Bối cảnh và vấn đề nghiên cứu

Trong quá trình phát triển của ngành công nghiệp ô tô, các phương tiện giao thông hiện đại không chỉ đòi hỏi các tiêu chuẩn khắt khe về tính năng an toàn kỹ thuật mà còn tích hợp nhiều hệ thống tiện nghi nhằm nâng cao trải nghiệm của người sử dụng. Một trong những phân hệ quan trọng hàng đầu là hệ thống điều hòa không khí tự động (Automatic Air Conditioning System), có nhiệm vụ tự động duy trì vi khí hậu ổn định trong khoang hành khách dưới mọi điều kiện thời tiết bên ngoài.

Tuy nhiên, việc tìm hiểu cấu tạo, phân tích nguyên lý hoạt động, kiểm tra chẩn đoán và thử nghiệm các thuật toán điều khiển của hệ thống điều hòa không khí tự động trên ô tô gặp nhiều rào cản nếu chỉ dựa trên các sơ đồ lý thuyết hoặc các thao tác đo đạc thủ công rời rạc. Xuất phát từ nhu cầu học tập, nghiên cứu thực nghiệm và phục vụ công tác giảng dạy chuyên ngành, đề tài "Ứng dụng phần mềm máy tính thu thập tín hiệu và điều khiển hệ thống điều hòa không khí tự động trên ô tô" được thực hiện bởi nhóm sinh viên Dương Tiến Sơn và Vũ Đức Thảo (ngành Công nghệ Kỹ thuật Ô tô, Trường Đại học Sư phạm Kỹ thuật TP. Hồ Chí Minh) dưới sự hướng dẫn của TS. Lê Thanh Phúc.

Nhiệm vụ và mục tiêu nghiên cứu cụ thể của đề tài bao gồm 5 nội dung chính:

  1. Nghiên cứu tài liệu lý thuyết chuyên ngành về hệ thống điều hòa không khí tự động trên ô tô và phần mềm lập trình đồ họa LabVIEW.
  2. Khảo sát, phục hồi và hoàn thiện mô hình thực hành hệ thống điều hòa không khí tự động có sẵn tại xưởng thực hành của nhà trường.
  3. Thiết lập hệ thống ghép nối, truyền nhận tín hiệu giữa phần cứng mô hình điều hòa với máy tính thông qua card thu thập dữ liệu chuyên dụng NI USB-6009.
  4. Lập trình biểu đồ khối thuật toán (Block Diagram) và thiết kế giao diện người dùng trực quan (Front Panel) bằng phần mềm LabVIEW để giám sát các thông số hoạt động.
  5. Lập trình tương tác hai chiều giữa phần mềm máy tính và mô hình phần cứng, phục vụ việc thu thập dữ liệu cảm biến và thử nghiệm thuật toán điều khiển đóng/ngắt máy nén độc lập.

Đối tượng và phạm vi nghiên cứu:

  • Đối tượng nghiên cứu: Cấu trúc tín hiệu, cảm biến, cơ cấu chấp hành và quy trình điều khiển nhiệt độ của hệ thống điều hòa không khí tự động (tham chiếu trên các dòng xe thương mại như Toyota, Honda, Hyundai).
  • Phạm vi thực nghiệm: Mô hình sa bàn điều hòa không khí tự động sử dụng động cơ điện kéo máy nén, nguồn điện 12–14V DC kết hợp nguồn điện lưới xoay chiều 220V AC, hệ thống thu thập dữ liệu dựa trên card NI USB-6009 và môi trường lập trình LabVIEW tại Khoa Đào tạo Chất lượng cao, Trường Đại học Sư phạm Kỹ thuật TP. Hồ Chí Minh.

Cơ sở lý thuyết và phương pháp nghiên cứu

Cơ sở lý thuyết

Nghiên cứu dựa trên nền tảng kỹ thuật điện - điện tử ô tô, lý thuyết điều khiển tự động và công nghệ đo lường ảo:

  • Cấu trúc điều khiển tự động: Hệ thống bao gồm 3 khối chức năng: Khối cảm biến đầu vào (cảm biến nhiệt độ trong xe, nhiệt độ ngoài xe, nhiệt độ giàn lạnh, nhiệt độ nước làm mát, cảm biến bức xạ mặt trời); Khối xử lý trung tâm (A/C ECU / A/C Control Assembly); Khối cơ cấu chấp hành (các servo motor điều khiển cánh gió, ly hợp từ máy nén, quạt giàn lạnh, các cụm relay).
  • Thuật toán tính toán nhiệt độ không khí cửa ra (TAO - Target Air Outlet Temperature): Nguyên lý ECU tính toán giá trị nhiệt độ mục tiêu tại cửa gió dựa trên mối tương quan giữa nhiệt độ cài đặt của người dùng, nhiệt độ thực tế trong xe ($T_r$), nhiệt độ môi trường bên ngoài ($T_{am}$) và cường độ bức xạ mặt trời ($T_s$). Giá trị TAO quyết định vị trí cánh trộn gió (Air Mix), tốc độ quạt lồng sóc và chế độ phân phối luồng khí.
  • Nền tảng đo lường ảo LabVIEW (Laboratory Virtual Instrument Engineering Workbench): Ngôn ngữ lập trình đồ họa G (Dataflow Programming) của hãng National Instruments, hoạt động dựa trên cấu trúc Virtual Instrument (VI) gồm Front Panel (giao diện hiển thị/điều khiển) và Block Diagram (khối mã nguồn thuật toán), hỗ trợ các giao thức truyền thông công nghiệp và thư viện điều khiển phần cứng chuyên dụng NI-DAQmx.

Phương pháp nghiên cứu

  • Phương pháp nghiên cứu tài liệu: Tổng hợp, phân tích các tài liệu kỹ thuật, sơ đồ mạch điện hệ thống điều hòa ô tô chính hãng và tài liệu hướng dẫn kỹ thuật của phần mềm LabVIEW, bộ công cụ thu thập dữ liệu NI-DAQ.
  • Phương pháp thiết kế và tích hợp hệ thống kỹ thuật: Thiết kế mạch giao tiếp phần cứng, đấu nối trích xuất tín hiệu từ bảng giắc chẩn đoán của A/C Control Assembly đến các kênh Analog Input/Output và Digital I/O của card NI USB-6009.
  • Phương pháp thực nghiệm: Thực hiện đo đạc đặc tính điện trở - nhiệt độ của từng cảm biến (sử dụng đồng hồ vạn năng, buồng đo nhiệt), đo xung tốc độ quạt (cảm biến Hall), trích xuất tín hiệu điều khiển servo và chạy thử nghiệm điều khiển đóng ngắt máy nén trực tiếp trên mô hình sa bàn.

Thiết kế và triển khai hệ thống giao tiếp, điều khiển

Hệ thống thu thập dữ liệu và điều khiển được thiết kế theo cấu trúc module phân tầng giữa phần cứng mô hình và máy tính xử lý:

[Mô hình phần cứng sa bàn A/C]

Kiến trúc phần cứng và thiết bị thu thập dữ liệu

  • Mô hình sa bàn A/C: Tích hợp cụm A/C Control Assembly, hộp điều khiển điện tử, hệ thống giàn nóng, giàn lạnh, van tiết lưu, phin lọc ga, động cơ điện xoay chiều dẫn động lốc nén thay cho động cơ đốt trong. Trên sa bàn bố trí hệ thống bảng giắc đo kiểm nối song song với các chân giắc B (23 cực) và giắc C (8 cực) của hộp điều khiển.
  • Card giao tiếp NI USB-6009: Thiết bị thu thập dữ liệu đa chức năng của National Instruments, kết nối với máy tính qua cổng USB, quản lý và kiểm tra thiết bị qua phần mềm NI MAX (Measurement & Automation Explorer). Card cung cấp 8 kênh đầu vào tương tự (Analog Inputs - AI) độ phân giải 14-bit (chế độ vi sai) hoặc 13-bit (chế độ đơn cực), tốc độ lấy mẫu lên tới 48 kS/s, cùng các kênh xuất/nhập số (Digital I/O).
Thông số kỹ thuật Đặc tính card NI USB-6009
Chuẩn giao tiếp máy tính Cổng USB (Universal Serial Bus)
Số kênh Analog Input (AI) 8 kênh đơn cực (Single-ended) / 4 kênh vi sai (Differential)
Độ phân giải lấy mẫu 13-bit (Single-ended), 14-bit (Differential)
Tốc độ lấy mẫu tối đa 48 kS/s
Số kênh Analog Output (AO) 2 kênh (12-bit, 150 S/s)
Số kênh Digital I/O 12 kênh (chuẩn tương thích TTL/CMOS)
Thư viện lập trình NI-DAQmx tích hợp trong LabVIEW

