Cruise Control Systems - Mehatronicki Moduli II

7/31/2019 Cruise Control Systems - Mehatronicki Moduli II

1/13

UNIVERZITET U TUZLIMAINSKI FAKULTET

S E M I N A R S K I R A D

Tema: Sistem za kontrolu brzine ( Cruise Control System)Predmet: Mehatroniki moduli II

Ime i prezime: Saa BosankiBroj indeksa: III-59/05Odsjek: MehatronikaDatum: 07.11.2011.god.


2/13

1

SADRAJ

1. UVOD 3

2. CRUISE CONTROL SISTEM 4

2.1. Razvoj cruise control sistema 4

2.2. Komponente koje koristi cruise control sistem 4

2.3. Cruise control sistemopis sistema i princip rada 62.4. Upravljanje Cruise Control sistemom - PID regulator 82.5. Prenosna funkcija Cruise Control sistema 9

3. ZAKLJUAK 11

4. LITERATURA 12


3/13

2

Slika 1.0 Opta struktura mehatronikog sistemaSlika 2.0 Zaklopka u kojoj se nalazi leptir ventil koji regulie unos zraka sa senzorom pozicijeSlika 2.1 Prikaz cruise control raunaraSlika 2.2 Vakuumski aktuator koji upravlja leptir ventilom

Slika 2.3 Cruise control sistemkontrolne tipkeSlika 2.4 Komponente zaklopke

Slika 2.5 Blok dijagram Cruise Control sistema

Slika 2.6 Cruise Control sistemblok dijagram prenosne funkcijeSlika 2.7 Prenosana funkcija Cruise Control sistema


4/13

3

1. UVODCruise control sistem (ponekad poznat i kao speed control ili autocruise), je mehatronikisistem koji automatski kontrolira brzinu motornog vozila. Sistem upravlja usisnim ventilom

zraka sa ciljem da postigne brzinu koju je postavio voza.

Mehatroniki sistemi su sistemi koji integriu mehanike i elektronike komponente, teraunarske komponente preko kojih se vri upravljanje sveukupnim sistemom.

Slika 1.0. Opta struktura mehatronikog sistema

Tipian mehatroniki sistem u mogunosti je primati signale iz okoline, obraditi ih te naosnovu njih i upravljakog algoritma generirati izlazne signale ili djelovanje (sila, pokret, itd).

Strukturu takvih sistema ine :

Upravljaka jedinica (regulatori, mikrokontroleri) Mjerna jedinica (senzori,konvertori) Pogonska jedinica (aktuatori)

Osnovni sistemi(veinom mehaniki)

Sile/Momenti

Poremeaji

Kretanja

Veliine

mjerenja

Aktori SenzoriAlarmi

Signali poloaja Signali mjerenjaProcesori(upravljanje, regulacija, raunanje)

Povratna obavijest Vodee veliine


5/13

4

2. CRUISE CONTROL SISTEMCruise control sistem je jo poznat kao tempomat (Daimler AG) ili tempopilot, odnosno to jeureaj koji automatski regulira brzinu koju je zadao voza u granicama svojih mogunosti.

2.1. Razvoj cruise control sistema

Upravljanje brzinom sa centrifugalnim regulatorom (centrifugalno njihalo sa polugom) je

koriteno u automobilima jo 1910 godine. Ovu tehnologiju su izumili James Watt i MatthewBoulton 1788 da bi mogli da upravljaju parnim mainama.

Ralph Teetor, slijepi izumitelj i mainski inenjer je 1945 godine izumio moderni sistemkontrole brzine (takoe poznat kao speedostat). Njegova ideja je roena iz frustracije vonje uautomobilu sa svojim advokatom koji je neprekidno usporavao i ubrzavao. Prvo motornovozilo sa ovim sistemom je Chrysler Imperial iz 1958 godine. Sistem izraunava brzinukretanja na osnovu rotacije pogonskog vratila i koristi solenoid (elektromagnet) da namjetaventil zraka po potrebi.

2.2. Komponente koje koristi cruise control sistem

1. SenzorKao mjerne ureaje cruise control sistem koristi senzor pozicije pogonskog vratila (naosnovu rotacije koljenastog vratila radilice izraunava se brzinavozila), i takoersenzor pozicije na ventilu zraka na usisnoj grani.

Jo za odreivanje brzine se moe koristiti i VSS (vehicle speed sensor). Ovaj senzoralje podatke o brzini vozila u ECU, a preko ECU-a cruise control sistem dobiva teiste podatke. Senzor moe da se nalazi na toku.

