CHƯƠNG 2 : CƠ SỞ LÝ THUYẾT
3.2.3.Giả lập cảm biến vị trí bướm ga và bàn đạp ga
3.2. Giả lập tín hiệu đầu vào
3.2.3.Giả lập cảm biến vị trí bướm ga và bàn đạp ga
Các tín hiệu chân ga và bướm ga là tín hiệu điện áp được đưa vào hộp ECU. Ở đây chúng ta sẽ cung cấp điện áp cho các chân VTA, VPA, VPA2, VTA2 để đưa vào hộp.
Theo sơ đồ mạch ta xác định đươc các chân cảm biến vị trí bướm ga VTA, VTA2 lần lượt có các vị trí trên giắc E10 là chân số 21 và 31. Các chân của cảm biến vị trí bàn đạp ga VPA, VPA2, lần lượt có các vị trí trên giắc E6 là chân số 22, 23.
Giá trị điện áp của các chân tín hiệu khi đóng mở bướm ga và đạp bàn đạp ga thể hiện bảng sau:
Bảng 3.1 - Giá trị điện áp khi đóng của bàn đạp ga và bướm ga [2]
Đóng hoàn toàn Mở hoàn toàn
VTA 0.5 – 1.2V 3.2 – 4.8V
VTA2 2.1 – 3.1V 4.5 – 5.5V
VPA 0.5 – 1.1V 2.6 – 4.5V
VPA2 1.2 – 2.0V 3.4 – 4.75V
Dựa vào các giá trị điện áp nhóm lại tiếp tục ứng dụng mạch cầu phân áp để thay đổi điện áp đầu ra của VTA, VTA2, VPA, VPA2 thông qua biến trở 6 chân.
Hình 3.7 - Sơ đồ mạch điện cảm biến vị trí bướm ga và bàn đạp ga
được điều chỉnh theo biến trở 50K để đưa ra điện áp phù hợp vào hộp ECU. Ta có các chân VTA, VTA2, VPA, VPA2 sẽ nhận tín hiệu điện áp khác nhau như bảng. Lúc này ta chọn các điện trở phù hợp để điện áp đầu ra nằm trong dãy điện áp gửi vào cho các chân tín hiệu của hộp.
Theo như trên sơ đồ, chân VPA2 (1.44V – 4.58V), chân VTA2 (2.58V – 4.6V), VTA (0.52V – 4.27V), VPA (0.52V – 4.48V) độ mở bướm ga từ 10% - 84%. Thì khi ta thay đổi biến trở 50K RV1 thì đồng thời các điện áp của các chân VTA, VTA2, VPA, VPA2 sẽ thay đổi theo nên sẽ thay đổi được tín hiệu điện áp vào ECU để ECU xử lý. Biến trở 50K ở đây được làm như một bàn đạp ga để thay đổi giá trị điện trở.
Hình 3.8 - Mạch giả lập cảm biến vị trí bướm ga và bàn đạp ga3.2.4. Hiển thị thời gian nhấc kim phun 3.2.4. Hiển thị thời gian nhấc kim phun
Theo cơ sở lý thuyết, thời điểm hộp ECU điều khiển phun thì chân #10, #20, #30, #40 của hộp điều khiển được nối với mass. Thời gian chân #10, #20, #30, #40 được nối với mass cũng chính là thời gian nhất kim phun. Từ nguyên lý trên nhóm đã lập trình được hiển thị thời gian chân #10, #20, #30, #40 tiếp mass cũng như thời gian nhất kim phun.
Dựa vào nguyên lý đó nhóm đã thiết kế phần cứng để gửi tín hiệu vào cho Arduino xử lý như sau:
Hình 3.9 - Mạch tín hiệu thời gian nhấc kim phun
Thời gian phun diễn ra rất nhanh được tính bằng mili giây, để đảm bảo tránh sai số trong khi lập trình thì nhóm phải chọn OPTO PC817 đảm bảo xử lý kịp thời tín hiệu và chính xác khi vận hành.
