Nghiên cứu chế tạo thử nghiệm bộ điều khiển tự động động cơ xăng trang bị trên ô tô hiện đại

i MỤC LỤC MỤC LỤC i DANH MUC CÁC BẢNG iv DANH MỤC CÁC HÌNH v LỜI NÓI ĐẦU 1 Chương 1: TỔNG QUAN VỀ CƠ ĐIỆN TỬ TRÊN Ô TÔ 1.1. Tổng quan về cơ điện tử trên ô tô 3 1.2. Điều khiển động cơ 5 1.2.1. Điều khiển đánh lửa bằng điện tử (ESA) 5 1.2.2. Điều khiển tốc độ không tải (ISC) 8 1.2.3. Hệ thống phun nhiên liệu điện tử (EFI) 10 1.2.3.1. Hệ thống phun xăng điện tử (EFI-xăng) 10 1.2.3.2. Hệ thống phun dầu điện tử (EFI-diesel) 12 1.3. Hệ thống điều khiển khung gầm 15 1.3.1. Điều kiển hệ thống chống bó cứng bánh xe (ABS) 15 1.3.2. Hệ thống treo khí điều khiển bằng điện tử (EMAS) 17 1.3.3. Hệ thống lái trợ lực điện (EPS) 18 1.4. Các hệ thống điều khiển khác 18 1.4.1. Hệ thống điều khiển điện tử của hộp số tự động ECT 19 1.4.2. Hệ thống mã khóa động cơ 19 Chương 2: KẾ CẤU VÀ NGUYÊN LÝ BỘ ĐIỀU KHIỂN TỰ ĐỘNG ĐỘNG CƠ XĂNG (ECU) 2.1. Tổng quan về ECU (Electronic Control Unit) 21 2.1.1. Chức năng – yêu cầu của ECU 21 2.1.2. Kết cấu chung của ECU 22 ii 2.2. Cấu tạo của ECU 26 2.2.1. Giới thiệu về ECU GEMS - K1 27 2.2.2. Các chân của ECU GEMS-K1 30 2.2.3. Cấu tạo của ECU GEMS - K1 37 2.2.3.1. Khối nhận tín hiệu 40 2.2.3.2. Khối vi điều khiển 50 2.2.3.3. Khối chấp hành 58 Chương 3: CHẾ TẠO THỬ NGHIỆM HỆ THỐNG ĐIỀU KHIỂN ĐỘNG CƠ 3.1. Đặt vấn đề 73 3.2. Các thông số cơ bản cho hệ thống đánh lửa 74 3.2.1. Lựa chọn các thông số cơ bản cho hệ thống đánh lửa 74 3.2.2. Tính toán các thông số cho hệ thống đánh lửa lập trình ECU 75 3.3. Thiết kế phần cứng ECU 82 3.3.1. Chọn linh kiện chế tạo bộ điều khiển đánh lửa điện tử 82 3.3.1.1. Giới thiệu về atmega8 83 3.3.1.2. Sơ đồ khối của atmega8 86 3.3.2. Sơ đồ các khối trong ECU 87 3.3.2. 1. Khối nguồn 87 3.3.2.2. Khối tín hiệu vào 88 3.3.2.3. Khối vi điều khiển atmega8 90 3.3.2.4. Khối điều khiển ra đánh lửa (khối công suất) 92 3.4. Chương trình điều khiển đánh lửa cho ECU 95 3.4.1. Thuật toán điều khiển đánh lửa 95 3.4.2. Viết chương trình 96 3.4. Kết quả và đánh giá 106 iii 3.4.1. Chuẩn bị 106 3.4.2. Chạy thử 107 3.4.3. Kết quả 107 Chương 4: KẾT LUẬN VÀ ĐỀ XUẤT KIẾN NGHỊ 4.1. Kết luận 109 4.2. Kiến nghị 110 TÀI LIỆU THAM KHẢO 112 iv DANH MUC CÁC BẢNG Bảng 2.1-Một số thông số kỹ thuật của xe 28 Bảng 2.2-Một số thông số kỹ thuật của động cơ. 28 Bảng 2.3-Chức năng các chân của ECU. 31 Bảng 2.4-Chức năng các chân của vi điều khiển TC1677. 52 Bảng 3.1-Thông số cho hệ thống đánh lửa. 75 Bảng 3.2-Bản đồ góc đánh lửa sớm hiệu chỉnh(θ hc ). 78 v DANH MỤC CÁC HÌNH Hình 1.1-Cấu trúc chung của hệ thống điều. 3 Hình 1.2-Một số hệ thống cơ điện tử trên ô tô. 4 Hình 1.3-Sơ đồ tổng quát hệ thống ESA. 5 Hình 1.4-So sánh đặc tuyến điều chỉnh góc đánh lửa sớm bằng cơ khí và điện tử 7 Hình 1.5-Điều chỉnh góc đánh lửa sớm theo tốc độ xe 7 Hình 1.6-Sơ đồ tổng quát hệ thống ISC. 8 Hình 1.7-Sơ đồ tổng quát của hệ thống phun xăng điện tử. 10 Hình 1.8-Sơ đồ tổng quát của hệ thống phun dầu điện tử loại thông thường. 