Ứng dụng Labview trong thực nghiệm chuyển đổi cảm biến lưu lượng khí nạp trên ô tô

ỨNG DỤNG LABVIEW TRONG THỰC NGHIỆM CHUYỂN ĐỔI CẢM BIẾN LƯU LƯỢNG KHÍ NẠP TRÊN Ô TÔ PGS. TS. NGUYỄN VĂN BANG TRẦN THANH THƯỞNG Trường Đại học Giao thông Vận tải ĐỖ VĂN DŨNG NGUYỄN BÁ HẢI Trường Đại học Sư phạm Kỹ thuật – Tp. HCM Tóm tắt: Bài báo trình bày ứng dụng của LabVIEW để chuyển đổi cảm biến lưu lượng khí nạp trên ô tô. LabVIEW giúp người nghiên cứu khảo sát được tính khả thi của ý tưởng và giải pháp đã đề ra, cũng như tiên đoán sơ bộ đặc tính của các cảm biến và bộ chuyển đổi trước khi sản xuất mẫu. Bên cạnh đó, còn giúp tiết kiệm thời gian nhờ cho phép người lập trình dễ dàng thay đổi chiến thuật điều khiển mà không tốn chi phí phần cứng và thời gian làm phần cứng mẫu. Summary: This article presents the application of LabVIEW for the replacement of automotive airflow sensors. This software not only allows the authors to investigate the feasibility of the solutions, but also enables prediction of the characteristics of airflow sensors and the airflow sensors’ characteristic converter before sample production. Besides, it helps us to reduce time and finance owing to quick modification of programs without any cost on the hardware and time to be spent on hardware sample development. CT 2 I. GIỚI THIỆU Ôtô đang lưu hành tại Việt Nam rất đa dạng, có thời gian sử dụng lâu, thậm chí nhiều loại phụ tùng không còn sản xuất. Việc vận hành trong điều kiện khí hậu nóng ẩm khiến các chi tiết của cảm biến đo gió nhanh chóng thay đổi tính năng hoặc hư hỏng, ảnh hưởng đến động cơ như giảm công suất, tăng ô nhiễm môi trường, tăng mức tiêu hao nhiên liệu, tăng chi phí khai thác. Việc sửa chữa cũng gặp nhiều khó khăn do không tìm được phụ tùng đúng chủng loại để thay thế. Việc nghiên cứu thiết kế chế tạo hệ thống điều khiển phụ nhằm tương thích hóa các loại cảm biến trong hệ thống phun xăng điện tử là một hướng đi thiết thực và cấp bách. Trong quá trình nghiên cứu đã sử dụng LabVIEW là ngôn ngữ lập trình, mô phỏng và thu thập dữ liệu. So với Matlab, LabVIEW có kết nối phần cứng tốt hơn, dễ dàng thao tác lập trình và thuận tiện, thẩm mỹ trong lập trình giao diện (GUI). II. ỨNG DỤNG LABVIEW ĐỂ XÂY DỰNG ĐẶC TÍNH CỦA CẢM BIẾN Đã sử dụng các thiết bị thí nghiệm của phòng thí nghiệm động cơ đốt trong Trường Đại học Bách Khoa và Đại học Sư phạm Kỹ thuật TP Hồ Chí Minh để tiến hành thí nghiệm. Nhiệm vụ thí nghiệm là thu thập số liệu, xây dựng đặc tính làm việc của các loại cảm biến đo gió gồm: cảm biến đo gió loại cánh trượt, cảm biến đo gió loại dây nhiệt. Sơ đồ hệ thống thí nghiệm được thể hiện trên hình 1. CT 2 Ống góp hút động cơ LabVIEW Máy tính USB 6009 AVL 1: Bộ bình ổn áp suất 2: Ống hút gió 3: Cảm biến 4: Dòng khí nạp 4 1 2 3 Hình 1. Sơ đồ lắp đặt thiết bị thí nghiệm Để tiến hành thí nghiệm, trước tiên cần thay đổi tốc độ động cơ bằng bộ điều chỉnh vị trí bướm ga. Khí nạp được hút vào động cơ, đi qua cảm biến số 3, qua cảm biến của bộ đo gió AVL, bộ bình ổn áp suất 1 đến ống góp động cơ. Hai tín hiệu đo (tín hiệu lưu lượng của thiết