Đề tài Tính toán lượng không khí nạp thời kỳ chạy không tải và thiết kế hệ thống điều khiển tốc độ không tải động cơ

.0789 0.024 10.1048 0.6986 90 20 5.7692 3.0789 0.024 10.1048 0.6986 90 21 5.7692 3.0789 0.024 10.1048 0.6986 90 22 5.7692 3.0789 0.024 10.1048 0.6986 90 23 5.7692 3.0789 0.024 10.1048 0.6986 90 24 5.7692 3.0789 0.024 10.1048 0.6986 90 25 5.7692 3.0789 0.024 10.1048 0.6986 90 26 5.7692 3.0789 0.024 10.1048 0.6986 90 27 5.7692 3.0789 0.024 10.1048 0.6986 90 28 5.7692 3.0789 0.024 10.1048 0.6986 90 29 5.0481 2.9449 0.023 9.5981 0.6581 85 30 5.0481 2.9537 0.023 9.5981 0.6581 85 31 5.0481 2.9537 0.023 9.5981 0.6581 85 32 5.0481 2.9537 0.023 9.5981 0.6581 85 33 5.0481 2.9537 0.023 9.5981 0.6581 85 34 5.0481 2.9537 0.023 9.5981 0.6581 85 35 5.0481 2.9537 0.023 9.5981 0.6581 85 36 5.0481 2.9537 0.023 9.5981 0.6581 85 37 5.0481 2.9537 0.023 9.5981 0.6581 85 38 5.0481 2.9537 0.023 9.5981 0.6581 85 39 5.0481 2.9537 0.023 9.5981 0.6581 85 Các đường đặc tính của động cơ. Hình 2.5 Nhận xét: Từ đồ thị các đường đặc tính làm việc của động cơ và của van điều khiển tốc độ không tải (Hình 2.5) ta thấy rằng, khi nhiệt độ của động cơ thấp sự thay đổi nhỏ của nhiệt độ dẫn đến sự thay đổi lớn về độ nhớt và do đó dẫn đến sự thay đổi lớn của các thông số đặc trưng cho hoạt động của động cơ cũng như van điều khiển tốc độ không tải. Khi nhiệt độ động cơ cao (lớn hơn 250C) thì sự thay đổi của nhiệt độ động cơ hầu như không làm thay đổi đến các thông số khác, mô men cản của đông cơ hầu như không thay đổi, lúc này động cơ và van điều khiển tốc độ không tải hoạt động ở chế độ ổn định. Số bước quay của động cơ bước được điều khiển từ ECU cũng không thay đổi. Chương III: Viết chương trình tính toán lưu lượng không khí nạp thời kỳ chạy không tải và mô phỏng quá trình hoạt động của van (Viết bằng ngôn ngữ lập trình delphi 6.0) Giới thiệu về ngôn ngữ lập trình Delphi 6.0 và các ngôn ngữ lập trình khác. Ngôn ngữ lập trình Delphi 6.0 ra đời năm 2001 được xây dựng bởi công ty BorLand và được sử dụng trong Bộ quốc phòng Mỹ. Đây là ngôn ngữ lập trình phát triển ứng dụng nhanh, phát triển từ ngôn ngữ lập trình hướng đối tượng Pascal và kế thừa tính lập trình hướng đối tượng từ ngôn ngữ C++, có tốc độ biên dịch rất nhanh thuộc loại bậc nhất của thế giới chạy được trên nền Windows, Linux. Về cơ bản thì ngôn ngữ lập trình Delphi 6.0 thao tác lập trình như ngôn ngữ lập trình Visual Basic chỉ khác là Delphi dựa trên mã nguồn ngôn ngữ Pascal, còn Visual Basic dựa trên mã nguồn ngôn ngữ Basic. Delphi có lợi thế là ngôn ngữ biên dịch còn Visual Basic là ngôn ngữ thông dịch, tốc độ thông dịch của Visual Basic rất chậm không thích hợp với các chương trình có hỗ trợ đồ hoạ mức độ phức tạp. Năm 1999 Ngôn ngữ lập trình Delphi 5.0 (Phiên bản trước của Delphi 6.0) được thế giới bầu chọn là ngôn ngữ lập trình phát triển ứng dụng nhanh nhất, thứ tư là Visual Basic... Nếu như trước đây ngôn ngữ lập trình Visual Basic được mệnh danh là visual của các ngôn ngữ thì giờ đây Delphi là visual của Visual Basic. Tuy nhiên Visual Basic có sự hậu thuẫn rất lớn đó là tập đoàn khổng lồ Microsoft cho nên rất khó đánh đổ được ngôn ngữ Visual Basic. Cơ sở lý thuyết lập trình. Việc viết phần mềm đòi hỏi tuân theo các tiêu chuẩn nhất định để nâng cao chất lượng chương trình đồng thời cũng để phối hợp với các chương trình khác một cách thống nhất, sau đây là một số tiêu chuẩn để viết phần mềm một cách chuyên nghiệp. Các tiêu chí đánh giá một chương trình. Đáp ứng được các yêu cầu đặt ra. Đơn giản, súc tích. Dễ sử dụng, giao diện phù hợp, kết cấu ngắn gọn, trên cùng một giao diện không nên quá nhiều mầu sắc quá thông thường dùng 3 mầu sắc là phù hợp. Gom các giao diện lại với nhau nếu có thể được. Dễ bảo trì, nâng cấp, sửa chữa. Chứa ít lỗi tiềm tàng. Độ an toàn và độ tin cậy cao Dễ kiểm tra, kiểm thử Chi phí về thời gian và tài chính không vượt quá 30% dự kiến ban đầu. Kiến trúc phần mềm, cấu trúc thiết kế dễ hiểu, dễ triển khai được bằng lập trình Độ phức tạp càng thấp càng tốt. Thời gian quay vòng ngắn Giá thành không vượt quá ước tính ban đầu. Chọn ngôn ngữ lập trình không quá phức tạp chỉ cần đáp ứng được yêu cầu đặt ra và ngôn ngữ chọn không được quá cổ điển. Các bước khi phân tích chương trình. Phát hiện các yêu cầu phần mềm kết quả phải ở các dạng dưới đây: Bảng kê các đòi hỏi và các chức năng khả thi của chương trình. Mô tả môi trường kỹ thuật của phần mềm. Bảng kê tập hợp các kịch bản sử dụng của phần mềm Bảng kê phạm vi ứng dụng của phần mềm. Các nguyên mẫu xây dựng, phát triển hay sử dụng. Danh sách nhân sự tham gia vào quá trình phát hiện các yêu cầu phần mềm, kể cả các nhân sự từ phía công ty – khách hàng. Phân tích và thương lượng: Phân tích yêu cầu phần mềm và sắp xếp chúng theo các nhóm liên quan. Khảo sát tỷ mỷ từng yêu cầu phần mềm trong mối liên hệ với các phần mềm khác. Thẩm định yêu cầu phần mềm theo các tính chất: Phù hợp. Đầy đủ. Rõ ràng. Không trùng lặp. Phân tích các yêu cầu phần mềm dựa trên nhu cầu và đòi hỏi của đối tác. Thẩm định từng yêu cầu phần mềm xem chúng có thực hiện được trong môi trường kỹ thuật hay không. Thẩm định các rủi ro có thể xẩy đối với từng yêu cầu phần mềm. Đánh giá (tương đối) giá thành và thời gian thực hiện của từng yêu cầu phần mềm trong giá thành sản phẩm phần mềm và thời gian thực hiện phần mềm. Giải quyết các bất đồng về yêu cầu phần mềm với đối tác dựa trên cơ sở thảo luận và thương lượng các yêu cầu đề ra. Đặc tả yêu cầu phần mềm phải đảm bảo được các tiêu thức sau. Tính rõ ràng chính xác. Tính phù hợp. Tính đầy đủ, hoàn thiện. Các nguyên tắc thiết kế chương trình. Không có trạng thái mờ, để đảm bảo thiết kế cấu trúc trong đúng đắn. Ngôn ngữ lập trình phù hợp. Triển khai đúng đắn đặc tả chức năng mô đun và chương trình nhờ phương pháp luận thiết kế chi tiết. Dùng quy trình thiết kế dễ chuẩn hoá từng bước. Các nguyên tắc khi viết một chương trình. Một chương trình nên viết theo hướng mô đun. Mỗi một mô đun phải được biên dịch độc lập được bao nhiêu càng tốt. Mỗi một mô đun nên chỉ thực hiện một chức năng nhất định, không nên thực hiện nhiều chức năng trong cùng một mô đun. Phân chia mô đun lớn thành từng mô đun nhỏ đến khi nào không thể phân chia nhỏ hơn được nữa thì