BỘ GIAO THÔNG VẬN TẢI TRƯỜNG ĐẠI HỌC GIAO THÔNG VẬN TẢI TP HỒ CHÍ MINH TIỂU LUẬN HỌC PHẦN Điều khiển tự động BÀI TIỂU LUẬN Cảm biến áp suất khí nạp và ứng dụng Labview để chuyển đổi thực nghiệm Giảng[.]
BỘ GIAO THÔNG VẬN TẢI TRƯỜNG ĐẠI HỌC GIAO THÔNG VẬN TẢI TP HỒ CHÍ MINH TIỂU LUẬN HỌC PHẦN: Điều khiển tự động BÀI TIỂU LUẬN: Cảm biến áp suất khí nạp ứng dụng Labview để chuyển đổi thực nghiệm Giảng viên hướng dẫn: Ngô Duy Nam Học viên thực hiện: Nguyễn Tiến Phát Lớp: MSHV: 2220130017 CO2202 TP.HỒ CHÍ MINH THÁNG 05 NĂM 2023 Lí chọn đề tài LỜI NĨI ĐẦU Bài báo trình bày cấu tạo, nguyên lí hoạt động loại cảm biến khí nạp ứng dụng LabVIEW để chuyển đổi cảm biến lưu lượng khí nạp ô tô LabVIEW giúp người nghiên cứu khảo sát tính khả thi ý tưởng giải pháp đề ra, tiên đốn sơ đặc tính cảm biến chuyển đổi trước sản xuất mẫu Bên cạnh đó, cịn giúp tiết kiệm thời gian nhờ cho phép người lập trình dễ dàng thay đổi chiến thuật điều khiển mà không tốn chi phí phần cứng thời gian làm phần cứng mẫu Phương pháp nghiên cứu +Sử dụng thông tin từ internet, giáo viên học sinh làm đề tài +Sau thu thập thông tin cần thiết, tơi bắt tay vào làm việc tìm thơng tin +Cuối cùng, tơi dùng thông tin nghiên cứu để tạo chi tiết báo cáo Kế hoạch Tuần 1: Nghiên cứu tài liệu trực tuyến liên quan đến báo cáo Tuần 2: Sắp xếp bố cục báo cáo Tuần 3: Hoàn thành đề xuất báo cáo Tuần 4: Sửa báo cáo theo hướng dẫn giảng viên Tuần 5: Hoàn thành báo với file Word MỤC LỤC LỜI NÓI ĐẦU .1 MỤC LỤC .2 DANH MỤC HÌNH ẢNH .3 DANH MỤC BẢNG CHƯƠNG 1: GIỚI THIỆU 1.1 CÁC LOẠI CẢM BIẾN KHÍ NẠP 1.2 CẢM BIẾN LƯU LƯỢNG KHÍ NẠP KIỂU CÁNH CHƯƠNG 2: CẢM BIẾN ÁP SUẤT KHÍ NẠP LOẠI DÂY NHIỆT(MASS AIR FLOW SENSOR- HOT WIRE) 2.1 CẤU TẠO 2.2 NGUYÊN LÍ HOẠT ĐỘNG 2.2.1 Nguyên lí chung 2.2.1 Giải thích mạch 10 2.3 THÔNG SỐ KỸ THUẬT CỦA CẢM BIẾN LƯU LƯỢNG KHÍ NẠP 11 CHƯƠNG 3: KIỂM TRA CẢM BIẾN LƯU LƯỢNG KHÍ NẠP .13 3.1 KIỂM TRA THÔNG MẠCH 13 3.2 KIỂM TRA ĐIỆN ÁP 13 3.3 KIỂM TRA MẠCH CẢM BIẾN 14 3.4 KIỂM TRA ĐIỆN TRỞ VÀ ĐIỆN ÁP THA VÀ CHÂN E2 .14 3.5 KIỂM TRA CẢM BIẾN NHIỆT ĐỘ KHÍ NẠP 15 3.6 KIỂM TRA ĐIỆN ÁP CẢM BIẾN NHIỆT ĐỘ KHÍ NẠP 15 3.7 CÁC HƯ HỎNG THƯỜNG GẶP VÀ MÃ LỖI 15 3.7.1 Các hư hỏng .15 3.7.2 Các triệu chứng .15 3.7.3 MÃ LỖI THƯỜNG GẶP VÀ NGUYÊN NHÂN GÂY NÊN: 16 CHƯƠNG 4: ỨNG DỤNG LABVIEW TRONG THỰC NGHIỆM CHUYỂN ĐỔI CẢM BIẾN LƯU LƯỢNG KHÍ NẠP TRÊN Ô TÔ 17 4.1 ỨNG DỤNG LABVIEW ĐỂ XÂY DỰNG ĐẶC TÍNH CỦA CẢM BIẾN 17 4.2 ỨNG DỤNG LABVIEW ĐỂ CHUYỂN ĐỔI CẢM BIẾN 18 4.2.1 Cơ sở việc chuyển đổi cảm biến lưu lượng khí nạp 18 4.2.2 Thuật toán sử dụng LabVIEW 18 4.3 KẾT QUẢ 19 TÀI LIỆU THAM KHẢO 21 [1] HTTPS://VINFASTAUTO.COM/VN_VI/CAM-BIEN-APSUAT-DUONG-ONG-NAP 21 DANH MỤC HÌNH ẢNH HÌNH 1 CÁC LOẠI CẢM BIẾN KHÍ NẠP .1 HÌNH NGUN LÍ HOẠT