Đang tải... (xem toàn văn)
MỤC LỤC LỜI NÓI ĐẦU 3 CHƯƠNG I. ĐẶT VẤN ĐỀ VÀ PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU 4 I. ĐẶT VẤN ĐỀ 4 II. PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU 5 CHƯƠNG II. THIẾT KẾ CẢM BIẾN VÀ BỘ THU THẬP DỮ LIỆU 8 I. CÁC SỐ LIỆU CẦN THU THẬP 8 II. PHƯƠNG ÁN THU THẬP SỐ LIỆU 8 2.1. Lượng tiêu thụ nhiên liệu 8 2.2. Số vòng quay động cơ 11 2.3. Vận tốc 12 2.5. Độ mở bướm ga 14 2.6. Vị trí tay số và tín hiệu phanh 14 III. THIẾT KẾ MẠCH ĐIỆN TỬ 15 3.1. Mạch điều khiển trung tâm 15 3.1.1. Tổng quan 15 3.1.2. Cấu tạo mạch 16 3.2. Module đọc ghi thẻ nhớ MMCSD 20 3.2.1. Sơ lược về giao tiếp MMCSD Card thông qua chuẩn truyền thông SPI 20 a. Chuẩn truyền thông SPI 20 b. Giao tiếp MMCSD Card 23 3.2.2. Ghi và đọc dữ liệu thí nghiệm vào MMCSD Card 25 a. Ghi dữ liệu 25 b. Đọc dữ liệu 29 3.3. Cảm biến vận tốc 31 3.4. Cảm biến gia tốc 34 3.5. Xác định tốc độ động cơ 37 3.6. Cảm biến vị trí tay ga 39 CHƯƠNG III. THÍ NGHIỆM VÀ PHÂN TÍCH THÍ NGHIỆM 43 I. THIẾT KẾ KỊCH BẢN THÍ NGHIỆM 43 II. PHÂN TÍCH KẾT QUẢ THÍ NGHIỆM 47 2.1. Đánh giá quan hệ giữa gia tốc và lượng tiêu thụ nhiên liệu 48 2.2. Điều khiển chuyển số thích hợp 50 2.3. Số lần khởi động và thời gian nổ máy không tải 53 CHƯƠNG IV. NGHIÊN CỨU THIẾT KẾ BỘ ĐIỀU KHIỂN ĐIỆN TỬ 54 I. TÍNH TOÁN HÀM TRUYỀN BẰNG PHƯƠNG PHÁP THỰC NGHIỆM 54 II. THIẾT KẾ VÀ XÂY DỰNG MÔ HÌNH TAY GA ĐIỆN TỬ 58 2.1. Thiết kế mô hình tay ga điện tử 58 2.2. Xây dựng hàm truyền từ tay ga đến động cơ servo 62 III. THIẾT KẾ BỘ ĐIỀU KHIỂN TỰ ĐỘNG TẮT MÁY XE KHI DỪNG ĐÈN ĐỎ 66 KẾT LUẬN 69 PHỤ LỤC 70 Phụ lục 1: Code chương trình chính 70 Phụ lục 2: Code chương trình đọc dữ liệu từ thẻ nhớ ra máy tính 75 Phụ lục 3: Code chương trình điều khiển động cơ Servo 76 TÀI LIỆU THAM KHẢO 79
MỤC LỤC LỜI NÓI ĐẦU Trong thời đại ngày nay, phương tiện di chuyển cá nhân đang ngày càng trở nên phổ biến. Ở nước ta, số người sử dụng xe máy làm phương tiện di chuyển cá nhân nhiều vào loại hàng đầu thế giới. Và khi đó tính trạng ô nhiễm môi trường do phát thải độc hại cũng trở thành một vấn đề nhức nhối. Trong khi hệ thống luật pháp của Nhà nước về những tiêu chuẩn khí thải đối với các phương tiện giao thông đang lưu hành, đặc biệt là với xe máy còn chưa phát huy hết hiệu lực, thì một thực trạng vẫn đang tiếp diễn là lượng khí thải độc hại phát tán ra môi trường của các phương tiện giao thông ngày càng gia tăng không ngừng. Để có được những giải pháp ngăn chặn tình trạng phát thải độc hại ra môi trường, bên cạnh những biện pháp cải tiến kỹ thuật thì những biện pháp về cách thức vận hành xe trong một môi trường giao thông phức tạp như nước ta cũng là một vấn đề đáng quan tâm. Cách thức vận hành hợp lý sẽ nâng cao tính kinh tế nhiên