thôi. Các mô đun phải có tính tích hợp được với nhau. Các mô đun phải có tính liên tục (Bao quát phạm vi nó xử lý). Các mô đun phải có tính bảo vệ cao. Một mô đun tốt nhất thường nhỏ hơn 50 dòng lệnh. Để phân rã phần mềm thành các mô đun tốt nhất cần tuân theo nguyên lý che dấu thông tin, tức là mô đun này nên ẩn kín đối với mô đun kia. Khi nhiều đoạn chương trình giống nhau thì có thể đưa vào một mô đun và đưa thêm tham số truyền cho mô đun đó. Các phương pháp luận cho từng pha lập trình. Để viết một chương trình có hiệu quả thì nên tuân thủ một số mô hình nhất định, sau đây là một số mô hình. Mô hình tuyến tính Thực hiện lần lượt từ khâu phân tích, thiết kế, lập trình kiểm thử, thực hiện song khâu trước mới chuyển sang làm khâu tiếp theo. Đây là mô hình dễ hiểu hay được áp dụng nhất, mô hình này thường áp dụng cho các chương trình cỡ lớn, thông thường các chương trình cỡ nhỏ và trung bình thì không áp dụng mô hình này, vì ít khi xác định được hết các yêu cầu đặt ra, nếu làm theo mô hình này thì yêu cầu phải có lòng kiên nhẫn cao, không vội vàng. Mô hình chế thử. Khi không rõ mục đích chung, chưa rõ chi tiết đầu vào hay xử lý đầu ra. “Dùng như hệ sơ khai” để thu thập yêu cầu của người dùng (cũng như yêu cầu đặt ra của thầy giáo khi làm đồ án tốt nghiệp). Các giải thuật kỹ thuật dùng làm bản mẫu có thể chưa nhanh, chưa tốt, miễn là có mẫu để thảo luận gợi ý yêu cầu của người dùng. Mô hình phát triển ứng dụng nhanh. Là quy trình phát triển phần mềm gia tăng, tăng dần từng bước, với mỗi chu kỳ phát triển rất ngắn. Mô hình này đòi hỏi cần có nguồn nhân lực dồi dào để tạo các nhóm cho các chức năng chính. Yêu cầu hai bên giao kèo trong thời gian ngắn, phải có phần mềm hoàn chỉnh, nếu thiếu trách nhiệm của một bên thì có thể gây đổ vỡ dự án. Mô hình này không phải tốt cho mọi ứng dụng, nhất là những ứng dụng không thể mô đun hoá, hoạc đòi hỏi tính năng cao. Mạo hiểm kỹ thuật cao thì không nên dùng mô hình này. Các mô hình tiến hoá. Phần lớn các hệ lớn đều tiến hoá theo thời gian, môi trường thay đổi yêu cầu phát sinh thêm,hoàn thiện thêm tính năng chức năng. Các mô hình tiến hoá có tính lặp lại, các kỹ sư phần mềm tạo ra các phiên bản ngày càng hoàn thiện hơn, phức tạp hơn. Mô hình gia tăng. Kết hợp mô hình tuần tự và ý tưởng lặp lại của chế bản mẫu. Sản phẩm lõi với những yêu cầu cơ bản nhất, của hệ thống được phát triển. Các chức năng với những yêu cầu khác được phát triển thêm sau (gia tăng). Lập lại quy trình để hoàn thiện dần. Mô hình xoắn ốc. Đây là mô hình tốt cho phần mềm quy mô lớn, dễ kiểm soát các mạo hiểm ở các mức tiến hoá khó có thể thuyết phục được đối tác là mô hình có thể kiểm soát được. Chưa được dùng rộng rãi như các mô hình tuyến tính hay chế thử. Mô hình theo thành phần. Gắn với những công nghệ hướng đối tượng qua việc tạo ra các lớp với những dữ liệu và giải thuật xử lý dữ liệu. Có nhiều tương đồng với mô hình xoắn ốc. Với ưu điểm tái sử dụng các thành phần qua việc tái sử dụng, tiết kiệm được 70% thời gian, 80% giá thành Nhận xét: Nếu không có phương pháp mô tả rõ ràng, định nghĩa yêu cầu cụ thể thì trong khi lập trình