Luận án xây dựng mô hình chẩn đoán phát hiện trạng thái làm việc có lỗi của hệ thống vsc trên xe toyota camry

MỞ ĐẦU Cùng với phát triển kinh tế - xã hội đất nước ta năm gần đây, loại hình vận tải phương tiện giao thơng giới đường bộ, đặc biệt ô tô (loại từ chỗ ngồi trở xuống) phát triển với tốc độ nhanh chóng số lượng cơng nghệ chế tạo Cụ thể năm 2009, nước có 1.137.000 xe đến năm 2015 số lượng xe tăng lên 2.105.000 xe (số liệu từ Bộ Giao thơng vận tải) với mục đích vận chuyển hành khách (taxi xe hợp đồng) nhu cầu lại cá nhân Song song với phát triển số lượng xe, để đáp ứng nhu cầu sửa chữa, bảo dưỡng số lượng sở bảo dưỡng, sửa chữa tơ có quy mơ vừa nhỏ tăng lên, nhu cầu trang bị thiết bị chẩn đoán phục vụ kiểm tra, sửa chữa ô tô sở bảo dưỡng, sửa chữa ô tô sở đào tạo nghề sửa chữa ô tô ngày trở nên cấp thiết Đặc điểm khác biệt ô tô đại với ô tô hệ cũ (trước 1990) chỗ: ô tô đại sử dụng rộng rãi hệ thống ĐKĐT để điều khiển hệ thống động cơ, hệ thống truyền lực hệ thống an toàn xe xe hệ cũ, hệ thống tuý hệ thống khí Bên cạnh ưu điểm áp dụng ĐKĐT, công việc sửa chữa, phát hư hỏng hệ thống ô tô đại trở nên phức tạp Các phương pháp chẩn đoán sửa chữa theo thói quen, kinh nghiệm hệ thống khí trước khơng cịn có hiệu sửa chữa ô tô đại, nhiều trường hợp gây hư hỏng thêm tốn thời gian chi phí Trên tơ đại, hệ thống ổn định quỹ đạo chuyển động xe đường vòng hệ thống điều khiển điện tử Từ năm 2012, xe sản xuất châu Âu, châu Mỹ, trang bị hệ thống tiêu chuẩn bắt buộc Tùy theo hãng xe đặt tên khác (ví dụ hãng Toyota gọi tên hệ thống Vehicle Stability Control - VSC), chúng có chức chung tự động phanh riêng rẽ bánh xe phía trước/sau, bên trong/ngồi đường vịng để tạo mơ men quay vòng ổn định đảm bảo cho quỹ đạo chuyển động xe Đây hệ thống có ĐKĐT điển hình tơ mà khơng thể chẩn đốn trạng thái kỹ thuật, phát lỗi phương pháp chẩn đốn với hệ thống khí thơng thường Hiện tại, nước chưa có cơng trình nghiên cứu chun sâu phương pháp chẩn đoán trạng thái kỹ thuật hệ thống có ĐKĐT tơ nói chung chẩn đốn hệ thống ổn định quỹ đạo chuyển động đường vịng nói riêng Trong điều kiện ngành Cơng nghiệp sản xuất tơ nước có tiềm phát triển mạnh nhờ sách hỗ trợ Nhà nước, việc chủ động phương pháp luận thiết kế, chế tạo thiết bị chẩn đoán phục vụ khai thác, sửa chữa xe ô tô nước sản xuất nhu cầu cấp thiết Các hãng xe, nhà sản xuất thiết bị chẩn đốn tơ nước bán sản phẩm thị trường rộng rãi giữ bí cơng nghệ, khơng cơng bố, cung cấp ngồi -1- thơng tin liên quan đến thiết kế, chế tạo thiết bị, họ cung cấp cho người sử dụng tài liệu hướng dẫn khai thác sử dụng thiết bị, việc tìm hiểu, nghiên cứu sở thiết kế, phương pháp luận để xây dựng mơ hình chẩn đốn, làm sở cho thiết kế, chế tạo thiết bị chẩn đoán ô tô (với điều kiện sản xuất nước) có ý nghĩa khoa học cao Xuất phát từ nhu cầu thực tế nêu trên, NCS đề xuất đề tài nghiên cứu: "Xây dựng mơ hình chẩn đốn trạng thái kỹ thuật hệ thống VSC ô tô” Mục đích luận án: Nghiên cứu phương pháp luận để xây dựng mơ hình chẩn đốn TTKT hệ thống có trang bị ĐKĐT tơ Trên sở đó, xây dựng mơ hình chẩn đốn trạng thái làm việc có lỗi hệ thống VSC xe Toyota Camry dựa hệ suy diễn mờ Takagi-Sugeno, đánh giá hiệu mơ hình chẩn đốn thơng qua thí nghiệm xe thực tế Đối tượng nghiên cứu luận án: Đối tượng nghiên cứu luận án hệ thống ĐKĐT VSC xe ô tô Toyota Camry 2.4, sản xuất lắp ráp