12 Hình 1.9-Sơ đồ tổng quát của hệ thống EFI-diesel kiểu phân phối. 14 Hình 1.10-Sơ đồ điều khiển kín của ABS. 16 Hình 1.11- Sơ đồ tổng quát của hệ thống EAMS. 17 Hình 1.12-Sơ đồ tổng quát thệ thống lái. 18 Hình 1.13-Tổng quát hệ thống mã khóa động cơ. 20 Hình 2.1-ECU thực tế. 22 Hình 2.2-Sơ đồ khối của các hệ thống trong máy tính. 23 Hình 2.3-Cấu trúc máy tính. 23 Hình 2.4-Mạch điện của bộ chuyển đổi A/D. 24 Hình 2.5-Mạch điện của bộ đếm. 25 Hình 2.6-Mạch điện của bộ nhớ trung gian. 25 Hình 2.7-Mạch điện của bộ khuếch đại. 25 Hình 2.8-Mạch điện bộ ổn áp. 26 Hình 2.9-Mạch điện giao tiếp ngõ ra. 26 Hình 2.10-Trạng thái các bit. 27 Hình 2.11-Bên ngoài ECU GEMS– K1 27 Hình 2.12-Bên trong ECU GEMS– K1 27 vi Hình 2.13-Động cơ SQR43F . 29 Hình 2.14-Các chân của ECU trên j1A 30 Hình 2.15-Các chân của ECU trên j1B. 31 Hình 2.16-Sơ đồ các khối điều khiển của ECU GEMS-K1. 37 Hình 2.17-Mạch in lớp trên của ECU. 38 Hình 2.18-Mạch in lớp dưới của ECU. 39 Hình 2.19-Vị trí khối nguồn trên ECU. 40 Hình 2.20-Sơ đồ mạch nguồn. 41 Hình 2.21-Sơ đồ khối IC TLE7368G 42 Hình 2.22-Tín hiệu điện áp vào. 44 Hình 2.23-Sơ đồ lọc tín hiệu vào từ cảm biến vị trí bướm ga1. 44 Hình 2.24-Sơ đồ lọc tín hiệu vào từ cảm biến vị trí bướm ga2. 45 Hình 2.25-Sơ đồ lọc tín hiệu vào từ cảm biến vị trí bàn đạp chân ga 1, 2. 45 Hình 2.26-Sơ đồ lọc tín hiệu vào từ cảm biến vị trí bướm ga. 46 Hình 2.27-Sơ đồ lọc tín hiệu vào từ cảm biến nhiệt độ không khí nạp. 46 Hình 2.28-Sơ đồ lọc tín hiệu vào từ cảm biến nhiệt độ động cơ. 46 Hình 2.29-Sơ đồ lọc tín hiệu vào từ cảm biến nhiệt độ động cơ. 47 Hình 2.30-Lọc tín hiệu A/C switch. 47 Hình 2.31-Mạch chuyển đổi tín hiệu cảm biến vị trí trục cam. 47 Hình 2.32-Mạch chuyển đổi tín hiệu cảm biến tốc độ trục khuỷu 48 Hình 2.33-Mạch chuyển đổi tín hiệu cảm biến Lambda_senson1. 49 Hình 2.34-Mạch chuyển đổi tín hiệu cảm biến Lambda_senson2. 49 Hình 2.35-Sơ đồ lọc tín hiệu cản biến tóc độ xe. 49 Hình 2.36-Vị trí khối đầu vào các tín hiệu trên ECU. 50 Hình 2.37-Chip TC 176. 50 Hình 2.38-Sơ đồ khối chip TC 1766 51 Hình 2.39-Vị trí khối vi điều khiển trên ECU. 58 vii Hình 2.40-Mạch điện đến IC đánh lửa máy 1 59 Hình 2.41-Mạch điện đến IC đánh lửa máy 2 59 Hình 2.42-Mạch điện đến IC đánh lửa máy 3 59 Hình 2.43-Mạch điện đến IC đánh lửa máy 4 59 Hình 2.44-Sơ đồ khối và các chân của NGB8204N. 60 Hình 2.45-Mạch ứng dụng NGB8204N. 60 Hình 2.46-Vị trí khối điều khiển phun xăng trên ECU. 61 Hình 2.47-Sơ đồ khối điều khiển đánh lửa. 61 Hình 2.48-Điều khiển góc đánh lửa. 62 Hình 2.49-Góc đánh lửa sớm thực tế. 62 Hình 2.50-Mạch điều khiển phun xăng. 64 Hình 2.51-Sơ đồ khối của TLE8710E. 65 Hình 2.52-Vị trí khối điều khiển phun xăng trên ECU. 65 Hình 2.53-Sơ đồ khối hệ thống điều khiển phun xăng. 66 Hình 2.54-Sơ đồ mạch điều khiển bướm ga. 67 Hình 2.55-Sơ đồ khối IC TLE8209. 