(Luận văn thạc sĩ hcmute) thiết kế chế tạo ecu điều khiển hệ thống điều hòa tự động

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO TRƯỜNG ĐẠI HỌC SƯ PHẠM KỸ THUẬT THÀNH PHỐ HỒ CHÍ MINH LUẬN VĂN THẠC SĨ LÊ MINH MẪN THIẾT KẾ CHẾ TẠO ECU ĐIỀU KHIỂN HỆ THỐNG ĐIỀU HÒA TỰ ĐỘNG NGÀNH: KỸ THUẬT CƠ KHÍ ĐỘNG LỰC - 605246 S K C0 Tp Hồ Chí Minh, năm 2012 Luan van BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO TRƯỜNG ĐẠI HỌC SƯ PHẠM KỸ THUẬT THÀNH PHỐ HỒ CHÍ MINH LUẬN VĂN THẠC SĨ LÊ MINH MẪN THIẾT KẾ CHẾ TẠO ECU ĐIỀU KHIỂN HỆ THỐNG ĐIỀU HÒA TỰ ĐỘNG NGÀNH: KỸ THUẬT CƠ KHÍ ĐỘNG LỰC - 605246 Tp Hồ Chí Minh, năm 2012 Luan van BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO TRƯỜNG ĐẠI HỌC SƯ PHẠM KỸ THUẬT THÀNH PHỐ HỒ CHÍ MINH LUẬN VĂN THẠC SĨ LÊ MINH MẪN THIẾT KẾ CHẾ TẠO ECU ĐIỀU KHIỂN HỆ THỐNG ĐIỀU HÒA TỰ ĐỘNG NGÀNH: KỸ THUẬT CƠ KHÍ ĐỘNG LỰC - 605246 Hướng dẫn khoa học: PGS.TS ĐỖ VĂN DŨNG Tp Hồ Chí Minh, năm 2012 Luan van  Thiết kế chế tạo ECU điều khiển hệ thống điều hòa tự động  LÝ LỊCH KHOA HỌC I LÝ LỊCH SƠ LƢỢC Học tên: LÊ MINH MẪN Giới tính: nam Ngày, tháng, năm, sinh: 17/12/1985 Nơi sinh: Gia lai Quê quán: xã Vinh Xuân, huyện Phú Vang, tỉnh TT-Huế Dân tộc: Kinh Chỗ riêng địa liên lạc:97/9 Ung Văn Khiêm, Q Bình Thạnh, Tp HCM Điện thoại quan: Fax: Điện thoại nhà riêng: E-mail: manco05@yahoo.com II QUÁ TRÌNH ĐÀO TẠO Trung học chuyên nghiệp: Hệ đào tạo: Thời gian đào tạo từ ./ đến / Nơi học (trƣờng, thành phố): Ngành học: Đại học: Hệ đào tạo: Chính quy Thời gian đào tạo từ : 2005 đến 2010 Nơi học (trƣờng, thành phố): Đại học Giao Thông Vận Tải Thành Phố Hồ Chí Minh Ngành học: Cơ Khí tô Tên đồ án: Khai thác kỹ thuật hệ thống điện động xe MITSUBISHI LENCER Evo_8 Nơi bảo vệ đồ án: Tháng 03 năm 2010 Khoa Cơ khí, Đại học Giao Thơng Vận Tải Thành Phố Hồ Chí Minh Ngƣời hƣớng dẫn: Ths Đào Xuân Mai III QUÁ TRÌNH CƠNG TÁC CHUN MƠN KỂ TỪ KHI TỐT NGHIỆP ĐẠI HỌC Thời gian Nơi công tác Công việc đảm nhiệm 2010 Trƣờng Cao đẳng Nguyễn Tất Thành Giảng viên trợ giảng 2011 Trƣờng Đại học Nguyễn Tất Thành Giảng viên 2012 Trƣờng Cao đẳng Cơng Thƣơng TP Hồ Chí Minh Giảng viên i Luan van  Thiết kế chế tạo ECU điều khiển hệ thống điều hòa tự động  LỜI CAM ĐOAN Tôi cam đoan công trình nghiên cứu tơi Các số liệu kết nghiên cứu nêu luận văn trung thực chƣa đƣợc công bố cơng trình khác Thành phố Hồ Chí Minh, ngày tháng 09 năm 2012 ii Luan van  Thiết kế chế tạo ECU điều khiển hệ thống điều hòa tự động  LỜI CẢM ƠN Trong trình thực đề tài luận văn thạc sỹ, xin gửi lời cảm ơn chân thành đến quý Thầy Cô, đồng nghiệp bạn bè hết lịng giúp đỡ tơi hồn thành tốt đề tài luân văn thạc sỹ:  Xin cảm ơn đến quý Thầy Cô tham gia giảng dạy lớp cao học tơ niên khóa 20102012 trang bị cho nhiều