(Đồ án tốt nghiệp) thiết kế bộ điều khiển mờ chẩn đoán hệ thống truyền động thủy lực trên xe lu hamm

ĐẠI HỌC ĐÀ NẴNG
TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA
KHOA CƠ KHÍ GIAO THƠNG

THIẾT KẾ BỘ ĐIỀU KHIỂN MỜ CHẨN ĐỐN HỆ
THỐNG TRUYỀN ĐỘNG THỦY LỰC
TRÊN XE LU HAMM

Sinh viên thực hiện: TRẦN TẤN THỊNH

Đà Nẵng – Năm 2019


TÓM TẮT
Tên đề tài: “THIẾT KẾ BỘ ĐIỀU KHIỂN MỜ CHẨN ĐOÁN HƯ HỎNG
TRÊN XE LU HAMM”
Sinh viên thực hiện: Phạm Minh Nhãn, Trần Tấn Thịnh
Thẻ sinh viên: 103140101, 103140118. Lớp 14C4B
Lý thuyết chẩn đoán mờ được ứng dụng rất phổ biến trong các kỹ thuật chẩn
đốn nói chung. Đề tài này xây dựng bộ điều khiển nhằm tăng tính hiệu quả của kỹ
thuật chẩn đoán hư hỏng của xe lu Hamm nói riêng và máy cơng trình nói chung. Trên
cơ sở thuật toán suy luận mờ, đã áp dụng thực hiện cho một số hệ hống cụ thể là hệ
thống nhiên liệu Commonrail và hệ thống truyền động thủy lực trên xe lu Hamm. Sử
dụng kiến thức thực tiễn từ các chuyên gia để vận dụng kết hợp với ứng dụng Fuzzy
Matlab để thiết kế bộ điều khiển mờ với kết quả chẩn đoán được hiển thị trực tiếp trên
màn hình điện thoại. Bằng cách dự báo những bộ phận có khả năng hư hỏng trên xe sẽ
giúp người dùng sẽ thuận tiện biết được những hư hỏng trên xe khi người điều khiển
xe lu Hamm không phải là kỹ thuật viên sửa chữa. Mặt khác, để giảm tính kinh tế cũng
như sự nhẹ nhàng và thuận tiện khi di chuyển thì việc ứng dụng điều khiển mờ để tạo
ra bộ chẩn đoán trên trên xe lu Hamm là vấn đề cấp thiết.

ĐẠI HỌC ĐÀ NẴNG
TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA
KHOA CƠ KHÍ GIAO THƠNG

CỘNG HỊA XÃ HƠI CHỦ NGHĨA VIỆT NAM

Độc lập - Tự do - Hạnh phúc

NHIỆM VỤ ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP
Họ tên sinh viên: Phạm Minh Nhãn
Trần Tấn Thịnh.

Số thẻ sinh viên: 103140101
Số thẻ sinh viên: 103140118

Lớp: 14C4B. Khoa: Cơ khí giao thơng. Ngành: Kỹ thuật cơ khí
1. Tên đề tài đồ án:
“THIẾT KẾ BỘ ĐIỀU KHIỂN MỜ CHẨN ĐOÁN HƯ HỎNG TRÊN XE LU
HAMM”
2. Đề tài thuộc diện: ☐ Có ký kết thỏa thuận sở hữu trí tuệ đối với kết quả thực hiện
3. Các số liệu và dữ liệu ban đầu:
4. Nội dung các phần thuyết minh và tính tốn:

Chương 1. Nghiên cứu tổng quan (Phần chung)
1.1. Xe lu Hamm
1.2. Hệ thống điều khiển nhiên liệu điện tử
1.3. Hệ thống truyền động thủy lực
Chương 2. Cơ sở lý thuyết (Phần chung)
2.1. Kỹ thuật chẩn đốn

2.2.Điều khiển mờ
2.3. Cơng cụ Matlab và ứng dụng Fuzzy logic trong Matlab
Chương 3. Thiết kế bộ điều khiển mờ chẩn đoán hệ thống điều khiển nhiên
liệu điện tử trên xe lu Hamm (Phần riêng)
4.1. Cơ sở thiết kế
4.2. Thiết kế bộ điều khiển mờ
4.3. Kết quả và bàn luận
Chương 4. Thiết kế bộ điều khiển mờ chẩn đoán hệ thống truyền động thủy
lực trên xe lu Hamm (Phần riêng)
5.1. Cơ sở thiết kế
5.2. Thiết kế bộ điều khiển mờ
5.3. Kết quả và bàn luận
5. Các bản vẽ, đồ thị :

1/ Sơ đồ hệ thống (3 bản A3).
2/ Bản vẽ các bộ phận hệ thống (7 bản A3)
4/ Phương pháp giải mờ bằng Matlab (4 bản A3)


5/ Hiển thị kết quả (4 bản A3)
6. Họ tên người hướng dẫn: TS. Phạm Quốc Thái
7. Ngày giao nhiệm vụ đồ án:
25/02/2019
8. Ngày hoàn thành đồ án:
09/06/2019
Đà Nẵng, ngày 02 tháng 06 năm 2019
Trưởng Bộ môn

