nghiên cứu thiết kế chế tạo mô hình giảng dạy hệ thống điều hòa không khí của ô tô

- Thu thập, hiển thị các tín hiệu, thông số hoạt động của hệ thống điều hòa không khí tự động của ô tô lên máy tính, thông qua vị mạch Arduino và giao diện hiển thị trên phần mềm LabVIEW

Đặt vấn đề

Sự phát triển nhanh chóng của khoa học công nghệ nói chung và công nghệ trong lĩnh vực ô tô nói riêng, những đòi hỏi mới của năng lực nghề nghiệp đối vơi doanh nghiệp, những định hướng chiến lược mới của Chính phủ, Bộ Lao động – Thương binh và Xã hội đặt các cơ sở giáo dục nghề nghiệp đứng trước một thách thức lớn, trong đó việc đổi mới, nâng cao chất lượng đào tạo nghề là vấn đề được quan tâm hàng đầu Vì vậy, đối với các cơ sở đạo tạo nghề, trước hết cần quan tâm tìm hiểu, cập nhật các công nghệ mới của nghề, nhằm chủ động chuẩn bị các nội dung, thiết bị đưa vào giảng dạy để đáp ứng yêu cầu thực tế của thị trường lao động là hết sức cần thiết Những năm gần đây, xe ô tô được sản xuất và tiêu thụ ở nước ta ngày càng nhiều về số lượng, chất lượng cũng không ngừng hoàn thiện, hiện nay cho thấy các hãng sản xuất đang đặc biệt quan tâm đến công nghệ của thiết bị tiện nghi trên xe ô tô, đảm bảo phục vụ một cách tốt nhất cho người tiêu dùng, hệ thống điều hoà ô tô cũng không ngoại lệ, nó giữ một vai trò hết sức quan trọng trên ô tô Bên cạnh các công nghệ hiện đại được lắp đặt trên ô tô thì công nghệ về điều hòa ô tô cũng không ngừng cải tiến, hầu hết các ô tô hiện nay phần lớn sử dụng điều hoà tự động có điều khiển bằng vi xử lý Những công nghệ này luôn đổi mới một cách nhanh chóng, trong khi các cơ sở đào tạo thì không thể đáp ứng kịp về thiết bị có công nghệ hiện đại, đây là thực trạng và cũng là thách thức lớn nhất cho các cơ sở dạy nghề

Thực trạng khó khăn chung của trường đào tạo nghề đó là những mô hình, thiết bị phục vụ việc dạy và học do các công ty cung cấp vẫn còn nhiều điểm yếu, chủ yếu hướng về nghiên cứu thực nghiệm, chưa thực tiễn, thiếu nhiều chức năng để giảng dạy, khá đắt tiền và chưa phù hợp với chương trình đào tạo tại đơn vị Do đó việc cơ sở tự chủ động nghiên cứu, chế tạo được mô hình để phục vụ giảng dạy là giải pháp

Trang 2 tốt nhất, nhằm đáp ứng kịp thời, tiết kiệm kinh phí, vừa phù hợp với nhu cầu thực tế tại đơn vị hướng tới việc đáp ứng nhu cầu của thị trường lao động

Tại Trường Cao đẳng Cộng đồng Hậu Giang, có số lượng người học chiếm phần lớn là học nghề Công nghệ ô tô, mặc dù đã hoạt động đào tạo nghề ô tô từ năm 2010 đếm nay, nhưng thiết bị đào tạo nghề này còn rất ít và lạc hậu Cho đến nay, nhà trường cũng chưa có được thiết bị, hay mô hình điều hòa tự động của ô tô để phuc vụ dạy học tại trường.

Tổng quan các nghiên cứu liên quan

Trong thời gian qua đã có rất nhiều cán bộ khoa học - kỹ thuật, nhiều trường Đại học trong và ngoài nước đã có nhiều nghiên cứu, thiết kế, chế tạo ra nhiều sản phẩm mô hình phục vụ lĩnh vực đào tạo điều hòa không khí của ô tô; những cơ sở sản xuất thiết bị cũng cho ra đời nhiều mô hình dạy học và được cung cấp ra thị trường ở lĩnh vực này Tuy nhiên, những đề tài này đa số thiên về việc phục vụ nhằm mục đích nghiên cứu thực nghiệm, nhằm mô tả nguyên lý hoạt động, chẩn đoán, đo kiểm , có rất ít những mô hình điều hoà tự động có đầy đủ chức năng để phục vụ tốt cho nhu cầu thực tế của đơn vị

Ngày nay, cùng sự phát triển của công nghệ 4.0, ngành chế tạo ô tô đang có những bước tiến vượt lên một tầm cao mới đáng được tự hào, với sự ứng dụng công nghệ thông tin, vi điều khiển, trí tuệ nhân tạo, khoa học mô phỏng, vật liệu mới , hệ thống tiện nghi trên xe đang được các hãng quan tâm như là một tiêu chí cạnh tranh của các hảng sản xuất Trong đó, hệ thống điều hòa nhiệt độ trên ô tô đã được các hãng ô tô lớn, các nhà khoa học trên thế giới nghiên cứu, đầu tư và phát triển mạnh mẽ hệ thống này Một số đề tài nghiên cứu tiêu biểu như:

Công trình nghiên cứu của J.M Saiz Jabardo [1] tại Sao Paulo Universitty, đề tài đã đưa ra việc ứng dụng băng thử cho hệ thống điều hòa nhiệt độ, bằng việc thay đổi công suất máy nén ở các chế độ khác nhau, tác giả đo kiểm các dữ liệu đầu vào và dữ liệu đầu ra của hệ thống, và từ đó so sánh và kết luận về các nhân tố có tác động đến kết quả làm lạnh của hệ thống bao gồm: độ ngưng tụ của hơi lạnh trên đường

Trang 3 ống, độ tăng của nhiệt độ lưu hồi trong xe, khả năng giải nhiệt của dàn nóng, … Toshimitsu Nose, Toshio Ohashi [2] được chuyển nhượng cho Nissan Motor Co., Ltd, Yokohama, Japan đã nghiên cứu liên quan đến các vấn đề việc giải nhiệt cho dàn nóng bằng cách điều chỉnh lưu lượng gió, dựa vào đó lập phương trình và tìm giải pháp điều chỉnh lượng gió tối ưu nhất ứng với từng nhiệt độ nhằm để giải nhiệt dàn nóng giúp giảm được năng lượng tiêu thụ mà vẫn đạt hiệu quả cao Công trình của Hisao Fukudomi [3] được chuyển nhượng cho Mazda Motor Corporation: đã nghiên cứu hệ thống điều khiển tự động trộn khí cho hệ thống làm lạnh trên ô tô, đề tài này mang lại nhiều kết quả tốt trong việc xây dựng được thuật toán tối ưu trong việc điều khiển tự động các cánh chia gió trên xe bằng cách sử dụng động cơ bước Khi bật công tắc AUTO thì chương trình trộn khí tối ưu sẽ hoạt động J Steven Brown , Samuel F Yana-Motta, Piotr A Domanski [4] đã nghiên cứu hiệu suất làm lạnh của hai môi chất đó là CO2 và R143a trên cùng một hệ thống, kết quả đưa ra CO2 thấp hơn 21% ở 32,2°C và 34% ở 48,9°C

Mô Hình Hệ Thống Điều Hòa Không Khí FATC Trên Ô Tô G-160201, Nhà sản xuất DAESUNG G3 – KOREA [27] Mô hình này có nhiều chức năng, có thể áp dụng vào để khai khác dạy học Tuy nhiên vẫn có những điểm yếu của mô hình là chỉ trình bày cấu tạo, nguyên lý hoạt động, phục vụ chẩn đoán và đo kiểm hệ thống

Hình 1.1: Mô hình hệ thống điều hòa không khí FATC do

Nhà sản xuất DAESUNG G3 – KOREA

Mô Hình Hệ Thống Điều Hòa Không Khí tự động trên ô tô FXB-I02 nhà sản xuất Guangdong, China [28] Mô hình có các chức năng dùng để nghiên cứu cấu tạo và nguyên tắc hoạt động, chẩn đoán, đo kiểm, tạo pan trên hệ thống Điểm hạn chế của mô hình là ít chức năng dùng để dạy thực hành, không có thể hiện được thông số hoạt động của hệ thống, giá thành cao

Hình 1.2: Mô hình hệ thống điều hòa không khí tự động

FXB-I02 nhà sản xuất Guangdong, China

Tại Việt Nam nhiều trường Đại Học, nhiều cán bộ kỹ thuật đã nghiên cứu cho ra nhiều sản phẩm thiết bị đào tạo mang lại hiệu quả cao trong phục vụ giảng dạy

Một số đề tài tiêu biểu như:

Tác giả Cái Công Thành [5] đã nghiên cứu chế tạo được thiết bị giảng dạy hệ thống phun xăng đánh lửa điện tử, giúp sinh viên quan sát được các dữ liệu của các cảm biến và đồ thị biểu diễn đường đặc tuyết của cảm biến thông qua giao diện

Trang 5 LabVIEW Ngoài ra còn giúp sinh viên trong việc thực hành chẩn đoán, đo kiểm và khắc phục những pan hư hỏng của hệ thống Lê Như Thịnh đã nghiên cứu chế tạo các mạch tạo pan hệ thống điều hòa nhiệt độ của xe ô tô có giao tiếp với máy tính [6] giúp việc tạo pan và trực quan các thông số làm việc của hệ thống điều hoà ô tô lên máy tính thông qua phần mềm LabVIEW, từ đó giúp sinh viên quan sát các biểu hiện hỏng hóc, các thông số hiển thị trên máy tính Quách Tuấn Vinh [7] đã nghiên cứu thiết kế, chế tạo mô hình giảng dạy hệ thống điều hoà nhiệt độ của ô tô, sử dụng giao diện LabVIEW để giao tiếp mô hình với máy tính nhằm hiển thị các thông số hoạt động của hệ thống Nó có thể giúp người học trực quan thông số hoạt động, trực quan các bộ phận của hệ thống một cách dễ dàng, phục vụ tốt trong việc tháo lắp, đo kiểm một cách dễ dàng Lê Minh Mẫn [8] đề tài nghiên cứu và chế tạo ECU cho hệ thống lạnh ô tô, có thể dùng để phục vụ giảng dạy và nghiên cứu về điều hòa tự động Đề tài này giúp rút ngắn khoảng cách công nghệ với các nước có công nghệ phát triển cao bằng việc chế tạo được ECU để điều khiển hệ thống với chi phí thấp Phạm Văn Kiên [9] đề tài đã nghiên cứu ứng dụng kiến thức lý thuyết để phân tích và đánh giá khả năng ứng dụng hệ thống điều hòa loại hấp thụ H2O-LiBr trên xe ô tô Phạm Thanh Đường [10] đề tài này là đi sâu vào nghiên cứu các bộ phận trong hệ thống điều hòa trên xe ô tô, ý nghĩa của các bộ phận này trong hệ thống, đồng thời tác giả đề cập đến các môi chất lạnh thường dùng trên ô tô như R12, R22 và môi chất thay thế R143a Đề tài này có ý nghĩa trong việc thay thế môi chất lạnh trên các dòng ô tô đời cũ

