Đang tải... (xem toàn văn)
Đề cương ôn tập + Đáp án đề thi _ Cơ điện tử ô tô cơ bản Chương 1: Tổng Quan 1. Hệ thống cơ điện tử: Cơ điện tử là sự tích hợp bởi 3 lĩnh vực: Kỹ thuật điện tử, công nghệ thông tin, cơ khí. Thiết bị cơ điện tử: Là thiết bị công nghệ cơ khí được điều khiển bằng các thiết bị điện tử có lập trình, độ tích hợp cao. Thiết bị công nghệ cơ khí: là cơ cấu máy công tác, thực hiện các thao tác quá trình công nghệ Cảm biến : • Cảm nhận các tín hiệu điều khiển vào ra • Cảm biến giúp đo đạc các giá trị • Cảm biến giới hạn cảm nhận với đại lương vật lý cần đo Cơ cấu chấp hành • Dùng để di chuyển hoặc điều khiển một cơ cấu hay hệ thống Bộ vi xử lý • Linh kiện điện tử được chế tạo từ các transitor thu nhỏ tích hợp trên một vi mạch tích đơn. • Bộ xử lý tính toán và xử lý tín hiệu từ cảm biến và xuất ra kết quả. Phần mềm điều khiển • Đưa ra các cách thức
Chương 1: Tổng Quan Hệ thống điện tử: Cơ điện tử tích hợp lĩnh vực: Kỹ thuật điện tử, công nghệ thông tin, khí Thiết bị điện tử: Là thiết bị cơng nghệ khí điều khiển thiết bị điện tử có lập trình, độ tích hợp cao - Thiết bị cơng nghệ khí: cấu máy cơng tác, thực thao tác q trình cơng nghệ - Cảm biến : Cảm nhận tín hiệu điều khiển vào Cảm biến giúp đo đạc giá trị Cảm biến giới hạn cảm nhận với đại lương vật lý cần đo - Cơ cấu chấp hành Dùng để di chuyển điều khiển cấu hay hệ thống - Bộ vi xử lý Linh kiện điện tử chế tạo từ transitor thu nhỏ tích hợp vi mạch tích đơn Bộ xử lý tính tốn xử lý tín hiệu từ cảm biến xuất kết - Phần mềm điều khiển Đưa cách thức Lịch sử hệ thống điện tử Antilock Braking (ABS) Traction Control Systems (TCS) Hệ thống kiểm soát độ bám đường Vehicle Dynamics Control (VDC) Hệ thống cân động Electronic Stability Program (ESP) Hệ thống cân điện tử Electronically Controlled Suspension (ECS) Hệ thống treo điện tử Electric Parking Brake (EPB) Hệ thống phanh đỗ điện tử tự động Tyre Pressure Monitoring System (TPMS) Hệ thống giám sát áp suất lốp Vào đầu năm 1960, thiết bị điện tử ô tô thiết bị radio - Hệ thống điện tử ứng dụng ô tô hệ thống đánh lửa điện tử vào cuối năm 1970 - Những năm cuối 1970, hệ thống chống bó cứng bánh xe phanh ABS ứng dụng ô tô - Hệ thống điều khiển chống trượt quay TCS (traction control system) phát triển ô tô vào năm 1990 - Hiện ô tô sử dụng hệ thống điều khiển ổn định ô tô ESC (electronic stability control) - Hầu hệ thống cần điều khiển ô tô điều khiển tự động, kế điều khiển hướng chuyển động suốt hành trình xe (từ điểm khởi hành đến điểm kết thúc xác định trước) - Trên ô tô nay, vi xử lý 8, 16, 32 64 bít sử dụng để thực chức điều khiển khác Các vi điều khiển với nhớ EEPROM/EPROM nhiều thiết bị chức khác ADC, PWM, Timer,… tích hợp chip dần ứng dụng tô Các vi điều khiển loại 64, 32bit dùng cho điều khiển động cơ, hệ thống truyền lực, túi khí; loại 16bit dùng cho ABS, TCS, VSC, hệ thống điều hịa khơng khí… loại 8bit dùng để điều khiển ghế, cửa, gương… Các hệ thống điện tử ô tô phát triển theo hướng hồn tồn tự động nhằm nâng cao tính an tồn, tính thân thiện với mơi trường, tính tiện nghi Các hệ thống điều khiển điện hệ thống mạng không dây để truyền thông ô tô với trung tâm điều độ giao thông với ô tô khác nghiên cứu ứng dụng Trình tự chung để thiết kế phát triển hệ thống điện tử: Bước 1: nghiên cứu thiết kế tính tốn thiết bị cơng nghệ Bước 2: xây dựng mơ hình để xác định ứng xử tĩnh động