Thiết kế mạch, lập trình điều khiển hệ thống tuần hoàn khí xả ( Thay đổi chiều dài hiệu dụng đường ống nạp) trên xe Ford Mondeo 2004

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO TRƯỜNG ĐẠI HỌC SƯ PHẠM KỸ THUẬT HƯNG YÊN BÀI TẬP CÁ NHÂN MÔN: LẬP TRÌNH CÁC HỆ THỐNG CĐT Ơ TƠ Đề bài: Thiết kế mạch, lập trình điều khiển hệ thống tuần hồn khí xả ( Thay đổi chiều dài hiệu dụng đường ống nạp) xe Ford Mondeo 2004 Giảng viên hướng dẫn Sinh viên thực : : Nguyễn Ngọc Tú -Trần Văn Tiến -Hà Quang Tiến -Hoàng Đức Thư Lớp : 121192 Hưng Yên – Năm 2022 Contents CHƯƠNG I: TỔNG QUAN VỀ ĐỀ TÀI .3 1.1 Giới thiệu hãng xe Ford 1.2 Giới thiệu xe Ford Mondeo 2004 1.3 Hệ thống thay đổi chiều dài hiệu dụng đường ống nạp ACIS (Acoustic Control Induction System) 1.3.1 Cấu Tạo hệ thống 1.4 Hoạt động hệ thống thay đổi chiều dài hiệu dụng đường ống nạp ACIS: CHƯƠNG II: LINH KIỆN, THIẾT BỊ SỬ DỤNG ĐỂ THIẾT KẾ 10 2.1 Các linh kiện đóng vai trò cảm biến 10 2.1.1 Biến trở 10 2.2 Các thiết bị IC .11 2.2.1 IC L293D 11 2.2.2 IC PCF8574 14 2.3 ECU điều khiển 15 2.4 Cơ cấu chấp hành 17 2.4.1 LCD LM016 .17 2.4.2 Động Servo 19 2.4.3 Động DC 20 2.4.4 Điện trở 21 CHƯƠNG III THIẾT KẾ HỆ THỐNG 23 3.1 Phân tích .23 3.2 Lưu đồ thuật toán 24 3.3 Chương trình điều khiển .25 3.3.1 Sơ đồ mạch .25 3.3.2 Code 26 KẾT LUẬN CHUNG 29 Kết luận chung .29 TÀI LIỆU THAM KHẢO 29 CHƯƠNG I: TỔNG QUAN VỀ ĐỀ TÀI 1.1 Giới thiệu hãng xe Ford Ford hãng xe danh giá đến từ nước Mỹ Trụ sở tập đồn Ford đặt Dearbon (Hoa Kỳ) “Cha đẻ” thương hiệu Ford đình đám Henry Ford, nhiều người biết đến từ năm 1903 Cho đến nhắc đến hãng xe này, người ta biết đến thương hiệu xe tiếng Mỹ Thương hiệu cịn tiếng tính bền bỉ, mạnh mẽ sang trọng Thiết kế khỏe khoắn thể qua logo in Lịch sử hình thành hãng xe Ford Đời đầu, hãng xe Ford có quy mơ nhỏ quy trình sản xuất cịn nhỏ lẻ Khi đó, hãng tiến hành hợp tác với nhà cung ứng phận để lắp ráp xe Quy trình sản xuất nhân cơng đơn giản sơ sài Mỗi xe bố trí - người làm việc Cho đến năm 1913, mơ hình lắp ráp dạng dây chuyền đưa vào sản xuất nhà máy Ford - Highland Park Như vậy, thông tin hãng xe Ford nước đề cập Để hiểu thương hiệu này, theo dõi mốc lịch sử Ford Các dòng xe hãng ford Hiện nay, hãng xe ford có dịng xe sau sản xuất tiêu thụ toàn giới Mẫu xe EcoSport Mẫu xe Everest Mẫu xe Explorer Mẫu xe Minibus Mẫu xe Ranger 1.2 Giới thiệu xe Ford Mondeo 2004 Thông số kĩ thuật xe Mondeo 2.5 AT đời 2004 Thông số kĩ thuật Xe Mondeo 2.5 AT Kích thước D x R x C (mm) 4805 x 1812 x 1440 (mm) Chiều dài sở (mm) 2754(mm) Khoảng cách bánh trước (mm) 1522 Khoảng cách bánh sau (mm) 1537 Khoảng sáng gầm tối thiểu (mm) 128 Trọng lượng không tải (kg) 1515 Trọng lượng khơng tải (kg) 2020 Tóm tắt xe Tháng 11/2004, Ford giới thiệu phiên nâng cấp (facelift) Mondeo 2.0 AT 2.5 AT Những điểm cải tiến lần nâng cấp chủ yếu thiết kế ngoại thất Phiên 2.5 AT trang bị tiêu chuẩn hình LCD CD 10 đĩa chủn đởi Cấu hình gờm động hộp sớ khơng có thay đởi ngồi hệ thớng bơm xăng dùng cho động 2.5 V6 Ưu điểm: - Kiểu dáng đẹp, lịch sự, xe cũ đẹp - Nhiều trang bị an toàn, tiện nghi - Xe đầm, mức độ an toàn cao, chạy đường dài cực thích Nhược điểm: - Tốn nhiên liệu, mùa hè, đường phố HN đông đúc phải xác định 18 lít xăng/100km - Nhiều trang thiết bị, lại xe cũ nhiều năm nên nhiều xe khơng vận hành trạng thái hồn hảo (mà hay nói hỏng vặt (màn hình không hoạt động, ghế lái không lùi tiến được, gương không tự gập, nhiều thứ khác nữa)) - Là xe khó sửa chữa chẳng may bị hỏng địa phương 1.3 Hệ thống thay đổi chiều dài hiệu dụng đường ống nạp ACIS (Acoustic Control Induction System) Để tăng công suất phạm vi rộng từ tốc độ thấp đến tốc độ cao Hệ thống sử dụng van điều khiển khí nạp để chia đường ống nạp thành đoạn, cho phép thay đổi để chiều dài hiệu dụng đường ống nạp phù hợp với tốc độ động góc mở bướm ga Ford mondeo 2004 V6, sử dụng ống dài ống ngắn riêng biệt, dễ dàng nhìn thấy Các ống ngắn đến dãy xi lanh gần ống dài đến dãy đối diện Sự xếp ăn khớp không gian Việc thiếu không gian dẫn đến việc sử dụng đường ống hẹp hơn, khơng phù hợp với động hiệu suất cao Ở vịng tua máy thấp, khơng khí chạy qua ống góp dài; Ở vịng tua máy cao, van mở đường cắt ngắn, khơng khí tham gia vào ống góp giai đoạn sau 1.3.1 Cấu Tạo hệ thống - Các phận -Van điều khiển khí nạp Van điều khiển khí nạp nằm khoang khí nạp, mở/đóng để thay đổi chiều dài hiệu dụng đường ống nạp thành trạng thái -Moto Nhận tín hiệu từ mạch điều khiển làm đóng mở van -Mạch điều khiển Điều khiển đóng mở van, tốc độ động thấp đóng van khiến cho khơng khí theo đường ống dài Khi tốc độ động cao điều khiển mở van khiến cho khơng khí theo đường ống ngắn 1.4 Hoạt động hệ thống thay đổi chiều dài hiệu dụng đường ống nạp ACIS: -Khi van điều khiển khí nạp đóng (VSV ON) Khi đơng làm việc tải, tốc độ trung bình ; Khi động chay vòng tua thấp tốc độ thấp, ECU điều khiển động điện khiến cho bật van VSV để phù hợp với chu kỳ dao động dài Nó đóng van điều khiển Điều kéo dài chiều dài hiệu dụng đường ống nạp, có hiệu ứng dao động dịng khí nên nâng cao hiệu nạp khí cơng suất phạm vị tốc độ thấp trung bình -Khi van điều khiển khí nạp mở (VSV OFF) Khi động làm việc tải, tốc độ cao: ECU điều khiển van VSV bật OFF chiều dài hiệu dụng ống nạp giảm xuống Do làm giảm tổn thất khí động học tăng hiệu nạp vào xilanh Khi vòng tua máy cao ECU điều khiển động điện tắt van VSV để phù hợp với chu kỳ dao động ngắn, áp suất khí quyển, mở van điều khiển Khi van điều khiển mở ra, chiều dài hiệu dụng đường ống nạp rút ngắn lại, Do làm giảm tổn thất khí động học tăng hiệu nạp vào xilanh tạo hiệu nạp khơng khí tối đa để tăng công suất để dải tốc độ cao, giảm suất tiêu hao nhiên liệu CHƯƠNG II: LINH KIỆN, THIẾT BỊ SỬ DỤNG ĐỂ THIẾT KẾ 2.1 Các linh kiện đóng vai trị cảm biến 2.1.1 Biến trở Hình 2.1 Biến trở Chiết áp, potentiometer hay biến trở chia áp là phần tử điện trở có một tiếp điểm di động trên thân điện trở để tạo thành "bộ chia điện áp" chỉnh Tiếp điểm di động chia điện trở thành phần có giá trị bù nhau, đặt lên điện trở một điện áp (tín hiệu) V điện áp tiếp điểm giá trị chia tỷ lệ điện