Xây dựng mô hình hẩn đoán trạng thái kỹ thuật của hệ thống phun xăng điện tử efi

Khối lượng này gồm các thành phần sau ∆Gctr = ∆G0 + ∆G1 + ∆G2 Trong đó: ∆G0 lượng khí nạp vào xilanh động cơ tại thời điểm cuối kỳ hút ∆G1 lượng không khí nạp được nạp thêm do van nạp đó

B Ộ GIÁO DỤC VÀ ÀO T Đ Ạ O TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA HÀ NỘI

-

HOÀNG QUANG TUẤN

LUẬN VĂN THẠC SỸ

L Ờ I NÓI Đ Ầ U

Trong những năm g n đây t c đầ ố ộ phát triển của nền công nghiệp ôtô Vi t ệNam đã có những bước ti n đáng k Nhi u h th ng k t c u hi n đ i đã đư c ế ể ề ệ ố ế ấ ệ ạ ợtrang bị cho đ ng cơ Tuy nhiên chúng ta cũng g p không ít khó khăn trong ộ ặkhai thác sử ụ d ng và làm quen với các hệ ố th ng đó ng thời v i viĐồ ớ ệc thay thế ộ m t số ế k t cấu đơn giản bằng các kết cấu hiện đại và phứ ạc t p cũng đã d n ẫ

tới việc chuyển từ ửa chữa chi tiết sang sửa chữa thay thế, do đó trong quá strình khai thác nhất thi t ph i sế ả ử ụ d ng công nghệ ch n đoán ẩ để nhanh chóng tìm ra hư hỏng và kh c ph c kắ ụ ịp thời

Việc chẩn đoán hư h ng ngày nay đưỏ ợc thực hiện bằng nhiều phương pháp khác nhau như: ch đoán đưẩn ợc th c hi n bằng máy móc thiế ị ặự ệ t b ho c chẩn đoán b ng trực giác củằ a con người Trên các hệ ố th ng đi u khiểề n điện

tử, người ử ụng và sửa chữa có thể chẩs d n đoán lỗi của hệ thống thông qua tín hiệu từ đèn Check Tín hiệu này thông báo cho ta các mã lỗi của các tín hiệu

và phải thông qua tài liệu ta mới xác định chính xác l i củ ệ ốỗ a h th ng M t ộphương pháp tiên tiến hơn cũng được s d ng khi chẩử ụ n đoán các hệ th ng ố

điều khiển điện tử đó là dùng máy chẩn đoán, thiết b ị này cho phép đọ ạc l i các thông số làm vi c c a hệ ủ ệ ố th ng, đồng thời đưa ra các lỗi của hệ thống nếu

có Tuy nhiên cả hai phương pháp ch n đoán trên ch đưa ra các l i hư hỏng ẩ ỉ ỗ

mà không đưa ra trạng thái cảnh báo hư h ng Đ giúp ngưỏ ể ờ ậi v n hành và sửa chữa biết được trạng thái cụ ể ủ th c a tín hiệu là ở ạ tr ng thái hư hỏng hay sắp

hư hỏng để có bi n pháp kh c ph c chính xác hơn, tôi đã đư c giao tài ệ ắ ụ ợ đề

“Xây dự ng mô hình ch n đoán tr ng thái k thu t c a h th ng phun ẩ ạ ỹ ậ ủ ệ ố xăng điệ n t ử EFI ”

Với đề tài luận văn này tôi đã xây dựng được mô hình chẩn đoán trạng thái kỹ thu t trong các hệ thốậ ng điều khiển điện tử Cũng như vi c kiểm soát ệ

được các thông số làm vi c c a h th ng và đưa ra cệ ủ ệ ố ảnh báo hư hỏng kịp th i ờcũng như xác định hư hỏng một cách chính xác nh t ấ

Được sự giúp đ ch b o tận tình của thầy PGS.TS Phạm Hữu Nam, cũng ỡ ỉ ảnhư s giúp đự ỡ và t o ều kiện củạ đi a các th y cô trong Bộầ môn Ôtô Vi n Cơ - ệkhí Động lực - Trường Đại h c Bách khoa Hà N iọ ộ , tôi đã có gắng để hoàn thành luận văn này Nhưng do thời gian, trình đ cũng như kinh nghiộ ệm còn

hạn chế nên không tránh khỏi những thiếu sót, tôi ất mong nhậ r n được những

ý kiến đóng góp, sự ch bỉ ảo của các thầy cô để lu n văn c a ậ ủ tôi được hoàn thiện hơn

Cuối cùng tôi xin chân thành cảm ơn sự hư ng d n ch b o t n tình của ớ ẫ ỉ ả ậ

thầy PGS.TS Phạm Hữu Nam và sự ạo điều ki n c t ệ ủa B môn đã giúp tôi ộhoàn thành luận văn này

Hà Nội, ngày 21 tháng 11 năm 2008

H ọ c viên

Hoàng Quang Tuấn

CHƯƠNG TỔNG QUAN VỀ Ệ THỐNG CHẨN ĐOÁN TRÊN ÔTÔ 1 H 1.1.BẢN CHẤT CỦA CHẨN ĐOÁN TRẠNG THÁI Ỹ THUẬT ÔTÔK

Trạng thái kỹ thuật của ô tô là tập hợp các giá trị ằng số ủa các thông số

cấu trúc đ c trưng cho nó Trong quá trình sặ ử dụng, ô tô có thể ằm ở n một

trong ba tr ng thái kạ ỹ thuật sau:

- Trạng thái kỹ thuật đúng: khi đó ô tô làm việ ở ạc tr ng thái bình thường, lúc này sai l ch cệ ủa trị ố ủ s c a thông số ấ c u trúc so với giá trị tiêu chuẩn của

nó không vượt quá giới hạn quy đ nh ị

- Trạng thái kỹ thuật không đúng nhưng xe v n còn khẫ ả năng làm việc: khi sai lệch của trị ố ủ s c a thông số ấ c u trúc so với giá trị tiêu chu n đã vư t ẩ ợquá giới hạn quy định Tuy nhiên lúc này xe (hoặc các hệ ố th ng, cụm chi tiết

của chúng) vẫn còn khả năng làm việc

- Trạng thái kỹ thuật không đúng và xe không còn khả năng làm việc: khi sai lệch của trị ố ủ s c a thông số ấ c u trúc so với giá trị tiêu chu n của nó đã ẩ

vượt quá giớ ại h n quy định, đã xảy ra hư h ng và xe không còn khả năng làm ỏviệc

Như vậy, trong quá trình sử dụng cần thiết phải có các b ệi n pháp đ duy ểtrì trạng thái kỹ thuật đúng ho c các biặ ện pháp khôi phụ ại các thông số ấc l c u trúc (đưa chúng về các giá tr tiêu chu n hoặc cho phép) ị ẩ

Chẩn đoán tr ng thái kỹ thuậạ t là phương pháp đánh giá tr ng thái kỹ thuật ạ

của các cụm chi tiết mà không cần tháo rờ đo đạc các thông số ấu trúc riêng i, c

của chúng

Chẩn đoán tr ng thái kỹ thuậạ t căn c vào các dấu hiệu của quá trình kèm ứtheo đ đánh giá quá trình hiể ệu qu , t ả ừ đó rút ra các kết lu n về ạậ tr ng thái k ỹthuật của đ i tượng ố

Quá trình chẩn đoán tr ng thái k thu t c a c m chi ti t, h th ng đư c ạ ỹ ậ ủ ụ ế ệ ố ợtiến hành theo trình tự sau:

- Đo đạc, phát hiện các sai lệch giữa các dấu hiệu, trị ố đo được của s thông số ch n đoán v i trị ốẩ ớ s tiêu chu n ẩ

- Phân tích đặc tính và nguyên nhân phát sinh các sai lệch nói trên

- Đánh giá trạng thái kỹ thuật hiện thời (chẩn đoán tr ng thái kỹ thuật ạchung) hoặc dự báo khả năng làm vi c tiế ụệ p t c không xảy ra hư hỏng của đ i ốtượng (ch n đoán d báo kh năng làm vi c) ho c ti n hành x lý các hư ẩ ự ả ệ ặ ế ử

hỏng theo các kết quả phân tích (chẩn đoán phát hi n hư h ng) ệ ỏ

k Chẩn đoán trạng thái ỹ thuật ôtô là một loại hình tác đ ng kỹ thuật vào ộquá trình khai thác sử ụ d ng ôtô nhằm mục đích đảm bảo cho ôtô hoạ ột đ ng có

độ an toàn và hi u qu cao b ng cách phát hi n và d báo k p th i các hư ệ ả ằ ệ ự ị ờ

hỏng và tình trạng kỹ thuật hiện tại mà không cần ph i tháo r i ôtô hay t ng ả ờ ổthành máy c a ôtô.ủ Do đó ch n đoán trẩ ạng thái kỹ thuật mang lại những ý nghĩa sau:

- Nâng cao độ tin cậy của xe và an toàn giao thông, nh phát hi n kờ ệ ịp thời

và dự đoán trư c đư c các hư h ng có thớ ợ ỏ ể ả x y ra, nhằm giảm thiểu tai nạn giao thông, đảm bảo năng suất v n chuyểậ n Vấn đề tai n n giao thông và ô ạnhiễm môi trư ng luôn luôn là vờ ấn đ b c xúc với m i quề ứ ọ ốc gia, khi tốc đ ộvận chuyển trung bình ngày càng nâng cao, khi số lượng ôtô tham gia giao thông trong cộng đ ng ngày càng gia tăng Ngăn ch n k p th i các tai n n ồ ặ ị ờ ạgiao thông sẽ đóng góp r t lớấ n vào s phát tri n cự ể ủa xã hội

- Nâng cao độ ền lâu, giảm chi phí về phụ tùng thay thế, giả b m đư c đ ợ ộhao mòn các chi tiết do không phải tháo rời các tổng thành

- Giảm đư c tiêu hao nhiên liợ ệu, dầu nhờn do phát hiện kịp thờ ể ềi đ đi u chỉnh các bộ ph n đưa v tr ng thái làm việ ối ưu ậ ề ạ c t

- Giảm giờ công lao động cho công tác bảo dư ng kỹỡ thu t và sửa chữa ậ

1.2 H Ệ THỐNG CHẨN ĐOÁN TRẠNG THÁI KỸ THUẬT

H ệ thống chẩn đoán tr ng thái kỹ thuật là sự ết hợp của các trang thiết bịạ k

đo và chiến lư c x lý các thông tin nhợ ử ận đư c nhằợ m đánh giá hoặc phát hiện

hư hỏng trong khi c m chi ti t, tổụ ế ng thành v n tr ng thái làm vi c bình ẫ ở ạ ệthường mà không c n ph i tháo rời nó ầ ả

Các thành phần cơ bản trong hệ ố th ng chẩn đoán bao g m: ma tr n chẩn ồ ậđoán (chứa đựng trong đó các thông số chẩn đoán và chiến lư c xử lý thôngợtin) và các trang thiết bị đo (xác đ nh giá trị ụị c ể ủth c a thông số ch n đoán) ẩCác thành ph n cầ ủa hệ ố th ng chẩn đoán có th ể khác nhau tùy thuộc vào mục đích chẩn đoán, m c dù có th ặ ể là đố ới v i cùng m t đ i tư ng ch n đoán Ví ộ ố ợ ẩ

d ụ để chẩn đoán chung tr ng thái kỹ thuật của hệ thống dẫạ n hư ng, trong các ớtrạm đăng ki m thư ng sể ờ ử ụ d ng băng th ử Side slip đo độ trư t bên của bánh ợ

xe dẫn hư ng Tuy nhiên dùng thông s (và thiớ ố ết bị này) không cho phép ta phát hiện đư c nh ng chợ ữ ỗ hư h ng trong hệ ẫỏ d n động các bánh xe dẫn hư ng ớ

Ma trận chẩn đoán là hình thức biểu diễn dạng ma trận mối quan hệ giữa các thông số chẩn đoán và k t quả ẩế ch n đoán trạng thái kỹ thuật của cụm chi tiết Quan hệ ữ gi a các thông số ch n đoán và các thông s k t cấu là mối quan ẩ ố ế

h hệ ỗn hợp, nghĩa là m t trạng thái kỹ thuật có thể có mối quan hệ ới nhiều ộ vthông số ch n đoán khác nhau ẩ

Các thông số chẩn đoán là các thông s , dấu hiệu biểu hiện củố a đ i tư ng ố ợ

để căn c vào đó mà đánh giá trứ ta ạng thái k thu t c a nó Các tiêu chu n đ ỹ ậ ủ ẩ ể

lựa chọn thông số chẩn đoán:

- Tính đơn trị: tính chất này quy định mỗi một giá trị ủ c a thông số ấ c u trúc đ c trưng cho trặ ạng thái kỹ thuật nào đó của h th ng ch có tương ng ệ ố ỉ ứ

với một giá trị ủa thông số chẩn đoán c

- Tính nhạy: yêu cầu lư ng biếợ n đ i của thông số chẩn đoán cần phải lớn ổhơn lượng biến đổ ủi c a thông s c u trúc tương ng ố ấ ứ

- Tính đo: các thông số ấ c u trúc phải có khả năng đo đếm đư c b ng các ợ ằtrang thiết bị phù hợp với khả năng hiện có

- Tính thuận tiện: có thể tiến hành lắp đ t, bố trí các trang thiế ị đểặ t b đo các thông số ch n đoán m t cách dễ ẩ ộ dàng, thuận tiện mà không làm ảnh hưởng tớ ấi c u trúc bên trong củ ổa t ng thành ho c gây t n kém v th i gian ặ ố ề ờ

Tùy theo đặc tính của thông số chẩn đoán ta có th phân chia ra các loại:ể

- Thông số chẩn đoán riêng: là thông số độ ậ c l p, giá trị ủ c a nó sẽ xác

định m t tr ng thái hư h ng c th , đ c trưng cho m t tr ng thái hư h ng c ộ ạ ỏ ụ ể ặ ộ ạ ỏ ụ

thể ủ c a đ i tượng Ví dụ ếố ti ng gõ va đ p đ c trưng cho hư hỏng củậ ặ a b c lót ạthanh truy n hay tr c khuề ụ ỷu

- Thông số chẩn đoán chung là các thông số chẩn đoán đặc trưng cho

trạng thái kỹ thuật chung của hệ ống th

- Thông số chẩn đoán k t hợp là các thông số mà giá trị ủế c a chúng được xác định đ ng th i và phố ợồ ờ i h p thành b v i nhau đ đánh giá m t tr ng thái ộ ớ ể ộ ạ

k ỹ thuật cụ thể nào đó của đ i tư ng Cách kết hợố ợ p cũng như tr ố ủa thông ị s c

s ố chẩn đoán trong m i sự ết hợỗ k p như th cho phép đánh giá các trạng thái ếkhác nhau của đ i tư ng ố ợ

Việc l a chọn thông số chẩự n đoán không nh ng phải quan tâm đếữ n s ốlượng thông s mà còn c n chú ý đ n c ý nghĩa thông tin c a thông s đó v i ố ầ ế ả ủ ố ớcác trạng thái kỹ thu t củậ a đ i tưố ợng chẩn đoán S lư nố ợ g các thông số ch n ẩđoán phải chọn đủ ớ l n để đả m b o xác đả ịnh được các tr ng thái k thu t c a ạ ỹ ậ ủ

đối tư ng Theo lý thuyợ ết thông tin, đ i vớ ốố i đ i tượng có n tr ng thái kạ ỹ thu t ậ

để xác đ nh đư c chính xác tr ng thái hi n th i củị ợ ạ ệ ờ a h th ng c n ít nh t là n ệ ố ầ ấthông tin (n thông số ch n đoán) đ c l p nhau Ngoài ra giá trẩ ộ ậ ị thông tin của

mỗi thông số chẩn đoán l i có ý nghĩa khác nhau đ i với việạ ố c xác đ nh trạng ịthái kỹ thuậ ụ thể ủt c c a đ i tượng ố

Để các số liệu của thông số chẩn đoán có tính khách quan, tin c y cần ậphải có các dụng cụ thi t bị đo phù hợp Nếu thông sốế ch n đoán được chọn ẩ

lại không có khả năng đo được thì việc lựa chọn sẽ không có ý nghĩa Như

vậy, ta thấy vai trò của thiết bị đo rất quan trọng, có tính quyế ịt đ nh đến mức

độ chính xác cũng như độ tin c y củậ a k t quảế chẩn đoán

Đối với các hệ thống, cụm chi tiết trên ôtô thư ng có hai loại chẩn đoán ờsau: chẩn đoán đánh giá tr ng thái kạ ỹ thuật chung và chẩn đoán trạng thái kỹ thuật sâu đ phát hi n các nguyên nhân hư hỏng trong hệ ốể ệ th ng

Chẩn đoán k thuật chung chỉ cho ta kết quả dưới dạỹ ng “ đ t/ không đ t”, ạ ạkhông xác đ nh đư c chính xác hư hị ợ ỏng xuất hi n ở ệ đâu trong hệ ố th ng Do

đó, phương pháp ch n đoán này chẩ ỉ phù h p trong công việợ c ki m tra đ nh kỳ, ể ịkiểm tu, kiểm định trạng thái kỹ thu t xe trong lưu hành Đối với chẩn đoán ậ

k ỹ thuật chung, thông số ch n đoán thư ng đư c sử ụẩ ờ ợ d ng là thông số hiệu quả

