Luận văn: Thiết kế bộ điều khiển mờ chẩn đoán hệ thống nhiên liệu Common Rail

Luận văn trình bày phương pháp thiết kế bộ điều khiển mờ ứng dụng chẩn đoán hư hỏng hệ thống nhiên liệu Common Rail trên xe lu Hamm một cách hiệu quả.

Chuyên ngành

Kỹ thuật Cơ khí

Người đăng

Ẩn danh

Thể loại

Đồ án tốt nghiệp

2019

110
1
0

Phí lưu trữ

35 Point

Tóm tắt

I. Khám phá hệ thống Common Rail trên xe lu Hamm Wirtgen

Xe lu Hamm, một sản phẩm chủ lực của Wirtgen Group, là loại máy công trình không thể thiếu trong các dự án xây dựng hạ tầng quy mô lớn. Để đáp ứng các tiêu chuẩn khí thải khắt khe và yêu cầu hiệu suất cao, các dòng xe lu hiện đại được trang bị hệ thống phun dầu điện tử Common Rail. Hệ thống này là một bước tiến vượt bậc so với các hệ thống bơm-vòi phun truyền thống. Nguyên lý cốt lõi của Common Rail là duy trì một áp suất nhiên liệu cực cao và ổn định trong một ống phân phối chung (rail), sau đó phân phối đến từng kim phun điện tử một cách độc lập. Hệ thống điều khiển điện tử ECU (Electronic Control Unit) đóng vai trò là bộ não, tiếp nhận tín hiệu từ hàng loạt cảm biến để tính toán và ra lệnh cho kim phun hoạt động với độ chính xác đến từng micro giây. Cấu trúc này giúp tối ưu hóa quá trình cháy, tăng công suất, giảm tiêu hao nhiên liệu và hạn chế ô nhiễm môi trường. Động cơ DEUTZ TCD 2012 L04 2V, thường được trang bị trên xe lu Hamm 3412, là một ví dụ điển hình về việc ứng dụng thành công công nghệ Common Rail. Việc hiểu rõ cấu tạo và nguyên lý vận hành của hệ thống này là nền tảng cơ bản để tiến hành bảo dưỡng xe lu Hamm và thực hiện các quy trình chẩn đoán phức tạp.

1.1. Cấu tạo và nguyên lý của hệ thống phun dầu điện tử

Hệ thống phun dầu điện tử Common Rail bao gồm ba cụm chính: cụm cung cấp nhiên liệu áp suất thấp, cụm tạo áp suất cao, và cụm điều khiển điện tử. Cụm áp suất thấp có nhiệm vụ hút nhiên liệu từ bình chứa, lọc sạch và đẩy đến bơm cao áp. Cụm cao áp, với thành phần trung tâm là bơm cao áp Common Rail, sẽ nén nhiên liệu lên áp suất cực lớn (có thể trên 1800 bar) và tích trữ trong ống rail. Ống rail hoạt động như một bình tích áp, đảm bảo áp suất luôn ổn định cho tất cả kim phun. Cuối cùng, hệ thống điều khiển điện tử ECU sẽ quyết định thời điểm và thời lượng phun dựa trên phân tích tín hiệu cảm biến như cảm biến áp suất rail, cảm biến vị trí trục khuỷu, cảm biến bàn đạp ga và nhiều thông số khác. Nguyên lý này cho phép chia nhỏ quá trình phun thành nhiều giai đoạn (phun mồi, phun chính, phun trễ), giúp nhiên liệu hòa trộn tốt hơn và quá trình cháy diễn ra êm dịu, hiệu quả.

1.2. Vai trò của bơm cao áp và kim phun điện tử hiện đại

Bơm cao áp Common Rail là trái tim của hệ thống, chịu trách nhiệm tạo ra áp suất nhiên liệu khổng lồ. Các loại bơm phổ biến như Bosch CP3 thường có 3 piston hướng kính, được dẫn động bởi trục cam của động cơ để hoạt động. Lượng nhiên liệu vào bơm được điều khiển bởi một van điều áp SCV (Suction Control Valve), cho phép ECU điều chỉnh áp suất trong rail một cách linh hoạt. Trong khi đó, kim phun điện tử là cơ cấu chấp hành tinh vi nhất. Không giống kim phun cơ khí, nó được điều khiển bằng tín hiệu điện từ ECU. Một solenoid hoặc tinh thể áp điện sẽ mở van kim, cho phép nhiên liệu áp suất cao được phun vào buồng đốt dưới dạng sương mù. Độ chính xác của kim phun ảnh hưởng trực tiếp đến hiệu suất và tuổi thọ của động cơ.