PGS.TS Dương Việt Dũng

Người hướng dẫn

TS. Phạm Quốc Thái


LỜI NÓI ĐẦU
Trong nền kinh tế hội nhập như nước ta hiện nay, sự phát triển mạnh mẽ của xã
hội kéo theo sự đa dạng các phương tiện giao thông cả về số lượng, chủng loại và chất
lượng.
Việc bảo dưỡng sửa chữa ngày càng phức tạp đòi hỏi việc tối ưu hóa trong cơng
tác bảo dưỡng sửa chữa, một trong những cơng việc quan trọng đó là cơng tác chẩn
đốn kỹ thuật.
Trong q trình khai thác sử dụng, tính năng kỹ thuật của các hệ thống, các bộ
phận chi tiết trong động cơ thay đổi dần theo chiều hướng xấu đi. Xác định tình trạng
kỹ thuật của động cơ mà không cần tháo rời là một trong những nhiệm vụ quan trọng
trong cơng tác chẩn đốn.
Việc chẩn đốn tình trạng kỹ thuật của hệ thống, tổng thành của động cơ là một
công việc hết sức quan trọng và cần thiết. Với mong muốn tìm hiểu và ứng dụng cơng
nghệ thơng tin trong lĩnh vực chẩn đoán này, đề tài đề cập đến vấn đề ứng dụng lý
thuyết mờ vào công tác chẩn đoán.
Trên cơ sở lý thuyết mờ, một số cơng trình nghiên cứu về ứng dụng lý thuyết mờ
trong các chẩn đoán kỹ thuật, với sự hướng dẫn tận tình của thầy giáo: Th.S Phạm
Quốc Thái, em đã hồn thành đề tài tốt nghiệp: “Thiết kế bộ điều khiển mờ (FUZZY
LOGIC) chẩn đoán hư hỏng trên xe lu Hamm”.
Em xin được gửi lời cảm ơn sâu sắc nhất tới thầy giáo TS. Phạm Quốc Thái,
các thầy cô trong khoa Cơ khí Giao thơng đã giúp đỡ chúng em hồn thành đề tài.

Sinh viên thực hiện
Ký tên

Phạm minh Nhãn
Trần Tấn Thịnh


CAM ĐOAN

Đề tài này là cơng trình nghiên cứu của nhóm tơi tơi, được thực hiện dưới sự
hướng dẫn khoa học của TS. Phạm Quốc Thái. Các số liệu, những kết luận nghiên cứu
được trình bày trong luận văn này hồn tồn trung thực. Tơi xin hồn tồn chịu trách
nhiệm về lời cam đoan này.
Đà Nẵng, ngày 02 tháng 06 năm 2019
Sinh viên thực hiện

Phạm minh Nhãn
Trần Tấn Thịnh


DANH SÁCH CÁC BẢNG VÀ HÌNH VẼ

BẢNG 1. 1. Thơng số kỹ thuật xe lu Hamm 3412Lỗi! Thẻ đánh dấu không
được xác định.
BẢNG 2.1. Các dạng hàm phụ thuộc chọn trong chẩn đoán............................8245
Bảng 3.1. Hư hỏng thường gặp trên hệ thống Commonrail ................................. 60
Bảng 3.2. Các thơng số chẩn đốn vào ra ............................................................. 62
Bảng 3.3. Thơng số dùng chẩn đốn..................................................................... 64
Bảng 3.4. Cơ sở tri thức chẩn đoán....................................................................... 65
Bảng 3.5. Ma trận chẩn đoán hệ thống nhiên liệu CommonRail.......................... 69
Bảng 3.6. Bảng luật IF –THEN ............................................................................ 70
Bảng 4.1. Cơ sở phân tích chẩn đốn ................................................................... 79
Bảng 4.2. Thơng số chẩn đoán vào và ra .............................................................. 82

Bảng 4.5. Ma trận chẩn đoán hệ thống truyền động thủy lực............................... 89
Bảng 4.6. Bảng luật IF –THEN ............................................................................ 89
BẢNG 4.1. Cơ sở phân tích chẩn đốn
79
BẢNG 4.2. Thơng số chẩn đốn vào và ra ........................................................... 82
BẢNG 4.3. Các thơng số chản đốn vào và ra trong bộ điều khiển ..................... 84
BẢNG 4.4. Cơ sở tri thức ..................................................................................... 85
BẢNG 4.5. Ma trận chẩn đoán hệ thống truyền động thủy lực ............................ 89
BẢNG 4.6. Bảng Luật IF –THEN ........................................................................ 89
……………………………………………………………………………………
HÌNH 1.1. Cấu tạo xe lu Hamm ............................................................................. 3
HÌNH 1.2. Thơng số cơ bản của xe lu Hamm ........................................................ 3
HÌNH 1.3. Cảm biến bàn đạp ga............................................................................. 6
HÌNH 1.4. Sơ đồ mạch điện cảm biến vị trí bàn đạp ga ......................................... 6
HÌNH 1.5. Cảm biến vị trí trục khuỷu .................................................................... 7
HÌNH 1.6. Sơ đồ mạch và dạng sóng tạo ra của cảm biến trục khuỷu và cam ...... 8
HÌNH 1.7. Cảm biến nhiệt độ nước làm mát .......................................................... 8
HÌNH 1.8. Sơ đồ mạch cảm biến nhiệt độ nước ..................................................... 9
HÌNH 1.9. Vùng hoạt động của cảm biến nhiệt độ nước ....................................... 9
HÌNH 1.10. Cảm biến nhiệt độ khí nạp ............................................................... 10
HÌNH 1.11. Sơ đồ điện cảm biến nhiệt độ............................................................ 10
HÌNH 1.12. Đồ thị quan hệ giữa nhiệt độ và điện trở .......................................... 11
HÌNH 1.13. Cảm biến nhiệt độ nhiên liệu ............................................................ 11
HÌNH 1.14. Sơ đồ mạch điện cảm biến nhiệt độ nhiên liệu ................................. 12


HÌNH 1.15. Sơ đồ cảm biến áp suất đường ống nạp ............................................ 12
HÌNH 1.16. Cảm biến áp suất trên ống Rail ......................................................... 13
HÌNH 1.17. Sơ đồ mạch chuyển đổi A/D ............................................................. 15
HÌNH 1.18. Sơ đồ mạch điện bộ đếm................................................................... 15

