Nghiên cứu phương pháp thu thập tín hiệu ecu động cơ qua card giao tiếp bằng phần mềm labview,đề tài nghiên cứu khoa học sinh viên

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO TRƯỜNG ĐẠI HỌC GIAO THÔNG VẬN TẢI – CƠ SỞ II ĐỀ TÀI NGHIÊN CỨU KHOA HỌC SINH VIÊN Đề tài: NGHIÊN CỨU PHƯƠNG PHÁP THU THẬP TÍN HIỆU ECU ĐỘNG CƠ QUA CARD GIAO TIẾP BẰNG PHẦN MỀM LABVIEW Giáo viên hướng dẫn : ThS Trần Văn Lợi Sinh viên thực : Đinh Văn Nghĩa Trần Văn Mừng Nguyễn Hải Nam Lê Khắc Giang Lớp : Cơ khí tơ k 50 TP.Hồ Chí Minh – 2012 Chương I: TỔNG QUAN VỀ ĐỀ TÀI NGHIÊN CỨU 1.1 Đặt vấn đề Hiện để đo kiểm hiển thị thơng số điện chuẩn đốn hệ thống điện tơ ta dùng nhiều thiết bị đo khác như: đồng hồ điện, thiết bi chuyên dùng OBD (On-Board Diagnostic), MD Scanner, EFI Scan, MIL code, DTD code Đối với thiết bị đồng hồ điện dùng để đo, hiển thị thông số đo cố định đo thông số thay đổi hay hiển thị thơng số có đặc tính thay đổi Còn thiết bị đo chuyên dùng cho chẩn đốn thị trường có bán gia thành cao (từ 2500 USD5000USD) Nhóm chọn đề tài “Nghiên cứu phương pháp thu thập tín hiệu ECU động qua card giao tiếp phần mềm LabVIEW” nhằm nâng cao kiến thức thân, củng cố kiến thức học trường đồng thời phát triển thiết bị đo kiểm dùng cho ô tô 1.1.1 Tổng quan số thiết bị chuyên dùng phương pháp đo ô tô a) Thiết bị OBD-II Đo kiểm tốt hầu hết xe du lịch hệ (từ chỗ đến 16 chỗ) xe tải nhẹ máy xăng máy dầu sử dụng nguồn điện 12V xuất xứ từ Châu Âu, USA, Nhật Bản, Asian Việt Nam OBD-II tương thích với nhiều loại xe hệ như: Audi A4 năm 2005, BMW X5 năm 2007, Ford crowm Victoria 2006, Honda Civic năm 2006, Lexus ES350 năm 2007, Toyota CAMRY 2007,… Hình 1: Thiết bị chuẩn đốn OBD-II Cấu tạo Số 1: xe ô tô cần đo Số 2: cáp OBD-II 16 chân Số 3: phần mền DTD-CODE Số 4: cáp USB kết nối máy tính Số 5: máy tính Phương pháp đo kiểm Trên xe có trang bị giắc nối chuẩn đoán tiêu chuẩn J1962 OBD-II có 16 chân hình thang hình vẽ đây: Dùng cáp OBD-II 16 chân đầu nối với giắc J1962, đầu lại nối với phần mền DTD-CODE Để kết nối phần mền DTD-CODE với máy tính ta dùng cáp USB Sau khởi động động cho xe chạy vài trăm mét, ECU OBD- II kết nối với máy tính báo mã lỗi máy tính, cho phép phát chỗ hỏng Chức OBD-II: Xác định xác chi tiết và vị trí sai hỏng cảu động Đọc xóa mã lỗi lưu ECU Khởi tạo lại ECU trở nguyên thông số nhà sản xuất Tắt đèn báo lỗi Tra cứu vị trí lỗi xe, gợi ý sửa chữa, tư vấn khắc phục Hiện thị thông số động hành: tốc độ động cơ, giá trị tải dộng cơ, nhiệt độ nước làm mát, tốc độ xe đường đi, áp suất khí nạp, áp suất nhiên liệu,nhiệt độ khí nạp, thơng tin xe,… b) Thiết bị MD SCANNER Được sử dụng