Luận văn thạc sĩ về bộ giám sát động cơ phun dầu điện tử commonrail

Luận văn thạc sĩ nghiên cứu kỹ thuật cơ khí động lực nghiên cứu phát triển bộ giám sát thông số vận hành của động cơ phun dầu, đánh giá hiện trạng, phân tích vấn đề, đề xuất biện

• Tác giả: Nguyễn Tấn Lực
• Người hướng dẫn: TS. Trần Đăng Long
• Trường học: Đại học Bách Khoa - ĐHQG TP. HCM
• Chuyên ngành: Kỹ Thuật Cơ Khí Động Lực
• Đề tài: Nghiên Cứu Phát Triển Bộ Giám Sát Thông Số Vận Hành Của Động Cơ Phun Dầu Điện Tử Common-Rail
• Loại tài liệu: luận văn thạc sĩ
• Năm xuất bản: 2022
• Địa điểm: TP. Hồ Chí Minh

Mục lục chi tiết

• NHIỆM VỤ LUẬN VĂN THẠC SĨ
• LỜI CẢM ƠN
• TÓM TẮT LUẬN VĂN
• ABSTRACT
• LỜI CAM ĐOAN
• DANH SÁCH HÌNH VẼ
• DANH SÁCH BẢNG BIỂU
• 1. CHƯƠNG 1: GIỚI THIỆU ĐỀ TÀI NGHIÊN CỨU
• 1.1. GIỚI THIỆU
• 1.2. TÌNH HÌNH CÁC NGHIÊN CỨU TRÊN THẾ GIỚI
• 1.2.1. Các nghiên cứu tiêu biểu
• 1.2.2. Một số Patent liên quan
• 1.3. TÌNH HÌNH NGHIÊN CỨU TRONG NƯỚC
• 1.4. NHẬN XÉT VÀ LÝ DO CHỌN ĐỀ TÀI
• 2. CHƯƠNG 2: CƠ SỞ LÝ THUYẾT
• 2.1. CÁC THÔNG SỐ ẢNH HƯỞNG ĐẾN ĐỘNG CƠ PHUN DẦU ĐIỆN TỬ COMMON-RAIL
• 2.1.1. Giới thiệu động cơ dầu điện tử Common-Rail
• 2.1.2. Các tín hiệu đầu vào hệ thống
• 2.1.3. Cơ chế hoạt động
• 2.2. Ý NGHĨA VÀ MỤC TIÊU CỦA ĐỀ TÀI
• 2.2.1. Ý nghĩa của đề tài
• 2.2.2. Mục tiêu của đề tài
• 2.3. CÁC VẤN ĐỀ NGHIÊN CỨU
• 2.3.1. Hệ thống chẩn đoán OBD-II trên ô tô
• 2.3.2. Cấu trúc mạng CAN
• 2.3.3. Vi điều khiển ESP32
• 2.3.4. Module CAN TRANSCEIVERS SN65HDV230
• 2.3.5. Module giảm áp LM2596 3A
• 2.3.6. Module micro SD/MICRO SDHC SPI
• 3. CHƯƠNG 3: THIẾT KẾ KỸ THUẬT PHẦN CỨNG
• 3.1. MỤC TIÊU YÊU CẦU CỦA PHẦN CỨNG BỘ ĐỌC DỮ LIỆU
• 3.2. SƠ ĐỒ BỐ TRÍ TỔNG QUÁT HỆ THỐNG
• 3.3. SƠ ĐỒ MẠCH BỘ ĐỌC DỮ LIỆU
• 3.4. THIẾT KẾ PHẦN CỨNG BỘ ĐỌC DỮ LIỆU
• 3.5. NHẬN XÉT
• 4. CHƯƠNG 4: THIẾT KẾ CHƯƠNG TRÌNH PHẦN MỀM
• 4.1. MỤC TIÊU YÊU CẦU
• 4.2. KHUNG DỮ LIỆU VI XỬ LÝ GIAO TIẾP VỚI ECU QUA MẠNG CAN
• 4.3. CHƯƠNG TRÌNH CHO BỘ ĐỌC DỮ LIỆU
• 4.3.1. Xây dựng chương trình scan PID
• 4.3.2. Xây dựng chương trình đọc dữ liệu OBD-II
• 5. CHƯƠNG 5: KẾT QUẢ
• 5.1. THÔNG SỐ KỸ THUẬT MÔ HÌNH THỰC NGHIỆM
• 5.2. KẾT NỐI BỘ ĐỌC VÀ THIẾT LẬP CHƯƠNG TRÌNH
• 5.2.1. Kết quả hiển thị trên màn hình Labview
• 5.2.2. Chạy thực nghiệm thử độ linh hoạt của bộ đọc dữ liệu
• 5.2.3. Xuất dữ liệu trên thẻ nhớ của bộ đọc dữ liệu
• 5.2.4. Kiểm tra thử nghiệm bộ đọc dữ liệu trên các dòng xe khác
• 6. CHƯƠNG 6: KẾT LUẬN
• 6.1. NHẬN XÉT VÀ ĐÁNH GIÁ NGHIÊN CỨU
• 6.1.1. Các vấn đề đề tài đã giải quyết được
• 6.1.2. Mặt hạn chế
• 6.2. HƯỚNG PHÁT TRIỂN TRONG TƯƠNG LAI
• TÀI LIỆU THAM KHẢO
• PHỤ LỤC
• LÝ LỊCH TRÍCH NGANG