áp theo giá trị điện trở Đó nguồn gốc để đặt tên "chiết áp" - Điện trở chiết áp chế tạo theo hai nhóm vật liệu chính: + Màng than graphit tương đương, chiết áp phổ biến trong điện tử tiêu dùng + Dây điện trở cao quấn lên trụ lõi, có độ xác, ổn định cao, dùng trong kỹ thuật điện tử đo đạc phân tích 2.2 Các thiết bị IC 2.2.1 IC L293D 10 Arduino UNO có chân analog (A0 → A5) cung cấp độ phân giải tín hiệu 10bit (0 → 210-1) để đọc giá trị điện áp khoảng 0V → 5V Với chân AREF trên board, bạn để đưa vào điện áp tham chiếu sử dụng chân analog Tức bạn cấp điện áp 2.5V vào chân bạn dùng chân analog để đo điện áp khoảng từ 0V  → 2.5V với độ phân giải 10bit Đặc biệt, Arduino UNO có chân A4 (SDA) A5 (SCL) hỗ trợ giao tiếp I2C/TWI với thiết bị khác Lập trình cho Arduino Các thiết bị dựa tảng Arduino lập trình ngơn riêng Ngơn ngữ dựa ngôn ngữ Wiring viết cho phần cứng nói chung Và Wiring lại biến thể C/C++.  2.4 Cơ cấu chấp hành 2.4.1 LCD LM016 Hình 2.9 LCD 16x2 LM016L Thơng số kỹ thuật LCD 16×2 LCD 16×2 được sử dụng để hiển thị trạng thái thơng số LCD 16×2 có 16 chân chân liệu (D0 – D7) chân điều khiển (RS, RW, EN) chân lại dùng để cấp nguồn đèn cho LCD 16×2 Các chân điều khiển giúp ta dễ dàng cấu hình LCD chế độ lệnh chế độ liệu Chúng cịn giúp ta cấu hình chế độ đọc ghi LCD 16×2 sử dụng chế độ bit bit tùy theo ứng dụng ta làm 16 Chức chân 17 Hình 2.10 Chức chân LCD 16x2 18 2.4.2 Động Servo Động Servo phần hệ thống vịng kín bao gồm số phận cụ thể mạch điều khiển, động Servo, trục, chiết áp, bánh truyền động, khuếch đại mã hóa (encoder) phân giải Động Servo thiết bị điện độc lập, sử dụng để quay phận máy với hiệu suất cao độ xác cao Động Servo chế vịng kín kết hợp phản hồi vị trí để điều khiển tốc độ vị trí quay tuyến tính Động điều khiển tín hiệu điện, analog digital, xác định chuyển động theo vị trí lệnh cuối trục Hình 2.11 Động Servo Điều khiển động Servo: Sau thử nghiệm, đưa giá trị nhận khoảng thời gian mà xung hoạt động với động servo Các xung có thời lượng 0,6ms tương ứng với vị trí khoảng độ - 1,45ms - 90 độ từ 2,3ms - 180 độ Tiến hành kết nối thiết bị đo vạn để nối tiếp với servo nhằm kiểm tra dòng điện Mức dòng điện tối đa mà bạn nhận lên đến 0,63A Điều hoàn toàn đúng, khơng phải gốc động TowerPro MG996R, mà rẻ hơn, rõ ràng đem lại hiệu suất 19 Tuy nhiên, tham khảo cách làm thuận tiện để điều khiển servo motor Arduino tốt nhất, sử dụng thư viện Arduino Arduino Chúng ta cần cài đặt thư viện, sau xác định đối tượng servo sử dụng hàm Attach để xác định chân mà servo motor kết nối.  2.4.3 Động DC Động chiều gọi tắt động DC động điều khiển dòng điện theo hướng xác định Nói theo dế hiểu động hoạt động nguồn điện áp DC điện áp chiều Được cấu tạo từ thành phần sau đây: Stator: Bộ phận đứng yên sử dụng từ hay nhiều cặp nam châm vĩnh cửu Rotor: Bộ phận có nhiệm vụ quay, chúng cấu tạo từ lõi quấn cuộn dây Chổi than: Bộ phận tiếp xúc tiếp điện cho cổ góp Cổ góp: Có nhiệm vụ tiếp xúc chia điện đồng cho cuộn dây rotor Hình 2.12 Động DC Điều khiển tốc độ động chiều PWM Phương pháp