Chương 4
HỆ THỐNG ĐIỀU KHIỂN CHẠY TỰ ĐỘNG
(CRUISE CONTROL SYSTEM - CCS)
1. Giới thiệu
Hệ thống điều khiển chạy tự động (Cruise control system - CCS) tự động điều khiển tốc độ
xe. Hệ thống cho phép xe chạy với tốc độ không đổi mà không cần người lái xe nhấn bàn
đạp ga. Khi người lái xe kích hoạt hệ thống và cài đặt tốc độ mong muốn, bộ điều khiển
động cơ (Engine control unit - ECU) so sánh tốc độ xe thực tế và tốc độ cài đặt trước để
sinh ra tín hiệu tương ứng với sự khác nhau giữa hai tốc độ. Tín hiệu này được truyền tới bộ
chấp hành điều khiển cánh bướm ga (hoặc cánh bướm ga điện tử) để duy trì tốc độ xe được
cài đặt trước bằng cách điều chỉnh cánh bướm ga khi cần thiết.
Hệ thống này đặc biệt có ích khi xe chạy trên đường cao tốc hoặc trên đường xa lộ, người
lái xe không có thời gian nghỉ ngơi. Với hệ thống này, người lái có thể thư giãn và lái xe
một cách rất thoải mái. Một số loại xe còn có khả năng tự động giữ khoảng cách giữa các xe
không đổi (Adaptive cruise control).

Hình 1: Chức năng CCS
Hệ thống điều khiển chạy tự động hoạt động nhờ công tắc điều khiển, bàn đạp ga và bàn
đạp phanh. Công tắc điều khiển có 5 chế độ hoạt động: thiết lập “SET”, chạy đều
“COAST”, phục hồi “RES”, tăng tốc “ACC” và hủy bỏ “CANCEL”. Tuỳ theo loại xe, cấu
tạo của công tắc và cách điều khiển có thể sẽ khác nhau.

1


CRUISE MAIN

Hình 2: Công tắc điều khiển CCS

2. Các thành phần CCS
Có hai loại hệ thống điều khiển chạy xe tự động, loại điều khiển bằng ECU điều khiển chạy

tự động và loại điều khiển bằng ETCS-i (hệ thống điều khiển bướm ga thông minh bằng
điện tử). Trong phần này, việc giải thích cấu tạo, nguyên lý hoạt động dựa trên loại điều
khiển theo ECU điều khiển chạy tự động.
Công tắc khởi động
số trung gian
Đến đồng hồ tốc độ

Công tắc máy

ECUIG
Công tắc
ly hợp

đến ECU động
cơ và ECU ECT

Công tắc
đèn
phanh

ECU
Đèn báo

B
PI

D
TC

CMS CCS


ECT IDL OD
SPD L
GND MO MC
STP

Bộ chấp hành
đến DLC3
EP
Công tắc
điều khiển

Hình 3: Hệ thống CCS loại ECU điều khiển có bộ chấp hành

2


Bộ chấp hành

Công tắc đèn phanh

Đèn báo
Công tắc điều khiển

ECU

Cảm biến tốc độ xe
DLC3

Công tắc khởi động số trung gian


Hình 5: Sơ đồ bố trí các bộ phận CCS
- ECU điều khiển chạy tự động
ECU nhận các tín hiệu từ cảm biến tốc độ xe và các công tắc khác nhau, xử lý và tính toán
theo chương trình lưu trữ trước. Dựa trên những tín hiệu này, ECU gửi các lệnh điều khiển
tới bộ chấp hành. ECU cũng có chức năng tự chẩn đoán cho phép kiểm tra hoạt động của
các tín hiệu đầu vào và đầu ra theo đèn chỉ báo trên bảng đồng hồ táp lô.
- Bộ chấp hành điều khiển chạy tự động
Bộ chấp hành đóng vai trò quan trọng trong CCS, dùng để thay đổi góc mở bướm ga. Bộ
chấp hành gồm có một motor, ly hợp từ và biến trở.
Bộ chấp hành

Dẫn động

Hình 6: Bộ chấp hành CCS
- Công tắc chính và công tắc điều khiển
Công tắc chính là công tắc điện chính của hệ thống điều khiển chạy xe tự động. Đó là một
công tắc nút bấm, cấp điện cho hệ thống khi được bấm.