- thông số đặc trưng cho ch c năng , nhi m vụ chính của hệ thống Ví dụ đối ứ ệ

vớ ội đ ng cơ là thông s công suất, tốố c đ vòng quay đ ng cơ ộ ộ

Chẩn đoán k thuậỹ t sâu cho phép ta xác đ nh đư c nguyên nhân phát sinh ị ợ

hư hỏng Vì l đó phương pháp này thư ng đư c s d ng trong các xư ng ẽ ờ ợ ử ụ ở

sửa chữa và bảo dư ng xe Đ i vớỡ ố i phương pháp ch n đoán này các thông sẩ ố

đượ ực l a ch n phảọ i có ý nghĩa nhi u đề ố ới v i các d ng hư hỏạ ng c n phát hiện ầCác hệ ố th ng, cụm chi tiết trên ôtô thường phứ ạp, nhiều trạc t ng thái hư h ng ỏ

có thể ả x y ra vì vậy nhiều trường h p ph i phân chia thành “hợ ả ệ ố th ng lớn, hệ

thống con” Một “hệ ống lth ớn” là tập hợp nhiều “hệ ống con” làm việc th

đồng th i đ th c hi n m t ch c năng c th nào đó (ví d ch c năng phanh, ờ ể ự ệ ộ ứ ụ ể ụ ứchức năng dẫn hư ng, đ ng cơ – nguồớ ộ n đ ng lực) Các thông sốộ ch n đoán ẩphải đư c chọn sao cho đ c trưng cho các tr ng thái hư hợ ặ ạ ỏng của mỗi “hệ thống con” Trong nhiều trường h p, các thôngợ s ố chẩn đoán không có đ s ủ ốlượng cũng như giá tr thông tin đ xác đ nh các hư h ng c th khi đó ph i ị ể ị ỏ ụ ể ả

s dử ụng phương pháp kiểm tra, lo i trạ ừ ầ d n các khả năng hư hỏng có thể đi

đến xác đ nh đúng nguyên nhân (vùng) hư hỏng củị a đ i tư ng ố ợ

1.3.ĐẶC ĐI ỂM CHẨ N ĐOÁN TR ẠNG THÁI KỸ THU T CÁC HỆ Ậ

dTrong những năm g n đây, k thuậầ ỹ t đi n tử điều khiểệ n đư c sử ụng rộng ợrãi trong các hệ ố th ng c a ôtô ủ Các hệ ố th ng đư c điợ ều khiển điện tử đư c sử ợ

dụng trên ôtô hiện nay như: h thốệ ng đánh l a sớm ESA, hệ thống phanh ửchống bó cứng ABS, và không th không kể ể đến hệ ố th ng phun xăng điện tử EFI, Việc đi u khi n bề ể ằng đi t có đ c điệ ử ặ ểm là góp phần làm tăng công suất của đ ng cơ, tiộ ết kiểm nhiên liệu, giảm bớt hàm lượng khí thải qua đó

b o v ả ệ môi trường

dBên cạnh đó k thuậỹ t đi n tử được sử ụng vào các hệ thống chẩệ n đoán tự

động Các h th ng ch n đoán này không những cho phép theo dõi kiểm tra ệ ố ẩthường xuyên, liên t c tr ng thái k thu t các c m chi tiết hệ thốụ ạ ỹ ậ ụ ng c a ôtô ủ

mà còn làm tăng tính chất an toàn trong k thu t v n hành xe ỹ ậ ậ

H ệ thống đi u khiểề n đi n t trên ôtô đ u bao g m 3 ph n chính là: khối ệ ử ề ồ ầcung cấp thông tin đầu vào với chủ ế y u là các cảm biến; khối xử lý thông tin chính là ECU động cơ; và kh i cơ cấố u ch p hành (actuator) như kim phun, ấcác van điều khi n c m ch ng ể ầ ừ

m hTrong hệ thống đi u khiểề n đi n tử các cảm biến giữệ ột vị trí ết sức quan trọng Nó cho phép đo đạc các thông số làm vi c c a h th ng trong suốt ệ ủ ệ ốquá trình làm việc m t cách thuộ ận tiện Các cảm biến (sensors) giúp ECU nhận biết tình trạng hoạ ột đ ng của đ ng cơ Các c m biếộ ả n bao gồm: c m biả ến

áp suất đư ng ống n p mang thông tin vờ ạ ề áp suất đư ng ống n p tờ ạ ừ đó dựa vào tốc đ ng cơ và nhi t đ khí nạp ECU sẽộ độ ệ ộ tính ra đư c lượ ợng không khí

nạp và lư ng xăng phun cơ ản ảm biến nhiệ ộợ b C t đ nước mang thông tin vềnhiệ ộ ủt đ c a đ ng cơ, nhiệ ộộ t đ kí n p cho ECU bi t nhiạ ế ệ ộ ủt đ c a không khí,

đây chính là thông tin về m t đ khí n p Tín hiệu vị trí piston (tín hiệu G) ậ ộ ạcho ECU biết vị trí ĐCT c a máy chuẩủ n Tín hi u sệ ố vòng quay đ ng cơ (tín ộhiệu NE) giúp ECU tính toán lượng nhiên liệu phun và điều chỉnh thời đi m ểđánh lửa C m bi n vịả ế trí bư m ga cho ECU biế ộớ t đ ng cơ đang làm việ ởc ch ế

độ ả t i nào và cho ECU biết thời đi m tăng t c Tín hiệu khởể ố i động (tín hiệu STA) cho ECU biết phải phun xăng theo ch ế độ khởi động Tóm l i, cạ ác thông tin mà cảm biến gửi về là cơ sở để ế ti n hành công vi c ch n đoán tr ng ệ ẩ ạthái kỹ thu t chuyên sâu đậ ể xác định đư c nguyên nhân và khoanh vùng hư ợ

hỏng một cách chính xác ừ những phân tích trên tác gi T ả quy t đinh lế ựa chọn phương pháp ch n đoán là dẩ ựa trên cơ s s phân tich các thông sở ự ố ấ c u trúc

của hệ thống phun xăng đi n tử EFI.ệ

Các mụ c tiêu đ tài cầ ề n đ t đư ạ ợc là:

- Nghiên cứu sự hoạ ột đ ng của hệ thống phun xăng E F I , t đó lựa chọn ừcác thông s ố chẩn đoán trạng thái kỹ thu t ậ

- Tiến hành xây dựng mô hình chẩn đoán lỗi cho hệ ố th ng phun xăng EFI

- Xây dựng hệ thống đo các thông số ỹ k thu t chính c a h th ng phun ậ ủ ệ ốxăng EFI

- Thiết kế ạ m ch đo và ti n hành khảo nghiệm trên thực tếế , đánh giá kh ảnăng ứng dụng của h thệ ống đo được thi t kế ế

CHƯƠNG 2 XÂY DỰNG MÔ HÌNH CHẨN ĐOÁN TRẠNG KỸ

2.1 KHÁI QUÁT VỀ HỆ THỐNG PHUN XĂNG ĐIỆN TỬ EFI

Hệ thống phun xăng điện tử cung cấp khí hỗn hợp cho từng xilanh động

cơ một lượng xăng chính xác và đặt một góc đánh lửa tối ưu đáp ứng nhiều chế độ tải khác nhau của động cơ Tùy theo từng chế độ làm việc của ôtô, EFI thay đổi tỷ lệ hòa trộn xăng không khí để luôn luôn cung cấp cho động cơ – một lượng hỗn hợp tối ưu

Do dòng chảy của không khí trên đường ống nạp của động cơ là xung liên tục và yêu cầu hỗn hợp công tác lại được xác định theo từng xilanh, vì vậy ở đây ta chọn thông số điều khiển hợp lý là khối lượng không khí (khối lượng oxygen) được nạp vào xilanh trong mỗi chu trình làm việc Khối lượng này gồm các thành phần sau

∆Gctr = ∆G0 + ∆G1 + ∆G2

Trong đó: ∆G0 lượng khí nạp vào xilanh động cơ tại thời điểm cuối kỳ hút

∆G1 lượng không khí nạp được nạp thêm do van nạp đóng muộn

∆G2 lượng không khí quay lại do van nạp đóng muộn

∆G1, ∆G2 thay đổi theo chế độ tốc độ động cơ

∆G0 được xác định theo công thức sau; ∆G0 = (Vak*pak)/(r* Tak) Trong đó Vak, pak, Tak tương ứng là thể tích xilanh, áp suất và nhiệt độ không khí nạp tại thời điểm đóng van nạp;

Như vậy lượng không khí nạp cơ sở của một chu trình có thể được xác định bằng cách đo trực tiếp ∆G0 hoặc tính gián tiếp thông qua các trị số của

pak, Tak

Tuy nhiên đo trực tiếp các giá trị của ∆G0 , pak, Tak là công việc khó khăn,

vì vậy có thể xác định các thông số cho phép xác định gần đúng ∆G0 Có hai

phương án xác định gần đúng ∆G0 như sau: đo lưu lượng không khí trên đường ống nạp ∆Gkk và tốc độ động cơ ne hoặc đo áp suất tuyệt đối trên đường ống nạp và nhiệt độ vùng van nạp;