Dương Tiến Sơn và Vũ Đức Thảo [11] đã nghiên cứu ứng dụng phần mềm LabVIEW thu thập tín hiệu của hệ thống điều hoà tự động ô tô, giúp hiển thị được một số thông số hoạt động của hệ thống lên máy tính, giúp sinh viên quan sát được trạng thái làm việc của hệ thống từ giúp nâng cao chất lượng giảng dạy Đinh Văn Nhựt cùng Đỗ Văn Lực [12] đã nghiên cứu thiết kế và chế tạo mô hình hệ thống điều hoà ô tô, thu thập hiển thị được nhiệt độ của các cảm biến lên màn hình LCD thuật tiện để quan sát, bên cạnh đó có xây dựng được các bài tập thực hành kèm theo mô hình để việc khai thác sử dụng mô hình được hiệu quả nhất Dương Tiến Sơn, Vũ Đức Thảo [13] đề tài này nghiên cứu ứng dụng phần mềm máy tính thu thập tín hiệu và điều khiển

Trang 6 hệ thống điều hòa không khí tự động trên ô tô, được thiết kế bởi phần mềm LabVIEW Đề tài này có ưu điểm đó là có thể giúp sinh viên trực quan được nguyên tắc hoạt động của hệ thống

Tác giả nhận thấy ở hệ thống điều hoà tự động việc tự dộng điều khiển nhiệt độ nó phụ thuộc vào nhiều yếu tố như nhiệt độ dàn lạnh, nhiệt độ môi trường, nhiệt độ trong xe và nhiệt bức xạ mặt trời, với mô hình được phục vụ giảng dạy lại bố trí tại phòng học chuyên môn hay xưởng thực hành thì không thể có được điều kiện về yếu tố thay đổi như trên Trong khi đến nay vẫn chưa có các nghiên cứu về mô hình hệ thống điều hoà tự động của ô tô có được chức năng vừa hiển thị được thông số làm việc, đồng thời có thể thay đổi tín hiệu của các cảm biến gửi về hộp điều khiển của hệ thống, để thấy rõ hơn nguyên lý hoạt động của hệ thống.

Tính cấp thiết của đề tài

Nhu cầu sử dụng ô tô ở nước ta đang ngày càng phổ biến, với những công nghệ mới được trang bị trên ô tô đang ngày càng hiện đại, cũng như ở hệ thống điều hòa không khí cũng đã được trang bị trên ô tô với công nghệ tự động điều khiển để duy trì nhiệt độ một cách chính xác hơn, giúp hành khách cảm thấy thoải mái hơn Từ đó, nhu cầu về trình độ bảo dưỡng và kỹ thuật sửa chữa hệ thống này hiện nay càng đòi hỏi phải có trình độ hiểu biết về công nghệ, tay nghề sửa chữa cũng phải khắt khe hơn Vì vậy yêu cầu đặt ra đối với người học nghề, người thợ sửa chữa hệ thống này cần phải được trang bị những kiến thức và kỹ năng về kiểm tra, chẩn đoán và sửa chữa phù hợp với thời đại công nghệ là nhiệm vụ cần được quan tâm đặc biệt

Thực trạng hiện nay cho thấy, hầu hết các trường đào tạo nghề việc đầu tư thiết bị phục vụ giảng dạy không thể theo kịp những công nghệ hiện đại của các nhà sản xuất ô tô, do sự cạnh tranh ngày càng gay gắt của các hảng ô tô trong thời gian qua, họ luôn ưu tiên cải tiến công nghệ mới tốt hơn để làm tiêu chí cho việc cạnh tranh này, thực tế cho thấy sự phát triển về công nghệ hiện đại trên ô tô thời gian qua đã phát triển một cách nhanh chống, trong khi việc đầu tư mô hình, thiết bị phục vụ giảng dạy lai rất hạn chế, thường thấy nhất là các trường công lập, rất bị động về nguồn kinh phí do phụ thuộc vào ngân sách nhà nước, các mô hình được thiết kế của

Trang 7 một số công ty cung cấp thì chưa bám sát với chương trình đào tạo, chủ yếu thiên về thực nghiệm và nghiên cứu khoa học, còn thiếu nhiều chức năng cần thiết: vi dụ như các mô hình hệ thống điều hoà tự động của ô tô, khi đưa vào giảng dạy nó bộc lộ một điểm yếu đó là điều kiện vận hành tại xưởng không giống với điều kiện thực tế trên ô tô, cũng như các yếu tố môi trường của xe hoạt động khác với tại xưởng thục hành, và thường lạc hậu so với công nghệ tại thời điểm

Tại tỉnh Hậu Giang nói chung và Trường Cao đẳng Cộng đồng Hậu Giang nói riêng, do còn mới và lạc hậu so với khu vực lân cận, trường còn nhiều khó khăn trong việc đầu tư thiết bị giảng dạy, hiện tại, HSSV học nghề ô tô chiếm số lượng lớn đáng kể so với các ngành nghề khác, tuy nhiên thiết bị lại rất ít và lạc hậu, đặc biệt đến nay trường chưa đầu tư được hệ thống điều hòa không khí tự động ô tô để phục vụ công tác giảng dạy mô đun này

Từ những khó khăn trên, với những hạn chế của các mô hình, thiết bị hiện có trên trị trường, tôi quyết định chọn đề tài: “Nghiên cứu, thiết kế và chế tạo mô hình hệ thống điều hòa không khí của ô tô” , với mong muốn phần nào khắc phục được một số hạn chế của các mô hình hiện có trên thị trường, có nhiều chức năng để dạy và học, sát với chương trình đào tạo tại trường Đặc biệt có chức năng giả lập được các yếu tố môi trường giống với điều kiện vận hành trên ô tô thật mà các mô hình trên thị trường hện nay chưa quan tâm đến chức năng này Bên cạnh đó còn góp thêm sản phẩm của mình vào phục vụ giảng dạy mô đun hệ thống điều hoà không khí tự động của ô tô tại đơn vị.

Mục tiêu nghiên cứu

Vận dụng các kiến thức lý thuyết về hệ thống điều hòa tự động trên ô tô, lý thuyết về vi điều khiển Arduino và LabVIEW Thiết kế mạch giao tiếp, viết chương trình giao tiếp hệ thống điều hòa nhiệt độ của ô tô với máy tính để hiển thị các thông số hoạt động của hệ thống, tạo sự trực quan để thuận lợi cho người học nghên cứu nguyên tắc hoạt động của hệ thống qua dữ liệu trên máy tính Chế tạo được mô hình có bảng mạch tạo pan, mạch giả lập tín hiệu nhiệt độ dàn lạnh, nhiệt độ trong xe và

Trang 8 nhiệt độ môi trường, cùng bảng mạch dùng cho thực hành chẩn đoán, đo kiểm, phù hợp với chương trình đào tạo tại Trường Cao đẳng Cộng đồng Hậu Giang.

Đối tượng và phạm vi nghiên cứu

- Nghiên cứu, thiết kế và thi công mô hình hệ thống điều hòa tự động ô tô

- Nghiên cứu ứng dụng phần mềm LabVIEW

- Nghiên cứu ứng dụng vi điều khiển Arduino, phần mềm Arduino IDE và ngôn ngữ lập trình Arduino

1.5.2 phạm vi nghiên cứu Đề tài nhằm mục đích nghiên cứu chế tạo mô hình hệ thống điều hoà tự động của ô tô có kết nối máy tính, để phục vụ cho việc dạy và học tại Trường Cao đẳng Cộng đồng Hậu Giang, do đó tác giả chỉ tập trung nghiên cứu về lý thuyết điều khiển hệ thống điều hoà tự động của ô tô, đồng thời thiết kế, chế tạo mô hình hệ thống có mạch giao tiếp giữa máy tính với mô hình thông qua phần mềm LabVIEW và vi mạch Arduino, bảng công tắc tạo pan hư hỏng thường gặp, bảng mạch giả lập tín hiệu nhiệt độ dàn lạnh, nhiệt độ môi trường và tín hiệu nhiệt độ trong xe, để trực quan nguyên lý điều khiển hệ thống Về nội dung thiết kế, gia công mô hình tác giả chỉ trình bày phần kết quả dưới dạng mô hình hoàn chỉnh, không thể hiện phần tính toán kết cấu, độ bền của các chi tiết trong mô hình.

Nội dung và phương pháp nghiên cứu

Nội dung nghiên cứu của đề tài bao gồm:

- Nghiên cứu về tổng quan liên quan những vấn đề đã nghiên cứu trước đó, nghiên cứu tổng quan hệ thống điều hoà của ô tô

- Lý thuyết về hệ thống điều khiển điều hoà không khí tự động của ô tô

- Nghiên cứu ứng dụng vi mạch Arduino, phần mềm Arduino IDE và ngôn ngữ lập trình cho Arduino giao tiếp với LabVIEW thu thập tín hiệu của hệ thống

- Nghiên cứu ứng dụng phần mềm LabVIEW lập trình thu thập và hiển thị dữ liệu của hệ thống lên máy tính

Trang 9 - Thiết kế mạch giao tiếp mô hình với máy tính, để thu thập và hiển thị các tín hiệu điện áp và nhiệt độ từ các chân cảm biến, áp suất môi chất, tín hiệu điều khiển Motor quạt gió và các Motor servo điều khiển các cánh gió

- Thiết kế chế tạo mô hình bao gồm: thiết kế bảng công tắc tạo pan hư hỏng thường gặp, thiết kế bảng mạch để giả lập tín hiệu nhiệt độ dàn lạnh, nhệt độ trong xe và nhiệt độ ngoài xe, thết kế bảng thông tin chân giắc dùng để đo kiểm hệ thống

- Thực nghiệm, đánh giá kiểm chứng kết quả của mô hình

Từ những nội dung trên, đề tai nghiên cứu có 3 phương pháp:

- Phương pháp tổng quan: Tổng quan về cơ sở nghiên cứu trong và ngoài nước, tổng quan các vấn đề liên quan đến các nội dung nghiên cứu

+ Lý thuyết về điều hoà không khí, môi chất lạnh, sơ đồ cấu tạo và nguyên lý của hệ thống, nghiên cứu hệ thống điều khiển điều hòa tự động của ô tô

+ Nghiên cứu và ứng dụng phần mềm LabVIEW, lập trình thu thập hiển thị tín hiệu của hệ thống

+ Nghiên cứu ứng dụng vi xử lý Arduino, lập trình cho board Arduino để thu thập tín hiệu từ mô hình lên máy tính

+ Sử dụng phương pháp nghiên cứu thực nghiệm để xây dựng mô hình hoạt động của hệ thống, chế tạo các mạch giao tiếp với máy tính để thể hiện các thông số hoạt động của hệ thống

+ Thiết kế bảng mạch dùng để giả lập tín hiệu cho một số cảm biến, để giả lập các yếu tố điều kiện môi trường bên ngoài giống với điều kiện hoạt động trên ô tô thật

+ Thiết kế bảng mạch tạo pan hư hỏng, các bảng thông tin chân giắc để đo kiểm và chẩn đoán hư hỏng cho hệ thống

+ Thu thập, xử lý số liệu, so sánh, đánh giá kết quả và kiểm chứng kết quả thu thập được là đáng tin cây

Lý thuyết về điều hòa không khí [14]

Nguyên tắc hoạt động của hệ thống làm lạnh dựa trên các đặc tính cơ bản của sự dẫn nhiệt như sau: Dòng nhiệt, sự hấp thụ nhiệt và áp suất đối với điểm sôi