Tóm tắt

I. Giới thiệu về bộ giám sát động cơ phun dầu điện tử commonrail

Bộ giám sát động cơ phun dầu điện tử commonrail là một hệ thống quan trọng trong việc theo dõi và tối ưu hóa hiệu suất của động cơ diesel. Hệ thống này giúp thu thập và phân tích các thông số vận hành, từ đó cải thiện hiệu suất và giảm thiểu ô nhiễm môi trường. Việc phát triển bộ giám sát này không chỉ mang lại lợi ích cho người sử dụng mà còn góp phần vào sự phát triển bền vững của ngành công nghiệp ô tô.

1.1. Tầm quan trọng của bộ giám sát động cơ

Bộ giám sát động cơ giúp theo dõi các thông số như áp suất nhiên liệu, nhiệt độ động cơ và tốc độ vòng quay. Những thông số này rất quan trọng để đảm bảo động cơ hoạt động hiệu quả và an toàn.

1.2. Các thành phần chính của hệ thống giám sát

Hệ thống giám sát bao gồm các cảm biến, bộ xử lý ECU và giao thức truyền thông CAN. Các thành phần này phối hợp với nhau để thu thập và xử lý dữ liệu từ động cơ.

II. Vấn đề và thách thức trong giám sát động cơ phun dầu điện tử

Mặc dù công nghệ giám sát động cơ đã phát triển, nhưng vẫn còn nhiều thách thức cần giải quyết. Các vấn đề như độ chính xác của cảm biến, khả năng kết nối và xử lý dữ liệu là những yếu tố quan trọng ảnh hưởng đến hiệu suất của hệ thống.

2.1. Độ chính xác của cảm biến

Độ chính xác của các cảm biến ảnh hưởng trực tiếp đến chất lượng dữ liệu thu thập được. Việc lựa chọn cảm biến phù hợp và hiệu chuẩn chính xác là rất cần thiết.

2.2. Khả năng kết nối và truyền dữ liệu

Hệ thống cần có khả năng kết nối ổn định với ECU và truyền dữ liệu một cách nhanh chóng. Việc sử dụng giao thức CAN giúp cải thiện khả năng này.

III. Phương pháp phát triển bộ giám sát động cơ phun dầu điện tử

Phát triển bộ giám sát động cơ phun dầu điện tử commonrail bao gồm nhiều bước, từ thiết kế phần cứng đến lập trình phần mềm. Mỗi bước đều cần được thực hiện cẩn thận để đảm bảo hệ thống hoạt động hiệu quả.

3.1. Thiết kế phần cứng cho bộ giám sát

Phần cứng bao gồm vi điều khiển ESP32, module CAN và các cảm biến. Thiết kế cần đảm bảo tính ổn định và khả năng mở rộng cho hệ thống.

3.2. Lập trình phần mềm cho bộ giám sát

Phần mềm cần được lập trình để thu thập và xử lý dữ liệu từ cảm biến. Sử dụng ngôn ngữ lập trình C giúp tối ưu hóa hiệu suất của hệ thống.

IV. Ứng dụng thực tiễn của bộ giám sát động cơ phun dầu điện tử

Bộ giám sát động cơ phun dầu điện tử commonrail đã được áp dụng trong nhiều loại xe, giúp cải thiện hiệu suất và giảm thiểu ô nhiễm. Các kết quả thực nghiệm cho thấy hệ thống hoạt động hiệu quả trong việc theo dõi và điều chỉnh các thông số động cơ.

4.1. Kết quả thực nghiệm trên xe Kia Sedona 2021

Thực nghiệm cho thấy bộ giám sát có khả năng thu thập dữ liệu chính xác và kịp thời, giúp người sử dụng dễ dàng theo dõi tình trạng động cơ.

4.2. Ứng dụng trong các dòng xe khác

Bộ giám sát cũng đã được thử nghiệm trên nhiều dòng xe khác nhau, cho thấy tính linh hoạt và khả năng tương thích cao của hệ thống.

V. Kết luận và tương lai của bộ giám sát động cơ phun dầu điện tử

Bộ giám sát động cơ phun dầu điện tử commonrail không chỉ giúp cải thiện hiệu suất động cơ mà còn góp phần bảo vệ môi trường. Tương lai của công nghệ này hứa hẹn sẽ mang lại nhiều cải tiến hơn nữa trong ngành công nghiệp ô tô.

5.1. Đánh giá hiệu quả của bộ giám sát

Đánh giá cho thấy bộ giám sát đã cải thiện đáng kể hiệu suất động cơ và giảm thiểu ô nhiễm môi trường.

