ỨNG DỤNG LABVIEW TRONG THU THẬP TÍN HIỆU ĐIỀU KHIỂN ĐỘNG CƠ Ô TÔ
Bạn đang xem bản rút gọn của tài liệu. Xem và tải ngay bản đầy đủ của tài liệu tại đây (12.58 MB, 123 trang )
GVHD: LÊ KHÁNH TÂN
--------------------------------------------------------------------------------------------------------------TRƯỜNG ĐẠI HỌC SƯ PHẠM KỸ THUẬT THÀNH PHỐ HỒ CHÍ MINH
KHOA CƠ KHÍ ĐỘNG LỰC
ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP
ỨNG DỤNG LABVIEW TRONG
THU THẬP VÀ ĐIỀU KHIỂN ĐỘNG CƠ
GVHD:Ths. LÊ KHÁNH TÂN
GVHD: LÊ KHÁNH TÂN
---------------------------------------------------------------------------------------------------------------
LỜI CẢM ƠN
Đề tài “Ứng dụng LabVIEW trong thu thập và điều khiển động cơ” là một đề tài mới lạ
và khó. Trong khoảng thời gian ngắn với lượng kiến thức còn hạn chế, hoàn thành xong đề
tài xem như là một thành công lớn của nhóm. Để có thể hoàn thành tốt đề tài cần một sự cố
gắng lớn của cả nhóm. Và với một vai trò rất quan trọng đặc biệt đó là giáo viên hướng dẫn,
nhóm thực hiện đồ án xin gửi lời cảm ơn đến thầy Lê Khánh Tân, người đã tận tình hướng
dẫn, chia sẻ tài liệu và đưa ra các góp ý để đề tài của nhóm có thể hoàn thiện tốt hơn đề tài.
Trong quá trình thực hiện đồ án, nhóm tác giả đã gặp không ít khó khăn cả về phần cứng lẫn
phần mềm, nhưng nhờ sự góp ý hướng dẫn quý báu của thầy mà nhóm có thể giải quyết
được vấn đề.
Chúng em xin gửi lời cảm ơn thầy phản biện đã nhận xét thật cụ thể và đóng góp những
ý kiến quý báu để đồ án được hoàn thiện hơn.
Để có thể thực hiện được đề tài thì kinh nghiệm tích lũy từ 4 năm Đại học rất quan
trọng, qua đó nhóm tác giả xin gửi lời cảm ơn đến các thầy cô trong trường Đại Học Sư
Phạm Kỹ Thuật TP. HCM và đặt biệt là các thầy cô trong khoa Cơ Khí Động Lực đã giúp
nhóm tác giả có được kiến thức trong việc học và có thể áp dụng vào việc làm sau này.
Nhóm tác giả xin gửi lời cảm ơn đến bạn bè trong lớp, tuy các bạn cũng bận làm đồ án
nhưng cũng đã giành thời gian đóng góp ý kiến và giúp đỡ khi nhóm gặp khó khăn.
Xin chúc các thầy cô luôn luôn dồi dào sức khỏe, tràn đầy năng lượng, có thật nhiều là
nhiều niềm vui, hạnh phúc trong cuộc sống. Nhóm thực hiện xin chân thành cảm ơn.
Thành phố Hồ Chí Minh, ngày … tháng… năm 20…
Nhóm sinh viên thực hiện
GVHD: LÊ KHÁNH TÂN
--------------------------------------------------------------------------------------------------------------TÓM TẮT
1.
2.
-
Vấn đề nghiên cứu
Giao tiếp Arduino với Labview và động cơ.
Sơ đồ mạch điện của xe Toyota Yaris 2SZ - FE
Hệ thống điều khiển động cơ.
Phần mềm Arduino.
Phần mềm LabVIEW.
Lý thuyết và ứng dụng lập trình trong điều khiển bàn đạp ga điện tử
Các hướng tiếp cận
Thông qua sự phát triển của công nghệ điều khiển qua máy tính và ứng dụng công
nghệ đó trong học tập và nghiên cứu trong Trường Đại Học Sư Phạm Kỹ Thuật
-
Thành Phố Hồ Chí Minh.
Dựa vào tài liệu tham khảo của khóa trước cùng với sư hỗ trợ, hướng dẫn cụ thể và
cung cấp tài liệu của thầy Lê Khánh Tân.
3. Cách giải quyết vấn đề
- Nắm rõ nguyên lý hoạt động cảm biến và cách đọc hiểu sơ đồ mạch điện động cơ.
- Lập trình thu thập tín hiệu các cảm biến thông qua board Arduino, giao tiếp Arduino
với Labview để điều khiển động cơ trên máy tính, thiết kế mạch điện để giảm dòng
-
điện.