năm 2009 Việt Nam Phạm vi nghiên cứu: Phạm vi nghiên cứu luận án phương pháp chẩn đoán TTKT sở mơ hình cấu trúc hệ thống chẩn đốn sử dụng hệ suy diễn mờ để xây dựng mơ hình chẩn đốn phát trạng thái làm việc có lỗi hệ thống có ĐKĐT tơ nói chung riêng cho hệ thống VSC Mơ hình chẩn đốn bao gồm hệ mờ T-S mơ tả hệ thống chẩn đoán quan sát để phát trạng thái làm việc có lỗi hệ thống VSC Điều kiện chẩn đốn xe khơng có tải, chạy tốc độ ổn định Phương pháp nghiên cứu: Phương pháp nghiên cứu sử dụng luận án kết hợp nghiên cứu lý thuyết với mô máy tính thí nghiệm kiểm chứng thực tế Từ lý thuyết phương pháp chẩn đoán đại kết hợp phân tích đặc điểm cấu trúc nguyên lý hoạt động hệ thống có ĐKĐT tơ để lựa chọn phương pháp chẩn đốn, xây dựng mơ hình chẩn đốn phát lỗi cho hệ thống VSC ô tô Thực mơ máy tính thí nghiệm xe thực tế để đánh giá hiệu mô hình chẩn đốn Các điểm luận án: Phương pháp chẩn đốn phát lỗi sở mơ hình cấu trúc có ngun lý cách thiết kế khác so với phương pháp chẩn đoán phát lỗi sở liệu thống kê thường sử dụng chẩn đốn sửa chữa tơ Phương pháp cho phép sử dụng quan hệ vật lý, kiến thức biết hệ thống để xây dựng mơ hình chẩn đốn, -2- giảm khối lượng thời gian tiến hành thu thập số liệu thống kê, kinh nghiệm lỗi, TTKT khác hệ thống trình sử dụng Sử dụng hệ suy diễn mờ, quan sát mờ cho phép mô tả hệ thống hiệu trường hợp phi tuyến, liệu không đầy đủ phải quan sát từ thực nghiệm Đặc biệt luận án sử dụng công cụ hệ mờ T-S Công cụ cho phép kết hợp sử dụng quan hệ vật lý biết hệ thống VSC (biểu diễn quan hệ toán học thông số) số liệu đo đạc thống kê nhờ giảm bớt khối lượng thống kê, đo đạc thu thập liệu xây dựng mơ hình hệ thống Ý nghĩa khoa học, thực tiễn đề tài: - Ý nghĩa khoa học đề tài: Việc lựa chọn phương pháp chẩn đoán TTKT xây dựng mơ hình chẩn đốn phát trạng thái làm việc có lỗi hệ thống có ĐKĐT ô tô sở khoa học cho phương pháp luận chung cho thiết kế, chế tạo hệ thống, thiết bị chẩn đốn TTKT tơ Luận án sử dụng công cụ tiến hệ suy diễn mờ Takagi-Sugeno để xây dựng mô hình chẩn đốn TTKT hệ thống có ĐKĐT xe ô tô đại Việc xây dựng mô tự thiết kế chế tạo thu thập liệu từ ECU, xây dựng phần mềm chẩn đốn phát lỗi hệ thống VSC góp phần nâng cao lực chủ động thiết kế, chế tạo trang thiết bị chẩn đoán ngành công nghiệp ô tô nước - Ý nghĩa thực tiễn, cấp thiết đề tài: Mơ hình bao gồm thu thập liệu từ ECU, phần mềm chẩn đốn sử dụng để chẩn đốn phát trạng thái làm việc có lỗi hệ thống VSC xe Toyota Camry phục vụ thiết thực cho công việc sửa chữa ô tô xưởng sửa chữa xe Trên sở mơ hình chẩn đốn đề xuất thiết kế, chế tạo thiết bị chẩn đoán phục vụ cho nhu cầu chẩn đoán sửa chữa ô tô nước cách chủ động; giảm mức độ phụ thuộc vào trang thiết bị nhập ngoại Trong điều kiện ngành Công nghiệp sản xuất ô tơ nước có tiềm phát triển, nhờ sách hỗ trợ Nhà nước, việc chủ động phương pháp luận, thiết kế, chế tạo thiết bị chẩn đoán phục vụ khai thác, sửa chữa xe ô tô nước sản xuất nhu cầu thiết thực cấp thiết Nội dung luận án Luận án gồm nội dung sau: Tổng quan vấn đề nghiên cứu Cơ sở lý thuyết việc chẩn đoán phát trạng thái lỗi hệ thống có -3- ĐKĐT tơ công cụ suy diễn mờ T-S Xây dựng mơ hình chẩn đốn phát lỗi hệ thống VSC xe Toyota Camry hệ suy diễn mờ T-S 4: Các thí nghiệm đánh giá hiệu hệ thống chẩn đoán phát lỗi cho hệ thống VSC xe Toyota Camry Kết luận kiến nghị -4- TỔNG QUAN VẤN ĐỀ NGHIÊN CỨU Đặc điểm chẩn đốn TTKT hệ thống có ĐKĐT tơ Vai trị chẩn đốn TTKT tơ Trong q trình làm việc, xảy lỗi làm hoạt động hệ thống trở nên không bình thường Các lỗi thường bất ngờ, ngẫu nhiên, không mong muốn Nếu không phát hiện, khắc phục loại bỏ sớm, lỗi tích lũy dần, phát triển ngày mạnh hơn, dẫn đến hư hỏng cụm chi tiết thành phần hệ thống Do đó, việc giám sát, phát sớm lỗi, trục trặc giúp cho người sử dụng, kỹ thuật viên tác động kịp thời, phòng ngừa hư hỏng nghiêm trọng xảy ra; góp phần giảm thiểu tổn thất kinh tế phải ngừng sản xuất thời gian dài để sửa chữa, thay phận; tăng tính an tồn, tin cậy trình vận hành Nhiệm vụ đánh giá TTKT xác định xem hệ thống làm việc bình thường hay có xuất lỗi Trong trường hợp phát tình trạng làm việc có lỗi hệ thống, bước xác định vị trí, nguyên nhân gây lỗi Để đánh giá tình trạng kỹ thuật tơ tiến hành theo phương pháp sau: 1) Phương pháp tháo rời, kiểm tra, đo đạc, đánh giá Phương pháp địi hỏi phải có chi phí nhân lực để tháo rời, gây nên phá hủy trạng thái tiếp xúc bề mặt lắp ghép 2) Phương pháp không tháo rời cụm chi tiết, mà sử dụng biện pháp thăm dò, dựa vào biểu đặc trưng, dấu hiệu bên hệ thống làm việc để đánh giá trạng thái kỹ thuật, phát lỗi xảy hệ thống Đây gọi phương pháp chẩn đoán sở dấu hiệu bên ngoài, phụ thuộc nhiều vào kinh nghiệm kỹ thuật viên 3) Phương pháp sử dụng cảm biến, trang thiết bị đo thông số làm việc hệ thống để đánh giá trạng thái kỹ thuật, phát lỗi xuất cụm chi tiết, phận mà không làm gián đoạn làm việc hệ thống Tính ưu việt phương pháp chỗ đánh giá TTKT, phát hư hỏng mà không cần tháo rời làm gián đoạn làm việc Phương pháp chẩn đốn cịn gọi chẩn đốn khách quan, không phụ thuộc vào kinh nghiệm chủ quan kỹ thuật viên Trong vận hành, sửa chữa ô tô đại thường sử dụng phương pháp chẩn đoán khách quan xe có sẵn cảm biến, tín hiệu đo tín hiệu điện nên dễ dàng tích hợp thiết bị đo, phân tích xử lý liệu q trình chẩn đốn đánh giá TTKT hệ thống xe Đặc điểm hệ thống điều khiển điện tử ô tô đại Trên tơ đại, ngồi trang bị điện truyền thống, hệ thống ô tô ngày phát triển trở thành hệ thống điện tử, kỹ thuật điện, điện tử, -5- thông tin điều khiển kết hợp để điều khiển tối ưu hoạt động hệ khí truyền thống xe hệ thống cấp nhiên liệu, hệ thống điều khiển chuyển số, hệ thống phanh, lái, treo Giá trị phần trang bị điện, mạch điều khiển điện tử, phần mềm điều khiển chiếm phần đáng kể giá trị tổng thành ô tô đại Cảm biến Cơ cấu chấp hành ECU Hệ thống khí Hình 1.1: Cấu trúc hệ thống có ĐKĐT Đặc điểm cấu trúc hệ thống có ĐKĐT tơ Sơ đồ khối hệ thống có ĐKĐT trình bày Hình 1.1 So với hệ thống khí, hệ thống có ĐKĐT có cấu trúc phức tạp Để đưa hệ khí vào hoạt động, hệ thống ĐKĐT (bao gồm thành phần cảm biến, cấu chấp hành xử lý trung tâm ECU) làm nhiệm vụ thu thập thông tin trạng thái hệ thống, môi trường; tiến hành xử lý, tính tốn theo chương trình cài đặt sẵn vi xử lý ECU cấp tín hiệu đến điều khiển hoạt động cấu chấp hành Cơ cấu chấp hành đến lượt làm nhiệm vụ dẫn động hệ khí hoạt động Như vậy, hệ thống có ĐKĐT, hoạt động phần khí bị phụ thuộc nhiều vào hệ thống ĐKĐT Nếu hệ thống ĐKĐT bị trục trặc, có lỗi làm cho hệ khí khơng thể hot ng ỳng c 6000 Điện trở (Ôm) 5000 2000 500 14 22 38 50 NhiƯt ®é (°C) 58 70 77 87 100 Cảm biến nhiệt độ nước làm mát Cảm biến tốc độ (vol) (vol) Sè vòng quay động (vòng/phút) Cm bin tc