Thiết kế hệ thống điều khiển tự động cung cấp nhiên liêu cho động cơ ô tô

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO
ĐẠI HỌC ĐÀ NẴNG

TRẦN HƯNG THƯ

THIẾT KẾ HỆ THỐNG ĐIỀU KHIỂN TỰ ĐỘNG
CUNG CẤP NHIÊN LIỆU CHO ĐỘNG CƠ Ô TÔ
Chuyên ngành : Tự ñộng hóa
Mã số: 60.52.60

TÓM TẮT LUẬN VĂN THẠC SỸ KỸ THUẬT

Đà Nẵng – năm 2012


Công trình ñược hoàn thành tại
ĐẠI HỌC ĐÀ NẴNG

Người hướng dẫn khoa học: PGS.TS Lê Thành Bắc

Phản biện 1:
Phản biện 2:

Luận văn sẽ ñược bảo vệ tại Hội ñồng chấm Luận văn tốt nghiệp
thạc sĩ Tự ñộng hóa họp tại Đại học Đà Nẵng vào ngày ... tháng 06
năm 2012.

Có thể tìm hiều luận văn tại:
- Trung tâm Thông tin-Học liệu, Đại học Đà Nẵng.
- Trung tâm Học liệu, Đại học Đà Nẵng.

1

MỞ ĐẦU
1. MỤC ĐÍCH NGHIÊN CỨU
Thiết kế hệ thống ñiều khiển tự ñộng cung cấp nhiên liệu cho
ñộng cơ ô tô nhằm mục ñích:
- Loại bỏ hiện tượng kẹt hoặc bó hay xảy ra với cơ cấu bướm ga
ñiều khiển bằng cơ khí do lò xo bướm ga không thể hồi về. Điều này
ngăn cản bướm ga ñóng lại (gây hiệu ứng chạy quá ở ñộng cơ).
- Bướm ga ñiều khiển ñiện tử cũng giúp giảm khí thải và cải
thiện mức ñộ tiêu hao nhiên liệu ở ñộng cơ.
- Ưu ñiểm chính của bướm ga ñiều khiển ñiện tử chính là nó cho
phép ñộng cơ có thể kết hợp ñiều khiển momen với ñiều khiển hành
trình chạy xe, ñiều khiển lực kéo và ñiều khiển ổn ñịnh.
2. ĐỐI TƯỢNG VÀ PHẠM VI NGHIÊN CỨU
Đối tượng nghiên cứu của ñề tài là ñiều khiển mô tơ ñiện một
chiều quay bướm ga trong ñộng cơ xe Toyota ñời 5A-FE.
Nghiên cứu cơ sở lý thuyết về hệ thống ñiều khiển cấp nhiên
liệu, sự ảnh hưởng của các thông số, góc mở của bướm ga ñến hệ
thống.
Nghiên cứu cơ sở lý thuyết về các phương pháp ñiều khiển ñộng
cơ một chiều và thiết kế hệ thống ñiều khiển tự ñộng cung cấp nhiên
liệu cho ñộng cơ ô tô.
Thiết kế hệ thống ñiều khiển vị trí bướm ga và mô phỏng kết quả
trên phần mềm Matlab Sinmulink.


2
3. PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU

Nghiên cứu tổng quan về hệ thống ñiều khiển bướm ga ñiện tử,
hệ thống cấp nhiên liệu cho ñộng cơ ô tô, các cảm biến sử dụng trong
ô tô và khối cấp gió của ñộng cơ.
Nguyên cứu các kỹ thuật ñiều khiển vị trí cho ñộng cơ DC: ñiều
khiển mờ, thích nghi, neural, PID... và lựa chọn phương án thiết kế
hệ thống.
Mô hình hóa và mô phỏng hệ thống ñiều khiển vị trí bướm ga
dùng ñộng cơ DC bằng phần mềm Matlab.
4. Ý NGHĨA KHOA HỌC VÀ THỰC TIỄN ĐỀ TÀI
Tối ưu hóa quá trình cung cấp nhiên liệu, giảm thiểu ô nhiễm
môi trường và các vấn ñề khác liên quan ñến kỹ thuật ñiều khiển hệ
thống tự ñộng.
Có thể kết hợp với một số bộ ñiều khiển khác và tích hợp thêm
một số cảm biến trên ô tô nhằm tăng ñộ an toàn cho người ñiều khiển
xe, mở ra phương pháp ñiều khiển mới tối ưu.
5. BỐ CỤC CỦA LUẬN VĂN
Chương 1: Tổng quan về hệ thống cung cấp nhiên liệu ñiện tử
trên ô tô.
Chương 2: Động cơ ñiện một chiều và các phương pháp ñiều
khiển vị trí ñộng cơ ñiện 1 chiều.
Chương 3: Thiết kế hệ thống tự ñộng cung cấp nhiên liệu dùng
ñộng cơ ñiện một chiều.
Chương 4: Điều khiển hệ thống cung cấp nhiên liệu trên ñộng cơ
ô tô ứng dụng ñiều khiển mờ.