Nghiên cứu lý thuyết về phương pháp điều xung PWM
Lập trình LabVIEW nhận dữ liệu từ Arduino truyền lên, sử dụng ngôn ngữ lập trình
-
để điều khiển bàn đạp ga điện tử từ màn hình máy tính.
Sử dụng 2 microchip MCP4921 để giả tín hiệu xung đưa vào bàn đạp ga điện tử.
Tham khảo tài liệu có sẵn trên Internet, ý kiến bạn bè, sinh viên khóa trước và đặc
biệt là thầy hướng dẫn Lê Khánh Tân.
4. Một số kết quả đạt được
- Thiết kế được thiết bị thu thập tín hiệu cảm biến trên động cơ, thiết kế được board
-
điều khiển tốc độ động cơ thông qua điều khiển bàn đạp ga.
Dữ liệu được truyền từ chương trình Arduino đến LabVIEW xử lý và được truyền
ngược lại từ LabVIEW tới động cơ để điều khiển.
GVHD: LÊ KHÁNH TÂN
---------------------------------------------------------------------------------------------------------------
MỤC LỤC
TÓM TẮT............................................................................................................................ iii
MỤC LỤC.............................................................................................................................v
DANH MỤC CÁC KÝ HIỆU VÀ CHỮ VIẾT TẮT.........................................................ix
DANH MỤC CÁC HÌNH.....................................................................................................x
DANH MỤC CÁC BẢNG..................................................................................................xii
CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN...............................................................................................13
1.1. Lý do chọn đề tài......................................................................................................13
1.2. Giới hạn đề tài..........................................................................................................13
1.3. Mục tiêu và nhiệm vụ đề tài.....................................................................................13
1.4. Phương pháp thực hiện............................................................................................14
1.5. Kế hoạch nghiên cứu................................................................................................14
CHƯƠNG 2: CƠ SỞ LÝ THUYẾT...................................................................................16
2.1. Lý thuyết cảm biến...................................................................................................16
2.1.1. Cảm biến vị trí bướm ga (Throttle position sensor).......................................16
2.1.2. Cảm biến nhiệt độ.............................................................................................17
2.1.3. Cảm biến vị trí bàn đạp ga...............................................................................22
2.2. Điều khiển động cơ...................................................................................................26
2.2.1. Điều khiển đánh lửa..........................................................................................26
2.2.2. Điều khiển phun nhiên liệu...............................................................................30
2.3. Ứng dụng vi điều khiển trong điều khiển động cơ.................................................33
2.3.1. Phương pháp điều xung PWM.........................................................................33
2.3.2. IC MCP 4921.....................................................................................................37
GVHD: LÊ KHÁNH TÂN
--------------------------------------------------------------------------------------------------------------CHƯƠNG 3: THIẾT KẾ, LẬP TRÌNH THIẾT BỊ THU THẬP VÀ TRUYỀN DỮ
LIỆU....................................................................................................................................... 4
3.1. Thiết kế phần cứng.....................................................................................................4
3.2. Thiết kế phần mềm.....................................................................................................6
3.2.1. Chương trình Arduino........................................................................................6
3.2.2. Chương trình trên LabVIEW............................................................................7
3.3. Cài đặt Router và NAT PORT.................................................................................11
CHƯƠNG 4: THỰC NGHIỆM VÀ ĐÁNH GIÁ KẾT QUẢ...........................................17
4.1. Quy trình thực nghiệm.............................................................................................17
4.2. Kết quả thức nghiệm thu được khi nổ máy xe.......................................................17
CHƯƠNG 5: KẾT LUẬN VÀ ĐỀ NGHỊ..........................................................................23
5.1. Kết quả đạt được......................................................................................................23
5.2. Kết luận..................................................................................................................... 23
5.3. Hướng phát triển của đề tài.....................................................................................23
DANH MỤC TÀI LIỆU THAM KHẢO...........................................................................25
PHỤ LỤC A: GIỚI THIỆU VỀ ARDUINO......................................................................26
1. Arduino là gì?..............................................................................................................26
2. Tại sao chọn Arduino?................................................................................................27
