Tài liệu Phát triển bộ mô phỏng lỗi cảm biến oxy dải hẹp kiểu zirconia oxide trong hệ thống phun xăng điện tử

75ѬӠ1*ĈҤ,+Ӑ&%È&+.+2$ ĈҤ,+Ӑ&48Ӕ&*,$73+Ӗ&+Ë0,1+ +2¬1*3+Ò&%Ҧ2 3+È775,ӆ1%Ӝ0Ð3+Ӓ1*/Ӛ,&Ҧ0%,ӂ12;< 'Ҧ,+Ҽ3.,ӆ8=,5&21,$2;,'( 7521*+ӊ7+Ӕ1*3+81;Ă1*Ĉ,ӊ17Ӱ &KX\rQQJjQK.ӻ7KXұW &ѫ.KtĈӝQJ/ӵF 0mVӕ 8520116 73+Ӗ&+Ë0,1+WKiQJ01 năP &{QJWUuQKÿѭӧc hoàn thành tҥi: 7UѭӡQJĈҥi hӑc Bách Khoa ± Ĉ+4*-HCM Cán bӝ Kѭӟng dүn khoa hӑc: TS. TRҪ1ĈĂ1*/21* Cán bӝ chҩm nhұn xét 1: TS. TRҪN HӲU NHÂN Cán bӝ chҩm nhұn xét 2: TS. VÕ TҨN CHÂU LuұQYăQWKҥFVƭÿѭӧc bҧo vӋ tҥi 7UѭӡQJĈҥi hӑF%iFKNKRDĈ+4*73+&0 QJj\WKiQJQăP Thành phҫn HӝLÿӗQJÿiQKJLiOXұQYăQWKҥFVƭJӗm: 1. 2. 3. 4. 5. Chӫ tӏFK3*676/rĈuQK7XkQ 7KѭNê767UҫQĈăQJ/RQJ Phҧn biӋn 1: TS. Trҫn Hӳu Nhân Phҧn biӋn 2: TS. Võ Tҩn Châu Ӫy viên: TS. HӗQJĈӭc Thông Xác nhұn cӫa Chӫ tӏch HӝLÿӗQJÿiQKJLi/9Yj7Uѭӣng Khoa quҧn lý chuyên ngành sau khi luұQYăQÿmÿѭӧc sӱa chӳa (nӃu có). 75ѬӢ1*.+2$ KHOA KӺ THUҰT GIAO THÔNG CHӪ TӎCH HӜ,ĈӖNG 3*676/rĈuQK7XkQ i ĈҤI HӐC QUӔC GIA TP.HCM CӜNG HÒA XÃ HӜI CHӪ 1*+Ƭ$9,ӊT NAM 75ѬӠ1*ĈҤI HӐC BÁCH KHOA Ĉӝc lұp - Tӵ do - Hҥnh phúc NHIӊM VӨ LUҰ19Ă17+Ҥ&6Ƭ Hӑ tên hӑc viên: Hoàng Phúc Bҧo ............................................ MSHV: 1870217 1Jj\WKiQJQăPVLQK1ѫLVLQK73+&0 Chuyên ngành: Kӻ thuұW&ѫNKtĈӝng lӵc ................................Mã sӕ: 8520116 I. 7Ç1Ĉӄ TÀI: Phát triӇn bӝ mô phӓng lӛi cҧm biӃn oxy dҧi hҽp kiӇu zirconia oxide trong hӋ thӕng SKXQ[ăQJÿLӋn tӱ Development of a failure simulator for narrow-band ZrO2-based Lamda sensor in electronic fuel injection system II. NHIӊM VӨ VÀ NӜI DUNG: 1. Nghiên cӭu tәng quan vӅ cҧm biӃn oxy dãi hҽSWUrQÿӝQJFѫ[ăQJYjFiFF{QJ trình nghiên cӭu khoa hӑFWURQJYjQJRjLQѭӟc có liên quan. 2. Xây dӵng mô hình, nghiên cӭu mô phӓng và phát triӇn bӝ mô phӓng lӛi cҧm biӃn oxy dҧi hҽSWKHRFiFÿLӅu kiӋn cө thӇ. 3. ĈiQKJLiNӃt quҧ mô phӓng, thӵc nghiӋm và rút ra các khuyӃn nghӏ vӅ tính khoa hӑc và khҧ QăQJӭng dөng bӝ mô phӓng này trong nghiên cӭu, hӑc tұp. III. NGÀY GIAO NHIӊM VӨ: 06 /09/2021 IV. NGÀY HOÀN THÀNH NHIӊM VӨ: 12/12/2021 V. CÁN BӜ +ѬӞNG DҮN: TS. TrҫQĈăQJ/RQJ 7S+&0QJj\WKiQJQăP CÁN BӜ +ѬӞNG DҮN CHӪ NHIӊM BӜ 0Ð1Ĉ¬27ҤO TS. TrҫQĈăQJ/RQJ TS. TrҫQĈăQJ/RQJ 75ѬӢNG KHOA KӺ THUҰT GIAO THÔNG ii LӠI CҦ0Ѫ1 Tôi xin gӱi lӡi tri ân chân thành và biӃWѫQVkXVҳFÿӃQJLDÿuQKÿmӫng hӝ Yjÿӝng viên tôi trong suӕt thӡi gian qua. Tôi xin chân thành cҧPѫQYjWULkQ767UҫQĈăQJ/RQJ ÿmKѭӟng dүn khoa hӑc và tҥRÿLӅu kiӋn thuұn lӧi cho tôi trong thӡi gian hӑc tұp, nghiên cӭu và hoàn thành luұQYăQ Trân trӑng. Tp. Hӗ Chí Minh, ngày 10 tháng 3 QăP 2022 HOÀNG PHÚC BҦO iii TÓM TҲT ĈӅ tài nghiên cӭu này dӵa vào hoҥW ÿӝng cӫa các cҧm biӃn Oxy dãi hҽp trên ÿӝQJFѫWӯ ÿyWKLӃt kӃ bӝ mô phӓng có chӭFQăQJWѭѫQJWӵ QKѭFҧm biӃn Oxy dҧi hҽp. Bӝ mô phӓng sӁ tiӃp nhұn tín hiӋXÿLӋn áp tӯ cҧm biӃn Oxy, xӱ lý và trҧ lҥi tín hiӋu ÿLӋn áp cho (&07UrQFѫVӣ ÿyEӝ mô phӓng sӁ tái tҥo lҥi tín hiӋXÿLӋn áp cҧm biӃn Oxy và tҥRUDFiFWUѭӡng hӧp tín hiӋu bӏ lӛLNKiFQKDXQKѭWtQKLӋXÿLӋn áp luôn cao KѫQWUXQJEuQKOX{QWKҩSKѫQWUXQJEuQKKRһc