68 Hình 2.56-Khối điều khiển bướm ga. 69 Hình 2.57-Khối điều khiển ISCV. 70 Hình 2.58-Sơ đồ khối của TLE4208. 71 Hình 2.59-Khối điều khiển chạy không tải (ISCV). 72 Hình 2.60-Vị trí cụm điều khiển bướm ga ETC trên ECU. 72 Hình 3.1-Quá trình tăng trưởng dòng sơ cấp 77 Hình 3.2-Góc đánh lửa sớm thực tế. 79 Hình 3.3-Dạng vấu từ và tín hiệu của cảm biến vị trí trục cam. 80 Hình 3.4-Xung tín hiệu vị trí trục cam (G). 80 Hình 3.5-Giản đồ mô tả nguyên lý đo tốc độ động cơ và điều khiển thời điểm đánh lửa. 82 viii Hình 3.6-Sơ đồ chân của vi điều khiển ATMEGA8L. 85 Hình 3.7-Sơ đồ khối vi điều khiển ATMEGA8L. 87 Hình 3.8-Khối tạo nguồn 5V cho vi điều khiển 88 Hình 3.9-Sơ đồ tín hiệu cảm biến vị trí bướm ga 88 Hình 3.10-Mạch chuyển đổi tín hiệu vào vi xử lý. 89 Hình 3.11-Tín hiệu khởi động STA. 90 Hình 3.12-Các chân tín hiệu vào và các chân tín hiệu ra điều khiển. 90 Hình 3.13-Khối mạch reset cho vi điều khiển. 91 Hình 3.14-Khối tạo xung nhịp dao động cho vi điều khiển. 92 Hình 3.15-Sơ đồ mạch khối ra điều khiển đánh lửa. 92 Hình 3.16-Sơ đồ mạch điều khiển ECU 92 Hình 3.17-Sơ đồ thuật toán điều khiển góc đánh lửa sớm. 95 Hình 3.18-Sơ đồ tổng quát về bo mạch điều khiển đánh lửa 107 Hình 3.19-Các chân kết nối các tín hiệu của bo mạch điều khiển đánh lửa. 107 Hình 3.20-Xung IGT1 trên máy hiện sóng Oscilloscope. 108 1 LỜI NÓI ĐẦU Hiện nay khoa học kỹ thuật đang phát triển rất nhanh mang lại lợi ích rất to lớn cho con người cả về vật chất lẫn tinh thần. Để nâng cao đời sống của nhân dân và hòa nhập với sự phát triển chung của đất nước trong khu vực khác trên thế giới. Nhà nước ta đẩy mạnh công nghiệp hóa hiện đại hóa đất nước. Một trong những mục tiêu đặt ra là phát triển ngành công nghiệp cơ khí ôtô. Ngành công nghiệp cơ khí ôtô đóng vai trò quan trọng trong sự phát triển chung của toàn xã hội về giải quyết việc làm, thúc đẩy nền kinh tế quốc dân. Trong những thập niên gần đây sự phát triển mạnh mẽ của nền kinh tế, nhu cầu vận chuyển hàng hóa và nhu cầu đi lại ngày càng cao. Mạng lưới giao thông phát triển nhanh phương tiện giao thông đi lại bằng ôtô ngày càng chiếm vị trí quan trọng và không thể thiếu được đối với xã hội. Vì thế, vấn đề học tập và nghiên cứu về ngành kỹ thuật ô tô trở nên rất cần thiết. Việc nghiên cứu chế tạo thử nghiệm bộ điều khiển tự động động cơ xăng trang bị trên ô tô hiện đại giúp tôi có một cái nhìn cụ thể hơn, sâu sắc hơn về vấn đề này. Đây cũng là lý do mà đã khiến tôi chọn đề tài này làm đề tài đồ án tốt nghiệp với mong muốn được nghiên cứu kỹ hơn, sâu hơn về hệ thống điều khiển tự động trên động cơ xăng, để từ đó có thể chế tạo được một số hệ thống điều khiển tự động, đưa ra được các giải pháp về các vấn đề hư hỏng thường gặp ở hệ thống