Hệ thống làm lạnh được thiết kế nhằm mục đích xua đẩy nhiệt từ vùng này sang vùng khác Nhiệt có đặt tính truyền dẫn từ vật nóng sang vật lạnh hơn Sự chênh lệch nhiệt giữa hai vật thể càng lớn thì dòng nhiệt lưu thông càng mạnh

Nhiệt được truyền dẫn từ vật này sang vật khác theo ba cách đó là: Dẫn nhiệt; sự đối lưu và sự bức xạ nhiệt:

Hình 2.1: Truyền nhiệt nhờ sự dẫn nhiệt

- Dẫn nhiệt được xảy ra giữa hai vật khi chúng tiếp xúc trực tiếp với nhau Nếu đầu của một đoạn dây đồng tiếp xúc với ngọn lửa (Hình 2.1), thì nhiệt của một phần sẽ truyền đi nhanh chóng xuyên qua đoạn dây đồng đó, trong dây đồng, nhiệt được lưu thông từ phân tử này sang phân tử kia dẫn đến đầu dây bên kia nóng lên

- Sự đối lưu là hiện tượng mà nhiệt truyền từ vật này sang vật khác nhờ không khí bao quanh chúng làm chất môi giới Khi một vật được nung nóng lên thì lúc đó không khí xung quanh chúng cũng bị nóng lên, khi không khí nóng lên thì có xu hướng bay lên phía trên khi có vật thể nào đó ở phía trên thì không khí nóng này sẽ truyền nhiệt cho vật thể làm cho vật thể này nóng lên Đặc biệt trong một không gian

Trang 11 kín thì khi không khí bị nung nóng có xu hướng bay lên, không khí lạnh di chuyển xuống dưới tiếp tục làm nóng lên tạo thành vòng tròn luân chuyển làm cho không khí trong không gian kín được nóng đều Hình 2.2 thể hiện sự dẫn nhiệt đối lưu Không khí phía dưới được một vật đốt nóng được gọi là than, sau khi được nung nóng thì không khí bay lên trên làm nóng gà, lúc này không khí lạnh xung quanh cũng tiếp tục được than nung nóng bay lên để truyền nhiệt cho gà, quá trình này diễn ra liên thục đến một thời gian gà sẽ được nung chin

Hình 2.2: Nhiệt được truyền dẫn do sự đối lưu Không khí trên mặt lò than bị nung nóng bay lên nung chín gà

- Sự bức xạ nhiệt là hiện tượng truyền dẫn nhiệt do sóng tia hồng ngoại tạo ra, nó được truyền đi với vật tốc rất lớn bằng với tốc độ của ánh sáng, trong khi dẫn nhiệt và đối lưu thì dẫn nhiệt xảy ra một cách chậm chạp hơn Sự truyền nhiệt do bức xạ cũng khác với truyền nhiệt theo cách đối lưu hay dẫn nhiệt, cũng như nó không nhờ vào không khí xung quanh chúng, cũng không cần có sự tiếp xúc xảy ra mà vẫn có thể truyền được nhiệt từ vật này sang vật thể khác (Hình 2.3) một ví dụ cho thấy sự dẫn nhiệt do bức xạ mặt trời truyền dẫn xuống trái đất thông qua sống tia hồng ngoại

Hình 2.3: Truyền dẫn nhiệt nhờ bức xạ Mặt trời truyền nhiệt nung nóng quả đất nhờ tia hồng ngoại

Vật chất có thể tồn tại ở ba trạng thái khác nhau đó là: Trạng thái rắn, lỏng và khí Để một vật thể có thể thay đổi từ trạng tháy này sang một trạng thái khác thì cần phải tác động nó một lượng nhiệt nào đó Ví dụ để nước từ thể lỏng có thể đông thành đá thì ta cần tác động vào nước bằng cách là hạ nhiệt xuống đến 0 0 C

Nếu cần chuyển nước từ thể lỏng thành thể khí thì cần đun sôi nước ở nhiệt độ 100 0 C, lúc này nước sẽ chuyển thành thể khí Khi ta muốn chuyển nước ở thể rắn thành nước ở thể lỏng hoặc chuyển nước từ thể lỏng thành thể hơi Thì ta cần phải tác động vào nước bằng một lượng nhiệt nào đó để nước có thể thay đổi các trạng thái trên, nhưng ta thấy lượng nhiệt này ta không thể đo lường được Ví dụ nước ở thể rắn hay đông đá có nhiệt độ là 0 0 C, khi ta đun nóng lên cho nước đá tan ra thành thể lỏng thì ta thấy trong quá trình nước đang tan nó vẫn giữ nhiệt độ 0 0 C, hay ta đun nước cho nước nóng lên đến 100 0 C, lúc này nước đang bốc hơi và khi ta đo nhiệt độ của hơi nước là 100 0 C, khi ta tăng nhiệt độ của nước lên để đun nhưng hơi nước cũng chỉ 100 0 C và không nóng hơn nửa (Hình 2.4) Hiện tượng này được gọi là ẩn nhiệt

Hình 2.4: Hiện tượng về ẩn nhiệt

Hình 2.5 trình bày muốn làm ngưng tụ 1 pound hơi nước ở 100 0 C trở thành 1 pound nước, ta phải tách ra khỏi hơi nước một nhiệt lượng là 970 BTU

Hình 2.5: Hiện tượng ngưng tụ

Dùng quạt giải nhiệt (1) tách 970 BTU nhiệt lượng ra khỏi 1 pound hơi nước nóng 100 0 C (2), hơi nước sẽ ngưng tụ thành một pound nước nóng 100 0 C (3)

Hình 2.6 giới thiệu nhiệt độ kế, đơn vị độ C ( 0 C) và độ F ( 0 F) giá trị giữa độ F và độ C được tính theo công thức như sau:

Hình 2.6: Nhiệt độ kế đơn vị độ C và độ F

2.1.3 Áp suất và điểm sôi

Mối quan hệ giữa áp suất và điểm sôi của môi chất lạnh có ảnh hưởng rất quan trộng trong quá trình biến thể của nó đối với chu trình làm lạnh của hệ thống lạnh nói chung và ô tô nói riêng Nếu ta tăng áp suất trên mặt thoáng chất lỏng thì điểm sôi của chất lỏng đó cũng sẽ tăng theo hoat ta giảm áp suất chất lỏng thì điểm sôi của chất lỏng đó cũng sẽ giảm theo

Hệ thống điều hòa không khí đã ứng dụng mối quan hệ giữa áp suất và điểm sôi của môi chất lạnh để sinh hàn, hay để làm lạnh môi trường xung quanh nó Mục đích là làm cho môi chất lạnh từ thể lỏng có thể sôi và bốc hơi để làm lạnh dàn lạnh, sau đó nó phải được chuyển thành thể lỏng đề tiếp tục chu trình bốc hơi tiếp theo mà không có sự mất mát nào của môi chất lạnh trong chu trình làm việc.

Đơn vị đo nhiệt lượng [14]

Đơn vị dùng để đo nhiệt lượng mà nó truyền từ vật này sang một vật khác, thông thường sử dụng đơn vị Calorie và BTU

Calorie: nghĩa là nhiệt lượng mà ta cần cung cấp cho một kg nước để nhiệt độ của nước được tăng lên 1 0 C

Trang 15 BTU là lượng nhiệt cần để nung 1 pound nước (0,454kg) nóng lên 1 0 F (0,55 0 C) cần truyền một BTU nhiệt 1 Calorie tương đương với 4 BTU Để tính năng suất làm lạnh của hệ thống lạnh người ta thường dùng đơn vị BTU/giờ.

Cấu tạo và nguyên tắc hoạt động của hệ thống điều hòa ô tô [15]

Hình 2.7: Sơ đồ cấu tạo hệ thống điều hòa ô tô

A Máy nén F Van giãn nở

C Lọc, hút ẩm H Van phía thấp áp D Công tắc áp suất E Van phía cao áp Các thiết bị lạnh nói chung và hệ thống điều hoà ô tô nói riêng đều bao gồm các bộ phận nhằm mục đích thực hiện một chu trình lấy nhiệt nóng từ môi trường cần làm lạnh và thải nhiệt nóng ra môi trường bên ngoài Thiết bị lạnh của ô tô bao gồm các bộ phận như: Máy nén, thiết bị ngưng tụ (dàn nóng), bình lọc và tách ẩm, thiết bị giãn nở (van tiết lưu), thiết bị bay hơi (dàn lạnh), và một số thiết bị phụ khác nhằm đảm bảo cho hệ thống hoạt động có hiệu quả nhất Hình 2.8 cấu tạo các bộ phận của hệ thống Nó hoạt động theo nguyên tắc cơ bản được trình bày như sau:

- Môi chất lạnh được máy nén (A) bơm từ dàn lạnh (G) đi đến dàn nống (B) lúc này môi chất đang ở thể hơi có áp suất và nhiệt độ cao

Trang 16 - Tại dàn nóng (B) có lắp một quạt gió thổi để làm mát môi chất trong dàn nóng, do được làm mát trong khi áp suất nén cao nên môi chất bị ngưng tụ thành thể lỏng và tiếp tục đi qua lọc và hút ẩm (C)

- Môi chất ở thể lỏng từ bộ lọc hút ẩm (C) tiếp tục đi qua van giản nỡ (F) và đi qua dàn lạnh (G) Tại van giãn nở do có cấu tạo bên trong là dạng lỗ có tiết diện bị thu hẹp, làm cho môi chất phun ra khỏi van này có áp suất thấp dẫn đến nhiệt độ cũng hạ xuống theo và biến thành thể hơi

- Khi bốc hơi trong dàn lạnh thì môi chất được truyền nhiệt sang dàn lạnh, dẫn đến không khí xung quanh dàn lạnh được làm lạnh Nhờ có quạt gió mà không khí xung quanh dàn lạnh được quạt thổi vào cabin ô tô làm mát không khí trong cabin

- Môi chất ở thể hơi trong dàn lạnh (G) lại tiếp tục được máy nén (A) bơm đến dàn nống (B) để ngưng tụ thành thể lỏng và chu trình làm lạnh được lập đi lập lại liên tục trong quá trình làm lạnh.