ng kiểu Hall Cảm biến lưu lượng khí nạp kiểu “Hot wire” Hình 1.2: Dạng tín hiệu cảm biến -6- Trong hệ thống ĐKĐT, các cảm biến, tıń hiê ̣u đầ u vào làm nhiệm vụ cung cấp thông tin trạng thái thời, thông tin môi trường ảnh hưởng đến làm việc hệ thống điều khiển Ví dụ: để định lượng nhiên liệu cấp cho xi lanh động cơ, hệ thống EFI có cảm biến tín hiệu cần thiết như: cảm biến lưu lượng khơng khí nạp (hoặc áp suất chân khơng đường nạp khí), cảm biến tốc độ động cơ, cảm biến nhiệt độ nước làm mát, cảm biến mức độ tải động cơ, thông tin môi trường liên quan nhiệt độ khí nạp, độ ẩm khơng khí Tín hiệu từ cảm biến thường có dạng analog (ví dụ cảm biến nhiệt độ nước làm mát động cơ, cảm biến lưu lượng khơng khí nạp vv), tín hiệu dạng xung chữ nhật (như tín hiệu cảm biến tốc độ động cơ, tốc độ quay bánh xe…) dạng tín hiệu chuyển mạch (tín hiệu On/Off), ví dụ tín hiệu bật tắt phụ tải điện, hệ thống bơm trợ lực lái, hệ thống điều hồ khơng khí Hình 1.2 trình bày số dạng tín hiệu gửi ECU cảm biến ô tô Mỗi cảm biến hệ thống ĐKĐT làm nhiệm vụ cung cấ p thông tin đại lượng vật lý đặc trưng cho trạng thái làm việc hiê ̣n thời đối tượng Tín hiệu cảm biến kiểu analog trị số điện áp Ở trạng thái làm việc bình thường, điện áp đầu cảm biến giới hạn từ V1 đến V2 Trường hợp tín hiệu cảm biến đưa ECU có trị số ngồi dải [V1, V2] dấu hiệu cố (lỗi) xảy Lỗi nguyên nhân hỏng cảm biến, cố mạch truyền tín hiệu từ cảm biến ECU hư hỏng phần kết cấu khí thực chức mà cảm biến theo dõi Hình 1.3 trình bày ví dụ dải làm việc cảm biến nhiệt độ nước làm mát (V) Ph¹m vi không bình thường Phạm vi bình thường cho hệ thống chẩn đoán Điện áp THW Phạm vi bình thường cho động Phạm vi bình thường cho hệ thống THW chẩn đoán Phạm vi không b×nh th­êng −50 50 100 150 (°C) NhiƯt ®é Hình 1.3: Dải làm việc cảm biến nhiệt độ nước làm mát động Khi động làm việc bình thường, điện áp đầu cảm biến nhiệt độ nước làm mát nằm dải 4,8V đến 0,1V, tương ứng với dải nhiệt độ từ -50oC tới 150oC Khi điện áp đầu cảm biến nhỏ 0,1V hay lớn 4,8V có nghĩa xuất cố liên quan đến hệ thống làm mát (hỏng cảm biến, cố đường truyền dẫn, hư hỏng chi tiết bên hệ thống làm mát làm cho nhiệt độ động q cao) Tương tự, với cảm biến có tín hiệu kiểu xung, dải làm việc vùng tần số từ fmin đến fmax (các xung -7- đầu cảm biến mơ đun hóa để có giá trị biên độ) Như vậy, tín hiệu điện gửi từ cảm biến ECU nằm dải làm việc xác định trạng thái làm việc bình thường hệ thống Mỗi điện áp cảm biến gửi ECU có trị số nằm ngồi dải làm việc có nghĩa xuất trạng thái lỗi “vùng giám sát” cảm biến Lỗi thân cảm biến đường truyền dẫn tín hiệu bị lỗi, liên quan đến công phần hệ thống mà lắp cảm biến bị lỗi Tín hiệu đầu cảm biến thay đổi theo quy luật tương ứng với thay đổi thông số vật lý phản ánh trạng thái làm việc hệ thống điều khiển Vì vậy, tín hiệu từ cảm biến gửi thay đổi không tương ứng với quy luật hoạt động hệ thống có nghĩa xuất trạng thái lỗi liên quan đến phần kết cấu có lắp cảm biến Từ phân tích cho thấy, hệ thống ĐKĐT, cảm biến cịn có vai trị giám sát, đánh giá trạng thái kỹ thuật hệ thống Với thông tin đầu cảm biến xác định trạng thái kỹ thuật thời hệ thống mà cịn phân tích diễn biến, dự báo trạng thái kỹ thuật hệ thống thời gian vận hành Các tín hiệu cảm biến thơng số chẩn đốn trực tiếp TTKT hệ thống Các cấu chấp hành hệ thống ĐKĐT có phần điều khiển cung