điều khiển tự động này. Sau gần 3 tháng nỗ lực cố gắng, tôi đã hoàn thành nội dung cơ bản của đề tài cụ thể gồm 4 chương như sau: Chương 1: Tổng quan về cơ điện tử trên ô tô. Chương 2: Kế cấu và nguyên lý điều khiển tự động động cơ. Chương 3: Chế tạo thử nghiệm hệ thống điều khiển động cơ. Chương 4: Kết luận và kiến nghị. 2 Với tôi, đây là đề tài khá mới, tài liệu tham khảo còn ít, kiến thức chuyên môn còn nhiều hạn chế, kinh nghiệm chưa nhiều và điều kiện thời gian không cho phép nhưng bản thân đã rất cố gắng hoàn thành các nội dung cơ bản của đề tài, mặc dù đã có nhiều cố gắng nhưng không tránh khỏi những thiếu sót. Kính mong các quý thầy cô giáo trong bộ môn và bạn bè góp ý để nội dung của đồ án được bổ sung hoàn thiện hơn. Cuối cùng tôi xin gửi lời cảm ơn đến thầy giáo hướng dẫn Trần Ngọc Anh, các thầy cô giáo trong bộ môn cùng tất cả các bạn sinh viên đã giúp tôi hoàn thành đồ án này. Xin chân thành cám ơn! Nha Trang, ngày 01 tháng 07 năm 2012. Sinh viên thực hiện Đỗ Văn Đắc [...]... phần điện (cơ - điện tử) trên ô tô:  Hệ thống điều khiển động cơ  Hệ thống điều khiển khung gầm  Hệ thống điều khiển khác  Hệ thống điều khiển động cơ:  Điều khiển đánh lửa bằng điện tử (ESA)  Điều khiển chạy không tải (ISC)  Điều khiển phun nhiên liệu bằng điện tử (EFI): 4 • Điều khiển phun xăng điện tử (EFI -xăng) • Điều khiển phun dầu điện tử (EFI-diesel) Các điều khiển này giúp động cơ đáp ứng... công suất động cơ được cải thiện rõ rệt  Hệ thống điều khiển khung gầm:  Điều khiển hệ thống chống bó cứng bánh xe (ABS)  Điều khiển hệ thống treo khí bằng điện tử (EMAS)  Điều khiển hệ thống lái (EPS)  Một số điều khiển khác Các điều khiển này tăng sự an toàn cho người sử dụng  Các hệ thống điều khiển khác  Điều khiển chạy tự động (ECT)  Điều khiển hệ thống mã khóa động cơ  Một số điều khiển. .. khoá, một cuộn dây thu phát tín hiệu, ECU khoá động cơ và ECU động cơ vv Có hai loại hệ thống mã hoá khoá động cơ, một loại điều khiển bằng ECU độc lập (ECU khoá động cơ) và loại kia thì điều khiển bằng ECU động cơ có ECU khoá động cơ ở bên trong 20 Hình 1.13-Tổng quát hệ thống mã khóa động cơ 21 Chương 2: KẾ CẤU VÀ NGUYÊN LÝ BỘ ĐIỀU KHIỂN TỰ ĐỘNG ĐỘNG CƠ XĂNG (ECU) 2.1 Tổng quan về ECU (Electronic... được điều chỉnh muộn đi để động cơ có thể tăng công suất, giảm ô nhiêm môi trường, và ngăn chặn kích nổ một cách có hiệu quả 1.2.2 Điều khiển tốc độ không tải (ISC)  Khái quát hệ thống Hệ thống ISC (Điều khiển tốc độ không tải) có một mạch đi tắt qua bướm ga, và lượng không khí hút từ mạch đi tắt này được điều khiển bởi ISCV (Vanđiều chỉnh tốc độ không tải) Van ISCV dung tín hiệu ECU động cơ để điều khiển. .. TỔNG QUAN VỀ CƠ ĐIỆN TỬ TRÊN Ô TÔ 1.1 Tổng quan về cơ điện tử trên ô tô Cùng với sự phát triển của kỹ thuật, chiếc xe ngày nay ngày một tiện nghi và hiện đại hơn Trên một chiếc ô tô hiện đại, phần