L ỜI CẢM Ơ N ii
3.1.Thuật toán đọc và tính các giá trị cảm biến trong hệ thống LPG 47
i. Mục đ ích, đối tượng và phạm vi nghiên cứu của đề tà 3
3.1.Thuật toán đọc và tính các giá trị cảm biến trong hệ thống LPG 47
3.1.1. Thuật toán đọc giá trị tốc độđộng cơ
Tín hiệu từ cảm biến tốc độ động cơ được truyền qua mạch xử lý tín hiệu để
chuyển thành tín hiệu có dạng xung vuông, tín hiệu dạng xung vuông được đưa vào chân ngắt INT0 của vi xử lý. Sơ đồ thuật toán đọc giá trị tốc độ động cơ được thể
hiện trên Hình 3.1.
Vi xử lý tính khoảng thời gian giữa 2 xung liên tiếp từđó xác định được tốc độ động cơ theo công thức: . 1 T z v= (3.1)
Trong đó: z là số răng của đĩa cảm ứng, T là thời gian giữa 2 xung liên liếp.
Hình 3.1. Sơđồ thuật toán đọc tốc độđộng cơ
3.1.2. Thuật toán đọc giá trị các cảm biến tín hiệu tương tự
Tín hiệu các cảm biến lưu lượng LPG, áp suất LPG, nhiệt độ LPG, lưu lượng khí nạp, nhiệt độ khí nạp, cảm biến chân ga được đưa vào các chân ADC của vi xử
lý để chuyển đổi từ giá trị tín hiệu tương tự của cảm biến sang tín hiệu số tương ứng
được mã hoá trong vi xử lý (Hình 3.2).
Hình 3.2. Sơđồđọc giá trị của tín hiệu từ cảm biến
Quá trình đọc giá trị cảm biến thực chất là sự kích hoạt mạch biến đổi tín hiệu tương tự thành tín hiệu số. Các tín hiệu đầu vào là mức điện áp từ chân các cảm biến, các mức điện áp được mã hoá thành các tín hiệu số. Với vi xử lý Atmega32 thì
- 48 -
mức điện áp được mà hoá nằm trong khoảng từ 0-5V, được mã hoá dưới dạng 10bit, tương ứng với 1024 mức khác nhau, với độ nhạy là 5V/1024. Kết hợp với đặc tính cảm biến do nhà chế tạo cung cấp, ta có thể lấy được giá trị vật lý tương ứng mà cảm biến đó đo được.
3.1.3. Thuật toán tính giá trị tín hiệu từ cảm biến lưu lượng
Tín hiệu từ cảm biến lưu lượng (CB_LL) là tín hiệu điện áp với đặc tính điện áp phụ thuộc lưu lượng theo đường đặc tính ở hình 2.11.
Vi xử lý thông qua bộ chuyển đổi ADC sẽđọc được giá trị số tương ứng với điện áp đưa về. Từ giá trị số tương ứng (giatrichuyendoi) ta tính ra được giá trịđiện áp tại chếđộđó của cảm biến theo công thức: 1024 5 . endoi giatrichuy ap giatridien = (3.2)
Từ giá trịđiện áp tính theo công thức trên, thông qua phương pháp tra bảng và công thức nội suy để tính giá trị lưu lượng ở các chếđộ làm
việc.
3.1.4. Thuật toán tính giá trị tín hiệu từ cảm biến áp suất
Tín hiệu từ cảm biến áp suất (CB_Asuat_LPG) là tín hiệu điện áp với đặc tính điện áp phụ thuộc áp suất theo
đường đặc tính ở hình 2.12. Giá trị điện áp cũng được tính tương tự như đối với thuật toán tính giá trị tín hiệu từ cảm biến lưu lượng theo công thức (3.2) đã trình bày ở trên. Sơ đồ tính cảm biến áp suất được trình bày trên Hình 3.4.