HÌNH 1.19. Sơ đồ bộ nhớ trung gian.................................................................... 16
HÌNH 1.20. Sơ đồ mạch bộ khuyếch đại .............................................................. 16
HÌNH 1.21. Bộ ổn áp ............................................................................................ 16
HÌNH 1.22. Giao tiếp ngõ ra ................................................................................ 16
HÌNH 1.23. Cấu tạo bơm cao áp .......................................................................... 17
HÌNH 1.24. Ống phân phối nhiên liệu .................................................................. 18
HÌNH 1.25. Cấu tạo vịi phun ............................................................................... 19
HÌNH 1.26. Hoạt động khi vịi phun đóng ........................................................... 19
HÌNH 1.27. Hoạt động khi vịi phun mở .............................................................. 20
HÌNH 1.28. Sơ đồ mạch thủy lực tổng thể trên xe lu Hamm 3412 ...................... 22
HÌNH 1.29. Sơ đồ truyền công trong hệ thống thủy lực xe lu Hamm .................. 24
HÌNH 1.30. Sơ đồ mạch cụm bơm chính ............................................................. 24
HÌNH 1.31. Mặt cắt ngang của bơm chính ........................................................... 25
HÌNH 1.32. Cụm pít tơng điều khiển hướng ........................................................ 26
HÌNH 1.33. Van an tồn ....................................................................................... 27
HÌNH 1.34. Van giảm áp ...................................................................................... 28
HÌNH 1.35. Van giảm áp suất nạp ........................................................................ 29
HÌNH 1.36. Sơ đồ mạch thủy lực cụm động cơ di chuyển ................................... 29
HÌNH 1.37. Mặt cắt ngang của động cơ thủy lực ................................................. 30
HÌNH 1.38. Van xả ............................................................................................... 31
HÌNH 1.40. Mạch thủy lực bộ lọc dầu ............................................................. 3232
HÌNH 2.1. Sơ đồ hệ thống tự động chẩn đốn ..................................................... 36
HÌNH 2.2. Sơ đồ hệ thống tự động điều khiển có tự chẩn đốn........................... 36
HÌNH 2.3. Mã kiểm tra của động cơ ở chế độ bình thường ................................. 41
HÌNH 2.4. Dạng mã hư hỏng 12 và 31 ................................................................. 41
HÌNH 2.5. Xóa mã lỗi bằng cách tháo cầu chì EFI hoặc cầu chì OP ................... 42
HÌNH 2.6. Biểu diễn luật hợp thành nhiều điều kiện ........................................... 51
HÌNH 2.7. Biểu diễn hàm phụ thuộc hai điều kiện .............................................. 52
HÌNH 2.8. Biểu diễn luật hợp thành nhiều điều kiện ........................................... 52
HÌNH 2.9. Cơ cấu hệ thống chuyên gia mờ ......................................................... 54

HÌNH 2.10. Giao diện Matlab .............................................................................. 55
HÌNH 2.11. Cửa sổ làm việc của Matlab .............................................................. 56


HÌNH 2.12. Cửa sổ soạn thảo fuzzylogic ............................................................. 56
HÌNH 2.13. Cửa sổ nhập số lượng biến vào ra..................................................... 57
HÌNH 2.14. Cửa sổ xây dựng các biến vào ra ...................................................... 57
HÌNH 2.15. Cửa sổ xây dựng các luật điều khiển ................................................ 58
HÌNH 2.16. Cửa sổ hiển thị kết quả ..................................................................... 59
HÌNH 3.1. Không gian mờ đối với biến ngôn ngữ ............................................... 66
HÌNH 3.2. Khơng gian mờ đối với biến ngơn ngữ ............................................... 66
HÌNH 3. 3. Khơng gian mờ đối với biến ngơn ngữ .............................................. 67
HÌNH 3.4. Khơng gian mờ đối với biến ngơn ngữ bơm ...................................... 67
HÌNH 3.5. Khơng gian mờ đối với biến ngơn ngữ ............................................... 67
HÌNH 3.6. Khơng gian mờ đối với biến ngơn ngữ lọc ........................................ 68
HÌNH 3.7. Khơng gian mờ đối với biến ngơn ngữ ............................................... 68
HÌNH 3.8. Luật của bộ điều khiển mờ ................................................................. 71
HÌNH 3.9. Kết quả quan hệ giữa các biến vào và ra ............................................ 72
HÌNH 3.10. Quan hệ truyền đạt thứ nhất của bộ chẩn đốn mờ .......................... 73
HÌNH 3.11. Quan hệ truyền đạt thứ hai của bộ chẩn đốn mờ ............................ 74
HÌNH 3.12. Quan hệ truyền đạt thứ ba của bộ chẩn đốn mờ.............................. 75
HÌNH 3.13. Quan hệ truyền đạt thứ tư của bộ chẩn đốn mờ .............................. 77
HÌNH 3.14. Màn hình hiển thị chẩn đốn ............................................................ 78
HÌNH 4.1. Khơng gian mờ đối với biến ngôn ngữ “ Áp suất làm việc”. ............. 86
HÌNH 4.2. Khơng gian mờ đối với biến ngơn ngữ “ Tiếng ồn tại cụm bơm” ...... 86
HÌNH 4.1. Không gian mờ đối với biến ngôn ngữ “ Nhiệt độ dầu thủy lực” ...... 87
HÌNH 4.2. Khơng gian mờ đối với biến ngôn ngữ “ Tốc độ di chuyển” ............. 87
HÌNH 4.3. Khơng gian mờ đối với biến ngơn ngữ “ Bơm chính di chuyển” ....... 87
HÌNH 4.4. Khơng gian mờ đối với biến ngôn ngữ “ Van đa chức năng” ............ 88
HÌNH 4.5. Khơng gian mờ đối với biến ngơn ngữ “ Lọc thủy lực” ..................... 89

HÌNH 4.6. Luật của bộ điều khiển mờ ................................................................. 91
HÌNH 4.7. Kết quả giải mờ hiển thị quan hệ trường hợp thứ nhất ..................... 92
HÌNH 4.8. Kết quả giải mờ hiển thị quan hệ trường hợp thứ hai ......................... 93
HÌNH 4.9. Kết quả giải mờ hiển thị quan hệ trường hợp thứ ba .......................... 94
HÌNH 4.12 Kết quả giải mờ hiển thị quan hệ trường hợp thứ tư ......................... 95
HÌNH 4.13. Sơ đồ khối ứng dụng hiển thị chẩn đốn .......................................... 96
HÌNH 4.14. Màn hình hiển thị chẩn đốn ............................................................ 97


MỤC LỤC

TÓM TẮT ................................................................................................................i
LỜI NÓI ĐẦU ........................................................................................................ v
CAM ĐOAN ..........................................................................................................vi
DANH SÁCH CÁC BẢNG VÀ HÌNH VẼ ........................................................ vii
MỞ ĐẦU ................................................................................................................ 1
Chương 1: NGHIÊN CỨU TỔNG QUAN ......................................................... 2
1.1.