điện, điện tử chiếm một phần đáng kể trong giá trị tổng thành của nó Hệ thống điện và điện tử can thiệp vào gần như tất cả các hệ thống trên một chiếc xe, từ hệ thống đơn giản có từ lâu đời như khởi động, cung... điều khiển lượng phun (SPV ): Điều khiển lượng phun nhiên liệu  Van điều khiển thời điểm phun (TCV): Điều khiển thời điểm phun nhiên liệu  Hoạt động của hệ thống ECU phát hiện các tình trạng hoạt động của động cơ dựa vào các cảm biến khác nhau Căn cứ vào thông tin này, ECU sẽ điều khiển lượng phun nhiên liệu và thời điểm phun để đạt đến mức tối ưu bằng cách dẫn động các cơ cấu chấp hành:  Điều khiển. .. cơ  Một số điều khiển khác Các điều khiển này nâng cao sự tiện nghi cho ô tô Hình 1.2-Một số hệ thống cơ điện tử trên ô tô 5 1.2 Điều khiển động cơ 1.2.1 Điều khiển đánh lửa bằng điện tử (ESA)  Khái quát hệ thống Hệ thống ESA (Đánh lửa sớm điện tử) là một hệ thống dùng ECU động cơ để xác định thời điểm đánh lửa dựa vào các tín hiệu từ các cảm biến khác nhau ECU động cơ tính toán thời điểm đánh lửa... gọi là ― phương pháp điều khiển thuỷ lực‖ Mặt khác trong trường hợp ECT, các cảm biến phát hiện tốc độ xe, mở bướm ga, biến chúng thành tín hiệu điện và gửi về bộ điều khiển điện tử (ECU) Sau đó điều khiển hoạt động của các ly hợp, phanh trên cơ sở những tín hiệu này Vì vậy nó sẽ điều khiển thời điểm chuyển số một cách tự động 1.4.2 Hệ thống mã khóa động cơ Hệ thống mã hoá khoá động cơ là một hệ thống... cũng như lượng tiêu hao nhiên liệu ECU cũng đảm bảo công suất tối ưu ở các chế độ hoạt động của động cơ, giúp chẩn đoán động cơ một cách hệ thống khi có sự cố xảy ra Điều khiển động cơ bao gồm hệ thống điều khiển phun xăng, đánh lửa, góc phân phối khí (VVT-i - Variable valve timing with intelligence), ga tự động (cruise control) Ngoài ra, trên các động cơ diesel ngày nay thường sử dụng hệ thống nhiên liệu... yêu cầu của ECU Hệ thống điều khiển động cơ theo chương trình bao gồm các cảm biến kiểm soát liên tục tình trạng hoạt động của động cơ, một bộ ECU tiếp nhận tín hiệu từ cảm biến, xử lý tín hiệu và đưa ra tín hiệu điều khiển đến cơ cấu chấp hành Cơ cấu chấp hành luôn bảo đảm thừa lệnh ECU và đáp ứng các tín hiệu phản hồi từ các cảm biến Hoạt động của hệ thống điều khiển động cơ đem lại sự chính xác và . nghiên cứu về ngành kỹ thuật ô tô trở nên rất cần thiết. Việc nghiên cứu chế tạo thử nghiệm bộ điều khiển tự động động cơ xăng trang bị trên ô tô hiện đại giúp tôi có một cái nhìn cụ thể hơn,. về cơ điện tử trên ô tô. Chương 2: Kế cấu và nguyên lý điều khiển tự động động cơ. Chương 3: Chế tạo thử nghiệm hệ thống điều khiển động cơ. Chương 4: Kết luận và kiến nghị. 2 Với tôi,. TỔNG QUAN VỀ CƠ ĐIỆN TỬ TRÊN Ô TÔ 1.1. Tổng quan về cơ điện tử trên ô tô 3 1.2. Điều khiển động cơ 5 1.2.1. Điều khiển đánh lửa bằng điện tử (ESA) 5 1.2.2. Điều khiển tốc độ không tải (ISC)