/ Setpoint ..............................................................................................46
Hình 3.10 Chi tiết hoạt động của cụm Enable/ Setpoint ........................................................47
Hình 3.11 Cụm các khối PID và Controler ............................................................................47
Hình 3.12 Cụm CCS MODULE .............................................................................................48
Hình 3.13 Cụm mơ phỏng tốc độ xe.......................................................................................49
Hình 3.14 Block hiển thị LCD ...............................................................................................49
Hình 3.15 Block hiển thị các đèn báo.....................................................................................50
Hình 4.1 Bộ chấp hành ...........................................................................................................51
Hình 4.2 Cơng tắc điều khiển .................................................................................................52
Hình 4.3 Pedal ........................................................................................................................53
Hình 4.4 Bướm ga ..................................................................................................................53
Hình 4.5 Các cơng tắc hủy .....................................................................................................54
Hình 4.6 LCD hiển thị và dãy đèn báo ...................................................................................54

xviii

Hình 4.7 Cảm biến tốc độ .......................................................................................................55
Hình 4.8 Khung mơ hình ........................................................................................................56
Hình 4.9 Mơ hình mơ phỏng được gá lắp...............................................................................56
Hình 4.10 Mơ hình hồn chỉnh ...............................................................................................57
Hình 5.1 Hệ thống CCS ở trạng thái hoạt động .....................................................................58
Hình 5.2 Hệ thống CCS ở trạng thái “CANCEL” ..................................................................58
Hình 5.3 Hệ thống CCS đang ở trạng thái “RESUME” .........................................................59
Hình 5.4 Đồ thị đáp ứng khi tăng tốc độ ................................................................................59
Hình 5.5 Đồ thị đáp ứng khi giảm tốc độ ...............................................................................60
Hình 7.1 Sơ đồ mạch điện hệ thống ccs trên xe toyota coralla 1996 .....................................63
Hình 7.2 Sơ đồ mạch điện thực tế trên mơ hình nghiên cứu ..................................................64
Hình 7.3 Cửa sổ giao diện MATLAB ....................................................................................65
Hình 7.4 Giao diện trang “Add-Ons” .....................................................................................65
Hình 7.5 Cách cài đặt thư viện ARDUINO ............................................................................66
Hình 7.6 Chọn “Open Model Report” ....................................................................................66
Hình 7.7 Chọn file chứa code cần tìm ....................................................................................66

xix


DANH MỤC CÁC BẢNG
Bảng 2.1 Chú thích sơ đồ hoạt động thực tế của hệ thống CCS ............................................. 26
Bảng 2.2 Tín hiệu hủy thường ................................................................................................ 30
Bảng 2.3 Tín hiệu hủy tự động ............................................................................................... 30

xx

Chương 1: TỔNG QUAN ĐỀ TÀI
1.1 TÌNH HÌNH NGHIÊN CỨU ĐỀ TÀI:
Trong nước: Hiện tại việc trang bị hệ thống CCS trên xe đang là một xu thế cạnh
tranh của các hãng xe ô tô ở Việt Nam. Nhưng người Việt chỉ mới dừng lại ở việc nghiên
cứu phần cơ khí cũng như các chế độ vận hành nên khi hệ thống gặp trục trặc đã số các kỹ
thuật viên vẫn còn lúng túng trong việc xử lý các sai hỏng của hệ thống.
Ngoài nước: Hiện tại ở các quốc gia có ngành cơng nghiệp ơ tơ phát triển đã đang và
ngày càng hoàn thiện hơn hệ thống CCS; việc nghiên cứu giúp hệ thống trở nên an toàn
hơn ưu việc hơn và cho ra đời các thế hệ CCS tích hợp bướm ga điện tử;ACCS; ACCS stop
and go,…
1.2 TÍNH CẤP THIẾT CỦA ĐỀ TÀI
Môn học ứng dụng điều khiển tự động trên ô tô và thực tập hệ thống điện thân xe là
những môn học được áp dụng cho sinh viên năm 3, 4 ngành công nghệ kỹ thuật ô tô của
trường Đại học Sư phạm Kỹ thuật TPHCM. Môn học này trang bị cho sinh viên các kiến
thức về hệ thống điều khiển tự động và các hệ thống điện trên thân xe. Tuy nhiên, các môn
học vẫn thiếu những ví dụ minh họa, những thiết bị thực nghiệm để giảng dạy, đặc biệt là
các hệ thống tiện nghi trên xe.
Trong thực tế, ở môn thực tập hệ thống điện thân xe các sinh viên vẫn chưa được tiếp
cần, học tập, thực nghiệm hệ thống CCS.
Từ vấn đề trên, chúng em thấy cần thiết phải nghiên cứu về hệ thống CCS nhằm phục
vụ cho nhu cầu học tập, nghiên cứu cũng như là tài liệu, thiết bị thực hành cho các khóa
sau.
1.3 MỤC TIÊU CỦA ĐỀ TÀI:
 Nắm vững cơ sở lý thuyết, nguyên lý hoạt động của hệ thống điều khiển ga tự động.
 Nắm được kiến thức từ môn học ứng dụng điều khiển tự động trên ô tô cũng như sử
dụng phần mềm matlab Simulink.
 Chế tạo thành cơng mơ hình hệ thống điều khiển ga tự động với tín hiệu tốc độ động
1