3


Hình 7: Công tắc chính và công tắc điều khiển
Các công tắc điều khiển có 5 chức năng khác nhau (thiết lập “SET”, chạy đều “COAST”,
phục hồi “RES”, tăng tốc “ACC” và hủy bỏ “CANCEL”). Các chế độ SET và COAST ở
trên một công tắc và hai chế độ kia RESUME và ACCEL ở trên một công tắc khác. Các
công tắc là loại công tắc tự động hồi vị.
- Cảm biến tốc độ
Trục thứ cấp
hộp số


HIC
(có MRE ở bên trong)

Vòng từ
Bánh răng bị dẫn

Trục thứ cấp
hộp số

Cảm biến tốc độ

HIC

(có MRE ở bên trong)
Hình 8: Cảm biến
tốc độ xe

Cảm biến tốc độ

Chức năng của cảm biến tốc độ xe là để thông báo cho ECU CCS về tốc độ hiện tại của xe.
Khi xe tăng tốc, cảm biến tốc độ quay nhanh hơn và tần số của tín hiệu tốc độ cao hơn. Khi
Đồng hồ

ECT

ECU điều khiển

táp lô
từ tốc

xe chạy chậm tần số tín hiệu tốc độ giảm xuống.
CảmVòng
biến
độtrìnhgửi tín hiệu xung từ hộp
chạy
hành

Bánh răng bị dẫn

Cảm biến tốc độ

số tới ECU điều khiển chạy tự động thông qua đồng hồ táp lô.
Cảm biến tốc độ
N độ
S
Cảm biến tốc

Rotor
cảm biến

Đồng hồ
táp lô

ABS ECU

Đồng hồ
táp lô

ECT


ECU điều khiển
chạy hành trình

ECU điều khiển
chạy hành trình

Hình 9: Tín hiệu tốc độ từ ECT

Cảm biến tốc độ

Trên các xe hiện đại ngày nay,N hệS thống chạy tự động nhận tín hiệu tốc độ của xe qua ECU
ABS và đồng hồ tápRotor
lô. Cảm biến tốc độ xe gắn ở các bánh xe sử dụng cho ABS cũng được
sử dụng cho CCS.

cảm biến

Đồng hồ
táp lô

ABS ECU

4

ECU điều khiển
chạy hành trình


Đồng hồ
táp lô


ECT

ECU điều khiển
chạy hành trình

Cảm biến tốc độ
N

Rotor
cảm biến

S

Đồng hồ
táp lô

ABS ECU

ECU điều khiển
chạy hành trình

Hình 10: Tín hiệu tốc độ từ ABS
- Công tắc huỷ bỏ chế độ CCS
Các công tắc huỷ bỏ chế độ CCS gồm có: công tắc điều khiển, công tắc ly hợp, công tắc
khởi động ở số trung gian và công tắc đèn phanh. Khi bật bất kỳ một công tắc nào ở trên thì
chế độ điều khiển chạy xe tự động tạm thời bị huỷ bỏ. Tuy nhiên, tốc độ xe đặt trước sẽ
được lưu trữ trong bộ nhớ của ECU điều khiển chạy tự động chừng nào tốc độ xe vẫn còn
cao hơn 40 km/h. Do đó, tốc độ được thiết lập sẽ tự động được lưu giữ khi công tắc phục
hồi RES được bật lên.

- Đèn chỉ thị cảnh báo
Đèn chỉ thị cảnh báo thông báo cho người lái biết sự cố xảy ra với hệ thống điều khiển chạy
xe tự động. Nếu ECU điều khiển chạy tự động không nhận được tín hiệu tốc độ của xe trong
một thời gian định trước hoặc nếu hệ thống điều khiển bị tự động huỷ bỏ do có hư hỏng ở
công tắc điều khiển hoặc bộ chấp hành, ECU điều khiển chạy tự động ngay lập tức làm cho
đèn cảnh báo trên bảng đồng hồ nhấp nháy 5 lần hoặc liên tục để báo cho người lái biết sự
cố trong hệ thống.

Hình 11: Đèn chỉ thị cảnh báo
3. Hoạt động của CCS
Để thiết lập hệ thống điều khiển chạy tự động ở tốc độ mong muốn, người lái xe phải thực
hiện các bước sau:
 Ấn và nhả công tắc chính (đặt ở đầu cần điều khiển), đèn chỉ báo sẽ sáng lên.
 Đạp bàn đạp ga cho xe chạy ở tốc độ mong muốn (giữa 40 km/h đến 200 km/h).
5