chuyên sâu động hệ phần phụ trợ cho xe: TOYOTA, HONDA, NISSAN, MAZDA, MITSUBISHI, GM, FORD, CHRYSLER, RENAULT, CITROEN, AUDI, MINI, VOLVO, OPEL, BMW, phần động tất xe hệ khác hợp chuẩn OBD-II HYUNDAI, KIA, DAHATSU,vv Hình 2: MD SCANNER Cấu tạo: - Cáp mở rộng Cáp USB Giắc chuẩn đoán phần mền DTD-CODE Phương pháp đo kiểm: Chức MD SCANNER: MD SCANNER sản phẩm chuyên nghiệp sử dụng xác định lỗi hệ thống động cơ, túi khí, hộp số tự động, hệ thống chống bó cứng phanh, hệ thống bảng đồng hồ động xe chuẩn OBD-II Dùng cho hầu hết xe có giắc 16 chân hình có chuẩn giao thức EOBD, MOBD, JOBD, OBD-II từ năm 1996 đến Đọc/xóa hiển thị lỗi hình LCD máy Kiểm ta, giám sát Kiểm tra rò rỉ hệ thống bay nhiên liệu Xem thông tin ID xe Xem giao thức truyền thông cho xe chuẩn OBD-II Reset hộp điều khiển động c) EFI SCAN EFI SCAN thiết bị sử dụng xác định lỗi hệ thống động ABS Toyota Lexus chuẩn riêng OBD-I, MOBD Loại xe: Avensis, Avalon, Camry, Carina, Corolla, Crown, Innova, Hilux, Fortuner, Rav4, Tacoma,… Hình 3: EFI SCAN Cấu tạo: - Số 1: xe ô tô cần đo Số 2: cáp nối COM máy tính tơ Số 3: chuyển đổi tín hiệu điện tử OBD-I, MOBD Số 4: cáp USB kết nối máy tính Số 5: máy tính Phương pháp đo kiểm: - Xác định vị trí giắc chuẩn đốn ECU hình vẽ: Dùng cáp COM chân đầu nối với giắc tơ, đầu cịn lại nối với : chuyển đổi tín hiệu điện tử OBD-I, MOBD Để kết nối : chuyển đổi tín hiệu điện tử OBD-I, MOBD với máy tính ta dùng cáp USB Khi chuyển đổi tín hiệu điện tử OBD-I, MOBD kết nối với máy tính báo mã lỗi máy tính, cho phép phát chỗ hỏng Chức EFI SCAN: Đọc lỗi, gợi ý sửa chữa sai hỏng cảu động ASB như: hệ thống cảm biến, cấu chấp hành, ECU, phun xăng điện tử, đánh lửa, số tự động liên quan, hệ thống điện phanh điện tử ABS Hỗ trợ tốt cho xe máy dầu - Hỗ trợ tra cứu mã lỗi Hỗ trợ reset ECU xóa lỗi động cơ, ABS 1.1.2 Sơ đồ nguyên lý chung việc thu thập tín hiệu từ ECU qua CARD giao tiếp ECU phận tiếp nhận tín hiệu từ cảm biến, xử lý tín hiệu đưa tín hiệu điều khiển đến cấu chấp hành ECU kết nối qua CARD giao tiếp thông qua giắc nối CARD giao tiếp kết nối với Máy tính (đã cài đặt phần mềm LabVIEW ) thông qua cáp USB Khởi động phần mềm LabVIEW, lập trình chạy phần mềm LabVIEW, số tín hiệu xe ECU thu thập hiển thị hình máy tính nhờ CARD giao tiếp Hình 4: số tín hiệu ECU thu thập hiển thị máy tính 1.2 Tổng quan đề tài nghiên cứu: Nghiên cứu hệ thống cung cấp nhiên liệu ô tô điều khiển ECU thông qua card giao tiếp phần mềm LabVIEW 1.2.1 sơ đồ mạnh điên hệ thống cung cấp nhiên liệu 1.2.2 kết luận Phương pháp đo kiểm: Để đo kiểm thông số cố định thông thường hay sử dụng đồng hồ điện để đo, phương