Chương 1: Giới thiệu đề tài - Chương 2: Tổng quan giải pháp - Chương 3: Phương pháp giải quyết - Chương 4: Thiết kế mô hình hệ thống điều khiển bướm ga điện tử trên Matlab - Chương 5: Kết quả và đánh giá đồ thị - Chương 6: Đánh giá kết quả và kết luận - Tài liệu tham khảo - Phụ lục 7 CHƯƠNG 2. TỔNG QUAN GIẢI PHÁP 2.1 Chức năng và nhiệm vụ của hệ thống bướm ga trên ô tô Bướm ga là nơi đưa gió vào trong đường ống nạp động cơ. Khi đạp bàn đạp ga thì bướm ga sẽ mở, độ mở bướm ga tùy thuộc vào việc đạp ga bao nhiêu. Hầu hết các bướm ga đều được đặt ở đầu của đường ống nạp và được nối với lọc gió.
Cho đến thời điểm hiện tại thì vẫn còn những dòng xe sử dụng bướm ga cơ khí. Từ những năm gần đây do sự xuất hiện của các hệ thống an toàn tiện nghi như điều khiển ga tự động Cruise control cũng làm cũng làm cơ cấu điều khiển bằng cơ khí trở nên khó khăn phức tạp, dẫn đến nhiều sự cố liên quan đến cơ cấu bướm ga. Chính vì vậy bướm ga điện tử ra đời để đáp ứng việc điều khiển thông qua ECM giúp cho việc điều khiển các hệ thống an toàn tiện nghi trở nên thuận lợi hơn. Hệ thống điều khiển bướm ga trên xe có nhiệm vụ chính như sau: Đánh giá được chế độ làm việc của động cơ như: chế độ cầm chừng, toàn tải hay tải cục bộ.
Điều chỉnh tỉ lệ không khí - nhiên liệu phù hợp. Tăng công suất động cơ ứng với từng chế độ hoạt động. Cắt nhiên liệu khi giảm tốc độ đột ngột.2 Phân loại các hệ thống bướm ga trên ô tô 2.1 Hệ thống bướm ga cơ khí Hệ thống bướm ga cơ khí sử dụng cảm biến vị trí bướm ga dạng biến trở lắp trên thân bướm ga, cảm biến này chuyển đổi vị trí góc mở bướm ga thành tín hiệu biến điện áp gửi về ECM để xử lý thông tin nhằm tối ưu hóa lượng nhiên liệu được phun ra. Góc mở của bướm ga cơ khí được điều khiển trực tiếp bằng dây cáp nối từ bàn đạp ga đến bướm ga.
Việc điều khiển tốc độ không tải trên bướm ga cơ khí 8 được thực hiện nhờ sử dụng một van điều khiển không tải cho phép khí nạp đi tắt qua cánh bướm ga.1: Bướm ga cơ khí 2.2 Hệ thống bướm ga điện tử Hệ thống bướm ga điện tử là một hệ thống sử dụng ECM để điều khiển góc mở của bướm ga bằng điện. Góc mở của bướm ga thông thường được điều khiển trực tiếp bằng dây cáp nối từ bàn đạp ga đến bướm ga để đóng mở. Trong hệ thống này, dây cáp được loại bỏ và ECM động cơ dùng Motor điều khiển bướm ga để điều khiển góc mở của bướm ga đến một giá trị tối ưu tương ứng với mức độ đạp bàn đạp ga. Ngoài ra, góc mở của bàn đạp ga và bướm ga được nhận biết bằng cảm biến IC Hall.