3. Tổng quan về Arduino Uno R3...................................................................................27
3.1. Phần cứng của Arduino Uno R3..........................................................................27
3.2. Phần mềm Arduino IDE......................................................................................30
4. Lập trình trên Arduino IDE.......................................................................................32
4.1. Ngôn ngữ lập trình trên Arduino........................................................................32
GVHD: LÊ KHÁNH TÂN
--------------------------------------------------------------------------------------------------------------4.2. Chương trình code................................................................................................35
4.3. Giải thích chương trình code...............................................................................39
PHỤ LỤC B: GIỚI THIỆU LabVIEW.............................................................................44
1. LabVIEW là gì ?..........................................................................................................44
2. Các ứng dụng của LabVIEW.....................................................................................45
3. Những khái niệm cơ bản của LabVIEW...................................................................45
3.1. VI -Thiết bị ảo.......................................................................................................45
3.2 Front Panel và Block Diagram.............................................................................45
3.3. Các kỹ thuật lập trình trên LabVIEW...............................................................47
4. Functions Palette (Bảng các hàm chức năng)............................................................51
4.1. Programming (Các khối hàm cơ bản).................................................................51
4.2. Instrument I/O (Công cụ giao tiếp).....................................................................56
4.3. Data communication (Giao tiếp dữ liệu).............................................................59
5. Chương trình thu thập xử lý tín hiệu các cảm biến và đồ thị mô phỏng.................61
5.1. Chương trình SERVER.......................................................................................61
5.2. Chương trình CLIENT........................................................................................65
PHỤ LỤC C: GIỚI THIỆU CÔNG NGHỆ IoT...............................................................67
1. Mạng không dây..........................................................................................................67
1.1. NFC....................................................................................................................... 67
1.2. Bluetooth...............................................................................................................67
1.3. RF.......................................................................................................................... 67
1.4. Wireless.................................................................................................................67
2. CÔNG NGHỆ IoT.......................................................................................................68
GVHD: LÊ KHÁNH TÂN
--------------------------------------------------------------------------------------------------------------2.1. Internet of Things là gì?.......................................................................................68
2.2. Khả năng định danh độc nhất.............................................................................69
2.3. Xu hướng và tính chất của Internet of Things...................................................69
2.4. Các hệ thống phụ trong IoT.................................................................................70
2.5. Ứng dụng của IoT.................................................................................................70
2.7. IoT trong công nghệ nhà thông minh..................................................................74
2.8. Ứng dụng IoT cho camera giám sát....................................................................76
2.9. Kết luận................................................................................................................. 77
GVHD: LÊ KHÁNH TÂN
---------------------------------------------------------------------------------------------------------------
DANH MỤC CÁC KÝ HIỆU VÀ CHỮ VIẾT TẮT
Ký hiệu
RS232
Serial
LabVIEW
MAF
VG
VPA, VPA2
VTA, VTA2
THW
THA
#10, #20
E1
IGT
RPM
Arduino IDE
IC Atmega328
ECU
USB
MCP4921
Chú thích
Chuẩn giao tiếp RS232 để nối ghép các thiết bị
ngoại vi với máy tính
Công cụ giao tiếp giữa thiết bị và máy tính
Phần mềm máy tính (Laboratory Virtual
Instrument Engineering Workbench)
Cảm biến dây nhiệt đo lưu lượng không khí nạp
Tín hiệu lưu lượng không khí
Tín hiệu kép bàn đạp ga điện tử
Tín hiệu vị trí bướm ga
Tín hiệu nhiệt độ nước làm mát
Tín hiệu nhiệt độ không khí nạp
Tín hiệu phun nhiên liệu
Tín hiệu chân mass
Tín hiệu điều khiển đánh lửa
Tốc độ động cơ (Round Per Minute)
Phần mềm lập trình cho Arduino
Vi xử lý trên Arduino
Hộp điều khiển (Electronic Control Unit)
Chuẩn kết nối tuần tự đa dụng trong máy tính
(Universal Serial Bus)
MICROCHIP giả xung tín hiệu
Đơn vị
Volt
%
Vòng/phút
GVHD: LÊ KHÁNH TÂN
--------------------------------------------------------------------------------------------------------------DANH MỤC CÁC HÌ
Hình 2.1: Cấu tạo và mạch điện cảm biến..............................................................................4