1.3. Tìm hiểu thông số kỹ thuật xe lu Hamm và động cơ Deutz

Để chẩn đoán chính xác, việc nắm rõ thông số kỹ thuật xe lu Hamm là yêu cầu bắt buộc. Ví dụ, model Hamm 3412 có trọng lượng vận hành khoảng 12,2 tấn, sử dụng động cơ DEUTZ TCD 2012 L04 2V, 4 xy-lanh, công suất 100kW tại 2300 vòng/phút, và đáp ứng tiêu chuẩn khí thải EU Stage IIIA / EPA Tier 3. Việc biết các thông số định mức về áp suất rail, tần số rung, tốc độ di chuyển... giúp kỹ thuật viên thiết lập các ngưỡng chẩn đoán và so sánh với giá trị thực tế đo được. Hiểu biết về đặc tính động cơ Deutz cũng rất quan trọng trong việc sửa chữa động cơ Deutz, vì mỗi nhà sản xuất có những mã lỗi và quy trình xử lý riêng biệt.

II. Thách thức khi chẩn đoán Common Rail xe lu Hamm truyền thống

Việc bắt bệnh động cơ diesel công nghệ Common Rail trên xe lu Hamm đặt ra nhiều thách thức không nhỏ cho các kỹ thuật viên. Sự phức tạp của hệ thống điều khiển điện tử ECU và mạng lưới cảm biến dày đặc đòi hỏi kiến thức chuyên sâu và trang thiết bị hiện đại. Các phương pháp chẩn đoán truyền thống dựa trên kinh nghiệm cảm quan (nghe tiếng gõ, nhìn khói) ngày càng trở nên kém hiệu quả trước những hư hỏng hệ thống nhiên liệu tinh vi. Ngay cả khi sử dụng các máy chẩn đoán đa năng, kỹ thuật viên thường chỉ nhận được các mã lỗi chung chung (DTC - Diagnostic Trouble Codes) mà không có sự phân tích sâu về mối quan hệ nhân quả giữa các triệu chứng. Chẳng hạn, một mã lỗi về áp suất rail thấp có thể do nhiều nguyên nhân gây ra: bơm cao áp yếu, rò rỉ kim phun, hỏng cảm biến áp suất rail, hoặc lỗi van SCV. Việc xác định chính xác nguyên nhân gốc rễ đòi hỏi một quy trình kiểm tra tuần tự, tốn nhiều thời gian và chi phí, đôi khi phải tháo rời các bộ phận không cần thiết. Do đó, nhu cầu về một thuật toán chẩn đoán thông minh để tối ưu hóa quy trình chẩn đoán là vô cùng cấp thiết trong ngành bảo dưỡng xe lu Hamm.

2.1. Phân loại các hư hỏng hệ thống nhiên liệu diesel thường gặp

Các hư hỏng hệ thống nhiên liệu Common Rail rất đa dạng, có thể chia thành các nhóm chính. Nhóm hư hỏng cơ khí bao gồm mòn piston bơm cao áp, kẹt kim phun, rò rỉ đường ống cao áp, hoặc tắc bộ lọc nhiên liệu. Nhóm hư hỏng điện và điện tử liên quan đến lỗi các cảm biến (cảm biến áp suất, nhiệt độ, vị trí trục khuỷu), lỗi cơ cấu chấp hành (solenoid của kim phun, van điều áp SCV), hoặc lỗi ngay trong chính hệ thống điều khiển điện tử ECU. Một số triệu chứng phổ biến bao gồm động cơ khó nổ, công suất yếu, khói đen, tiêu hao nhiên liệu bất thường, hoặc động cơ tự tắt máy. Mỗi triệu chứng lại có thể là hệ quả của nhiều hư hỏng tiềm tàng khác nhau, tạo ra một ma trận chẩn đoán phức tạp.

2.2. Hạn chế của máy chẩn đoán đa năng khi bắt bệnh động cơ

Máy chẩn đoán đa năng là công cụ hỗ trợ đắc lực, tuy nhiên chúng cũng có những giới hạn nhất định. Các thiết bị này chủ yếu đọc và xóa mã lỗi được lưu trong bộ nhớ ECU. Chúng cung cấp dữ liệu trực tiếp (live data) từ các cảm biến, nhưng việc diễn giải những dữ liệu này để tìm ra nguyên nhân gốc rễ hoàn toàn phụ thuộc vào trình độ và kinh nghiệm của người thợ. Trong nhiều trường hợp, một hư hỏng ở bộ phận này có thể gây ra mã lỗi ở một bộ phận khác, dẫn đến chẩn đoán sai lầm. Hơn nữa, các máy này không có khả năng suy luận dựa trên sự kết hợp của nhiều triệu chứng không rõ ràng, vốn là một thế mạnh của trí tuệ nhân tạo trong cơ khí.

2.3. Sự cần thiết của việc tối ưu hóa quy trình chẩn đoán phức tạp

Tối ưu hóa quy trình chẩn đoán là mục tiêu hàng đầu để giảm thời gian ngừng máy và chi phí sửa chữa. Một quy trình không tối ưu có thể dẫn đến việc thay thế thử các linh kiện đắt tiền như bơm cao áp common rail hay cả bộ kim phun điện tử một cách không cần thiết. Việc phát triển một hệ thống có khả năng tự động phân tích các triệu chứng đầu vào và đưa ra gợi ý về bộ phận có khả năng hư hỏng cao nhất sẽ là một cuộc cách mạng. Điều này không chỉ giúp các kỹ thuật viên giàu kinh nghiệm làm việc hiệu quả hơn mà còn hỗ trợ đắc lực cho những người vận hành xe không chuyên về kỹ thuật, giúp họ sớm phát hiện các vấn đề tiềm ẩn.