hoàn toàn bҵng không. KӃt quҧ cho thҩy, bӝ mô phӓng có thӇ tái lұp hoҥWÿӝng cӫa cҧm biӃn oxy có kiӇm soát, ngoài ra bӝ mô phӓQJFNJQJFyNKҧ thu thұp dӳ liӋu thӡi gian thӵc vӅ hoҥWÿӝng cӫa cҧm biӃn oxy, ABSTRACT This research topic is based on the operation of narrowband oxygen sensors on the engine, from which to design a simulator with the same function as the narrowband oxygen sensor. The simulator will receive the voltage signal from the Oxygen sensor, process it, and return the voltage signal to the ECM. On that basis, the simulator will reconstruct the oxygen sensor voltage signal and generate different faulty signal cases like, the voltage signal is always higher than average, always lower than average, or completely equal to zero. The results show that the simulator can reproduce the operation of the controlled oxygen sensor, in addition, the simulator is also able to collect real-time data on the operation of the oxygen sensor, iv LӠI CAM Ĉ2$1 7{LFDPÿRDQÿk\OjF{QJWUuQKQJKLrQFӭu cӫa tôi. Các sӕ liӋu, kӃt quҧ nêu trong luұQYăQOjWUXQJWKӵFYjFKѭDWӯQJÿѭӧc ai công bӕ trong bҩt kǤ công trình nào khác. Toàn bӝ tài liӋu tham khҧo ÿѭӧc trích dүn ÿҫy ÿӫ trong mөc Tài LiӋu Tham Khҧo cӫa luұn văQ Tp. Hӗ Chí Minh, ngày 10 tháng 03 QăP 2022 Hoàng Phúc Bҧo v Mөc lөc NHIӊM VӨ LUҰ19Ă17+Ҥ&6Ƭ .............................................................................. ii LӠI CҦ0Ѫ1 ................................................................................................................ iii TÓM TҲT ...................................................................................................................... iv ABSTRACT ................................................................................................................... iv LӠI &$0Ĉ2$1............................................................................................................ v DANH MӨC HÌNH ҦNH ............................................................................................. vi DANH MӨC BҦNG BIӆU ............................................................................................ x DANH MӨC TӮ VIӂT TҲT ........................................................................................ xi &+ѬѪ1*7ӘNG QUAN .......................................................................................... 1 1.1 Ĉһt vҩQÿӅ .................................................................................................................. 1 1.2 Mөc tiêu nghiên cӭu ................................................................................................. 2 ĈӕLWѭӧng và phҥm vi nghiên cӭu ........................................................................... 2 3KѭѫQJSKiSQJKLrQFӭu ......................................................................................... 2 1.5 Ý ngKƭDNKRDKӑc và thӵc tiӉn cӫDÿӅ tài................................................................ 3 1.6 Tәng quan vӅ cҧm biӃn oxy dãi hҽp. ....................................................................... 