Hình 2.2: Cảm biến vị trí bướm ga.........................................................................................5
Hình 2.3: Đường đặc tuyến cảm biến vị trí bướm ga.............................................................5
Hình 2.4: Cảm biến nhiệt độ động cơ.....................................................................................6
Hình 2.5: Mạch điện cảm biến nhiệt độ nước làm mát...........................................................7
Hình 2.6: Đường đặc tính cảm biến nhiệt độ..........................................................................8
Hình 2.7: Cảm biến nhiệt độ..................................................................................................8
Hình 2.8: Mạch điện cảm biến khí nạp...................................................................................9
Hình 2.9: Đường đặc tính cảm biến nhiệt độ không khí nạp..................................................9
Hình 2.10: Cảm biến áp suất tuyệt đối trên đường ống nạp (MAP).....................................10
Hình 2.11: Cấu tạo và sơ sồ mạch điện cảm biến MAP........................................................10
Hình 2.12: Mạch điện cầu Wheatston bên trong cảm biến MAP..........................................11
Hình 2.13: Đồ thị đường đặc tính cảm biến MAP................................................................12
Hình 2.14: Mạch điện cảm biến mức nhiên liệu...................................................................12
Hình 2.15: Đồ thị đường đặc tính cảm biến mức nhiên liệu.................................................13
Hình 2.16: Đồ thị đường đặc tính góc đánh lửa sớm............................................................14
Hình 2.17: Sơ đồ khối điều khiển đánh lửa của ECU...........................................................15
Hình 2.18: Sơ đồ điều khiển góc đánh lửa sớm của hệ thống đánh lửa trực tiếp xe Toyota. 17
Hình 2.19: Bản đồ góc ngậm điện........................................................................................17
Hình 2.20: ECU điều khiển phun nhiên liệu.........................................................................20
Hình 2.21: Mô hình mạng riêng ảo VPN..............................................................................21
Hình 2.22: Quy trình thực hiện thu thập và truyền dữ liệu...................................................23
Y
Hình 3.1: Hình vẽ mô phỏng mạch điện thu thập dữ liệu.....................................................28
Hình 3.2: Thiết kế bộ thu thập dữ liệu..................................................................................28
Hình 3.3: Cáp kết nối Arduino và máy tính..........................................................................29
Hình 3.4: Giao tiếp giữa máy tính và Arduino.....................................................................29
GVHD: LÊ KHÁNH TÂN
--------------------------------------------------------------------------------------------------------------Hình 3.5: Sơ đồ khối đọc tín hiệu từ các chân tín hiệu.........................................................29
Hình 3.6: Sơ đồ khối đọc tín hiệu xung IGT........................................................................30
Hình 3.7: Sơ đồ khối Gửi tín hiệu đọc được từ Arduino lên máy tính..................................30
Hình 3.8: Sơ đồ khối giao tiếp giữa Arduino và LabVIEW..................................................31
Hình 3.9: Mô hình khối giao tiếp VISA của LabVIEW........................................................32
Hình 3.10: Mô hình khối tách tín hiệu trong LabVIEW.......................................................32
Hình 3.11: Sơ đồ khối thiết lập chương trình SERVER........................................................33
Hình 3.12: Mô hình khối chương trình SERVER trong LabVIEW......................................33
Hình 3.13: Sơ đồ khối thiết lập chương trình CLIENT........................................................33
Hình 3.14: Mô hình khối chương trình SERVER trong LabVIEW......................................34
Hình 4.1: Giao diện chương trình SERVER lúc không tải (VTA 0 %).................................41
Hình 4.2: Giao diện chương trình CLIENT lúc không tải (VTA 0 %)..................................41
Hình 4.3: Bảng đồ thị kết quả chương trình SERVER lúc không tải (VTA 0 %)..................42
Hình 4.4: Bảng đồ thị kết quả chương trình CLIENT lúc không tải (VTA 0 %)..................42
Hình 4.5: Giao diện chương trình SERVER lúc có tải (VTA 31 %).....................................43
Hình 4.6: Giao diện chương trình CLIENT lúc không tải (VTA 31%).................................43
Hình 4.7: Bảng đồ thị kết quả chương trình SERVER lúc không tải (VTA 31 %)................44
Hình 4.8: Bảng đồ thị kết quả chương trình CLIENT lúc không tải (VTA 31 %)................44
GVHD: LÊ KHÁNH TÂN
---------------------------------------------------------------------------------------------------------------
DANH MỤC CÁC BẢNG
Bảng 2.1: Giá trị đặc tính cảm biến nhiệt độ nước làm mát....................................................7
Bảng 2.2: Giá trị đặc tính cảm biến nhiệt độ không khí nạp...................................................9
Bảng 2.3: So sánh với ứng dụng IoT trên nhà thông minh:..................................................24
GVHD: LÊ KHÁNH TÂN
--------------------------------------------------------------------------------------------------------------CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN
1.1. Lý do chọn đề tài
Với sự phát triển của công nghệ ô tô với tốc độ chóng mặt, cùng với xu hướng hội nhập
hiện nay thì nên công nghiệp ô tô Việt Nam đăng trên con đường phát triển mạnh mẽ.