III. Giải pháp chẩn đoán thông minh bằng logic mờ Fuzzy Logic

Để vượt qua những thách thức của phương pháp chẩn đoán truyền thống, giải pháp ứng dụng logic mờ (fuzzy logic) đã được nghiên cứu và phát triển. Đây là một nhánh của trí tuệ nhân tạo trong cơ khí, cho phép máy tính xử lý các thông tin mang tính không chắc chắn và không đầy đủ, tương tự như cách suy luận của con người. Thay vì chỉ dựa vào các giá trị nhị phân "đúng/sai" hay "tốt/hỏng", logic mờ sử dụng các biến ngôn ngữ như "áp suất hơi thấp", "tiếng ồn khá lớn" hay "nhiệt độ rất cao". Cách tiếp cận này đặc biệt phù hợp với việc bắt bệnh động cơ diesel, nơi các triệu chứng thường không rõ ràng và có sự chồng chéo. Thuật toán chẩn đoán thông minh dựa trên logic mờ được xây dựng từ hai nguồn chính: kiến thức lý thuyết về hệ thống phun dầu điện tử và kinh nghiệm thực tiễn của các chuyên gia sửa chữa động cơ Deutz. Hệ thống này có khả năng tổng hợp và phân tích tín hiệu cảm biến đồng thời, từ đó đưa ra xác suất hư hỏng của từng bộ phận, giúp kỹ thuật viên khoanh vùng sự cố một cách nhanh chóng và chính xác.

3.1. Giới thiệu thuật toán chẩn đoán thông minh ứng dụng AI

Thuật toán chẩn đoán thông minh sử dụng logic mờ bao gồm ba bước chính: Mờ hóa (Fuzzification), Suy luận mờ (Fuzzy Inference), và Giải mờ (Defuzzification). Ở bước Mờ hóa, các giá trị đầu vào rõ ràng từ cảm biến (ví dụ: áp suất rail là 1200 bar) được chuyển đổi thành các tập mờ với các mức độ thành viên khác nhau (ví dụ: 70% "Bình thường" và 30% "Hơi thấp"). Tiếp theo, hệ thống suy luận mờ sẽ áp dụng một tập hợp các quy tắc "NẾU-THÌ" (IF-THEN) được lập trình sẵn để xử lý các tập mờ này. Cuối cùng, bước Giải mờ sẽ chuyển kết quả suy luận mờ trở lại thành một giá trị rõ ràng (ví dụ: "Khả năng hỏng kim phun: 85%").

3.2. Cách logic mờ xử lý thông tin không chắc chắn từ cảm biến

Điểm mạnh của logic mờ (fuzzy logic) nằm ở khả năng mô phỏng quá trình suy luận của con người khi đối mặt với dữ liệu không chính xác. Tín hiệu từ một cảm biến áp suất rail có thể nhiễu hoặc dao động nhẹ. Một hệ thống chẩn đoán cổ điển có thể bỏ qua sự dao động này nếu nó vẫn nằm trong ngưỡng cho phép. Tuy nhiên, hệ thống mờ có thể diễn giải nó là một dấu hiệu "áp suất hơi bất ổn", và khi kết hợp với triệu chứng "động cơ rung nhẹ", nó có thể tăng xác suất nghi ngờ về một chiếc kim phun sắp hỏng. Khả năng này giúp phát hiện sớm các hư hỏng hệ thống nhiên liệu tiềm tàng trước khi chúng trở nên nghiêm trọng.

3.3. Xây dựng cơ sở tri thức từ kinh nghiệm chuyên gia sửa chữa

Trái tim của bộ điều khiển mờ là cơ sở tri thức, bao gồm các hàm thành viên (định nghĩa các biến ngôn ngữ) và một tập hợp các luật điều khiển. Theo nghiên cứu "Thiết kế bộ điều khiển mờ chẩn đoán hư hỏng trên xe lu Hamm" của Phạm Minh Nhãn, cơ sở tri thức này được xây dựng bằng cách "sử dụng kiến thức thực tiễn từ các chuyên gia". Các chuyên gia sẽ cung cấp các quy tắc suy luận, ví dụ: "NẾU áp suất rail thấp VÀ thời gian phun tăng cao THÌ khả năng bơm cao áp bị mòn là RẤT CAO". Hàng chục, thậm chí hàng trăm quy tắc như vậy được số hóa và tích hợp vào hệ thống, tạo thành một "chuyên gia ảo" hỗ trợ quá trình chẩn đoán.