pháp đơn giản, dễ dàng áp dụng, tiết kiệm kinh phí hạn chế khơng đo thơng số thay đổi Trên tơ có thơng số thường xun thay đổi như: tốc độ động cơ, giá trị tải động cơ, nhiệt độ nước làm mát, tốc độ xe đường đi, áp suất khí nạp, áp suất nhiên liệu,nhiệt độ khí nạp, thơng tin xe Để đo thông số ta phải sử dụng thiết bị đo chuyên dùng cho chuẩn đoán như: OBD-II, MD SCANNER, EFI SCAN, EU SCANNER, JP SCANNER, A SCANNER, US SCANNER,… nhiên thiết bị đo chuyên dụng thường đắt tiền Nguyên lý phương pháp đo: Đối với đồng hồ điện thường nối trực tiếp với đầu nguồn thông số cần đo, thông số hiển thị trực tiếp đông hồ Các thiết bị đo chuyên dùng kết nối với xe thông qua cáp kết nối chuyên dùng nối với máy tính thơng qua cáp USB Chương 2: HỆ THỐNG ĐIỆN ĐỘNG CƠ 2.1 Tổng quan hệ thống động xe du lịch 2.1.1 Bố trí linh kiện động - Hệ thống điện động gồm nhiều hệ thông riêng lẻ đấu song song với Các hệ thống riêng lẻ hệ thống đánh lửa, phun xăng, nguồn điện, hệ thống khởi động, hệ thống máy phát, hệ thống chiếu sáng, hệ thống cung cấp nhiên liệu, hệ thống giải trí v.v… Trong đề tài nhóm tìm hiểu kết cấu bố trí linh kiện hệ thống phun xăng Các phận bố trí khoang động hình 2.1 sau: Hình 2.1: Bố trí linh kiện động Sản phẩm bắt đầu để nhà để xe chủ tịch, CEO đồng sáng lập NI - James Truchard Austin, Texas, Hoa Kỳ LabVIEW ( viết tắt Laboratory Virtual Instrumentation Engineering Workbench) môi trường ngôn ngữ đồ họa hiệu việc giao tiếp đa kênh người, thuật toán thiết bị Gọi LabVIEW ngôn ngữ đồ họa hiệu cách thức lập trình , LabVIEW khác với ngôn ngữ C ( hay Python, Basic, …) thay sử dụng từ vựng (từ khóa) cố định, LabVIEW sử dụng khối hình ảnh sinh động dây nối để tạo lệnh hàm hình 3.9 Hình 3.9: Mã nguồn viết LabVIEW Cũng khác biệt này, LabVIEW giúp cho việc lập trình đơn giản hết Đặc biệt LabVIEW phù hợp kỹ sư, nhà khoa học, hay giản viên Chính đơn giản dễ học, dễ nhớ giúp cho LabVIEW trở thành công cụ ứng dụng thu thập liệu từ cảm biến, phát triển thuật toán, điều khiển thiết bị phịng thí nghiệm giới Về ý nghĩa kỉ thuật, LabVIEW dùng để lập trình chương trình ( source code: mã nguồn) C, Python, Java… Đồng thời, LabVIEW hỗ trợ kỹ sư , nhà khoa học sinh viên xây dựng ( thực thi) thuật toán cách nhanh , gọn, sáng tạo dễ hiểu nhờ khối hình ảnh có tính gợi nhớ cách thức hoạt động theo kiểu dòng liệu từ trái qua phải Các thuật toán áp dụng lên mạch điện cấu chấp hành thực nhờ vào viêc kết nối hệ thống thật với LabVIEW thông qua nhiều chuẩn giao tiếp chuẩn giao tiếp RS232( giao tiếp qua cỗng COM), chuẩn USB , chuẩn giao tiếp mạng TCP/IP, UDP…Vì LabVIEW ngơn ngữ giao tiếp đa kênh b