PWM phương pháp dùng để điều chỉnh điện áp tải dựa thay đổi độ rộng chuỗi xung vuông Khiến điện áp thay đổi Các PWM biến đổi có chung tần số khác độ rộng sườn dương sườn âm Phương pháp PWM sử dụng ứng dụng điều khiển Có thể bắt gặp ơt động cơ, xung áp điều áp,… PWM giúp điều chỉnh độ nhanh chậm động cơ, điều chỉnh ổn định tốc độ động 20 Nguyên lý điều khiển điều khiển tốc độ động chiều PWM Để điều khiển điều khiển tốc độ động chiều PWM ta dùng mạch điện tử để thay đổi độ rộng xung ngõ mà khiến chúng không bị thay đổi tần số Khi độ rộng xung thay đổi điện áp thay đổi Có thể áp dụng công thức: UOUT  = (TON /T)*U TON là thời gian xung điện áp mức cao chu kỳ T TOFF là thời gian xung điện áp mức thấp chu kỳ T Phương pháp làm tổn hao công suất thiết bị đóng cắt thấp.Khi khóa chuyển mạch tắt dịng điện khơng chạy qua, khóa chuyển mạch mở dịng điện chạy qua tải 2.4.4 Điện trở Điện trở được hiểu khái quát cản trở dòng điện vật dẫn điện Nếu điện trở cao vật dẫn điện kém, ngược lại điện trở thấp vật dẫn điện tốt Đối với vật cách điện có điện trở vơ lớn Hình 2.13 Điện trở Cơng dụng của điện trở Điện trở có mặt thiết bị điện tử điện trở linh kiện quan trọng thiếu mạch điện Điện trở có tác dụng sau: 21 Khống chế dòng điện qua tải cho phù hợp Mắc điện trở thành cầu phân áp để có điện áp theo ý muốn từ điện áp cho trước Phân cực cho bóng bán dẫn hoạt động Tham gia vào mạch tạo dao động R C Điều chỉnh cường độ dòng điện qua thiết bị điện Tạo nhiệt lượng ứng dụng cần thiết Tạo sụt áp mạch mắc nối tiếp 22 CHƯƠNG III THIẾT KẾ HỆ THỐNG 3.1 Phân tích u cầu: Xoay bướm nạp , hiển thị góc xoay Đầu vào: Tốc độ động (Biến trở) , nhiệt độ nước làm mát (LM35) Đầu ra: Điều khiển góc bướm nạp ( Động Servo), , Điều khiển tốc độ động ( Động DC) Phân tích: – Khi nổ máy không tải, tốc độ động thấp Bướm ga điều khiển chiều dài hiệu dụng đường ống nạp đóng khiến cho khơng khí theo đường ống dài (bé) kéo dài chiều dài hiệu dụng đường ống nạp, có hiệu ứng dao động dịng khí nên nâng cao hiệu nạp khí công suất phạm vị tốc độ thấp trung bình, làm ổn định chế độ khơng tải cải thiện tính kinh tế nhiên liệu tính khởi động – Khi tốc độ động cao: Bướm ga điều khiển chiều dài hiệu dụng đường ống nạp mở khiến cho khơng khí theo đường ống ngắn (To) Làm giảm tổn thất khí động học tăng hiệu nạp vào xilanh, tạo hiệu nạp khơng khí tối đa để tăng cơng suất để dải tốc độ cao 23 3.2 Lưu đồ thuật tốn s 24 3.3 Chương trình điều khiển 3.3.1 Sơ đồ mạch Hình 3.3 Sơ đồ mơ mạch 25 3.3.2 Code #include // Khai báo thư viện LCD #include//Thư viện servo LiquidCrystal_I2C lcd (0x20,16,2);//địa LCD 16 cột hàng Servo sv; int dem=0;// Định nghĩa chân int IN1=13; int IN2=12; int enA=11; int START=10; int IG=8; int OFF=7; void setup() { sv.attach(9,100,2100); // nối sv chân 9, 50, max 2050 lcd.init();//Khởi động hình LCD, bắt đầu cho phép Arduino sử dụng hình lcd.backlight();//Bật đèn LCD 16×2 pinMode(11,OUTPUT); pinMode(12,OUTPUT); pinMode(13,OUTPUT); lcd.setCursor(0,1);// vị trí trở hàng cột hàng lcd.print("Toc dc:"); for (int i=2;i