3.1.5. Thuật toán tính giá trị tín hiệu từ cảm biến nhiệt độ
Tín hiệu từ cảm biến nhiệt độ đưa về là tín hiệu điện trở. Thông qua mạch điện áp +5V→R1→R→GND có thể tính được giá trị điện áp tại chân CB.NDo, giá trị điện áp tại đây sẽ đưa
CB _L L R1 +5V CB.LL_Khi_nap Hình 3.3. Sơđồ tính cảm biến lưu lượng CB_ LL R1 +5V CB.ASuat_LPG Hình 3.4. Sơđồ tính cảm biến áp suất R1 +5V R CB.NDo Hình 3.5. Sơđồ tính cảm biến nhiệt độ
- 49 -
về bộ ADC để chuyển đổi thành giá trị số tương ứng theo công thức (3.2).
Khi có giá trị điện áp, điện trở tương ứng của cảm biến được tính theo công thức: THA THA U U R R1 = 5− 1 . 5 U R U R THA THA − = ⇒ (3.3)
Khi biết điện trở R, dựa vào bảng 3.1 và công thức nội suy có thể tính được nhiệt độ thật của khí nạp hoặc nhiệt độ LPG.
Bảng 3.1.Đặc tính của cảm biến nhiệt độ
Nhiệt độ -200 C 00 C 200 C 400 C 600 C 800 C
Điện trở R (kΩ) 10 - 20 4 - 7 2 - 3 0.9-1.3 0.4- 0.7 0.2-0.7
3.1.6. Thuật toán tính giá trị tín hiệu từ cảm biến chân ga
Tín hiệu từ cảm biến chân ga (CB.VT_Chan_ga) là tín hiệu điện áp với đặc tính
điện áp phụ thuộc vị trí chân ga theo đường đặc tính ở hình 2.13.
Vi xử lý thông qua bộ chuyển đổi ADC sẽ đọc được giá trị số tương ứng với
điện áp đưa về. Từ giá trị số tương ứng (giatrichuyendoi) có thể tính ra được giá trị điện áp tại chếđộđó của cảm biến theo công thức (3.2).
Vì đặc tính của cảm biến chân ga là đường tuyến tính nên phần trăm độ di chuyển chân ga được tính theo công thức:
100 . 5 %ga= giatridienap ⇒ (3.4)
3.1.7. Thuật toán nội suy
a) Chương trình nội suy
float noi_suy(float X1, float X2, float Y1, float Y2, float X)
{ if (Y2> Y1) return Y2-(((Y2-Y1)*(X2-X))/(X2-X1)); else return Y2+(((Y1-Y2)*(X2-X))/(X2-X1));
}
Trong đó: X1, X2: điểm thứ nhất và điểm thứ 2 của trục X Y1, Y2: điển thứ nhất và điểm thứ 2 của trục Y X: giá trịđưa vào để xác định Y
- 50 -
X1 tương ứng với giá trị Y1, X2 tương ứng với giá trị Y2 X2 luôn luôn lớn hơn X1, và X1 < X < X2
b) Chương trình tra bảng
float tra_bang_2D(flash WORD *pMap, float buoc_X, float gia_tri_X, float
dau_X, float cuoi_X)
{ WORD X1, X2, Y1, Y2, nhap; nhap= (gia_tri_X-dau_X)/buoc_X; X1=(nhap*buoc_X)+dau_X;
X2=X1+buoc_X; Y1=pMap[nhap]; Y2=pMap[nhap+1]; if (cuoi_X > gia_tri_X && gia_tri_X > dau_X)
return noi_suy(X1, X2, Y1, Y2, gia_tri_X); else return 0; }
Trong đó: pMAP: tên bảng
buoc_X: khoảng cách hai điểm trên trục X gia_tri_X: giá trị nội suy X
dau_X: giá trịđầu của trục X cuoi_X: giá trị cuối của trục X
3.2. Thuật toán điều khiển kết nối máy tính
3.2.1. Thuật toán truyền giá trị từ vi xử lý lên máy tính
Mã start và stop có vai trò rất quan trọng trong truyền thông giữa máy tính và mạch ELC. Hai mã này cho phép quy định tín hiệu truyền nhận và thứ tự truyền nhận. Mã start để quy định bắt đầu quá trình truyền và mã stop quy định kết thúc quá trình truyền.