Hệ thống điều hòa tự động trên ô tô [16]

Hệ thống điều hoà tự động ô tô là hệ thống có trang bị thêm hộp khuếch đại A/C hay EACT (Electronic Automatic Temperature Control) được trang bị bộ vi xử lý, nhằm tính toán xử lý các tín hiệu cần thiết, đồng thời thổi ra và duy trì nhiệt độ không khí cần làm lạnh một cách tối ưu nhất có thể Nó sẽ điều khiển và duy trì nhiệt độ gió thổi ra một cách tự động khi ta thiết lập nhiệt độ cài đặt như mong muốn và nút AUTO trên bản điều khiển được kích hoạt Hệ thống tự động điều chỉnh và duy trì ổn định nhiệt ở mức đã cài đặt trước Hệ thống hoạt động bằng cánh nhờ vào hộp khuếch đại A/C tiếp nhận thông tin từ bản điều khiển nhiệt độ và thông tin từ các cảm biến, nó xử lý thông tin và phát ra tín hiệu để điều khiển các bộ chấp hành Những thông tin mà hộp khuếch đại A/C tiếp nhận bao gồm: cảm biến bức xạ mặt trời; cảm biến nhiệt độ trong xe, cảm biến nhiệt độ ngoài xe, cảm biến nước làm mát, cảm biến áp suất môi chất lạnh và tín hiệu cài đặt từ bảng điều khiển Khi hộp khuếch đại A/C nhận được những tín hiệu này, vi xử lý bên trong hộp sẽ xử lý và gửi tính hiệu đến bộ phận khuếch đại của nó nhằm điều khiển các cơ cấu chấp hành cụ thể như: motor quạt gió, motor servo trộn gió, motor servo lấy gió vào, motor servo thổi gió, máy nén…

Hình 2.8: Sơ đồ điều khiển điều hòa tự động ô tô 2.4.1 Các bộ phận chức năng chính

Hình 2.9: Vị trí các bộ phận trong hệ thống điều hòa tự động

1 Hộp khuếch đại A/C 2 ECU động cơ

3 Bảng điều khiển 4 Cảm biến nhiệt độ trong xe

5 Cảm biến nhiệt độ ngoài xe 6 Cảm biến bức xạ mặt trời

7 Cảm biến nhiệt độ dàn lạnh 8 Cảm biến nhiệt độ nước làm mát 9 Công tắc áp suất của A/C 10 Motor servo trộn gió

11 Motor servo dẫn khí vào 12 Motor servo thổi gió

13 Motor quạt gió 14 Bộ điều khiển quạt gió

Hộp khuếch đại A/C hay còn gọi là ECU điều khiền A/C có nhiệm vụ nhận tín hiệu từ các cảm biến và bảng điều khiển nhiệt độ đã được cài đặt, từ đó xử lý tín hiệu và gửi tín hiệu điều khiển để điều khiển các cơ cấu chấp hành của hệ thống, để có nhiệt độ thổi ra được làm lạnh tối ưu nhất

Hình 2.10: Sơ đồ ECU điều khiển A/C

 Cảm biến nhiệt độ trong xe (interior air temperature sensor)

Hình 2.11: Cảm biến nhiệt độ trong xe

Trang 20 Cảm biến nhiệt độ trong xe có nhiệm vụ kiểm soát nhiệt độ trong xe và gửi tín hệu đến hộp ECU điều khiển, giúp hệ thống duy trì nhiệt độ đầu ra được ổn định Nó có một đầu hút để lấy nhiệt từ trong xe, cảm biến này thường lắp trong bảng táp lô của xe Sơ đồ mạch điện và đường đặc tính của cảm biến nhiệt độ trong xe như hình 2.13

Hình 2.12: Sơ đồ mạch và đường đặc tính cảm biến nhiệt độ trong xe

Cảm biến được cấu tạo bởi một loại chất bán dẫn có nhiệt điện trở âm được nối về các chân tín hiệu của hộp khuếch đại A/C, theo sơ đồ mạch điện như hình 2.13

Khi điện trở của cảm biến thay đổi thì điện áp từ cực TR đến hộp sẽ thay đổi theo

Bộ vi xử lý dùng tín hiệu TR để nhận biết nhiệt độ không khí trong xe Khi nhiệt độ thay đổi, điện trở của cảm biến này sẽ thay đổi theo, từ đó làm thay đổi điện áp đi vào chân tín hiệu của hộp khuếch đại A/C nhờ mạch cầu phân áp Trong hộp khuếch đại có một điện trở chuẩn có giá trị điện áp không đổi 5V Khi điện áp này đi qua điện trờ của cảm biến và về mass của hộp khuếch đại A/C, lúc này điện áp điểm giữa cầu phân áp được tạo bởi điện trở chuẩn và điện trở của cảm biến sẽ được đưa đến hộp khuếch đại A/C và chuyển đổi thành ADC Tín hiệu này là một dãy xung vuông, và được giải mã nhờ bộ vi xử lý bên trong hộp khuếch đại Khi nhiệt độ thấp thì điện trở của nhiệt điện trở lớn và ngược lại, sự thay đổi điện trở này được phản ánh dưới dạng điện áp đến chân tín hiệu của hộp khuếch đại A/C

 Cảm biến nhiệt độ môi trường (Ambient air temperature sensor)

Hình 2.13: Cảm biến nhiệt độ ngoài xe

Cảm biến nhiệt độ ngoài xe thường được lắp đặt ở bên ngoài xe thường là trước dàn nóng dùng để xác định nhiệt độ của môi trường bên ngoài xe Nó giúp hệ thống nhận biết nhiệt độ môi trường bên ngoài xe từ đó điều khiển nhiệt độ thổi ra bên trong xe một cách tối ưu nhất

Hình 2.14: Sơ đồ mạch và đường đặc tính cảm biến nhiệt độ môi trường

Cảm biến nhiệt độ môi trường, có cấu tạo từ một loại chất bán dẫn có nhiệt điện trở âm, được nối về chân tín hiệu của hộp khuếch đại A/C, có mạch điện như hình 2.15 Nó hoạt động dựa trên nguyên lý mạch cầu phân áp gồm có một điện trở chuẩn 5V và điện trở cảm biến được mắc nối tiếp và về mass của hộp khuếch đại A/C Tín hiệu ở cực TAM là điểm giữa của cầu phân áp, khi điện trở của cảm biến thay đổi,

Trang 22 dẫn đến điện áp vào hộp cũng thay đổi theo Bộ vi xử lý sẽ dùng tín hiệu TAM để nhận biết nhiệt độ không khí môi trường ở bên ngoài

 Cảm biến bức xạ mặt trời (solar sensor)

Cảm biến bức xạ mặt trời có cấu tạo từ một diốt quang (photodiode), vị trí lấp đặt thường phía trên của bảng táp lô nơi dễ dàng nhận ánh sáng mặt trời chiếu vào

Hình 2.15: Cảm biến bức xạ mặt trời

Cảm biến bức xạ mặt trới có nhiệm vụ đo cường độ ánh sáng từ mặt trời chiếu vào, nhằm để điều khiển nhiệt độ không khí thổi ra bên trong xe được tối ưu nhất Nó hoat động bằng cách là khi có ánh sáng chiếu vào nó thì cho dòng điện đi qua, ánh sáng chiếu vào càng nhiều thì nó sẽ dẫn càng lớn và ngược lại Cảm biến bức xạ mặt trời sẽ cảm nhận sự thay đổi của cường độ ánh sáng và nó sẽ chuyển đổi thành tín hiệu điện áp gửi tới hộp khuếch đại A/C

Hình 2.16: Sơ đồ mạch điện và đường đặc tính cảm biến bức xạ mặt trời

 Cảm biến nhiệt độ dàn lạnh (evaporator sensor)

Cảm biến nhiệt độ dàn lạnh cũng dùng một nhiệt điện trở âm, nó được lắp ở sát bên dàn lạnh để phát hiện nhiệt độ bề mặt của dàn lạnh Nó được dùng để ngăn chặn sự đóng băng ở bề mặt dàn lạnh, điều khiển nhiệt độ và điều khiển quạt gió trong thời gian quá độ

Hình 2.17: Cảm biến nhiệt độ dàn lạnh

Cảm biến nhiệt độ dàn lạnh cũng hoạt động giống như cảm biến nhiệt độ trong xe và cảm biến nhiệt độ môi trường, nó chỉ khác ở chỗ nhiệm vụ là để xác định nhiệt độ dàn lạnh Điện trở nhiệt là một phần tử cảm nhận thay đổi điện trở theo nhiệt độ Nó được làm bằng vật liệu bán dẫn có hệ số nhiệt điện trở âm Khi nhiệt độ tăng điện trở cảm biến giảm và ngược lại Hình 2.19

Hình 2.18: Sơ đồ mạch và đường đặc tính cảm biến nhiệt độ dàn lạnh

 Cảm biến nhiệt độ nước làm mát (water temperature sensor)

Cũng giống như các cảm biến trên, cảm biến nhiệt độ nước làm mát cũng cấu tạo bởi một loại chất bán dẫn có nhiệt điện trở âm, nguyên lý hoạt động cũng giống như các cảm biến nhiệt độ được trình bày ở trên Nó dùng để đo nhiệt độ nước làm mát của động cơ nhờ ECU của động cơ gửi về hộp khuếch đại A/C để điều khiển nhiệt độ, chế độ hâm nóng và quạt dàn nóng của hệ thống

Hình 2.19: Cảm biến nhiệt độ nước làm mát

Hình 2.20: Sơ đồ mạch cảm biến nhiệt độ nước làm mát

Hình 2.21: Đường đặc tính của cảm biến nhiệt độ nước làm mát

2.4.1.3 Các bộ phận chấp hành

 Motor servo trợ động trộn gió (Air mix control servomotor) Motor servo trợ động trộn gió hay còn gọi là trộn khí, có cấu tạo gồm có motor, bộ hạn chế, chiết áp, tiếp điểm động như (Hình 2.23) và nó sẽ được điều khiển bởi hộp khuếch đại A/C

Hình 2.22: Vị trí và cấu tạo motor trợ động trộn gió

Hình 2.23: Nguyên lí hoạt động motor trợ động trộn gió

Hình 2.24 thể hiện sơ đồ nguyên lý hoạt động của Motor servo trộn gió như sau: để di chuyển khi cánh điều khiển sang các vị trí khác nhau để hoà trộn gió đều nhờ tiếp điểm động và chiết áp bên trong motor servo quyết định việc cấp điện cho motor của cánh điều khiển, từ sơ đồ nguyên lý như hình 2.24 thì khi khi tiếp điểm động muốn di chuyển tới vị trí HOT, thì tại cực MH sẽ được cấp điện dương và tại cực MC phải được cấp mass, khi đó motor điều khiển cánh trộn gió sẽ có dòng điện đi qua với chiều đi từ cực MH sang MC làm cho cánh trộn gió đi từ vị trí COOL đến vị trí HOT

Thiết kế, chế tạo mô hình hệ thống điều hòa tự động của ô tô

Với phạm vi nghiên cứu của đề tài đã đề cập trước đó, tác giả xin bỏ qua việc tính toán như sự rung động của hệ thống khi hệ thống hoạt động, không đưa ra kết quả tính toán khả năng chiu lực của khung mô hình…, mà tác giả chỉ trình bày mô hình đã được thi công đúng với yêu cầu của tiêu chí đã đề ra Các cụm chi tiết của mô hình được sử dụng là các chi tiết thật của hệ thống điều hòa tự động được trang bị trên xe Toyota – Camry 2007

3.1.1 Các chức năng chính của mô hình

Mô hình có chức năng để nghiên cứu giảng dạy và học tập về cấu tạo các bộ phận, nguyên tắc hoạt động của hệ thống điều hòa tự động trên ô tô Ngoài ra mô hình còn có chức năng phục vụ việc thực hành, thực tập đo kiểm và chẩn đoán hư hỏng của hệ thống

3.1.2 Các bộ phận chính của mô hình

Bảng 3.1: Thông số kỹ thuật động cơ 2AZ-FE

Loại động cơ 2AZ-FE

Kiểu 4 xylanh, thẳng hàng, 16 van, DOHC, VVT – i

Dung tích xy lanh (cm 3 ) 2362

Công suất cực đại SAE-NET (HP/rpm) 166/6000 Mụmen xoắn cực đại SAE-NET [Nãm/rpm] 224/4000

3.1.2.2 Hệ thống điều hòa Toyota – Camry 2007

- Vị trí các chân của hộp điều khiển (A/C control assembly)