cấp lượng mạch điện tử, trang bị điện Do đó, thơng qua trị số tín hiệu điều khiển mạch cơng suất giám sát xác định trạng thái kỹ thuật cấu chấp hành hệ thống Đặc điểm vận hành, sửa chữa hệ thống ô tơ có ĐKĐT Đối với xe tơ hệ cũ, việc điều khiển hoạt động hệ thống chủ yếu khí thủy lực Trong trình hoạt động, tiếng ồn bất thường truyền khí (cặp bánh răng, ổ trục…), giảm hiệu làm việc hệ thống như: áp suất dòng nhiên liệu, quãng đường phanh tăng đột ngột… thường quan sát xử lý trực tiếp Tuy nhiên, hệ thống có điều khiển điện tử, ngồi cụm chi tiết khí cịn có cảm biến, mạch điện tử vi xử lý Các dẫn động khí, thủy lực thơng thường xe ô tô hệ cũ trước đến thay mạch điều khiển điện tử cấu chấp hành (các cấu kiểu điện cơ, van điện từ, nam châm điện từ, điện - thủy lực - khí) Do đó, người điều khiển không tác động điều khiển trực tiếp dẫn động khí thơng thường mà thơng qua tín hiệu điều khiển tới mạch điều khiển điện tử, cấu chấp hành Hệ thống ĐKĐT cần sử dụng nhiều cảm biến cấu chấp hành, cảm biến thông tin gửi ECU để ECU tính tốn lựa chọn chế độ làm việc tối ưu cho hệ khí, mạch điện tử…làm cho kết cấu, số lượng cụm chi tiết hệ thống có ĐKĐT tăng lên Khác với cấu trúc khí đơn giản tơ hệ cũ, ô tô đại với hệ thống điều khiển kiểu điện tử, việc phát hư hỏng trở nên khó khăn nhiều Các thống kê hư hỏng sửa chữa ô tô cho thấy lỗi liên quan đến phần mạch ĐKĐT -8- cảm biến, cấu chấp hành chiểm tỷ lệ lớn (tới 65%) cố kỹ thuật làm việc hệ thống có ĐKĐT [11] Trên ô tô đại thường phải sử dụng thiết bị đo đạc, phân tích đánh giá thơng số làm việc kết hợp với kinh nghiệm thay dùng phương pháp tìm lỗi theo kinh nghiệm quan sát qua biểu bên Đặc điểm chẩn đốn TTKT hệ thống có ĐKĐT ô tô Trên xe ô tô hệ cũ, hệ thống khí khơng có lắp hệ thống cảm biến việc đo đạc, theo dõi giám sát trình xảy bên hệ thống làm việc thực Việc đánh giá TTKT, phát lỗi chủ yếu dựa vào dấu hiệu bên ngồi, q trình kèm theo dựa vào kinh nghiệm kỹ thuật viên Ví dụ kiểm tra đánh giá khe hở ổ trục thông qua đo rung động, tiếng ồn nhiệt độ vỏ ổ trục, đánh giá chất lượng làm việc cụm pít tơng xy lanh thơng qua kiểm tra độ lọt khí xy lanh, qua tiếng gõ, mầu khói khí xả Khi sử dụng thiết bị chẩn đoán thường phải bổ sung thêm gá lắp chuyên dùng để gá lắp cảm biến, trình chẩn đốn bị kéo dài, phải dừng hoạt động hệ thống để gá lắp hệ thống chẩn đoán Trên hệ thống có ĐKĐT tơ, phân tích vai trị thơng tin nhận từ cảm biến cấu chấp hành, ta sử dụng tín hiệu từ cảm biến, mạch điều khiển cấu chấp hành để phân tích đánh giá TTKT hệ thống Phương pháp chẩn đốn kỹ thuật có ưu điểm như: - Thông qua việc đo trực tiếp thông số làm việc hệ thống giúp cho chẩn đốn xác, khách quan - Nhờ sử dụng trang thiết bị đo, quy trình phân tích lập trình tạo điều kiện cho kỹ thuật viên tham gia hiệu trình chẩn đốn mà khơng bị phụ thuộc nhiều vào kinh nghiệm chuyên môn, tuổi nghề phương pháp chẩn đốn TTKT tơ truyền thống trước - Không cần thêm gá lắp, cảm biến bổ sung phục vụ cho chẩn đoán trường hợp hệ khí - Hệ thống chẩn đốn chất hệ thống đo lường điện thực việc đo đồng thời nhiều thông số đặc trưng cho trạng thái làm việc hệ thống, phân tích xử lý số liệu đo theo chương trình suy luận logic (phần mềm) cài đặt trước Vì vậy, hoạt động chẩn đốn diễn “real time” (trong thời gian thực), song song với trình làm việc hệ thống tơ Ngồi ra, sở phân tích số liệu