liệu, cũng đồng nghĩa với việc giảm lượng phát thải độc hại ra môi trường. Hai đề tài chúng em lựa chọn đó là “Nghiên cứu các yếu tố vận hành ảnh hưởng đến tính kinh tế nhiên liệu của xe máy” và “Thiết kế hệ thống tay ga điện tử cho xe máy nhằm cải thiện tính kinh tế nhiên liệu”. Mục tiêu của hai đề tài là: nghiên cứu các yếu tố vận hành trong môi trường giao thông nước ta, từ đó thiết kế một hệ thống giúp cải thiện các kỹ năng điều khiển xe 1 của người tham gia giao thông phù hợp với môi trường giao thông Việt Nam, hướng tới lượng tiêu thụ nhiên liệu tối ưu trong các quá trình vận hành. Chúng em xin chân thành cảm ơn TS. Đàm Hoàng Phúc, ThS. Nguyễn Thanh Tùng cùng toàn thể các Thầy trong Bộ môn Ô tô và Xe chuyên dụng – Viện Cơ khí động lực – Trường Đại học Bách Khoa Hà Nội đã tạo điều kiện và giúp đỡ chúng em hoàn thành đề tài tốt nghiệp này! CHƯƠNG I. ĐẶT VẤN ĐỀ VÀ PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU I. ĐẶT VẤN ĐỀ Xe máy hiện nay là một loại phương tiện di chuyển cá nhân rất phổ biến ở nhiều quốc gia trên thế giới đặc biệt là ở Việt Nam. Bên cạnh đó, giao thông ở Việt Nam có những đặc thù riêng: trong vòng 5 năm trở lại đây, số lượng xe mô tô, xe gắn máy đã tăng rất nhanh với tốc độ trên 10%/năm. Hệ quả tất yếu của việc gia tăng số lượng phương tiện di chuyển cá nhân quá nhanh đó là tình trạng phát thải độc hại ra môi trường. Theo một kết quả thí nghiêm tại Thụy Sỹ để so sánh hệ số phát thải của xe mô tô, gắn máy không lắp thiết bị xử lý khí thải với ô tô con đạt tiêu chuẩn Euro 3 cho thấy: phát thải trung bình trên một quãng đường đi (g/km) của xe mô tô, xe gắn máy cao hơn ô tô gấp 8 hoặc 18 hoặc 39 lần đối với CO, 23 hoặc 74 hoặc 222 lần đối với HC; 1,7 hoặc 4 hoặc 7,8 lần đối với NOx tùy theo điều kiện giao thông là trên đường trong đô thị hoặc đường đồng bằng hoặc đường cao tốc. 2 Theo kết quả nghiên cứu của Tổng cục Môi trường, hệ số phát thải CO, HC của xe môtô gấp 6,4 lần xe ôtô hạng nhẹ. Việt Nam hiện nay là nước có lượng xe mô tô, xe gắn máy đang lưu hành chỉ đứng thứ 3 thế giới sau hai quốc gia đông dân nhất là Trung Quốc và Ấn Độ. Phần lớn các xe đang lưu thông đều sử dụng hệ thống chế hòa khí không có điều khiển như các xe sử dụng hệ thống phun xăng điện tử hiện đại FI. Bên cạnh đó, môi trường giao thông ở nước ta hiện nay là một môi trường chưa hoàn thiện và còn tồn tại nhiền vấn đề phức tạp. Ngoài việc hệ thống giao thông công chính chưa được hoàn chỉnh, tình trạng tắc đường ở các thành phố lớn là rất phổ biến, thì yếu tố người tham gia giao thông cũng là một yếu tố rất khó kiểm soát. Một bộ phận lớn người tham gia giao thông có kỹ năng điều khiển phương tiện tham gia giao thông còn kém. Những yếu tố trên là nguyên nhân trực