dễ phát sinh các trục chặc. Nếu không có phương pháp luận thiết kế nhất quán mà thiết kế theo cách riêng thì sẽ dẫn đến suy giảm chất lượng chương trình. Nếu không kiểm thử tính đúng đắn ở từng giai đoạn mà chỉ kiểm thử ở giai đoạn cuối và phát hiện ra lỗi thì chương trình được coi là chưa đáp ứng được yêu cầu. Các khâu phân tích, thiết kế, lập trình phải rõ ràng, Không nên quá coi trọng vào lập trình, nếu coi trọng lập trình quan trọng hơn khâu thiết kế thì sẽ làm giảm chất lượng chương trình. Các mô đun phân chia theo chiều dọc thì mức độ phức tạp tăng dần, phân chia theo chiều ngang thì quy mô lớn dần, phải lựa chọn phân chia theo ngang và chiều dọc sao cho phù hợp nhất, thông thường thì ta phân chia theo chiều dọc đến cấp 7 Cấu trúc mô đun thiết kế sao cho bè ở phía trên và thu lại dần ở phía dưới là tốt nhất (nguyên lý hình bình hành). Nên lựa chọn ngôn ngữ lập trình thông dụng hiện nay như: Visual Basic, Java, Delphi, Visual C++,... Phân tích và thiết kế chương trình. Phân tích chương trình. Nhiệm vụ của chúng ta là phải tính ra được lượng không khí nạp vào cho động cơ để sao cho công suất phát ra của động cơ luôn lớn hơn hoặc bằng công suất cản. Tính công suất động cơ theo công thức. Trong đó: i – Số xy lanh động cơ (Đã biết). n – Tốc độ động cơ (Đã biết). t - Số kỳ động cơ (Đã biết). Pi - áp suất chỉ thị Trung bình. Nhiệm vụ của ta là phải tính được giá trị Pi áp suất chỉ thị trung bình theo công thức. Pi = Pi’.ji. Trong đó: ji - Hệ số hiệu đính đồ thị công (Tự chọn). Pi’ - áp suất chỉ thị trung bình lý thuyết. Ta tính giá trị của các thông số chưa biết cho đến khi các thông số đã có trước hoặc các thông số tự chọn. Tiếp tục quá trình trên ta sẽ thành lập được quy trình tính toán (Hình 3.1). Hình 3.1. Phân tích chương trình. Thiết kế chương trình. Từ quy trình tính toán trên ta thiết lập được thông số đầu vào, đầu ra cho chương trình (Hình 3.2). đầu tiên ta tính Công suất phát ra của động cơ sao cho lớn hơn hoặc bằng công suất cản động cơ ứng với giá trị đó ta sẽ chọn được các giá trị thông số đầu vào thích hợp trong đó quan trọng nhất là thông số đầu vào áp suất nạp Pa Tiếp theo để mô phỏng được hoạt động của van điều khiển tốc độ không tải của động cơ thì ta phải xây dựng được bảng số liệu độ nhớt phụ thuộc vào nhiệt độ. Khi nhiệt độ thay đổi dẫn đến độ nhớt thay đổi, làm cho công suất cản của động cơ thay đổi khi công suất cản thay đổi, muốn cho động cơ hoạt động được thì ta phải điều chỉnh các thông số đầu vào cụ thể là áp suất nạp để sao cho công suất của động cơ luôn lớn hơn hoặc bằng công suất cản. Khi áp suất nạp của động cơ thay đổi dẫn đến lượng không khí đi qua van điều khiển tốc độ không tải thay đổi làm cho độ mở van thay đổi dẫn đến số bước của động cơ bước thay đổi (được điều khiển từ ECU) từ đó ta vẽ được các đường đặc tính của Van điều khiển tốc độ không tải và các đặc tính khác của động cơ. . Chương trình được chia làm 3 mô đun Mô đun chính. Tính lượng không khí nạp vào cho động cơ sao cho công suất phát ra của động cơ lơn hơn hoặc bằng công suất cản của động cơ, và tính các thông số khác đặc chưng cho hoạt