Hệ thống bướm ga điện tử bao gồm: Cảm biến vị trí bàn đạp ga, ECM động cơ, cảm biến vị trí bướm ga, Motor điều khiển bướm ga và lò xo hồi vị. Bướm ga điện tử có 2 loại: ETCS (Electronic Throttle Control System) và ETCS-i (Electronic Throttle Control System – Intelligent). Trong đó, hệ thống điều khiển bướm ga điện tử ETCS thuộc dạng kiểu liên kết vì còn sử dụng dây cáp để vận hành nhưng thân bướm ga được điều khiển hoàn toàn bằng điện.2: Bướm ga điện tử ETCS Hình 2.3: Bướm ga điện tử thông minh ETCS-i 2.3 So sánh ưu nhược điểm của bướm ga điện tử so với bướm ga cơ khí Bảng 2.1: So sánh giữa bướm ga cơ khí và bướm ga điện tử BƯỚM GA CƠ KHÍ BƯỚM GA ĐIỆN TỬ - Kết cấu đơn giản. - Tiết kiệm nhiên liệu vì có thể Ưu - Giá thành rẻ, tăng hiệu quả về hiệu chỉnh lượng phun nhiên điểm mặt kinh tế.
liệu và đánh lửa hiệu quả. - Sử dụng dây cáp để điều khiển - Hạn chế ô nhiễm môi trường, bướm ga riêng biệt nên người đáp ứng tiêu chuẩn khí thải. lái xe cũng có thể tự mình sửa - Cảm biến sử dụng loại IC Hall chữa được. không tiếp xúc nên có độ bền - Lên ga nhanh không có hiện cao, khắc phục hiện tượng òa tượng trễ ga.
- Không cần van điều khiển tốc 10 độ cầm chừng riêng biệt vì được ECM điều khiển tốc độ cầm chừng bằng bướm ga. - Loại bỏ hiện tượng kẹt bó bướm ga thường xảy ra ở bướm ga dây cáp do lò xo hồi vị bướm ga không thể hồi về. - An toàn cho người lái xe hơn vì ECM có khả năng xử lý thông minh hơn trong khi người lái xe không kịp phản ứng đủ nhanh trong các tình huống xe bị mất lực kéo hoặc mất lái. - Tín hiệu của cảm biến vị trí bướm ga gửi về ECM ổn định hơn do sử dụng Motor làm then chốt giữ cứng van bướm ga khi có lực quán tính của gió hoặc khi xe bị rung lắc.
- Cải thiện khả năng chuyển số và truyền động bằng cách kiểm soát giảm độ mở của bướm ga. - Cải thiện lực kép và kểm soát hoạt động ổn định. - Kết hợp đồng bộ với hệ thống cam biến thiên trên các dòng xe hiện đại. Nhược - Lâu ngày dễ bị kẹt ga.
- Có kết cấu phức tạp. điểm - Vận hành không được trơn tru - Giá thành khá cao. - Nếu hư hỏng cảm biến bên - Có nồng độ HC, CO trong khí trong bàn đạp ga hoặc bướm ga thải gây ô nhiễm môi trường, thì phải thay thế cả cụm. khó đáp ứng tiêu chuẩn khí - Khó kết hợp với hộp số sàn vì thải.
gây hiện tượng rung giật xe khi - Khó tích hợp với các công nghệ sang số. mới như Cruise Control, - Có độ trễ chân ga gây cảm giác TRC,. khó chịu cho người lái vì đâu - Cảm biến bướm ga dựa trên phải ai cũng quen. điện trở có thể bị hao mòn theo - Sửa chữa phải có máy chuẩn thời gian.
đoán nếu không sẽ rất khó can - Sử dụng van điều khiển tốc độ thiệp. không tải nên phải vệ sinh định kỳ, làm thân bướm ga cồng kềnh hơn. - Tín hiệu cảm biến vị trí bướm ga gửi về ECM không ổn định khi có lực quán tính của gió hoặc khi xe bị rung lắc.4 Phân loại bướm ga điện tử 2.1 Bướm ga điện tử ETCS (Electric Throttle Control System) 2.1 Khái quát Mặc dù hệ thống bướm ga điện tử ETCS vẫn còn sử dụng dây cáp tăng tốc nhưng bướm ga được điều khiển hoàn toàn bằng điện tử. Cảm biến vị trí bàn đạp ga được gắn ở thân bướm ga và được vận hành bằng dây cáp.
