đồ án van tt vvti hoàn thiện nhất

TRƯỜNG ĐẠI HỌC KINH DOANH VÀ CÔNG NGHỆ HÀ NỘI Khoa Cơ Điện Ô TÔ ĐỒ ÁN MÔN HỌC THIẾT KẾ CÁC HỆ THỐNG CƠ ĐIỆN TỬ TRÊN Ô TÔ ĐỀ TÀI: ĐIỀU KHIỂN VAN TUYẾN TÍNH KIỂU ĐIỆN TỬ Giáo viên hướng dẫn : Ts Phạm Hữu Nam Sinh viên thực : Nguyễn Thế Vũ Mã sinh viên : 17111802 Lớp : D022.01 Hà Nội – 2020 BÁO CÁO ĐỀ TÀI 1.Tên nhiệm vụ - Đề tài: Điêu khiển van tuyến tính kiểu điện tử Mục tiêu đề tài - Mô tả nhiệm vụ van - Xây dựng mạch điều chế độ rộng xung từ 0-12v - Hiển thị cường độ dòng điện - Hiển thị điện áp hiệu dụng tương ứng với độ rộng xung Mục đích nhiệm vụ - Hiển thị cường độ dòng điện điện áp hiệu dụng tương ứng với độ rộng xung qua chế độ làm việc van biến thiên VVT-i Phương án thực - Xây dựng thiết kế mạch ic555 để đọc xung cho vi xử lí - Xây dựng mạch cơng suất IRF520 để ổn định đầu dịng điện vào động - Hiển thị thông số cường độ dòng điện độ rộng xung LCD - Lập trình vi điều khiển Arduino mơ mạch Proteus - Xây dựng mơ hình thực tế gá đặt - Khảo nghiệm thực tế giám sát thầy MỤC LỤC A Phần mở đầu Sơ đồ Cấu tạo van VVTi .4 Nguyên lí hoạt động van VVTi Các chế độ làm việc van a Làm sớm thời điểm phối khí b Làm muộn thời điểm phối khí c Hoạt động điều khiển giữ nguyên vị trí B Nội dung Phân tích nhiệm vụ giao Sơ đồ nguyên lí mạch .12 Tính toán thiết kế mạch .14 Hiển thị lên LCD 16 Lập trình điều khiển mạch 18 Đánh giá khảo nghiệm mạch .20 Phụ lục giải thích code 21 A.Phần mở đầu Cấu tạo van biến thiên VVT-i a Sơ đồ cấu tạo Sơ đồ cấu tạo hệ thống van VVT-i b Cấu tạo van Bộ chấp hành hệ thống VVT-i bao gồm điều khiển VVT-i dùng để xoay trục cam nạp, áp suất dầu dùng làm lực xoay cho điều khiển VVT-i van điều khiển dầu phối phí trục cam để điều khiển đường dầu Các phận hệ thống gồm: Bộ xử lý trung tâm ECU 32 bit; bơm đường dẫn dầu; điều khiển phối khí (VVT) với van điện; cảm biến: VVT, vị trí bướm ga, lưu lượng khí nạp, vị trí trục khuỷu, nhiệt độ nước Ngồi ra, VVT-i thường thiết kế đồng với cấu bướm ga điện tử ETCS-i, đầu phun nhiên liệu 12 lỡ (loại bỏ hỡ trợ bằng khí) chia điện bằng điện tử bugi đầu iridium c Nhiệm vụ Bộ điều khiển VVT-i bao gồm vỏ dẫn động xích cam cánh gạt cố định trục cam nạp, áp suất dầu gửi từ phía làm sớm hay làm muộn trục cam nạp xoay cánh gạt điều khiển VVT-i để thay đổi liên lục thời điểm phối khí trục cam nạp Khi động ngừng, trục cam nạp chuyển động đến trạng thái muộn để trì khả khởi động Khi áp suất dầu không đến điều khiển VVT-i sau động khởi động, chốt hãm hãm cấu hoạt động điều khiển VVT-i để tránh tiếng gõ Van điều khiển dầu phối khí trục cam hoạt động theo điều khiển ( tỷ lệ hiệu dụng ) từ ECU động để điều khiển vị trí van ống phân phối áp suất dầu cấp đến điều khiển VVT-i để phía làm sớm hay làm muộn Khi động ngừng hoạt động, thời điểm phối khí xupap nạp giữ góc muộn tối đa Ngun lí hoạt động module van VVT-i a Sơ đồ nguyên lí hoạt động Sơ đồ nguyên lí b.Nguyên lí hoạt động Trong q trình hoạt động, cảm biến vị trí bướm ga lưu lượng khí nạp cung cấp liệu ECU để tính tốn thơng số phối khí theo yêu cầu chủ động Cảm biến nhiệt độ nước làm mát động cung cấp liệu hiệu chỉnh, cảm biến vị trí cam VVT vị trí trục khuỷu cung cấp thơng tin