đo trạng thái thời, hệ thống dự báo lỗi xảy tương lai Kết dự báo làm tăng tính chủ động tổ chức, quản lý đảm bảo an toàn vận hành xe Qua phân tích cho thấy việc chẩn đốn TTKT hệ thống có điều khiển kiểu điện tử tơ đại có điểm khác so với chẩn đoán TTKT hệ thống điều khiển khí thủy lực tơ hệ cũ, cụ thể là: -9- - Đối với hệ thống có ĐKĐT, việc chẩn đốn TTKT phần điều khiển điện tử phải sử dụng trang bị đo kiểm chuyên dùng Do đó, việc phát lỗi sở theo dõi dấu hiệu bề ngồi khơng khả thi - Do phần khí đưa vào hoạt động nhờ tín hiệu điều khiển cấu chấp hành nên việc chẩn đốn phần ĐKĐT phải thực trước, sau thực cơng việc chẩn đốn phần khí (như hệ thống khơng có ĐKĐT) - Các tín hiệu nhận từ cảm biến, cấu chấp hành thơng số chẩn đốn trực tiếp hoạt động “bên lòng“ hệ thống cho phép đánh giá TTKT, phát lỗi hệ thống chẩn đốn cách xác, tin cậy - Đối với hệ thống có ĐKĐT, việc chẩn đốn TTKT hệ ĐKĐT khơng đơn phát lỗi hệ ĐKĐT mà cịn phát lỗi thuộc phần khí liên quan trực tiếp đến thông số vật lý mà cảm biến chịu trách nhiệm giám sát Ví dụ, hệ thống động cơ, chẩn đoán phát lỗi cảm biến đo lưu lượng khí nạp, ngun nhân hỏng cảm biến, cố đường truyền dẫn tín hiệu ECU, có nguyên nhân hở, nứt đường ống làm rò rỉ khí tắc lọc khí làm ảnh hưởng đến thơng số lưu lượng khí nạp vào xi lanh động Phân tích phương pháp phát lỗi hệ thống có ĐKĐT Các khái niệm chẩn đoán TTKT Một số khái niệm dùng chẩn đoán TTKT bao gồm khái niệm lỗi đặc tính lỗi Hai thủ tục q trình chẩn đốn phát trạng thái lỗi xác định vị trí xảy lỗi [12, 16,17] Lỗi đặc tính lỗi Lỗi định nghĩa độ sai lệch mức cho phép thông số cấu trúc (thông số làm việc) hệ thống so với giá trị chuẩn (hoặc giá trị cho phép) Lỗi trạng thái mà để hệ thống tiếp tục làm việc (với trạng thái đó) dẫn đến cố làm hư hỏng hệ thống Mục tiêu chẩn đoán TTKT hệ thống xác định xem làm việc hệ thống bình thường hay có lỗi Hình 1.4 trình bày sơ đồ lỗi phát sinh thành phần hệ thống Các thành phần hệ thống bao gồm cấu chấp hành, cảm biến cấu trúc khí, biến đầu vào u, biến đầu y Các lỗi xuất thành phần hệ thống: lỗi xảy cấu chấp hành (fa); lỗi cảm biến (fs); lỗi xảy phần hệ động lực làm thay đổi thông số cấu trúc hệ thống (fp) Trong qúa trình vận hành, cịn có tác động nhiễu loạn u* từ mơi trường Ví dụ lỗi thành phần cấu trúc hệ thống vết nứt, gãy vỡ, rò rỉ đường ống dẫn thủy lực ống dẫn khí làm thay đổi tham số cấu trúc hệ thống; lỗi cấu chấp hành kẹt ổ bi, không đủ lực mô men, khuyết tật - 10 - z6min=z4max; z6max=vmax; % Tinh bo tham so cac ham lien thuoc params1=[z1min,z1min,z1max]; params2=[z2min,z2min+d,z2max]; params3=[z3min, z3min+d,z3max]; params4=[z4min, z4min+d,z4max]; params5=[z5min,z5min+d,z5max]; params6=[z6min,z6max,z6max]; params=[[params1]; [params2]; [params3]; [params4]; [params5]; [params6]]; % Dinh nghia cac ham lien thuoc mf1=trimf(z,params(1,:)); mf2=trimf(z,params(2,:)); mf3=trimf(z,params(3,:)); mf4=trimf(z,params(4,:)); mf5=trimf(z,params(5,:)); mf6=trimf(z,params(6,:)); MF=[mf1 mf2 mf3 mf4 mf5 mf6]'; % Tinh cac gia tri Ymax cua ham ung voi moi ham lien thuoc A1=[-2*(cf+cr)/(M*params(1,2)), 2*(b*cr-a*cf)/(M*(params(1,2)^2))-1; -2*(a*cf-b*cr)/Iz , -2*(a^2*cf+b^2*cr)/(Iz*params(1,2))]; A2=[-2*(cf+cr)/(M*params(2,2)), 2*(b*cr-a*cf)/(M*(params(2,2)^2))-1; -2*(a*cf-b*cr)/Iz , -2*(a^2*cf+b^2*cr)/(Iz*params(2,2))]; A3=[-2*(cf+cr)/(M*params(3,2)), 