Các nước phát triển đang chạy đua với cuộc cạch mạng công nghiệp 4.0 và công nghệ
điều khiển thông qua máy tính là một phần không thể thiếu, đặc biệt là điều khiển tự động vẫn
đang rất phổ biến trong lĩnh vực kỹ thuật ngày nay. Các xe hơi được điều khiển, truyền và
nhận thông tin một cách chính xác, vì vậy xe hơi sẽ ngày càng thông minh và có thể xử lý tình
huống phức tạp trong khi hoạt động. Để làm được điều đó thì việc thu thập dữ liệu từ xe là rất
quan trọng, sau đó ECU sẽ nhận tín hiệu điều khiển từ máy tính và thực thi mệnh lệnh của
người điều khiển và mục đích cuối cùng là giúp động cơ hoạt động ổn định theo mong muốn
của chúng ta.
Lĩnh vực điều khiển ô tô thông qua máy tính ngày càng phát triển mạnh, việc điều khiển
để xe hoạt động theo ý muốn giúp con người giảm bớt được thao tác khi vận hành, đồng thời
việc xử lí các sự cố xảy ra cũng chính xác và nhanh hơn. Do đó nhóm chúng em đã chọn
nghiên cứu đề tài “ Ứng dụng LabVIEW trong thu thập và điều khiển động cơ trên xe
TOYOTA YARIS 2SZ - FE”. Nhóm hy vọng rằng đề tài này sẽ là đòn bẩy để giúp nhóm
chúng em nghiên cứu sâu về điều khiển tự động các hệ thống trên xe, đặc biệt là trên các dòng
xe thông minh hiện nay.
1.2. Giới hạn đề tài
-
Nghiên cứu, thiết kế và chế tạo mô hình thu thập tín hiệu, điều khiển động cơ trên xe
-
Toyota Yaris 2SZ-FE
Xử lý tín hiệu thu được thông qua ứng dụng của Arduino và sau đó gửi tín hiệu lên máy
-
tính thông qua phần mềm Labview.
Sử dụng 2 microchip MCP 4921 để giả hai tín hiệu bàn đạp ga điện tử, từ đó điều khiển
được tốc độ động cơ trên máy tính thông qua giao diện LabVIEW.
GVHD: LÊ KHÁNH TÂN
--------------------------------------------------------------------------------------------------------------1.3. Mục tiêu và nhiệm vụ đề tài
Mục tiêu:
-
Thu thập được tín hiệu từ cảm biến, hiển thị chúng lên đồ thị trên phần mềm Labview.
Lập trình điều khiển bàn đạp ga trên máy tính gần chính xác nhất với việc điều khiển bàn
đạp ga thật.
Nhiệm vụ:
-
Tìm hiểu sử dụng được các ứng dụng cơ bản nhất của hai phần mềm Arduino và
-
LabVIEW.
Ôn lại kiến thức chuyên ngành về điều khiển động cơ và các cảm biến có trên xe
-
TOYOTA Yaris 2SZ – FE.
Lập trình chương trình thu thập tín hiệu các cảm biến, và chương trình giả tín hiệu kép tới
-
bàn đạp ga bằng Arduino.
Thiết kế giao diện LabVIEW để theo dõi, điều khiển động cơ.
Thiết kế phần cứng để đảm bảo an toàn việc kết nối board Arduino và các tín hiệu từ cảm
-
biến và xung cần thu thập, điều khiển.
Bàn đạp ga thật và bàn đạp ga trên máy tính hoạt động cùng nhau, tín hiệu nào truyền đi
lớn hơn thì động cơ sẽ hoạt động theo tín hiệu đó, không bị xung đột tín hiệu.
1.4. Phương pháp thực hiện
-
Bắt đầu nghiên cứu từ những ứng dụng cơ bản nhất của hai phần mềm Arduino và
LabVIEW rồi sau đó dần đi vào mục đích nghiên cứu chính của đề tài là điều khiển bàn
-
đạp ga điện tử.
Tham khảo nhiều nguồn tài liệu từ trên mạng và sách giáo trình liên quan đến đề tài về các
phần mềm, giao tiếp SPI và các giao tiếp khác. Đặt biệt được sự hướng dẫn chu đáo từ
thầy hướng dẫn và việc trao đổi kiến thức cùng các nhóm khác và các bạn khóa trước. Từ
đó nhóm đã có đủ cơ sở kiến thức để thực hiện đề tài này.
1.5. Kế hoạch nghiên cứu
GVHD: LÊ KHÁNH TÂN
--------------------------------------------------------------------------------------------------------------Với sự định hướng của giáo viên hướng dẫn, nhóm đã thực hiện đề tài theo các giai đoạn sau:
Giai đoạn 1: Nghiên cứu các tài liệu phần mềm liên quan đến đề tài
-
Lập trình về Arduino làm các ứng dụng cơ bản có liên quan đến đề tài.
Lập trình về LabVIEW thực hiện hiển thị kết quả đơn giản.
Nắm cơ bản các hệ thống liên quan trên mạch điện xe Toyota Yaris 2SZ-FE.