IV. Hướng dẫn thiết kế bộ điều khiển mờ chẩn đoán Common Rail

Việc thiết kế một bộ điều khiển mờ để chẩn đoán hệ thống phun dầu điện tử Common Rail trên xe lu Hamm là một quy trình kỹ thuật gồm nhiều bước. Quá trình này bắt đầu bằng việc lựa chọn các thông số chẩn đoán đầu vào và đầu ra. Các thông số đầu vào chính là các triệu chứng và dữ liệu từ cảm biến, trong khi đầu ra là xác suất hư hỏng của các bộ phận cụ thể. Sau khi xác định các biến, bước tiếp theo là xây dựng các hàm thuộc và thiết lập các luật điều khiển NẾU-THÌ. Toàn bộ mô hình này sau đó được xây dựng và kiểm nghiệm thông qua công cụ mô phỏng Matlab Simulink. Công cụ này cho phép các kỹ sư giả lập hoạt động của hệ thống, kiểm tra độ chính xác của thuật toán chẩn đoán thông minh với các kịch bản hư hỏng khác nhau mà không cần can thiệp vào xe thật. Quá trình mô phỏng giúp tinh chỉnh các luật và hàm thuộc để bộ điều khiển đạt hiệu quả cao nhất trước khi được triển khai vào ứng dụng thực tế, chẳng hạn như một phần mềm trên điện thoại di động kết nối với hệ thống điều khiển điện tử ECU của xe.

4.1. Quy trình mô phỏng Matlab Simulink để kiểm tra thuật toán

Matlab, với bộ công cụ Fuzzy Logic Toolbox, là phần mềm lý tưởng để thiết kế và mô phỏng Matlab Simulink. Quy trình bắt đầu bằng việc tạo một hệ thống suy luận mờ (FIS - Fuzzy Inference System). Các kỹ sư sẽ định nghĩa các biến vào (ví dụ: ApSuatRail, TiengOnDongCo) và biến ra (ví dụ: HongBomCaoAp, HongKimPhun). Với mỗi biến, các hàm thuộc dạng tam giác hoặc hình thang được xây dựng để biểu diễn các trạng thái ngôn ngữ (Thấp, Trung bình, Cao). Sau đó, bảng luật NẾU-THÌ được nhập vào trình soạn thảo luật. Cuối cùng, mô hình được chạy thử với các bộ dữ liệu đầu vào giả định để quan sát bề mặt đáp ứng và kết quả đầu ra. Quá trình này giúp xác thực logic của hệ thống một cách trực quan.

4.2. Cách phân tích tín hiệu cảm biến áp suất rail nhiệt độ

Nền tảng của bộ điều khiển mờ là dữ liệu đầu vào chính xác. Do đó, việc phân tích tín hiệu cảm biến là cực kỳ quan trọng. Dữ liệu từ cảm biến áp suất rail không chỉ được lấy giá trị trung bình mà còn được phân tích về độ dao động và tốc độ đáp ứng khi thay đổi tải. Tương tự, tín hiệu từ cảm biến nhiệt độ nhiên liệu, nhiệt độ nước làm mát, cảm biến vị trí bàn đạp ga, và cảm biến tốc độ động cơ đều được thu thập. Các tín hiệu này sau khi được thu thập sẽ được tiền xử lý để loại bỏ nhiễu và chuẩn hóa trước khi đưa vào bộ điều khiển mờ, đảm bảo tính nhất quán và độ tin cậy của quá trình chẩn đoán.

4.3. Xây dựng bảng luật IF THEN cho hệ thống điều khiển ECU

Bảng luật IF-THEN (NẾU-THÌ) là bộ não của hệ thống suy luận. Việc xây dựng bảng luật này đòi hỏi sự kết hợp giữa lý thuyết và kinh nghiệm. Ví dụ về một số luật trong ma trận chẩn đoán: LUẬT 1: NẾU (Áp suất rail là THẤP) VÀ (Tín hiệu van SCV là CAO) THÌ (Khả năng hỏng Bơm cao áp là CAO). LUẬT 2: NẾU (Áp suất rail là DAO ĐỘNG) VÀ (Lượng phun hiệu chỉnh xy-lanh 3 là CAO) THÌ (Khả năng hỏng Kim phun 3 là RẤT CAO). Mỗi luật được gán một trọng số nhất định tùy thuộc vào mức độ tin cậy. Một hệ thống chẩn đoán hoàn chỉnh có thể chứa hàng trăm luật để bao quát hết các trường hợp hư hỏng hệ thống nhiên liệu có thể xảy ra.