tiếp dẫn đến việc giảm tính kinh tế nhiên liệu và tăng lượng phát thải độc hại ra môi trường, không chỉ riêng với các xe sử dụng hệ thống chế hòa khí truyền thống mà cả các xe sử dụng hệ thống phun xăng điện tử có điều khiển. Vì hệ thống phun xăng điện tử tuy có ưu điểm là đã cải thiện được tính kinh tế nhiên liệu và giảm phát thải độc hại, nhưng mới chỉ can thiệp vào kết cấu và cách điều khiển động cơ. Trong khi đó, môi trường giao thông ở Việt Nam như đã đề cập ở trên là rất phức tạp và hệ thống phun xăng điện tử chưa thể đáp ứng được hết các yêu cầu về tính kinh tế nhiên liệu và phát thải độc hại. Do vậy, yêu cầu cần có một hệ thống có thể đáp ứng được hai yêu cầu: “tăng tính kinh tế nhiên liệu và giảm phát thải độc hại ra môi trường” trong điều kiện không can thiệp kết cấu của động cơ của nhà sản xuất, và có thể áp dụng trên cả hai hệ thống chế hòa khí truyền thống và phun xăng điện tử có điều khiển. 3 II. PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU Trên thực tế, các yếu tố vận hành xe máy tác động nhiều đến tính kinh tế nhiên liệu của xe. Do vậy, việc thiết kế hệ thống điều khiển xe tự động có quan tâm đến các yếu tố vận hành là giải pháp làm tăng tính kinh tế nhiên liệu của xe và đồng thời giải pháp này mang tính thực thi cao vì nó không can thiệp vào kết cấu động cơ của nhà sản xuất. Để thực hiện được việc điều khiển xe tự động thì trước hết phải tìm hiểu được các yếu tố vận hành có ảnh hưởng trực tiếp đến tính kinh tế nhiên liệu. Các yếu tố này bao gồm: + Chế độ khởi hành: Khởi hành ở các tay số khác nhau từ thấp đến cao có ảnh hưởng như thế nào đến lượng tiêu thụ nhiên liệu. + Gia tốc xe: Kỹ năng tăng tốc của người lái tốt hay không tốt. + Vận tốc của xe: Khi xe vận hành ở các vận tốc khác nhau: nhanh và ổn định hay chậm và không ổn định, ứng với từng tay số khác nhau thì lượng tiêu hao nhiên liệu ở giá trị vận tốc và tay số nào là tốt. + Kỹ năng chuyển số: Người vận hành nên chuyển số ở giá trị vận tốc và số vòng quay động cơ là bao nhiêu thì sẽ nâng cao được tính kinh tế nhiên liệu. + Thời gian chạy không tải: Khi dừng xe (dừng đèn đỏ) trong trường hợp nào thì nên tắt máy và trong trường hợp nào thì không nên tắt. Có thể mô hình hóa quá trình điều khiển các loại xe mô tô, xe gắn máy hiện nay như sau: 4 Hình 1.1: Sơ đồ mạch điều khiên hệ thống người - xe Với cả xe sử dụng hệ thống phun xăng điện tử (FI) và hệ thống chế hòa khí (CHK) truyền thống, khi người lái có tác động điều khiển tay ga (Ph) sẽ điều khiển lượng nhiên liệu cấp đến động cơ (ĐC) tạo ra mômen qua hệ thống truyền lực (HTTL) đến bánh xe để sinh ra vận tốc của xe (V). Việc vận hành tác động trực tiếp đến tính kinh tế nhiên liệu của xe. Để loại bỏ các tác động xấu của việc vận