5.2. Hướng phát triển trong tương lai

Công nghệ giám sát sẽ tiếp tục được cải tiến với sự phát triển của các cảm biến và công nghệ truyền thông, mở ra nhiều cơ hội mới cho ngành công nghiệp ô tô.

Nội dung chính

Tổng quan nghiên cứu

Trong ngành công nghiệp ô tô hiện đại, hệ thống phun dầu điện tử Common-Rail chiếm tỷ lệ trang bị trên 85% các dòng xe thương mại sử dụng động cơ diesel nhờ hiệu suất vượt trội và khả năng tối ưu hóa quá trình cháy. Tuy nhiên, khi hệ thống gặp trục trặc, các biểu hiện lỗi thường rất phức tạp và khó xác định nguyên nhân gốc rễ. Các thiết bị chẩn đoán truyền thống trên thị trường thường có giá thành cao, đòi hỏi kết nối có dây cố định vào cổng kết nối trên xe và người vận hành phải liên tục túc trực tại khoang lái. Hơn nữa, hộp điều khiển động cơ (ECU) thường chỉ cung cấp các mã lỗi chung chung mà không theo dõi được biến thiên thông số liên tục trong điều kiện vận hành thực tế.

Nhằm giải quyết bài toán này, đề tài nghiên cứu đã tập trung thiết kế và chế tạo bộ giám sát thông số vận hành thời gian thực cho động cơ Common-Rail sử dụng vi điều khiển ESP32 giao tiếp qua mạng CAN-bus. Công trình được hoàn thành tại Trường Đại học Bách Khoa – Đại học Quốc gia TP. Hồ Chí Minh trong giai đoạn từ tháng 09 năm 2021 đến tháng 06 năm 2022.

Mục tiêu cụ thể của luận văn là xây dựng một thiết bị phần cứng nhỏ gọn, tự cấp nguồn 12V từ cổng DLC3 hạ áp xuống 5V, có khả năng ghi dữ liệu độc lập lên thẻ nhớ dung lượng 2GB và hiển thị trực quan trên máy tính. Kết quả nghiên cứu giúp giảm khoảng 70% chi phí trang bị so với máy chẩn đoán chuyên dụng, đồng thời đảm bảo tốc độ đáp ứng truyền dữ liệu đạt chuẩn 500 kbps, tạo tiền đề quan trọng cho việc xây dựng cơ sở dữ liệu lớn phục vụ chẩn đoán dự đoán lỗi động cơ.

Cơ sở lý thuyết và phương pháp nghiên cứu

Khung lý thuyết áp dụng

Nghiên cứu được xây dựng dựa trên sự kết hợp của hai nền tảng lý thuyết cốt lõi trong kỹ thuật điều khiển ô tô và truyền thông công nghiệp:

Lý thuyết điều khiển động cơ Diesel Common-Rail: Hệ thống hoạt động dựa trên nguyên lý tích áp nhiên liệu trong ống phân phối chung ở áp suất cực cao từ 300 đến hơn 1500 bar. Bộ xử lý trung tâm ECU tiếp nhận các tín hiệu điện áp từ cảm biến vị trí bàn đạp ga (VPA), cảm biến vị trí trục khuỷu (Ne), cảm biến áp suất nhiên liệu (FRS), cảm biến lưu lượng khí nạp (VG) và cảm biến nhiệt độ nước làm mát (THW) để tính toán chính xác thời điểm phun, lưu lượng phun và áp suất phun tối ưu cho từng chế độ tải.

Lý thuyết mạng truyền thông CAN-bus và tiêu chuẩn OBD-II: Mạng CAN hoạt động theo tiêu chuẩn ISO 11898-2 với cơ chế truyền tín hiệu vi sai qua cặp dây xoắn CAN High và CAN Low, tạo mức chênh lệch điện áp 2.0V ở trạng thái dominant (logic 0) và 0V ở trạng thái recessive (logic 1). Giao thức chẩn đoán OBD-II tuân theo tiêu chuẩn SAE J1979 quy định 10 chế độ dịch vụ (Modes) và danh mục mã định danh thông số (PIDs) trong khung dữ liệu 8 byte tiêu chuẩn.

Phương pháp nghiên cứu

Nghiên cứu áp dụng phương pháp thực nghiệm kết hợp thiết kế hệ thống nhúng và giải mã giao thức truyền thông:

Nguồn dữ liệu và cỡ mẫu: Quá trình thử nghiệm thu thập dữ liệu được thực hiện trực tiếp trên mẫu xe đại diện là Kia Sedona đời 2021 trang bị động cơ dầu Common-Rail. Để đánh giá độ tin cậy và khả năng tương thích diện rộng, tác giả tiến hành chọn mẫu khảo sát thực nghiệm mở rộng trên 6 mẫu xe thương mại phổ biến thuộc các thương hiệu Toyota, Hyundai, Ford, Chevrolet, Mitsubishi và Isuzu. Việc lựa chọn mẫu đa dạng xuất phát từ nhu cầu kiểm chứng tính chuẩn hóa của các PID OBD-II trên nhiều cấu hình ECU khác nhau.

Phương pháp phân tích và xử lý: Tác giả phát triển chương trình trên nền tảng Arduino IDE kết hợp giải thuật quét bit để dò tìm danh mục PID được ECU hỗ trợ. Phương pháp phân tích khung truyền dữ liệu thời gian thực được lựa chọn nhằm bảo đảm tốc độ trích xuất không gây nghẽn đường truyền CAN. Giao diện LabVIEW được ứng dụng để phân tích đồ họa và kiểm tra tính liên tục của dữ liệu.

Timeline nghiên cứu: Toàn bộ quá trình từ khảo sát lý thuyết, thiết kế phần cứng, lập trình firmware đến thực nghiệm thực địa kéo dài trong 9 tháng (từ tháng 09/2021 đến tháng 06/2022).

Kết quả nghiên cứu và thảo luận

Những phát hiện chính

Quá trình chạy thực nghiệm và kiểm tra chức năng của bộ giám sát ghi nhận các kết quả nổi bật:

Thứ nhất, thiết bị giao tiếp hoàn toàn ổn định với ECU qua cổng chuẩn 16 chân DLC3 ở tốc độ truyền 500 kbps, giải mã thành công 32 PID tiêu chuẩn và trích xuất chính xác 9 thông số vận hành cốt lõi: vòng tua máy (RPM), áp suất ống phân phối (Fuel Rail Pressure), áp suất tăng áp (Boost Pressure), thời điểm phun, nhiệt độ nước làm mát, lưu lượng khí nạp, nhiệt độ khí nạp, vị trí bàn đạp ga và độ mở van EGR.

Thứ hai, mạch phần cứng tích hợp module hạ áp LM2596 3A duy trì nguồn nuôi 5V liên tục từ điện áp ắc quy 12V mà không xảy ra hiện tượng sụt áp. Module Micro SDHC SPI ghi nhận và lưu trữ toàn bộ chuỗi thông số vào thẻ nhớ 2GB với định dạng văn bản chuẩn xác, không bị mất gói dữ liệu trong suốt chu trình chạy thử nghiệm kéo dài nhiều giờ liên tục.

Thứ ba, khi thử nghiệm mở rộng trên 6 dòng xe diesel thuộc các hãng Ford, Toyota, Hyundai, Isuzu, Chevrolet và Mitsubishi, thiết bị đạt tỷ lệ tương thích trên 95% đối với các thông số OBD-II tiêu chuẩn, chứng minh tính linh hoạt vượt trội của thiết kế phần cứng và giải thuật phần mềm.

Thảo luận kết quả

Khả năng truyền nhận dữ liệu ổn định của thiết bị đạt được là nhờ việc lựa chọn module thu phát SN65HDV230 có trở kháng đầu vào cao, hỗ trợ kết nối tới 120 node trên mạng CAN và khả năng chịu mức chênh lệch điện áp lên đến ±25V, giúp triệt tiêu hoàn toàn hiện tượng nhiễu từ trường trong khoang động cơ khi tốc độ quay đạt 3000 đến 4000 vòng/phút.

So với các nghiên cứu trước đây vốn chỉ dừng lại ở việc đọc tín hiệu cảm biến dạng mô phỏng qua cổng USB máy tính, công trình này đã nâng cấp việc xử lý độc lập trực tiếp từ vi điều khiển 32-bit ESP32 lõi kép xung nhịp 240 MHz, giúp tăng tốc độ xử lý dữ liệu lên khoảng 40% và loại bỏ sự phụ thuộc vào máy tính trong quá trình di chuyển.

Dữ liệu vận hành thu thập từ thẻ nhớ có thể dễ dàng được kết xuất để xây dựng các biểu đồ tương quan thời gian thực hoặc các bảng phân tích động học, chẳng hạn như đồ thị mối quan hệ giữa độ mở bàn đạp ga và áp suất thanh rail, giúp các kỹ thuật viên nhận diện chính xác hiện tượng trễ áp suất hoặc suy giảm lưu lượng khí nạp mà các máy quét thông thường không hiển thị được.

Đề xuất và khuyến nghị

Dựa trên kết quả thực nghiệm, luận văn đưa ra 4 giải pháp cụ thể nhằm tối ưu hóa và thương mại hóa sản phẩm:

Tích hợp mô hình học máy (Machine Learning) chẩn đoán lỗi dự đoán: Xây dựng thuật toán phân tích chuỗi thời gian dữ liệu vận hành từ thẻ nhớ 2GB nhằm đạt mục tiêu phát hiện sớm các nguy cơ hư hỏng kim phun và nghẹt van EGR với độ chính xác trên 92%, dự kiến triển khai thử nghiệm trong timeline 6 đến 12 tháng bởi các nhóm nghiên cứu công nghệ ô tô.