Hệ thống điều khiển động cơ có 3 thành phần chính (Hình 2.1): cảm biến, thành phần xử lý tín hiệu ECU, và cơ cấu chấp hành

Hình 2.1 Các thành phần chính của hệ thống phun xăng điện tử

+) Cảm biến

Cảm biến và các tín hiệu đầu vào có nhiệm vụ ghi nhận các trạng thái làm việc của động cơ Thông qua sự thay đổi điện trở hoặc điện áp trên các cảm biến và dựa vào đặc tính của các cảm biến sẽ cho biết trạng thái và thông số làm việc của động cơ Quá trình chuyển đổi ở đây là từ các tín hiệu vật lý chuyển thành các tín hiệu điện

+) ECU (Electronic control unit)

ECU xử lý các thông tin từ cảm biến, bằng việc so sánh với bộ dữ liệu tối

ưu được nạp sẵn vào bộ vi xử lý, sau đó ECU sẽ tính toán và đưa ra tín hiệu điều khiển cơ cấu chấp hành ECU điều khiển các cơ cấu chấp hành bằng các tín hiệu điện ECU c ng được kết nối với các hệ thống điều khiển khác và hệ ũthống chuẩn đoán trên xe

Cơ cấu chấp hành trong hệ thống phun xăng điện tử là các vòi phun, van không tải, điều khiển đánh lửa, hệ thống chẩn đoán ECU sẽ đưa ra các tín hiệu dưới dạng xung điều khiển hoặc tín hiệu điện áp on/off tới các cơ cấu chấp hành, tín hiệu điều khiển từ ECU phải phù hợp với các trạng thái làm việc của động cơ

2.2 VAI TRÒ CỦA CÁC CẢM BIẾN TRONG HỆ THỐNG PHUN

XĂNG ĐIỆN TỬ EFI

Như chúng ta đã biết nguyên tắc của hệ thống này là lưu lượng không khí nạp được đo gián tiếp thông qua cảm biến áp suất đường ống nạp Cảm biến này được gắn trên đường ống nạp Tín hiệu về áp suất tỷ lệ với lượng không khí nạp được một vôn kế ghi nhận và gửi đến ECU ECU sẽ tính toán lượng xăng phun cơ bản dựa vào cảm biến áp suất đường ống nạp và số vòng quay động cơ Ngoài ra ECU còn lấy tín hiệu từ các cảm biến khác như: cảm biến oxy, cảm biến vị trí bướm ga, cảm biến nhiệt độ nước làm mát, cảm biến

vị trí trục cam, cảm biến kích nổ,… các tín hiệu này đóng vai trò là các tín hiệu hiệu chỉnh Dựa vào các tín hiệu này ECU sẽ tính toán được lượng xăng phun tối ưu nhất phù hợp với các chế độ tải khác nhau của động cơ

Cảm biến cho các tín hiệu đầu ra là các tín hiệu điện, nếu các tín hiệu đầu ra này nằm trong vùng làm việc đã quy định của cảm biến thì hệ thống hoạt động bình thường Ngược lại, nếu các tín hiệu này vượt khỏi dải làm việc thì hệ thống có trục trặc

Bên cạnh đó, việc bố trí các cảm biến trong hệ thống phun xăng EFI còn cho phép người sử dụng luôn giám sát được các thông số của hệ thống Tóm lại, trong hệ thống phun xăng điện tử thì các cảm biến đóng vai trò rất quan trọng

2.2.1 Cảm biến đo lưu lượng khí nạp (sử dụng cho động cơ L – EFI):

Để xác định lượng khí nạp đi vào xy lanh, người ta sử dụng các loại cảm biến khác nhau, nhưng ta có thể phân làm 2 kiểu: đo lưu lượng với thể tích dòng khí và đo lưu lượng bằng khối lượng dòng khí

Cảm biến đo lưu lượng bằng khối lượng dòng khí có hai loại, chúng khác nhau về mạch điện Một loại, điện áp VS giảm khi lượng khí nạp lớn còn loại kia tăng khi lượng khí nạp tăng

 Loại 1:

ECU động cơ có một mạch điện áp không đổi cấp điện áp 5 v đến cực

VC của cảm biến lưu lượng khí nạp Vì vậy, điện áp VS sẽ luôn báo chính xác góc mở của tấm đo và do đó báo chính xác lượng khí nạp

Hình 2.1 Sơ đồ mạch điện và đường đặc tính của loại 1

 Loại 2:

Loại cảm biến lưu lượng khí nạp này được cấp điện áp ắc quy đến cực

VB

Loại cảm biến lưu lượng khí nạp này không được cấp điện áp không đổi 5 v từ ECU nên điện áp xác định bởi tỷ số điện trở giữa VB và VC và điện trở giữa VC và E2 được đưa đến ECU động cơ qua cực VC

Hình 2.2 Sơ đồ mạch điện và đường đặc tính

Cảm biến đo gió dạng xoáy lốc (Karman): à loại cảm biến đo lưu lượng lgió kiểu quang đo trực tiếp thể tích khí nạp So với kiểu trượt, nó có ưu điểm

là nhỏ gọn và nhẹ hơn Ngoài ra, cấu trúc đường ống đơn giản sẽ giảm trở lực trên đường ống nạp

Cảm biến Karman quang bao gồm một trụ đứng đóng vai trò của bộ tạo dòng xoáy, được đặt ở giữa dòng khí nạp Khi dòng khí đi qua, sự xoáy lốc sẽ được hình thành phía sau bộ tạo xoáy còn gọi là các dòng xoáy Karman

Xoáy Karman sinh ra có tần số là “f”, tốc độ của dòng không khí là “V”

và đường kính của thanh tạo xoáy “d” có mối liên hệ sau:

f = K

d V

Sử dụng quy tắc này, bằng cách đo tần số của xoáy tạo ra bởi bộ tạo xoáy, có thể xác định được lượng khí nạp

Dòng xoáy này được cảm nhận bằng cách cho bề mặt của một lá kim loại mỏng (gọi là tấm phản chiếu) tiếp xúc với áp suất của xoáy và rung động của tấm này được nhận biết bằng một cặp transitor quang học (một điốt phát quang kết hợp với một transitor quang học)

Hình 2.3 Sơ đồ mạch điện và đường đặc tính cảm biến kiểu quang

Tín hiệu lưu lượng khí nạp (KS) là một tín hiệu xung như trong hình 2.3 Khi lượng khí nạp thấp, tín hiệu này có tần số thấp Khi lượng khí nạp nhiều tín hiệu này có tần số cao

2 2.2 Cảm biến áp suất tuyệt đối trên đường ống nạp MAP

Cảm biến áp suất đường ống nạp dùng để xác định lượng khí nạp, cảm biến này kết hợp với cảm biến tốc độ để tính lượng nhiên liệu phun cơ bản Khi áp suất đường ống nạp thay đổi, giá trị của điện trở áp điện sẽ thay đổi Các điện trở áp điện được nối thành cầu Wheatstone Giá trị đo được từ cảm biến áp suất chân không là giá trị điện áp tại chân PIM và thông quađặc tính cảm biến ECU xác định được giá trị áp suất tương ứng

Hình 2.4 Sơ đồ và đặc tính cảm biến áp suất chân không trên đường ống nạp

2.2.3 Cảm biến tốc độ động cơ và vị trí piston

Cảm biến vị trí piston (TDC sensor hay còn gọi là tín hiệu G) báo cho ECU biết vị trí điểm chết trên hoặc trước điểm chết trên của piston Công dụng của cảm biến này là để ECU xác định thời điểm đánh lửa và cả thời điểm phun

Cảm biến tốc độ động cơ (Engine speed; crankshaft angle sensor hay còn gọi là tín hiệu NE) dùng để báo tốc độ động cơ sử dụng trong quá trình tính toán hoặc tìm góc đánh lửa tối ưu và lượng nhiên liệu sẽ phun cho từng xylanh Cảm biến này cũng được sử dụng vào mục đích điều khiển tốc độ không tải hoặc cắt nhiên liệu ở chế độ không tải cưỡng bức

Có nhiều cách bố trí cảm biến G và NE trên động cơ: trong delco, trên bánh đà, hoặc trên bánh răng cam

Bộ phận chính của cảm biến là một cuộn cảm ứng, một nam châm vĩnh kiểu và một rotor dùng để khép mạch từ có số răng tùy thuộc vào từng loại động cơ Khi đỉnh răng của rotor không nằm đối diện cực từ, thì từ thông đi qua cuộn dây cảm ứng sẽ có giá trị thấp vì khe hở không khí lớn nên có từ trở cao Khi một đỉnh răng đến gần cực từ của cuộn dây, khe hở không khí giảm dần khiến từ thông tăng nhanh Như vậy nhờ sự biến thiên từ thông, trên cuộn dây sẽ xuất hiện một sức điện động cảm ứng Khi đỉnh răng của rotor đối diện với cực từ của cuộn dây, từ thông đạt giá trị cực đại nhưng điện áp ở hai đầu cuộn dây bằng không Khi đỉnh răng rotor di chuyển ra khỏi cực từ, thì khe hở không khí tăng dần làm từ thông sinh ra giảm theo chiều ngược lại