Hình 3.1: Hộp điều khiển và chân giắc (A/C control assembly) Bảng 3.2: Bảng ký hiệu, mô tả tín hiệu của chân giắc F16 [17]

Ký hiệu Mô tả Diễn giải

F16-3 GND Ground for A/C control assembly Nối mass cho hộp điều khiển

F16-4 TX+ LIN communication circuit Mạch giao tiếp LIN

F16-5 IG+ Power source Cấp nguồn

F16-8 SG Mas signal from the control panel on the steering wheel Mass F16-9 ADI1 Signal from the control panel on the steering wheel Tín hiệu từ bảng điều khiển trên tay lái

- Vị trí các chân của hộp khuếch đại A/C (A/C Amplifier) [17]

Hình 3.2: Chân giắc của hộp khuếch đại A/C (A/C

Bảng 3.3: Bảng ký hiệu, mô tả tín hiệu của chân giắc E38 [17]

Ký hiệu Mô tả Diễn giải

E38-1 IG Power source Nguồn từ ổ khóa

Trang 50 E38-2 SOL A/C compressor operation signal Tín hiệu máy nén

E38-5 TAM A/C ambient temperature sensor signal Tín hiệu cảm biến ngoài xe E38-8 PRE A/C pressure sensor signal Tín hiệu cảm biến áp suất E38-10 S5-3 Power supply for A/C pressure sensor Cấp nguồn cảm biến áp suất E38-11 CANH Controller Area Network communication system Hệ thống mạng giao tiếp mạng CAN tốc độ cao E38-12 CANL Controller Area Network communication system

Hệ thống mạng giao tiếp mạng CAN tốc độ thấp E38-13 SG-2 A/C pressure sensor, A/C ambient temperature sensor

Cảm biến áp suất A/C, cảm biến nhiệt độ môi trường xung quanh A/C

E38-14 GND Ground for main power suppl Nối đất

E38-21 B Power source Nguồn từ ắc quy

E38-23 BLW Blower motor speed control signal Tín hiệu điều khiển tốc độ quạt gió E38-29 TR A/C room temperature sensor signal

Tín hiệu cảm biến nhiệt độ trong xe

(for Front passenger side) Tín hiệu cảm biến bức xạ mặt trời E38-33 TSD A/C solar sensor signal

(for Driver side) tín hiệu cảm biến năng lượng mặt trời

E38-34 SG-1 Ground for A/C room temperature sensor

Mass cho cảm biến trong xe

E38-37 LIN1 LIN communication signa Mạng giao tiếp LIN E38-38 RDFG DEF relay signal Tín hiệu từ relay sấy kính

Bảng 3.4: Bảng ký hiệu, mô tả tín hiệu của chân giắc e1 [17]

Ký hiệu Mô tả Diễn giải e1-2 BUS G Ground for BUS IC Nối mass cho IC BUS e1-3 BUS BUS IC control signal Tín hiệu IC BUS e1-4 B BUS Power supply for BUS IC Cấp nguồn cho IC BUS e1-5 SGA Ground for evaporator temperature sensor Mass cảm biến dàn lạnh e1-6 TEA A/C evaporator temperature sensor signal Tín hiệu cảm biến nhiệt độ dàn lạnh - Sơ đồ mạch điện điều khiển điều hòa [18]

Hình 3.3: Sơ đồ mạch điện hệ thống điều hòa Toyota Camry 2007

3.1.2.3 Khung lắp đặt mô hình

Toàn bộ hệ thống được thiết kế trên một khung thép di động có độ cứng vững tốt và di chuyển được nhờ các bánh xe Các cụm chi tiết được bố trí hợp lý, hoạt động như trên xe ô tô thật để dễ quan sát và học tập Kích thước mô hình ở hình 3.4:

Hình 3.4: Bản vẽ chi tiết khung của mô hình

Hình 3.5: Bảng thông tin chân giắc hộp, tạo pan và giả lập tín hiệu nhiệt độ đầu vào

3.1.2.4 Bảng thông tin chân giắc của hộp khuếch đại A/C

Bảng các chân giắc của hộp khuếch đại A/C được đưa dưới dạng giắc cắm để phục vụ cho việc thực hành đo kiểm hệ thống

Hình 3.6: Bảng các chân giắc hộp khuếch đại A/C (A/C

Bảng tạo pan (hình 3.7) được thiết kế dưới dạng công tắc gạt 2 chân, 2 trạng thái ON-OFF dùng để đóng hoặc ngắt mạch giúp phục vụ cho việc tạo pan hư hỏng

Trang 55 và nhận biết các hiện tượng hư hỏng của hệ thống, đồng thời giúp rèn luyện kỹ năng thực hành kiểm tra, chẩn đoán và khắc phục hư hỏng của hệ thống

Hình 3.7: Bảng công tắc tạo pan hư hỏng hệ thống

Kí hiệu P1, P2, P3….P15 là ký hiệu của chữ Pan1, Pan2….Pan15 Nội dung tạo pan hư hỏng bao gồm:

- Pan 1: Hở mạch tín hiệu cảm biến áp suất gas - Pan 2: Hở mạch mas hộp khuếch đại A/C - Pan 3: Hở mạch tín hiệu cảm biến nhiệt độ trong xe - Pan 4: Hở mạch tín hiệu quạt gió

- Pan 5: Chạm mas tín hiệu cảm biến nhiệt độ trong xe - Pan 6: Mất nguồn (B) của hộp khuếch đại A/C

- Pan 7: Hở mạch tín hiệu cảm biến môi trường - Pan 8: Mất nguồn (IG) của hộp khuếch đại A/C - Pan 9: Chạm mas tín hiệu cảm biến môi trường - Pan 10: Hở mạch tín hiệu cảm biến dàn lạnh - Pan 11: Chạm mas tín hiệu cảm biến dàn lạnh - Pan 12: Hở mạch tín hiệu điều khiển máy nén

3.1.2.6 Bảng giả lập tín hiệu nhiệt độ đầu vào

Bảng giả lập tín hiệu được thực hiện bằng cách sử dụng các biến trở nhằm thay đổi điện áp đi vào hộp khuếch đại A/C từ các chân tín hiệu cụ thể là: tín hiệu nhiệt độ môi trường, nhiệt độ trong xe, nhiệt độ dàn lạnh, để thuận tiện quan sát nguyên lý điều khiển, từ đó có thể theo dõi các chức năng điều khiển của các cơ cấu chấp hành

Trang 56 của hệ thống Hình 3.8 là sơ đồ nguyên lý của mạch giả lập Trong đó: A/C Amplifier là hộp khuếch đại A/C, ký hiệu số 5 là chân tín hiệu dương cảm biến và 13 là chân tín hiệu mass cảm biến, E38 là ký hiệu giắc cắm, R1 là biến trở xoay dùng để chỉnh thay đổi điện áp gửi đến chân số 5 của hộp khuếch đại A/C, R2 dùng để cản không cho điện áp mức 5 volt đi vào hộp khi biến trở R1 đạt đến giá trị 0 Ohm (Ω) để tránh báo lỗi hệ thống R3 được tính toán phù hợp, và mắc song song với biến trở R1 nhằm để giới hạn phạm vi giá trị điện trở giả lập giống với điện trở thực của cảm biến, công tắc gạt 3 chân 2 trạng thái ON-OFF để chuyển tiếp giữa tín hiệu cảm biến và tín hiệu giả lập

Hình 3.8: Sơ đồ mạch điện giả lập các tín hiệu nhiệt độ

Hình 3.9: Bảng giả lập tín hiệu nhiệt độ đầu vào

1- Công tắc gạt 2 trạng thái ON và OF 2- Biến trở giả lập nhiệt độ dàn lạnh 3- Biến trở giả lập nhiệt độ môi trường 4- Biến trở giả lập nhiệt độ trong xe Nguyên lý hoạt động như sau:

Trường hợp 1: Khi công tắc gạt 1 (hình 3.9) được gạt về vị trí ON thì tiếp điểm của công tắc được di chuyển từ vị trí 2 sang 3 (hình 3.8) làm hở mạch của cảm biến, trong khi mạch giả lập được kích hoạt Mạch điện từ cực (TAM) tín hiệu hộp huếch đại A/C đi qua biến trở R1 về cực mass hộp (SG-2), khi ta xoay biết trờ R1 do điện trở thay đổi dẫn đến điện áp đi vào hộp khuếch đại A/C sẽ thay đổi theo, dẫn đến nhiệt độ của cảm biến này thay đổi theo Vi xử lý trong hộp khếch đại A/C sẽ dựa vào tín hiệu này, tín toán và quyết định điều khiển các cơ cấu điều khiển của hệ thống, để nhiệt độ đầu ra đạt mức tối ưu nhất

Trường hợp 2: Khi công tắc gạt 1 (hình 3.9) được gạt về vị trí OFF thì tiếp điểm của công tắc được di chuyển từ vị trí 3 sang 2 (hình 3.8) làm hở mạch tín hiệu giả lập, trong khi mạch cảm biến của hệ thống được nối mạch, điện từ cực (TAM) tín hiệu hộp huếch đại A/C đi qua điện trở cảm biến về mass hộp (SG-2) làm mạch cảm biến hoạt động lại bình thường

- Tính toán lựa chọn điện trở và biến trở cho mạch + Cảm biến nhiệt độ dàn lạnh (TE):

Bảng 3.5: Số liệu trị số nhiệt độ ứng với giá trị điện trở của cảm biến dàn lạnh

Nhiệt độ dàn lạnh ( 0 C) Điện trở cảm biến nhiệt độ dàn lạnh (Kohm)

Nhiệt độ dàn lạnh ( 0 C)15 Điện trở cảm biến nhiệt độ dàn lạnh (Kohm)

Thiết kế, chế tạo bộ thu thập tín hiệu [21], [22], [23]

3.2.1 Thiết kế phần cứng Để thực hiện giao tiếp mô hình với máy tính, tác giả nghiên cứu ứng dụng vi mạch Arduino Mega 2560, sử dụng phần mềm IDE để lập trình code điều khiển và nạp chương trình Tác giả sử dụng phần mềm LabVIEW để thiết kế giao diện và hiển thị các thông số tín hiệu Các tín hiệu thực hiện thu thập bao gồm: Cảm biến nhiệt độ dàn lanh (TE), cảm biến nhiệt độ trong xe (TR), cảm biến nhiệt độ môi trường (TA), cảm biến bức xạ mặt trời (TS), cảm biến tín hiệu áp suất gas (PRE), cảm biến tín hiệu máy nén (MGC), cảm biến tín hiệu quạt gió (BLW), cảm biến tín hiệu nhiệt độ nước làm mát động cơ và tín hiệu các Motor servo điều khiển các cánh gió

Hình 3.11: Sơ đồ khối kết nối giữa mô hình với máy tính Các bước thực hiện:

Bước 1: Lựa chọn điện trở cho các chân tín hiệu:

Tín hiệu thu thập lên board Arduino Mega 2560, mỗi chân của board Arduino có thông số kỹ thuật về điện áp và cường độ dòng điện nhất định, trong khi đó tín hiệu từ hộp điều khển lạnh của hệ thống điều hoà có điện áp vượt quá thông số kỹ thuật của board Arduino, nên cần phải mắc qua điện trở cản dòng trước khi đưa vào board Arduino Bảng 3.8 Liệt kê các chân cần lấy tín hiệu, trị số điện trở lựa chọn cho các cảm biến như sau:

Bảng 3.8: Lựa chọn các chân trên bo Arduino và điện trở để thu thập các tín hiệu cảm biến

Số chân Tín hiệu Kí hiệu Điện trở

D9 Xung tín hiệu điều khiển thổi gió AIR MODE 1.5 KΩ D10 Xung tín hiệu điều khiển trộn gió AIR MIX 1.5 KΩ

A0 Tín hiệu máy nén MGC 1.5 KΩ

A1 Cảm biến nhiệt độ dàn lạnh TE 1.5 KΩ

A2 Cảm biến nhiệt độ ngoài xe TA 1.5 KΩ

A3 Cảm biến nhiệt độ trong xe TR 1.5 KΩ

A4 Cảm biến bức xạ mặt trời TS 1.5 KΩ

A5 Cảm biến áp suất môi chất lạnh PRE 1.5 KΩ A6 Tín hiệu dẫn khí vào (trong / ngoài) INLET 1.5 KΩ

A7 Tín hiệu vị trí cánh trộn gió MIX 1.5 KΩ

A8 Cảm biến nhiệt độ nước làm mát THW 1.5 KΩ A9 Tín hiệu vị trí cánh thổi gió MODE 1.5 KΩ A10 Tín hiệu xung và tốc độ quạt gió BLW 1.5 KΩ

Card giao tiếp ARDUINO MEGA 2560 Mô hình điều hoà không khí CÁC CẢM

Trang 61 Bước 2: Lựa chọn vị trí các chân thu thập tín hiệu trên chip Arduino Mega 2560, các cảm biến xuất ra tín hiệu điện áp, tác giả sử dụng các chân analog để đọc: cụ thể những tín hiệu AIR MODE, AIR MIX, MGC, TE, TA, TR, TS, PRE, INLET, MIX, THW, MODE, BLW tương ứng với các chân A0, A1, A2, A3, A4 ,A5, A6; A7; A8;

A9, A10, tín hiệu xung Motor servo Air Mode, Motor servo Air Mix tác giả dử dụng các chân Digital tương ứng D9, D10, để đọc (Hình 3.12)

Hình 3.12: Sơ đồ mạch thu thập các tín hiệu từ cảm biến lên board Arduino Mega 2560

1- Các chân tín hiệu đầu vào Analog 2- Các chân tín hiệu đầu vào Digital 3- Chân mass của board Aduino 4- Cổng USB kết nối máy tính

Hình 3.12 thể hiện sơ đồ nối dây để lấy tín hiệu từ các chân cảm biến của hộp khuếch đại A/C Mỗi tín hiệu từ các chân analog và digital đều được nối qua một điện trở 1.5 k để giảm dòng, tránh dòng điện quá tải gây hư hỏng chip Arduino Cổng USB dùng đề giao tiếp với máy tính thông qua phần mềm LabVIEW để lập trình hiển thi các dữ liệu của hệ thống

Hình 3.13: Thiết kế, gia công mạch in

Hình 3.14: Kết nối các chân tín hiệu lên bảng mạch của board Arduino Mega 2560

Bước 3: Kết nối các chân tín hiệu lên bảng mạch của board Arduino Mega 2560

Bước 4: Kết nối bảng mạch từ board Arduino Mega 2560 về máy tính thông qua cổng USB

Hình 3.15: Kết nối bảng mạch từ board Arduino Mega

2560 về máy tính thông qua cổng USB

1- Mạch điện điều khiền hệ thống 2- Mạch điện điều khiển quạt dàn nóng và quạt két nước 3- Máy tính hiển thị dữ liệu của hệ thống

4- Bảng thông tin chân giắc đo kiểm, tạo pan, giả lập tín hiệu nhiệt độ cảm biến

3.2.2 Lưu đồ thuật toán code Arduino

Arduino được lập trình để nhận các tín hiệu từ các chân của cảm biến gửi về LabVIEW, nhằm hiển thị các dữ liệu của hệ thống lên máy tính Việc thu thập được thực hiện trên board Arduino được lập trình và nạp code thông qua phần mềm Arduino IDE Các tín hiệu của cảm biến ở dạng điện áp sau khi được thu thập qua chân Analog đi qua bộ chuyển đổi ADC (Analog to Digital Converter) với độ phân

Trang 64 giải 10 bit (= 2 10 ) sẽ chuyển đổi tín hiệu điện áp từ 0 - 5 V thành dãy giá trị từ 0 - 1023

Hình 3.16: Thuật toán tổng quát code Arduino 3.2.3 Lưu đồ đọc tín hiệu từ 11 chân Analog

Hình 3.17: Phương thức xử lý các tín hiệu Analog 3.2.4 Lưu đồ đọc tín hiệu xung các Motor servo

Hình 3.18: Phương thức xử lý các tín hiệu Digital 3.2.5 Lưu đồ thuật toán LabVIEW

Máy tính sử dụng chức năng giao tiếp Serial để giao tiếp với Arduino Máy tính sẽ mở cổng COM, dữ liệu trong output buffer của Arduino sẽ được truyền qua máy tính thông qua phần mềm LabVIEW và lưu ở input buffer Máy tính thông qua phần

Bắt đầu Kiểm tra và nạp Code Khai báo biến Lập trình Đọc tín hiệu cảm biến gửi dữ liệu lên máy tính Kết thúc

Bắt đầu Khởi tạo các chân Analog

- Đọc tín hiệu từ chân Analog (A0) - Đọc tín hiệu từ chân Analog (A1) - Đọc tín hiệu từ chân Analog (A2)

- Đọc tín hiệu từ chân Analog (A10)

Bắt đầu Khởi tạo các chân Digital

- Đọc tín hiệu từ chân Digital (9) - Đọc tín hiệu từ chân Digital (10)

Trang 65 mềm LabVIEW sẽ đọc, xử lý dữ liệu và hiển thị lên màn hình giao diện trên máy tính

Hình 3.19: Lưu đồ thuật toán LabVIEW 3.2.6 Phương pháp thu thập và hiển thị các tín hiệu 3.2.6.1 Tín hiệu các cảm biến

Do các tín hiệu cảm biến ở dạng điện áp sau khi được thu thập qua chân Analog với độ phân giải 10 bit sẽ chuyển đổi tín hiệu điện áp từ 0 - 5 V thành dãy giá trị từ 0 đến 1023 Để hiển thị chính xác các số liệu từ cảm biến, tác giả tiến hành khảo sát điện áp từ chân cảm biến đến hộp khuếch đại A/C bằng cách dùng một biến trở để thay đổi giá trị điện áp đến hộp, một máy chẩn đoán được kết nối với hệ thống để đọc giá trị nhiệt độ này Ứng với từng mức giá trị điện áp ta được giá trị nhiệt độ hiển thị trên máy chẩn đoán như bảng 3.9

Bảng 3.9: Giá trị nhiệt độ ứng với mức điện áp của cảm biến

Số liệu trên máy chẩn đoán Điện áp VE (V) 0.54 0.77 0.87 0.98 1.19 1.47 1.67 1.75 1.8 1.82 Nhiệt độ

TE ( 0 C) 35.05 25.3 21.6 18.8 13.2 7.05 3.2 1.8 1.45 0.75 Để chuyển từ tín hiệu điện áp sang giá trị cần hiển thi như nhiệt độ, áp suất…, có thể sử dụng một trong hai phương án đó là dùng đa thức nội suy hoặc tạo hàm nội suy bằng công cụ Chart trong Microsoft Excel (Hình 3.20) để tìm ra đa thức có đồ thị y = f(x) đi qua các điểm khảo xác ở các mức điện áp lân cận

Giao tiếp trên LabView bằng khối

Arduino nhận tín hiệu từ mô hình và gửi về LabView từ khối VISA

Hình 3.20: Hàm nội suy từ công cụ Chart Microsoft Excel

1- Giá trị điện áp đo từ các chân cảm biến ứng với các giá trị nhiệt độ (2) 2- Giá trị nhiệt độ đo được từ máy chẩn đoán ứng với mức điện áp (1) 3- Phương trình nội suy có hàm y = 8.1297x 2 - 43.615x + 53.331

Trong đó: x là giá trị điện áp; y là giá trị nhiệt độ 4- Đường đặt tính của hàm y Hình 3.20 Từ số liệu đo được trên cột (1) và (2) ta sử dụng công cụ chart vẽ được đường đặc tính (4) và hàm nội suy (3) Trên cơ sở hàm nội suy đó, ta tính được giá trị cần tìm như nhiệt độ, áp suất (y)… bằng cách thay giá trị điện áp (x) điều chỉnh vào phương trình nội suy (y) y cũng chính là kết quả của giá trị nhiệt độ sẽ hiển thị ứng với giá trị điện áp (x) Đối với phương pháp này sẽ có sai số nhất định, phụ thuộc

Trang 67 vào số lượng của cặp giá trị x, y cần phải khảo sát Độ chính xác càng cao khi số lượng cặp giá trị x, y cần khảo sát càng nhiều

Hình 3.21: Sơ đồ khối LabView và code Arduino thu thập và hiển thị các cảm biến

1- Giá trị điện áp (x) 2- Giá trị nhiệt độ (y)

Hình 3.21 thể hiện sơ đồ khối được lập trình trên LabVIEW và Code Arduino dùng để đọc và gửi tín hiệu về LabVIEW thông qua cổng Serial Từ phương trình có hàm y = 8.1297x 2 - 43.615x + 53.331, ta sử dụng hàm Numeric trong Functions hoặc Formula Node để lập trình Trong đó (1) là giá trị điện áp theo biến x, cũng là giá trị điện áp từ các chân của cảm biến cần thu thập và hiển thị, y là giá trị nhiệt độ cần hiển thị, nó phụ thuộc vào biến x

3.2.6.2 Tín hiệu tốc độ quạt gió

Hình 3.22: Sơ đồ khối LabView và code Arduino thu thập và hiển thị tốc độ và tín hiệu xung quạt gió 3.2.6.3 Tín hiệu Motor servo

Hình 3.23: Sơ đồ khối LabView và code Arduino thu thập xung tín hiệu điều khiển các Motor servo

Hình 3.24: Sơ đồ khối LabView và code Arduino thu thập và hiển thị vị trí của các cánh gió

Hình 3.25: Giao diện LabVIEW và các chức năng hiển thị lên máy tính

Trang 70 1 Cổng COM kết nối 11 Áp suất gas phía cao áp 2 Giá trị nhiệt độ dàn lạnh 12 Tín hiệu điện áp cảm biến áp suất 3 Tín hiệu điện áp cảm biến nhiệt độ dàn lạnh

13 Tín hiệu chế độ thổi gió

4 Tốc độ quạt gió 14 Tín hiệu vị trí cánh trộn gió 5 Giá trị nhiệt độ môi trường 15 Tính hiệu chế độ lấy gió vào 6 Tín hiệu điện áp cảm biến nhiệt độ môi trường

7 Giá trị nhiệt độ trong xe 17 Các nút hiển thị xung tín hiệu điều khiển quạt và Motor servo 8 Tín hiệu điện áp cảm biến nhiệt độ trong xe

9 Tín hiệu điện áp cảm biến bức xạ mặt trời

19 Xung điều khiển trộn gió

10 Giá trị nhiệt độ nước làm mát 20 Xung điều khiển chế độ thổi gió

Mục đích của thực nghiệm

Để đánh giá tính hiệu quả và độ tin cậy của mô hình, tác giả đã tiến hành các thực nghiệm để chắc chắn rằng mô hình đã thực hiện đầy đủ được các chức năng như nội dung trong đề cương của đề tài nghiên cứu, đồng thời kiểm chứng các dữ liệu thu thập lên máy tính có độ chính xác tương đồng với dữ liệu mà nhà sản xuất đã thiết kế bằng cách so sánh giữa dữ liệu hiển thị trên máy chẩn đoán với dữ liệu thu thập được trên máy tính.