OPTO PC817 là một transitor quang, khi chân #10 được tiếp mass sẽ có dòng qua diode quang làm kích dẫn transitor quang. Khi transitor dẫn thì điện áp chân số (2) ở mức thấp và ngược lại. Thời gian giữ chân số (2) ở mức thấp chính là thời gian nhất kim phun. Vận dụng tín hiệu chân số (2) này để lập trình tính toán thời gian nhất kim và hiển thị lên màn hình LCD.
Tiến hành lắp, hàn chân linh kiện vào mạch từ sơ đồ vẽ trên Proteus ta được mạch dưới:
Hình 3.10 - Mạch tín hiệu thời gian nhấc kim phun (thực tế)
Khi chân số (2) ở mức thấp (0V) thì arduino tiến hành đọc thời gian từ khi chân (2) ở mức thấp đến khi thay đổi trạng thái lên mức cao (5V). Lấy khoảng thời gian đọc này trừ đi thời gian bắt đầu ta được thời gian nhất kim phun, vì đơn vị lập trình Arduino là micro giây lên khi xuất ra giá trị phải chia cho 1000 để được đơn vị là mili giây.
Sau khi nạp chương trình vào Arduino và tiến hành chạy thử ta hiển thị được kết quả như sau:
Hình 3.12 - Hiển thị thời gian nhấc kim lên LCD
Thời gian nhất kim được hiển thị đúng như mong muốn, về độ chính xác nhóm sẽ đánh giá ở Chương IV.
Hiển thị giá trị điện áp các chân tín hiệu cảm biến:
Các chân analog (A0, A1, A2, A3, A4, ...) của Arduino đọc các giá trị điện áp từ 0 đến 5V tương ứng giá trị từ 0 đến 1023. Từ đó, ta có công thức quy đổi giá tri 0 – 1023 thành 0 – 5V để ứng dụng vào để viết chương trình đọc giá trị chân điện áp:
Ký hiệu các chân tín hiệu trên LCD:
TP (Throttle Position) là giá trị điện áp chân VTA. TP2 (Throttle Position 2) là giá trị điện áp chân VTA2. PS (Pedal Sensor) là giá trị điện áp chân VPA.
PS2 (Pedal Sensor 2) là giá trị điện áp chân VPA2. MAF (Mass Air Flow) là giá trị điện áp chân VG. T (Time) là thời gian nhấc kim phun.
Viết chương trình nạp vào Arduino Mega 2560 để hiển thị các giá trị điện áp lên LCD:
Hình 3.14 - Chương trình hiển thị điện áp lên LCD
Sau khi nạp chương trình xong ta tiến hành chạy thử và các giá trị điện áp được đọc và hiển thị lên màn hình LCD.
3.2.5. Đánh Pan bằng Bluetooth [4]
Thông thường việc đánh pan thông qua các công tắc để làm hở mạch dây dẫn từ đó dẫn đến lỗi các hệ thống, cảm biến trên mô hình. Để thay đổi và hiện đại hơn nhóm đã kết hợp thêm Module Bluetooth HC – 06 và Module Relay 8 kênh để thực hiện việc đánh pan bằng điện thoại trên ứng dụng “Bluetooth Controller 8 Lamp” thông qua kết nối Bluetooth.
Vì ứng dụng “Bluetooth Controller 8 Lamp” chỉ gửi tối đa 8 tín hiệu nên nhóm sẽ thực hiện đánh 8 pan trên mô hình.
Để điểu khiển đánh pan bằng Bluetooth trước hết ta phải thiết kế phần cứng sau đó tiến hành viết chương trình để điều khiển.
Dùng phần mềm Proteus để vẽ sơ đồ mạch kết nối:
Hình 3.17 - Kết nối module bluetooth, relay với arduino
Hình 3.18 - Kết nối module bluetooth, relay với arduino (thực tế)
Chân TX của Module Bluetooth nối với chân RX của arduino, chân RX của Module Bluetooth nối với chân TX của arduino.