 Ấn vào cần điều khiển SET/COAST rồi nhả ra
Tốc độ xe khi nhả cần điều khiển sẽ được lưu trong bộ nhớ của ECU điều khiển chạy tự
động và như vậy tốc độ xe được điều khiển bởi hệ thống CCS được thiết lập. Tốc độ xe
được lưu trong bộ nhớ được gọi là tốc độ thiết lập. ECU CCS so sánh tốc độ thực tế của xe
với tốc độ đặt trước. Nếu xe chạy với tốc độ lớn hơn tốc độ đặt trước, ECU điều khiển chạy
tự động kích hoạt bộ chấp hành làm cho bướm ga đóng bớt lại. Nếu xe chạy với tốc độ thấp
hơn tốc độ đặt trước, ECU điều khiển chạy tự động sẽ kích hoạt bộ chấp hành và làm mở
thêm bướm ga.
Có hai phương pháp thiết lập lại tốc độ cao hơn cho CCS:
-

Dùng công tắc điều khiển: Nhấc công tắc điều khiển lên để bật RES/ACC cho đến khi
xe đạt được tốc độ mong muốn. Nhả công tắc điều khiển khi xe đạt tốc độ mong muốn.

Khi người lái đẩy cần điều khiển lên theo hướng RES/ACC để chuyển đến chức năng
tăng tốc và giữ cần trong một thời gian trong khi xe chạy ở chế độ điều khiển chạy tự
động, bộ chấp hành mở bướm ga để tăng tốc xe. ECU điều khiển chạy tự động sẽ lưu
giữ tốc độ xe nhả cần điều khiển. Sau đó ECU điều khiển chạy tự động sẽ giữ cho xe
chạy ở tốc độ vừa lưu giữ.

-

Dùng bàn đạp ga: Nhấn lên bàn đạp ga để xe đạt được tốc độ mong muốn. Đẩy công tắc
điều khiển xuống (tới vị trí SET/COAST) và nhả nó ra khi xe đạt tốc độ mong muốn.

Có hai phương pháp thiết lập lại tốc độ thấp hơn cho CCS:
-

Dùng công tắc điều khiển: Đẩy công tắc điều khiển xuống để bật SET/COAST cho
đến khi xe đạt tốc độ mong muốn. Nhả công tắc điều khiển khi xe đạt tốc độ mong
muốn. Khi chức năng này được bật lên bởi người lái kéo cần xuống theo hướng
SET/COAST và giữ nó trong một thời gian trong khi đó xe đang chạy ở chế độ điều
khiển chạy tự động, bộ chấp hành đóng bướm ga để giảm tốc độ xe. ECU điều khiển
chạy tự động sẽ lưu giữ tốc độ xe trong bộ nhớ khi cần điều khiển được nhả ra. Sau
đó, ECU điều khiển chạy tự động sẽ giữ cho xe chạy ở tốc độ vừa lưu giữ.

-

Dùng bàn đạp phanh: Đạp bàn đạp phanh để tốc độ xe giảm về tốc độ mong muốn.
Đẩy công tắc điều khiển xuống (tới vị trí SET/COAST) và nhả ra khi xe đạt tốc độ
mong muốn.

Chức năng điều khiển chạy tự động sẽ tự động bị huỷ bỏ nếu bất kỳ thao tác nào được nêu
ra ở đây xảy ra:

6


(1) Kéo cần điều khiển về phía người lái để hủy bỏ “CANCEL”
(2) Đạp bàn đạp phanh
(3) Đạp bàn đạp li hợp nếu xe hộp số thường
(4) Đặt cần chuyển số ở vị trí “N” hoặc khác vị trí “D” hoặc “3”
(5) Tốc độ xe xuống thấp hơn 40 km/h
(6) Tốc độ xe xuống dưới 16 km/h so với tốc độ đặt trước
Việc bật công tắc “RES/ACC” sẽ khôi phục lại tốc độ đã thiết lập nếu tốc độ này vừa mới
tạm thời bị huỷ bỏ một trong các phương pháp nêu trên từ (1) – (4) chừng nào tốc độ xe
chưa giảm xuống dưới 40km/h.
Tuy nhiên việc ngắt công tắc chính hoặc huỷ bỏ chức năng điều khiển chạy tự động như (5)
hoặc (6), thì tốc độ thiết lập sẽ vĩnh viễn bị huỷ bỏ. Nếu người lái muốn hệ thống điều khiển
chạy xe tự động bắt đầu hoạt động lại, thì phải thiết lập lại tốc độ mong muốn và lưu trong
bộ nhớ bằng cách bật lại công tắc chính và lặp lại các thao tác thiết lập tốc độ mong muốn.
4. Bộ chấp hành CCS
Mô tơ có thể quay theo kim đồng hồ hoặc ngược kim đồng hồ tuỳ theo tín hiệu tăng tốc
hoặc giảm tốc từ ECU điều khiển chạy tự động, làm thay đổi góc mở bướm ga.