tình trạng phối khí thực tế Trên sở yếu tố chủ động, hiệu chỉnh thực tế, ECU tổng hợp lệnh phối khí tối ưu cho buồng đốt Lệnh tính tốn vài phần nghìn giây định đóng (mở) van điện hệ thống thủy lực Áp lực dầu tác động thay đổi vị trí điều khiển phối khí, mở xu-páp nạp đúng mức cần thiết vào thời điểm thích hợp Như vậy, thay cho hệ thống cam kiểu cũ với độ mở xu-páp không đổi, VVT-i điều chỉnh vô cấp hoạt động van nạp Độ mở thời điểm mở biến thiên theo phối hợp thơng số lưu lượng khí nạp, vị trí bướm ga, tốc độ nhiệt độ động Các chế độ làm việc van biến thiên thông minh VVT-i a Làm sớm thời điểm phối khí Khi van điều khiển dầu phối khí trục cam đặt vị trí hình vẽ bằng ECU động cơ, áp suất dầu tác động lên khoang cánh gạt phía làm sớm thời điểm phối khí để quay trục cam nạp chiều làm sớm thời điểm phối khí Van hoạt động chế độ mở sớm b Làm muộn thời điểm phối khí Khi ECU đặt van điều khiển thời điểm phối khí trục cam vị trí chỉ hình vẽ, áp suất dầu tác dụng lên khoang cánh gạt phía làm muộn thời điểm phối khí để làm quay trục cam nạp theo chiều quay làm muộn thời điểm phối khí Van hoạt động chế độ muộn c Hoạt động điều khiển giữ nguyên vị trí ECU động tính tốn góc phối khí chuẩn theo tình trạng vận hành Sau đặt thời điểm phối khí chuẩn, van điều khiển dầu phối khí trục cam trì đường dầu đóng chỉ hình vẽ, để giữ thời điểm phối khí Ngồi ra, cảm biến đo nồng độ oxy dư đặt cụm góp xả cho biết tỷ lệ % nhiên liệu đốt Thông tin từ gửi ECU cũng phối hợp xử lý hiệu chỉnh chế độ nạp tối ưu nhằm tiết kiệm xăng bảo vệ môi trường Van hoạt động chế độ giữ Vị trí lắp van Ở đầu trục cam có bầu đường dầu vào xoay trục cam,kiểu sole loi vị trí van VVT-I B.Nội dung 1.Phân tích nhiệm vụ Tên đề tài : Điều khiển van tuyến tính kiểu điện tử Mục tiêu : - Mô tả nhiệm vụ van - Xây dựng mạch điều chế độ rộng xung từ 0-12v - Hiển thị cường độ dòng điện - Hiển thị điện áp hiệu dụng tương ứng với độ rộng xung Nội dung -Để đo xây dựng mạch điều chế độ rộng xung, ta sử dụng nhiều mạch khác chủ yếu mạch IC555, L298,… -Mạch L298 L298N trình điều khiển động H-Bridge kép cho phép điều khiển tốc độ hướng hai động DC lúc Mơ-đun điều khiển động DC có điện áp khoảng từ đến 35V, với dòng điện cực đại lên đến 2A Chân IN1 L298 nối với chân tín hiệu tạo xung PWM -Mạch IC555 10 IC555 Chân số 1: “GND” chân nối đất, tất mức điện áp điều so sánh với áp đường dây nối đất Chân số 2: “Trigger” chân kích : chân trigger dùng để cung cấp đầu vào kích cho IC 555 hoạt động chế độ đơn ổn Chân đầu vào đảo so sánh có nhiệm vụ làm cho transistor flip flop chuyển trạng thái từ set sang reset Ngõ định thời phụ thuộc vào độ lớn xung bên đưa vào chân trigger Một xung âm Chân số 3: “Output” chân xuất tín hiệu : Ngõ định thời ln ln có sẵn chân Có hai cách để tải kết nối với chân output Cách kết nối giữ chân (output) chân (GND) chân chân (chân nguồn) Tải nối chân output chân nguồn gọi tải thường mở, tải nối chân outpur chân GND gọi tải thường đóng Chân số 4: “Reset” chân reset vi mạch: Bất định thời bị reset, xung âm đưa đến chân Đầu thiết lập lại trạng thái ban đầu điều kiện đầu vào Khi chân không sử dụng, ta nối lên Vcc để tránh khả kích hoạt sai Chân số 5: “Control voltage” chân điện áp điều khiển Chân ngưỡng (threshold) chân kích (trigger) điều khiển sử dụng chân Biên độ sóng định biến trở điện áp bên đưa vào chân Vì vậy, lượng điện áp chân định so sánh chuyển đổi, thay đổi biên độ đầu Khi không sử dụng chân này, ta nên nối đất thông qua tụ 0,01 micro Farad để chống nhiễu 15 Chân số 6: “Threshold” chân ngưỡng Nó ngõ vào không đảo so sánh 1, so sánh với ngõ vào đảo với điện áp tham chiếu 2/3Vcc, so sánh chuyển sang +Vsat đầu đặt lại Chân số 7: “discharge” chân xả điện Chân nối vào cực C transistor thường có tụ điện nối chân xả điện chân nối đất Nó gọi chân xả điện transistor dẫn bão hịa, tụ C xả điện thơng qua transistor Khi transistor ngắt, tụ nạp thông qua điện trở tụ bên Chân số 8: “Vcc” chân cấp nguồn Nguồn cung cấp khoảng từ 5V đến 18V Tụ hóa Tụ hóa 0,1 uF Tụ hóa 0.1uF 50V tụ phân cực, có dung mơi lớp hóa chất Tụ hóa 0.1uF 50V tụ có hình trụ, trị số ghi trực tiếp thân tụ Sau trị số điện dung cũng có giá trị điện áp, điện áp ghi tụ điện áp cực đại mà tụ chịu được, vượt qua giá trị lớp cách điện bị đánh thủng , thực tế ta phải lắp tụ có trị số điện áp cao gấp khoảng 1,5 lần điện áp mạch điện Modun IRF520 16 Modun IRF520 - Điện áp vào: 3.3V - 5V DC - Điện áp ra: - 24V DC - Dòng điện tối đa: 5A -Chân VIN moddun IRF520 nối dương nguồn 12V -Chân GND modun IRF520 nối âm nguồn 12V -Chân V+ modun IRF520 nối đầu dương van VVT-i -Chân V- modun IRF520 nối đầu âm van VVT-i -Chân SIG modun IRF520 nối chân ic555 -Chân GND modun IRF520 nối chân GND ic555 Adruino UNO R3 17 Sơ đồ chân Arduino UNO - Điện áp hoạt động 5V Điện áp vào khuyên dùng 7-12V Điện áp vào giới hạn 6-20V Chân dương chiết áp nối chân 5V Chân SDA I2C nối vào chân A4 Arduino Chân SCL I2C nối vào chân A5 Arduino Chân GND I2C nối vào chân GND Arduino Chân VCC I2C nối vào chân ICSP Arduino Chân Arduino nối chân ic555 Chân GND Arduino nối chân ic555 Chân VCC ic555 nối chân 5V Arduino 3.Thiết kế mạch thành phần 18 Sơ đồ khối ic555 Các điện trở hoạt động mạch phân chia áp, cấp cho ngõ vào không đảo so sánh ngõ vào đảo so sánh Trong hầu hết ứng dụng, ngõ vào điều khiển không điều chỉnh nên giữ cố định bằng Vcc Bộ so sánh (UC) có ngõ vào chân ngưỡng (chân 6) chân điều khiển (chân 5) Ngõ so sánh nối vào chân set (S) Flip-flop Bất điện áp ngưỡng vượt điện áp điều khiển, so sánh set flip-flop lên mức cao, ngõ Q flip-flop đưa vào cực B transistor làm dẫn bão hòa xả qua chân Ngõ Q Flip-flop đến khối đảo chân xuống mức thấp Những điều kiện đúng so sánh thấp kích hoạt flip-flop Ngay điện áp chân ngưỡng giảm xuống Vcc, so sánh cũng không làm thay đổi ngõ Flip-flop Điều có nghĩa so sánh chỉ set ngõ Flip-flop mức cao Để thay đổi ngõ flip-flop xuống mức thấp điện áp chân ngưỡng phải giảm xuống Vcc Khi điều xảy ra, ngõ so sánh (LC) nối vào chân reset (R) Flip-flop làm ngõ xuống mức thấp dẫn đến ngắt transistor làm chân lên mức cao Những điều kiện tiếp tục độc lập với điện áp đầu vào kích hoạt Bộ so sánh cũng chỉ làm cho ngõ Flip-flop mức thấp 19 Từ lập luận trên, kết luận rằng để có ngõ mức thấp IC 555 cần điện áp ngưỡng phải vượt điện áp điều khiển (Vcc), transistor dẫn xả qua chân Mặt khác để ngõ mức cao