Trong phần này, NCS sẽ triển khai các nội dung theo trình tự sau:
Nghiên cứu, xây dựng phương án điều khiển để phối kết hợp các nguồn động lực gồm ĐCĐT, ĐCĐ, máy phát và các phụ tải khác được phối hợp theo kiểu hỗn hợp.
Xây dựng lưu đồ giải thuật điều khiển các thiết bị của hệ động lực.
Thiết kế mạch điều khiển ĐCĐT, mạch nạp ắc quy, mạch điều khiển trung tâm mô hình [10, 13, 50,51,56,57].
3.3.5.1 Sơ đồ khối hệ thống điều khiển và chức năng làm việc của các khối điều khiển
Sơ đồ hệ thống điều khiển gồm 3 khối chính là khối đầu vào, khối xử lí trung tâm và khối đầu ra, như thể hiện trên Hình 3.14. Nhiệm vụ của khối đầu vào bao gồm việc thu thập các tín hiệu đo lường từ các cảm biến, tín hiệu điều khiển từ thiết bị điều khiển và gửi tới bộ xử lí trung tâm. Bộ xử lí trung tâm sau khi nhận tín hiệu sẽ tiến hành chuyển đổi, tính toán, phân tích và xuất các tín hiệu điều khiển cho khối đầu ra. Khối đầu ra bao gồm thiết bị hiển thị và các mạch điều khiển các cơ cấu chấp hành.
93
3.3.5.2 Khối đo thông số đầu vào a) Bộ xử lí trung tâm – ECU
Đây chính là bộ não của hệ thống điều khiển điện tử, ECU chứa các thuật toán điều khiển lập trình được viết và cài đặt sẵn trong bộ nhớ thường là EFROM của ECU như trên Hình 3.15, một mạch điều khiển trung tâm thực tế được mô tả trên Hình 3.16 Trong quá trình làm việc, ECU sẽ tiến hành thu thập các thông số đầu vào (input), tính toán chuyển đổi và phân tích các giá trị này. Tùy thuộc vào bộ giá trị các thông
Hình 3.15 Sơ đồ thiết kế mạch điều khiển trung tâm
94
số này mà ECU sẽ quyết định lựa chọn chương trình thích hợp và chuyển đổi thành các xung tín hiệu điều khiển ở đầu ra (output) cho các mạch điều khiển ĐCĐ, ĐCĐT, mạch nạp và cuộn dây điện từ khóa mở máy phát.
Để đảm bảo khả năng điều khiển của hệ thống, ta lựa chọn phương án xây dựng bộ xử lí trung tâm bằng vi điều khiển. Các vi điều khiển được lựa chọn thích hợp cho các thiết kế nhỏ, với các thành phần thêm vào tối thiểu nhằm thực hiện các hoạt động hướng điều khiển. Một vi điều khiển là một mạch đơn chứa bên trong một CPU và các mạch khác để tạo nên một hệ máy tính đầy đủ. Ngoài CPU, các bộ vi điều khiển còn chứa bên trong chúng các bộ nhớ RAM, ROM, mạch giao tiếp nối tiếp, mạch giao tiếp song song, bộ định thời gian và các mạch điều khiển ngắt. Tất cả đều hiện diện bên trong một vi mạch. Một đặc trưng quan trọng của bộ vi điều khiển là hệ thống ngắt được thiết kế bên trong chip. Vì vậy, trong các thiết kế hướng điều khiển các bộ vi điều khiển đáp ứng với các tác động bên ngoài theo thời gian thực.