Cấu trúc phần mềm và thuật toán LabVIEW

  • Front Panel: Được thiết kế trực quan với các đồng hồ hiển thị nhiệt độ (nhiệt độ môi trường, nhiệt độ trong xe, nhiệt độ giàn lạnh), chỉ thị trạng thái bức xạ mặt trời (Sunny/Shady), biểu đồ hiển thị tốc độ quạt giàn lạnh (RPM), đèn báo trạng thái các servo motor (vị trí lấy gió trong/ngoài, vị trí trộn gió HOT/COOL) và công tắc điều khiển chế độ vận hành (Manual/Auto).
  • Block Diagram: Sử dụng thư viện DAQmx - Data Acquisition để cấu tạo các vòng lặp tác vụ (Task):
    • Tác vụ đọc tín hiệu Analog từ các cảm biến nhiệt điện trở và cảm biến quang, áp dụng hàm chuyển đổi điện áp - nhiệt độ thực nghiệm.
    • Tác vụ đếm xung tần số từ cảm biến Hall để tính toán và hiển thị tốc độ vòng quay quạt gió.
    • Tác vụ logic so sánh nhiệt độ thực tế với ngưỡng cài đặt ($19{,}5^\circ\text{C}$ và $3^\circ\text{C}$ bảo vệ đóng băng) để xuất tín hiệu số điều khiển mạch kích relay đóng/ngắt máy nén.

Nội dung chính theo từng chương

Chương 1: Khái quát về hệ thống điều hòa không khí tự động trên ô tô và phần mềm LabVIEW

Chương này tổng quan cơ sở kỹ thuật về cấu trúc, chức năng của hệ thống điều hòa không khí tự động trên ô tô và môi trường phát triển LabVIEW.

  • Cấu trúc hệ thống: Phân tích các thành phần chính gồm ECU điều khiển A/C, bảng điều khiển trung tâm, hệ thống cảm biến (nhiệt độ trong xe TR, nhiệt độ môi trường TAM, nhiệt độ giàn lạnh TE, nhiệt độ nước làm mát TW, cảm biến bức xạ mặt trời TS), các relay điều khiển (Fan relay, Heater relay, A/C relay) và các cụm motor servo.
  • Nguyên lý hoạt động của các motor trợ động:
    • Air Mix Control Servo Motor: Điều chỉnh độ mở cánh trộn khí qua hai cực MH (quay về Hot) và MC (quay về Cool), có chiết áp báo vị trí góc mở về ECU và bộ tiếp điểm hạn chế hành trình.
    • Air Inlet Control Servo Motor: Điều khiển dòng khí vào theo hai chế độ lấy gió ngoài (FRESH) hoặc tuần hoàn gió trong (RECIRC).
    • Air Vent Mode Control Servo Motor: Điều khiển phân phối luồng gió ra các vị trí: mặt (FACE), chân (FOOT), hai tầng (B/L - Bi-Level), sấy kính (DEF) và sấy kính/chân (F/D).
  • Nguyên lý tính toán nhiệt độ không khí cửa ra (TAO): Phân tích cơ chế ECU tính toán hạ thấp giá trị TAO khi nhiệt độ cài đặt thấp, nhiệt độ trong/ngoài xe cao hoặc cường độ bức xạ mặt trời tăng.
  • Tổng quan về LabVIEW: Giới thiệu cấu trúc lập trình đồ họa G, nguyên lý luồng dữ liệu (Dataflow), các thành phần cơ bản của một Virtual Instrument (Front Panel, Block Diagram, Icon/Connector Pane) và khả năng ứng dụng trong đo lường, tự động hóa công nghiệp.

Chương 2: Nghiên cứu mô hình điều hòa không khí tự động

Chương 2 trình bày chi tiết về cấu tạo mô hình thực hành sa bàn điều hòa không khí có sẵn tại trường và sơ đồ chân tín hiệu đo kiểm.