kiến thức tảng để hồn thành luận văn tốt nghiệp  Xin cảm ơn thầy PGS.TS Đỗ Văn Dũng hướng dẫn tận tình giúp tơi hồn thành luận văn  Xin cảm ơn Thầy phản biện đóng góp nhiều ý kiến q báo giúp tơi hồn thành tập luận văn  Xin cảm ơn Thầy Cô trường ĐH Nguyễn Tất Thành trường CĐ Công Thương TP HCM giúp đỡ tạo điều kiện tốt để tơi hồn thành khóa học  Xin cảm ơn công ty Toyota An Thành giúp đỡ tạo điều kiện cho tiến hành đo kiểm hệ thống điều hòa tự động  Xin cảm ơn Thầy Cơ khoa khí động lực, bạn học viên tận tình giúp đỡ tơi thời gian thực luận văn Học viên thực Lê Minh Mẫn iii Luan van  Thiết kế chế tạo ECU điều khiển hệ thống điều hịa tự động  TĨM TẮT Trên ô tô đƣợc trang bị hệ thống đại, hệ thống chủ yếu đƣợc điều khiển chíp thơng minh Hệ thống điều hòa tự động đƣợc trang bị chíp để điều khiển hệ thống cách tối ƣu nhằm đem lại tiện nghi sang trọng, kinh tế…và hết vấn đề bảo vệ sức khỏe ngƣời ECU điều khiển hệ thống điều hòa tự động đƣợc thiết kế chế tạo dựa vào tham số thực nghiệm xe Toyota Camry: Các chế độ điều khiển mô tơ servo, tốc độ quạt giàn lạnh, thời điểm đóng ngắt rơle ly hợp từ, … Các chƣơng trình điều khiển đƣợc viết ngơn ngữ lập trình Assemler Mạch điều khiển đƣợc thí nghiệm mơ hình mơ Đó nội dung luận văn cao học với đề tài: “Thiết kế chế tạo ECU điều khiển hệ thống điều hòa tự động” iv Luan van  Thiết kế chế tạo ECU điều khiển hệ thống điều hòa tự động  ABSTRACT Cars today are equipped with modern systems, these systems are mainly controlled by the smart chip Automatic air conditioning system is also equipped with chips that control to an optimal system to bring comfort and luxury, economic and above all the protection of human health ECU controls the automatic air conditioning system is designed and manufactured based on the experimental parameters of the Toyota Camry: The servo motor control mode, fan speed cooler, magnetic clutch relay switching time, The control program is written in the programming language Assemler Controller was tested on the simulation model It is the content of the high school essay topic: "Design, manufacturing, ECU control automatic air conditioning system." v Luan van  Thiết kế chế tạo ECU điều khiển hệ thống điều hòa tự động  MỤC LỤC Trang CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN NGHIÊN CỨU CỦA ĐỀ TÀI 1.1 Tổng quan vấn đề nghiên cứu hệ thống điều hịa tự động tơ 1.1.1.Tình hình nghiên cứu nƣớc 1.1.2.Tình hình nghiên cứu ngồi nƣớc 14 1.2 Mục tiêu ý nghóa vấn đề thiết kế chế tạo ECU điều khiển hệ thống điều hòa tự động 19 1.3 Kế hoạch thiết kế chế tạo ECU điều khiển hệ thống điều hòa tự động 20 CHƯƠNG 2: CƠ SỞ LÝ THUYẾT ĐIỀU KHIỂN HỆ THỐNG ĐIỀU HỊA TỰ ĐỘNG 21 2.1 Cơ sở lý thuyết hệ thống điều hịa khơng khí 