Chuyển động của cảm biến vị trí bàn đạp ga được gửi về ECM như là một yêu cầu của người lái để ECM điều khiển Mottor đóng hoặc mở van bướm ga phù hợp với từng điều kiện lái xe. 12 Tùy thuộc vào hãng xe, trên hệ thống bướm ga này có trang bị kết hợp với ly hợp từ tính nối từ Mottor với van bướm ga. Ly hợp từ tính này yêu cầu cung cấp dòng điện cho phép đóng hoặc mở van bướm ga.4: Hệ thống điều khiển bướm ga điện tử ETCS 2.2 Cấu tạo Bảng 2.2 : Thành phần cấu tạo của bướm ga điện tử ETCS Thành phần Chức năng Cảm biến vị Nó phát hiện mức độ trí bàn đạp ga (APS) đạp ga của người lái để gửi về ECM điều khiển mở van bướm ga cho phù hợp Cảm biến vị Nó phát hiện góc mở trí bướm ga (TPS) của van bướm ga để gửi về ECM Mottor điều Được ECM điều khiển khiển bướm ga đóng hoặc mở van bướm ga theo yêu cầu của bàn đạp ga 13 Ly hợp từ Hoạt động của ly hợp tính từ tính được điều khiển bởi điện áp dạng xung nhằm giảm sự tiêu thụ năng lượng. Nếu có sự bất thường trong hệ thống bướm ga điện tử, ECM sẽ ngắt điều khiển ly hợp từ.
Điều này xảy ra khi cường độ dòng điện trong mạch quá cao hoặc quá thấp 2.3 Nguyên lý hoạt động Trong quá trình điều khiển bướm ga thì bàn đạp chân ga chính là yếu tố tác động trực tiếp. Khi người lái xe đạp chân ga thì tín hiệu ở cảm biến vị trí bàn đạp ga (APS) sẽ gửi tín hiệu đến ECM, sau đó ECM sẽ xử lý tính toán điều khiển Motor bướm ga làm van bướm ga mở. Khi van bướm ga mở thì cảm biến vị trí bướm ga (TPS) sẽ gửi tín hiệu về cho ECM để ECM biết được rằng van bướm ga mở đúng theo tỉ lệ với bàn đạp ga. Nếu người lái xe buông chân ga đột ngột thì tín hiệu cảm biến vị trí bàn đạp ga (APPS) sẽ mất nên không điều khiển được Motor bướm ga.
Lúc này ly hợp từ tính có chức năng giữ van bướm ga cố định không bị lực quán tính của gió đẩy. Ngoài ra, góc mở bướm ga ETCS còn phụ thuộc vào nhiều hệ thống an toàn như: Phanh ABS, kiểm soát lực kéo TRAC (Traction Control) và hệ thống cân bằng điện tử VSC (Vehicle Skid Control). Nếu như người lái xe muốn giữ chân ga với tốc độ cố định hoặc xe có hiện tượng trượt thì các cảm biến sẽ gửi tín hiệu về ECM để điều khiển góc mở bướm ga phù hợp với các hệ thống đó. 14 ETCS kiểm soát hoạt động của hệ thống kiểm soát tốc độ không tải , hệ thống kiểm soát hành trình, hệ thống kiểm soát lực kéo (nếu được trang bị) và hệ thống kiểm soát trượt của xe (nếu được trang bị).
Hệ thống điều khiển tốc độ không tải ISC (Idle Speed Control) sử dụng bướm ga điện tử điều khiển thích hợp lượng khí nạp trong thời gian chạy không tải. Van điều khiển tốc độ không tải dùng tín hiệu từ ECM động cơ để điều khiển động cơ ở tốc độ không tải tối ưu tại mọi thời điểm.2 Bướm ga điện tử thông minh ETCS-i (Electric Throttle Control System – Intelligent) 2.1 Khái quát Đây là hệ thống bướm ga điện tử được sử dụng phổ biến nhất, ETCS-i sử dụng thân bướm ga nhỏ gọn, không sử dụng ly hợp từ tính để tăng độ nhạy của bướm ga và giảm tiêu hao năng lượng. Đây là điểm khác biệt rõ nét nhất của thế hệ này so với thế hệ trước ETCS.5: Hệ thống điều khiển bướm ga điện tử thông minh ETCS-i 2.2 Cấu tạo Bảng 2.