4 1.6.1 Vai trò cӫa cҧm biӃn oxy .................................................................................... 6 1.6.2 HiӋu chӍnh dӵa trên tín hiӋu cҧm biӃn oxy ......................................................... 8 1.7 Các nghiên cӭXWURQJYjQJRjLQѭӟc. ................................................................... 11 1.7.1 Tình hình nghiên cӭu trên thӃ giӟi .................................................................... 11 1.7.2 Tình hình các nghiên cӭXWURQJQѭӟc ............................................................... 11 1.8 Nhұn xét và lý do chӑQÿӅ tài ................................................................................. 12 &+ѬѪ1* &Ѫ6Ӣ LÝ THUYӂT ............................................................................ 13 2.1 Cҧm biӃn oxy dãi hҽp. ............................................................................................ 13 2.2 Lý thuyӃt giҧ lұp tính hiӋu cҧm biӃn Oxy ............................................................ 15 2.2.1 Xung PWM ....................................................................................................... 15 3KѭѫQJSKiSgiҧ lұp tín hiӋu cҧm biӃn bҵng kӻ thuұWEăP[XQJ ..................... 17 2.2.4 ChuyӇQÿәi ADC tӯ xung PWM và mҥch LPF................................................. 18 2.2.5 Bӝ chuyӇQÿәi ADC .......................................................................................... 20 2.2.7 ThiӃt kӃ bӝ PID ................................................................................................. 25 ĈDQKLӋm cho arduino vӟi chӭFQăQJQJҳt ngoài. ............................................... 27 2.4 Tҥo giao diӋn hiӇn thӏ. ............................................................................................ 27 vi &+ѬѪ1* THIӂT Kӂ MÔ PHӒNG ...................................................................... 28 3.1 ThiӃt kӃ bӕ trí chung .............................................................................................. 28 6ѫ ÿӗ bӕ trí chung ............................................................................................. 28 3.1.2 Nguyên lý vұn hành cӫDVѫÿӗ .......................................................................... 28 3.2 Mô phӓng mô phӓng hoҥWÿӝng trên proteus. ...................................................... 28 3.3 Vai trò cӫa thuұt toán PID .................................................................................... 30 CHѬѪ1* THIӂT Kӂ VÀ THӴC NGHIӊM BӜ MÔ PHӒNG .................... 32 6ѫÿӗ nӕi dây ........................................................................................................... 32 &iFFKѭѫQJWUuQKWUrQDUGXLQR ............................................................................. 33 4.2.1 GiҧQJÿӗ công viӋc theo thӡi gian .................................................................... 