Giá trị cảm biến tốc độ đo được là giá trị dạng xung, thông qua số xung biến đổi trên đơn vị thời gian ECU sẽ xác định được vị trí điểm chết trên (tín hiệu G) và số vòng quay của động cơ (tín hiệu NE)

2.2.4 Cảm biến nhiệt độ nước làm mát và nhiệt độ khí nạp

2.2.4.1 Cảm biến nhiệt độ nước làm mát:

Cảm biến này nhận biết nhiệt độ nước làm mát bằng một nhiệt điện trở bên trong Khi nhiệt độ tăng điện trở giảm và ngược lại Các cảm biến nhiệt

Hình 2.5 Sơ đồ mạch điện và dạng tín hiệu xung G và NE

theo nhiệt độ có sự khác nhau Sự thay đổi giá trị điện trở sẽ làm thay đổi giá trị điện áp được gửi đến ECU

Đặc tính của cảm biến nhiệt độ nước dùng cho ECU là phi tuyến và có vùng sai số rộng Nhưng do không phải thể hiện kết quả đo mà giá trị này chỉ

sử dụng để tính toán lượng nhiên liệu phun thêm và tối ưu hoá góc đánh lửa nên không cần độ chính xác của cảm biến cao Để vi xử lý hiểu được tín hiệu này thì phải chuyển đổi sang tín hiệu số qua bộ chuyển đổi ADC (Analog to Digital Converter)

Hình 2.6 Sơ đồ mạch điện và đặc tính của cảm biến nhiệt độ nước làm mát

2.2.4.2 Cảm biến nhiệt độ khí nạp:

Cảm biến nhiệt độ khí nạp dùng để xác định nhiệt độ khí nạp Cũng giống như cảm biến nhiệt độ nước làm mát, nó gồm một điện trở được gắn trong bộ đo gió hoặc trên đường ống nạp

Tỉ trọng của không khí thay đổi theo nhiệt độ Nếu nhiệt độ không khí cao, hàm lượng oxy trong không khí thấp Khi nhiệt độ không khí thấp, hàm lượng oxy trong không khí tăng Trong hệ thống phun xăng, ECU xem nhiệt

độ 20oC là mức chuẩn, nếu nhiệt độ khí nạp lớn hơn 20oC thì ECU sẽ điều khiển giảm lượng xăng phun; nếu nhiệt độ khí nạp nhỏ hơn 20oC thì ECU sẽ điều khiển tăng lượng xăng phun Với phương pháp này, tỉ lệ hỗn hợp sẽ được đảm bảo theo nhiệt độ môi trường

Giá trị của cảm biến đưa về ECU là sự thay đổi của giá trị điện trở tại chân THW (nhiệt độ nước làm mát) và chân THA (nhiệt độ khí nạp) tương ứng với

sự thay đổi nhiệt độ của động cơ Thông qua đường đặc tính của cảm biến ECU sẽ xác định được giá trị nhiệt độ tương ứng

Hình 2.7 Sơ đồ mạch điện và đặc tính của cảm biến nhiệt độ khí nạp

Hình 2.7 Sơ đồ mạch và đặc tính cảm biến vị trí bướm ga

Cảm biến bướm vị trí bướm ga đưa ra hai thông tin quan trọng báo về ECU là thông tin về vị trí không tải và thông tin về vị trí toàn tải, và thông tin

về thời điểm tăng tốc

Giá trị của cảm biến đo được là sự thay đổi điện áp tại chân VTA, thông qua sự thay đổi điện áp và dựa vào đặc tính của cảm biến, ECU sẽ xác định được vị trí của cảm biến bướm ga

2.2 .6 Cảm biến Lambda (cảm biến Oxy)

Mục đích của cảm biến là đo liên tục nồng độ khí xả và hiệu chỉnh liên λ tục lượng xăng phun ra tuỳ theo kết quả đo, thông qua ECU

Nguyên lý đo dựa trên sự so sánh hàm lượng oxy trong không khí chuẩn

và khí xả Khi có sự chênh lệch về lượng ôxy thì trên hai bề mặt ống xứ xuất hiện điện áp, giá trị điện áp phụ thuộc mức độ chênh lệch hàm lượng O2 với điều kiện cảm biến đã được nung nóng đến nhiệt độ nhất định

Khi λ < 0,9 điện áp trên hai cực > 0,8v

Khi λ > 1,1 điện áp trên hai cực < 0,2v

Cảm biến λ chỉ hoạt động có hiệu quả khi nhiệt độ của cảm biến >2500C

Thông thường các cảm biến hiện nay được trang bị thêm một sợi đốt λ nằm bên trong cảm biến nhằm rút ngắn thời gian sấy nóng khi động cơ mới khởi động

Hình 2.8 Sơ đồ mạch và đặc tính của cảm biến oxy

Kết luận:

• Các cảm biến làm nhiệm vụ cung cấp các thông tin về trạng thái làm việc của động cơ và môi trường Các thông tin từ cảm biến được gửi về ECU

để làm cơ sở xác định lượng nhiên liệu cần cấp cho các xy lanh động cơ

• Thông tin của các cảm biến dưới dạng các tín hiệu điện Đặc tính của cảm biến là quan hệ của các thông số điện ở đầu ra theo các biến đổi của đại lượng vật lý đầu vào của cảm biến

• Có thể căn cứ vào giá trị điện áp đầu ra của cảm biến để đánh giá trạng thái làm việc của cụm chi tiết hay phần của hệ thống mà cảm biến chịu trách nhiệm giám sát

Các tín hiệu đầu vào và tín hiệu đầu ra trong hệ thống EFI sẽ được đưa vào mạch chẩn đoán để đo lại các thông số làm việc của động cơ Tuy nhiên

để xác định được lỗi từ các tín hiệu này thì phải so sánh với giá trị chuẩn của

chúng ở trạng thái mà nó đang làm việc Bảng 1 thể hiện một số giá trị 2chuẩn của các tín hiệu:

Bảng 2.1 Tthông số kỹ thuật trong hệ thống điều khiển ĐC dùng cảm biến của hãng

Bảng 2.1 Các thông số kỹ thuật trong hệ thống điều khiển động cơ

2.3 XÂY DỰNG MÔ HÌNH CHẨN ĐOÁN TRẠNG THÁI KỸ THUẬT

2.3.1 Nguyên lý xây dựng mô hình chẩn đoán trạng thái kỹ thuật

Các mô hình hệ thống trên động cơ sử dụng hệ thống điều khiển điện tử luôn được chẩn đoán và tích hợp các mô hình chẩn đoán lỗi, tuy nhiên để tích hợp được hệ thống chẩn đoán trong các hệ thống điều khiển điện tử thì phải xây dựng mô hình hệ thống chẩn đoán

Có nhiều phương pháp để xây dựng mô hình chẩn đoán, nhưng thông thường sử dụng phương pháp xác định giá trị ngoài dải

2.3.1.1 Xác định giá trị ngoài dải

Định nghĩa giá trị ngoài dải: Giá trị ngoài dải r(t) là một véctơ vô hướng,

nó là các giá trị nằm ngoài dải làm việc Trong trường hợp không có lỗi giá trị véctơ này bằng 0 hoặc rất nhỏ và trong trường hợp một lỗi xuất hiện giá trị này #0

Ví dụ: Các tín hiệu trong hệ thống phun xăng điện tử đều là các véctơ vô

hướng như là: Tín hiệu tốc độ, tín hiệu đánh lửa, tín hiệu lưu lượng khí nạp, tín hiệu điều khiển vòi phun… Vì các giá trị của chúng thay đổi liên tục theo

cả chiều tăng và giảm

Phương pháp xác định giá trị ngoài dải trong mô hình chẩn đoán: Thứ

nhất là phát hiện giá trị ngoài dải và tiếp theo là ước lượng giá trị ngoài dải Mục đích của việc phát hiện giá trị ngoài dải là phát hiện các tín hiệu vượt khỏi dải làm việc của các các bộ phận trong hệ thống, còn mục đích của việc ước lượng giá trị ngoài dải là ước lượng giá trị vượt khỏi dải so với giá trị làm việc thông thường của nó để quyết định lỗi xảy ra

Ví dụ: - Để phát hiện giá trị ngoài dải của tín hiệu trong hệ thống điều khiển điện tử ta phải sử dụng các thiết bị để đo tín hiệu đó, như: sử dụng đồng

hồ vạn năng để đo điện áp, sử dụng osiloscop để đo các tín hiệu dạng xung,

hay sử dụng một mạch điện tử để đo tín hiệu và hiển thị kết quả đo lên máy tính

Việc ước lượng giá trị ngoài dãi thì phải dựa vào giá trị đo được và so sánh với giá trị chuẩn của tín hiệu đó ở trạng thái tiến hành đo giá trị