lực học hệ thống, Bước 3: đề xuất sách lược điều khiển, lập trình điều khiển Bước 4: mơ hệ thống máy tính hiệu chỉnh sách lược điều khiển, Bước 5: xây dựng mơ hình vật lý Bước 6: lập chương trình, xây dựng phần mềm điều khiển cho hệ thống Bước 7: mô hệ thống hiệu chỉnh phần mềm điều khiển Chương 2: Cảm biến dùng ô tô Cảm biến : thiết bị điện tử cảm nhận trạng thái hay q trình vật lý, hóa học hay sinh học môi trường cần khảo sát, biến đổi thành tín hiệu điện để thu thập thơng tin trạng thái hay q trình Phân loại cảm biến: Cảm biến thường phân biệt theo đại lượng đo được: cảm biến vị trí, cảm biến vận tốc, cảm biến gia tốc, cảm biến lực, cảm biến áp suất, cảm biến nhiệt độ, … Cảm biến phân loại theo nguyên lý hình thành nên cảm biến thành: Cảm biến điện trở, cảm biến điện dung, cảm biến điện cảm, cảm biến quang điện… 1.Đặc tính cảm biến THÔNG SỐ ĐẶC TRƯNG CỦA CẢM BIẾN Hàm truyền cảm biến (Transfer function): thể quan hệ tín hiệu theo đại lượng kích thích vào cảm biến điều kiện lý tưởng (khơng có sai số) Quan hệ cịn gọi đặc tính chuẩn cảm biến Đặc tính tuyến tính: s =a +bm, Cảm biến phi tuyến thường tuyến tính hóa quanh giá trị m0 định: b = ds(m0 )/dm Độ nhạy b: Độ nhạy cảm biến: b =∆s/∆m b = Để phép đo đạt độ xác cao cảm biến cần có độ nhạy khơng đổi Thường giá trị độ nhạy b cho tương ứng với điều kiện làm việc cụ thể cảm biến Thời gian đáp ứng (response time): Là thông số đặc trưng cho khả theo kịp tín hiệu theo tín hiệu vào mặt thời gian Độ tuyến tính cảm biến: Cảm biến tuyến tính dải đo xác định dải đó, độ nhạy không phụ thuộc vào giá trị đại lượng đo Tuyến tính hóa hiệu chỉnh (bằng cách lắp thêm vào mạch đo thiết bị hiệu chỉnh) để tín hiệu nhận tỷ lệ với giá trị đại lượng đo Dải đo (Span hay Full-scale input): phạm vi thay đổi giá trị củađại lượng cần đo mà cảm biến cảm nhận Nó thể hiệnkhoảng đo lớn mà cảm biến đo với sai số chấp nhận Dải tín hiệu (full-scale output): độ chênh đại số giá tín trị hiệura đo giá trị đo cực đại cực tiểu dải đo Độ xác (accuracy): thể sai số lớn kết đo Sai số cảm biến phân biệt thành sai số hệ thống sai số ngẫu nhiên Sai số hệ thống: sai số không phụ thuộc vào số lần đo, có giá trị khơng đổi thay đổi chậm theo thời gian đo thêm vào độ lệch không đổi giá trị thực giá trị đo Sai số hệ thống thường thiếu hiểu biết hệ đo, điều kiện sử dụng không tốt gây ra, cụ thể là: Do nguyên lý cảm biến Do giá trị đại lượng chuẩn không Do đặc tính cảm biến Do điều kiện chế độ sử dụng Do xử lý kết đo Sai số ngẫu nhiên: sai số xuất có độ lớn chiều khơng xác định Người ta dự đốn số ngun nhân gây sai số ngẫu nhiên khơng thể dự đốn độ lớn dấu Các nguyên nhân gây sai số ngẫu nhiên: Do thay đổi đặc tính thiết bị Do tín hiệu nhiễu ngẫu nhiên Do sai số chuẩn cảm biến Định chuẩn (calibration): Định chuẩn cảm biến việc xác định giá trị định lượng đặc tính cảm biến (xác lập mối quan hệ giá trị cúa tín hiệu giá trị đại lượng đo có tính đến yếu tố ảnh hưởng) Phương pháp định chuẩn cảm biến: thực phép đo nhằm xác định giá trị tín hiệu tương ứng với giá trị biết xác đại lượng cần đo Hai phương pháp định chuẩn: định chuẩn đơn giản định chuẩn nhiều lần Khi chọn cảm biến cần lưu ý đến yếu tố: Yếu tố môi trường làm việc CB (như nhiệt độ, độ ẩm, chất ăn mịn, bụi bẩn, kích thước, độ rung xóc, nguồn ni, … Yếu tố kinh tế (giá thành, tính sắn có thị trường, tuổi thọ) Yếu tố thông số đặc trưng quan