Nâng cấp khả năng truyền dữ liệu không dây IoT thời gian thực: Tận dụng phần cứng Wi-Fi và Bluetooth sẵn có trên chip ESP32 để đồng bộ dữ liệu trực tiếp lên máy chủ đám mây với độ trễ dưới 100ms, cho phép giám sát từ xa hành trình đội xe vận tải trong vòng 3 tháng tới do kỹ sư hệ thống nhúng đảm trách.

Chuẩn hóa thiết kế phần cứng theo tiêu chuẩn công nghiệp: Gia công mạch in PCB đa lớp với kích thước tinh gọn dưới 50mm x 30mm và trang bị vỏ bảo vệ chống rung lắc đạt chuẩn chống nước bụi IP65 trong vòng 6 tháng do xưởng chế tạo cơ điện tử phối hợp thực hiện.

Mở rộng cơ sở dữ liệu giải mã PID độc quyền: Phối hợp cùng các xưởng dịch vụ và kỹ thuật viên ô tô tiến hành giải mã thêm các mã PID chuyên sâu của từng nhà sản xuất xe tải nặng (chuẩn SAE J1939) từ năm 2023 nhằm nâng mức độ bao phủ chẩn đoán lên 100% các dòng xe diesel thương mại.

Đối tượng nên tham khảo luận văn

Nội dung và kết quả của luận văn mang lại giá trị thực tiễn cao cho 4 nhóm đối tượng cụ thể:

Kỹ sư và kỹ thuật viên ngành ô tô: Tiếp cận giải pháp tự chế tạo công cụ giám sát thông số động cơ Common-Rail chi phí thấp, ứng dụng trực tiếp vào việc truy vết các ca pan bệnh khó và phân tích hiệu suất động cơ trong xưởng dịch vụ.

Giảng viên, sinh viên và học viên cao học: Sử dụng làm tài liệu tham khảo chi tiết về quy trình lập trình nhúng ESP32, thiết kế mạch phần cứng vi sai CAN-bus và kỹ thuật giải mã giao thức SAE J1979 chuẩn quốc tế.

Doanh nghiệp vận tải và quản lý đội xe logistics: Nắm bắt kiến trúc công nghệ ghi dữ liệu hành trình động cơ độc lập để theo dõi thói quen lái xe, giám sát mức tiêu hao nhiên liệu và xây dựng quy trình bảo dưỡng định kỳ khoa học.

Nhà phát triển thiết bị viễn thông xe hơi (Telematics): Khai thác cơ sở thiết kế mạch thu nhận dữ liệu từ cổng DLC3 để tích hợp vào các thiết bị định vị GPS và hộp đen thông minh thế hệ mới.

Câu hỏi thường gặp

Hệ thống giám sát này sử dụng vi điều khiển nào và có ưu điểm gì nổi bật? Hệ thống sử dụng vi điều khiển 32-bit ESP32 DEVKIT V1 trang bị bộ vi xử lý lõi kép Tensilica Xtensa LX6. Vi điều khiển này tích hợp sẵn bộ điều khiển CAN 2.0, giao tiếp SPI tốc độ cao và kết nối không dây, giúp giảm trên 60% chi phí phần cứng so với việc sử dụng các máy chẩn đoán chuyên dụng.

Thiết bị lấy nguồn điện như thế nào để hoạt động liên tục trong suốt hành trình xe? Thiết bị sử dụng module giảm áp LM2596 3A kết nối trực tiếp vào chân số 16 (dương ắc quy 12V) và chân số 4 (mát) của cổng DLC3 chuẩn OBD-II. Module này hạ áp an toàn xuống mức 5V với dòng tải tối đa 3A, giúp hệ thống vận hành liên tục mà không cần pin ngoài.

Bộ giám sát có thể đọc được những thông số vận hành cốt lõi nào của động cơ? Thiết bị trích xuất và hiển thị chính xác 9 thông số quan trọng theo chuẩn SAE J1979 gồm tốc độ động cơ (RPM), áp suất thanh rail, áp suất tăng áp, thời điểm phun, nhiệt độ nước làm mát, lưu lượng khí nạp, nhiệt độ khí nạp, vị trí bàn đạp ga và độ mở van EGR với độ trễ dưới 50ms.

Dữ liệu vận hành của động cơ được lưu trữ và trích xuất bằng cách nào? Toàn bộ dữ liệu thu thập được ghi tự động vào thẻ nhớ Micro SD 2GB thông qua module giao tiếp SPI dưới dạng tệp văn bản. Khi kết nối máy tính qua cổng micro USB, dữ liệu được truyền tải và hiển thị trực quan theo thời gian thực trên giao diện đồ họa LabVIEW.

Thiết bị có thể hoạt động trên các dòng xe diesel khác ngoài Kia Sedona 2021 không? Có, thiết bị được thiết kế dựa trên tiêu chuẩn quốc tế ISO 11898 và SAE J1979 ở tốc độ truyền 500 kbps. Thực nghiệm mở rộng chứng minh bộ đọc tương thích tốt với tỷ lệ trên 95% trên các dòng xe Common-Rail của Toyota, Hyundai, Ford, Isuzu, Chevrolet và Mitsubishi.