21 2.1.1 Lý thuyết làm mát 21 2.1.2 Môi chất 23 2.1.3 Dầu nhờn bôi trơn hệ thống điều hịa khơng khí 25 2.1.4 Chu trình làm lạnh 26 2.2 Hệ thống điều hịa khơng khí tự động 28 2.2.1 Khái qt hệ thống điều hịa khơng khí tự động 28 2.2.2 Các phận hệ thống điều hịa khơng khí tự động 29 CHƯƠNG 3: CƠ SỞ LÝ THUYẾT VI ĐIỀU KHIEÅN 40 3.1 Giới thiệu khái quát họ vi điều khiển AVR 40 3.2 Giới thiệu Atmega128 42 3.2.1 Sơ đồ chân 42 3.2.2 Sơ đồ khối 44 3.2.3 Chức chân 45 3.3 Các linh kiên khác 49 CHƯƠNG 4: THIẾT KẾ VÀ CHẾ TẠO MẠCH ECU ĐIỀU KHIỂN HỆ THỐNG vi Luan van  Thiết kế chế tạo ECU điều khiển hệ thống điều hòa tự động  ĐIỀU HÒA TỰ ĐỘNG 52 4.1 Thu thập số liệu điều khiển hệ thống điều hịa khơng khí tự động 52 4.1.1 Các thơng số tín hiệu đầu vào hệ thống điều hịa khơng khí tự động 52 4.1.2 Cơ cấu chấp hành hệ thống điều hịa khơng khí tự động 59 4.2 Thiết kế, chế tạo mạch ECU điều khiển hệ thống điều hịa khơng khí tự động 67 4.2.1 Sơ đồ khối sơ đồ thuật toán điều khiển hệ thống điều hịa khơng khí tự động 67 4.2.2 Sơ đồ mạch điều khiển hệ thống điều hịa khơng khí tự động 73 4.3 Chƣơng trình xử lý vi điều khiển hệ thống điều hịa khơng khí tự động 81 CHƯƠNG 5: THÍ NGHIỆM ĐÁNH GIÁ KHẢ NĂNG ỨNG DỤNG CỦA ECU ĐIỀU KHIỂN HỆ THỐNG ĐIỀU HÒA TỰ ÑOÄNG 100 5.1 Máy chẩn đoán Intelligent Tester II 100 5.1.1 Đối tƣợng thực nghiệm 101 5.1.2 Mục đích thực nghiệm 102 5.1.3 Kết thực nghiệm 103 5.2 Máy Oscillocope GDS-1102-U 104 5.2.1 Đối tƣợng thí nghiệm 105 5.2.2 Mục đích thí nghiệm 106 5.2.3 Kết thí nghiệm 106 5.2.4 Đánh giá kết thí nghiệm 115 CHƯƠNG 6: KẾT LUẬN VÀ ĐỀ NGHỊ 6.1 Kết luận 116 6.2 Đề nghị 116 6.3 Hƣớng phát triển đề tài 117 vii Luan van  Thiết kế chế tạo ECU điều khiển hệ thống điều hịa tự động  Trong thí nghiệm đo tốc độ quạt giàn lạnh tác giả chọn thang đo thời gian 100us (khoảng cách hai lưới bề đứng 100us), thang đo điện áp 5V (khoảng cách hai lưới ngang 5V) Hình 5.3: Máy Oscillocope Máy Oscilloscope có chức sau:  Xác định tín hiệu xung cảm biến xung điều khiển  Xác định cường độ dòng điện  Xác định dao động mạch 5.2.1 Đối tượng thí nghiệm Dùng máy Oscilloscope đo trực tiếp mơ hình hệ thống điều hịa khơng khí tự động tác giả chế tạo GVHD: PGS_TS ĐỖ VĂN DŨNG HVTH: KS LÊ MINH MẪN 105 Luan van  Thiết kế chế tạo ECU điều khiển hệ thống điều hòa tự động  5.2.2 Mục đích thí nghiệm Nhằm xác định tín hiệu đầu hệ thống điều hịa khơng khí tự động Đồng thời kiểm tra lại chế hoạt động hệ thống điều hòa cho phù hợp với xe thực tế 5.2.3 Kết thí nghiệm a Các xung tín hiệu điều khiển Motor Servo đóng mở cánh thơng gió Khi motor servo đóng mở cánh thơng gió mặt định góc 00 lúc hệ thống điều hịa khơng khí tự động lấy gió ngồi xe Vì dạng sóng hiển thị (hình 5.4) trì ổn định motor servo quay