ĐỘNG CẢM BIẾN KHÍ NẠP KIỂU CÁNH .1 HÌNH KIỂU GIĨ XỐY QUANG HỌC KARMAN HÌNH VỊ TRÍ CẢM BIẾN KHÍ NẠP .1 HÌNH 2 CẢM BIẾN KHÍ NẠP LOẠI DÂY NHIỆT HÌNH KHI LƯU LƯỢNG KHƠNG KHÍ TĂNG HÌNH KHI ĐIỆN TRỞ TĂNG CAO .1 HÌNH BIỂU ĐỒ SỰ CHÊNH LỆCH ĐIỆN ÁP .1 HÌNH SƠ ĐỒ CÁC CHÂN CẢM BIẾN KHÍ NẠP HÌNH SƠ ĐỒ ĐIỆN ÁP .1 HÌNH SƠ ĐỒ MƠ PHỎNG HỆ THỐNG .1 HÌNH SƠ ĐỒ THAY THẾ TÍN HIỆU ĐẦU VÀO HÌNH Q TRÌNH MƠ PHỎNG .1 HÌNH 4 GIAO DIỆN LABVIEW .1 DANH MỤC BẢNG BẢNG BẢNG THAM CHIẾU CÁC GIÁ TRỊ ĐIỆN TRỞ .1 CHƯƠNG 1: GIỚI THIỆU 1.1 Các loại cảm biến khí nạp Cảm biến lưu lượng khí nạp cảm biến quan trọng sử dụng kiểu phun xăng điện tử Electronic Fuel Injection (EFI) kiểu L để phát khối lượng thể tích khơng khí nạp Tín hiệu khối lượng thể tích khơng khí nạp dùng để tính thời gian phun góc đánh lửa sớm Hình 1 Các loại cảm biến khí nạp Cảm biến lưu lượng khí nạp chủ yếu chia thành loại, cảm biến để phát khối lượng khơng khí nạp, cảm biến đo thể tích khơng khí nạp, cảm biến đo khối lượng cảm biến đo lưu lượng khơng khí nạp có loại sau: - Cảm biến lưu lượng khí nạp loại dây nhiệt - Cảm biến lưu lượng khí nạp kiểu cánh - Cảm biến lưu lượng khí nạp kiểu gió xốy quang học Karman 1.2 Cảm biến lưu lượng khí nạp kiểu cánh Cảm biến lưu lượng khí nạp kiểu cánh gồm có nhiều phận thể hình minh họa Hình Ngun lí hoạt động cảm biến khí nạp kiểu cánh Khi khơng khí qua cảm biến lưu lượng khí nạp từ lọc khí, đẩy đo mở lực tác động vào đo cân với lò xo phản hồi Chiết áp, nối đồng trục với đo này, biến đổi thể tích khơng khí nạp thành tín hiệu điện áp (tín hiệu VS) truyền đến ECU động 1.3 Cảm biến lưu lượng khí nạp kiểu gió xốy quang học Karman Kiểu cảm biến lưu lượng khí nạp trực tiếp cảm nhận thể tích khơng khí nạp quang học So với loại cảm biến lưu lượng khí nạp kiểu cánh, làm nhỏ nhẹ trọng lượng Cấu tạo đơn giản đường khơng khí giảm sức cản khơng khí nạp Hình Kiểu gió xốy quang học Karman Một trụ "bộ tạo dịng xốy" đặt luồng khơng khí đồng tạo gió xốy gọi "gió xốy Karman" hạ lưu trụ Vì tần số dịng xốy Karman tạo tỷ lệ thuận với tốc độ luồng không khí, thể tích luồng khơng khí tính cách đo tần số gió xốy Các luồng gió xốy phát cách bắt bề mặt kim loại mỏng (được gọi "gương") chịu áp suất gió xốy phát độ rung gương quang học cặp quang điện (một LED kết hợp với tranzito quang) Tín hiệu thể tích khí nạp (KS) tín hiệu xung giống tín hiệu thể hình minh họa Khi thể tích khơng khí nạp nhỏ, tín hiệu có tần số thấp Khi thể tích khí nạp lớn, tín hiệu có tần số cao Hiện hầu hết xe sử dụng cảm biến lưu lượng khí nạp khí kiểu dây nhiệt đo xác hơn, trọng lượng nhẹ độ bền cao CHƯƠNG 2: CẢM BIẾN ÁP SUẤT KHÍ NẠP LOẠI DÂY NHIỆT(MASS AIR FLOW SENSOR- HOT WIRE) Cảm biến lưu lượng khí nạp loại dây nhiệt MAF (Mass Air Flow Sensor – Hot