2*(b*cr-a*cf)/(M*(params(3,2)^2))-1; -2*(a*cf-b*cr)/Iz , -2*(a^2*cf+b^2*cr)/(Iz*params(3,2))]; A4=[-2*(cf+cr)/(M*params(4,2)), 2*(b*cr-a*cf)/(M*(params(4,2)^2))-1; -2*(a*cf-b*cr)/Iz , -2*(a^2*cf+b^2*cr)/(Iz*params(4,2))]; A5=[-2*(cf+cr)/(M*params(5,2)), 2*(b*cr-a*cf)/(M*(params(5,2)^2))-1; -2*(a*cf-b*cr)/Iz , -2*(a^2*cf+b^2*cr)/(Iz*params(5,2))]; A6=[-2*(cf+cr)/(M*params(6,2)), 2*(b*cr-a*cf)/(M*(params(6,2)^2))-1; -2*(a*cf-b*cr)/Iz , -2*(a^2*cf+b^2*cr)/(Iz*params(6,2))]; B1=[2*cf/(M*params(1,2)); 2*a*cf/Iz]; B2=[2*cf/(M*params(2,2)); 2*a*cf/Iz]; B3=[2*cf/(M*params(3,2)); 2*a*cf/Iz]; B4=[2*cf/(M*params(4,2)); 2*a*cf/Iz]; B5=[2*cf/(M*params(5,2)); 2*a*cf/Iz]; B6=[2*cf/(M*params(6,2)); 2*a*cf/Iz]; C1=[-2*(cf+cr)/M ]; C2=[-2*(cf+cr)/M ]; C3=[-2*(cf+cr)/M ]; C4=[-2*(cf+cr)/M 2*(b*cr-a*cf)/(M*params(1,2)); 2*(b*cr-a*cf)/(M*params(2,2)); 2*(b*cr-a*cf)/(M*params(3,2)); 2*(b*cr-a*cf)/(M*params(4,2)); - 120 - ]; C5=[-2*(cf+cr)/M 2*(b*cr-a*cf)/(M*params(5,2)); ]; C6=[-2*(cf+cr)/M 2*(b*cr-a*cf)/(M*params(6,2)); ]; D=[2*cf/M 0]'; D1=D; D2=D; D3=D; D4=D;D5=D; D6=D; v1=32/3.6; %Bien dau vao %Tinh gia trij ham lien thuoc ung voi tri so cua bien u(1)=evalmf(v1,params1,'trimf'); muy1=u(1); u(2)=evalmf(v1,params2,'trimf'); muy2=u(2); u(3)=evalmf(v1,params3,'trimf'); muy3=u(3); u(4)=evalmf(v1,params4,'trimf'); muy4=u(4); u(5)=evalmf(v1,params5,'trimf'); muy5=u(5); u(6)=evalmf(v1,params6,'trimf'); muy6=u(6); %Figures figure(1) plot(z,MF,'linewidth',2) grid hold on %plot(z,s) j=0; p=0; for i=1:6 if u(i)>0 j=j+1; p(j)=i; sprintf( 'v1=%1.2f has the memebership degree u1=%1.2f',v1,u(i)); plot (v1,u(i),'r*') % place the point on the graph plot ([v1,v1],[0,u(i)],'linestyle','-','color','gr') plot([vmin,v1],[u(i),u(i)],'linestyle','-','color','r') end; end; A= [ -2*(cf+cr)/(M*v1) -2*(a*cf-b*cr)/(M*v1^2)-1; -2*(a*cf-b*cr)/Iz -2*(a^2*cf+b^2*cr)/(Iz*v1)]; B = [2*cf/(M*v1);2*a*cf/Iz]; C = [-2*(cf+cr)/M -2*(a*cf-b*cr)/(M*v1); ]; - 121 - D=[2*cf/M 0]'; % -Unknown & Disturbance Matrix % Edd=B; Fdd=D; Ed=[1 0; 1]; Fd=[1 0; 1]; %% Step one: Check rank(CE) = rank(E) rank(C1*Ed); rank(Ed); %% Step two: Compute Observer Matricies H1 = Ed*inv((C1*Ed)'*(C1*Ed))*(C1*Ed)'; %H1 = B1*inv((C1*B1)'*(C1*B1))*(C1*B1)' T1 = eye(2)-H1*C1; A01 = T1*A1; % Step three: check observability rank(obsv(A01,C1)); s=[-4 -4]; F=diag(s); k11=inv(C1)*(A1-F-H1*C1*A1); k12=F*H1; k01=zeros; k01=k11+k12 H2 = Ed*inv((C2*Ed)'*(C2*Ed))*(C2*Ed)'; T2 = eye(2)-H2*C2; A02 = T2*A2; k21=inv(C2)*(A2-F-H2*C2*A2); k22=F*H2; k02=zeros; k02=k21+k22 H3 = Ed*inv((C3*Ed)'*(C3*Ed))*(C3*Ed)'; T3 = eye(2)-H3*C3; A03 = T3*A3; k31=inv(C3)*(A3-F-H3*C3*A3); k32=F*H3; k03=zeros; k03=k31+k32 H4 = Ed*inv((C4*Ed)'*(C4*Ed))*(C4*Ed)'; T4 = eye(2)-H4*C4; A04 = T4*A4; k41=inv(C4)*(A4-F-H4*C4*A4); - 122 - k42=F*H4; k04=zeros; k04=k41+k42 H5 = Ed*inv((C5*Ed)'*(C5*Ed))*(C5*Ed)'; T5 = eye(2)-H5*C5; A05 = T5*A5; k51=inv(C5)*(A5-F-H5*C5*A5); k52=F*H5; k05=zeros; k05=k51+k52 H6 = Ed*inv((C6*Ed)'*(C6*Ed))*(C6*Ed)'; T6 = eye(2)-H6*C6; A06 = T6*A6; k61=inv(C6)*(A6-F-H6*C6*A6); k62=F*H6; k06=zeros; k06=k61+k62 L2a1_new %L2a1_beta P 1.1 Mô đun giải mờ luật thứ P 1.2 Mô đun giải mờ tổng quát - 123 - P 1.3 Mô đun tổng quát quan sát UIO - 124 - P 1.4 Mơ đun mơ hình 3DOF P 1.5 Mô đun quan sát mờ địa phương thứ - 125 - Phụ lục 2a Sơ đồ khối cảm biến MPU P 2.1 Sơ đồ khối