chế tạo ecu phụ nhằm tương thích hóa các cảm biến đo gió trên ô tô

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO TRƯỜNG ĐẠI HỌC SƯ PHẠM KỸ THUẬT THÀNH PHỐ HỒ CHÍ MINH ĐỀ TÀI NCKH CẤP SINH VIÊN ChẾ TẠO ECU PHỤ NHẰM TƯƠNG THÍCH HÓA CÁC CẢM BIẾN ĐO GIÓ TRÊN Ô TÔ S K C 0 9 S KC 0 3 Tp Hồ Chí Minh, 2009 TRƢỜNG ĐẠI HỌC SƢ PHẠM KỸ THUẬT HCM KHOA CƠ KHÍ ĐỘNG LỰC ĐỀ TÀI NGHIÊN CỨU KHOA HỌC : CHẾ TẠO ECU PHỤ NHẰM TƢƠNG THÍCH HÓA CÁC CẢM BIẾN ĐO GIÓ TRÊN ÔTÔ GVHD: SVTH: PGS.TS ĐỖ VĂN DŨNG NGUYỄN THANH TIẾN LÊ ĐỒNG ĐỨC THANH THIÊN HCM, Tháng 4, Năm 2009 ĐỀ TÀI LẮP LẪN CÁC CẢM BIẾN ĐO GIÓ TRÊN ÔTÔ GVHD: PGS.TS ĐỖ VĂN DŨNG LỜI CẢM ƠN Em xin gởi lời cảm ơn chân thành đến quý thầy cô trường Đại Học Sư Phạm Kỹ Thuật, quý thầy cô khoa khí động lực tạo điều kiện thuận lợi cho em thực đề tài Em xin tỏ lòng biết ơn đến PGS.TS Đỗ Văn Dũng tận tình hướng dẫn, cung cấp truyền đạt kiến thức chuyên môn cần thiết giúp em hoàn thành đề tài Đồng thời em xin gởi lời cảm ơn đến thầy Nguyễn Trọng Thức, thầy Lê Thanh Phúc…đã tận tình hướng dẫn, tạo điều kiện thuận lợi cho em, giúp em hiểu sâu kiến thức thời gian làm đề tài Đề tài sở để em áp dụng, tổng kết lại kiến thức chuyên nghành rút kinh nghiệm cho thân Tuy nhiên, kiến thức hạn hẹp điều kiện thời gian không cho phép nên đề tài em chắn không tránh khỏi sai sót Em mong nhận ý kiến đóng góp quý báu quý thầy cô để em hoàn thiện sản phẩm Cuối em xin kính chúc toàn thể quý thầy cô giáo trường đại học sư phạm kĩ thuật dồi sức khỏe, thành công nhiều nghiệp TP HCM, ngày….tháng…năm 2009 Sinh viên thực Nguyễn Thanh Tiến Lê Đồng Đức Thanh Thiên ĐỀ TÀI LẮP LẪN CÁC CẢM BIẾN ĐO GIÓ TRÊN ÔTÔ GVHD: PGS.TS ĐỖ VĂN DŨNG TÓM TẮT ĐỀ TÀI Với mục đích chế tạo SUB ECU nhằm tương thích hóa cảm biến đo gió ô tô, đề tài tiến hành theo trình tự sau:  Khảo sát cấu tạo hoạt động loại cảm biến đo gió ô tô  Lấy số liệu thực nghiệm cảm biến đo gió đầu vào, cảm biến đo gió đầu dùng lắp lẫn, từ xây dựng hàm điện áp đầu cảm biến  Từ số liệu thực nghiệm ta vẽ đường đặc tuyến làm việc cảm biến đo gió đầu vào cảm biến đo gió đầu Labview  Cuối cùng, thiết kế mạch chuyển đổi đường đặc tuyến cảm biến thay phù hợp với cảm biến đầu ra, đồng thời có có chức đọc giá trị điện áp từ cảm biến ĐỀ TÀI LẮP LẪN CÁC CẢM BIẾN ĐO GIÓ TRÊN ÔTÔ GVHD: PGS.TS ĐỖ VĂN DŨNG MỤC LỤC: CHƢƠNG I : TỔNG QUAN VỀ ĐỀ TÀI 1.1 Đặt vấn đề 1.2 Đối tượng phạm vi nghiên cứu 1.3 Mục đích nghiên cứu 1.4 Thể thức nghiên cứu CHƢƠNG II: CÁC LOẠI CẢM BIẾN ĐO GIÓ TRÊN ÔTÔ 2.1 Cảm biến đo gió cánh trượt 2.2 Cảm biến đo gió KARMAN 2.3 Cảm biến đo gió dây nhiệt 2.4 Cảm biến MAP 11 CHƢƠNG III: MÔ PHỎNG ĐƯỜNG ĐẶC TUYẾN LÀM