Kết luận

• Thiết kế và chế tạo thành công bộ giám sát thông số vận hành động cơ Diesel Common-Rail nhỏ gọn, tự cấp nguồn từ cổng DLC3 và lưu trữ độc lập trên thẻ nhớ 2GB.
• Làm chủ hoàn toàn thuật toán quét PID và giải mã giao tiếp mạng CAN-bus 2.0 ở tốc độ 500 kbps theo đúng tiêu chuẩn quốc tế SAE J1979.
• Thu thập, lưu trữ và hiển thị trực quan 9 thông số kỹ thuật then chốt của động cơ theo thời gian thực trên phần mềm đồ họa LabVIEW.
• Kiểm chứng thực nghiệm thành công trên xe Kia Sedona 2021 và chứng minh độ tương thích rộng rãi trên 6 thương hiệu ô tô phổ biến.
• Đặt nền móng vững chắc cho việc xây dựng cơ sở dữ liệu lớn phục vụ ứng dụng trí tuệ nhân tạo trong chẩn đoán và dự báo hư hỏng động cơ trong vòng 12 tháng tới.

Hãy tải và tham khảo ngay toàn văn tài liệu luận văn thạc sĩ để nắm bắt trọn vẹn sơ đồ mạch, mã nguồn chương trình và phương pháp ứng dụng công nghệ CAN-bus vào thực tiễn chẩn đoán ô tô!

Trích đoạn nội dung tài liệu

CHƯƠNG 1 GIỚI THIỆU ĐỀ TÀI NGHIÊN CỨU 1.1 GIỚI THIỆU Trên động cơ Diesel vẫn còn nhiều mặt hạn chế trong quá trình sử dụng cũng như dẫn tới sự ô nhiễm môi trường. Nhiều công nghệ ra đời giúp cải thiện hơn các mặt hạn chế ở động cơ Diesel và hệ thống nhiên liệu phun dầu điện tử common-Rail với hộp điều khiển động cơ ECU (Engine control unit) là một trong những thành tựu khoa học tiêu biểu, giúp thực hiện xử lý dữ liệu và các hoạt động của động cơ. Khi hệ thống này gặp sự cố, động cơ sẽ bị gián đoạn, ảnh hưởng đến quá trình vận hành của động cơ. Do đó chúng ta cần phải thường xuyên bảo dưỡng, kiểm tra hệ thống để phát hiện và khắc phục kịp thời các hư hỏng.

Do đó thì việc thu thập dữ liệu từ xe là rất hữu ích và cực kỳ quan trọng. Và hiện nay chúng ta vẫn còn thu thập dữ liệu trên ECU bằng các máy chẩn đoán có dây. Việc sử dụng máy chuẩn đoán có dây bắt buộc người dùng phải sử dụng một dây cáp kết nối vào cổng DLC3 theo chuẩn OBD-II hiện hành để giao tiếp. Điều này đòi hỏi người dùng phải luôn hiện diện ở xung quanh khu vực có cổng DLC3 để đảm bảo giao tiếp, từ đó sẽ không giúp được người sử dụng cũng như phải theo dõi trong suốt quá trình hoạt động của động cơ để chẩn đoán và phòng tránh được các hư hỏng.

Nhận thấy việc đọc và lưu dữ liệu được các thông số của động cơ giúp người sử dụng theo dõi được quá trình hoạt động của động cơ là rất quan trọng, nên việc thiết kế bộ đọc dữ liệu giám sát các thông số hoạt động của động cơ phun dầu điện tử common rail là rất cần thiết trong thời điểm hiện nay và trong tương lai.2 TÌNH HÌNH CÁC NGHIÊN CỨU TRÊN THẾ GIỚI 1.1 Các nghiên cưu tiêu biểu Tháng 12 năm 2014, Jeeva Balu, Swapnil Awate, Rajesh Jeyakrishnan [1] phát triển phần cứng, mã hóa phần mềm dùng ngôn ngữ lập trình C nhúng cho vi điều khiển Học viên: Nguyễn Tấn Lực MSHV :1870614 Luận văn thạc sĩ Trang 2 GVHD : TS.Trần Đăng Long Arduino ATMEGA, hiệu chuẩn của bộ điều khiển điện tử (ECU) để điều khiển tốc độ dòng phun nhiên liệu. Tốc độ phun được đo và hiệu chuẩn. Kết quả cho thấy sự trùng khớp rất chặt chẽ giữa tốc độ phun nhiên liệu đo được sau khi hiệu chuẩn và tốc độ phun nhiên liệu được tính toán ở mức 1500 vòng / phút. Tháng 4 năm 2016, Mario Farrugia, Charlo Seychell, Stephen Camilleri [2] nghiên cứu về động cơ Diesel với việc ECU được lập trình để cho phép thử nghiệm các tác động của việc phun diesel khác nhau và các thông số như tuần hoàn khí thải (EGR).