Sau khi đã hoàn thành kết nối phần cứng, ta tiến hành viết chương trình cho việc điều khiển Module Bluetooth HC – 06 và Arduino Mega 2560.
Đối với Arduino Mega 2560 muốn hoạt động nhận tín hiệu và điều khiển relay được ta phải nạp một chương trình được thành viên nhóm viết như sau:
Hình 3.22 - Mã Code được nạp vào Arduino Mega 2560
Sau khi nạp chương trình đúng vào cho Arduino Mega 2560 ta tiến hành cấp nguồn 5V cho Arduino và chạy thử chương trình.
Sau đó mở Smart phone lên vào ứng dụng CH Play hoặc Google Play (chỉ có ở hệ điều hành Android) ta tải một ứng dụng tên là “Bluetooth Controller 8 Lamp”.
Hình 3.23 - Phần mềm và giao diện đánh pan Bluetooth Controller 8 Lamp
Sau khi đã tải được ứng dụng ta sẽ chạy ứng dụng và mở bluetooth kết nối với buletooth phát ra từ HC-06. Và sau khi kết nối thành công thì chúng ta có thể điều khiển đóng ngắt các relay thông qua các nút bấm có trong ứng dụng. 8 nút tương ứng với 8 pan được thiết lập như sau:
+ Pan 1: Chân tín hiệu SIL + Pan 2: Chân tín hiệu THW
Như vậy nhóm đã thiết kế được một hệ thống đánh pan điện tử từ xa thông qua Bluetooth để nâng cao tính hiện đại trong học tập và giảng dạy.
CHƯƠNG 4: VẬN HÀNH VÀ ĐÁNH GIÁ4.1. Quy trình vận hành 4.1. Quy trình vận hành
4.1.1. Khởi động mô hình
Đầu tiên mô hình sử dụng với nguồn điện áp acquy cấp vào là 12V. Sau khi cấp nguồn vào cho mô hình ta bật chìa khoá lên. Với thao tác bật chìa khóa, ta bật 2 nấc cho thiết bị hoạt động. Sau khi bật 2 nấc lúc này mô hình sẽ hoạt động được thể hiện qua bugi đánh lửa và đèn giả lập kim phun sẽ nhấp nháy thể hiện giống trong động cơ đang hoạt động. Khi muốn mô hình không hoạt động nữa ta chỉ cần vặn tắt chìa khoá.
Trên mô hình khi đang hoạt động ta có thể thay đổi tốc độ động cơ bằng cách vặn biến trở để tăng giảm tốc độ motor. Khi thay đổi tốc độ motor thì bugi sẽ đánh lửa và led thể hiện kin phun sẽ thay đổi nhanh hay chậm thích ứng với tốc độ motor.
4.1.2. Đo kiểm, đọc dữ liệu
Trên mô hình được bố trí cổng chẩn đoán OBD II có thể kết nối với máy tính thông qua cáp và đọc được dữ liệu trên phần mềm Techstream. Khi đã kết nối được ta có thể đọc các thông số mà hộp đang hoạt động, xử lý trong phần Datalist. Trong Datalist sẽ hiển thị các thông số có thể thay đổi được từ mô hình như tốc độ động cơ, độ mở bướm ga, nhiệt độ khí nạp, nhiệt độ nước làm mát và lưu lương khí nạp thông qua các biến trở xoay để thay đổi các thông số.
Khi các thống số được thay đổi theo ý người dùng ta có thể đo kiểm các giá trị như điện trở, điện áp… thông qua các giắc chân được bố trí trên mô hình.
4.2. Đọc lỗi, đánh pan
Khi kết nối được với phần mềm Techstream ta có thể đọc lỗi hiện có trên mô hình các lỗi do ta đánh pan và các lỗi không hiển thị trên phần mềm.
4.2.1. Đánh pan bằng điện thoại
Mô hình được bố trí thêm một cơ cấu đánh pan điện tử thông qua phần mềm trên điện thoại android đó là phần mềm “Bluetooth Controller 8 Lamp”.