Các ứng dụng LabVIEW LabVIEW sử dụng lĩnh vực đo lường , tự động hóa , điện tử , robotics, vật lý , toán học , sinh học , vật liệu , ô tô… LabVIEW giúp kỹ sư nối cảm biến , cấu chấp hành với máy tính LabVIEW sử dụng để xử lý kiểu liệu tín hiệu tương tự ( analog) , tín hiệu số (digital) hình ảnh ( vision) , am ( audio)… LabVIEW hỗ trợ giao thức giao tiếp khác nhứ RS232, RS485… LabVIEW trở nên phổ biến phịng thí nghiệm Nhật Bản , Hàn Quốc , Mỹ , Anh , Đức , Ứng dụng đo lường , điều khiển ô tô từ xa, mô 3D, điều khiển phương tiện không người lái, thu thập hình ảnh mơ động lực học… 3.2 Cấu tạo card Hocdelam USB 9001 cách sử dụng để thu thập tín hiệu 3.2.1 Cấu tạo chức card Hocdelam USB 9001 a Chức : Card giao tiếp máy tính đa Hocdelam USB 9001 Hocdelam Group sản xuất lâp trình, có chức tương đương card thu thập liệu USB hãng nước ngồi sản xuất có thị trường nước NI USB 6008/6009- Hoa Kỳ, Advantech- Đài Loan… Card Hocdelam USB 9001 dùng để giao tiếp với máy tính qua cổng USB dựa theo chuẩn RS232 Sau số ứng dụng card Hocdelam USB 9001 Hocdelam Group thử nghiệm Hình 3.10 : Điều khiển vị trí động DC theo thuật tốn PID Hình 3.11: Thu thập liệu từ cảm biến vào máy tính phục vụ điều khiển mobile robot 10 Trong đề tài sử dụng card Hocdelam USB 9001để thu thập tín hiệu ECU điều khiển phun xăng b Cấu tạo: Hình 3.12: Card Hocdelam USB 9001 Hình 3.13: Sơ đồ card giao tiếp nhìn từ Bao gồm : cổng nối USB, chân GND nối chung với nối Mass, Input ( ADC1, ADC2, ADC3…) nối với tín hiệu vào, Output ( SW1, SW2…) tín hiệu xuất 3.3 Thiết kế giao diện mô LabVIEW 11 Một chương trình LabVIEW (dù đơn giản hay phức tạp ) tạo nên cách đơn giản từ thành phần : Các khối Control đòng vài trò Input (hay giá trị nhập vào), Indicator đóng vai trị Output (giá trị hiển thị kết ) , hàm đường dây nối (wire) khối hàm lại Bây ta thực LabVIEW Khởi động LabVIEW cách vào: Start > All program > National instruments > LabVIEW 2009> LabVIEW Hộp thoại xuất chọn : Cửa sổ giao diện LabVIEW xuất Hình 3.14: Cửa sổ giao diện Lab VIEW khởi động Tạo file : chọn Blank VI (hoặc File > New phím tắt Ctrl +N ), ta thấy xuất hai cửa sổ - màu xám ( Front panel) màu trắng (Block diagram) Nhấn Ctrl+T để canh hai cửa sổ Front panel (FP) Block diagram (BD) 12 Hình 3.15: Front panel Block diagram Chọn Select VI Hình 3.16: Select a VI 13 Chọn IO Library Hocdelam USB 9001-2009 Hình 3.17: IO Library Hocdelam USB 9001-2009 Right click lên Card port > Create control Để mô tín hiệu sử dụng cơng cụ tạo tín hiệu nhanh LabVIEW lấy hàm Simulate signal Right click ( BD) >Signal Analysis > Simulate signal 14 Hình 3.18: Simulate signal