VIỆC CỦA CÁC CẢM BIẾN ĐO GIÓ VÀ CHẾ TẠO SUB ECU 13 3.1 Khảo sát thực nghiệm cảm biến đầu vào 13 3.2 Mô đặc tuyến làm việc, đọc giá trị điện áp từ cảm biến đo gió 15 3.2.1 Labview 15 3.2.2 Mô thuật toán chuyển đổi 17 3.3.3 Đọc giá trị điện áp từ cảm biến đo gió 18 3.3 Thực lắp mạch ECU phụ nhằm tương thích hóa đặc tuyến làm việc cảm biến đo gió 18 3.3.1 Phương pháp lắp lẫn cảm biến 18 3.3.1.1 Sơ đồ khối 18 3.3.1.2 Bộ chuyển đổi A/D – D/A 19 3.3.2 Thực lắp mạch 23 CHƢƠNG IV: KẾT LUẬN VÀ HƯỚNG PHÁT TRIỂN CỦA ĐỀ TÀI 25 4.1 Kết đề tài 25 4.2 Những hạn chế đề tài 25 4.3 Cách khắc phục 25 4.4 Hướng phát triển đề tài 25 PHỤ LỤC Tài liệu tham khảo Chương trình cho SUB-ECU Bảng số liệu điện áp số liệu tương ứng CBĐG cánh trượt với CBĐG dây nhiệt ĐỀ TÀI LẮP LẪN CÁC CẢM BIẾN ĐO GIÓ TRÊN ÔTÔ GVHD: PGS.TS ĐỖ VĂN DŨNG DANH SÁCH BẢNG BIỂU Hình 1: Cảm biến đo lưu lượng khí nạp kiểu cánh trượt Hình 2: Sơ đồ nguyên lý đường đặc tuyến cảm biến đo gió cánh trượt loại điện áp giảm Hình 3: Sơ đồ nguyên lý đường đặc tuyến cảm biến đo gió cánh trượt loại điện áp tăng Hình 4: Cảm biến đo gió kiểu cánh trượt xe Hình 5: Tần số đầu Cảm biến đo gió Kazman ứng với tốc độ Hình 6: Bộ đo gió kiểu karman quang Hình 7: Cấu tạo dạng xung loại Karman Hình 8: Mạch điện đo gió kiểu Karman Hình 9: Cảm biến đo lưu lượng khí nạp kiểu Karman siêu âm Hình 10: Cách tạo xoáy lốc cảm biến đo gió karman Hình 11: Bộ phát sóng dạng xung Hình 12: dòng khí xoáy chiều song siêu âm Hình 13: Cảm biến đo gió loại màng nhiệt Hình 14: Cảm biến dây nhiệt Hình 15: Cấu tạo cảm biến áp suất đường ống nạp Hình 16: Mạch điện cảm biến Map Hình 17: Đường đặc tính cảm biến Map Hình 18: Sơ đồ nối cụm cảm biến đo gió-thiết bị đo lưu lượng- nguồn tạo lưu lượng khí nạp Hình 19: Mô đường đặc tuyến cảm biến đo gió Hình 20: Giao tiếp với máy tính Hình 21: Sơ đồ khối lắp lẫn cảm biến đo gió Hình 22: Các dạng sóng PWM Hình 23: Độ rộng xung chu kỳ Hình 24: Tỷ lệ % Duty cycle điện áp trung bình Hình 25: Bộ lọc thông thấp với lọc RC Hình 26: Tín hiệu điện áp qua lọc RC Hình 27: Hình ảnh tần số PWM qua lọc RC Hình 28: Tần số cắt tín hiệu mong muốn Hình 29: Độ trễ lọc RC Hình 30: Đường thể giá trị suy giảm tín hiệu theo tần số Hình 31: OPAM mắc theo chế độ lập lại điện áp Hình 32: Sơ đồ khối nguồn Hình 33: Sơ đồ khối giao tiếp RS232 Hình 34: Sơ đồ khối vi xử lý Hình 35: Thực đọc giá trị điện áp từ cảm biến Bảng 1: Bảng kết trung bình số liệu thực nghiệm cảm biến đo gió Bảng 2: Bảng số liệu điện áp số liệu tƣơng ứng CBĐG cánh trƣợt với CBĐG dây nhiệt ĐỀ TÀI LẮP LẪN CÁC CẢM BIẾN ĐO GIÓ TRÊN ÔTÔ GVHD: PGS.TS ĐỖ VĂN DŨNG NHẬN XÉT CỦA GIÁO VIÊN HƢỚNG DẪN