cơ được giả lập từ motor điện 1 chiều DC.
 Sử dụng làm mơ hình giảng dạy về hệ thống điều khiên ga tự động cho môn học
thực tập điện ô tô.
1.4 PHƯƠNG PHÁP VÀ PHẠM VI NGHIÊN CỨU:
1.4.1 Phương pháp nghiên cứu
 Ứng dụng các nguồn tài liệu từ sách giáo trình, sách tham khảo cũng như trên
internet về lập trình matlab Simulink, cách giao tiếp board mạch Arduino AT
Mega2560, lý thuyết điều khiển tự động tốc độ ô tơ.
 Ứng dụng các kiến thức cơ khí để thiết kế, thi cơng mơ hình.
 Tiến hành thử nghiệm, đo đạt, so sánh với lý thuyết tính tốn.
 Thu thập tư liệu nghiên cứu về sự phát triển của hệ thống trong tương lai gần.
1.4.2 Phạm vi nghiên cứu:
 Thiết kế thi cơng mơ hình hệ thống điều khiển ga tự động.
 Đọc và xử lý được các tín hiệu điều khiển, tín hiệu từ cảm biến tốc độ xe.
 Mô phỏng điều khiển tốc độ theo tốc độ cài đặt.
 Mô phỏng điều khiển tốc độ không đổi dù điều kiện vận hành ô tô thay đổi (lên dốc,
xuống dốc, gió cản, mưa, …).
 Nghiên cứu định hướng sự phát triển của hệ thống CCS cải tiến thành ACCS, ACCS
Stop and go.
1.5 QUÁ TRÌNH HÌNH THÀNH VÀ PHÁT TRIỂN CỦA HỆ THỐNG ĐIỀU KHIỂN
GA TỰ ĐỘNG (CCS)
Từ năm 1910, bộ điều khiển tốc độ bằng cơ cấu ly tâm đã sớm được sử dụng trên
ôtô. 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 được phát minh bởi James Watt và Matthew Boulton vào
năm 1788 để sử dụng cho đầu máy xe lửa. Nó sử dụng lực ly tâm để điều chỉnh vị trí cánh
bướm ga để cho tốc độ động cơ tựthay đổi với các tải khác nhau ví dụ nhưxe lên hoặc
xuống dốc…
Hệ thống điều khiển ga tự động (Cruise Control System) hiện tại được phát minh
2

vào năm 1945 bởi kỹ sư Ralph Teetor. Xe ôtô 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 góc của trục khuỷu và sử dụng solenoid để làm thay đổi vị
trí cánh bướm ga. Hiện nay, các hãng xe như Toyota, Mitsubishi, Jeep,
Volkswagen, Mercedes-Benz, General Motors…cũng đã trang bị hệ thống này trên xe.

Hình 1.1 Hình kỹ sư Ralph Teetor phát minh hệ thống CCS trên ô tô
1.6 GIỚI THIỆU VỀ CÁC LOẠI BỘ CHẤP HÀNH CCS
Phân loại theo bộ chấp hành: (có 2 loại)
 Loại dẫn động bằng chân khơng.

Hình 1.2 Bộ chấp hành dẫn động bằng chân không
3


 Loại dẫn động bằng mơ tơ.