Ôn lại kiến thức về hệ thống điều khiển động cơ và các cảm biến.
Giai đoạn 2: Thiết kế phần cứng, phần mềm cho đề tài nghiên cứu và nghiên cứu điều
khiển bàn đạp ga điện tử.
-
Thiết kế phần cứng là bộ thu tín hiệu và giả tín hiệu kép điều khiển bàn đạp ga điện tử.
Thiết kế phần mềm là hoàn thành chương trình trên phần mềm Arduino và LabVIEW để
-
thu thập dữ liệu ổn định, đồng thời điều khiển bàn đạp ga theo cài đặt cho trước.
Tìm hiểu về điều khiển bàn đạp ga điện tử trên động cơ tránh xung đột xung, nghiên cứu
-
tìm hiểu mạch “OR”.
Giai đoạn 3: Tiến hành thu thập tín hiệu, điều khiển bàn đạp ga và viết thuyết minh.
Nổ máy xe và thực hiện thu thập, truyền dữ liệu đi điều khiển.
Làm video về quá trình thực hiện kết quả đề tài thực nghiệm.
Viết thuyết minh bằng Word.
Viết báo cáo bằng Powerpoint để thuyết trình.
Hoàn tất đề tài.
GVHD: LÊ KHÁNH TÂN
--------------------------------------------------------------------------------------------------------------CHƯƠNG 2: CƠ SỞ LÝ THUYẾT
2.1. Lý thuyết cảm biến
2.1.1. Cảm biến vị trí bướm ga (Throttle position sensor)
Góc mở bướm ga thành tín hiệu điện áp gửi đến ECU. Đa số cảm biến bướm ga là loại
tuyến tính (dạng biến trở) 3 dây. Tuy nhiên trên một số xe có 4 dây do bố trí thêm công tắc vị
trí không tải (idle). Cảm biến bướm ga có các chức năng sau:
-
Điều chỉnh tỉ lệ hỗn hợp theo tải của động cơ: Ở tốc độ cầm chừng đòi hỏi hỗn hợp hơi
giàu, khi tải lớn phải làm giàu hỗn hợp để công suất động cơ phát ra tối đa và khi động cơ
-
hoạt động ở tải trung bình phải đảm bảo động cơ chạy tiết kiệm.
Cắt nhiên liệu khi giảm tốc: Khi giảm tốc ECU sẽ căn cứ vào cảm biến số vòng quay động
cơ và cảm biến vị trí bướm ga để cắt nhiên liệu, nhằm tiết kiệm nhiên liệu và giảm ô
nhiễm môi trường. Tốc độ cắt nhiên liệu phụ thuộc nhiệt độ nước làm mát, khi nhiệt độ
-
động cơ càng thấp thì tốc độ cắt nhiên liệu càng cao.
Làm giàu hỗn hợp khi tăng tốc: Khi ấn ga đột ngột từ vị trí cầm chừng, ECU sẽ tăng lượng
nhiên liệu cung cấp để làm giàu hỗn hợp giúp cho động cơ tăng tốc nhanh chóng.
Mạch điện và cảm biến vị trí bướm ga
Hình 2.1: Cấu tạo và mạch điện cảm biến
Cảm biến xác định vị trí mở của cánh bướm ga một cách liên tục theo quy luật một đường
thẳng, giúp cho việc nhận biết góc mở của bướm ga được chính xác hơn.
GVHD: LÊ KHÁNH TÂN
--------------------------------------------------------------------------------------------------------------Cảm biến bao gồm một điện trở, nguồn điện áp 5V từ ECU cung cấp vào hai đầu của điện
trở, con trượt di chuyển trên điện trở theo góc mở của cánh bướm ga. Tín hiệu điện áp VTA từ
con trượt gởi về ECU để xác định độ mở của cánh bướm ga.
Ảnh cảm biến rời và trên xe.
Hình 2.2: Cảm biến vị trí bướm ga
Hình 2.3: Đường đặc tuyến cảm biến vị trí bướm ga
GVHD: LÊ KHÁNH TÂN
--------------------------------------------------------------------------------------------------------------2.1.2. Cảm biến nhiệt độ
Trên các hệ thống điều khiển động cơ và ô tô ngày nay người ta sử dụng khá nhiều cảm
biến đo nhiệt độ: nhiệt độ động cơ (nhiệt độ nước làm mát – ECT Engine Coolant
Temperature), nhiệt độ dầu (EOT - Engine Oil Temperature), nhiệt độ nắp máy (CHT Cylinder Head Temperature, nhiệt độ khí nạp (IAT - Intake Air Temperature hay MAT –
Manifold Air Temperature).