Ngày … tháng… năm 2009 ĐỀ TÀI LẮP LẪN CÁC CẢM BIẾN ĐO GIÓ TRÊN ÔTÔ GVHD: PGS.TS ĐỖ VĂN DŨNG CHƢƠNG I: TỔNG QUAN Đặt vấn đề: Những năm gần đây, với đầu tư, chuyển giao công nghệ hầu hết hãng xe toàn giới vào thị trường Việt Nam đóng góp cho phát triển ngành công nghiệp ô tô nước nhà Tuy nhiên chuyển giao nhiều gây nhiều khó khăn cho ngành bảo dưỡng sửa chữa, có thiết bị hư hỏng thay phụ tùng không sản xuất Hiện thị trường ô tô Việt Nam đa dạng với nhiều chủng loại nhiều dòng xe giới không sản xuất hay sản xuất phụ tùng thay Nhiều dòng xe có tuổi đời lớn lại vận hành điều kiện khí hậu nóng ẩm tiết bị nhanh chóng hư hỏng Thêm vào phụ tùng xe ôtô đa dạng với nhiều loại Vì để thay phụ tùng bị hư trở nên khó khăn, đặc biệt cảm biến đo gió động ô tô Xuất phát từ nhu cầu thực tiễn, người thực chọn đề tài “Chế tạo SUB ECU nhằm tương thích hóa cảm biến đo gió ô tô” Đối tƣợng phạm vi nghiên cứu: Đối tượng đề tài tính lắp lẫn cảm biến đo gió ôtô Vì điều kiện thời gian không cho phép, người thực đề tài thực mô chế tạo ECU phụ dừng lại việc thay thế, lắp lẫn cảm biến đo gió cánh trượt điện áp giảm Toyota đo gió dây nhiệt Nissan Mục đích nghiên cứu: Đề tài thực mô xây dựng đường đặc tính làm việc cảm biến đo gió, thuật toán chuyển đổi cảm biến chế tạo ECU phụ nhằm lắp lẫn cảm biến đo gió ôtô Việc thực thành công module lắp lẫn cảm biến đo gió cho phép thay phụ tùng hư hỏng phụ tùng có sẵn thị trường với giá thành rẻ, điều làm giảm phụ thuộc vào phụ tùng thay giảm chi phí sữa chữa Ngoài giảm ô nhiễm môi trường ĐỀ TÀI LẮP LẪN CÁC CẢM BIẾN ĐO GIÓ TRÊN ÔTÔ GVHD: PGS.TS ĐỖ VĂN DŨNG Phƣơng pháp nghiên cứu: Dựa nguồn tài liệu liên quan đến lĩnh vực nghiên cứu đề tài, tiến hành chọn lọc mô tả hoạt động loại cảm biến làm sở cho việc thiết kế chế tạo ECU Với mục tiêu thiết kế, chế tạo ECU phụ nhằm tương thích hóa loại cảm biến nên phương pháp là: - phương pháp sưu tầm tài liệu - phương pháp thực nghiệm - phương pháp mô - Phương pháp lập trình ĐỀ TÀI LẮP LẪN CÁC CẢM BIẾN ĐO GIÓ TRÊN ÔTÔ GVHD: PGS.TS ĐỖ VĂN DŨNG CHƢƠNG II: CẢM BIẾN ĐO GIÓ TRÊN ÔTÔ 2.1 Cảm biến đo gió kiểu cánh trƣợt Cảm biến đo gió kiểu cánh trượt sử dụng hệ thống L-jetronic để nhận biết thể tích khí nạp vào xy lanh động a Cấu tạo : bao gồm cánh đo cánh giảm chấn cảm biến nhiệt độ khí nạp điện áp kiểu cánh trượt vít chỉnh CO2 mạch rẽ buồng giảm chấn Hình1 : cảm biến đo lƣu lƣợng khí nạp kiểu cánh trƣợt b Nguyên lý hoạt động: Lượng gió vào động nhiều hay phụ thuộc vào vị trí cánh bướm ga tốc độ động Khi khí nạp qua đo gió mở dần cánh đo Khi lực tác động lên lò xo cân với lực lò xo cánh đo đứng yên Cánh đo điện áp kế thiết kế đồng