Wire) có nhiệm vụ xác định lưu lượng dịng khí nạp gửi tín hiệu ECU ECU tính tốn lượng khí nạp vào gửi tín hiệu điều khiển để cân tỷ lệ hồ khí cho động Cảm biến có đoạn dây nhiệt chịu nhiệt độ từ 150 – 300 độ C Khi động chạy tốc độ thấp cầm chừng lượng khơng khí vào động Ngược lại động chạy tốc độ cao tải lớn lượng khơng khí vào nhiều Hình Vị trí cảm biến khí nạp 2.1 Cấu tạo Đường di chuyển dịng khí qua cảm biến lưu lượng khí nạp loại dây nhiệt bên đo gió cảm biến lưu lượng khí nạp loại dây nhiệt đặt đường ống hút khí sau lọc gió Trong cảm biến có chứa dây nhiệt Platinum nhiệt điện trở: Nhiệt điện trở (Intake Air Teamperature Measerement Resistor): Có nhiệm vụ kiểm tra nhiệt độ khơng khí vào đo gió Dây nhiệt Platinum (Heating Resistor – thực chất điện trở có trị số nhiệt điện trở âm): Có nhiệm vụ làm nóng khơng khí xung quanh, điều chỉnh mức nhiệt độ không đổi Cảm biến lưu lượng khí nạp loại dây nhiệt có tích hợp cảm biến nhiệt độ khơng khí (Intake Air Temperature Sensor) Hình 2 Cảm biến khí nạp loại dây nhiệt 2.2 Nguyên lí hoạt động 2.2.1 Nguyên lí chung Khi lưu lượng khơng khí tăng, dây Platinum nhiệt mạch điều khiển ECU bù nhiệt cách tăng thêm dòng điện qua dây này.Đồng thời mạch điều khiển ECU đo lưu lượng khơng khí, điều chỉnh cường độ dịng điện với tín hiệu điện áp tương ứng Hình Khi lưu lượng khơng khí tăng 10 2.2.1 Giải thích mạch Trong mạch cầu điện trở này, điện điểm A B nhau: [Ra+R3]*R1=Rh*R2 Hình Khi điện trở tăng cao Khi điện trở tăng lên tạo chênh lệch điện áp điểm A B Bộ khuyếch đại nhận biết chênh lệch điện áp Khi điện áp Rh thấp điện áp tiêu chuẩn,Transistor mở cho dịng điện xuống Rh Do đó, làm tăng dòng điện chạy qua dây sấy (Rh). Càng nhiều luồng khơng khí di chuyển qua dây, cần tăng cường độ dịng điện để giữ nóng Q trình điều chỉnh nhiệt độ điện trở Rh dẫn đến điện A B dần trở nên Dây nhiệt giữ mức không đổi Nhiệt độ dây nhiệt Rh trì ổn định cao nhiệt độ khơng khí nạp mạch có nhiệt điện trở Ra Do chất nhiệt điện trở âm, nhiệt độ tăng điện trở giảm, nhiệt độ giảm điện trở tăng Ở số xe mới, nhiệt điện trở điện trở dương 11 Hình Biểu đồ chênh lệch điện áp 2.3 Thông số kỹ thuật cảm biến lưu lượng khí nạp Các chân cảm biến: Một cảm biến lưu lượng không khí nạp loại dây nhiệt thường có chân theo thứ tự từ 1-5: B+,EVG, VG, THA, E2 Hình Sơ đồ chân cảm biến khí nạp 12 Trong đó, ý nghĩa chân: Chân B+: Dương sau cơng tắc máy cấp cho cảm biến MAF Chân EVG: Mass đo gió Chân VG : Tín hiệu xác định lưu lượng khơng khí nạp Chân THA: Tín hiệu cảm biến nhiệt độ khơng khí Chân E2: Mass cảm biến nhiệt độ khơng khí 13 CHƯƠNG 3: KIỂM TRA CẢM BIẾN LƯU LƯỢNG KHÍ NẠP 3.1 Kiểm tra thơng mạch Dùng VOM kiểm tra mối nối, giắc cắm, tiếp điểm có tiếp xúc tốt hay khơng