Xe lu Hamm ............................................................................................ 2

1.1.1.

Giới thiệu chung ...................................................................................... 2

1.1.2.

Kết cấu và các thông số cơ bản................................................................ 3

1.2.

Hệ thống điều khiển nhiên liệu điện tử ................................................ 6

1.2.1.

Tín hiệu ngõ vào ...................................................................................... 6

1.2.2.

Bộ phận chấp hành ................................................................................. 17

1.3.

Hệ thống truyền động thủy lực ........................................................... 20

1.3.1.

Mạch thủy lực trên xe lu Hamm 3412 ................................................... 22

1.3.2.

Các cấu thành của HTTĐTL trên xe lu Hamm 3412 ............................ 24

1.3.2.1. Cụm bơm thủy lực ................................................................................. 24
1.3.2.2. Cụm động cơ thủy lực............................................................................ 29
1.3.2.3. Các chi tiết phụ ...................................................................................... 31
Chương 2. CƠ SỞ LÝ THUYẾT....................................................................... 35
2.1.

Kỹ thuật chẩn đoán ............................................................................. 35

2.1.1.

Giới thiệu chung .................................................................................... 35

2.1.2.

Cơ sở lý thuyết về hệ thống chẩn đốn trên ơtơ .................................... 35

2.1.3.

Các phương pháp chẩn đốn .................................................................. 37

2.2.

Điều khiển mờ ...................................................................................... 43


2.2.1.

Giới thiệu về lý thuyết mờ ..................................................................... 43

2.2.2.

Tập mờ ................................................................................................... 44

2.2.3.

Các phép tính logic với tập mờ .............................................................. 46

2.3.

Cơng cụ Matlab và ứng dụng Fuzzy logic trong Matlab ................. 54

2.3.1.

Giới thiệu về Matlab .............................................................................. 54

2.3.2.

Giới thiệu về ứng dụng fuzzy logic trong matlab .................................. 56

2.3.3.

Nhập số lượng biến vào ra ..................................................................... 57

2.3.4.

Xây dựng các biến vào ra ...................................................................... 57

2.3.5.

Xây dựng các luật điều khiển ................................................................ 58

2.3.6.

Hiển thị kết quả ...................................................................................... 59

CHƯƠNG 3. THIẾT KẾ HỆ THỐNG CHẨN ĐOÁN HỆ THỐNG NHIÊN
LIỆU COMMONRAIL TRÊN XE LU HAMM BẮNG CÔNG CỤ ĐIỀU

KHIỂN MỜ ......................................................................................................... 60
3.1.

Các hư hỏng thường gặp của hệ thống nhiên liệu CommonRail .... 60

3.2.

Lựa chọn các thông số chẩn đoán vào và ra ...................................... 61

3.3.

Xây dựng hệ thống chuẩn đoán .......................................................... 64

3.3.1.

Cơ sở tri thức ......................................................................................... 64

3.3.2.

Bảng luật phù hợp .................................................................................. 68

3.3.3.

Giải mờ .................................................................................................. 71

3.4.

Đánh giá kết quả .................................................................................. 72

3.4.1.

Trường hợp thứ nhất .............................................................................. 72

3.4.2.

Trường hợp thứ hai ................................................................................ 73

3.4.3.

Trường hợp thứ ba ................................................................................. 74

3.4.4.

Trường hợp thứ tư .................................................................................. 76

3.5.

Hiển thị kết quả .................................................................................... 77

Chương 4. THIẾT KẾ BỘ ĐIỀU KHIỂN MỜ CHẨN ĐOÁN HỆ THỐNG
TRUYỀN ĐỘNG THỦY LỰC TRÊN XE LU HAMM .................................. 79
4.1.

Cơ sở thiết kế bộ chẩn đoán ................................................................ 79

4.2.
lực

Thiết kế bộ điều khiển mờ chẩn đoán hệ thống truyền động thủy
............................................................................................................... 82

4.2.1.

Lựa chọn các thơng số chẩn đốn vào và ra .......................................... 82

4.2.2.

Định nghĩa thập mờ con và lựa chọn thông số hàm phụ thuộc ............. 84

4.2.3.

Phân khoảng mờ cho các biến chẩn đoán đầu ra ................................... 86

4.2.3.1. Sự phân khoảng mờ đối với biến vào là áp suất làm việc. .................... 86
4.2.3.2. Sự phân khoảng mờ đối với biến vào tiếng ồn tại cụm bơm ................. 86
4.2.3.3. Sự phân khoảng mờ đối với biến vào nhiệt độ dầu thủy lực ................. 87
4.2.3.4. Sự phân khoảng mờ đối với biến vào tốc độ di chuyển ........................ 87
4.2.3.5. Sự phân khoảng mờ đối với biến ra bơm chính di chuyển .................... 87
4.2.3.6. Sự phân khoảng mờ đối với biến ra van đa chức năng .......................... 88
4.2.3.7. Sự phân khoảng mờ đối với biến ra lọc thủy lực ................................... 88
4.2.4.

Xây dựng bảng luật điều khiển .............................................................. 88

4.2.5.

Giải mờ .................................................................................................. 90

4.3.

Kiểm nghiệm bộ điều khiển đã thiết kế ............................................. 91

4.3.1.

Trường hợp 1 ......................................................................................... 91

4.3.2.

Trường hợp 2 ......................................................................................... 92

4.3.3.

Trường hợp 3 ......................................................................................... 93

4.3.4.

Trường hợp 4 ......................................................................................... 95

4.4.