trục nhằm mục đích chuyển góc mở cánh đo gió thành tín hiệu điện áp nhờ điện áp kế Trong loại cảm biến đo gió cánh trượt ngày không sử dụng loại xe đời Những xe hệ cũ (không có phụ tùng thay thế) thường sử dụng cảm biến gió đo thể tích dòng khí (volume airflowmeter) cảm biến đo gió cánh trượt loại điện áp tăng điện áp giảm với tín ngõ cảm biến VS tín hiệu dạng analog: Va=f(Vs) ĐỀ TÀI LẮP LẪN CÁC CẢM BIẾN ĐO GIÓ TRÊN ÔTÔ GVHD: PGS.TS ĐỖ VĂN DŨNG PHỤ LỤC: 1.CHƢƠNG TRÌNH ĐIỀU KHIỂN CHO VI XỬ LÝ /***************************************************** This program was produced by the CodeWizardAVR V1.24.8d Professional Automatic Program Generator © Copyright 1998-2006 Pavel Haiduc, HP InfoTech s.r.l http://www.hpinfotech.com Project : LLCB_DO_GIO Version : Date : 4/14/2009 Author : F4CG Company :DHSPKT Comments: INSP_KT Chip type : ATmega16 Program type : Application Clock frequency : 11.059200 MHz Memory model : Small External SRAM size : Data Stack size : 256 *****************************************************/ #include #include #define RXB8 #define TXB8 #define UPE #define OVR #define FE #define UDRE #define RXC #define FRAMING_ERROR (1[...]... LẪN CÁC CẢM BIẾN ĐO GIÓ TRÊN ÔTÔ GVHD: PGS.TS ĐỖ VĂN DŨNG 3.3 THỰC HIỆN LẮP MẠCH ECU PHỤ NHẰM TƢƠNG THÍCH HÓA CÁC CẢM BIẾN ĐO GIÓ 3.3.1 PHƢƠNG PHÁP LẮP LẪN CẢM BIẾN: 3.3.1.1 SƠ ĐỒ KHỐI: Trên tô cảm biến đo gió đưa tín hiệu trực tiếp đến ECU động cơ và kết hợp với các cảm biến khác để điều khiển việc phun xăng, đánh lửa Ở đề tài này, thực hiện việc lắp lẫn cảm biến đo gió dây nhiệt thay cảm biến đo gió. .. hiện lắp mạch ECU phụ để điều khiển việc chuyển đổi điện áp phục vụ việc lắp lẫn các cảm biến đo gió Hình 19: Mô phỏng đƣờng đặc tuyến của các cảm biến đo gió 17 ĐỀ TÀI LẮP LẪN CÁC CẢM BIẾN ĐO GIÓ TRÊN ÔTÔ GVHD: PGS.TS ĐỖ VĂN DŨNG 3.2.3 Đọc giá trị điện áp từ cảm biến đo gió: Ngoài ra mạch còn có chức năng giao tiếp với máy tính, hiển thị giá trị đo từ cảm biến, đồng thời lưu lại giá trị đo cùng với... hoặc góc mở bướm ga t Lưu lượng không khi nạp vào xylanh cũng phụ thuộc vào các thay đổi áp suất trên ống nạp p’m m’a = f (pm, p’m, n) Hình 15: Cấu tạo cảm biến áp suất đƣờng ống nạp Hình 16: Mạch điện cảm biến Map 11 ĐỀ TÀI LẮP LẪN CÁC CẢM BIẾN ĐO GIÓ TRÊN ÔTÔ GVHD: PGS.TS ĐỖ VĂN DŨNG Hình 17: Đƣờng đặc tính cảm biến Map 12 ĐỀ TÀI LẮP LẪN CÁC CẢM BIẾN ĐO GIÓ TRÊN ÔTÔ GVHD: PGS.TS ĐỖ VĂN DŨNG CHƢƠNG... thế, lắp lẫn các cảm biến đo gió với nhau  Dựa vào đặc trưng nguyên lý đo của các cảm biến đo gió ta thấy có 2 kiểu thông số cần khảo sát gồm có: + Khảo sát theo thông số lưu lượng: xác định mối tương quan giữa tín hiệu điện áp