b) Cảm biến vị trí bàn đạp ga
Bàn đạp ga thể hiện mong muốn của người sử dụng về mức phát công suất của hệ động lực. Cảm biến sẽ chuyển đổi tín hiệu cơ học thành tín hiệu điện phù hợp đưa đến chân ECU. Tùy thuộc vào chương trình điều khiển, ECU sẽ căn cứ vào mức độ điện áp hồi về từ cảm biến mà điều khiển mức độ phát công suất phù hợp với yêu cầu người điều khiển
c) Cảm biến tốc độ
Cảm biến này có nhiệm vụ gửi xung tín hiệu về ECU khi mô hình làm việc, trên cơ sở tín hiệu xung gửi về, ECU sẽ tính toán giá trị của tốc độ quay theo góc quay thực tế. Và tốc độ n là giá trị tham chiếu quan trọng trong quá trình điều khiển toàn hệ động lực. Đối với ĐCĐT, ECU căn cứ vào giá trị này để quyết định thay đổi lượng cấp nhiên liệu đảm bảo cho động cơ làm việc trong vùng có hiệu suất có lợi nhất.
d) Cảm biến vị trí bàn đạp phanh
Cảm biến này có nhiệm vụ gửi xung tín hiệu về ECU khi hoạt động phanh hãm xảy ra. Khi nhận được xung tín hiệu này, ECU sẽ lập tức ngắt động cơ nhiệt, chuyển chế độ làm việc của động cơ điện từ chế độ động cơ sang chế độ máy phát, sử dụng năng lượng này để nạp năng lượng cho ắc quy.
95
3.3.6.3 Khối đầu ra
a) Mạch điều khiển ĐCĐT
Mạch này có nhiệm vụ nhận thông tin điều khiển từ ECU, vận hành ĐCĐT theo yêu cầu của ECU, sơ đồ thiết kế mạch được thể hiện trên Hình 3.17. Mạch điều khiển ĐCĐT sẽ đảm nhận các chức năng sau:
Khởi động ĐCĐT: Khi nhận được tín hiệu cho phép làm việc, mạch điều khiển sẽ kiểm tra tình trạng của động cơ, nếu động cơ chưa làm việc, chức năng khởi động sẽ kích hoạt động cơ làm việc. Chức năng này sẽ điều khiển một rơle cho phép đóng ngắt động cơ đề của ĐCĐT.
Hình 3.17 Sơ đồ mạch điều khiển ĐCĐT
96
Dừng ĐCĐT: Chức năng này tương tự như khóa điện trên các ô tô thông thường, mạch sẽ điều khiển đóng mở một công tắc điện. Công tắc sẽ cấp điện cho IC đánh lửa khi ĐCĐT làm việc. Khi có tín hiệu dừng ĐCĐT, mạch điều khiển sẽ ngắt công tắc điện.
Điều khiển bướm ga: Chức năng này có nhiệm vụ điều khiển thay đổi vị trí bướm ga theo yêu cầu về mức phát công suất của ECU. Cơ cấu chấp hành của chức năng này là một động cơ điện được kết nối với bướm ga động cơ. Trong chức năng này mạch điều khiển sẽ làm việc theo hai thông số cơ bản là yêu cầu mức tải từ ECU và tốc độ hồi về của ĐCĐT. Khi vận hành trong vùng tải nhỏ và vừa, mạch điều khiển sẽ căn cứ vào tốc độ động cơ phản hồi về từ cảm biến tốc độ để điều khiển bướm ga nhằm đảm bảo động cơ làm việc trong vùng có suất tiêu hao nhiên liệu là thấp nhất.
b) Mạch điều khiển nạp ắc quy
Mạch này có nhiệm vụ nhận tín hiệu điều khiển từ ECU và kiểm soát quá trình nạp ắc-quy của xe. Mạch điều khiển nạp sẽ tự điều chỉnh dòng nạp, kiểm tra dung lượng của ắc-quy và ngừng nạp khi ắc-quy đầy. Để đảm bảo điện áp nạp, mạch điều khiển được cấp điện áp từ máy phát 12 V và chuyển đổi lên điện áp lớn hơn 48 V thông qua bộ Invertor. Trên Hình 3.19 là sơ đồ thiết kế mạch điều khiển nạp ắc quy.
97