Hình 3.6. Sơđồ thuật toán truyền giá trị
Ví dụ: cần truyền nhiệt độ LPG là 400C - Gán mã start là 130 và mã stop là 131 - Quá trình truyền là 130/40/131.
- 51 -
3.2.2. Thuật toán nhận giá trị từ máy tính
Quá trình hoạt động của mạch được điều khiển bởi phần mền trên máy tính. Chính vì vậy mà lập trình vi xử lý ngoài lập trình cho quá trình truyền dữ liệu tới máy tính còn phải lập trình cho quá trình nhận dữ liệu và lệnh điều khiển từ máy tính.
Hình 3.7. Sơđồ thuật toán thực thi lệnh từ máy tính
3.3. Chương trình điều khiển hệ thống cung cấp nhiên liệu LPG
3.3.1. Chương trình điều khiển vòi phun
3.3.1.1. Cách thức điều khiển lượng nhiên liệu
Lượng nhiên liệu phun trong quá trình thí nghiệm được thay đổi bằng cách thay
đổi độ rộng xung phun thông qua mạch đếm lập trình. Tức là khi đã xác định giá trị
số của lượng nhiên liệu phun và khi có xung điều khiển phun thì mạch đếm xung nhịp sẽđếm cho tới khi đạt đủ giá trị số bằng giá trị điều khiển ra. Khi bắt đầu đếm cũng là khi nâng xung điều khiển phun và khi giá trịđếm bằng giá trịđiều khiển ra cũng là lúc hạ mức xung điều khiển phun xuống.
Hình 3.8. Nguyên lý điều khiển phun
Ví dụ: giá trị số điều khiển phun do vi xử lý tính toán là 1800µs thì khi xuất hiện xung điều khiển phun, mạch đếm sẽ bắt đầu đếm xung nhịp đồng thời nâng mức của xung phun lên mức cao, vòi phun bắt đầu mở. Khi giá trị đếm xung đủ
1800µs thì mạch đếm sẽ hạ mức xung phun xuống mức thấp tương ứng ngừng phun và đồng thời ngừng đếm chờ xung điều khiển thời điểm phun tiếp theo.
3.3.1.2. Điều khiển lượng phun nhiên liệu
- 52 -
• Lượng phuncơ bản: Lượng phun cơ bản chủ yếu dựa vào tín hiệu tốc độ và vị trí chân ga.
• Lượng phunhiệu chỉnh: Lượng phun hiệu chỉnh được dựa vào các cảm biến còn lại (cảm biến nhiệt độ, áp suất LPG).
Lượng phun nhiên liệu là tổng của 2 đại lượng trên:
Lượng phun = lượng phuncơ bản + lượng phun hiệu chỉnh
Nghiên cứu này chỉ mới xác định lượng nhiên liệu phun cơ bản do quá trình thí nghiệm chủ yếu được thực hiện ở các chếđộổn định, trong điều kiện nhiệt độđộng cơđã đạt đến trạng thái làm việc ổn định.
3.3.2. Thuật toán điều khiển vòi phun
3.3.2.1. Thuật toán điều khiển chung
Hình 3.9. Sơđồ thuật toán điều khiển chung hệ thống phun LPG
Sau khi bật khoá điện ELC sẽ được cấp điện và sẵn sàng điều khiển quá trình phun nhiên liệu LPG theo các chếđộ của động cơ. Quá trình phun LPG chỉ bắt đầu
- 53 -
khi nhiệt độđộng cơ lớn hơn 500C đểđảm bảo nhiên liệu LPG hóa hơi hoàn toàn. Mỗi chếđộ hoạt động của động cơđược đặc trưng bởi một biến trạng thái. Khi biến
được đặt lên trạng thái ON, ELC sẽ tựđộng chuyển xuống chương trình điều khiển lượng nhiên liệu phun ở chếđộđó.
Khi biến trạng thái đặt xuống mức OFF, ELC sẽ tự động thoát khỏi chương trình cũ và chuyển đến chương trình có biến trạng thái ON khác. Khi không có biến trạng thái nào ở mức ON, ELC sẽ chuyển sang trạng thái chờ (bật khoá điện nhưng không phun nhiên liệu LPG) cho đến khi có một biến trạng thái ON được đưa về bộ điều khiển ELC.