động của động cơ. Mô đun xây dựng số liệu. Xây dựng số liệu độ nhớt phụ thuộc vào nhiệt độ theo 3 cách: Từ đồ thị. Từ file. Mặc định sẵn. Mô đun Mô phỏng hoạt động. Mô phỏng hoạt động của van điều khiển tốc độ của động cơ phụ thuộc vào nhiệt độ và vẽ các đường đặc tính của động cơ. Toàn bộ các thông số vào ra trong chương trình được trình bầy trong sơ đồ sau. Hình 3.2 Thiết kế chương trình. Chương trình. Chương trình tính được cho tất cả các động xăng cơ 4kỳ, 4xylanh. Tính toán các thông số chính. Khi chạy chương trình sẽ xuất hiện giao diện như (Hình 3.3). Phía bên trái giao diện là các thông số đầu vào, Phía bên phải giao diện là các thông số đầu ra quan trọng nhất của hai thông số đầu ra là: Công suất phát ra của động cơ (Ni) và công suất cản động cơ (Nc). Dùng chuột điều chỉnh các thông số đầu vào sao cho Ni >= Nc. Nếu muốn xem ký hiệu các thông số là gì thì ta chỉ cần di chuột vào vị trí của thông số đó khi đó xuất hiện thông báo chỉ dẫn tên gọi thông số đó. Giai đoạn chạy này chỉ tính cho một chế độ làm việc không tải nhất định của động cơ để tính cho toàn bộ chế độ làm việc không tải của động cơ phụ thuộc vào nhiệt độ ta phải cho chương trình chạy các bước tiếp theo. Hình 3.3 Xây dựng số liệ độ nhớt phụ thuộc vào nhiệt độ. Tích chuột vào nút “xây dựng số liệu” màn hình sẽ suất hiện giao diện con (Hình 3.4) cho phép xây dựng số liệ từ 3 cách. Hình 3.4 Cách 1: Bạn chọn mục “Xây dựng từ đồ thị”. Nếu chọn mục này thì màn hình sẽ có giao diện như (Hình 3.5). Phương pháp này sử dụng đồ thị thực tế để xây dựng số liệu để có được số liệu chuẩn thì ta phải vẽ lại toàn bộ đồ thị thực tế. Từ đồ thị ta vẽ được đó ta có thể chia nhỏ được các khoảng chia nhiệt đô tuỳ ý. Để vẽ được đồ thị mới từ đồ thị cũ thì ta phải xác định được gốc đồ thị mới và Các hệ số tỷ lệ cho trục hoành (trục nhiệt độ) và trục tung (trục độ nhớt). Tích vào nút “Gốc 1” xuất hiện điểm mầu đỏ, đưa chuột vào điểm mầu đỏ nhấp nháy và tích chuột trái vào đó để chọn gốc 1 Tích vào nút gốc 2 và chỉ chuột trái vào điểm nhấp nháy mầu đỏ để chọn gốc 2. Tích vào nút “Nguy X” và chỉ chuột trái vào điểm nhấp nháy ta sẽ được hệ số tỷ lệ theo phương x. Tích vào nút “Nguy Y” ta sẽ và chỉ chuột trái vào điểm nhấp nháy mầu đỏ ta sẽ được hệ số tỷ lệ theo phương y. Tích vào nút “Các điểm” thấy các điểm nhấp nháy màu đỏ sau đó chỉ chuột trái vào từng điểm mầu đỏ (các điểm này dùng để vẽ đồ thị mới). Hình 3.5 Tích chuột vào nút “OK” ta sẽ được giao diện như (Hình 3.5), trên giao diện này ta xây dựng độ nhớt phụ thuộc vào nhiệt độ bằng cách chia trục nhiệt độ ra thành các đoạn có độ lớn 10. Sau khi đồ thị chạy song nếu có muốn sếp vào file để tiện dùng, lần sau không phải chạy lại thì tích vào nut “Save”. Hình 3.5 Cách 2: Bạn chỉ cần chọn mục “Xây dựng từ file”. Theo cách này bạn chỉ cần chỉ đường dẫn đến file số liệu độ nhớt phụ thuộc vào nhiệt độ (thông thường file này được ghi trong các lần chạy trước đó). Cách 3: Bạn chọn mục “Mặc định sẵn”. Trong mục này số liệu đã được mặc định sẵn. Chú ý: Thông thường thì ta nên làm theo cách 3 để giảm thời gian tính. Mô phỏng quá trình hoạt động của