Hình 11: Cấu tạo bộ chấp hành CCS
Mô tơ sẽ bị hỏng nếu tiếp tục quay sau khi bướm ga mở hoặc đóng hoàn toàn. Để ngăn
chặn hiện tượng này, mô tơ có hai công tắc ngăn chặn số 1 và số 2. Khi bướm ga mở hoàn
toàn sau khi nhận được tín hiệu tăng tốc từ ECU điều khiển chạy tự động, thì công tắc giới
hạn số 1 mở ra để dừng mô tơ lại. Khi bướm ga đóng hoàn toàn (giảm tốc), thì công tắc giới
hạn thứ 2 được mở ra để dừng mô tơ lại. Cả hai tiếp điểm của công tắc đều được đóng ở
giữa hai vị trí bướm ga mở hoàn toàn và đóng hoàn toàn.

7



Hình 12: Công tắc giới hạn
Ly hợp từ đóng hoặc ngắt mô tơ và đòn điều khiển trong quá trình điều khiển chạy tự động.
Khi người lái tác động vào bất kỳ một công tắc huỷ bỏ chế độ nào hoặc bất kỳ trạng thái
huỷ tự động nào được xác lập trong quá trình xe chạy ở chế độ điều khiển CCS, thì ECU
điều khiển chạy tự động sẽ ngắt ly hợp từ một cách an toàn để dừng sự hoạt động của CCS.

Hình 13: Cấu tạo li hợp từ
Khi đạp bàn đạp phanh, ECU điều khiển chạy tự động nhận tín hiệu huỷ và nó sẽ ngắt ly
hợp từ. Cùng thời điểm đó dòng điện cung cấp cho ly hợp từ an toàn bị ngắt bằng cơ khí và
ly hợp từ sẽ bị ngắt. Khi ly hợp từ bị ngắt, thì mô tơ và đòn điều khiển ở trạng thái tự do.
Do đó đòn điều khiển quay về vị trí không tải và việc điều chỉnh CCS bị ngắt.

Hình 14: Sơ đồ điều khiển li hợp từ

8


Chiết áp phát hiện góc quay của đòn điều chỉnh và gửi tín hiệu tới ECU điều khiển chạy tự
động ở mọi thời điểm. ECU điều khiển chạy tự động lưu trữ số liệu này trong bộ nhớ. Nếu
có sự khác nhau giữa tốc độ đặt trước và tốc độ thực tế của ô tô thì ECU điều khiển chạy tự
động sẽ xác định mức độ góc mở bướm ga để đạt được tốc độ đã đặt trước dựa trên số liệu
này.

Hình 15: Bộ chiết áp
5. CCS điều khiển bằng ETCS-i
ETCS-i (Electronic Throttle Control System- intelligence) là một hệ thống sử dụng máy tính
để điều khiển bằng điện góc mở của bướm ga. Góc mở của bướm ga thông thường được
điều khiển trực tiếp bằng dây cáp nối từ bàn đạp ga đến bướm ga để mở và đóng nó. Trong
hiệu tốc

độ bỏ, và ECU động cơ dùng môtơ điều khiển bướm ga để
hệ thống này, dây cápTínđược
loại
Motor điều khiển

ga ứng với mức độ đạp bàn đạp
điều khiển góc mở củaCông
bướm
gaphanh
đến một giá trị tối ưubướm
tương
tắc đèn
ECU
ga. Ngoài ra, góc mở của bàn đạp ga được nhận
biết bằng cảm biến vị trí bàn đạp ga, và góc
động cơ
Công tắc điều khiển

Đồng hồ táp lô

(đèn chỉga.
báo)Hệ thống ECTS-i bao gồm
mở của bướm ga được nhận biết bởi cảm biến vị trí bướm
Công tắc K Đ trung gian

cảm biến vị trí bướm ga, ECU động cơ và cổ họng gió. Cổ họng gió bao gồm bướm ga,
môtơ điều khiển bướm ga, cảm biến vị trí bướm ga và các bộ phận khác.
Motor điều khiển bướm ga