Nội dung thực nghiệm bao gồm

- Thực nghiệm việc thu thập các số liệu của các cảm biến như tín hiệu điện áp và nhiệt độ của cảm biến nhiệt độ dàn lạnh, cảm biến nhiệt độ trong xe, cảm biến nhiệt độ ngoài xe; tín hiệu điện áp và áp suất của môi chất; tín hiệu cảm biến bức xạ mặt trời, cảm biến nước làm mát động cơ; vị trí của cánh trộn gió, cánh thổi gió và lấy gió vào; tín hiệu điều khiển Motor servo của cánh trộn gió, Motor servo của cánh thổi gió; tốc độ quạt gió và tín hiệu điều khiển quạt gió, so sánh và kiểm chứng giữa kết quả thu thập được với kết quả hiển thị trên máy chẩn đoán và kết quả trên bảng điều khiển của hệ thống

- Thực nghiệm giả lập các tín hiệu nhiệt độ dàn lạnh, nhiệt độ môi trường, nhiệt độ trong xe, so sánh, kiểm chứng kết quả thu thập được với kết quả hiển thị trên máy chẩn đoán Đồng thời theo dõi, ghi nhận chế độ hoạt động của hệ thống, kiểm chứng lại kết quả hoạt động thực tế

- Đóng, ngắt công tắc pan, kiểm tra tính năng làm việc của các công tắc tạo pan, ghi nhận các hư hỏng của hệ thống khi công tác pan được bật, kiểm chứng với kết quả nghiên cứu lý thuyết

Bảng 4.1: Nội dung, các điều kiện thực nghiệm và kết quả dự kiến

TT Nội dung thực nghiệm Điều kiện thực nghiệm Kết quả dự kiến

1 Thực nghiệm thu thập tín hiệu các cảm biến

- Mô hình, bộ thu thập dữ liệu kết nối với máy tính để hiển thị dữ liệu

Thông số điện áp trên chân tín hiệu và nhiệt độ của các cảm biến: nhiệt độ dàn lạnh, nhiệt độ môi trường, nhiệt độ trong xe, áp suất môi chất được hiển thị lên máy tính sẽ tương ứng với thông số hiển thị trên thiết bị chẩn đoán và đồng hồ VOM

2 Thực nghiệm vị trí của các cánh trộn gió (Air Mix)

- Màn hình hiển thị trên bảng điều khiển của hệ thống

- Mô hình, bộ thu thập dữ liệu kết nối với máy tính để hiển thị dữ liệu

Các vị trí của cánh chia gió trên màn hình của bảng điều khiển sẽ tương ứng với các vị trí hiển thị trên màn hình máy tính Cụ thể vị trí cánh di chuyển từ Max Cold => Max Hot

3 Thực nghiệm vị trí của các cánh thổi gió (Air Mode)

- Màn hình hiển thị trên bảng điều khiển của hệ thống - Mô hình, bộ thu thập dữ liệu kết nối với máy tính để hiển thị dữ liệu

Các vị trí của cánh thổi gió trên màn hình của bảng điều khiển sẽ tương ứng với các vị trí hiển thị trên màn hình máy tính, thể hiện được 3 vị trí đó là FACE, BL-LEVL và FOOT

4 Thực nghiệm vị trí của các cánh lấy gió (Air Inlet)

- Màn hình hiển thị trên bảng điều khiển của hệ thống

- Mô hình, bộ thu thập dữ liệu kết nối với máy tính để hiển thị dữ liệu

Các vị trí của cánh lấy gió trên màn hình của bảng điều khiển sẽ tương ứng với các vị trí hiển thị trên màn hình máy tính, thể hiện được 2 vị trí đó là vị trí RECIRC và FRESH

5 Thực nghiệm tín hiệu xung điều khiển quạt thổi gió và các motor servo

- Thiết bị đo và hiển thị xung tín hiệu

- Mô hình, bộ thu thập dữ liệu kết nối với máy tính để hiển thị xung tín hiệu điều khiển

Xung hiển thị trên tiết bị đo xung sẽ tương ứng với xung hiển thị trên màn hình máy tính đã thu thập được

6 Thực nghiệm giả lập tín hiệu cảm biến

- Mô hình, bộ thu thập dữ liệu kết nối với máy tính

- Các dữ hiệu như điện áp và nhiệt độ sẽ thay đổi khi điều chỉnh biến trở giả lập

- So sánh dữ liệu từ máy chẩn đoán, đồng hồ VOM phải tương ứng với kết quả của dữ liệu được hiển thị lên máy tính

- Khi giả lập tín hiệu thì các trạng thái hoạt động của hệ thống sẽ thay đổi theo một nguyên tắc nhất định, phù hợp với kết quả nghiên cứu trên cơ sở lý thuyết

7 Thực nghiệm chức năng tạo pan và chức

Khi đánh pan các trạng thái hoạt động của hệ thống sẽ thay đổi, có thể

Trang 73 năng thực hành đo kiểm - Mô hình, bộ thu thập dữ liệu kết nối với máy tính hệ thống ngưng hoạt động phụ thuộc từng loại pan.

Quy trình thực nghiệm và đánh giá kết quả

Hình 4.1: Thực nghiệm thu thập các tín hiệu cảm biến và so sánh kết quả với máy chẩn đoán

4.3.1 Thực nghiệm thu thập tín hiệu cảm biến nhiệt độ và áp suất 4.3.1.1 Mục đích: Nhằm kiểm chứng kết quả thu thập đảm bảo độ tin cậy, giúp theo dõi sự thay đổi giá trị điện áp từ chân cảm biến đến hộp khuếch đại A/C, ứng với giá trị nhiệt độ được hiển thị và chế độ hoạt động của hệ thống

4.3.1.2 Trình tự thực hiện: Kết nối bộ thu thập tín hiệu lên máy tính thông qua cổng USB, dùng phần mềm LabVIEW để hiển thị dữ liệu thu thập được của hệ

Trang 74 thống, đồng thời kết nối máy chẩn đoán qua cổng OBD II, khởi động máy chẩn đoán, chọn chức năng hiển thị dữ liệu động trong datalist trên máy chẩn đoán để tiện cho việc so sánh dữ liệu (hình 4.1) Các bước thực hiện:

Bước 1: Kết nối thiết bị thu thập tín hiệu với máy tính

Bước 2: Khởi động máy tính và giao diện LabVIEW trên máy tính

Bước 3: Xác định cổng vào (COM) trên máy tính

Bước 4: Kết nối máy chẩn đoán để so sánh số liệu

Bước 5: Khởi động động cơ, bậc A/C ON/AUTO

Bước 6: Tiến hành thực nghiệm thu thập số liệu

Bước 7: Thu thập, xử lý số liệu và so sánh với số liệu thiết kế hiển thị trên máy chẩn đoán

Bước 8: Lưu số liệu thu được

4.3.1.3 Kết quả thu thập lên máy tính và so sánh số liệu với máy chẩn đoán:

* Thu thập tín hiệu điện áp (VE) và nhiệt độ (TE) của cảm biến dàn lạnh

Bảng 4.2: Giá trị điện áp và nhiệt độ dàn lạnh được đo trên máy chẩn đoán và giá trị hiển thị lên máy tính

Số liệu trên máy chẩn đoán Điện áp VE (V) 0.54 0.58 0.61 0.82 0.91 1.07 1.38 1.54 1.8 1.86 Nhiệt độ

Số liệu thu thập trên máy tính Điện áp VE (V) 0.54 0.58 0.61 0.82 0.91 1.07 1.38 1.54 1.8 1.86 Nhiệt độ

Hình 4.2 đồ thị thể hiện kết quả đo được từ máy chẩn đoán và kết quả thu thập được hiển thị lên máy tính cụ thể: (a) thể hiện đường đặc tính và hàm nội suy của cảm biến nhiệt độ dàn lạnh được đo trên máy chẩn đoán, cụ thể: trục tung thể hiện giá trị nhiệt độ của cảm biến dàn lạnh, trục hoành thể hiện điện áp của cảm biến dàn lạnh

Các điểm 1,2,3 là các điểm nút nội suy (x0, y0) được khảo sát bằng thực nghiệm, ứng với mức điện áp và nhiệt độ tương ứng, phương trình bậc hai y = 11.62x 2 -53.699x+60.426 là đa thức nội suy y=f(x) có đồ thị đi qua các điểm đã khảo sát (b)

Trang 75 kết quả thu thập được thể hiện bởi hàm nội suy và đường đặc tính của cảm biến nhiệt độ dàn lạnh đã được hiển thị lên máy tính, phương trình bậc hai y = 11.565x 2 - 53.461x+60.175 là đa thức nội suy y=f(x) có đồ thị đi qua các điểm đã khảo sát

Hình 4.2: Hàm nội suy và đường đặc tính của cảm biến nhiệt độ dàn lạnh trên máy chẩn đoán và máy tính

* Nhận xét: Do cảm biến nhiệt độ được nghiên cứu trên cơ sở lý thuyết, phần lớn chất bán dẫn có nhiệt điện trở âm, được nối về chân tín hiệu của hộp khuếch đại A/C, nhiệt điện trở sẽ thay đổi dẫn đến nhiệt độ thay đổi theo, sự thay đổi này làm cho điện áp đến hộp khuếch đại A/C cũng thay đổi theo, điện trở càng lớn thì điện áp càng lớn Qua kết quả số liệu thu thập được cũng như từ đường đặc tính và hàm nội suy trên ta thấy: khi giá trị điện áp tăng thì nhiệt độ giảm và ngược lại So sánh giữa 2 kết quả ở đồ thị được đo trên máy chẩn đoán và kết quả hiển thị trên máy tính cho thấy: hàm nội suy và đường đặc tính của 2 kết quả là rất tương đồng, mặt dù có sai số do phương pháp nội suy chỉ cho ra giá trị gần đúng, vì vậy để cho giá trị càng chính xác thì đòi hỏi các điểm khảo sát càng nhiều hơn Do các sai số trên là rất nhỏ chỉ trên dưới 0.2 0 C nên không ảnh hưởng đáng kể, do đó không cần phải khảo sát thêm

* Thu thập tín hiệu điện áp (VA) và nhiệt độ (TA) của cảm nhiệt độ môi trường hay nhiệt độ bên ngoài xe

Bảng 4.3: Giá trị điện áp và nhiệt độ môi trường đo trên máy chẩn đoán và giá trị hiển thị trên máy tính

Số liệu trên máy chẩn đoán Điện áp VA (V) 1.93 1.83 1.68 1.41 1.35 1.00 0.91 0.75 0.64 0.55 Nhiệt độ

Số liệu thu thập trên máy tính Điện áp VA (V) 1.93 1.83 1.68 1.41 1.35 1.00 0.91 0.75 0.64 0.55 Nhiệt độ