Slika 2.0. Zaklopka u kojoj se nalazi leptir ventil koji regulie unos zraka sa senzorom pozicije


6/13

5

Na slici 2.0. je prikazana sklopka u kojoj se nalazi tzv. leptir ventil, za regulaciju

protoka zraka i na njega direktno ugraeni senzor pozicije. Leptir ventil je ventil sakrunim tijelom i rotacionim diskom. Senzor pozicije je obino potenciometar.

2. Electronic Control Unit (ECU)ECU je raunarska jedinica koja upravlja razliitim elektronikim sistemima ipodsistemima vozila (npr. nadgleda temperaturu motora, unos goriva, zraka). Za

cruise control sistem je bitan jer upravlja ventilom zraka, odnosno kontrolira ugao

otvaranja leptir ventila na osnovu signala dobijenih od senzora i preko nje dobivamo

informacije o brzini vozila koje ona dobiva od senzora.

Mikroraunar koji kontrolira cruise control sistem moe biti ugraen u ECU, ali moedjelovati i samostalno. Na slici 2.1. je prikazan jedan takav mikroraunar.

Slika 2.1. Prikaz cruise control raunara

3. AktuatorCruise control sistem kontrolira brzinu vozila na isti nain kao voza upravljajui''otvorenou'' zaklopke. Cruise control upravlja zaklopkom pomou kabla koje jekonektovano na aktuator, umjesto pritiskajui pedalu gasa. Zaklopka sa leptir ventilomkontrolira snagu i brzinu motora limitirajui unos zraka u motor.Znai aktuator je ono to

upravlja leptir ventilom, odnosno upravlja uglom zakretanja rotacionog diska koji jesastavni dio leptir ventila.


7/13

6

Na slici 2.2. je prikazan vakuumski aktuator.

Slika 2.2. Vakuumski aktuator koji upravlja leptir ventilom

2.3.Cruise control sistemopis sistema i princip rada

Cruise control sistem se najee ugrauje na amerikim autima, zbog velikih prostranstavaAmerike, zbog velike razdaljine izmeu gradova bio je idealan za ugradnju. Posebno zato to

veina sistema ne radi na brzinama ispod 40 km/h iz sigurnosnih razloga.

Slika 2.3. Cruise control sistemkontrolne tipke

Sistem koji je prikazan na slici 2.3. ima sljedee funkcije:


8/13

7

ON i OFF funkcije se rijetko koriste na ovim sistemima, jesdnostavno iz tog razlogato se sistemi prekidaju sa pritiskanjem pedale konice, ili startaju kada voza pritisneSET dugme.

SET/ACCEL je glavna funkcija kojom voza zadaje eljenu brzinu. Npr. akonamjestimo 45 km/h i pritisnemo SET dugme vozilo e odravati brzinu na 45 km/h.

RESUME funkcija vraa zadnje namjetenu brzinu, ako voza sluajno ili namjernoprekine cruise control sistem.

COAST funkcija, ako pritisnemo dugem vozilo e poeti usporavati, kao da smo upotpunosti sklonili nogu sa gasa.

Sistem moemo deaktivirati ili pomou OFF funkcije ili pritiskanjem konice.

Cruise control sistem (tempomat) regulie brzinom vozila na isti nain kao voza, upravljajui''otvorenou'' zaklopke na usisnoj grani motora. Razlika je u tome to ovaj sistem aktuiezaklopku preko aktuatora. Odnosno dok voza pritiskom gasa preko iane sajle upravljadirektno ''otvorenou'' zaklopke, cruise control sistem upravlja zaklopkom preko iane sajlekoja je spojena na aktuator. Pod ''otvorenou'' zaklopke podrazumijevamo pod kojim jeuglom leptir ventil otvoren. Aktuator upravlja zaklopkom koja je prikazana na slici 2.2.

zaklopka kontrolira snagu i brzinu motora limitirajui unos zraka na usisnoj grani (odnosno naosnovu kolicine zraka se dodaje ili smanjuje unos goriva). Komponente zaklopke su prikazane

na slici 2.4.

Slika 2.4. Komponente zaklopke

Aktuatorom upravlja mikroraunar koji moe biti ili ugraen u ECU ili da bude postavljenkao pojedinana jedinica. Ima obavezu da odradi tri glavna zadatka. Prvo da zapamti brzinukoju voza odredi. Dalje preko senzora brzine odreuje trenutnu brzinu vozila i poredi je sa

brzinom koju je voza odredio. I konano alje pulsne signale aktuatoru. Aktuator nadaljeupravlja zaklopkom na usisnoj grani da dovede vozilo do odreene brzine.