Hiển thị kết quả .................................................................................... 96

KẾT LUẬN .......................................................................................................... 97
TÀI LIỆU THAM KHẢO .................................................................................. 98


Thiết kế bộ điều khiển mờ chẩn đoán hư hỏng trên xe lu Hamm

MỞ ĐẦU

Cùng với xu hướng phát triển về khoa học kỹ thuật cơng nghệ thì nền cơng
nghiệp ô tô cũng phát triển không ngừng và luôn ứng dụng những thành tựu mới vào
trong sản xuất . Đặc biệt từ những năm 80 của thế kỷ XX, công nghệ điện tử đã được
ứng dụng trên ô tô dần dần thay thế các cơ cấu điều khiển bằng cơ khí. Qua nhiều thập
niên điện tử trở thành một trong những nhân tố quan trọng không thể thiếu được trên ô
tô. Không những giúp động cơ ô tô điều khiển chính xác hơn và cịn làm giảm ơ
nhiễm mơi trường, tiết kiệm nhiên liệu, tăng công suất động cơ…
Với mong muốn tìm hiểu và ứng dụng cơng nghệ thơng tin vào trong lĩnh vực
chẩn đoán này, đề tài đề cập đến vấn đề ứng dụng lý thuyết mờ vào công tác chẩn đoán
các lỗi của hệ thống nhằm rút ra những kết luận chính xác giúp cho các kỹ thuật viên
nhanh chóng khắc phục các hư hỏng một cách nhanh nhất.
➢ Ý nghĩa
- Nâng cao độ tin cậy của xe và đảm bảo an tồn khi tham gia giao thơng, nhờ
phát hiện kịp thời và dự báo trước được các hư hỏng có thể xảy ra.
- Nâng cao độ bền lâu, giảm chi phí về phụ tùng thay thế, giảm hao mịn các chi
tiết do khơng phải tháo rời các tổng thành.
- Giảm được tiêu hao nhiên liệu, dầu nhờn do phát hiện kịp thời để điều chỉnh
các bộ phận đưa về trạng thái làm việc tối ưu.
Thấy được mục đích, ý nghĩa to lớn của việc chẩn đốn nên em đã chọn đề tài
“ứng dụng điều khiển mờ (Fuzzy logic) trong chẩn đoán trạng thái kỹ thuật của
hệ thống nhiên liệu commonrail trên xe lu Hamm ” làm đề tài tốt nghiệp của mình.
Việc nghiên cứu đề tài sẽ cho em có cơ hội được tiếp thu những kiến thức mới trên cơ
sở tổng hợp các kiến thức đã được học trong trường, đồng thời giúp em tự tin hơn sau
khi ra trường để có thể bắt đầu cơng việc của mình một cách tốt nhất.

Sinh viên thực hiện: Trần Tấn Thịnh

Hướng dẫn: TS. Phạm Quốc Thái

1

Thiết kế bộ điều khiển mờ chẩn đoán hư hỏng trên xe lu Hamm

Chương 1: NGHIÊN CỨU TỔNG QUAN
1.1. Xe lu Hamm
1.1.1. Giới thiệu chung
Xe lu Hamm là loại máy xây dựng dùng để phục vụ các cơng trình xây dựng
công nghiệp, giao thông, thủy lợi, nông nghiệp và các cơng trình cơ sở hạ tầng khác có
nhu cầu đầm nén. Xe lu Hamm thường có khối lượng lớn với hai trống sắt hình trụ, có
lực nén lớn. Một số máy có trống sắt rung để tác động nén vật liệu hiệu quả.
Thông thường xe lu Hamm 2 bánh thép được định nghĩa và hiểu đơn giản là
máy dùng để đầm chặt nền đất cơng trình và có thể tự hành được. Máy lu bao gồm xe
lu và một số loại máy đầm không thể tự hành.
Công dụng của xe lu: nhằm làm cho đất được nén chặt lại, khối lượng riêng và độ
bền chặt của đất tăng lên để đủ sức chịu tác dụng của tải trọng, chống lún, nứt nẻ
chống thấm.
Với khả năng leo dốc rất tốt kết hợp với tự khóa khác biệt, ngồi ra hệ thống
giảm chấn giúp cho xe lu Hamm có thể vận hành êm ái, giúp tối ưu cho lái xe cảm giác
thoải mái khi làm việc.
- Ưu điểm xe lu rung Hamm:

+ Lực lu rung âm sâu. Đầm nèn hiệu quả trên mọi địa hình. Nhanh đạt độ
cứng K98, tốn ít nhiên liệu.
+ Hệ thống điện và động cơ lu Hamm được thiết kế "nhiệt đới hóa" phù hợp
đặc biệt với điều kiện nhiên liệu và khí hậu tại Việt Nam.
+ Cabin và ghế lái được thiết kế hồn hảo, có tầm nhìn rộng, bao qt được
tất cả xung quanh.
+ Có khả năng leo dốc vượt trội với chế độ khóa tự động.
Mối nối trống lu 3 điểm – chassis (Công nghệ độc quyền của lu Hamm) đảm bảo

cho lu rung vận hành êm ái, ổn định và an toàn, đem lại sự thoải mái tối đa cho thợ vận
hành. Mối nối 3 điểm trên xe lu Hamm làm tăng khả năng bám nền, lực lu nền phân bổ
đồng đều, tăng hiệu quả thi cơng trên mọi địa hình.
Lọc tách nước được bổ sung giúp bảo vệ động cơ tốt hơn, phù hợp hơn với điều
kiện nhiên liệu tại Việt Nam.
Mái che của lu Hamm được thiết kế chống lật, cứng cáp hiện đại.
Trang bị chức năng điều tiết lưu lượng thuỷ lực, tăng lực đẩy cầu sau khi leo dốc,
tăng khả năng leo dốc, vận hành thi công ngang dốc.
Sinh viên thực hiện: Trần Tấn Thịnh