V. Ứng dụng thực tiễn và kết quả chẩn đoán trên xe lu Hamm

Mô hình chẩn đoán bằng bộ điều khiển mờ sau khi được kiểm nghiệm trên mô phỏng Matlab Simulink đã được triển khai vào ứng dụng thực tiễn, mang lại những kết quả tích cực. Nghiên cứu điển hình đã cho thấy khả năng tối ưu hóa quy trình chẩn đoán vượt trội so với các phương pháp truyền thống. Khi một chiếc xe lu Hamm có dấu hiệu hoạt động bất thường, người vận hành hoặc kỹ thuật viên chỉ cần nhập các triệu chứng quan sát được (tiếng ồn, khói, độ ì của máy) và kết nối thiết bị với cổng chẩn đoán của xe. Hệ thống sẽ tự động thu thập dữ liệu từ các cảm biến, xử lý thông qua thuật toán chẩn đoán thông minh và đưa ra kết quả. Điểm nổi bật của phương pháp này là khả năng hiển thị kết quả một cách trực quan trên màn hình điện thoại hoặc máy tính bảng. Thay vì các mã lỗi khó hiểu, ứng dụng sẽ đưa ra một danh sách các bộ phận nghi ngờ hỏng hóc, xếp hạng theo xác suất từ cao đến thấp. Điều này giúp định hướng quá trình bảo dưỡng xe lu Hamm, giảm đáng kể thời gian tìm kiếm lỗi và tránh việc thay thế các bộ phận không cần thiết, nâng cao hiệu quả công việc cho đội ngũ kỹ thuật của Wirtgen Group.

5.1. Phân tích các trường hợp chẩn đoán hư hỏng cụ thể

Trong một trường hợp thử nghiệm, xe lu Hamm báo lỗi áp suất rail thấp. Thay vì kiểm tra tuần tự từ bơm, van, kim phun, bộ điều khiển mờ đã được sử dụng. Sau khi phân tích dữ liệu áp suất rail dao động mạnh ở chế độ không tải và lượng phun hiệu chỉnh ở một xy-lanh tăng cao, hệ thống đã đưa ra kết luận "Khả năng rò rỉ kim phun điện tử ở xy-lanh số 2 là 92%". Kỹ thuật viên đã tập trung kiểm tra và xác nhận kim phun này bị kẹt mở. Việc chẩn đoán chính xác ngay từ đầu đã tiết kiệm hàng giờ làm việc. Một trường hợp khác là động cơ có khói đen và yếu, hệ thống mờ đã kết luận nguyên nhân có khả năng cao nhất là do cảm biến áp suất đường ống nạp bị bẩn, một lỗi mà máy chẩn đoán đa năng thông thường có thể không chỉ ra rõ ràng.

5.2. Hiển thị kết quả chẩn đoán trực quan trên thiết bị di động

Một trong những ưu điểm lớn nhất của hệ thống là giao diện người dùng thân thiện. Như đề tài của Phạm Minh Nhãn đã đề cập, "kết quả chẩn đoán được hiển thị trực tiếp trên màn hình điện thoại". Giao diện này không chỉ hiển thị tên bộ phận nghi ngờ và xác suất hư hỏng mà còn có thể cung cấp thêm thông tin chi tiết như vị trí của bộ phận trên động cơ, các bước kiểm tra gợi ý, hoặc mã phụ tùng thay thế. Điều này giúp quá trình sửa chữa động cơ Deutz trở nên dễ dàng và thuận tiện hơn, đặc biệt hữu ích cho các kỹ thuật viên ít kinh nghiệm hoặc khi làm việc tại công trường xa xôi, thiếu thốn trang thiết bị.

VI. Tương lai của trí tuệ nhân tạo trong chẩn đoán máy công trình

Việc ứng dụng thành công bộ điều khiển mờ trong chẩn đoán Common Rail trên xe lu Hamm đã mở ra một hướng đi đầy hứa hẹn cho ngành bảo dưỡng máy công trình. Đây chỉ là bước khởi đầu cho việc tích hợp sâu rộng hơn trí tuệ nhân tạo trong cơ khí. Tương lai của lĩnh vực này hướng tới các hệ thống chẩn đoán có khả năng tự học (Machine Learning). Những hệ thống này không chỉ dựa vào cơ sở tri thức được lập trình sẵn mà còn có thể tự động phân tích dữ liệu từ hàng ngàn chiếc xe đang hoạt động để tìm ra các mẫu hư hỏng mới, dự báo lỗi trước khi chúng xảy ra và liên tục tự tối ưu hóa quy trình chẩn đoán. Lợi ích kinh tế mà công nghệ này mang lại là vô cùng to lớn, bao gồm việc giảm thiểu thời gian ngừng máy, tiết kiệm chi phí phụ tùng, kéo dài tuổi thọ thiết bị và nâng cao độ an toàn cho người vận hành. Phương pháp chẩn đoán thông minh sẽ sớm trở thành tiêu chuẩn không thể thiếu trong việc quản lý và vận hành các đội xe của Wirtgen Group và các nhà sản xuất lớn khác trên toàn cầu.

6.1. Tiềm năng phát triển các hệ thống chẩn đoán tự học

Các hệ thống chẩn đoán tương lai sẽ vượt ra ngoài khuôn khổ của logic mờ. Bằng cách áp dụng các thuật toán Machine Learning và Deep Learning, hệ thống có thể phân tích các chuỗi dữ liệu thời gian phức tạp từ cảm biến. Chúng có thể nhận diện những thay đổi rất nhỏ trong các mẫu sóng tín hiệu hoặc độ rung của động cơ, vốn là những dấu hiệu sớm của sự mài mòn cơ khí. Hệ thống có thể học hỏi từ lịch sử sửa chữa để xác định mối tương quan giữa các điều kiện vận hành (khí hậu, loại công việc, thói quen tài xế) và các loại hư hỏng cụ thể, từ đó đưa ra các khuyến nghị bảo dưỡng xe lu Hamm mang tính tiên đoán và cá nhân hóa cao.