Trong phần đồ án này chỉ lấy tín hiệu cảm biến nhiệt độ khí nạp và nhiệt độ động cơ , các
cảm biến đo nhiệt độ này có cấu tạo và mạch điện giống nhau, thường là một điện trở nhiệt
(thermistor) mắc trong mạch cầu phân áp.
Nguyên lý hoạt động của cảm biến nhiệt độ này là dựa vào sự thay đổi giá trị điện trở, dựa
trên sự thay đổi nhiệt độ nên dẫn đến sự thay đổi điện áp ở cầu phân áp. Chi tiết quan trọng đó
là điện trở nhiệt là một phần tử cảm nhận sự thay đổi điện trở theo nhiệt độ. Nó được làm
bằng vật liệu bán dẫn nên có hệ số nhiệt điện trở âm (NCT – Negative Temperature
Coefficient). Khi nhiệt độ tăng thì điện trở giảm và ngược lại. Các loại cảm biến nhiệt độ hoạt
động cùng nguyên lý nhưng mức hoạt động và sự thay đổi điện trở theo nhiệt độ có khác
nhau. Sự thay đổi giá trị điện trở sẽ làm thay đổi giá trị điện áp được gửi đến ECU trên nền
tảng cầu phân áp.
Cảm biến nhiệt độ động cơ (nhiệt độ nước làm mát):
GVHD: LÊ KHÁNH TÂN
--------------------------------------------------------------------------------------------------------------Hình 2.4: Cảm biến nhiệt độ động cơ
Cảm biếm này rất quan trọng vì tín hiệu của nó được ECU dùng để điều khiển lượng xăng
phun, góc đánh lửa sớm, tốc độ không tải, và cả quạt làm mát két nước.
Điện áp 5V qua điện trở chuẩn (điện trở này có giá trị không đổi theo nhiệt độ) tới cảm
biến rồi trở ECU về mass (-). Như vậy điện trở chuẩn và nhiệt điện trở trong cảm biến tạo
thành một cầu phân áp. Điện áp giữa cầu được đưa đến bộ chuyển đổi tương tự - số (bộ
chuyển đổi ADC – analog to digital converter).
Khi nhiệt độ động cơ thấp, giá trị điện trở cảm biến cao và điện áp gửi đến bộ biến đổi
ADC lớn. Tín hiệu điện áp được chuyển đổi thành một dãy xung vuông và được giải mã nhờ
bộ vi xử lý để thông báo cho ECU biết động cơ đang lạnh. Khi động cơ nóng, giá trị điện trở
cảm biến giảm kéo theo điện áp đặt giảm, báo cho ECU biết là động cơ đang nóng.
ECU dùng nhiệt độ chuẩn là C. Khi nhiệt độ nước làm mát bé hơn C, ECU sẽ điều khiển
tăng lượng phun.
Khi nhiệt độ nước làm mát thay đổi, điện áp tại cực THW thay đổi theo và ECU dùng tín
hiệu này để hiệu chỉnh lượng phun nhiên liệu.
Mạch điện
Hình 2.5: Mạch điện cảm biến nhiệt độ nước làm mát
Lượng nhiên liệu phun thay đổi theo nhiệt độ nước làm mát là rất lớn. Khi cảm biến bị hở
mạch thì điện áp tại cực THW sẽ rất cao, lượng nhiên liệu phun sẽ tăng mạnh làm động cơ bị
GVHD: LÊ KHÁNH TÂN
--------------------------------------------------------------------------------------------------------------ngộp xăng không thể hoạt động được. Khi cảm biến bị ngắn mạch, điện áp tại cực THW là bé
nhất làm cho động cơ hoạt động không ổn định, nhất là khi nhiệt độ động cơ dưới C.
Bảng 2.1: Giá trị đặc tính cảm biến nhiệt độ nước làm mát
Hình 2.6: Đường đặc tính cảm biến nhiệt độ
Cảm biến nhiệt độ không khí nạp, THA hoặc TA, MAT:
GVHD: LÊ KHÁNH TÂN
---------------------------------------------------------------------------------------------------------------
Hình 2.7: Cảm biến nhiệt độ khí nạp
Cảm biến dùng để xác định nhiệt độ không khí nạp vào động cơ. Mật độ của không khí
thay đổi theo nhiệt độ, điều này có nghĩa là khối lượng không khí nạp vào động cơ phụ thuộc
vào nhiệt độ của lượng không khí nạp.
Cảm biến được bố trí ở phía trước họng bướm ga, phần chính cảm biến là một điện trở có
trị số nhiệt điện trở âm. ECU dụng nhiệt độ cơ bản là C để giảm lượng nhiên liệu phun khi
nhiệt độ không khí nạp tăng cao và sẽ gia tăng lượng nhiên liệu khi nhiệt độ không khí bé hơn
C.