Hướng dẫn: TS. Phạm Quốc Thái

2


Thiết kế bộ điều khiển mờ chẩn đoán hư hỏng trên xe lu Hamm

Nắp đậy bảo vệ màn hình điều khiển luôn được trang bị tiêu chuẩn trên mọi
xe Lu Hamm
(theo [2])
1.1.2. Kết cấu và các thông số cơ bản
1.1.2.1. Kết cấu xe lu Hamm

Hình 1.1. Cấu tạo xe lu Hamm
1- Cần, 2- Bánh trước, 3- Đường dầu cơ cấu di chuyển, 4- Hệ thống điều khiển,
5- Cabin, 6- Nắp khoang động cơ, 7- Bánh sau
1.1.2.2. Thơng số cơ bản

Hình 1.2. Thông số cơ bản của xe lu Hamm
(theo [2])

Sinh viên thực hiện: Trần Tấn Thịnh

Hướng dẫn: TS. Phạm Quốc Thái

3


Thiết kế bộ điều khiển mờ chẩn đoán hư hỏng trên xe lu Hamm

Bảng 1.1. Thông số kỹ thuật của xe lu Hamm 3412
Thông tin kỹ thuật

Đơn vị
Trọng lượng

Trọng lượng vận hành có cabin

kg

12200

Trọng lượng vận hành có mái che (ROPS)

kg

11980

Trọng lượng vận hành lớn nhất

kg

15270

Tải trọng trước/sau

kg

6705/5495

Chiều dài tổng thể

mm

5705

Chiều cao tổng thể có cabin

mm

2990

Chiều cao vận chuyển, nhỏ nhất

mm

2325

Khoảng cách hai cầu

mm

3015

Khoảng cách sáng gầm, tâm xe

mm

375

Chiều rộng tổng thể có cabin

mm

2250

Bán kính quay vịng, bên trong

mm

3690

o

31/34

Kích thước máy

Góc lái trước/sau

Kích thước trống lu
Bề rộng trống lu, trước

mm

2140

Đường kính trống lu, trước

mm

1504

Loại trống lu, trước

Trống trơn

Chiều dày trống lu, trước

mm

30

Kích thước lốp
Cỡ lốp bánh sau

TR 23.1-26 12 PR
Động cơ Diesel

Sinh viên thực hiện: Trần Tấn Thịnh

Hướng dẫn: TS. Phạm Quốc Thái

4


Thiết kế bộ điều khiển mờ chẩn đoán hư hỏng trên xe lu Hamm

Nhà sản xuất

DEUTZ

Kiểu

TCD 2012 L04 2V

Số xy-lanh

4

Công suất ISO 14396, kW/PS/rpm

100,0/136,0/2300

Công suất SAE J1349, kW/HP/rpm

100,0/134,0/2300
EU Stage IIIA / EPA

Tiêu chuẩn khí thải EU/USA

Tier 3
Hệ thống truyền động

Vận tốc làm việc

km/h

0-3,7/0-5,4/0-6,0

Vận tốc di chuyển

km/h

0-11,7

%

51/56

Khả năng leo dốc, rung bật/tắt
Hệ thống rung
Tần số rung, trước, I/II

Hz(vòng/phút)

Biên độ rung, trước, I/II

mm

1,91/0,90

Lực ly tâm, trước, I/II

kN

256/215

30/40 (1800/2400)

Hệ thống lái
Góc vênh +/-

o

Kiểu lái

10
Kiểu khớp xoay

Thể tích thùng nhiên liệu
Thể tích thùng dầu

L

290

Mức độ ồn
Cường độ âm LW(A), lý thuyết

106

Cường độ âm LW(A), thực tế

103
(theo [2])

Sinh viên thực hiện: Trần Tấn Thịnh

Hướng dẫn: TS. Phạm Quốc Thái

5


Thiết kế bộ điều khiển mờ chẩn đoán hư hỏng trên xe lu Hamm

1.2. Hệ thống điều khiển nhiên liệu điện tử
1.2.1. Tín hiệu ngõ vào
1.2.1.1. Cảm biến bàn đạp ga
Cảm biến vị trí của bàn đạp ga biến đổi mức đạp xuống của bàn đạp ga (góc)
thành một tín hiệu điện được chuyển đến ECU động cơ. Dùng làm tín hiệu để điều
khiển lượng phun nhiên liệu và thời gian phun nhiên liệu. Đây là loại cảm biến Hall có
độ bền cao.

Hình 1.3. Cảm biến bàn đạp ga
1- Cụm bàn đạp ga, 2- Giắc nối

Hình 1.4. Sơ đồ mạch điện cảm biến vị trí bàn đạp ga
1- IC Hall, 2- Nam châm
Khi bật khóa điện đến vị trí ON, ECU sẽ cấp điện áp nguồn VCC (5V) cho cảm

biến vị trí bàn đạp ga thơng qua các cặp chân VCP1-EP1 và VCP2-EPA2. Khi bàn đạp
ga được đạp, sẽ có điện áp ra từ các chân VPA1 và VPA2 từ cảm biến. Điện áp ra của
2 chân VPA1 và VPA2 tăng dần từ 0~5V khi bàn đạp ga từ vị trí khơng đạp đến vị trí
đạp tối đa. Trong đó tín hiệu ra VPA1 dùng làm tín hiệu chính để điều khiển động cơ,
tín hiệu VPA2 là tín hiệu dự phòng dùng phát hiện hư hỏng cảm biến. Nhờ sự thay đổi
Sinh viên thực hiện: Trần Tấn Thịnh

Hướng dẫn: TS. Phạm Quốc Thái

6


Thiết kế bộ điều khiển mờ chẩn đoán hư hỏng trên xe lu Hamm

điện áp ra của 2 chân tín hiệu từ cảm biến mà ECU biết được chính xác mức độ đạp ga
của tài xế.
1.2.1.2. Cảm biến tốc độ động cơ
Cảm biến tốc độ động cơ của hệ thống nhiên liệu Common Rail dùng cảm biến vị
trí trục khuỷu phát hiện tốc độ động cơ tương tự như động cơ phun xăng điện tử. Cảm
biến vị trí trục khuỷu phát ra tín hiệu NE của động cơ và gửi đến ECU của động cơ.
1.2.1.3. Cảm biến vị trí trục khuỷu