6.2. Lợi ích kinh tế Giảm thiểu thời gian và chi phí sửa chữa

Lợi ích kinh tế là động lực chính thúc đẩy sự phát triển của công nghệ chẩn đoán thông minh. Thời gian một chiếc máy công trình như xe lu Hamm ngừng hoạt động để sửa chữa có thể gây thiệt hại hàng ngàn đô la mỗi ngày. Bằng cách rút ngắn thời gian bắt bệnh động cơ diesel từ vài ngày xuống còn vài giờ, hoặc thậm chí vài phút, doanh nghiệp có thể tối đa hóa hiệu suất khai thác thiết bị. Việc chẩn đoán chính xác cũng giúp giảm chi phí phụ tùng do không phải thay thế thử, đồng thời giảm chi phí nhân công và tăng năng suất của đội ngũ kỹ thuật. Về lâu dài, việc bảo dưỡng dự phòng dựa trên chẩn đoán thông minh sẽ giúp kéo dài vòng đời của máy móc.

04/10/2025

Trích đoạn nội dung tài liệu

Chương 1: NGHIÊN CỨU TỔNG QUAN 1. Xe lu Hamm 1. Giới thiệu chung Xe lu Hamm là loại máy xây dựng dùng để phục vụ các công trình xây dựng công nghiệp, giao thông, thủy lợi, nông nghiệp và các công trình cơ sở hạ tầng khác có nhu cầu đầm nén. Xe lu Hamm thường có khối lượng lớn với hai trống sắt hình trụ, có lực nén lớn.

Một số máy có trống sắt rung để tác động nén vật liệu hiệu quả. Thông thường xe lu Hamm 2 bánh thép được định nghĩa và hiểu đơn giản là máy dùng để đầm chặt nền đất công trình và có thể tự hành được. Máy lu bao gồm xe lu và một số loại máy đầm không thể tự hành. Công dụng của xe lu: nhằm làm cho đất được nén chặt lại, khối lượng riêng và độ bền chặt của đất tăng lên để đủ sức chịu tác dụng của tải trọng, chống lún, nứt nẻ chống thấm.

Với khả năng leo dốc rất tốt kết hợp với tự khóa khác biệt, ngoài ra hệ thống giảm chấn giúp cho xe lu Hamm có thể vận hành êm ái, giúp tối ưu cho lái xe cảm giác thoải mái khi làm việc. - Ưu điểm xe lu rung Hamm: + Lực lu rung âm sâu. Đầm nèn hiệu quả trên mọi địa hình. Nhanh đạt độ cứng K98, tốn ít nhiên liệu.

+ Hệ thống điện và động cơ lu Hamm được thiết kế "nhiệt đới hóa" phù hợp đặc biệt với điều kiện nhiên liệu và khí hậu tại Việt Nam. + Cabin và ghế lái được thiết kế hoàn hảo, có tầm nhìn rộng, bao quát được tất cả xung quanh. + Có khả năng leo dốc vượt trội với chế độ khóa tự động. Mối nối trống lu 3 điểm – chassis (Công nghệ độc quyền của lu Hamm) đảm bảo cho lu rung vận hành êm ái, ổn định và an toàn, đem lại sự thoải mái tối đa cho thợ vận hành.

Mối nối 3 điểm trên xe lu Hamm làm tăng khả năng bám nền, lực lu nền phân bổ đồng đều, tăng hiệu quả thi công trên mọi địa hình. Lọc tách nước được bổ sung giúp bảo vệ động cơ tốt hơn, phù hợp hơn với điều kiện nhiên liệu tại Việt Nam. Mái che của lu Hamm được thiết kế chống lật, cứng cáp hiện đại. Trang bị chức năng điều tiết lưu lượng thuỷ lực, tăng lực đẩy cầu sau khi leo dốc, tăng khả năng leo dốc, vận hành thi công ngang dốc.

Sinh viên thực hiện: Trần Tấn Thịnh Hướng dẫn: TS. Phạm Quốc Thái 2 Thiết kế bộ điều khiển mờ chẩn đoán hư hỏng trên xe lu Hamm Nắp đậy bảo vệ màn hình điều khiển luôn được trang bị tiêu chuẩn trên mọi xe Lu Hamm (theo [2]) 1. Kết cấu và các thông số cơ bản 1. Kết cấu xe lu Hamm Hình 1.