Hình 4.3: Đường đặc tính và hàm nội suy cảm biến nhiệt độ môi trường đo trên máy chẩn đoán và máy tính

Hình 4.3 là đồ thị thể hiện kết quả đo được từ máy chẩn đoán và kết quả thu thập được hiển thị lên máy tính cụ thể: (a) thể hiện đường đặc tính và hàm nội suy của cảm biến nhiệt độ môi trường được đo trên máy chẩn đoán: trục tung thể hiện giá trị nhiệt độ của cảm biến, trục hoành thể hiện điện áp của cảm biến Các điểm 1,2,3 là các điểm nút nội suy (x0, y0) được khảo sát bằng thực nghiệm, ứng với mức điện áp và nhiệt độ tương ứng, phương trình bậc nhất y = -28.675x+96.583 là đa thức nội suy y=f(x) có đồ thị đi qua các điểm đã khảo sát (b) là đường đặc tính thể hiện kết

Trang 77 quả của cảm biến nhiệt độ môi trường được thu thập và hiển thị trên máy tính, phương trình bậc nhất y = -28.903x+69.798 là đa thức nội suy y=f(x) có đồ thị đi qua các điểm đã khảo sát

* Nhận xét: tương tự như cảm biến nhiệt độ dàn lạnh, kết quả số liệu thu thập được cũng như đường đặc tính và hàm nội suy của cảm biến, khi giá trị điện áp tăng thì nhiệt độ giảm và ngược lại So sánh vơi đường đặc tính và hàm nội suy của 2 kết quả được đo trên máy chẩn đoán (b) và kết quả thu thập trên máy tính (a) cho thấy: đường đặc tính và hàm nội suy của 2 kết quả là rất tương đồng, mặt dù có sai số do phương pháp nội suy chỉ cho ra giá trị gần đúng, nếu giá trị càng chính xác thì đòi hỏi các điểm khảo sát càng nhiều hơn Do các sai số trên là rất nhỏ chỉ trên dưới 0.2 0 C nên không ảnh hưởng đáng kể, do đó không cần phải khảo sát thêm

* Thu thập tín hiệu điện áp (VR) và nhiệt độ (TR) của cảm biến nhiệt độ trong xe

Bảng 4.4: Giá trị điện áp và nhiệt độ của cảm biến trong xe được đo trên máy chẩn đoán và giá trị hiển thị trên máy tính

Số liệu trên máy chẩn đoán Điện áp VR (V) 2.69 2.55 2.44 2.33 2.17 1.91 1.63 1.46 1.09 0.79

Số liệu thu thập trên máy tính Điện áp VR (V) 2.69 2.55 2.44 2.33 2.17 1.91 1.63 1.46 1.09 0.79

- Hình 4.4 là đồ thị thể hiện kết quả đo được từ máy chẩn đoán và kết quả thu thập được hiển thị lên máy tính cụ thể: (a) là đường đặc tính thể hiện kết quả của cảm biến nhiệt độ trong xe được đo trên máy chẩn đoán: trục tung thể hiện giá trị nhiệt độ của cảm biến, trục hoành thể hiện điện áp của cảm biến Các điểm 1,2,3 là các điểm nút nội suy (x0, y0) được khảo sát bằng thực nghiệm, ứng với mức điện áp và nhiệt độ tương ứng, phương trình bậc nhất y = -24.147x+72.616 là đa thức nội suy y=f(x) có đồ thị đi qua các điểm đã khảo sát (b) là đồ thị đường đặc tính thể hiện kết quả đo

Trang 78 được của cảm biến nhiệt độ trong xe đã thu thập và hiển thị lên máy tính, phương trình bậc nhất y = -24.211x+72.676 là đa thức nội suy y=f(x) có đồ thị đi qua các điểm đã khảo sát

Hình 4.4: Đường đặc tính và hàm nội suy cảm biến nhiệt độ trong xe đo trên máy chẩn đoán và máy tính

* Nhận xét: tương tự như 2 cảm biến trên, kết quả số liệu thu thập được cũng như đường đặc tính và hàm nội suy ở hình 4.4 ta thấy đường đặc tính và hàm nội suy của 2 kết quả là rất tương đồng, mặt dù có sai số do phương pháp nội suy chỉ cho ra giá trị gần đúng, nếu giá trị càng chính xác thì đòi hỏi các điểm khảo sát càng nhiều hơn Do các sai số trên là rất nhỏ chỉ trên dưới 0.2 0 C nên không ảnh hưởng đáng kể, do đó không cần phải khảo sát thêm

* Thu thập tín hiệu điện áp và áp suất của cảm biến môi chất lạnh (PRE)

Bảng 4.5: Giá trị điện áp và áp suất môi chất lạnh được đo trên máy chẩn đoán và giá trị hiển thị trên máy tính

Số liệu trên máy chẩn đoán Điện áp Vpre

0.62 0.83 1.35 1.97 2.49 3.02 3.51 3.92 4.67 Áp suất Pre (kgf/cm 2 )

Số liệu thu thập trên máy tính Điện áp Vpre

0.62 0.83 1.35 1.97 2.49 3.02 3.51 3.92 4.67 Áp suất Pre (kgf/cm 2 ) 1.0 2.3 6.2 10.7 14.6 18.5 22.1 25.1 30.7

Hình 4.5: Đường đặc tính và hàm nội suy cảm biến áp suất đo trên máy chẩn đoán và máy tính

Trang 80 - Hình 4.5 là đồ thị thể hiện kết quả đo được từ máy chẩn đoán và kết quả thu thập được hiển thị lên máy tính cụ thể: (a) là đường đặc tính thể hiện cho cảm biến áp suất môi chất phía cao áp được đo trên máy chẩn đoán: trục tung thể hiện giá trị áp suất của cảm biến, trục hoành thể hiện điện áp của cảm biến Các điểm 1,2,3 là các điểm nút nội suy (x0, y0) được khảo sát bằng thực nghiệm, ứng với mức điện áp và nhiệt độ tương ứng, phương trình bậc hai y = 7.2808x - 3.5117 là đa thức nội suy y=f(x) có đồ thị đi qua các điểm đã khảo sát (b) là đường đặc tính thể hiện kết quả của cảm biến áp suất được thu thập và hiển thị lên máy tính, phương trình bậc hai y

= y = 7.3573x - 3.7175 là đa thức nội suy y=f(x) có đồ thị đi qua các điểm đã khảo sát

* Nhận xét: Khác với cảm biến nhiệt độ được khảo sát ở trên, cảm biến áp suất môi chất làm thay đổi điện áp gửi về chân tín hiệu hộp khuếch đại A/C có điện áp tỉ lệ thuận với áp suất môi chất, khi áp suất càng cao thì điện áp càng lớn và ngược lại

Kết luận

Từ mục tiêu, nhiệm vụ đã đặt tra trong đề cương của chuyên đề nghiên cứu, cùng với một số điều chỉnh trong quá trình thực hiện đề tài Những công việc đã thực hiện được gồm có:

Mô hình hệ thống điều hòa tự động của ô tô có giao tiếp với máy tính, được lấy từ các chi tiết của hệ thống điều hoà tự động trên xe Toyota Camry sản xuất 2007

Mô hình được thiết kế thể hiện được đầy đủ các chức năng phục vụ trong việc giảng dạy mô đun Bảo dưỡng và sửa chữa hệ thống điều hoà không khí của ô tô, với chức năng hiển thị được các thông số làm việc đã giúp cho sinh viên hiểu được nguyên lý hoạt động của hệ thống Mô hình còn có chức năng giả lập thay đổi nhiệt độ của các cảm biến, điều này đã giúp sinh viên nắm được quy tắc hoạt động của hệ thống, từ đó giúp việc phân tích tìm ra các hư hỏng hệ thống dẽ dàng hơn Bên canh đó mô hình còn có các công tắc tạo pan và các chân giắc đo kiểm, vừa giúp sinh viên thực hành đo, kiểm tra các pan hư hỏng của hệ thống Với những chức năng trên, mô hình đã góp một phần đáng kễ trong việc nâng cao chất lượng giảng dạy cho mô đun Bảo dưỡng và sửa chữa hệ thống điều hoà không khí của ô tô trình độ Cao đẳng và Trung cấp tại trường Cao đẳng Cộng đồng Hậu Giang

Về tính khoa học: Mô hình được thiết kế có bộ thu thập tín hiệu, hiển thị được các thông số như nhiệt độ và điện áp của các chân tín hiệu cảm biến, các tín hiệu điều khiển quạt gió, tín hiệu điều khiển các Motor servo và máy nén trên hệ thống điều hoà tự động của ô tô Bên cạnh đó mô hình còn có chức năng giả lập nhằm thay đổi được tín hiệu nhiệt độ dàn lạnh, nhiệt độ trong xe và nhiệt độ môi trường, mục đích cho việc này là nhằm thay đổi tín hiệu cho các cảm biến trên để giống với điều kiện hoạt động thật trên xe ô tô, điều này giúp cho người học có thể nhận biết được mối

Trang 96 quan hệ giữa nhiệt độ và điện áp vào hộp và quan sát các tín hiệu điều khiển các bộ phận chấp hành ứng với các chế độ làm việc của hệ thống một cách dễ dàng, trên cơ sở đó có thể phân tích đánh giá và tìm ra các hư hỏng mà các loại máy chẩn đoán truy xuất qua cổng OBD II khó có thể nhận biết hết được Cùng với việc kết hợp các công tắc tạo pan hư hỏng trên mô hình, điều này sẽ giúp sinh vên nhận biết hư hỏng một cách thực tế và chính xác hơn, hơn nữa còn giúp rèn luyện kỹ năng đo kiểm các lỗi hư hỏng của hệ thống Mô hình có tính cơ động cao, nhằm thuận tiện trong việc di chuyển để phục vụ tốt hơn trong việc dạy và học

Về tính thực tiễn: Mô hình vận hành đầy đủ các chức năng làm việc như trên ô tô thật, có các công tắc tạo pan hư hỏng và các chân giắc đo kiểm Do đó mô hình còn phục vụ tốt hơn trong việc thực hành đo kiểm và chẩn đoán Bằng các núm giả lập thay đổi nhiệt độ dàn lạnh, nhiệt độ trong xe và nhiệt độ môi trường kết hợp các công tắc tạo pan, người dạy có thể trình bày được các tình huống sai hỏng của hệ thống và mô phỏng các trạng thái kỹ thuật của hệ thống, mà điều này khó thực hiện được với mô hình thông thường hoặc trên ô tô Các chi tiết mô hình được bố trí một cách có hệ thống, do đó sinh viên thuận tiện trong việc nhận dạng các bộ phận; dẽ dàng cho việc thực hành tháo lắp, kiểm tra các bộ phận, từ đó giúp cho chất lượng dạy và học thực hành được nâng lên Tuy nhiên, trong quá trình thực hiện còn gặp nhiều khó khăn cũng như khi thực hiện phần kết nối máy tính do trình độ lập trình còn hạn chế, do đó cần dành nhiều thời gian đầu tư, nghiên cứu hơn, ảnh hưởng kết quả thực hiện đề tài.

Hướng phát triển của đề tài

- Nghiên cứu phát triển mạch tạo pan trên giao diện LabVIEW với nhiều pan sát với thực tiễn hơn

- Biên soạn các bài tập thực hành kèm theo cho mô hình