33 4.2.2 Khai báo các biӃQYjFKѭѫQJWUuQK .................................................................... 34 .KDLEiRFKѭѫQJWUuQKQJҳWYjFKѭѫQJWUuQKFRQ ............................................. 34 4.2.4 Tính giá trӏ PWM .............................................................................................. 35 4.2.5 Sӵ kiӋn in giá trӏ ra Serial.................................................................................. 36 4.2.6 Sӵ kiӋQÿӃm theo chu kǤ ................................................................................... 36 4.3 ThiӃt kӃ giao diӋQQJѭӡi dùng vӟi LabView ........................................................ 37 6ѫÿӗ thӵc nghiӋm. ................................................................................................. 38 &+ѬѪ1* KӂT QUҦ VÀ THҦO LUҰN ........................................................ 39 5.1 HoҥWÿӝng ӣ chӃ ÿӝ mode 0 .................................................................................... 39 5.2 HoҥWÿӝng ӣ chӃ ÿӝ mode 1 .................................................................................... 40 5.3 HoҥWÿӝng ӣ chӃ ÿӝ mode 2 .................................................................................... 41 5.4 HoҥWÿӝng ӣ chӃ ÿӝ mode 3 .................................................................................... 42 5.5 HoҥWÿӝng ӣ chӃ ÿӝ mode 4 .................................................................................... 43 &+ѬѪNG 6. KӂT LUҰ19¬+ѬӞNG PHÁT TRIӆN ........................................... 44 6.1 KӃt luұn ................................................................................................................... 44 +ѭӟng phát triӇn cӫDÿӅ tài ................................................................................... 44 Kӂ HOҤCH THӴC HIӊN .......................................................................................... 45 TÀI LIӊU THAM KHҦO............................................................................................ 46 PHӨ LӨC ...................................................................................................................... 48 vii DANH MӨC HÌNH ҦNH Hình 1. 1 6ѫÿӗ nguyên lý cӫa cҧm biӃn oxy ................................................................... 1 Hình 1. 2 Cҩu trúc tinh thӇ Zirconium Dioxide................................................................ 4 Hình 1. 3 Cҩu tҥo cӫa cҧm biӃn Oxy (Nguӗn: The AUTOPARTS Shop) ....................... 4 Hình 1. 4 Oxy chênh lӋch giӳa khí trӡi và khí xҧ (Nguӗn: The AUTOPARTS Shop) .... 5 Hình 1. 5 ĈLӋn áp tӯ cҧm biӃn Oxy gӱi vӅ ECM (Nguӗn: The AUTOPARTS Shop) .... 5 Hình 1. 6 Mӕi liên hӋ giӳDÿLӋn áp và tӹ lӋ không khí nhiên liӋu ӣ giá trӏ cân bҵng ....... 5 +uQK6ѫÿӗ hӋ thӕQJSKXQ[ăQJÿDÿLӇm .................................................................. 6 +uQK6ѫÿӗ chӭFQăQJKӋ thӕQJSKXQ[ăQJÿDÿLӇm ................................................. 7 +uQK6ѫÿӗ vòng lұp phҧn hӗi cӫa cҧm biӃn oxy ...................................................... 