cảm biến MPU 2b Module vi xử lý P 2.2 Module vi xử lý 2c Module giao tiếp với máy tính - 126 - P 2.3 Module giao tiếp với máy tính - 127 - Phụ lục 3a Chuyển đổi chuẩn giao tiếp Thiết kế chế tạo kết nối dự liệu từ cổng giao tiếp OBD-2 xe tới máy tính chip ELM-327 - Chip ELM-327: Hiện nay, thị trường sản phẩm điện tử cung cấp nhiều loại chip có khả tự động thực chức giao tiếp với giao thức phù hợp với hệ thống sử dụng OBD II Ví dụ vi điều khiển 16-bit Atmel, Microchip có giao tiếp ngoại vi chuẩn CAN Đặc biệt, có họ vi xử lý ELM (thông dụng chip ELM-327) cho khả tự động tìm phát giao thức OBD giao tiếp với thiết bị khác qua chuẩn RS-232 (Hình P 3.1) P 3.1 Sơ đồ khối ELM327 - Thiết kế mạch giao tiếp với giao thức OBD2 cho chip ELM-327 + Mạch chuyển đổi giao tiếp chuẩn CAN: Chuẩn CAN (Control Area Network) chuẩn ngày sử dụng phổ biến khả truyền tải thông tin ổn định, khoảng cách xa khả tạo thành mạng giao tiếp lớn Để chuyển đổi giao tiếp ELM327 chuẩn CAN, sử dụng MCP2551 Đây IC chuyển đổi giao tiếp CAN chuyên dụng dễ tìm thấy Việt Nam Hình P 3.2 thể mạch chuyển đổi giao tiếp chuẩn CAN P 3.2 Mạch chuyển đổi giao tiếp chuẩn CAN - 128 - 3b Mạch giao tiếp máy tính - Mạch chuyển đổi giao tiếp chuẩn ISO 9141-2 ISO 14230 KWP2000: Chuẩn ISO 9141-2 ISO 14230 KWP2000 sử dụng chân jack OBD-2 giống nhau, mức logic cao điện áp ắc quy (+12V) Do cần sử dụng mạch đệm điện áp đơn giản để chuyển đổi giao tiếp ELM327 jack chẩn đốn xe Hình P 3.3 thể mạch chuyển đổi giao tiếp chuẩn ISO 9141-2 KWP 2000 P 3.3 Mạch chuyển đổi giao tiếp chuẩn ISO 9141-2 KWP 2000 - Mạch chuyển đổi giao tiếp chuẩn SAE J1850 Hình P 3.4: Chuẩn SAE J1850 bao gồm chuẩn PWM VPW Hai chuẩn sử dụng chân giao tiếp tương đương nhau, khác mức logic Do thiết kế sử dụng mạch đệm tương ứng với mức logic để đảm bảo chúng hoạt động chức P 3.4 Mạch chuyển đổi giao tiếp chuẩn SAE J1850 - 129 - - Mạch chuyển đổi giao tiếp UART-USB (Hình P3.5): sử dụng IC chuyển đổi chuyên dụng PL2303-HX để chuyển đổi giao tiếp từ cổng COM máy tính PC sang máy tính Laptop P 3.5 Mạch chuyển đổi UART-USB Phụ lục Lập trình phần mềm thu thập liệu Phần lập trình đồ họa phần mềm thu thập liệu gồm có khối bước thiết lập sau: - Khối giao tiếp với môđun ELM327 Bộ thu thập liệu; Khôi xử lý liệu; Khối hiển thị; Khối lưu liệu truyền liệu với Simulink Khối giao tiếp với môđun ELM327 thu thập liệu: P 4.1 Khởi tạo cổng kết nối - 130 - P 4.2 Gửi yêu cầu đọc liệu tới Bộ thu thập liệu ECU P 4.3 Đọc, kiểm tra lọc liệu hợp lệ từ Bộ thu thập liệu ECU - 131 - Khối xử lý liệu: P 4.4 Tách liệu từ block liệu nhận P 4.5 Khối lưu liệu vào nhớ tạm - 132 - Khối hiển thị: P 4.6 Khối hiển thị Khối lưu trữ liệu: P 4.7 Khởi tạo file liệu P 4.8 Khối truyền liệu - 133 - P 4.9 Khối lưu diệu - 134 - ... thể luận án gồm có: Nghiên cứu phương pháp chẩn đoán TTKT phát trạng thái làm việc có lỗi hệ thống có ĐKĐT tô Nghiên cứu sở lý thuyết việc chẩn đoán phát trạng thái lỗi hệ thống có ĐKĐT tơ hệ. .. vi nghiên cứu luận án phương pháp chẩn đoán TTKT sở mơ hình cấu trúc hệ thống chẩn đoán sử dụng hệ suy diễn mờ để xây dựng mơ hình chẩn đốn phát trạng thái làm việc có lỗi hệ thống có ĐKĐT tơ nói... ESP Hình 1.18: Sơ đồ hệ thống VSC Hình 1.19: Nguyên lý hoạt động hệ thống VSC Đặc điểm chẩn đoán phát lỗi hệ thống VSC Hệ thống VSC hệ thống có ĐKĐT, lỗi xảy có nguyên nhân từ phần ĐKĐT lỗi cảm