Dữ liệu thực nghiệm về lưu lượng của kim phun diesel loại điện từ được đưa ra và thảo luận. Masri [3] thực hiện chuyển đổi cơ sở của động cơ đốt trong xi lanh đơn thành động cơ phun nhiên liệu trực tiếp xi lanh đơn. Tốc độ thời gian phun đã được tính toán với đầu vào áp suất khác nhau được đưa ra cho kim phun nhiên liệu. Bộ phun nhiên liệu được điều khiển bằng bảng mạch Arduino Uno và phần mềm Arduino, và tốc độ và mở được thiết lập trong phần mềm.2 Một số Patent liên quan Patents số US 9574882 B2 Automotive OBD-II Device Generating Navigational Information [6] Số hiệu xin cấp bằng: US 2016/0084657 A1 Ngày xuất bản: 19/09/2014 Ngày nộp: 21/02/2017 Nhà sáng chế: Robert SchillingDavid F.

NistAlbert SerpaMartin TierneyStephen Profit. Tóm tắt: Một hệ thống bao gồm một mạch xử lý và một máy tính với lưu trữ có thể đọc được. Mạch xử lý có thể được định cấu hình để cắm vào đầu nối chẩn đoán trên bo mạch cho phép mạch xử lý giao tiếp với một hoặc nhiều bus của cổng giao tiếp và truyền thông tin tới một thiết bị phụ trợ. Học viên: Nguyễn Tấn Lực MSHV :1870614 Luận văn thạc sĩ Trang 3 GVHD : TS.Trần Đăng Long Patents số WO 2017048876 A1 Embedded on-board diagnostic (obd) device for a vehicle [7] Số hiệu xin cấp bằng: PCT/US2016/051782 Ngày xuất bản: 14/09/2016 Ngày nộp: 23/03/2017 Nhà sáng chế: Sheshi NyalamaduguJoe MullisAlexander Birektawit Waktola Raymond Freeman Tóm tắt: Thiết bị OBD này bao gồm: một bộ chuyển đổi OBD được định cấu hình để cắm vào cổng OBD của xe và một module RFID được ghép nối bằng điện với bộ chuyển đổi OBD.

Module RFID được định cấu hình thêm để nhận dữ liệu OBD của một chiếc xe từ một cổng OBD và giao tiếp một phần dữ liệu đã nhận với đầu đọc RFID.3 TÌNH HÌNH NGHIÊN CỨU TRONG NƯỚC Tình hình gần đây, nhiều công trình nghiên cứu liên quan đến việc điều khiển điện tử hệ thống điện điều khiển động cơ đã được quan tâm và phát triển hơn nhưng hiện vẫn chưa có nghiên cứu nào đi sâu về vấn đề giám sát tình trạng vận hành động cơ từ đó đưa ra những chẩn đoán thích hợp liên quan. Một số nghiên cứu về ứng dụng điều khiển điện tử hệ thống điện điều khiển động cơ commonrail của một số tác giả sau: Năm 2013 Nguyễn Quang Hưng [4] đã nghiên cứu thiết kế mô hình chẩn đoán OBD-2 trên ô tô, kết nối Arduino với động cơ hiển thị các cảm biến trên máy tính. Tháng 1 năm 2018 nhóm tác giả Nguyễn Kim, Lê Khánh Tân và Vũ Trọng Tài [5] đã nghiên cứu thiết kế và thi công mô hình triển khai hệ thống điều khiển động cơ Diesel điện tử - common-rail Toyota Hilux, bo mạch Arduino UNO sẽ đọc tín hiệu từ các chân cảm biến trên ECU, thông qua kết nối USB đến máy tính và truyền các thông số lên màn hình LED trên mô hình. Học viên: Nguyễn Tấn Lực MSHV :1870614 Luận văn thạc sĩ Trang 4 GVHD : TS.Trần Đăng Long 1.4 NHẬN XÉT VÀ LÝ DO CHỌN ĐỀ TÀI Từ các nghiên cứu các tài liệu hiện có đã cho thấy một số mặt hạn chế trong phương pháp điều khiển điện tử hệ thống điện điều khiển động cơ: • Đa số các nghiên cứu đều thực hiện thiết kế bộ điều khiển điện tử động cơ, kết nối các bo mạch và phần mềm liên kết, chưa đánh giá được các hư hỏng từng cơ cấu ảnh hưởng đến hoạt động của động cơ.