7 Hình 1. 10 Tín hiӋXÿLӋn áp cҧm biӃn oxy ....................................................................... 8 Hình 1. 11 HiӋu chӍnh STFT 10% (Nguӗn: diӉQÿjQ{W{9LӋt Nam)............................... 9 Hình 1. 12 HiӋu chӍnh STFT 20% (Nguӗn: diӉQÿjQ{W{9LӋt Nam)............................... 9 Hình 1. 13 HiӋu chӍnh LTFT 10% (Nguӗn: diӉQÿjQ{W{9LӋt Nam) ............................ 10 Hình 1. 14 HiӋu chӍnh LTFT 20% (Nguӗn: diӉQÿjQ{W{9LӋt Nam) ............................ 10 Hình 2. 1 6ѫÿӗ chân cӫa cҧm biӃQ2[\ÿӕi vӟLÿӝQJFѫMitsubishi Outlander ........... 13 +uQK.tFKWKѭӟc mҥch gió mӣ VDXEѭӟm ga........................................................... 14 Hình 2. 3 ĈLӋn áp cҧm biӃn oxy khi có mҥFKJLyVDXEѭӟm ga. .................................... 14 +uQKĈLӋn áp dҥng sóng cӫa cҧm biӃn oxy trên máy G-Scan II ............................. 14 +uQKĈLӋn áp dҥng sóng cӫa cҧm biӃn oxy trên máy MaxiScan ............................. 15 +uQKĈLӋn áp dҥng sóng ӣ trҥng thái hәn hӧp nhiên liӋXQJKqRYjJLjX[ăQJ ....... 15 Hình 2. 7 Kӻ thuұWEăP[XQJ ......................................................................................... 16 Hình 2. 8 Chu kǤ sóng xung vuông ................................................................................ 16 Hình 2. 9 ton và toff trong time period sóng xung vuông ................................................. 17 Hình 2. 10 Giá trӏ trung bình cӫa Ura ............................................................................. 17 Hình 2. 11 MӭFÿLӋQiSWѭѫQJӭng vӟi Duty cycle ........................................................ 18 Hình 2. 12 Tín hiӋu hình sin và xung vuông .................................................................. 19 Hình 2. 13 Mҥch DAC vӟLELWÿҫu vào........................................................................ 19 +uQK6ѫÿӗ hoҥWÿӝng cӫa mҥch DAC .................................................................. 19 Hình 2. 15 6ѫÿӗ mҥch lӑc LPF thө ÿӝng ...................................................................... 20 Hình 2. 16 Nguyên lý lӑc thông thҩp ............................................................................. 20 Hình 2. 17 6ѫÿӗ bӝ lӑc thông thҩp thө ÿӝng ................................................................. 20 Hình 2. 18 Giá trӏ cӫD5Yj&ÿӇ ÿҫu ra không suy giҧm ............................................... 22 Hình 2. 19 Giá trӏ cӫD5Yj&ÿӇ ÿҫu ra có dҥng sóng sin.............................................. 22 Hình 2. 20 Mҥch lӑc tích cӵc bұc 1 sӱ dөng opamp ...................................................... 23 Hình 2. 21 Nguyên lý tҥo xung PWM trong chip Atmega ............................................. 24 +uQK6ѫÿӗ thuұt toán PID cӫa bӝ DAC ............................................................... 26 +uQK6ѫÿӗ ngҳt ngoài WURQJYLÿLӅu khiӇn arduino .............................................. 27 +uQK6ѫÿӗ khӕi bӕ trí chung ................................................................................. 