trọng CB (thông số cần đo, dải đo, độ phân giải, độ xác, độ nhạy, thời gian đáp ứng,…) Nói chung việc chọn cảm biến thỏa mãn tất yếu tố nói khó Tùy trường hợp cụ thể để chọn cảm biến thích hợp, đảm bảo khả làm việc 2.Các cảm biến : phân loại, sử dụng nguyên lý ntn 2.1 Cảm biến trạng thái; Công tắc dùng để tạo bit thơng tin: chạm/khơng chạm (cơng tắc hành trình), có/khơng (hoạt động trạng thái),… Cảm biến công tắc Cảm biến công tắc điện(Trans) 2.2 Cảm biến chuyển vị (Position sensor): Thay đổi tín hiệu điện áp đầu theo vị trí Có nhiều loại theo nguyên tắc khác nhau: cảm biến điện trở thay đổi (biến trở), cảm biến điện dung, cảm biến điện cảm, cảm biến quang điện… Biến trở (Potentionmeter) Cảm biến lưu lượng nap Cảm biến vị trí bướm ga Cảm biến chuyển vị - Cảm biến điện dung: dùng để đo chuyển động tịnh tiến theo hướng tiệm cận hay song song cực Dải đo cỡ mm Cảm biến chuyển vị - Cảm biến cảm ứng xoay chiều (Inductive Position Sensors): Cảm biến chuyển vị - Cảm biến Hall: Cho dòng điện chạy qua dẫn đặt từ trường, lực lorent đẩy Electron di chuyển xuống tạo chênh lệch điện áp đầu Có loại cảm biến Hall: cảm biến tuyến tính cảm biến xung (chuyển mạch), sử dụng phổ biến để phát từ trường, vị trí chuyển vị vật rắn Sử dụng cho ứng dụng phát độ gần, định vị, phát tốc độ cảm biến Cảm biến điện trở : Thay đổi điện trở tạo tín hiệu đầu khác Cảm biến điện dung Thay đổi điện dung cảm biến khoảng cách góc hay góc đến vật thể kim loại thay đổi Dùng để chuyển động tịnh tiến theo hướng tiệm cận hay song song cực Dải đo cỡ mm Trên ô tơ ứng dụng bình xăng, thùng nhiên liệu Cấu hình mạch điện cảm biến chuyển bị biến trở Cảm biến ứng xoay chiều (tuyến tính) Gồm: lõi thép non dây Vout=Va-Vb Cảm biến Hall: Cảm biến vị trí bướm ga Phân loại: Cảm biến tuyền tính, cảm biến xung Chức năng: Phát từ trường, vị trí Nguyên lý: Dựa nguyên tắc hiệu ứng Hall Là hiệu ứng vật lý thực áp dụng từ trường vng góc lên Hall có dịng điện chạy qua 2.3 Cảm biến vận tốc Vận tốc xác định cách vi phân chuyển vị theo thời gian Cảm biến vận tốc sử dụng hiệu ứng điện từ Cảm biến Quang điện : Ứng dụng tìm vị trí, đo khoảng cách, tốc độ, đếm Encorder tương đôi, Encorder tuyệt đối Encorder tương đối: có độ phân giải tốt, cấu tạo đơn giản, khơng có nhớ, đơn vị: vịng/ xung Độ phân giải Encoder (Góc nhỏ nhất) tương đối số lượng xung vòng Tăng độ phân giải ta đặt đĩa lệch Nhận biết chiều quay encoder tương đối: Theo chiều kim đồng hồ (01-11; 1110 ; 10-00), Ngược chiều kim đồng hồ ( 0100; 10-11; 01-00) Encorder tuyệt đối: Chỉ dung để đo góc, độ phân giản khác : bít-4 dãy – mã 22.5 độ Độ phân giải Encoder tuyệt đối tính theo bit (theo mã nhị phân) Ví dụ: 4bit độ phân giải tức góc nhỏ là: 360/24 = 22,5 2.4 Cảm biến gia tốc Phương pháp đo Phân loại : Gia tốc kế áp trở Gia tốc kế áp điện 2.5 Cảm biến lực, monen Đo mô men công suất có ý nghĩa lớn xác định hiệu suất điều khiển trình làm việc cấu máy hay thiết bị Cảm biến đo lực kiểu tenzo: Khi chịu lực F, xuất ứng suất σ biến dạng ε, kích thước hình học bị thay đổi điện trở thay thay đổi theo Cảm biến đo lực kiểu tenzo (load cell) khơng đắt đo lực phạm vi rộng với sai số 1% Hiệu ứng piezoelectric: Thạch anh chịu ngoại lực, bị biến dạng thay đổi diện dung, tạo sức điện động Cảm biến gõ (Knock Sensor): xẩy tượng gõ xi lanh, thành xi lanh bị rung động làm phần tử piezoelectric biến dạng tạo sức điện động