Mạch điện
Hình 2.8: Mạch điện cảm biến khí nạp
GVHD: LÊ KHÁNH TÂN
--------------------------------------------------------------------------------------------------------------Tương tự như cảm biến nhiệt độ động cơ, cảm biến nhiệt độ không khí cũng lấy tín hiệu
từ cầu phân áp giữ điện trở chuẩn trong ECU và nhiệt điện trở trên cảm biến.
Bảng 2.2: Giá trị đặc tính cảm biến nhiệt độ không khí nạp
Hình 2.9: Đường đặc tính cảm biến nhiệt độ không khí nạp
GVHD: LÊ KHÁNH TÂN
--------------------------------------------------------------------------------------------------------------2.1.3. Cảm biến vị trí bàn đạp ga
Hình dạng và vị trí
Hình 2.10: Cảm biến vị trí bàn đạp ga
Hình 2.11: Vị trí cảm biến vị trí bàn đạp ga
Mô tả cảm biến:
Cảm biến vị trí bàn đạp ga biến đổi mức đạp xuống của bàn đạp ga (góc) thành một tín hiệu
điện được chuyển đến ECU động cơ.
Ngoài ra để đảm bảo độ tin cậy, cảm biến này truyền các tín hiệu từ hai hệ thống có các đặc
điểm đầu ra khác nhau. Có hai loại cảm biến vị trí bàn đạp ga, loại tuyến tính và loại phần tử
Hall.
GVHD: LÊ KHÁNH TÂN
--------------------------------------------------------------------------------------------------------------Cảm biến bàn đạp động cơ nghiên cứu là loại tuyến tính. Cấu tạo và hoạt động của cảm biến
này cơ bản giống như cảm biến vị trí bướm ga loại tuyền tính.
Trong các tín hiệu từ hai hệ thống này, một là tín hiệu VPA truyền điện áp theo đường thẳng
trong toàn bộ phạm vi bàn đạp ga. Tín hiệu khác là tín hiệu VPA2, truyền điện áp bù từ tín
hiệu VPA.
Hình 2.12: Sơ đồ mạch điện cảm biến vị trí bàn đạp ga
Sử dụng loại cảm biến chiết áp (thay đổi giá trị điện trở). Chiết áp là loại biến trở dùng để ghi
nhận vị trí và hướng chuyển động của một cơ phận để báo cho máy tính. Tất cả các triết áp
điều có 3 đầu dây nối. Đầu thứ 3 là tín hiệu nó lướt tự do trên điện trở, khi dây tín hiệu lướt tự
do trên điện trở thì điện áp sẽ thay đổi.
Cảm biến vị trí bàn đạp ga và van định lượng luôn là loại chiết áp. Tại mọi thời điểm máy
tính đều cần biết vị trí và hướng chuyển động của chân ga và van định lượng được liên kết cơ
khí với dây tín hiệu. Một đầu dây kia cung cấp điện áp ổn định 5volts từ ECU. Khi trục bàn
đạp hay trục dẫn động van định lượng xoay thì điện áp dây tín hiệu sẽ thay đổi báo cho ECU
biết đang tăng tốc hay thay đổi.
GVHD: LÊ KHÁNH TÂN
---------------------------------------------------------------------------------------------------------------
Hình 2.13: Đường đặc tính của cảm biến bàn đạp ga
Hình 2.14: Sơ đồ thứ tự giắc điện cảm biến vị trí bàn đạp ga
Hình bàn đạp
Hình 2.14
Ký hiệu các chân của cảm biến vị trí bàn đạp ga:
1: VPA2
(xanh dương)
2: VPA
(đỏ)
GVHD: LÊ KHÁNH TÂN
--------------------------------------------------------------------------------------------------------------3: VCP2
(trắng)
4: EP2
(nâu)
5: EPA
(xanh lá)
6: VCPA
(đen)
Thông số kiểm tra:
Bảng 3.1: Thông số kiểm tra cảm biến vị trí bàn đạp ga
Giá trị hiển thị
Giá trị hiển thị
VPA (Volt)
VPA2 (Volt)
Chế độ cầm chừng
0.79
1.58
Bàn đạp ga ở vị trí đạp hết ga
3.53
4.35
Điều kiện làm việc
2.1.4 Cảm biến khối lượng khí nạp
Hiện nay hầu hết các xe đều sử dụng cảm biến lưu lượng khí nạp kiểu dây nóng vì nó đo
chính xác hơn, trọng lượng nhẹ hơn và độ bền cao hơn.
Cấu tạo
-
Cấu tạo của cảm biến rất đơn giản.