28 viii Hình 3. 2 Mҥch mô phӓng trên Proteus cho bӝ mô phӓng cҧm biӃn oxy ...................... 29 Hình 3. 3 KӃt quҧ mô phӓng dҥng xung trên Proteus .................................................... 29 Hình 3. 4 Bҧng giá trӏ Virtual Terminal lҩy tӯ cәng Serial ............................................ 30 Hình 3. 5 BiӇXÿӗ Setpoint và Input ӣ chӃ ÿӝ PID on .................................................... 30 Hình 3. 6 BiӇXÿӗ Setpoint và Input ӣ chӃ ÿӝ PID off ................................................... 31 Hình 4. 1 6ѫÿӗ nӕi dây thӵc tӃ bӝ mô phӓng tín hiӋu cҧm biӃn oxy ............................ 32 Hình 4. 2 Bӝ mô phӓng cҧm biӃn oxy dҧi hҽp ............................................................... 33 Hình 4. 3 GiҧQJÿӗ công viӋc theo thӡi gian .................................................................. 33 +uQK/ѭXÿӗ giҧi thuұt chung cӫDFKѭѫQJWUuQK ..................................................... 34 Hình 4. 5 Sӵ kiӋn ngҳt ngoài .......................................................................................... 35 Hình 4. 6 Sӵ kiӋn in giá trӏ ra Serial theo chu kǤ ........................................................... 36 Hình 4. 7 Sӵ kiӋn chu kǤ tính toán ................................................................................. 37 Hình 4. 8 Giao diӋn UI LabView ................................................................................... 37 +uQK6ѫÿӗ thӵc nghiӋm liên kӃt giӳa bӝ mô phӓng, máy vi tính cà cҧm biӃn oxy 38 Hình 5. 1 HoҥWÿӝng ӣ mode 0 (trҳQJ6HWSRLQWÿӓ: Input) ........................................... 39 Hình 5. 2 HoҥWÿӝng ӣ mode 1 (trҳng: SetpoLQWÿӓ: Input) ........................................... 40 Hình 5. 3 HoҥWÿӝng ӣ mode 2 (trҳQJ6HWSRLQWÿӓ: Input) ........................................... 41 Hình 5. 4 HoҥWÿӝng ӣ mode 3 (trҳQJ6HWSRLQWÿӓ: Input) ........................................... 42 Hình 5. 5 HoҥWÿӝng ӣ mode 4 (trҳQJ6HWSRLQWÿӓ: Input) ........................................... 43 ix DANH MӨC BҦNG BIӆU Bҧng 1. 1 Thӕng kê các dҥQJKѭKӓng cӫa cҧm biӃn oxy ................................................ 2 Bҧng 2. 1 Trӏ sӕ thiӃWÿһt xung lock cho Arduino(Nguӗn: DiӉQÿjQ$UGXLQR91 ..... 25 BҧQJéQJKƭDFiFWK{QJVӕ trên giao diӋn LabView ............................................... 38 Bҧng 6. 1 TiӃQÿӝ thӵc hiӋn luұQYăQ ............................................................................. 45 x DANH MӨC TӮ VIӂT TҲT A/F : TӍ lӋ không khí/ nhiên liӋu ‫ڣ‬ : HӋ sӕ GѭOѭӧng không khí ECM : Electronic Control Module STFT : Short Term Fuel Trim LTFT : Long Term Fuel Trim LPF : Low Pass Filter DAC : Digital-to-analog converter PID : Proportional Integral Derivative PWM : Pulse Width Modulation xi &+ѬѪ1*7Ә1*48$1 1.1 Ĉһt vҩQÿӅ Cҧm biӃn oxy dãi hҽSWUrQÿӝQJFѫFyFKӭFQăQJÿROѭӡQJOѭӧng oxy còn lҥi trong khí xҧTXDÿyGӵ ÿRiQWuQKWUҥng hoҥWÿӝng cӫDÿӝQJFѫ&ө thӇ, cҧm biӃn oxy cung cҩp dӳ liӋu oxy còn lҥi cӫa quá trình cháy, bҵng mӭF ÿLӋn áp trҧ vӅ ECM(electronic control module). ECM so sánh vӟi dӳ liӋXÿѭӧFOѭXWUӳ và xem xét mӕLWѭѫQJTXDQJLӳa tӍ lӋ không khí và nhiên liӋu trong quá trình hoҥWÿӝQJWK{QJTXDÿy(&0ÿLӅu chӍnh mӭc nhiên liӋu sao cho quá trình cháy diӉn ra thuұn lӧi. Hình 1. 