Với đánh pan bằng điện thoại ta có thể đánh được các lỗi sau đây tương ứng với số nút trong ứng dụng trên điện thoại. Để sử dụng được pan điện tử ta cần bật một công tắc ở trong hộp pan tay. Khi đã cấp nguồn cho pan điện tử ta mở điện thoại kết nối bluetooth với module HC-06, khi đã kết nối ta vào phần mềm và nhấn Connection để
+ Pan 4: Chân tín hiệu VTA. + Pan 5: Chân tín hiệu VG. + Pan 6: Chân tín hiệu THA. + Pan 7: Chân NE+.
+ Pan 8: Nguồn +B.
Hình 4.1 - Phần mềm “Bluetooth Controller 8 Lamp”
* Lưu ý: Các pan sau khi được đánh lỗi ta có thể đo đạc, kiểm tra thông qua các giắc đo được bố trí trên mô hình. Và có thể đọc lỗi trên Techstream với những lỗi mà hộp ECU thể hiện. Sau khi sử dụng pan điện tử xong trước khi tắt yêu cầu tắt các nút đánh pan (nối dây).
Pan 1: Khi đánh pan chân SIL.
Khi đánh tín hiệu SIL bị ngắt thì không sử dụng được phần mềm chẩn đoán techstream và không đọc được lỗi đồng thời khi đo kiểm chân SIL ta nhận được điện áp là 0V (hoạt động bình thường 9V – 12V).
Hình 4.2 - Giao diện phần mềm chẩn đoán techstream
Khi đánh pan chân SIL thì phần mềm chẩn đoán sẽ không kết nối được với ECU.
Hình 4.3 - Lỗi phần mềm không nhận được ECU
Pan 2: Khi đánh pan THW:
Trên màn hình chẩn đoán xuất hiện mã lỗi: P0118 - Engine Coolant Temperature Circuit Hight Input (Mạch nhiệt độ nước làm mát động cơ – tín hiệu vào cao).
Dữ liệu datalist đọc được khi có lỗi sẽ đưa ra giá trị -40oC nhận biết được mạch bị hở:
Đo kiểm khi nhận được lỗi: Vì pan được thiết kế là pan hở mạch đo điện áp chân THW và E2 sẽ nhận được giá trị 0V, đo giá trị điện trở sẽ chạy từ 0 đến 2150Ω (khi xoay núm).
Nguyên nhân xảy ra hư hỏng:
+ Do hở mạch hoặc ngắn mạch dây dẫn. + Do cảm biến bị hỏng.
Hình 4.5 - Dữ liệu datalist đọc được khi có lỗi sẽ đưa ra giá trị Coolant Temp -40oC
Hình 4.6 - Giá trị hiển thị sau khi xóa lỗi
Khi đã sửa chữa lỗi và phần mềm chẩn đoán không báo lỗi cảm biến nhiệt độ nước làm mát ta sẽ đo chân THW và mass sẽ nhận được giá trị 2.3V – 0.35V tương ứng với giá trị nhận được trên datalist trong khoảng là 21 – 108oC (khi xoay volume).
Pan 3: Khi đánh Pan VPA.
Trên màn hình chẩn đoán xuất hiện mã lỗi:
Throttle/ Padal Possition Sensor/Swithch “D” Circuit Low Input (Mạch cảm biến vị trí bàn đạp/ bướm ga/ công tắc “D” – tín hiệu thấp).
Hình 4.7 - Xuất hiện mã lỗi P2122
Khi đo kiểm sau khi đánh pan VPA sẽ là 0V, còn VTA2, VTA, VPA2 ta sẽ được các giá trị từ 0.8V – 3.4V.
Nguyên nhân xảy ra hư hỏng: + Do cảm biến bị hỏng.
+ Do hở mạch hoặc ngắn mạch dây dẫn, giắc nối.
Hình 4.8 - Xóa mã lỗi P2122
Khi đã sửa chữa lỗi và phần mềm chẩn đoán không báo lỗi cảm biến chân ga ta sẽ thấy VPA2 (1.61V – 3.69V), VTA2 (2.57V – 3.69V), VTA (0.51V – 2.55V), VPA (0.72V – 3.06V), tương ứng với các góc độ mở bướm ga trong khoảng 10 – 50%.