Tạo Grap Indicator cách : Right click > Create > Graph indicator Hình 3.19: Graph indicator Tạo vòng lặp While , ý nghĩa vòng lặp while cho phép chạy chương trình tới nút Stop nhấn dừng lại Để lấy While loop ta vào BD > express > execution> while loop 15 Hình 3.20: While Loop Tạo Control Frequency Duty cycle (%) tầng số chu kì phun xăng động ứng với điều kiện cụ thể lúc xe chạy Hình 3.21: Control Frequency Duty cycle (%) 16 Phần chương trình hồn thiện Hình 3.21: Chương trình hồn thành Phần mơ thu thập tín hiệu kết đạt sau: Hình 3.16: Mơ thu thập tín hiệu từ ECU điều khiển phun xăng 17 Như ứng với chế độ làm việc khác khác ( tăng tốc, vượt chướng ngại vật…)của xe ECU đưa tín hiệu dạng xung (vng) điều khiển vịi phun phù hợp Hình 3.17: Tín hiệu điều khiển từ ECU 1- Tín hiệu phun xăng (vịi phun hoạt động) 2- Tín hiệu ngừng ( vịi phun khơng phun) Khi vịi phun phun ít, động chạy chậm, lượng xăng cần cung cấp cho động lúc nhỏ, đồng nghĩa tín hiệu phun xăng (1) ECU đưa ngắn hình 3.18 18 Lượng phun Tín hiệu phun ngắn Hình 3.18 : Chế độ phun lúc xe chạy chậm Khi xe chạy nhanh, lượng nhiên liệu cung cấp cho động lớn, vịi phun phun nhiều , tín hiệu phun xăng ECU đưa dài hình 3.20 Lượng phun nhiều Tín hiệu phun dài Hình 3.20: Chế độ phun lúc xe chạy nhanh 19 KẾT LUẬN VÀ HƯỚNG PHÁT TRIỂN CỦA ĐỀ TÀI Trên nhóm tìm hiểu tổng quan cấu tạo mạch điện , bố trí tổng quan linh kiện, vị trí cảm biến ô tô phần mềm LabVIEW, ứng dụng LabVIEW để thu thập tín hiệu ECU động Ứng dụng LabVIEW vào ô tô hướng phát triển sử dụng rộng rãi Việt Nam giới Tuy nhiên với thời gian thực tế chưa nhiều nên đề tài nhóm cịn tồn thiếu sót Rất mong đóng góp thầy , bạn để đề tài hồn thiện Nhóm nhận hướng dẫn nhiệt tình thầy Trần Văn Lợi để hoàn thành đề tài Xin trân trọng cảm ơn ! 20 TÀI LIỆU THAM KHẢO Ts Nguyễn Bá Hải (2012), Lập trình LabVIEW trình độ bản, NXB Đại học quốc gia TP Hồ Chí Minh http://labview.hocdelam.org http://www.oto-hui.com/ NHẬN XÉT CỦA CÁN BỘ HƯỚNG DẪN ………………………………………………………………………………………… ……………………………………………………………………………………………………… ……………………………………………………………………………………………………… ……………………………………………………………………………………………………… ……………………………………………………………………………………………………… ……………………………………………………………………………………………………… ……………………………………………………………………………………………………… ………………………………………………………………… ………………………………………………………………………………………… ……………………………………………………………………………………………………… ……………………………………………………………………………………………………… ……………………………………………………………………………………………………… ……………………………………………………………………………………………………… ……………………………………………………………………………………………………… ……………………………………………………………………………………………………… ………………………………………………………………… Ngày tháng năm 2012 ThS Trần Văn Lợi