1 6ѫÿӗ nguyên lý cӫa cҧm biӃn oxy NӃXKjPOѭӧQJR[\FDRKD\KzDNKt³QJKqR[ăQJ´OHDQPL[WXUHÿLӋn áp do cҧm biӃn oxy phát sinh sӁ ӣ vào khoҧng 0.1V. NӃXKjPOѭӧng oxy thҩSKD\KzDNKt³JLjX [ăQJ´ULFKPL[WXUHÿLӋn áp do cҧm biӃn phát sinh sӁ ӣ vào khoҧng 0.9V. Trên có sӣ ÿyFҧm biӃn oxy có thӇ xҧ\UDFiFKѭKӓng nhҩWÿӏnh. Có thӇ phân loҥi KѭKӓQJQKѭVDX LoҥLKѭKӓng Giҧi thích +ѭKӓng do dây dүn Có thӇ xҧy ra vӟi tҩt cҧ thiӃt bӏ, do dây nguӗn hoһc dây nӕi âm hay dây truyӅn tín hiӋu bӏ hӣ mҥch. LoҥL Kѭ hӓng này có thӇ gây ra tín hiӋXÿLӋn áp không әQÿӏnh hoһc mҩt hҷn tín hiӋXÿLӋn áp tӯ cҧm biӃn oxy truyӅn vӅ ECM. +ѭ Kӓng do tín hiӋX ÿLӋn Tín hiӋu truyӅn vӅ ECM luôn cao. Có thӇ GR Kѭ Kӓng áp cao(>0,5V) cҧm biӃn hoһF Kѭ Kӓng hӋ thӕng nҥp dүQ ÿӃQ Oѭӧng phun quá mӭc. +ѭ Kӓng do tín hiӋX ÿLӋn Tín hiӋu truyӅn vӅ ECM luôn thҩp. Có thӇ GRKѭKӓng 1 áp thҩp(<0,5V) cҧm biӃn hoһF Kѭ Kӓng hӋ thӕng nҥp dүQ ÿӃQ Oѭӧng không khí quá mӭc. +ѭKӓng do mҩt tín hiӋu Mҩt hoàn toàn tín hiӋu. LoҥLKѭKӓng này làm mҩt hoàn toàn tín hiӋXÿLӋn áp truyӅn vӅ ECM, B̫ng 1. 1 Thӕng kê các dҥQJKѭKӓng cӫa cҧm biӃn oxy Tuy nhiên, trong nghiên cӭu và hӑc tұp viӋc giҧ lұS FiF Kѭ KӓQJ Qj\ WѭѫQJ ÿӕi NKyNKăQYuNK{QJWKӇ tҥRUDKѭKӓng trӵc tiӃp trên cҧm biӃQÿDQJKRҥWÿӝng. &KѭDWuPWKҩy các nghiên cӭu tҥRUDFiFKѭKӓng giҧ lұp OjPÿLӋn áp gӱi vӅ tӯ cҧm biӃn bҩWWKѭӡng. 'RÿyFҫn thiӃt phҧi có mӝt bӝ giҧ lұp có thӇ tái hiӋn hӃWFiFKѭKӓng thӵc tӃ cӫa cҧm biӃn oxy trên thӵc tӃ. Ngoài ra còn có thӇ thu thұp dӳ liӋu hoҥWÿӝng cӫa cҧm biӃQFNJQJQKѭ[HP[pWSKҧn ӭng cӫDÿӝQJFѫÿӕi vӟLKѭKӓQJÿy. Vì vұy, viӋc ³Phát triӇn bӝ mô phӓng lӛi cҧm biӃn oxy dҧi hҽp kiӇu zirconia oxide trong hӋ thӕQJSKXQ[ăQJÿLӋn tӱ´OjFҫn thiӃt, góp phҫn tҥRUDFiFKѭKӓng thӵc tӃ nhҵm phөc vө giҧng dҥy và nghiên cӭu vӅ cҧm biӃn oxy, vӯDOjPWăQJFѭӡng thӡi gian sӱ dөng cho thiӃt bӏ giҧng dҥy hay nghiên cӭXYuNK{QJWiFÿӝng trӵc tiӃp vào cҧm biӃn này. 1.2 Mөc tiêu nghiên cӭu Mөc tiêu nghiên cӭu chính cӫDÿӅ tài là tҥo ra mӝt bӝ mô phӓng hoҥWÿӝng cӫa cҧm biӃn oxy có thӇ tҥRUDKѭKӓQJGRÿLӋn áp bҩWWKѭӡng và có kiӇm soát. 7UrQFѫVӣ nghiên cӭXÿLӋn áp hoҥWÿӝng cua cҧm biӃn oxy, tác giҧ tiӃn hành tái lұp lҥi hoҥWÿӝng cӫa cҧm biӃQYjWKD\ÿәi các giá trӏ ÿӇ tҥRUDÿLӋn áp bҩWWKѭӡng. ĈӕLWѭӧng và phҥm vi nghiên cӭu ĈӕLWѭӧng nghiên cӭu là cҧm biӃn oxy dãi hҽp kiӇu kiӇu zirconia oxide trong hӋ thӕQJSKXQ[ăQJÿLӋn tӱ. Phҥm vi nghiên cӭu cӫa luұQYăQQj\giӟi hҥn trong mөc tiêu tҥRUDÿLӋn áp giҧ lұp có kiӇm soát tӯ cҧm biӃn oxy gӱi vӅ ECM. Mӝt sӕ thông sӕ kӻ thuұWFѫEҧn cӫa cҧm biӃn oxy dãi hҽp bao gӗm: lҳp trên ӕng xҧ cӫa ÿӝQJFѫMitsubishi Oulander, cҧm biӃn R[\WUѭӟc bӝ [~FWiFÿLӋn áp cҩp 12V, ÿLӋn áp phát 0.1-1V. 3KѭѫQJSKiSQJKLrQFӭu 3KѭѫQJSKiSQJKLrQFӭu chính cӫa luұQYăQOj Nghiên cӭu lý thuyӃt: Tham khҧo tài liӋu tӯ sách và giáo trình phân tích và tәng hӧp nӝL GXQJ OLrQ TXDQ ÿӃn cҧm biӃn oxy. Mô hình hóa hoҥW ÿӝng cӫa bӝ mô phӓng bҵng phҫn mӅm proteus. 