Ví dụ: Khi mở bướm ga hoàn toàn thì giá trị điện áp của tín hiệu đó nằm trong khoảng 4,1 4,8V, nếu giá trị đo được nhỏ hơn 4,1V thì ta sẽ ước lượng - được tín hiệu vị trí bướm ga Nếu giá trị 0V có thể dây tín hiệu bướm ga bị ngắn mạch, còn nếu giá trị chỉ nhỏ hơn 4,1V thì có thể bướm ga chưa mở hoàn toàn…

Như vậy, việc ước lượng giá trị ngoài dải sẽ quyết định trạng thái của tín hiệu ở mức hư hỏng hay cảnh báo hư hỏng sắp xảy ra

Hình 2.21 Cấu trúc bên trong của hệ thống chẩn đoán

2.3.1.2 Phân tích giá trị ngoài dải

Việc phân tích giá trị ngoài dải sử dụng mô hình xử lý toán học để tiến hành phân tích các thông số

Phát hiện giá trị ngoài dải

Quyết định lỗi xảy ra Ước lượng giá trị ngoài dải

Hình 2.22 Hệ thống xác định lỗi đơn giản

Một ví dụ đơn giản của việc phân tích giá trị ngoài dải là sự kết hợp quá trình đo tín hiệu đầu ra y(t) và sử dụng mô hình để ước lượng giá trị vừa đo (hình 2.22) Từ việc đo và ước lượng giá trị đầu ra y(t) và y^(t) ta xác định giá trị ngoài dải theo công thức sau:

r(t) = y(t) – y^(t) Việc sử dụng mô hình để ước lượng y^(t) có thể tuyến tính hoặc không tuyến tính Nếu một lỗi xuất hiện giá trị ngoài dải sẽ lệch khỏi giá trị 0

Việc phân tích giá trị ngoài dải tồn tại trong 2 dạng:

+ Giá trị ngoài dải tĩnh:

Giá trị ngoài dải tĩnh được xác định dựa trên mối quan hệ giữa giá trị tức thời và giá trị tĩnh theo đặc tính của tín hiệu bao gồm tín hiệu của các cảm biến đưa ra và tín hiệu tác động vào các cơ cấu chấp hành Trường hợp đặc biệt của giá trị ngoài dải tĩnh chỉ nằm giữa các giá trị đưa ra thì được gọi là giá trị ngoài dải trực tiếp

+ Giá trị ngoài dải tức thời:

Giá trị ngoài dải tức thời được xác định trên mối quan hệ giữa giá trị chuẩn đã định sẵn trong bộ điều khiển và giá trị của các tín hiệu cảm biến báo

ra, tín hiệu đưa vào các cơ cấu chấp hành khi hệ thống làm việc Phương trình biểu diễn giá trị ngoài dải tức thời là những sự phát hiện khác nhau hoặc các phương trình khác nhau không theo qui luật nhất định

Lưu ý, nếu hệ thống bao gồm các thông số thay đổi nhưng thời điểm phát hiện không quyết định, lúc này giá trị ngoài dải tức thời có thể xấp xỉ giá trị ngoài dải tĩnh

2.3.2 Phương pháp phát hiện giá trị ngoài dải

Việc phát hiện giá trị nằm ngoài dải cho quá trình chẩn đoán trong không gian tín hiệu phải được đánh giá một cách chính xác theo giá trị đo được và đặc tính chuẩn của tín hiệu ở thời điểm đo Trước tiên việc phát hiện giá trị ngoài dải được xác định như sau:

Một giá trị ngoài dải trong hệ thống được xử lý tín hiệu đầu vào và tín hiệu đầu ra, từ đó so sánh và đưa ra giá trị nằm ngoài dải

Giá trị nằm ngoài dải có thể như một hệ thống cố định nếu giá trị đó nằm ngoài dải cố định, hoặc hệ thống thay đổi nếu giá trị đó nằm ngoài dải thay đổi Vấn đề phát hiện giá trị nằm ngoài dải để tìm được cấu trúc giá trị ngoài dải có thể được diễn tả trên hình 2.23

Hình 2.23 Hệ thống với các tín hiệu vào u (đã biết hoặc phải đo), d (các nhiễu và lỗi

không phát hiện được), f (lỗi phát hiện được), và tín hiệu ra y

Trên hình thể hiện cấu trúc hệ thống có 3 tín hiệu đầu vào: tín hiệu đầu vào được biết trước hoặc được đo thì được lựa chọn trong véctơ u(t), những tín hiệu nhiễu và lỗi không phát hiện được thì được thể hiện trong véctơ d(t),

và lỗi phát hiện được thì được thể hiện trong véctơ f(t) Vấn đề bây giờ là việc phát hiện giá trị ngoài dải có thể được trừu tượng hóa, bằng việc chỉ sử dụng

sự hiểu biết về tín hiệu u(t) và y(t) để phát hiện ra một tín hiệu, tức là giá trị ngoài dải, loại không cảm nhận được tới một vài tín hiệu u(t), y(t), hoặc d(t),

Ví dụ: Để phát hiện giá trị ngoài dải của tín hiệu nhiệt độ nước làm mát,

trước tiên ta phải xây dựng mô hình để xác định giá trị đầu ra của nó Việc xây dựng mô hình phải dựa vào tín hiệu đầu vào u(t) thông qua việc đo giá trị

từ cảm biến nhiệt độ; các lỗi không phát hiện được có thể do tín hiệu từ các cảm biến khác gây ra như tín hiệu tốc độ, vị trí bướm ga…; lỗi phát hiện được như thiếu nước làm mát, cảm biến bị gãy… Từ đó qua việc xử lý bằng các hàm toán học ta sẽ xây dựng được qui luật giá trị đầu ra cho tín hiệu nhiệt độ nước như: không có giá trị từ cảm biến, nhiệt độ quá thấp hoặc quá cao…

2.3.2.1 Xây dựng công thức tổng quát xác định giá trị ngoài dải

Việc xây dựng công thức để tổng quát một giá trị ngoài dải có thể được xem như một bộ lọc thông số Trong trường hợp giá trị tuyến tính có thể được biểu diễn như sau:

r = Hy(s)y + Hu(s)u (2.1)Trong đó, y và u có thể là những giá trị vô hướng hoặc các đại lượng véctơ G(s) và Gf(s) là hàm truyền từ giá trị tín hiệu vào u và lỗi f tương ứng Sau đó ta có tín hiệu báo ra của hệ thống:

y = G(s)u + Gf(s)f Thay biểu thức trên vào phương trình 2.1, ta được:

r = (Hy(s)G(s) + Hu(s))u + Hy(s)Gf(s)f = 0 (2.2) Trong trường hợp không tồn tại lỗi, giá trị ngoài dải phải bằng 0 và được xác định như sau:

(Hy(s)G(s) + Hu(s))u = 0 (2.3)Trong phương trình trên, giả sử cố định tất cả giá trị u, sau đó tổng hợp cho tất cả các giá trị ngoài dải tuyến tính phải thõa mãn điều kiện sau:

Hy(s)G(s) + Hu(s) = 0 (2.4) Lưu ý rằng Hu có thể bằng 0 như trong trường hợp giá trị ngoài dải trực tiếp, nhưng luôn luôn phải đảm bảo Hy ≠ 0

Trong biểu thức 2.1, giá trị ngoài dải được biểu diễn theo tín hiệu đầu vào

và tín hiệu đầu ra Biểu thức tính toán này có thể cho phép xác định được giá trị ngoài dải Bởi vì phương trình 2.3 biểu diễn giá trị ngoài dải chỉ phụ thuộc vào lỗi, và có khả năng ứng dụng vào các tín hiệu khác giống như các tín hiệu nhiễu Do đó, nếu d là một tín hiệu bao hàm tất cả các nhiễu, giá trị ngoài dải trở thành:

r = Grf(s)f + Grd(s)d Biểu thức này thể hiện giá trị ngoài dải chỉ xác định theo các lỗi và các tín hiệu nhiễu, nó được gọi là biểu thức bên trong Trong biểu thức bên trong, nó được xem xét trực tiếp rằng giá trị ngoài dải là 0 nếu không có lỗi hoặc nhiễu hiện tại

2.3.2.2 Quan sát sự hình thành giá trị ngoài dải

Ở phần trên, hàm truyền được sử dụng để xác định giá trị ngoài dải Một quá trình thay thế có thể được sử dụng để quan sát sự hình thành giá trị ngoài dải Ví dụ, nếu một hệ thống có 2 giá trị đo được tín hiệu ra y1, y2 Sau đó việc quan sát sự hình thành giá trị ngoài dải dựa trên chỉ một tín hiệu ra y2, ta có biểu thức sau:

( )t y ( )t y ( )tr

yyKtutxgtx

2 2

2 2

2.3.3 Ước lượng giá trị ngoài dải

Mục đích của việc ước lượng giá trị ngoài dải là phát hiện chính xác lỗi

quả của công việc tìm ra lỗi, sự cô lập và sự nhận dạng lỗi Điều này có nghĩa

là việc xác định chính xác lỗi thường chứa đựng thông tin quan trọng, nếu một lỗi xuất hiện và trong trường hợp này các thông tin theo sau nó có thể là:

do lỗi của bản thân thiết bị đo (cảm biến) hoặc có thể do lỗi của chính thiết bị Trong sự xuất hiện của nhiễu gây ra bởi mô hình lỗi và phép đo ta đánh giá được giá trị nhiễu này, việc ước lượng giá trị ngoài dải là một công việc rất quan trọng

Việc ước lượng giá trị ngoài dải là cần thiết để kiểm tra xem giá trị ngoài dải có ảnh hưởng tới lỗi của hệ thống hay không Nếu nó được thực hiện, chúng ta gọi đó là đốt cháy giá trị ngoài dãi Việc ước lượng giá trị ngoài dải

có thể thực hiện theo dạng đơn giản nhất bởi ngưỡng của giá trị ngoài dải, nghĩa là lỗi được hiện diện là không có thực nếu r( )t > Jth, trong đó Jth là một giá trị giới hạn nào đó Một cách đơn giản để lựa chọn giới hạn Jth là từ từ nâng mức nhiễu của tín hiệu đó lên

Hình 2.24 Sơ đồ ước lượng giá trị ngoài dải đơn giản

Giá trị ngoài dải được lọc giá trị thấp đi qua và sau đó xác định giá trị tuyệt đối được đưa vào làm giá trị giới hạn Việc phát hiện một tín hiệu lỗi chính xác phải bao hàm cả thông tin về lỗi đã xuất hiện, nó có khả năng để sắp xếp logic đơn giản và đưa ra cảnh báo khi giá trị ngoài dải nằm trong cấu trúc cột lỗi giá trị ngoài dải

Tóm lại, để chẩn đoán được lỗi trong hệ thống, ta phải phát hiện và xác định được giá trị nằm ngoài dải làm việc của tín hiệu chẩn đoán Sau đó ước lượng giá trị ngoài dải này để quyết định trạng thái của tín hiệu là ở dạng hư hỏng hay mới ở dạng cảnh báo hư hỏng Quá trình thực hiện công việc ước lượng giá trị ngoài dải sẽ được thực hiện thông qua việc xây dựng mô hình

chẩn đoán, mô hình thể hiện mối quan hệ các tín hiệu và mức độ ảnh hưởng của chúng đến các lỗi trong hệ thống để đưa ra chính xác trạng thái lỗi trong

hệ thống đang chẩn đoán Do đó, vấn đề đặt ra ở đây là phải thiết kế được hệ thống chẩn đoán trạng thái kỹ thuật của hệ thống phun xăng điện tử EFI thông qua các thông số cấu trúc như : số vòng quay của động cơ, nhiệt độ nước làm mát, nhiệt độ khí nạp, áp suất chân không trên đường ống nạp, độ mở bướm

ga, góc đánh lửa sớm

CHƯƠNG 3 THIẾT KẾ H Ệ THỐNG CHẨN ĐOÁN H Ệ THỐNG

Để ch n đoán h th ng EFI ta ph i thi t k h th ng ch n đoán H ẩ ệ ố ả ế ế ệ ố ẩ ệthống này có nhiệm vụ đo ghi l i các trạạ ng thái làm việc của đ ng cơ thông ộqua các cảm biến và ghi lạ ặi đ c tính của cơ c u chấp hành Thông qua các ấgiá trị đo đư c đó, ta sẽợ có các thông s làm đ u vào cho mô hình ch n ố ầ ẩđoán Việc phát hiện và ước lư ng giá trị ợ ngoài dãi được th c hi n trong vi ự ệ

x ử lý thông qua việc so sánh và đánh giá giá tr đo được với bộ ố liệu ị s chuẩn trong vi xử lý, cũng như xây d ng các mự ối quan hệ giữa các tín hiệu trong vi xử lý T đó đưa ra trừ ạng thái làm việc c a hủ ệ ố th ng và đưa ra các

hư hỏng cũng như các c nh báo hư hỏng nếả u có đ i với hệ ốố th ng

3 .1 NGUYÊN LÝ CHUNG CỦA MẠCH CHẨN ĐOÁN

Sơ đồ trên trình bày nguyên lý chung của mạch đo bao g m các khối ồchức năng khác nhau, m i khối có nhiệm vụ và chứỗ c năng riêng đ th c ể ựhiện đo các thông số động cơ

♦ Kh i các đ i tư ng đo: bao g m nh ng i tư ng c n đo trong quá ố ố ợ ồ ữ đố ợ ầtrình hệ thống phun xăng hoạt động như: tốc đ ộ động cơ, áp suất chân không trên đường ống nạp nhiệt đ ộ nước làm mát, nhi t đ khí n p, góc ệ ộ ạđánh lử ớa s m, ch t i đế độ ả ộng cơ…nhằm đ m b o cho hệ ốả ả th ng phun xăng

có thể ho t đ ng chính xác và tốạ ộ i ưu nh t ấ

♦ Khối các cảm biến (Senser): Là khối có chức năng bi n đ i sự thay ế ổ

đổi liên t c các đ i lư ng đ u vào ( i lư ng đo lư ng - ki m tra) là các đ i ụ ạ ợ ầ đạ ợ ờ ể ạlượng không mang bản chất đi n, thành các đ i lư ng đệ ạ ợ ầu ra mang bản chất

đi n (như điệ ện tr , t n sốở ầ , điện áp rơi, góc pha…) các tín h u đ u ra này đi iệ ầqua bộ biến đổi tín hiệu (chỉnh lưu khuy ch đạế i) và đư c gửi t i kh i vi ợ ớ ốđiều khiển đ tính toán và phân tích ể

Trong khuôn khổ đo các thông s ố khi hệ ố th ng phun xăng điện tử EFI làm việc ở đây ta sử ụ d ng các cảm biến như: Cảm biến tốc đ , ảộ c m biến áp suất đường ống nạp, c m biả ến vị trí bướm ga, cảm bi n nhiế ệ ột đ nư c làm ớmát, c m biả ến nhiệt đ ộ khí nạp, c m biả ến ôxy Mỗi cảm biến có vai trò riêng khi hệ ố th ng phun xăng điệ ửn t ho t đ ng và đã đư c trình bày v c u ạ ộ ợ ề ấ

tạo ở chương 3

♦ Kh i bi n i tín hi u: là kh i có ch c năng chính là bi n đ i tín hi u ố ế đổ ệ ố ứ ế ổ ệ

t ừ các cảm biến gử ề thành tín hiệi v u đi n hoặc xung phù hợp với chế độệ

hoạt đ ng c a khộ ủ ối vi xử lý trung tâm để khối này có thể ử x lý theo lập trình đã xây dựng sẵn

♦ ộ B vi x lý trung tâm: đây là khố ấử i r t quan tr ng trong quá trình thiết ọ

+ Nhận và truyền tín hiệu với máy tính thông qua bộ truyền nhận

+ Gửi các thông số đo đư c sau ợ khi ử lý ra ộ phận hiển thị trực tiếp là x b màn hình LCD và qua bộ truyền nh n kậ ết nối với máy tính để hiển th ị các

thông s trên giao diố ện điều khi n và hiể ển thị

♦ Kh i truy n nh n d li u và kh i n p d li u: Đây là c u n i liên h ố ề ậ ữ ệ ố ạ ữ ệ ầ ố ệ

thông tin giữa khối k t n i v i máy tínhế ố ớ

▪ Kh i truy n nh n là m t cáp nhi u s i giúp truy n các d li u t kh i ố ề ậ ộ ề ợ ề ữ ệ ừ ố

kết nối lên máy tính đ tiếp tục xử lý Giao tiếp này thực hiện thông qua ể

cổng nối tiếp của máy tính ( còn đư c gọi là truyền thông nối tiếp chuẩn ợ

RS-232 )