góc 900 để chuyển sang chế độ lấy gió xe (hình 5.5) dạng sóng thay đổi Nhìn vào dạng sóng ta thấy điện áp điều khiển 4V Hình 5.4: Dạng sóng điều khiển motor servo mặt định góc 00, lấy gió ngồi xe GVHD: PGS_TS ĐỖ VĂN DŨNG HVTH: KS LÊ MINH MẪN 106 Luan van  Thiết kế chế tạo ECU điều khiển hệ thống điều hòa tự động  Hình 5.5: Dạng sóng điều khiển motor servo quay góc 900, lấy gió xe b Các xung tín hiệu điều khiển Motor Servo để đóng mở cánh trộn khí Khi motor servo đóng mở cánh trộn khí mặt định góc 00 lúc hệ thống điều hịa khơng khí tự động thực chức làm mát Vì dạng sóng hiển thị (hình 5.6) trì ổn định motor servo quay góc 600 để chuyển sang chế độ trộn khí (hình 5.7) chế độ hâm nóng (hình 5.8) dạng sóng thay đổi Nhìn vào dạng sóng ta thấy điện áp điều khiển 4V GVHD: PGS_TS ĐỖ VĂN DŨNG HVTH: KS LÊ MINH MẪN 107 Luan van  Thiết kế chế tạo ECU điều khiển hệ thống điều hịa tự động  Hình 5.6: Dạng sóng điều khiển motor servo mặt định góc 00, chế độ làm mát Hình 5.7: Dạng sóng điều khiển motor servo quay góc 600, chế độ trộn khí GVHD: PGS_TS ĐỖ VĂN DŨNG HVTH: KS LÊ MINH MẪN 108 Luan van  Thiết kế chế tạo ECU điều khiển hệ thống điều hòa tự động  Hình 5.8: Dạng sóng điều khiển motor servo quay góc 1200, chế độ hâm nóng c Các xung tín hiệu điều khiển Motor Servo đóng mở cánh cửa vị trí Khi motor servo đóng mở cánh cửa vị trí mặt định góc 00 lúc cánh cửa thông giàn lạnh cabin xe đóng lại, dạng sóng hiển thị (hình 5.9) trì ổn định motor servo quay góc 450 để chuyển sang mở cánh cửa thơng gió (hình 5.10) dạng sóng thay đổi Do hệ thống điều hòa tự động bố trí motor servo đóng mở cánh cửa vị trí nên tùy thuộc vào nhiệt độ đặt motor servo đóng mở hay motor servo Nhìn vào dạng sóng ta thấy điện áp điều khiển 4V GVHD: PGS_TS ĐỖ VĂN DŨNG HVTH: KS LÊ MINH MẪN 109 Luan van  Thiết kế chế tạo ECU điều khiển hệ thống điều hịa tự động  Hình 5.9: Dạng sóng điều khiển motor servo mặt định góc 00, chế độ đóng cánh thơng gió vị trí Hình 5.10: Dạng sóng điều khiển motor servo quay góc 450, chế độ mở cánh thơng gió vị trí GVHD: PGS_TS ĐỖ VĂN DŨNG HVTH: KS LÊ MINH MẪN 110 Luan van  Thiết kế chế tạo ECU điều khiển hệ thống điều hòa tự động  d Các xung tín hiệu điều khiển Motor quạt giàn lạnh Khi motor quạt giàn lạnh quay chế độ thấp (Lo) bề rộng xung điều khiển quạt nhỏ, bề rộng xung tăng lên tỷ lệ thuận với tốc độ quạt (xem hình 4.12) Motor quạt giàn lạnh điều khiển điện áp 12V trình đo tác giả đo trực tiếp tín hiệu điều khiển chíp nên dạng sóng ta thấy điện áp điều khiển 4V Hình 5.11: Dạng sóng điều khiển tốc độ quạt giàn lạnh, chế độ thấp (LO) GVHD: PGS_TS ĐỖ VĂN DŨNG HVTH: KS LÊ MINH MẪN 111 Luan van  Thiết kế chế tạo ECU điều khiển hệ thống điều hịa tự động  Hình 5.12: Dạng sóng điều khiển