Hình1.3 Bộ chấp hành dẫn động bằng motor điện

4


Chương 2. NGHIÊN CỨU LÝ THUYẾT
2.1 KẾT CẤU VÀ NGUYÊN LÝ HOẠT ĐỘNG CỦA CÁC BỘ PHẬN
2.1.1 Các bộ phận cấu thành của hệ thống CCS:
 ECU điều khiển chạy tự động
 Bộ chấp hành
 Công tắc điều khiển
 Cảm biến tốc độ xe (lấy tín hiệu từ cảm biến trục thứ cấp hợp số)

 Cảm biến vị trí bướm ga
 Công tắc đèn phanh
 Công tắc khới động ở số trung gian (xe A/T)
 Công tắc ly hợp (xe M/T)
 Đèn báo
 Cổng giao tiếp

Hình 2.1 Các bộ phận của hệ thống CCS
5


2.1.2 Công tắc điều khiển:
Công tắc điều khiển là một dạng cần rỗng. Nó điều khiển 5 chức năng khác nhau
(SET, COAST, RESUM, ACCELERATE, CANCEL – Đặt, chạy, phục hồi, tăng tốc, hủy)
khi xe đang chạy trong chế độ chạy tự động. Chế độ SET vàCOAST dùng chung một công
tắc cịn chế độ RESUM và ACCEL dùng một cơng tắc khác.
Cơng tắc điều khiển có hai dạng:
 Dạng cần điều khiển (thường có trên các xe của TOYOTA) cơng tắc chỉ bật khi gạt
theo hướng chỉ bởi mũi tên và nó tự động tắt khi nhả ra. Nó cũng là một loại cơng
tắc tự hồi về.

Hình 2.2 Cơng tắc điều khiển hệ thống CCS dạng cần gạt

6


 Dạng nút bấm tích hợp trên vơ lăng

Hình 2.3 Công tắc điều khiển hệ thống CCS dạng nút bấm trên vô lăng
2.1.3 Cảm biến tốc độ xe:

Cảm biến tốc độ xe nhận biết tốc độ thực tế mà xe đang chạy, từ đó ECU dựa vào tín hiệu
của cảm biến để đưa ra tỷ lệ hỗn hợp khơng khí và nhiên liệu phù hợp.

Hình 2.4 Cảm biến tốc độ xe – Vehicle speed sensor

7


 Chức năng và nhiệm vụ
Cảm biến tốc độ xe nhận biết tốc độ thực tế mà xe đang chạy. Nó phát ra một tín hiệu
SPD, chủ yếu dùng để điều khiển hệ thống ISC, và điều khiển tỷ lệ hỗn hợp khơng khí –
nhiên liệu trong q trình giảm tốc và tăng tốc, v.v… Các loại MRE (phần tử điện trở từ) là
loại cảm biến tốc độ chính được sử dụng, nhưng hiện nay nhiều kiểu xe vẫn sử dụng tín
hiệu SPD từ ABS ECU.
 Phân loại
Có bốn loại cảm biến tốc độ:
– Loại công tác lưỡi gà.
– Loại cảm biến quang học.
– Loại điện từ.
– Loại MRE (phần tử điện trở từ).
Loại công tắc lưỡi gà .
Cảm biến này được lắp trong bảng đồng hồ loại kim. Nó bao gồm một nam châm
quay bằng cáp đồng hồ tốc độ, chuyển động quay làm cho cơng tắc đóng và mở. Cơng tắc
lưỡi gà đóng 4 lần khi cáp quay một vịng. Nam châm được phân cực như trong hình vẽ
bên dưới. Lực từ trường tại 4 vùng chuyển tiếp cực N và S của nam châm sẽ đóng và mở
tiếp điểm của công tắc lưỡi gà khi nam châm quay.

Hình 2.5 Cảm biến tốc độ loại cơng tắc lưỡi gà

8

Loại cảm biến quang học
Cảm biến này được lắp trong bảng đồng hồ. Nó bao gồm một cảm biến quang học
làm từ một đèn LED, chiếu vào một transitor quang học. Một bánh xe có xẻ rãnh đặt giữa
đèn LED và transitor quang học được dẫn động bằng cáp đồng hồ tốc độ. Các rãnh trên
bánh xe sẽ tạo ra xung ánh sáng khi bánh xe quay, ánh sáng do đèn LED chiếu ra được chia
thành 20 xung trong mỗi vòng quay của cáp. 20 xung này chuyển thành 4 xung nhờ bộ đếm
số, sau đó gửi đến ECU.

Hình 2.6 Cảm biến tốc độ loại cảm biến quang điện

9


Sơ đồ mạch điện

Hình 2.7 Sơ đồ mạch điện cảm biến tốc độ loại cảm biến quang điện
Loại điện từ
Cảm biến này được lắp trong hộp số và nhận biết tốc độ quay của hộp trục thứ cấp
hộp số. Cảm biến này bao gồm một nam châm vĩnh cửu, một cuộn dây và một lõi. Một rơto có 4 răng được lắp trên trục thứ cấp của hộp số.

Hình 2.8 Cảm biến tốc độ loại cảm biến điện tử

10