9/13

8

2.4.Upravljanje Cruise Control sistemom - PID regulator

Slika 2.5. Blok dijagram Cruise Control sistema

Na slici 2.5. je prikazan blok dijagram sistema bez navedenog regulatora upravljanja.

Dobar cruise control sistem ubrzava agresivno do eljene brzine bez preskakanja, te ondaodrava tu brzinu sa to manjom devijacijom bez obzira koliko je teko auto ili brdo strmo.

Najvanija ulazna veliina je signal brzine.

Regulator koji se koristi je najee PID regulator u ovim sistemima, a sadri sljedeekarakteristike:

1.

Pproportional

Npr. u sistemu koji sadri samo proporcionalni regulator, upravljaka jedinica prekoaktuatora namjeta zaklopku da bude proporcionalna greki, greka predstavlja razlikuizmeu eljene brzine i aktualne brzine. Ako je voza namjestio brzinu na 60 km/h , avozilo se kree 50 km/h, ''otvorenost'' zaklopke e biti velika, ako vozilo ide 55 km/h,otvorenost e biti upola manja. Rezultat tome je da to se auto pribliava eljenoj brzini ,sporije ubrzava.

2. IintegralOvaj faktor se temelji na vremenskom integralu greke kojom se vozilo kretalo. Odnosnoto je razlika izmeu daljine koju je vozilo stvarno prelo i daljine koju je moglo da pree


10/13

9

da se kretalo eljenom brzinom, izraunate u nekom datom vremenu. Npr. ako se vozilokree uzbrdo, proporcionalno upravljanje povea ''otvorenost'' malo, ali to moda nijedovoljno. Integralno upravljanje e poslije odreenog vremena poeti da otvara zaklopkuvie i vie, sve u zavisnosti s tim koliko dugo auto zadrava brzinu manju od eljene.

3. DderivativeIzvod (derivative) brzine je ubrzanje. Ovaj faktor pomae sistemu da brzo reagira na

promjene, kao to su brda npr. Ako auto pone da usporava, cruise control moe dareagira brzo na promjene i odgovori na njih mijenjajui ''otvorenost'' zaklopke.

2.5. Prenosna funkcija Cruise Control sistema

Slika 2.6. prikazuje blok dijagram prenosne funkcije za vozilo. Ulaz, ili kontrolisana varijabla

je gas, papuica gasa. Izlaz ili rezultat je brzina vozila.

Slika 2.6. Cruise Control sistemblok dijagram prenosne funkcije


11/13

10

Slika 2.7. Prenosna funkcija Cruise Control sistema


12/13

11

3. ZAKLJUAKCruise Control sistemi su veoma korisni sistemi ako se vozilo kree velikim i prostranim

putevima na kojim je saobraaj relativno mali, tj. da se omogui vonja preko 40 km/h (na

nekim vozilima se razlikuje, odnosno zavisi od proizvoaa). U tim uslovima cruise controlsistem dolazi do izraaja, te se vozau omoguava ugodna vonja . Sa druge strane imamo inegativan aspekt da sistem nije iskoristiv u gradskim sredinama gdje gust saobraaj nedozvoljava vonju odgovarajuom brzinom.


13/13

12

4. LITERATURA[1]http://en.wikipedia.org/wiki/Cruise_control, (10/11/2011)

[2]http://www.howstuffworks.com/cruise-control.htm, (10/11/2011)

[3]http://www.engin.umich.edu/group/ctm/examples/cruise/cc.html, (10/11/2011)
http://en.wikipedia.org/wiki/Cruise_controlhttp://en.wikipedia.org/wiki/Cruise_controlhttp://en.wikipedia.org/wiki/Cruise_controlhttp://www.howstuffworks.com/cruise-control.htmhttp://www.howstuffworks.com/cruise-control.htmhttp://www.howstuffworks.com/cruise-control.htmhttp://www.engin.umich.edu/group/ctm/examples/cruise/cc.htmlhttp://www.engin.umich.edu/group/ctm/examples/cruise/cc.htmlhttp://www.engin.umich.edu/group/ctm/examples/cruise/cc.htmlhttp://www.engin.umich.edu/group/ctm/examples/cruise/cc.htmlhttp://www.howstuffworks.com/cruise-control.htmhttp://en.wikipedia.org/wiki/Cruise_control

Documents

Cruise Control Systems - Mehatronicki Moduli II