tốc độ quạt giàn lạnh, chế độ trung bình (M1) Hình 5.13: Dạng sóng điều khiển tốc độ quạt giàn lạnh, chế độ trung bình (M2) GVHD: PGS_TS ĐỖ VĂN DŨNG HVTH: KS LÊ MINH MẪN 112 Luan van  Thiết kế chế tạo ECU điều khiển hệ thống điều hịa tự động  Hình 5.14: Dạng sóng điều khiển tốc độ quạt giàn lạnh, chế độ trung bình (M3) Hình 5.15: Dạng sóng điều khiển tốc độ quạt giàn lạnh, chế độ trung bình (M4) GVHD: PGS_TS ĐỖ VĂN DŨNG HVTH: KS LÊ MINH MẪN 113 Luan van  Thiết kế chế tạo ECU điều khiển hệ thống điều hịa tự động  Hình 5.16: Dạng sóng điều khiển tốc độ quạt giàn lạnh, chế độ trung bình (M5) Hình 5.17: Dạng sóng điều khiển tốc độ quạt giàn lạnh, chế độ cao (HI) GVHD: PGS_TS ĐỖ VĂN DŨNG HVTH: KS LÊ MINH MẪN 114 Luan van  Thiết kế chế tạo ECU điều khiển hệ thống điều hòa tự động  e Các xung tín hiệu điều khiển rơ le ly hợp từ Hình 5.18: Dạng sóng điều khiển rơ le ly hợp từ ECU hệ thống điều hòa tự động ngắt điện đến rơ le ly hợp từ khi: - Khi tốc độ động thấp 450vòng/phút - Khi nhiệt độ nước động cao 1000C - Khi áp suất môi chất cao khoảng 32.0kgf/cm2 hay cao áp suất chất thấp khoảng 2.0kgf/cm2 hay thấp - Khi nhiệt độ giàn lạnh nhỏ 30C 5.2.4 Đánh giá kết thí nghiệm Qua thí nghiệm kiểm tra dạng xung điều khiển motor servo tốc độ quạt giàn lạnh chế độ khác ta đánh giá xung điều khiển phù hợp Mạch điều khiển làm việc tốt đạt yêu cầu GVHD: PGS_TS ĐỖ VĂN DŨNG HVTH: KS LÊ MINH MẪN 115 Luan van  Thiết kế chế tạo ECU điều khiển hệ thống điều hịa tự động  Chương 6: KẾT LUẬN VÀ ĐỀ NGHỊ 6.1 Kết luận Qua sáu tháng thực đề tài luận văn tốt nghiệp với nỗ lực thân với tận tình thầy hướng dẫn Đề tài đạt số kết sau:  Đã nghiên cứu sở lý thuyết hệ thống điều hịa khơng khí tự động  Đã thu thập thơng số đầu vào, đầu hệ thống điều hịa khơng khí tự động  Đã nghiên cứu sở lý thuyết vi điều khiển Atmega128, lập trình vi điều khiển, chọn linh kiện điện tử phù hợp từ làm sở cho việc điều khiển hệ thống điều hịa khơng khí tự động  Thiết kế chế tạo thành cơng hộp ECU hệ thống điều hịa khơng khí tự động Sau hộp ECU lắp đặt thử nghiệm thành cơng mơ hình  Bước đột phá hệ thống điều hịa khơng khí tác giả sử dụng động RC servo có dây điều khiển góc quay phụ thuộc vào độ rộng xung  ECU điều khiển hệ thống điều hịa khí tự động chế tạo từ đề tài dùng để giảng dạy nghiên cứu hệ thống điều hịa khơng khí tự động Và tảng khoa học cho việc sản xuất hàng loạt phụ tùng phục phục cho công tác sửa chữa thay phụ tùng tương lai 6.2 Đề nghị Nếu có thêm nhiều thời gian điều kiện tốt hơn, người nghiên cứu lắp hộp ECU xe thực tế để kiểm tra tính ổn định hộp, thời gian đáp ứng nhiệt hệ thống điều hòa tự động điều kiện môi trường khác nhau, đồng thời để thiết kế GVHD: PGS_TS ĐỖ VĂN DŨNG HVTH: KS LÊ MINH MẪN 116 Luan