hành đến tính kinh tế nhiên liệu, bộ điều khiển sẽ được đặt sau tác động của tay ga người lái để hiệu chỉnh tối ưu chế độ vận hành tay ga. Phương án thiết kế mạch điều khiển nối tiếp này sẽ độc lập với các hệ thống điều khiển có sẵn trên xe và không can thiệp vào kết cấu của xe nên có thể ứng dụng ngay trên xe sử dụng chế hòa khí và xe phun xăng điện tử. Hình 1.2: Sơ đồ mạch điều khiển tay ga điện tử Trong sơ đồ trên, “Bộ điều khiển tay ga điện tử” (BĐK) được đặt ở vị trí sau tác động của người lái và trước khi đi tác động vào hệ thống chế hòa khí hoặc phun xăng điện tử. Giải pháp này sẽ cho phép điều khiển xe giảm 5 phụ thuộc vào yếu tố điều khiển của người vận hành, cải thiện được chế độ điều khiển với những người có kỹ năng điều khiển xe không tốt. CHƯƠNG II. THIẾT KẾ CẢM BIẾN VÀ BỘ THU THẬP DỮ LIỆU I. CÁC SỐ LIỆU CẦN THU THẬP Dữ liệu cần thu thập phải phản ánh hết được trạng thái hoạt động của hệ thống người-xe bao gồm các thông tin sau: + Lượng tiêu thụ nhiên liệu + Số vòng quay động cơ + Độ mở bướm ga + Vận tốc + Vị trí tay số 6 + Tín hiệu phanh II. PHƯƠNG ÁN THU THẬP SỐ LIỆU Với các số liệu yêu cầu cần thu thập ở trên, cần đề ra phương án để thu thập. Với từng loại tín hiệu cần có một phương án thu thập cụ thể với yêu cầu: tín hiệu thu nhận được là chính xác và không ảnh hưởng đến kết cấu cũng như quá trình vận hành của xe. 2.1. Lượng tiêu thụ nhiên liệu Để đo lượng tiêu thụ nhiên liệu, ta lựa chọn biện pháp lắp thêm một bình xăng phụ cho phép đo được lượng nhiên liệu tiêu thụ. Hệ thống nhiên liệu phụ bao gồm: 1. Phễu chiết Hình 2.1: Phễu chiết - Phễu chiết quả lê khoá thủy tinh: thủy tinh borosilicate chịu nhiệt. 7 - Thể tích: 100 ml - Đường kính lỗ khoá: 2 mm Với phễu chiết bằng thủy tinh như trên: - Hoàn toàn chịu được xăng không bị ăn mòn, phá hủy bởi xăng. - Phễu chiết có khóa bằng thủy tinh chịu được xăng. Phễu có khóa cho phép việc đo lượng nhiên liệu dễ dàng. - Phễu chiết có nắp nên giảm được ảnh hưởng của việc nhiên liệu bị bay hơi. - Phễu có đầu ống thủy tinh cho phép đấu nối dễ dàng. - Phễu bằng thủy tinh mỏng nên dễ bị vỡ nên cần có vỏ bảo vệ. 2. Ống đong nhiên liệu Hình 2.2: Ống đong nhiên liệu -Ống đong làm bằng thủy tinh - Thể tích : 100 ml - Đường kính ống : 31 mm -Chiều cao : 250 mm 8 -Vạch chia :1 ml 3. Khóa xăng và đường ống dẫn Với đường ống dẫn xăng yêu cầu phải chịu được xăng và chịu được nhiệt . Hình 2.3: Van ba ngả Với các thành phần của hệ thông bình nhiên liệu phụ, ta tao được hệ thống bình chứa lắp song song với bình xăng chính thông qua một van ba ngả. Việc đóng hoặc mở các van trên đường xăng từ bình chính và bình phụ cho phép sử dụng nhiên liệu từ một trong hai nguồn độc lập và không ảnh hưởng lẫn nhau. 9 Hình 2.4: Sơ đồ bố