  • Cấu trúc phần cứng mô hình: Chia làm hai phần chính gồm phần sa bàn điều khiển (chứa bảng công tắc, A/C Control Assembly, bảng giắc kiểm tra, các relay nguồn) và phần hệ thống cơ điện lạnh (máy nén kéo bằng động cơ điện, giàn nóng, giàn lạnh, cụm quạt thổi, van tiết lưu).
  • Đặc tính các cảm biến trên mô hình:
    • Cảm biến nhiệt độ trong xe ($TR$), ngoài xe ($TAM$), giàn lạnh ($TE$), nước làm mát ($TW$) đều là các nhiệt điện trở âm (NTC - Negative Temperature Coefficient), có giá trị điện trở giảm khi nhiệt độ tăng.
    • Cảm biến bức xạ mặt trời ($TS$) sử dụng điốt quang (Photodiode) biến đổi quang năng thành tín hiệu điện áp gửi về ECU.
    • Cảm biến ngắt giàn lạnh: ECU ngắt ly hợp từ máy nén khi nhiệt độ giàn lạnh hạ xuống khoảng $3^\circ\text{C}$ và đóng lại khi nhiệt độ tăng lên trên $4^\circ\text{C}$ để chống đóng băng bề mặt.
  • Bảng giắc kiểm tra A/C Control Assembly: Trình bày chi tiết bảng ký hiệu và chức năng các chân giắc phục vụ đo kiểm:
Ký hiệu chân Tên gọi và chức năng tín hiệu Ký hiệu chân Tên gọi và chức năng tín hiệu
+B Nguồn điện 12V thường trực TAM Tín hiệu cảm biến nhiệt độ môi trường
ACC / IG Nguồn 12V qua khóa điện (ACC / IG) TR Tín hiệu cảm biến nhiệt độ trong xe
GND / SG Mass hệ thống / Mass cảm biến TE Tín hiệu cảm biến nhiệt độ giàn lạnh
AMH / AMC Tín hiệu điều khiển servo trộn gió (Hot/Cool) TW Tín hiệu cảm biến nhiệt độ nước làm mát
AIFR / AIR Tín hiệu điều khiển servo lấy gió trong / ngoài TS / S5 Tín hiệu cảm biến bức xạ / Nguồn 5V
MGC Tín hiệu điều khiển A/C relay (ly hợp từ) TP / TPI Tín hiệu phản hồi vị trí cánh gió
FR / HR Tín hiệu điều khiển Fan relay / Heater relay PSW Tín hiệu công tắc áp suất kép
FACE, FOOT, B/L, DEF, F/D Tín hiệu điều khiển các chế độ thổi gió VM / BLW Tín hiệu điều khiển cụm công suất quạt
  • Quy trình vận hành mô hình an toàn: Hướng dẫn các bước kiểm tra an toàn rò rỉ môi chất lạnh, cấp nguồn 12–14V DC (ắc quy) và 220V AC, bật khóa điện sang vị trí IG/ST, kiểm tra hiển thị đèn bảng điều khiển và bật công tắc Blower/AC trước khi thực hiện đo đạc.

Chương 3: Thiết lập hệ thống giao tiếp LabVIEW với mô hình điều hòa không khí

Chương này tập trung vào giải pháp phần cứng thu thập dữ liệu:

  • Trình bày sơ đồ kết nối chân tín hiệu từ bảng giắc đo kiểm của mô hình tới các đầu vào Analog và Digital trên card NI USB-6009.
  • Cấu hình thiết bị trong phần mềm quản lý NI MAX để kiểm tra tính toàn vẹn của đường truyền USB và độ ổn định của các kênh thu thập.
  • Thiết lập thư viện điều khiển NI-DAQmx trong môi trường LabVIEW để sẵn sàng cho các tác vụ lập trình đọc/ghi tín hiệu đa kênh.

Chương 4: Lập trình và thiết kế giao diện hiển thị thông tin hệ thống điều hòa không khí bằng LabVIEW

Chương 4 mô tả quá trình xây dựng phần mềm đo lường ảo:

  • Phương pháp thu thập và xử lý tín hiệu: Xây dựng lưu đồ thuật toán truyền nhận tín hiệu giữa phần cứng và máy tính; phân loại xử lý tín hiệu Analog (điện áp cảm biến nhiệt độ, cảm biến quang) và tín hiệu Digital (xung tốc độ quạt, trạng thái các tiếp điểm relay).
  • Xây dựng Block Diagram: Lập trình các khối chức năng xử lý tín hiệu cho từng cảm biến:
    • Khối xử lý tín hiệu cảm biến nhiệt độ giàn lạnh ($TE$), nhiệt độ môi trường ($TAM$), nhiệt độ trong xe ($TR$).
    • Khối xử lý cảm biến quang nhận diện trạng thái nắng (SUNNY) và râm/tối (SHADY).
    • Khối giám sát tín hiệu Air Mix Control Servo Motor (chế độ Max Hot / Max Cool) và Air Inlet Control Servo Motor (Fresh / Recirc).
    • Khối tính toán tần số xung cảm biến Hall để chuyển đổi sang tốc độ quạt giàn lạnh.
  • Thiết kế Front Panel: Xây dựng giao diện hiển thị tổng hợp, bố trí trực quan các đồ thị diễn biến nhiệt độ, đồng hồ kim hiển thị tốc độ quạt và bảng đèn LED chỉ thị trạng thái làm việc của toàn bộ hệ thống.