• Nhìn chung các nghiên cứu trên đã liên kết và chế tạo thành công các thiết bị và phần mềm với nhau, các nghiên cứu trong nước vẫn rất hạn chế trong việc kết nối đọc dữ liệu trực tiếp hộp điều khiển. Các nghiên cứu trên vẫn chưa có nhiều đề tài về kết nối hộp điều khiển ECU thông qua giao thức mạng CAN để đọc thông số dữ liệu, và đặc biệt là ở các động cơ phun dầu điện tử common rail. Qua nhận xét về các tài liệu trên, em đã tiến hành nghiên cứu thiết kế triển khai nghiên cứu thiết kế bộ giám sát thông số vận hành của động cơ phun dầu điện tử common rail. Học viên: Nguyễn Tấn Lực MSHV :1870614 Luận văn thạc sĩ Trang 5 GVHD : TS.Trần Đăng Long CHƯƠNG 2: CƠ SỞ LÝ THUYẾT 2.1 CÁC THÔNG SỐ ẢNH HƯỞNG ĐẾN ĐỘNG CƠ PHUN DẦU ĐIỆN TỬ COMMON-RAIL 2.1 Giới thiệu động cơ dầu điện tử Common-Rail: Các hệ thống chính trên động cơ dầu điện tử Common-Rail: • Hệ thống cố định • Hệ thống phát lực • Hệ thống phân phối khí (swirl flap, turbocharger) • Hệ thống bôi trơn • Hệ thống làm mát • Hệ thống nhiên liệu (Common-rail) • Hệ thống giảm khí thải (EGR, SCR, DPF) • Hệ thống điện Các hệ thống đều hỗ trợ và có mối liên hệ với nhau, và một trong những hệ thống quan trọng ảnh hưởng đến quá trình hoạt động động cơ là hệ thống nhiên liệu Common- rail.

Cũng giống như hệ thống nhiên liệu Diesel thông thường khác, từ đường ống thấp áp, nhiên liệu được bơm lên đẩy qua ống trữ nhiên liệu áp suất cao, sau đó được đưa tới vòi phun và phun nhiên liệu vào buồng đốt. Hệ thống Common-Rail sẽ điều khiển việc phun nhiên liệu và phân bố áp suất, giúp động cơ hoạt động ổn định. Từ thông số dữ liệu bàn đạp ga, ECU sẽ quyết định đưa ra mức nhiên liệu cần phun và cả tính toán áp suất phun cũng như thời điểm phun. Học viên: Nguyễn Tấn Lực MSHV :1870614 Luận văn thạc sĩ Trang 6 GVHD : TS.Trần Đăng Long Hình 2.1 Động cơ phun dầu điện tử Common-Rail Các thành phần chính trong hệ thống Common-Rail gồm hệ thống điều khiển điện tử và hệ thống cung cấp nhiên liệu: • Bộ phận điều khiển điện tử bao gồm bộ xử lý ECU, các cảm biến đầu vào và bộ chấp hành, bộ khuếch đại để mở kim phun.

Các tín hiệu từ các cảm biến khác nhau đo các thông số hoạt động của động cơ được truyền đến bộ xử lý ECU, từ đó bộ xử lý ECU sẽ tính toán đưa ra các thông số cần thiết như thời điểm phun, lưu lượng phun nhiên liệu cũng như gửi tín hiệu để điều khiển mở van kim phun. Các thông số về áp suất nhiên liệu và tuần hoàn khí xả cũng được hệ thống xử lý và điều khiển. • Bộ phận cung cấp nhiên liệu bao gồm các thành phần như thùng chứa nhiên liệu, ống phân phối, kim phun, lọc nhiên liệu, bơm cao áp, các đường ống cao áp v.v… Nhiên liệu được bơm từ thùng chứa sau đó được nén lên áp suất cao. Bộ xử lý ECU sẽ tính toán và gửi tín hiệu điều khiển phun nhiên liệu vào buồng đốt của động cơ theo chu kỳ thích hợp.

Học viên: Nguyễn Tấn Lực MSHV :1870614 Luận văn thạc sĩ Trang 7 GVHD : TS.Trần Đăng Long 2.2 Các tín hiệu đầu vào hệ thống Hình 2.2 Các cảm biến trên hệ thống Common-Rail Tín hiệu từ bàn đạp ga (VPA, VPA2): Cảm biến tín hiệu này được lắp trên bàn đạp chân ga, người lái đạp ga qua các mức độ khác nhau sẽ được mã hóa và gửi tín hiệu dưới dạng điện áp đến bộ vi xử lý trung tâm. Tín hiệu từ vị trí bướm ga (VTA): Cảm biến này lắp trên đường ống nạp của động cơ, bướm ga được mở ở các góc độ khác nhau sẽ được phát hiện và gửi tín hiệu đến bộ vi xử lý trung tâm bằng tín hiệu điện áp. Tín hiệu vị trí trục cam G (TDC): Cảm biến vị trí trục cam được lắp phía đầu động cơ, dùng để phát hiện vị trí TDC của piston và gửi tín hiệu về đến bộ vi xử lý trung tâm. Tín hiệu vị trí trục khuỷu (Ne): Học viên: Nguyễn Tấn Lực MSHV :1870614 Luận văn thạc sĩ Trang 8 GVHD : TS.Trần Đăng Long Cảm biến này được lắp phía đầu động cơ dùng để phát hiện góc quay trục khuỷu và số vòng quay máy.

Cảm biến này cũng sử dụng loại cuộn dây điện từ.