Bướm ga


Bộ truyền BR giảm tốc
Lò xo hồi
vị bướm ga

Cảm biến vị trí
bướm ga

Hình 18: Cánh bướm ga điện tử
9


Như trên hình minh họa, cổ họng gió bao gồm bướm ga, cảm biến vị trí bướm ga dùng để
phát hiện góc mở của bướm ga, môtơ bướm ga để mở và đóng bướm ga, và một lò xo hồi
để trả bướm ga về một vị trí cố định. Môtơ bướm ga ứng dụng một môtơ điện một chiều
(DC) có độ nhạy tốt và tiêu thụ ít năng lượng. ECU động cơ điều khiển độ lớn và hướng của
dòng điện chạy đến môtơ điều khiển bướm ga, làm quay hay giữ môtơ, và mở và đóng
bướm ga qua một cụm bánh răng giảm tốc. Góc mở bướm ga thực tế được phát hiện bằng
một cảm biến vị trí bướm ga, và thông số đó được phản hồi về cho ECU động cơ. Khi dòng
điện không chạy qua môtơ, lò xo hồi sẽ mở bướm ga đến một vị trí cố định (khoảng 70).
Tuy nhiên, trong chế độ không tải bướm ga được đóng lại nhỏ hơn so với vị trí cố định.
Các chức năng cơ bản CCS điều khiển bằng ETCS-i giống như CCS truyền thống. Sơ đồ
ETCS-i được cho như bên dưới.

Hình 16: Hệ thống ECTS-i
ECU động cơ chủ yếu là điều khiển động cơ, nhưng trên xe có trang bị hệ thống ETCS-i, vì
góc mở bướm ga có thể điều khiển bằng điện, nên loại xe này cũng có chức năng điều khiển
chạy tự động giống như CCS truyền thống. ECU động cơ kích hoạt CCS theo cách giống
như ECU CCS thực hiện.


10


Tín hiệu tốc độ
Motor điều khiển
bướm ga

Công tắc đèn phanh
Công tắc điều khiển

ECU
động cơ
Đồng hồ táp lô
(đèn chỉ báo)

Công tắc K Đ trung gian

Hình 17: Sơ đồ khối CCS
Motor điều khiển bướm ga

6. Chức năng điều khiển chạy tự động bằng Laser
Bướm ga

Hệ thống này duy trì tốc độ xe ở mức độ đã được người lái xác định, chừng nào không có
các xe khác ở phía trước trên cùng làn đường với nó. Nếu hệ thống xác định được có một xe
đang đi phía trước nó với vận tốc chậm hơn vận tốc mà người lái đã đặt trước cho xe của
Bộ truyền
tốc tốc độ của xe. Nếu cần thiết phải giảm thêm tốc
mình, thì nó sẽ đóng bớt bướm
gaBR

đểgiảm
giảm
Lò xo hồi

Cảm biến vị trí

độ thì tự nó sẽ về số để giảm tốc độ. Nếuvị bướm
cần ga
thiết phải bướm
giảmgatốc độ, thì hệ thống sẽ điều
khiển bộ chấp hành phanh để tiến hành phanh xe. Sau đó hệ thống sẽ duy trì khoảng cách
giữa các xe đã được người lái thiết lập. Nhờ vậy nếu không có xe nào chạy trong khoảng
cách được thiết lập giữa các xe vì các xe có thể bị thay đổi làn đường khi chạy, thì hệ thống
sẽ tăng tốc từ từ để đạt được tốc độ thiết lập ban đầu và bắt đầu chạy ở tốc độ thiết lập đó.

Hình 19: Sơ đồ điều khiển chạy tự động bằng Laser
(1) Cảm biến radar Laser
11


Có một bộ phận phát và nhận tia Laser và CPU trong cảm biến radar Laser. Các tia Laser
được phát ra bởi bộ phận phát bức xạ về phía trước sau đó các tia Laser này được phản xạ
nhờ thiết bị phản xạ ở xe đang chạy phía trước khoảng thời gian tia phản xạ trở lại bộ phận
nhận được tính toán bởi CPU. Cảm biến này sẽ xác định khoảng cách giữa xe và xe chạy
phía trước. Sau đó nó tính toán tốc độ tương đối. Các số liệu này sau đó được truyền tới
ECU điều khiển khoảng cách. Cảm biến này được thiết kế sao cho nó không phản ứng với
các vật thể đứng yên.

Hình 20: Cảm biến radar Laser
(2) ECU điều khiển khoảng cách

Thiết bị này dùng để xác định xe phía trước nào được dùng làm mục tiêu để xử lý dựa trên
những thông tin được cung cấp bởi radar Laser. Nó tính toán các tín hiệu tăng tốc cần đạt
cho xe và truyền những yêu cầu về tăng tốc giảm tốc, về số, cảnh báo bằng âm thanh và yêu
cầu về phanh tới ECU động cơ và ECT và ECU điều khiển trượt.

Hình 21: ECU điều khiển khoảng cách

12