Nếu khơng tiến hành kiểm tra sửa chữa cảm biến lưu lượng khơng khí nạp Hình Sơ đồ điện áp 3.2 Kiểm tra điện áp Bật công tắc máy vị trí ON (động tắt máy) Dùng thiết bị chẩn đoán để đọc giá trị điện áp cảm biến MAF: 14 Điện áp hiển thị: ~1.0 V Nếu điện áp hiển thị khác với điện áp chuẩn chuyển sang bước kiểm tra mạch cảm biến Nếu mạch khơng hư phải thay cảm biến Nếu giống với điện áp chuẩn thì: Khởi động làm nóng động đạt đến nhiệt độ làm việc bình thường Cho động hoạt động chế độ cầm chừng Dùng thiết bị chẩn đoán để đọc giá trị điện áp cảm biến MAF: Điện áp hiển thị: ~1.6 – 2.3V Nếu điện áp hiển thị khác với điện áp chuẩn chuyển sang bước kiểm tra mạch cảm biến 3.3 Kiểm tra mạch cảm biến Rút giắc cảm biến MAF giắc ECM Dùng Ohm kế đo thông mạch chân: MAF-1 (B+) với dây dương sau Relay Nếu R ~ 0: tốt R ~ ∞: đứt dây dương MAF-2 (Mass đo gió) với Chân mass cảm biến lưu lượng khí nạp ECU: R ~ 0: tốt; R ~ ∞: đứt dây mass MAF-3 (VG) với Chân tín hiệu cảm biến lưu lượng khí nạp ECU: R ~ 0: tốt; R ~ ∞: đứt dây tín hiệu Sửa chữa thay dây dẫn kết kiểm tra không tốt 3.4 Kiểm tra điện trở điện áp THA chân E2 Tháo giắc đo gió Dùng VOM đo điện trở chân THA E2 So sánh với giá trị tiêu chuẩn chân tín hiệu THA bảng bên dưới: 15 Bảng Bảng tham chiếu giá trị điện trở Kiểm tra điện áp: Lắp giắc vào đo gió => Khởi động động cơ, kiểm tra điện áp cực THA E2 Điện áp cho phép 0.5÷2.4V ứng với động chạy cầm chừng nhiệt độ từ 20 – 80 độ C 3.5 Kiểm tra cảm biến nhiệt độ khí nạp Rút giắc cảm biến IAT giắc ECM Dùng Ohm kế đo thông mạch chân: THA cảm biến MAF với Chân tín hiệu cảm biến nhiệt độ khí nạp ECU: R ~ 0: tốt; R ~ ∞: đứt dây tín hiệu E2 cảm biến MAF với Chân mass cảm biến nhiệt độ khí nạp ECU: R ~ 0: tốt; R ~ ∞: đứt dây mass Sửa chữa thay dây dẫn kết kiểm tra không tốt 3.6 Kiểm tra điện áp cảm biến nhiệt độ khí nạp Rút giắc cảm biến IAT Dùng Volt kế đo điện áp chân: THA cảm biến MAF với mát: U ~ 0V: tốt E2 cảm biến MAF với mát: U ~ 5V: tốt 3.7 Các hư hỏng thường gặp mã lỗi 3.7.1 Các hư hỏng Rất dễ bị đứt dây nhiệt Platinum mỏng Các chân giắc thường bị bẩn dẫn đến tiếp xúc 3.7.2 Các triệu chứng Khởi động kém: Khi khởi động, q trình đốt cháy nhiên liệu khơng 16 Hoạt động không ổn định: Tốc độ không tải cao, thấp không ổn định, máy bị rung giật chạy cầm chừng Công suất động giảm Lái Đèn Check Engine báo sáng Xe thường bị chết máy dừng đèn đỏ 3.7.3 Mã lỗi thường gặp nguyên nhân gây nên: P0100 – Mass Air Flow Circuit Malfunction: Dây cảm biến bị lỏng, đứt, …do cảm biến bị lỗi P0101 – Mass Air Flow Circuit Range/Performance: Cảm biến lưu lượng khơng khí bị bẩn, bị đứt dây rị rỉ chân không (Van PCV bị nghẹt), Van EGR bị kẹt, P0102 – Mass Air Flow Circuit Low (Lưu lượng khơng khí mạch q