Chương 5: Lập trình tương tác giữa LabVIEW với mô hình

Chương này công bố các số liệu và đường đặc tính thực nghiệm thu được từ mô hình:

  • Thực nghiệm đo đạc thông số cảm biến: Thu thập các cặp giá trị nhiệt độ và điện trở thực tế của cảm biến nhiệt độ môi trường, cảm biến nhiệt độ trong xe và cảm biến nhiệt độ giàn lạnh.
  • Kết quả thu thập trực tiếp qua LabVIEW:
    • Xây dựng và vẽ đồ thị đường đặc tính $R - T$ (điện trở giảm phi tuyến khi nhiệt độ tăng) của cả 3 cảm biến nhiệt độ NTC.
    • Ghi nhận và hiển thị tín hiệu điện áp đầu ra của cảm biến quang tương ứng với hai mức chiếu sáng (trời nắng và bóng râm).
    • Thu thập dạng sóng tín hiệu điều khiển servo cánh trộn gió và servo cánh lấy gió vào khi chuyển đổi giữa các chế độ vận hành.
    • Ghi nhận sự thay đổi tốc độ quạt gió giàn lạnh tương ứng với các nấc điều khiển quạt từ bảng điều khiển A/C Control Assembly.

Chương 6: Điều khiển hoạt động máy nén thông qua việc thu thập dữ liệu từ hệ thống điều hòa không khí tự động

Chương 6 trình bày việc mở rộng từ thu thập dữ liệu sang điều khiển thiết bị thực tế:

  • Nguyên lý điều khiển máy nén: Dựa trên dữ liệu nhiệt độ thu thập được từ cảm biến nhiệt độ trong xe và cảm biến giàn lạnh, phần mềm LabVIEW thực hiện thuật toán điều khiển đóng ngắt mạch cấp nguồn ly hợp từ máy nén thông qua một mạch relay trung gian.
  • Mạch điện và giao diện điều khiển:
    • Thiết kế mạch điện giao tiếp phần cứng sử dụng tín hiệu Digital Output từ NI USB-6009 kích đóng/ngắt mạch relay máy nén.
    • Lập trình cấu trúc Block Diagram điều khiển logic: Máy nén ngừng hoạt động khi chưa bật chế độ AUTO hoặc khi nhiệt độ đo được dưới $19{,}5^\circ\text{C}$; máy nén được kích hoạt đóng ly hợp khi bật công tắc và nhiệt độ cảm biến vượt quá ngưỡng $19{,}5^\circ\text{C}$.
  • Kết quả thử nghiệm tương tác: Hệ thống thực tế phản hồi chính xác theo đúng logic lập trình, chứng minh tính khả thi của việc sử dụng máy tính làm bộ điều khiển độc lập cho máy nén.

Chương 7: Kết luận và đề nghị

Tổng kết toàn bộ các kết quả nghiên cứu đã hoàn thành và đề xuất các giải pháp hoàn thiện mô hình phục vụ đào tạo.