van và vẽ các đồ thị đặc tính. Sau khi xây dựng được số liệu độ nhớt phụ thuộc vào nhiệt độ trở về giao diện chính và tích vào nút “Mô phỏng hoạt động”. Trên màn hình sẽ xuất hiện giao diện như (Hình 3.6). Hành trình lên xuống của van đúng bằng giá trị tính được (h) Chỉ cần Tích vào nút “Start”. Trong quá trình hoạt động bạn có thể Tích chuột phải vào Hình bên trái giao diện để mô phỏng hoạt động của van trên không gian 3 chiều., và nếu thu nhỏ giao diện này thì sẽ thấy các thông số trên giao diện chính đang tự động tính các thông số đầu vào. Sau khi hoạt động song, nếu muốn ghi lên file bảng số liệu các thông số thì tích vào nút “Save”, còn nếu muốn ghi đồ thị các đường đặc tính thì tích chuột phải vào hình bên phải và chọn “Save”. Hình 3.6 Chương iV: xây dựng mô hình Sơ đồ điều khiển & thiết kế mạch điều khiển Xây dựng mô hình điều khiển. Mô hình điều khiển tốc độ không tải động cơ Audi 2.0. Hình 4.1 Khi vị trí bướm ga đóng gần như hoàn toàn (tín hiệu lấy từ cảm biến vị trí bướm ga) thì ECU xác định được đây là quá trình hoạt động của động cơ thời kỳ không tải, tuỳ theo tốc độ không tải của động cơ và nhiệt độ động cơ được đưa vào bộ vi xử lý, ECU sẽ tính được tần số xung phát ra (từ bảng số liệu trong bộ nhớ của ECU) để đưa tín hiệu điều khiển đến động cơ bước, làm cho động cơ bước quay chính xác số bước, từ động cơ bước được dẫn động đến van điều khiển tốc độ không tải, biến chuyển động quay thành chuyển động tịnh tiến của van, van được mở ra để cho không khí đi qua van vào động cơ. Tuỳ theo lượng không khí được nạp vào cho động cơ thì ECU sẽ điều khiển vòi phun để phun lượng nhiên liệu thích hợp và điều khiển thời điểm phun, góc đánh lửa sớm. Hìh 4.2 Trong quá trình làm việc khi bật công tắc điều hoà nhiệt độ hay công tắc đèn phanh thì tải trọng tăng lên, dẫn đến số vòng quay động cơ giảm để cho số vòng quay của động cơ luôn ổn định thì ECU phải điêù khiển phun thêm một lượng nhiêun liệu, lượng phun thêm này cao hơn phải phù hợp để đảm bảo nguyên lý hôi tụ như (Hình 4.2) Xây dựng sơ đồ điều khiển điều khiển. Từ mô hình điều khiển ta xây dựng được sơ đồ điều khiển. Hình 4.3 Khi nhiệt độ thay đổi hoặc các nhiễu loạn khác (Bật máy điều hoà nhiệt độ, khi đánh lái), dẫn đến tải trọng động cơ thay đổi làm cho tốc độ động cơ thay đổi, Bộ vi xử lý sẽ lấy tín hiệu từ các cảm biến điều khiển lượng không khí nạp qua van , lượng nhiên liệu được phun ra và góc đánh lửa sớm. Khi đó tốc độ động cơ được điều khiển, từ tốc độ động cơ được phản hồi trở lại. Quá trình điều khiển được lặp lại và tốc độ động cơ được ổn định tuân theo nguyên lý hội tụ sau. Hình 4.4 Phạm vi dao động tốc độ không vượt quá 10 (v/ph) Thiết kế mạch điều khiển. Từ mô hình điều khiển và thuật giải điều khiển ta thiết kế mạch điều khiển sau: Hình 4.5. Thiết kế mạch điều khiển., - M : Bộ khuếch đại. - ADC : Biến đổi tín hiệu tương tự (Ananog) thành tín hiệu số (Digital) - DAC: Biến đổi tín hiệu số thành tín hiệu xung. Các cảm biến (cảm biến nhiệt độ động cơ, cảm biến vị trí bướm ga, cảm biến tốc độ độ cơ) dùng để đưa tín hiệu điều khiển đến ECU, Do ECU chỉ làm việc được với tín