▪ ộ ạ B n p d li u là m t cáp nhi u s i (còn g i là cáp ISP) dùng đ n p ữ ệ ộ ề ợ ọ ể ạ

chương trình hoạ ột đ ng cho vi điều khiển trong kh i k t n i thông qua cổng ố ế ố

song song (cổng máy n) c a máy tính.i ủ

♦ Máy tính (CPU): Đ có th ti n hành đi u khi n ho c giám sát các ể ể ế ề ể ặ

quá trình thực hiện bằng máy tính trư c hết ph i có m i liên hớ ả ố ệ ầ c n thiết

giữa máy tính và các động thái hoạ ột đ ng và x lý bên ngoài Mử ột chương

trình điều hành hệ ố th ng ghép nối ph i có đủả kh năng đ m nh n vi c thu ả ả ậ ệ

thập thông tin từ bên ngoài và điều khiển các thi t bịế ghép n i với máy tính ố

Các thông tin cần xử lý có thể ồn tạ t i dư i dạng: nhị phân cũng như quyết ớ

định có/ ho c không ho c cho phép so sánh nhỏặ ặ hơn/ l n hơn Thông ớ

thường trên máy tính nhà s n xuả ất đã tích hợp s n m t số ổẵ ộ c ng giao tiếp

như: cổng nối ti p, c ng song song, và ta có thể tận dụng các cổng này và ế ổ

khối kết nối như một cầu nối liên k t giế ữa máy tính và hệ thống mà ta đang

xây dựng

Kết luậ : Như vận y trong sơ đ trên chúng ta đã có th th y rõ đư c ồ ể ấ ợ

nguyên lý đo các thông số và nh ng khốữ i ch c năng c n thi t trong quá ứ ầ ế

trình đo các thông số hoạ ột đ ng

3.2 NGUYÊN LÝ THIẾT KẾ MẠCH ĐO CÁC TÍN HIỆU TỪ ẢM C

BIẾN

3.2.1 Nguyên lý thiết kế m ạch đo ốt c đ động cơ ộ

Như chúng ta đã tìm hiểu trong chương 3 v b tề ộ ạo tín hiệu G và Ne nó giúp cho ECU đ ng cơ có thộ ể nh n biết được góc c a tr c khu u và tậ ủ ụ ỷ ốc đ ộ

c a ủ động cơ nhờ mối liên hệ giữa giữa rôto trong bộ chia đi n và ệ góc quay

của trục đ ng cơ ( khi rô to quay đượộ c 1 vòng thì tương ng với 2 vòng của ứ

trục khu u )ỷ Vì thế để thiết kế đư c mạợ ch đo t c đ ta sử ụố ộ d ng ngay s ốrăng trên rôto của b chia đi n (Tương ứộ ệ ng là 24 răng )

Trong b ộ chia điện đã bố trí s n cuôn nhẵ ận tín hiệu Ne của rôto với tín hiệu ra là tín hiệu dạng xung hình sin (analog), qua bộ ế bi n đổi ta sẽ chuy n ể

sang tín hi u d ng xung vuôngệ ạ (Digital) Như vậy chúng ta s hình thành ẽ nguyên lý mạch đo tốc đ d a trên viộ ự ệc đ m số ế xung mà cu n nhộ ận tín hi u ệ

đếm đư c trong mộợ t đơn v th i gian đ nh n bi t t c đ ng cơ ị ờ ể ậ ế ố ộ độ

Khi đó tốc đ ộ động cơ sẽ đư c tính theo công thức ợ

ω = ố xung/24s t

Hình 3.2 Nguyên lý mạch đo tốc độ

t là khoảng thời gian đ m xungế

Như vậy khi tín hiệu qua VXL đã đư c lậợ p trình tính toán đ m số xungếvuông (Digital) t b ừ ộ biến đổi gửi về trong khoảng thời gian mà timer trong

VXL đế chúng ta sẽ đo được tốm c đ độộ ng cơ Và đ có thể ễ dàng hơn ể d trong việc chẩn đoán ho c đo tín hiặ ệu ta dùng các bộ phận hiển thị như: LCD, Led 7 thanh hoặc kết n i vố ới máy tính

3 2.2 Nguyên lý thiết kế ạ m ch đo áp su t chân không ấ đường ống nạp

Trong cảm ến áp suất chân không như chúng ta đã tìm hiểu ở phần bi

cảm biến chân không thì áp suất đư ng ống nạờ p thay đ i sẽ làm hình dạng ổ

của chip silliicon thay đ i và giá trị điện trở ủổ c a nó cũng dao đ ng theo; và ộ

s ự dao động này sẽ được chuyển hóa thành tín hiệu đi n nhờệ m t IC l p ộ ắbên trong cảm bi n và gử ếế i đ n ECU đ ng cơ ộ

Như vậy ta xác định đư c tín hi u g i đ n ECU là tín hi u đi n và cũng ợ ệ ử ế ệ ệ

có thể ế bi t đư c tỉ ệ ữợ l gi a dòng đi n đ n ECU và áp su t chân không trên ệ ế ấ

đường ống n p nhờạ các thông s ệố đi n tr c m bi n, ECU đ ng cơ c p ở ả ế ộ ấ

nguồn không đổi là 5v đ n IC ế

T ừ những cơ s trên ta có thể thiết kế ạở m ch đo áp su t chân không nhờ ấ

b ộ vi xử lý và tỉ ệ giữa dòng điện gử ế l i đ n ECU và áp suất chân không trên đường ống n p ạ

Hình 3.3 Nguyên lý mạch đo áp suất chân không đường ng n pố ạ

Cảm biến chân không

sNhư vậy tín hiệu vào bộ vi xử lý đã được lập trình ẵn đ chuyểể n đ i tín ổhiệu điện gửi v ra giá trề ị thự ởc ( đây là giá trị Kpa) và được hi n th ra ể ịkhối hiển thị mà chúng ta lựa chọn trong thiết kế C ụ thể ộ vi xử lý sẽ ử b x

lý thông qua tỉ ệ l giữa đi n áp đ u ra PIM đếệ ầ n ECU và áp suất chân không trên đường ống nạp theo đường đ c tính đã thi t lập (Chưong 3 ặ ế )

T ừ đường đ c tính đó ta có thểặ xác đ nh đư c h s t l là: k = 0.035 ị ợ ệ ố ỉ ệnhư vậy nhờ vào đó ta có thể đổi ngượ ạc l i giá tr áp suị ất trên đường nạp nhờ tính đư c giá trị điện trở trong cảm biếợ n áp su t chân không ấ

Giá trị áp suất chân không sẽ tương ứng với đi n áp ta đo đư c theo ệ ợ

3 3.2 Nguyên lý thiết kế m ạch đo T 0nướ làm mát và c T 0khí nạp

Trong cảm biến nhiệ ột đ nước làm mát và nhiệ ột đ khí n p đ u đư c bố ạ ề ợtrí nhiệt đi n trởệ bên trong đ xác để ịnh nhiệ ột đ môi trư ng ờ mà nó ti p xúc; ế

vì thế ề ặ v m t nguyên lý chúng sẽ đo nhiệ ột đ môi trư ng giống nhau ờ

Vì vậy đ đo đượ giá trị ủa 2 thông số này ta ẽ thực hiện thiết kếể c c s

Hình 3.4 Nguyên lý mạch đo nhiệ ộ t đ

nhau ở tín hi u điện áp gệ ửi về ECU khác nhau nên tỉ ệ giữa nhiệ l t đ và ộ

điện trở nhiệt hay chính là điện áp v ể ECU khác nhau

Trong phần cảm biến nhiệt đ nước làm mát và nhiệộ t đ khí nạp đã ộtrình bày trong chương 1 ta đã biết tín hi u mà cảệ m bi n gử ềế i v ECU là tín

hiệu điện áp vì thế mà mạch được thiết kế để đo 2 giá trị nhiệ ột đ nước và nhiệ ột đ khí n p c ng tương t như đo giá trạ ũ ự ị áp su t chân không, chỉ khác ấnhau phở ần xử lý trong vi điều khiển đ đưa ra giá trể ị nhiệ ột đ ban đầu của môi trường đo

Giá trị điện áp của cảm biến nhiệ ột đ thay đổi trong khoảng sau:

+ Khi nhiệ ột đ là 200C thì giá trị ệ đi n áp là 1,7 3,1V; đi- ện trở 2 - 3KΩ+ Khi nhiệ ột đ là 800C thì giá trị ệ đi n áp là 0,3 - 0,8V; điện trở 0,2 - 0,4KΩ

3 4.2 Nguyên lý thiết kế m ạ ch đo góc m bướm ga ở

Theo đường đ c tính cảm biến vị trí bướm ga và giá trị điện áp trên ta ặ

có thể ấ th y khi bư m ga đóng thì giá tr đi n áp la 0.5(v) và khi bư m ga ớ ị ệ ớ

m ở hoàn toàn thì giá trị điện áp vào kho ng 4(v) Nả hư vậy ta s ẽ thiết lập

đượ ỷ ệ % độc t l m ớm ga và giá trị ện áp gử ềở bư đi i v ECU khi bướm ga

dịch chuyển làm quay biến trở được b trí trong c m bi n ố ả ế

Ta xác định độ ở bướm ga theo tỷ ệ ới đi n áp như sauệ

Bướm ga m hoàn toàn là 100% thì điện áp là 4 v ở

Bướm ga đóng hoàn toàn là 0% thì điện áp là 0,5 v

→ h s t l ệ ố ỷ ệ giữa đi n áp và đệ ộ m ở bướm ga là:

100

5 , 0