Cấu tạo xe lu Hamm 1- Cần, 2- Bánh trước, 3- Đường dầu cơ cấu di chuyển, 4- Hệ thống điều khiển, 5- Cabin, 6- Nắp khoang động cơ, 7- Bánh sau 1. Thông số cơ bản Hình 1. Thông số cơ bản của xe lu Hamm (theo [2]) Sinh viên thực hiện: Trần Tấn Thịnh Hướng dẫn: TS. Phạm Quốc Thái 3 Thiết kế bộ điều khiển mờ chẩn đoán hư hỏng trên xe lu Hamm Bảng 1.

Thông số kỹ thuật của xe lu Hamm 3412 Thông tin kỹ thuật Đơn vị Trọng lượng Trọng lượng vận hành có cabin kg 12200 Trọng lượng vận hành có mái che (ROPS) kg 11980 Trọng lượng vận hành lớn nhất kg 15270 Tải trọng trước/sau kg 6705/5495 Kích thước máy Chiều dài tổng thể mm 5705 Chiều cao tổng thể có cabin mm 2990 Chiều cao vận chuyển, nhỏ nhất mm 2325 Khoảng cách hai cầu mm 3015 Khoảng cách sáng gầm, tâm xe mm 375 Chiều rộng tổng thể có cabin mm 2250 Bán kính quay vòng, bên trong mm 3690 Góc lái trước/sau o 31/34 Kích thước trống lu Bề rộng trống lu, trước mm 2140 Đường kính trống lu, trước mm 1504 Loại trống lu, trước Trống trơn Chiều dày trống lu, trước mm 30 Kích thước lốp Cỡ lốp bánh sau TR 23.1-26 12 PR Động cơ Diesel Sinh viên thực hiện: Trần Tấn Thịnh Hướng dẫn: TS. Phạm Quốc Thái 4 Thiết kế bộ điều khiển mờ chẩn đoán hư hỏng trên xe lu Hamm Nhà sản xuất DEUTZ Kiểu TCD 2012 L04 2V Số xy-lanh 4 Công suất ISO 14396, kW/PS/rpm 100,0/136,0/2300 Công suất SAE J1349, kW/HP/rpm 100,0/134,0/2300 EU Stage IIIA / EPA Tiêu chuẩn khí thải EU/USA Tier 3 Hệ thống truyền động Vận tốc làm việc km/h 0-3,7/0-5,4/0-6,0 Vận tốc di chuyển km/h 0-11,7 Khả năng leo dốc, rung bật/tắt % 51/56 Hệ thống rung Tần số rung, trước, I/II Hz(vòng/phút) 30/40 (1800/2400) Biên độ rung, trước, I/II mm 1,91/0,90 Lực ly tâm, trước, I/II kN 256/215 Hệ thống lái Góc vênh +/- o 10 Kiểu lái Kiểu khớp xoay Thể tích thùng nhiên liệu Thể tích thùng dầu L 290 Mức độ ồn Cường độ âm LW(A), lý thuyết 106 Cường độ âm LW(A), thực tế 103 (theo [2]) Sinh viên thực hiện: Trần Tấn Thịnh Hướng dẫn: TS. Phạm Quốc Thái 5 Thiết kế bộ điều khiển mờ chẩn đoán hư hỏng trên xe lu Hamm 1. Hệ thống điều khiển nhiên liệu điện tử 1.

Tín hiệu ngõ vào 1. Cảm biến bàn đạp ga Cảm biến vị trí của bàn đạp ga biến đổi mức đạp xuống của bàn đạp ga (góc) thành một tín hiệu điện được chuyển đến ECU động cơ. Dùng làm tín hiệu để điều khiển lượng phun nhiên liệu và thời gian phun nhiên liệu. Đây là loại cảm biến Hall có độ bền cao.

Cảm biến bàn đạp ga 1- Cụm bàn đạp ga, 2- Giắc nối Hình 1. Sơ đồ mạch điện cảm biến vị trí bàn đạp ga 1- IC Hall, 2- Nam châm Khi bật khóa điện đến vị trí ON, ECU sẽ cấp điện áp nguồn VCC (5V) cho cảm biến vị trí bàn đạp ga thông qua các cặp chân VCP1-EP1 và VCP2-EPA2. Khi bàn đạp ga được đạp, sẽ có điện áp ra từ các chân VPA1 và VPA2 từ cảm biến. Điện áp ra của 2 chân VPA1 và VPA2 tăng dần từ 0~5V khi bàn đạp ga từ vị trí không đạp đến vị trí đạp tối đa.

Trong đó tín hiệu ra VPA1 dùng làm tín hiệu chính để điều khiển động cơ, tín hiệu VPA2 là tín hiệu dự phòng dùng phát hiện hư hỏng cảm biến. Nhờ sự thay đổi Sinh viên thực hiện: Trần Tấn Thịnh Hướng dẫn: TS. Phạm Quốc Thái 6 Thiết kế bộ điều khiển mờ chẩn đoán hư hỏng trên xe lu Hamm điện áp ra của 2 chân tín hiệu từ cảm biến mà ECU biết được chính xác mức độ đạp ga của tài xế. Cảm biến tốc độ động cơ Cảm biến tốc độ động cơ của hệ thống nhiên liệu Common Rail dùng cảm biến vị trí trục khuỷu phát hiện tốc độ động cơ tương tự như động cơ phun xăng điện tử.