áp ngưỡng phải giảm xuống Vcc làm ngắt transistor Có thể cấp điện áp cho đầu vào điều khiển để làm thay đổi mức điên áp để việc chuyển đổi xảy Để chống nhiễu mạch hoạt động sai nên nối đất chân IC qua tụ 0,01nF Vì ngõ reset (chân 4) IC 555 làm việc mức thấp nên chỉ hoạt động ngõ mức thấp ứng với trường hợp transistor dẫn Transitor phóng điện tiếp tục khuếch đại công suất cho mức thấp Trạng thái tiếp tục chân reset đưa lên mức cao Điều cho phép đồng hóa đặt lại hoạt động mạch Khi không sử dụng chân reset nối lên nguồn Vcc Thiết kế mạch: Sơ đồ mạch Linh kiện gồm: -Mạch NE555 -Van VVT-i 20 -Chiết áp 5k,10k,20k ohm -Điện trở 1k ohm -Đèn led -Mosfet IRF520 -IC555 -Tụ hóa 0,1uF Nguyên lí mạch: -Nguồn dương acquy 12V nối với chân VIN modun mạch công suất IRF520 -Nguồn âm acquy 12V nối với chân GND modun mạch công suất IRF520 -Chân V+ modun mạch công suất IRF520 nối với đầu dương van VVT-i -Chân V- modun mạch công suất IRF520 nối với đầu âm van VVT-i -Chân SIG modun mạch công suất IRF520 nối với chân ic555 -Chân GND modun mạch công suất IRF520 nối với chân ic555 -Chân Arduino nối với chân ic555 -Chân 5V Arduino nối với chân ic555 -Chân GND Arduino nối chân ,chân chân ic555 -Chân A0 Arduino nối với chân tín hiệu chiết áp 5k ( mơ phỏngcảm biến tốc độ vịng quay) -Chân A1 Arduino nối với chân tín hiệu chiết áp 10k ( mô cảm biến nhiệt độ) -Chân A2 Arduino nối với chân tín hiệu chiết áp 20k (mơ cảm biến đường dầu) 4.Hiển thị LCD - Thông số kí thuật LCD 16x2 Màn hình sử dụng để thị trạng thái thông số LCD 16x2 có 16 chân cs chân liệu D0-D7 chân điều khiển RS RW EN chân lại dùng để cấp nguồn đèn cho LCD 16x2 Các chân điều khiển giúp ta dễ dàng điều khiển cấu hình LCD chế độ lệnh chế độ liệu chúng giúp ta cấu hình chế độ đọc ghi 21 Màn hình LCD 16x2 Thơng số kĩ thuật I2C - Điện áp hoạt động 2.5-6v DC Hỡ trợ hình LCD1602 Giao tiếp I2C Địa chỉ mặc định 0X27( điều chỉnh bằng ngắn mạch chân A0 A1 A2 Tích hợp chân cắm để ngắt mở led Tích hợp biến trở xoay chiều để điều chỉnh độ tương phản cho LCD Để sử dung hình LCD giao tiếp với I2C sử dụng Adruino ta cần cài đặt thư viện LiquidCrystal_I2C.h Modun I2C 22 Sơ đồ đấu dây I2C Sơ đồ cổng nối dây LCD -Chân GND I2C nối với GND Arduino -Chân VCC I2C nối với ICSP Arduino -Chân SDA I2C nối với chân A4 -Chân SCL I2C nối với chân A5 Lập trình điều khiển mạch: 23 Sơ đồ thuật tốn Các cơng thức tính tốn + Tần số tín hiệu đầu f = 1/(ln2.C.(R1 + 2R2)) + Chu kì tín hiệu đầu : t = 1/f + Thời gian xung mức H (1) chu kì t1 = ln2 (R1 + R2).C + Thời gian xung mức L (0) chu kì t2 = ln2.R2.C 5.Lập trình code hiển thị LCD Khai báo biến 24 25 ... nghiệm thực tế giám sát thầy MỤC LỤC A Phần mở đầu Sơ đồ Cấu tạo van VVTi .4 Nguyên lí hoạt động van VVTi Các chế độ làm việc van a Làm sớm thời điểm phối khí b Làm... Phụ lục giải thích code 21 A.Phần mở đầu Cấu tạo van biến thiên VVT-i a Sơ đồ cấu tạo Sơ đồ cấu tạo hệ thống van VVT-i b Cấu tạo van Bộ chấp hành hệ thống VVT-i bao gồm điều khiển VVT-i... trường Van hoạt động chế độ giữ Vị trí lắp van Ở đầu trục cam có bầu đường dầu vào xoay trục cam,kiểu sole loi vị trí van VVT-I B.Nội dung 1.Phân tích nhiệm vụ Tên đề tài : Điều khiển van tuyến