Kết quả và đóng góp của đề tài

Các kết quả kỹ thuật chính

  • Khảo sát, phục hồi và đấu nối hoàn chỉnh hệ thống điện - điện lạnh trên sa bàn mô hình điều hòa không khí tự động, tích hợp bảng giắc đo kiểm 31 chân tín hiệu phục vụ thực hành.
  • Xây dựng thành công hệ thống thu thập dữ liệu đa kênh thông qua card NI USB-6009 và phần mềm LabVIEW, thu thập chính xác các tín hiệu cảm biến nhiệt độ, cảm biến quang, tín hiệu servo và tốc độ quạt giàn lạnh.
  • Xác lập thực nghiệm các đường đặc tính kỹ thuật của các cảm biến nhiệt điện trở âm NTC trên mô hình:
Thông số kiểm tra Trạng thái / Giá trị đo đạc ghi nhận
Đặc tính cảm biến nhiệt độ ($TAM, TR, TE$) Điện trở giảm phi tuyến khi nhiệt độ tăng (chuẩn NTC)
Cảm biến bức xạ mặt trời ($TS$) Phân biệt rõ rệt hai mức tín hiệu quang: SUNNY và SHADY
Ngưỡng nhiệt độ ngắt máy nén chống đóng băng Ngắt ly hợp từ khi nhiệt độ giàn lạnh đạt $\approx 3^\circ\text{C}$, đóng lại khi $>4^\circ\text{C}$
Ngưỡng nhiệt độ điều khiển máy nén (LabVIEW) Ngắt máy nén khi $T < 19{,}5^\circ\text{C}$; kích hoạt khi $T \ge 19{,}5^\circ\text{C}$ ở chế độ AUTO
Điều khiển servo gió & quạt Nhận diện chính xác 5 hướng gió, 2 chế độ lấy gió và xung tốc độ quạt

Đóng góp thực tiễn của đề tài

  • Hoàn thiện một mô hình học cụ trực quan có khả năng số hóa các thông số vận hành của hệ thống điều hòa ô tô, giúp sinh viên ngành Công nghệ Kỹ thuật Ô tô dễ dàng quan sát, phân tích các hiện tượng kỹ thuật và chẩn đoán hư hỏng mà không thể thấy trực tiếp trên xe thực tế.
  • Chứng minh tính khả thi của việc ứng dụng công cụ đo lường ảo LabVIEW kết hợp phần cứng NI-DAQ trong việc thu thập tín hiệu và can thiệp điều khiển các cơ cấu chấp hành trên ô tô.

Hạn chế và hướng nghiên cứu tiếp

Hạn chế của đề tài

  • Mô hình sa bàn sử dụng động cơ điện để kéo máy nén thay cho động cơ đốt trong thực tế, do đó cảm biến nhiệt độ nước làm mát động cơ ($TW$) không thể phản ánh đúng quy luật hoạt động điều khiển hâm nóng không khí và cắt tải khi động cơ quá nhiệt như trên xe thật.
  • Nghiên cứu mới dừng lại ở việc điều khiển đóng/ngắt máy nén độc lập theo ngưỡng nhiệt độ đơn giản, chưa thay thế hoàn toàn toàn bộ các thuật toán điều khiển phức tạp khác của hộp A/C Control Assembly (như điều khiển tự động biến thiên tốc độ quạt tuyến tính, điều khiển hòa trộn vị trí cánh gió tự động theo phương trình TAO hoàn chỉnh).

Hướng phát triển tiếp theo

  • Nâng cấp thuật toán LabVIEW để điều khiển độc lập toàn bộ các cơ cấu chấp hành (tất cả các servo motor cánh gió và cụm điều khiển công suất quạt giàn lạnh), tiến tới thay thế hoàn toàn hộp ECU điều khiển A/C trên mô hình.
  • Mở rộng chức năng tạo pan giả lập sự cố (đứt dây, hỏng cảm biến, kẹt servo) trên giao diện máy tính để phục vụ công tác kiểm tra, đánh giá kỹ năng chẩn đoán hệ thống điện lạnh ô tô của sinh viên.

Giá trị tham khảo

Tài liệu khóa luận tốt nghiệp này mang lại giá trị tham khảo thiết thực cho nhiều đối tượng:

  • Sinh viên ngành Công nghệ Kỹ thuật Ô tô, Kỹ thuật Cơ điện tử, Tự động hóa: Là tài liệu tham khảo cụ thể về sơ đồ đấu dây, bảng ký hiệu chân giắc ECU điều hòa ô tô và phương pháp ứng dụng LabVIEW/NI-DAQ để đo lường, giám sát tín hiệu ô tô.
  • Giảng viên và kỹ thuật viên xưởng thực hành ô tô: Cung cấp hướng dẫn sử dụng, sơ đồ mạch điện và quy trình đo kiểm trên sa bàn điều hòa không khí, hỗ trợ công tác giảng dạy các học phần Thực hành Điện thân xe - Tiện nghi và Chẩn đoán hệ thống điều khiển ô tô.
  • Các nội dung đáng tham khảo nhất: Sơ đồ ký hiệu bảng chân giắc A/C Control Assembly (Chương 2), cấu trúc lập trình khối chức năng DAQmx trên LabVIEW (Chương 4) và các đường đặc tính cảm biến nhiệt độ thực nghiệm (Chương 5).