Pan 4: Khi đánh pan VTA.
Trên màn hình xuất hiện mã lỗi.
P0122 – Throttle/Pedal Position Sensor/Switch “A” Circuit Low InPut (Mạch cảm biến vị trí bàn đạp/ bướm ga/ công tắc)
Hình 4.9 - Xuất hiện mã lỗi P0122
- Khi đo kiểm sau khi đánh pan VTA sẽ là 0V, còn VTA2, VPA, VPA2 ta sẽ được các giá trị từ 0.51V – 3.6V.
- Dữ liệu datalist đọc được khi có lỗi sẽ đưa ra giá trị 0% nhận biết được mạch bị hở:
Hình 4.10 - Dữ liệu datalist đọc được khi Throttle có lỗi sẽ đưa ra giá trị 0 %.
- Nguyên nhân xảy ra hư hỏng: + Do cảm biến bị hỏng.
+ Do hở mạch hoặc ngắn mạch dây dẫn, giắc nối.
Hình 4.11 - Giá trị hiển thị sau khi xóa lỗi P0122
Khi đã sửa chữa lỗi và phần mềm chẩn đoán không báo lỗi cảm biến nhiệt độ khí nạp ta sẽ thấy VPA2 (1.61V – 3.69V), VTA2 (2.57V – 3.69V), VTA (0.51V – 2.55V), VPA (0.72V – 3.06V), tương ứng với các góc độ mở bướm ga trong khoảng 10 – 50%.
Pan 5: Khi đánh pan VG
Trên màn hình chẩn đoán xuất hiện mã lỗi.
P0102 – Air Folow Meter Circuit – (Mạch lưu lượng hay khối lượng khí nạp tín hiệu vào thấp).
Hình 4.12 - Xuất hiện mã lỗi P0102
Dữ liệu datalist đọc được khi có lỗi sẽ đưa ra giá trị 0.34 gm/sec hoặc bằng 0 ở giá tri MAF:
Hình 4.13 - Dữ liệu datalist đọc được khi MAF có lỗi sẽ đưa ra giá trị 0.34 gm/sec.
Đo kiểm khi nhận được lỗi: Vì pan được thiết kế là pan hở mạch nên đo điện áp chân VG và E2 sẽ nhận được giá trị 0V.
Nguyên nhân xảy ra hư hỏng:
+ Do hư cảm biến lưu lượng khí nạp.
+ Điện áp nguồn đến không đủ do đứt dây hoặc ngắn mạch. + Thiếu mass của cảm biến.
Hình 4.14 - Giá trị hiển thị sau khi xóa lỗi P0101
P0113 – Intake Air Temperature Circuit High Input (Mạch nhiệt độ khí nạp – tín hiệu vào cao).
Hình 4.15 - Xuất hiện mã lỗi P0113
- Dữ liệu datalist đọc được khi có lỗi sẽ đưa ra giá trị -40oC nhận biết được mạch bị hở:
Hình 4.16 - Dữ liệu datalist đọc được khi Intake Air có lỗi sẽ đưa ra giá trị -40oC
- Đo kiểm khi nhận được lỗi (pan được thiết kế là pan hở mạch): đo điện áp chân THA và E2 sẽ nhận được giá trị 0V, đo giá trị điện trở sẽ chạy từ 0 đến 2000 Ω (khi xoay volume).
- Nguyên nhân xảy ra hư hỏng:
+ Do cảm biến nhiệt độ khí nạp bị hư. + Do hở mạch hoặc ngắn mạch dây dẫn.
Hình 4.17 - Giá trị hiển thị sau khi xóa lỗi P0113
Khi đã sửa chữa lỗi và phần mềm chẩn đoán không báo lỗi cảm biến nhiệt độ khí nạp ta sẽ đo chân THA và mass sẽ nhận được giá trị 2.4V – 0.4V tương ứng với giá trị