3
CHƯƠNG 1
TỔNG QUAN VỀ HỆ THỐNG CUNG
CẤP NHIÊN LIỆU ĐIỆN TỬ TRÊN Ô TÔ

1.1. TÌNH HÌNH NGHIÊN CỨU VÀ SỬ DỤNG HỆ THỐNG
ĐIỀU KHIỂN TỰ ĐỘNG CUNG CẤP NHIÊN LIỆU
1.1.1. Hệ thống cung cấp nhiên liệu ñã và ñang sử dụng
1.1.2. Hệ thống cung cấp nhiên liệu trên ñộng cơ xăng
1.2. HỆ THỐNG ETCS-I
1.2.1. Mô tả
Góc mở của bướm ga thông thường ñược ñiều khiển trực tiếp
bằng dây cáp nối từ bàn ñạp ga ñến bướm ga ñể mở và ñóng nó.
Trong hệ thống này, dây cáp ñược loại bỏ, và ECU ñộng cơ dùng
môtơ ñiều khiển bướm ga ñể ñiều khiển góc mở của bướm ga ñến
một giá trị tối ưu tương ứng với mức ñộ ñạp bàn ñạp ga. Ngoài ra,
góc mở của bàn ñạp ga ñược nhận biết bằng cảm biến vị trí bàn ñạp
ga, và góc mở của bướm ga ñược nhận biết bởi cảm biến vị trí bướm
ga. Hệ thống ECTS-i bao gồm cảm biến vị trí bướm ga, ECU ñộng
cơ và cổ họng gió. Cổ họng gió bao gồm bướm ga, môtơ ñiều khiển
bướm ga, cảm biến vị trí bướm ga và các bộ phận khác. Trong ñó
ECM(Engine Control Unit) là một modul của ECU.
1.2.2. Cấu tạo và hoạt ñộng
Góc mở của bướm ga thông thường ñược ñiều khiển trực tiếp
bằng dây cáp nối từ bàn ñạp ga ñến bướm ga ñể mở và ñóng nó.
Trong hệ thống này, dây cáp ñược loại bỏ, và ECU ñộng cơ dùng
môtơ ñiều khiển bướm ga ñể ñiều khiển góc mở của bướm ga ñến


23
4.4.1. Chế ñộ bình thường (Normal Mode)
Chế ñộ bình thường là chế ñộ làm việc thường xuyên bảo ñảm
ñộng cơ vận hành tốt và chuyển ñộng êm dịu.
4.4.2. Chế ñộ ñường tuyết (Snow Mode)
Khi góc bàn ñạp ga là không ñổi so với chế ñộ bình thường,

nhưng có sự can thiệp của hệ thống chống trượt (Skid Control ECU),
ECU sẽ ñiều khiển bướm ga mở nhỏ hơn bình thường bằng cách thay
ñổi tín hiệu ñiều khiển ñầu vào ñể ñảm bảo ôtô làm việc ổn ñịnh.
4.4.3. Chế ñộ công suất (Power Mode)
Trên ôtô có trang bị contact Power. Khi contact on, ECU sẽ ñiều
khiển tăng tỉ số từ bàn ñạp ga ñến góc mở bướm ga làm tăng công
suất ñộng cơ bằng cách tăng tín hiệu ñiều khiển ñầu vào của mạch.
4.5. KẾT LUẬN CHƯƠNG 4
Trong chương 4 tác giả ñã giải quyết ñược các vấn ñề liên quan
tới chế ñộ vận hành của ô tô.
Với kết quả mô phỏng ở trên ta nhận thấy rằng với bộ ñiều khiển
bù mờ như ñã thiết kế thì chất lượng của hệ thống luôn luôn ñược
ñảm bảo khi ta thay ñổi vị trí ñặt ở tín hiệu ñầu vào, giảm ñược thời
gian quá ñộ của hệ thống.
Kết quả mô phỏng thu ñược hoàn toàn phù hợp với các kết quả
nghiên cứu lý thuyết, ñiều này chứng tỏ rằng thuật toán và cách thức
xây dựng bộ ñiều khiển bù mờ là ñúng ñắn và chính xác.
Độ quá ñiều chỉnh, thời gian quá ñộ, số lần dao ñộng của hệ
truyền ñộng ñều tốt, nhất là ñộ quá ñiều chỉnh và thời gian quá ñộ rất
nhỏ.


24
Kết quả mô phỏng một lần nữa ñã minh chứng và khẳng ñịnh
rằng lý thuyết ñiều khiển mờ hoàn toàn có thể ñảm ứng ñược yêu cầu
chất lượng ñiều khiển của hệ ñiều khiển tự ñộng cung cấp nhiên liệu
trên ô tô.
KẾT LUẬN VÀ HƯỚNG PHÁT TRIỂN CỦA ĐỀ TÀI
Luận văn ñã thành công trong việc ứng dụng ñiều khiển mờ ñể
ñiều khiển vị trí bướm ga ô tô sử dụng ñộng cơ DC. Động cơ DC

ñược sử dụng rộng rãi trong kỹ thuật ñiều khiển làm cơ sở ñể thiết kế
nên những hệ thống tối ưu hơn bằng cách kết hợp các cảm biến nhằm
ñiều khiển ô tô hoạt ñộng hiệu quả.
Việc ứng dụng mô hình bù mờ có khả năng kết hợp nhiều cảm
biến như cảm biến ôxy, cảm biến áp suất ñường ống nạp và các cảm
biến khác nhằm giảm tiêu hao nhiên liệu cho ñộng cơ, giảm lượng
khí thải. Đồng thời hệ thống ñã thiết kế trên ñược lắp ñặt trong ECU
ñộng cơ kết hợp với các hệ thống khác như hệ thống phanh ABS, hệ
thống lái tự ñộng.. nhằm tối ưu hóa quá trình cung cấp nhiên liệu.
Luận văn này, tác giả ñã giải quyết ñược vấn ñề ñã ñặt ra tuy
nhiên ñề tài chỉ dừng lại ở việc ñiều khiển vị trí bướm ga cho ñộng
cơ, chưa kết hợp với các hệ thống ñiều khiển trên ô tô ñể vận hành ở
nhiều chế ñộ khác nhau như chế ñộ ñường trường, ñường tuyết,
ñường trơn trượt, ñường dốc... Đây cũng là hướng phát triển của ñề
tài tiếp theo.