1

2

3

4

Hình 1.5. Cảm biến vị trí trục khuỷu
1- Lõi sắt; 2- Cuộn dây; 3- Bộ tạo từ trường; 4- Nam châm
Cảm biến vị trí trục khuỷu sử dụng loại cuộn dây điện từ, được lắp phía đầu động
cơ dùng để phát hiện góc quay trục khuỷu và số vịng quay động cơ. Đĩa tạo tín hiệu
NE được làm liền với puly trục khuỷu và có 34 răng, 2 răng khuyết (khu vực 2 răng
khuyết này là dùng để phát hiện tín hiệu được tạo ra do sự chuyển động quay của một
răng ta sẽ xác định được 100 của góc quay trục khuỷu). Chuyển động quay của đĩa tạo
tín hiệu sẽ làm làm thay đổi khe hở khơng khí giữa các răng của đĩa và cuộn nhận tín
hiệu NE, điều đó tạo ra tín hiệu NE. ECU sẽ xác định khoảng thời gian phun cơ bản và
lượng phun cơ bản dựa vào tín hiệu này. Khi răng càng ra xa cực nam châm thì khe hở
khơng khí càng lớn, nên từ trở cao, do đó từ trường yếu đi. Tại vị trí đối diện, khe hở
nhỏ, nên từ trường mạnh, tức là có nhiều đường sức từ cắt, trong cuộn dây sẽ xuất hiện
một dòng điện xoay chiều, đường sức qua nó càng nhiều, thì dịng điện phát sinh càng
lớn. Tín hiệu sinh ra thay đổi theo vị trí của răng, và nó được ECU đọc xung điện thế
sinh ra, nhờ đó mà ECU nhận biết vị trí trục khuỷu và tốc động cơ.
Loại tín hiệu NE này có thể nhận biết được cả tốc độ động cơ và góc quay trục
khuỷu tại vị trí răng thiếu của đĩa tạo tín hiệu, nhưng khơng xác định được điểm chết
trên của kỳ nén hay kỳ thải.
Sinh viên thực hiện: Trần Tấn Thịnh

Hướng dẫn: TS. Phạm Quốc Thái

7


Thiết kế bộ điều khiển mờ chẩn đoán hư hỏng trên xe lu Hamm
ECU

1

G

2

NE

3

3

NE
10CA

30CA

G
4

4

4

5

Hình 1.6. Sơ đồ mạch và dạng sóng tạo ra của cảm biến trục khuỷu và cam
1- Mạch đầu vào G; 2- Mạch đầu vào NE; 3- xung mỗi 3600CA;
4- 1800CA; 5- Xung mỗi 7200CA
1.2.1.4. Cảm biến nhiệt độ nước làm mát
Cảm biến nhiệt độ nước làm mát động cơ sử dụng loại nhiệt điện trở có hệ số
nhiệt âm, khi nhiệt độ nước làm mát tăng, giá trị điện trở cảm biến giảm và

ngược lại, ECU dùng tín hiệu này để phát hiện tình trạng nhiệt độ động cơ.

Hình 1.7. Cảm biến nhiệt độ nước làm mát
1- Điện trở; 2- Thân cảm biến; 3- Chất cách điện; 4- Giắc cắm; 5- Đầu cắm điện
Sinh viên thực hiện: Trần Tấn Thịnh

Hướng dẫn: TS. Phạm Quốc Thái

8


Thiết kế bộ điều khiển mờ chẩn đoán hư hỏng trên xe lu Hamm

Hình 1.8. Sơ đồ mạch cảm biến nhiệt độ nước
Khi khóa điện bật ON, ECU cấp điện áp 5V đến chân THW của cảm biến, khi
nhiệt độ nước thay đổi, điện trở cảm biến thay đổi, điện áp rơi trên 2 đầu điện trở cảm
biến thay đổi như sau: khi nhiệt độ tăng → điện trở cảm biến giảm → điện áp tại chân
THW giảm và ngược lại. ECU xác định được nhiệt độ động cơ thông qua giá trị điện
áp rơi này.
Điện trở (kΩ)

Nhiệt độ 0C (0F)

Hình 1.9. Vùng hoạt động của cảm biến nhiệt độ nước
1.2.1.5. Cảm biến nhiệt độ khí nạp
Cảm biến nhiệt độ khí nạp được nắp trên đường khí nạp của động cơ dùng để
phát hiện nhiệt độ của khơng khí nạp vào.
Cảm biến nhiệt độ khơng khí nạp dùng nhận biết nhiệt độ khơng khí nạp và kết
hợp với cảm biến áp suất để xác định lượng khơng khí nạp đi vào động cơ.

Sinh viên thực hiện: Trần Tấn Thịnh

Hướng dẫn: TS. Phạm Quốc Thái

9


Thiết kế bộ điều khiển mờ chẩn đoán hư hỏng trên xe lu Hamm

Hình 1.10. Cảm biến nhiệt độ khí nạp
1- Điên trở nhiệt NTC ; 2- Thân cảm biến; 3- Lớp cách điện ; 4- Đầu nối dây
T
HA

E

2

R
1
E

1
Hình
R 1.11. Sơ đồ điện cảm biến nhiệt độ
1- Khối cảm biến; 2- Điện trở nhiệt

1
3- Khối điều khiển PC; 4- Điện trở giới hạn dòng
Gồm một điện trở nhiệt loại NTC đặt ở đầu cảm biến nối với đầu ghim (4), thông

qua lớp cách điện (3). Giá trị điện trở thay đổi khi nhiệt độ mơi trường quanh nó (nhiệt
độ khí nạp) thay đổi. Điện trở tăng khi nhiệt độ giảm và điện trở giảm khi nhiệt độ
tăng. Điện trở loại này được gọi điện trở có hệ số nhiệt âm.
Tuỳ theo nhiệt độ khí nạp mà PCM sẽ nhận tín hiệu điện thay đổi từ điện trở để
tăng hoặc giảm lượng khí nạp phù hợp với tỉ lệ hồ trộn hỗn hợp khơng khí - nhiên
liệu. Nguồn điện cung cấp cho mạch là VR =5V. Ta có: VR = VR 1 + VR 2 . Khi R2 thay
đổi → VR1 thay đổi:

Sinh viên thực hiện: Trần Tấn Thịnh

Hướng dẫn: TS. Phạm Quốc Thái

10


Thiết kế bộ điều khiển mờ chẩn đoán hư hỏng trên xe lu Hamm

Hình 1.12. Đồ thị quan hệ giữa nhiệt độ và điện trở
1- Đường giá trị điện trở lý tưởng; 2- Đường giá trị điện trở lớn nhất
3- Đường giá trị điện trở thấp nhất
1.2.1.6. Cảm biến nhiệt độ nhiên liệu
Cảm biến này nhận biết nhiệt độ nhiên liệu bằng nhiệt điện trở bên trong, lắp
trực tiếp trên bơm cao áp.
Nhiên liệu sẽ bay hơi kém khi nhiệt độ nhiên liệu thấp, vì vậy cần hỗn hợp đậm.
Vì thế khi nhiệt độ nhiên liệu thấp, điện trở của nhiệt điện trở tăng lên và tín hiệu điện
áp THF cao được đưa đến ECU. Dựa trên tín hiệu này ECU sẽ tăng lượng nhiên liệu
phun vào làm cải thiện khả năng tải trong quá trình hoạt động của động cơ.

Hình 1.13. Cảm biến nhiệt độ nhiên liệu
1- Nhiệt điện trở ; 2- Thân cảm biến ; 3- Giắc cắm

Ngược lại khi nhiệt độ nhiên liệu cao, một tín hiệu điện áp thấp THF gửi đến
ECU làm giảm lượng nhiên liệu phun.

Sinh viên thực hiện: Trần Tấn Thịnh

Hướng dẫn: TS. Phạm Quốc Thái

11


Thiết kế bộ điều khiển mờ chẩn đoán hư hỏng trên xe lu Hamm

Hình 1.14. Sơ đồ mạch điện cảm biến nhiệt độ nhiên liệu
Do điện trở R trong ECU và nhiệt điện trở trong cảm biến nhiệt độ nhiên liệu
được nối tiếp nên điện áp THF thay đổi khi điện trở của nhiệt điện trở thay đổi.
1.2.1.7. Cảm biến áp suất đường ống nạp

Hình 1.15. Sơ đồ cảm biến áp suất đường ống nạp
1- Chip silic, 2- Buồng chân khơng,3- Thân cảm biến, 4- Lọc khơng khí, 5- IC, 6Chip silicon,7- Ống hướng, 8- Giắc cắm
Cảm biến này gắn một IC cảm nhận áp suất đuờng nạp như một tín hiệu PIM.
ECU dựa vào tính hiệu này xác định thời gian phun cơ bản.
Cấu tạo gồm một chip silic kết hợp với một buồng chân khơng được duy trì ở
độ chân không định mức, được gắn vào bộ cảm biến này. Một phía của chip này được
Sinh viên thực hiện: Trần Tấn Thịnh

Hướng dẫn: TS. Phạm Quốc Thái

12

Thiết kế bộ điều khiển mờ chẩn đoán hư hỏng trên xe lu Hamm

lộ ra với áp suất đường ống nạp và phí bên kia thơng với buồng chân khơng bên trong.
Vì vậy khơng cần phải hiệu chỉnh mức bù cho độ cao lớn vì áp suất của đường ống nạp
có thể đo được chính xác ngay cả khi độ cao này thay đổi. Một thay đổi về áp suất của
đường ống nạp sẽ làm cho hình dạng của chip silic này thay đổi, và trị số điện trở của
chip này dao động theo mức biến dạng này tín hiệu điện áp mà IC biến đổi từ sự dao
động của giá trị điện trở này gọi là tín hiệu PIM.
1.2.1.8. Cảm biến áp suất nhiên liệu
Cảm biến áp suất ống đo áp suất tức thời trong ống phân phối và báo về ECU
với độ chính xác thích hợp và tốc độ đủ nhanh. Nhiên liệu chảy vào cảm biến áp suất
đường ống thông qua một đầu mở và phần cuối được bịt kín bởi màng cảm biến.
Thành phần chính của cảm biến là một thiết bị bán dẫn gắn trên màng cảm biến, dùng
để chuyển áp suất thành tín hiệu điện. Tín hiệu do cảm biến tạo ra được đưa vào mạch
khuếch đại tín hiệu và đưa đến ECU.
Cảm biến hoạt động theo nguyên tắc- Khi màng biến dạng thì lớp điện trở đặt trên màng sẽ thay đổi giá trị. Sự biến
dạng (khoảng 1 mm ở áp suất 180 MPa ) là do áp suất tăng lên trong hệ thống, sự thay
đổi điện trở dẫn đến sự thay đổi điện thế ở mạch cầu điện trở.
- Điện áp thay đổi trong khoảng 0-70 mV (tùy thuộc áp suất tác động) và được
khuếch đại bởi mạch khuếch đại đến 0,5 V- 4.5V.
1

2
3

4
5

Hình 1.16. Cảm biến áp suất trên ống Rail
1- Mạch điện; 2- Màng so; 3- Màng của phần tử cảm biến

4- Ống dẫn áp suất; 5- Ren lắp ghép.
Việc kiểm sốt một cách chính xác áp suất của ống là điều bắt buộc để hệ thống
hoạt động đúng. Đây cũng là nguyên nhân tại sao cảm biến áp suất ống Rail phải có
sai số nhỏ trong q trình đo. Trong dải hoạt động của động cơ, độ chính xác khi đo
Sinh viên thực hiện: Trần Tấn Thịnh

Hướng dẫn: TS. Phạm Quốc Thái

13