trí bình xăng phụ 2.2. Số vòng quay động cơ Để xác định tốc độ động cơ thì có nhiều phương pháp khác nhau, có thể đo tốc độ của truc khuỷu đông cơ, trục cam của động cơ… Tuy nhiên do ta sử dụng mẫu xe máy có sẵn nên để tránh can thiệp vào các kết cấu trong xe và không phải lắp đặt thêm các chi tiết phụ mà vẫn đảm bảo độ chính xác và tin cậy, cũng như làm việc ổn định của xe thì trong đồ án này chúng em lựa chọn phương án dùng tín hiệu từ cuộn dây đánh lửa có sẵn trên động cơ, trích một đường tín hiệu từ cuộn đây đánh lửa và đưa về vi điều khiển để xử lý. Tín hiệu được gửi về được vi điều khiển sẽ đếm được số xung đánh lửa trong mỗi chu kỳ, từ đó có thể tính toán được số vòng quay động cơ tương ứng. 10 [...]... đánh lửa lắp trên xe Các loại xe Honda thông thường được trang bị hệ thống đánh lửa điện tử không dùng bộ vít lửa, được gọi là hệ thống CDI hay đánh lửa điện dung Ưu điểm của hệ thống này là hiệu quả đánh lửa cao, ổn định Hệ thống đánh lửa trên xe bao gồm hai loại đánh lửa AC-CDI và đánh lửa DC-CDI, trên xe wave 110s sử dụng hệ thống đánh lửa DC-CDI Hình 2.28: Hệ thống đánh lửa DC-CDI Hệ thống đánh lửa... mắt của cảm biến thì tạo ra điện áp cao trên chan ra của cảm biến, ngược lại khi đia phanh nằm che giữa hai mắt cuả cảm biến thì điện áp trên chân ra của cảm biến xuống mức điện áp thấp Nhờ tín hiệu đầu ra của cảm biến như vậy thì ECU của bộ đô nhận được và xủ lí để đưa ra vận tốc góc tại thời điểm hiện tại của bánh xe từ đó suy ra vận tốc dài của xe Trong việc tính toán thiết kế bộ đo vận tốc cho. .. của đĩa [ %σ ] là sai số % cho phép Ta thấy rằng số Z càng lớn, thì sai số đo càng nhỏ Kết quả cũng tương tự nếu tốc độ quay ω của đĩa Tuy nhiên khi tốc độ quay của đĩa chắn sáng, thì sai số tăng dần, đây chính là lý do phải giới hạn tốc độ nhỏ nhất cho phép của phép đo vận tốc bánh xe nếu như không muốn sai số vượt quá mức cho phép Ở vận tốc giới hạn 5km/h, tốc độ quay của đĩa chắn sáng bằng với vận. .. biên này và kết hợp với các lỗ tản nhiệt trên đĩa phanh ta tạo ra được bộ đo tốc độ của xe Tín hiệu cảm biến đưa về ECU là dạng tín hiệu điện dạng xung vuông Hình 2.25: Tín hiệu ra cuả cảm biến vận tốc Các thông số cần tính toàn bao gồm số lỗ sáng và số lượng cảm biến để đảm bảo đo đúng vận tốc cảu xe ở trong dải vận tốc chuyển động rộng (nằm trong khoảng từ 5km/h cho tới 80km/h) Việc đảm bảo cho khả... chân dành cho các tín hiệu cảm biến chia thành 3 dãy Dãy SV7 gồm có 4 chân dành cho các tín hiệu đánh lửa, gia tốc, tay ga và vận tốc Mỗi chân đều có lắp thêm các tụ và điện trở có tác dụng chống nhiễu cho tín hiệu đi vào vi xử lý Tín hiệu đánh lửa được đưa vào một IC khuếch đại thuật toán LM324 Chức năng cụ thể của bộ khuếch đại thuật toán LM324 sẽ được trình