hiệu số nên trước khi đưa vào ECU xử lý ta phải chuyển đổi tín hiệu tương tự sang tín hiệu số và có thêm bộ khuếch đại sau khi các tín hiệu được xử lý và tính toán xong các tín hiệu từ ECU được đưa tới các cơ cấu chấp hành (Trong điều khiển hệ thống không tải thì cơ cấu chấp hành là động cơ bước), do các cơ cấu chấp hành chỉ làm việc được với các tín hiệu xung do đó ta phải chuyển đổi từ tín hiệu số (được đưa ra từ ECU) thành tín hiệu xung. Tín hiệu đưa tới động cơ bước dùng 4 dây để điều khiển, các cuộn dây trong stato động cơ bước được điều khiển lần lượt để tạo ra các sức từ động tổng được sinh ra trong động cơ bước dịch chuyển từng góc nhất định từ đó động cơ bước sẽ quay được số bước ứng với chiều quay của sức từ động tổng (sao cho từ trở nhỏ nhất). Chương V: lựa chọn cảm biến Những Nguyên lý cơ bản và đặc trưng đo lường Các đại lượng vật lý là đối tượng đo lường như nhiệt độ, áp suất … được gọi là các đại lượng cần đo m. Sau khi tiến hành các công đoạn thực nghiệm để đo m ta nhận được đại lượng điện tương ứng ở đầu ra. Đại lượng điện này cùng với sự biến đổi của nó chứa đựng tất cả các thông tin cần thiết để nhận biết m, việc đo đạc m thực hiện được là nhờ sử dụng các cảm biến. Cảm biến là một thiết bị chịu tác động của đại lượng cần đo m không có tính chất điện và cho ta một đặc trưng mang bản chất điện như (điện tích, điện áp, dòng điện hoặc trở kháng) ký hiệu là s. Đặc trưng điện s là hàm của đại lượng cần đo m S = f(m) Hình 5.1 Trong đó: S là đại lượng đầu ra hoặc phản ứng của cảm biến và m là đại lượng đầu vào hay kích thích (có nguồn gốc là đại lượng cần đo). Việc đo đạc s cho biết nhận biết giá trị của m Một trong các vấn đề quan trọng của việc sử dụng cảm biến là làm sao cho độ nhạy của chúng không đổi nghĩa là độ nhạy ít phụ thuộc nhất vào các yếu tố như giá trị đại lượng cần đo m (độ tuyến tính),tần số thay đổi của nó (dải thông), thời gian sử dụng (độ già hoá) và ảnh hưởng của các đại lượng vật lý khác (không phải là đại lượng đo) của môi trường xung quanh. Vì cảm biến là một phần tử của mạch điện nên có thể coi cảm biến như một máy phát trong đó s là điện tích, điện áp hay dòng điện và như vậy ta có cảm biến dạng tích cực gọi tắt là cảm biến tích cực như cảm biến áp suất đường ống nạp, cảm biến thời điểm G, NE, kích nổ... Như một trở kháng, trong đó s là điện trở, trở kháng hay điện dung, trường hợp này ta có loại cảm biến thụ động như cảm biến nhiệt độ nước, nhiệt độ khí nạp ... Khi dùng cảm biến để xác định một đại lượng cần đo, không phải chỉ có một đại lượng này tác động nên cảm biến, trên thực tế ngoài đại lượng cần đo còn có nhiều đại lượng vật lý khác có thể gây tác động ảnh hưởng đến tín hiệu đo. Những đại lượng như vậy gọi là đại lượng ảnh hưởng hoặc đại lượng gây nhiễu. Thí dụ như nhiệt độ là đại lượng gây nhiễu của cảm biến áp suất... Sai số cho phép đo là hiệu số giữa giá trị thực và giá trị đo được. Sai số phép đo chỉ có thể đo được đánh giá một cách ước tính bởi vì không thể biết giá trị thực của đại lượng đo. Khi đánh giá sai số thường phần làm hai loại bao gồm sai số hệ thống và sai số ngẫu nhiên, ví