van  Thiết kế chế tạo ECU điều khiển hệ thống điều hịa tự động  phần cứng tối ưu nhằm chống nhiễu từ bên hoàn thiện chương trình điều khiển Mạch hộp ECU hệ thống điều hòa tự động đầu tư để áp dụng rộng rải nhiều loại xe ô tô hệ thống điều hòa dân dụng khác nhau, đưa vào ứng dụng sửa chữa hốn cải hệ thống điều hịa tự động 6.3 Hướng phát triển đề tài Với mục đích chế tạo mạch điều khiển mơ hình điều khiển hệ thống điều hịa khơng khí tự động, mơ hệ thống điều hịa dựa tham số thực nghiệp xe Toyota Camry thực tế hãng xe, loại xe có số cấu khác Đồng thời hãng sử dụng mạng CAN (Controller Area Network) để giao tiếp hệ thống điều hịa khơng khí tự động, nên hướng phát triển đề tài là:  Thiết kế mơ hình hệ thống điều hịa tự động hồn tồn để thuận lợi cho cơng tác đánh giá so sánh kết đạt được, nhằm định hướng phát triển cho tương lai  Thiết kế chế tạo mạch kết hợp sử dụng mạng CAN để giao tiếp Tơi hy vọng tiếp tục đóng góp cơng sức vào dự định phát triển thêm đề tài Cuối lần xin chân thành cảm ơn Thầy PGS.TS Đỗ Văn Dũng tận tình hướng dẫn tơi thực đề tài GVHD: PGS_TS ĐỖ VĂN DŨNG HVTH: KS LÊ MINH MẪN 117 Luan van  Thiết kế chế tạo ECU điều khiển hệ thống điều hòa tự động  TÀI LIỆU THAM KHẢO Đỗ văn Dũng, Hệ thống điện thân xe tự động điều khiển ô tô, ĐHSPKT TpHCM – 2006 ThS Nguyễn Văn Thình, Hệ thống điều hồ khơng khí tơ, Trường ĐH SPKT TP HCM, năm 2007 Tài liệu đào tạo kỹ thuật viên Toyota, Hệ thống điện thân xe Điều khiển tự động-Nguyễn Thị Phương Hà, NXB khoa học kỹ thuật,1996 Điều khiển tự động - Nguyễn Ngọc Cần, NXB Trường DHSPKT TP HCM,1998 Cơ sở lý thuyết điều chỉnh tự động-Nguyễn Văn Hòa, NXB Hà nội,1998 Kỹ thuật vi điều khiển với AVR - Ngô Diệp Tập, NXB khoa học kỹ thuật, 2003 Tự động hóa hệ thống lạnh-Nguyễn Đức LợI, NXB Giáo dục 2000 Automatic Air Conditioning System, Toyota Service Training 10 Automotive Air-conditioning and Climate Control Systems, Steven Daly, First edition 2006 11 Một số trang wed: - http://scholar.google.com.vn/ - http://papers.sae.org/ - www.Alldatasheet.com - www.automotive-technology.com - http://www.atmel.com GVHD: PGS_TS ĐỖ VĂN DŨNG HVTH: KS LÊ MINH MẪN 118 Luan van Luan van ... 4: THIẾT KẾ VÀ CHẾ TẠO MẠCH ECU ĐIỀU KHIỂN HỆ THỐNG vi Luan van  Thiết kế chế tạo ECU điều khiển hệ thống điều hòa tự động  ĐIỀU HÒA TỰ ĐỘNG 52 4.1 Thu thập số liệu điều khiển hệ. ..  Thiết kế chế tạo ECU điều khiển hệ thống điều hòa tự động  Bảng 5.2: Các thơng số hệ thống điều hịa tự động theo nhiệt độ đặt 104 ix Luan van  Thiết kế chế tạo ECU điều khiển hệ thống điều. .. PGS_TS ĐỖ VĂN DŨNG HVTH: KS LÊ MINH MẪN 19 Luan van  Thiết kế chế tạo ECU điều khiển hệ thống điều hòa tự động  1.3 Kế hoạch thiết kế chế tạo ECU điều khiển hệ thống điều hịa tự động  Nghiên