bày trong mục khác 17 Hình 2.13: Các chân... lý hoạt động của cảm biến gia tốc Với module này ta có thể lấy ra các tín hiệu gia tốc theo các trục X, Y, Z trên các chân tương ứng của modul về AVR để xử lí Tín hiệu ra của cảm biến là dạng điện áp Vi vậy các tín hiệu đưa về được đưa đến các chân ADC của vi điều khiển Với module trên ta cần lựa chọn độ nhạy và miền gia tốc cần đo theo bảng dưới đây: Với xe máy có gia tốc không cao và có yêu cầu... quyết là: độ chính xác và khả năng đáp ứng trong phép đo vận tốc, khả năng chế tạo và lắp đặt mà không ảnh hưởng nhiều tới kết cấu có sẵn của xe và cuối cùng là độ tin cậy trong điều kiện làm việc của xe Vấn đề về độ chính xác, khả năng đáp ứng của phép đo vận tốc liên quan tới tín hiệu mà cảm biến đo được, tín hiệu này một phần phụ thuộc vào kích thước và hình dạng của đĩa chắn sáng và số lượng cảm biến... nên bộ đo vận tốc góc của bánh xe trong quá trình vận hành xe Tuy nhiên do việc sử dụng xe máy có sẵn nên việc chế tạo và lắp thêm đĩa chắn sáng gặp nhiều khóc khăn trong quá trình lắp giáp thêm đĩa lên xe Vì vậy ta sư dụng đĩa phanh trên xe với đặc điểm có lỗ tản nhiệt có sẵn trên đĩa phanh Những lỗ này như các của sổ đóng mở lien tục giữa bên thu và phát cảu cảm biến để tạo ra xung vận tốc Khi lỗ... về Từ vị trí của tay ga sẽ suy ra được độ mở của bướm ga 2.6 Vị trí tay số và tín hiệu phanh Tín hiệu tay số và tín hiệu phanh được trích trực tiếp từ chân báo đèn số và đèn phanh Tín hiệu điện áp của các đèn này là +12V nên cần đi qua một cầu hạ áp xuống điện áp +5V trước khi đi vào vi điều khiển Vi điều khiển sẽ ghi nhận vị trí chân số cũng như tín hiệu phanh trong quá trình xe vận hành 13 Hình 2.9:... chính xác của phép đô vaanh tốc cúng tang căn tăng số lượng cảm biến lắp trên xe Sai số hệ thống của phép đo vận tốc sử dụng cảm biến tốc độ và đĩa chắn sáng trên xe thử nghiệm do số lượng lỗ sáng gây ra được tính theo công thức %σ = Trong đó: 1 1 1 × ×2π × × 100% < [ %σ ] = 10% ∆t Z ω %σ là sai số tính theo % của phép đo vận tốc ∆t là thời gian lấy mẫu của ECU Z là lỗ sáng trên đĩa chắn sáng ω là tốc độ . đó là Nghiên cứu các yếu tố vận hành ảnh hưởng đến tính kinh tế nhiên liệu của xe máy và “Thiết kế hệ thống tay ga điện tử cho xe máy nhằm cải thiện tính kinh tế nhiên liệu . Mục tiêu của hai. truyền thống và phun xăng điện tử có điều khiển. 3 II. PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU Trên thực tế, các yếu tố vận hành xe máy tác động nhiều đến tính kinh tế nhiên liệu của xe. Do vậy, việc thiết kế hệ thống. qua hệ thống truyền lực (HTTL) đến bánh xe để sinh ra vận tốc của xe (V). Việc vận hành tác động trực tiếp đến tính kinh tế nhiên liệu của xe. Để loại bỏ các tác động xấu của việc vận hành đến tính