dụ như ta đo một đại lượng đã biết trước giá trị thực của nó. Nếu như giá trị trung bình của các giá trị đo được luôn lệch khỏi giá trị thực không phụ thuộc vào số lần đo liên tiếp thì ta nói trong trường hợp này có sai số hệ thống, còn sai số ngẫu nhiên của phép đo là sai số mà xuất hiện cũng giống như dấu và biên độ của chúng mang tính không xác định. Một số nguyên nhân của sai số ngẫu nhiên có thể đoán được nhưng độ lớn của chúng thì không thể biết trước. Dưới đây ta chỉ xét và đánh giá riêng các đại lượng trên của từng loại cảm biến sử dụng trong động cơ Audi 2.0 Cảm biến tốc độ quay và cảm biến thời điểm. Hai cảm biến này gửi về ECU hai tín hiệu, tín hiệu thời điểm mang thông tin về thời điểm bắt đầu góc đánh lửa sớm của từng xy lanh, và tín hiệu vòng quay cho ECU biết tốc độ động cơ cho quá trình tính toán lượng nhiên liệu phun và góc đánh lửa sớm. Đối với những động cơ điều khiển phun xăng theo nhóm hoặc điều khiển đánh lửa không chia điện thì cần thêm tín hiệu mang thông tin về thời điểm của xy lanh thứ nhất. Hình 5.2 Đối với hệ thống phun xăng của động cơ Audi 2.0 việc điều khiển phun nhiên liệu theo kiểu đồng loạt và điều khiển đánh lửa sử dụng bộ chia điện nên không có tín hiệu thời điểm xy lanh thứ nhất. Chỉ có tín hiệu thời điểm đánh lửa của bốn xy lanh và tín hiệu tốc độ động cơ có 24 xung một vòng quay trục cam, cả tín hiệu này được lấy từ hai cảm biến từ điện đặt trong bộ chia điện (Hình 5.2) là dạng vấu và dạng tín hiệu của cảm biến thời điểm và tốc độ của hệ thống phun động cơ Audi 2.0 Trên trục quay của đencô được gắn các vấu sắt, cảm biến là một loại dây quấn trên một lõi nam châm, khi trục quay làm các vấu cam quét qua cảm biến, từ trở mạch từ của cuộn dây biến thiên một cách tuần hoàn làm suất hiện trong cuộn dây một suất điện động một suất điện động có tỷ lệ với tốc độ quay. Biên độ E của suất điện động trong cuộn dây phụ thuộc chủ yếu vào hai yếu tố là khoảng cách và tốc độ quay, khoảng cách của cuộn dây với các vấu sắt chính là khe từ, khoảng cách cang lớn thì biên độ của suất điện động càng nhỏ, thông thường sự thay đổi khoảng cách này không vượt quá 0,2 á 0,4 mm tốc độ quay tỷ lệ thuận với biên độ của suất điện động, khi tốc độ quay rất nhỏ biên độ sẽ quá bé để có thể phát hiện được nó, do vậy vùng tốc độ chết là vùng mà ở đó không thể đo được suất điện động. Vùng này càng rộng khi khe từ càng lớn. Dải đo của cảm biến từ điện phụ thuộc vào số răng của đĩa, tốc độ tối thiểu Vmin có thể đo được sẽ nhỏ khi số răng lớn, tốc độ tối đa Vmax có thể đo được càng lớn khi số răng cang nhỏ. Sai số của loại cảm biến này thường chỉ là sai số về vị trí tương đối giữa các vấu, các vấu không đều nhau sẽ dẫn đến việc điều khiển thời điểm không ổn định đối với từng máy, sai số này do nhà sản suất trong quá trình đúc gây ra Trong quá trình điều khiển hoạt động của hệ thống không tải nếu cảm biến này bị hỏng thì không có tín hiệu về tốc độ quay của động cơ, lúc này ECU hiểu rằng đây là thời kỳ máy không hoạt động (tốc độ bằng không) thì sẽ không có lượng nhiên liệu được phun cho động cơ và động cơ sẽ ngừng hoạt động. Cảm biến nhi