Cảm biến vị trí trục khuỷu phát ra tín hiệu NE của động cơ và gửi đến ECU của động cơ. Cảm biến vị trí trục khuỷu 1 2 3 4 Hình 1. Cảm biến vị trí trục khuỷu 1- Lõi sắt; 2- Cuộn dây; 3- Bộ tạo từ trường; 4- Nam châm Cảm biến vị trí trục khuỷu sử dụng loại cuộn dây điện từ, được lắp phía đầu động cơ dùng để phát hiện góc quay trục khuỷu và số vòng quay động cơ. Đĩa tạo tín hiệu NE được làm liền với puly trục khuỷu và có 34 răng, 2 răng khuyết (khu vực 2 răng khuyết này là dùng để phát hiện tín hiệu được tạo ra do sự chuyển động quay của một răng ta sẽ xác định được 100 của góc quay trục khuỷu).

Chuyển động quay của đĩa tạo tín hiệu sẽ làm làm thay đổi khe hở không khí giữa các răng của đĩa và cuộn nhận tín hiệu NE, điều đó tạo ra tín hiệu NE. ECU sẽ xác định khoảng thời gian phun cơ bản và lượng phun cơ bản dựa vào tín hiệu này. Khi răng càng ra xa cực nam châm thì khe hở không khí càng lớn, nên từ trở cao, do đó từ trường yếu đi. Tại vị trí đối diện, khe hở nhỏ, nên từ trường mạnh, tức là có nhiều đường sức từ cắt, trong cuộn dây sẽ xuất hiện một dòng điện xoay chiều, đường sức qua nó càng nhiều, thì dòng điện phát sinh càng lớn.

Tín hiệu sinh ra thay đổi theo vị trí của răng, và nó được ECU đọc xung điện thế sinh ra, nhờ đó mà ECU nhận biết vị trí trục khuỷu và tốc động cơ. Loại tín hiệu NE này có thể nhận biết được cả tốc độ động cơ và góc quay trục khuỷu tại vị trí răng thiếu của đĩa tạo tín hiệu, nhưng không xác định được điểm chết trên của kỳ nén hay kỳ thải. Sinh viên thực hiện: Trần Tấn Thịnh Hướng dẫn: TS. Phạm Quốc Thái 7 Thiết kế bộ điều khiển mờ chẩn đoán hư hỏng trên xe lu Hamm ECU 1 G NE 2 3 3 NE 10CA 30CA G 4 4 4 5 Hình 1.

Sơ đồ mạch và dạng sóng tạo ra của cảm biến trục khuỷu và cam 1- Mạch đầu vào G; 2- Mạch đầu vào NE; 3- xung mỗi 3600CA; 4- 1800CA; 5- Xung mỗi 7200CA 1. Cảm biến nhiệt độ nước làm mát Cảm biến nhiệt độ nước làm mát động cơ sử dụng loại nhiệt điện trở có hệ số nhiệt âm, khi nhiệt độ nước làm mát tăng, giá trị điện trở cảm biến giảm và ngược lại, ECU dùng tín hiệu này để phát hiện tình trạng nhiệt độ động cơ. Cảm biến nhiệt độ nước làm mát 1- Điện trở; 2- Thân cảm biến; 3- Chất cách điện; 4- Giắc cắm; 5- Đầu cắm điện Sinh viên thực hiện: Trần Tấn Thịnh Hướng dẫn: TS. Phạm Quốc Thái 8 Thiết kế bộ điều khiển mờ chẩn đoán hư hỏng trên xe lu Hamm Hình 1.

Sơ đồ mạch cảm biến nhiệt độ nước Khi khóa điện bật ON, ECU cấp điện áp 5V đến chân THW của cảm biến, khi nhiệt độ nước thay đổi, điện trở cảm biến thay đổi, điện áp rơi trên 2 đầu điện trở cảm biến thay đổi như sau: khi nhiệt độ tăng → điện trở cảm biến giảm → điện áp tại chân THW giảm và ngược lại. ECU xác định được nhiệt độ động cơ thông qua giá trị điện áp rơi này. Điện trở (kΩ) Nhiệt độ 0C (0F) Hình 1. Vùng hoạt động của cảm biến nhiệt độ nước 1.

Cảm biến nhiệt độ khí nạp Cảm biến nhiệt độ khí nạp được nắp trên đường khí nạp của động cơ dùng để phát hiện nhiệt độ của không khí nạp vào. Cảm biến nhiệt độ không khí nạp dùng nhận biết nhiệt độ không khí nạp và kết hợp với cảm biến áp suất để xác định lượng không khí nạp đi vào động cơ. Sinh viên thực hiện: Trần Tấn Thịnh Hướng dẫn: TS. Phạm Quốc Thái 9 Thiết kế bộ điều khiển mờ chẩn đoán hư hỏng trên xe lu Hamm Hình 1.

Nội dung được bảo vệ bản quyền — Tải xuống đầy đủ