đầu ra của cảm biến đối với lưu lượng không khí nạp, điều này thực hiện trên những cảm biến đo lượng khí nạp các kiểu đo gió cánh trượt, đo gió dây nhiệt, đo gió Karman + Khảo... LẪN CÁC CẢM BIẾN ĐO GIÓ TRÊN ÔTÔ GVHD: PGS.TS ĐỖ VĂN DŨNG Khi có ít không khí đi qua Khi có nhiều không khí T T1 1 T T2 T2 Tín hiệu xung ra ở bộ biến đổi Tín hiệu xung ra ở bộ biến đổi Hình 5: Tần số đầu ra của Cảm biến đo gió Kazman ứng với mỗi tốc độ ECU dùng các loại cảm biến đo gió nêu trên cần có thêm cảm biến nhiệt độ khí nạp (intake air temperature) và áp suất khí trời để xác định tỷ trọng không... dụng labview để mô phỏng thuật toán điều khiển và vẽ đường đặc tuyến của các cảm biến Dựa trên bảng số liệu đo được từ các cảm biến ta xây dựng được hàm của từng loại cảm biến tương ứng Các hàm ở đây thể hiện mối tương quan giữa lưu lượng không khí nạp và điện áp đầu ra của các cảm biến đo gió Có được các hàm này ta sẽ xây dựng được mối quan hệ giữa các mức điện áp của các cảm biến đo gió Hình bên dưới... sô xuất hiện dòng xoáy tỉ lệ thuận với lưu lượng khí nạp, tức phụ thuộc vào độ mở cánh bướm ga Hình 10 : Cách tạo xoáy lốc trong cảm biến đo gió karman 8 ĐỀ TÀI LẮP LẪN CÁC CẢM BIẾN ĐO GIÓ TRÊN ÔTÔ GVHD: PGS.TS ĐỖ VĂN DŨNG Hình 11: Bộ phát sóng và dạng xung Hình 12: dòng khí xoáy cùng chiều song siêu âm 2.3 Cảm biến đo gió Dây nhiệt: a Nguyên lý: Nguyên lý của bộ đo gió kiểu dây nhiệt dựa trên sự phụ. .. gió G đi qua và được tính theo công thức sau: W  K t.G n Trong đó: K: Hằng số tỷ lệ t : Chênh lệch nhiệt độ giữa phần tử nhiệt và dòng khí G n : Khối lượng không khí đi qua 9 ĐỀ TÀI LẮP LẪN CÁC CẢM BIẾN ĐO GIÓ TRÊN ÔTÔ GVHD: PGS.TS ĐỖ VĂN DŨNG b Cấu tạo của cảm biến đo gió dây nhiệt màng trƣợt: Hình 13: Cảm biến đo gió loại màng nhiệt 1 Thân 2 Cảm biến nhiệt độ không khí 3 Lưới ổn định 4 Kênh đo. .. gió cánh trượt điện áp giảm và thiết bị đo lưu lượng AVL trên đường ống nạp như sơ đồ dưới 13 ĐỀ TÀI LẮP LẪN CÁC CẢM BIẾN ĐO GIÓ TRÊN ÔTÔ GVHD: PGS.TS ĐỖ VĂN DŨNG Hình 18 : Sơ đồ nối cụm cảm biến đo gió- thiết bị đo lƣu lƣợng- nguồn tạo lƣu lƣợng khí nạp Bảng1: Bảng kết quả trung bình số liệu thực nghiệm của cảm biến đo gió Điện áp cực tín hiệu của cảm biến đo gió Lƣu Lƣợng ( Kg/h) 10 17.1 23.9 29.4... sẽ đi lấy số liệu thực nghiệm của cảm biến đo gió đầu vào, cảm biến đo gió đầu ra dùng lắp lẫn, từ đó xây dựng hàm điện áp đầu ra của cảm biến Thứ 2, từ số liệu thực nghiệm ta sẽ vẽ đường đặc tuyến làm việc của các cảm biến đo gió đầu vào và cảm biến đo gió đầu ra trên Labview Cuối cùng, thiết kế mạch chuyển đổi đường đặc tuyến của cảm biến thay thế phù hợp với cảm biến đầu ra, đồng thời mạch có còn