bị AVL và tín hiệu điện áp đầu ra của cảm biến khảo sát) được nối đến hai kênh riêng biệt. Thông số nhiệt độ môi trường, áp suất khí quyển cũng được thu thập trong quá trình thí nghiệm. Trong quá trình thí nghiệm đã sử dụng động cơ Toyota Camry 2.0 làm đối tượng tạo lưu lượng gió, dùng Card NI-USB 6009 làm thiết bị thu thập số liệu tự động, phần mềm LabVIEW 8.5 để hỗ trợ thu thập dữ liệu, thiết bị đo lưu lượng AVL và viết phần mềm giao tiếp máy tính sử dụng LabVIEW. III. ỨNG DỤNG LABVIEW ĐỂ CHUYỂN ĐỔI CẢM BIẾN 3.1. Cơ sở của việc chuyển đổi cảm biến lưu lượng khí nạp ECU nguyên bản của động cơ là khối vi xử lý chính, với các thông tin đầu vào và các tín hiệu điều khiển ở đầu ra (hình 2). Nếu ghép thêm các khối điều khiển phụ (ECU phụ) thì các tín hiệu điều khiển ở đầu ra không thay đổi (u4) mặc dù thông tin đầu vào thay đổi (u4.1) (hình 3). ECU nguyên bản Các cơ cấu chấp hành Tín hiệu bổ sung Thông tin đầu vào của cảm biến nguyên thủy y1 y2 y3 y4 u2 u3 u4 u1 Hình 2. Hệ điều khiển nguyên bản của động cơ Thông tin đầu vào của cảm biến thay thế ECU nguyên bản Các cơ cấu chấp hành Tín hiệu bổ sung ECU phụ y1 y2 y3 y4 u2 u3 u4 u1 u4.1 Hình 3. Hệ điều khiển động cơ với ECU phụ 3.2. Thuật toán sử dụng LabVIEW Ta thay thế cảm biến đo gió loại dây nhiệt của ôtô Toyota Altis cho cảm biến đo gió loại cánh trượt. Kết quả của mục 2 cho ta hàm đặc tính hồi quy của cảm biến dây nhiệt có dạng: y = A* XB (1) Trong đó: A = 0,6666; B = 0,2955. Hàm đặc tính hồi quy cảm biến cánh trượt có dạng: y = A x XB (2) Với A = 8,9007; B = - 0,4938. Lưu đồ thuật toán thay thế cảm biến trình bày trong hình 4. CT 2 Khởi động Kết thúc Chương trình Mô phỏng tín hiệu lưu lượng Nhập giá trị A., B của các hàm hồi quy Thực hiện phép chuyển đổi Đọc điện áp CBĐG thay thế Xuất ra tín hiệu điện áp mới Hình 4. Lưu đồ thuật toán chuyển đổi cảm biến IV. KẾT QUẢ Giao diện và kết quả chuyển đổi được trình bày trong hình 5. Ở cùng một giá trị lưu lượng 120 m3/h, giá trị điện áp của cảm biến cánh trượt là 0.837 V, của cảm biến dây nhiệt là 2.881 V. Sau khi chuyển đổi, điện áp sau ECU phụ có giá trị bằng điện áp của cảm biến cánh trượt nguyên thủy. Hình 5. Giao diện và kết quả mô phỏng CT 2 V. KẾT LUẬN Chuyển đổi cảm biến lưu lượng khí nạp nói riêng và các cảm biến đầu vào nói chung của hệ thống phun xăng điện tử có ý nghĩa thực tiễn vì tình trạng khan hiếm phụ tùng thay thế. Để làm tốt công việc thay thế, đã sử dụng LabVIEW để xây dựng ngân hàng đặc tính của các cảm biến, từ đó chuyển đổi các cảm biến bằng cách thiết kế, chế tạo, lắp đặt ECU phụ. Phần mềm LabVIEW đã giúp cho quá trình thiết kế, chế tạo ECU phụ hiệu quả hơn. Ý tưởng khoa học trên đã được thực thi trong quá trình thử nghiệm. Quá trình nghiên cứu đã đạt kết quả bước đầu quan trọng. Tài liệu tham khảo [1]. Nguyễn Bá Hải, “Lập trình LabVIEW”, 2007. [2]. Đỗ Văn Dũng. “Trang bị điện động cơ”. Nhà XB ĐHQG TP HCM 2004 [2]. Jeffrey Travis, “LabVIEW for Everyone”, 2007. [3]. Do Van Dung, Tran Thanh Thuong, “Airflowmeter characterictic converter”, ICAT, 2005. [4]. www.vagam.net. [5]. www.ni.com/labview♦