thấp): Cảm biến MAF bị bám bẩn lọc khơng khí bẩn P0103 – Mass Air Flow Circuit High (Lưu lượng khơng khí mạch q cao): Cảm biến MAF bẩn, tiếp xúc kém, ngắn mạch,… P0104 – Mass Air Flow Circuit Intermittent (Tín hiệu điện áp đầu MAF cao thất thường, không đều): Giắc MAF bị lỏng, tiếp xúc kém, đứt,… 17 CHƯƠNG 4: ỨNG DỤNG LABVIEW TRONG THỰC NGHIỆM CHUYỂN ĐỔI CẢM BIẾN LƯU LƯỢNG KHÍ NẠP TRÊN Ơ TƠ Ơtơ lưu hành Việt Nam đa dạng, có thời gian sử dụng lâu, chí nhiều loại phụ tùng khơng cịn sản xuất Việc vận hành điều kiện khí hậu nóng ẩm khiến chi tiết cảm biến đo gió nhanh chóng thay đổi tính hư hỏng, ảnh hưởng đến động giảm công suất, tăng ô nhiễm môi trường, tăng mức tiêu hao nhiên liệu, tăng chi phí khai thác Việc sửa chữa gặp nhiều khó khăn khơng tìm phụ tùng chủng loại để thay Việc nghiên cứu thiết kế chế tạo hệ thống điều khiển phụ nhằm tương thích hóa loại cảm biến hệ thống phun xăng điện tử hướng thiết thực cấp bách Trong trình nghiên cứu sử dụng LabVIEW ngơn ngữ lập trình, mơ thu thập liệu So với Matlab, LabVIEW có kết nối phần cứng tốt hơn, dễ dàng thao tác lập trình thuận tiện, thẩm mỹ lập trình giao diện (GUI) 4.1 Ứng dụng Labview để xây dựng đặc tính cảm biến Bài nghiên cứu sử dụng tài phần mềm liên quan đến thí nghiệm động đốt để tiến hành thí nghiệm Nhiệm vụ thí nghiệm thu thập số liệu, xây dựng đặc tính làm việc loại cảm biến đo gió gồm cảm biến đo gió loại cánh trượt, cảm biến đo gió loại dây nhiệt Sơ đồ hệ thống thí nghiệm thể hình 4.1 Hình Sơ đồ mơ hệ thống Để tiến hành thí nghiệm, trước tiên cần thay đổi tốc độ động điều 18 chỉnh vị trí bướm ga Khí nạp hút vào động cơ, qua cảm biến số 3, qua cảm biến đo gió AVL, bình ổn áp suất đến ống góp động Hai tín hiệu đo (tín hiệu lưu lượng thiết bị AVL tín hiệu điện áp đầu cảm biến khảo sát) nối đến hai kênh riêng biệt Thông số nhiệt độ mơi trường, áp suất khí thu thập q trình thí nghiệm Trong q trình thí nghiệm giả lập động Toyota Camry 2.0 2NZ-FE làm đối tượng tạo lưu lượng gió, dùng Card NI-USB 6009 làm thiết bị thu thập số liệu tự động, phần mềm LabVIEW 8.5 để hỗ trợ thu thập liệu, thiết bị đo lưu lượng AVL viết phần mềm giao tiếp máy tính sử dụng LabVIEW 4.2 Ứng dụng Labview để chuyển đổi cảm biến 4.2.1 Cơ sở việc chuyển đổi cảm biến lưu lượng khí nạp ECU nguyên động khối vi xử lý chính, với thơng tin đầu vào tín hiệu điều khiển đầu (hình 4.2) Nếu ghép thêm khối điều khiển phụ (ECU phụ) tín hiệu điều khiển đầu khơng thay đổi (u4) thông tin đầu vào thay đổi (u4.1) (hình 4.3) Hình Sơ đồ thay tín hiệu đầu vào 4.2.2 Thuật tốn sử dụng LabVIEW Ta thay cảm biến đo gió loại dây nhiệt ơtơ Toyota Altis cho cảm biến đo gió loại cánh trượt Kết mục cho ta hàm đặc tính hồi quy cảm biến dây nhiệt có dạng: y = A x XB (1) 19