3.3.2.2. Thuật toán điều khiển ở chếđộ không tải
Trong chế độ không tải, bộ điều khiển ELC sẽ kiểm tra liên tục vị trí chân ga thông qua cảm biến vị trí chân ga. Nếu giá trị vị trí chân ga đưa về ELC lớn hơn giá trị chân ga ở vị trí không tải, ELC sẽ điều khiển hệ thống chuyển sang chế độ
chuyển tiếp từ không tải sang có tải (chuyen_tiep_KT_CT=on). Đồng thời, ELC sẽ
kiểm tra liên tục tốc độđộng cơ. Nếu tốc độđộng cơ lớn hơn giới hạn tốc độ không tải chuẩn của động cơ (đối với động cơ thí nghiệm thì tốc độ đó là 900 vòng/phút) ELC sẽđiều khiển cắt nhiên liệu, quá trình phun trở lại khi tốc độđộng cơ thấp hơn giới hạn tốc độ không tải chuẩn.
Lượng nhiên liệu phun ở chế độ không tải là tổng của lượng phun cơ bản với lượng nhiên liệu phun hiệu chỉnh theo nhiệt độ và áp suất LPG.
- 54 -
Hình 3.10. Sơđồ thuật toán điều khiển chếđộ không tải 3.3.2.3. Thuật toán điều khiển ở chếđộ chuyển tiếp không tải - có tải
Hình 3.11. Sơđồ thuật toán điều khiển chếđộ chuyển tiếp không tải - có tải
Chế độ chuyển tiếp không tải - có tải nhằm mục đích đểđộng cơ chuyển tiếp từ
không tải sang có tải được êm dịu. Quá trình này diễn ra trong 20 vòng quay của
- 55 -
Khi có tín hiệu về chế độ chuyển tiếp ELC sẽ kiểm tra liên tục giá trị của
bien_chay (thể hiện số vòng quay của động cơ). Nếu giá trị của bien_chay > 20, ELC sẽ chuyển sang chếđộ có tải bằng cách đặt biến chay_co_tai=on. Lượng nhiên liệu phun ở chếđộ chuyển tiếp không tải - có tải là lượng nhiên liệu phun cơ bản và lượng nhiên liệu theo hàm của bien_chay.
3.3.2.4. Thuật toán điều khiển ở chếđộ có tải
Khi động cơ làm việc ở chế độ có tải, ELC sẽ kiểm tra liên tục vị trí chân ga thông qua cảm biến vị trí chân ga. Nếu giá trị này nhỏ hơn giá trị chân ga ở vị trí không tải ELC sẽ chuyển sang chế độ chuyển tiếp từ có tải sang không tải
(chuyen_tiep CT_KT=on). Đồng thời, ELC sẽ kiểm tra liên tục tốc độđộng cơ. Nếu tốc độ này lớn hơn giá trị giới hạn (3100 vòng/phút), ELC điều khiển cắt nhiên liệu nhằm đảm bảo độ bền của động cơ.
Lượng nhiên liệu phun ở chếđộ này là tổng lượng phun cơ bản (tra theo tốc độ
và tải trọng động cơ) và lượng phun hiệu đính theo nhiệt độ và áp suất LPG.
Khi có tín hiệu tăng tốc ELC sẽ điều chỉnh phun thêm một lượng nhiên liệu, hoặc khi có tín hiệu giảm tốc ELC sẽ điều khiển cắt bớt một lượng nhiên liệu. Lượng nhiên liệu phun thêm vào khi tăng tốc hoặc cắt bớt khi giảm tốc phụ thuộc vào mức độ thay đổi đột ngột của vị trí chân ga.
- 56 -
Hình 3.12. Sơđồ thuật toán điều khiển chếđộổn định 3.3.2.5.Thuật toán điều khiển ở chếđộ chuyển tiếp có tải - không tải
Cũng như chếđộ chuyển tiếp từ không tải sang chếđộ có tải. Chếđộ này là quá trình đệm nhằm mục đích đểđộng cơ chuyển tiếp từ có tải sang không tải được êm dịu. Quá trình này cũng diễn ra sau 20 vòng quay của động cơ.
Chế độ này ELC sẽ kiểm tra liên tục giá trị của bien_chay. Nếu giá trị của
bien_chay>20 ELC sẽ chuyển sang chế độ không tải bằng cách đặt mức trạng thái
khong_tai=on.
Lượng nhiên liệu phun ở chế độ này là tổng lượng phun ở chế độ không tải trừ đi lượng phun chuyển tiếp là hàm của bien_chay.
- 57 -
Hình 3.13. Sơđồ thuật toán điều khiển chếđộ chuyển tiếp có tải - không tải
3.4. Kết luận
Trong chương này, tác giảđã xây dựng các thuật toán đọc giá trị các tín hiệu từ
cảm biến gửi về bộ ELC và các thuật toán điều khiển quá trình cung cấp nhiên liệu LPG theo các chếđộ làm việc của động cơ.
Quá trình xây dựng bộ dữ liệu của bộ ELC được thực hiện thông qua chương trình kết nối máy tính với bộ ELC. Chương trình kết nối cho phép ghi nhận được các tín hiệu từ cảm biến và thay đổi được lượng nhiên liệu LPG để xây dựng bộ
thông số tối ưu cho ELC. Từ đó xây dựng được chương trình điều khiển tự động của ELC khi ứng dụng vào thực tế.
CHƯƠNG 4. THỰC NGHIỆM, KẾT QUẢ VÀ THẢO LUẬN
4.1. Giới thiệu băng thửđộng cơ
- 58 - BµN §IÒU KHIÓN K57 IN OUT IN OUT TÝN HIÖU ALPHA TÝN HIÖU TèC §é TÝN HIÖU M¤MEN C¶M BIÕN NHIÖT §é C¶M BIÕN ¸P SUÊT NHIÖT §é CABIN C¤NG SUÊT §IÒU KHIÓN M¤MEN C¶N CñA DYNO HéP KÕT NèI OPACIMETER FUEL BALANCE ECU THA 100 §IÒU KHIÓN ALPHA
THIÕT BÞ §IÒU HOµ NHIÖT §é N¦íC LµM M¸T Vµ DÇU B¤I TR¥N D577 DYNO - AMK §éNG C¥ 1 XYLANH FEM EMCON 300 PC - PHÇN MÒM INCA PC HIÓN THÞ INDICATE PC PUMA PHÇN MÒM PUMA Hình 4.1. Sơđồ băng thửđộng cơ 1 xylanh SCTB Băng thử động cơ một xylanh là một cụm các hệ thống riêng biệt kết hợp lại với nhau tạo thành một hệ thống thử nghiệm và nghiên cứu về động cơ đốt trong như: Băng thửđiện Dyno-AMK, động cơ nghiên cứu 1 xylanh 5402, hệ thống làm mát dầu bôi trơn và nước làm mát AVL577, thiết bị đo tiêu hao nhiên liệu Fuel Balance 733s, thiết bịđiều khiển tay ga THA100, hệ thống điều khiển và giám sát băng thử PUMA, hệ thống điều khiển ECU cung cấp nhiên liệu cho động cơ INCA,
- 59 -
thiết bị đo diễn biến áp suất trong xylanh INDICATING, thiết bị xác định nồng độ
khí thải CEB-II, thiết bị xác định độ mờ khói Opacimeter 439, Smoke meter, và một số thiết bị phụ trợ khác như thể hiện trên Hình 4.1.
Băng thửđộng cơ một xylanh Dyno-AMK là cụm phanh điện có chức năng như
máy phát điện, trong đó từ trường tương hỗ giữa Roto và Stato tạo ra mô men cản với Roto và cân bằng với mô men dẫn động từ Roto (Roto của cụm phanh được nối với trục dẫn động từ động cơ). Cường độ từ trường tương hỗ giữa Roto và Stato
được điều chỉnh để tăng hoặc giảm mô men cản trên trục dẫn động từđộng cơ. Khả
năng thay đổi mô men phanh thích hợp cho việc điều kiển tựđộng ở các chế độ thử
của động cơ. Cụm phanh có chức năng là làm việc ở chế độ máy phát (phanh đối