Câu hỏi thường gặp

1. Mô hình thực nghiệm trong khóa luận sử dụng loại cảm biến nhiệt độ nào và có đặc tính ra sao?

Các cảm biến nhiệt độ trên mô hình (cảm biến nhiệt độ trong xe, ngoài xe, giàn lạnh, nước làm mát) đều là cảm biến nhiệt điện trở âm (NTC - Negative Temperature Coefficient). Đặc tính của loại cảm biến này là giá trị điện trở giảm dần khi nhiệt độ môi trường đo tăng lên. Tín hiệu điện trở được chuyển đổi thành điện áp gửi về ECU để xử lý.

2. Thiết bị phần cứng nào được sử dụng để ghép nối giữa máy tính và sa bàn điều hòa?

Tác giả sử dụng card thu thập dữ liệu đa chức năng NI USB-6009 của hãng National Instruments. Card này giao tiếp với máy tính qua cổng USB, hỗ trợ 8 kênh đầu vào tương tự (Analog Input) độ phân giải 13-bit/14-bit, tốc độ lấy mẫu tối đa 48 kS/s và 12 kênh vào/ra số (Digital I/O).

3. Nguyên lý tính toán nhiệt độ không khí cửa ra (TAO) của hệ thống điều hòa ô tô dựa vào những yếu tố nào?

ECU điều khiển A/C tính toán giá trị TAO dựa trên 4 thông số: nhiệt độ cài đặt của người dùng, nhiệt độ thực tế trong xe ($TR$), nhiệt độ môi trường ngoài xe ($TAM$) và cường độ bức xạ mặt trời ($TS$). Giá trị TAO sẽ tự động hạ thấp khi nhiệt độ cài đặt thấp hơn, nhiệt độ trong/ngoài xe tăng cao hoặc cường độ ánh sáng mặt trời mạnh.

4. Thuật toán điều khiển máy nén bằng LabVIEW trong đề tài được thiết lập với điều kiện đóng/ngắt như thế nào?

Trong Chương 6, máy nén được lập trình điều khiển tự động qua mạch relay: Máy nén sẽ ngừng hoạt động khi chưa bật chế độ AUTO hoặc khi cảm biến nhiệt độ đo được dưới $19{,}5^\circ\text{C}$; máy nén sẽ được đóng điện kích hoạt ly hợp từ hoạt động khi hệ thống ở chế độ AUTO và nhiệt độ môi trường đo được lớn hơn hoặc bằng $19{,}5^\circ\text{C}$. Đồng thời, hệ thống duy trì chức năng ngắt máy nén khi nhiệt độ giàn lạnh giảm về mức $\approx 3^\circ\text{C}$ để chống đóng băng.

5. Vì sao cảm biến nhiệt độ nước làm mát (TW) trên mô hình không hoạt động đúng chức năng như trên xe thật?

Do mô hình thực nghiệm trong phòng thực hành sử dụng động cơ điện kéo máy nén thay thế cho động cơ đốt trong, hệ thống không có két làm mát động cơ và nguồn nước nóng tuần hoàn thực tế. Vì vậy, cảm biến $TW$ chỉ được lắp đặt để hoàn thiện sơ đồ chân giắc mà không thực hiện đầy đủ chức năng điều khiển nhiệt độ hâm nóng và cắt tải động cơ như trên ô tô thực tế.

Kết luận

Khóa luận tốt nghiệp của sinh viên Dương Tiến Sơn và Vũ Đức Thảo đã giải quyết trọn vẹn mục tiêu nghiên cứu và ứng dụng thành công phần mềm LabVIEW kết hợp card NI USB-6009 để thu thập tín hiệu, giám sát và điều khiển hệ thống điều hòa không khí tự động trên ô tô. Đề tài đã xây dựng được giao diện đo lường trực quan, số hóa toàn diện các thông số cảm biến và chứng minh tính khả thi của thuật toán điều khiển máy nén theo ngưỡng nhiệt độ thực nghiệm. Kết quả nghiên cứu không chỉ góp phần hoàn thiện mô hình thực hành tại Trường Đại học Sư phạm Kỹ thuật TP. Hồ Chí Minh mà còn là tài liệu tham khảo có giá trị kỹ thuật cao cho công tác đào tạo chuyên ngành Công nghệ Kỹ thuật Ô tô.