2 Nghiên cӭu thӵc tiӉn: Thu thұp các sӕ liӋu cӫa cҧm biӃn Oxy tӯ máy chuҭQÿRiQ Tәng hӧp các kӃt quҧ, thiӃt kӃ, thӱ nghiӋm và sӱa lӛLSKiWVLQKÿӃn khi hoàn thiӋn sҧn phҭm. Chuyên gia: tham khҧo ý kiӃn cӫa GVHD và các bҥn HV trong viӋc phát triӇn thuұt toán PID và tính toán ÿһc tính cӫa bӝ lӑc thông thҩp LPF. éQJKƭDNKRDKӑc và thӵc tiӉn cӫDÿӅ tài V͉ êQJKƭDNKRDK͕c: Nghiên cӭu chuyên sâu vӅ hoҥWÿӝng cӫa cҧm biӃn Oxy và tái lұp hoҥWÿӝng có kiӇm soát nhҵPÿiSӭng nhu cҫu tҥRUDKѭKӓng giҧ ÿӏnh trong nghiên cӭu và giҧng dҥy. KӃt quҧ nghiên cӭu giúp kiӇm soát hoҥWÿӝng cӫa cҧm biӃn Oxy và chӫ ÿӝng làm sai lӋch tín hiӋu cӫa cҧm biӃQ4XDÿyÿiQKJLiSKҧn ӭng cӫDÿӝng FѫQKѭQJNK{QJOjP KѭKӓng hӋ thӕng kiӇPVRiWÿӝQJFѫ Dӳ liӋu tӯ bӝ mô phӓng góp phҫn tҥo ra mô hình ҧo, giҧ lұp toàn bӝ hӋ thӕng ÿLӅu khiӇQÿӝQJFѫ V͉ êQJKƭDWK͹c ti͍n: Bӝ mô phӓng lӛi cӫa cҧm biӃn Oxy tҥRUDKѭKӓng giҧ ÿӏQKQKѭQJJLӕng vӟi các trҥng WKiLKѭKӓng trong thӵc tӃĈLӅu mà các mô hình hiӋn có không thӵc hiӋQÿѭӧc. Bӝ mô phӓng là tiӅQÿӅ cho hӋ thӕng mô phӓng lӛi trên toàn bӝ ÿӝQJFѫ3KiW triӇQÿѭӧc hӋ thӕng mô phӓng lӛi sӁ giҧi quyӃWÿѭӧc vҩQÿӅ xuӕng cҩp hoһc tê liӋt hoàn toàn các mô hình giҧng dҥy tҥLÿѫQYӏ ÿDQJF{QJWiFKLӋn nay. ĈӅ tài rҩWFyêQJKƭDWURQJF{QJWiFÿjRWҥo. Sҧn phҭPÿӅ giúp cҧi tiӃn quá trình hӑc tұp cӫa sinh viên, sinh viên có thӇ nghiên cӭu và xӱ lý lӛi cӫa cҧm biӃn Oxy trong thӵc tӃ thay vì chӍ là lӛLRIIRQQKѭWUѭӟFÿk\ Ӭng dөng công nghӋ trong giҧng dҥ\ ÿDQJ Oj [X KѭӟQJ WURQJ JLDL ÿRҥn 4.0 hiӋn nay. Sҧn phҭm sӁ cho thҩy sӵ cҧi tiӃQWKHR[XKѭӟng mӟi, nâng tҫm các mô hình giҧng dҥy. 3 1.6 Tәng quan vӅ cҧm biӃn oxy dãi hҽp. Cҧm biӃn Oxy có cҩu tҥo phӭc tҥp vӟi phҫn lõi là chҩt liӋu Zirconium Dioxide. Có ký hiӋu hóa hӑc là ZrO2. Hình 1. 2 Cҩu trúc tinh thӇ Zirconium Dioxide (Nguӗn: Ditex automotive, Automotive sensor simulator] Mӝt phҫn lõi sӁ tiӃp xúc vӟi khí xҧ Yjÿѭӧc lӟp vӓ kim loҥi bҧo vӋ. Bên trong phҫQ O}L ÿѭӧc làm rӛng và thông vӟi khí trӡi. Phҫn tӱ Zirconium Dioxide trong cҧm biӃQ2[\Fyÿһc tính hóa hӑc là cho phép phân tӱ Oxy di chuyӇn tӵ do qua cҩu trúc tinh thӇ cӫa nó ӣ nhiӋWÿӝ FDR.KLÿӝ dүn ion cao thì tính dүQÿLӋn cӫa nó giҧm. Hình 1. 3 Cҩu tҥo cӫa cҧm biӃn Oxy [Nguӗn: The AUTOPARTS Shop] Khí xҧ ÿLTXDOӟp vӓ kim loҥi bҧo vӋ nhӡ có các rãnh trên lӟp vӓ. NӗQJÿӝ Oxy trong khí xҧ giҧm do phҫn lӟQÿmWKDPJLDYjRSKҧn ӭng cháy bên trong buӗng cháy. Sӵ chênh lӋch nӗQJÿӝ Oxy trong khí xҧ vӟi khí trӡi làm xuҩt hiӋn mӝWÿLӋn áp giӳa phҫn bên trong và bên ngoài phҫn tӱ ZLUFRQLXP'LR[LGHĈLӋQiSQj\ÿѭӧc gӱLÿӃn ECM. 4 ĈLӋn áp chênh lӋch bên trong và bên ngoài phҫn tӱ Zirconimum Dioxide do nӗQJÿӝ Hình 1. 4 Oxy chênh lӋch giӳa khí trӡi và khí xҧ (Ngu͛n: The AUTOPARTS Shop) Hình 1. 5 ĈLӋn áp tӯ cҧm biӃn Oxy gӱi vӅ ECM (Ngu͛n: The AUTOPARTS Shop) Tùy vào chҩW Oѭӧng cӫa phҫn tӱ =LUFRQLXP 'LR[LGH Pj ÿLӋn áp có giá trӏ thay ÿәL7K{QJWKѭӡng, mӭFÿLӋn áp chênh lӋch nҵm trong khoҧQJÿӃn 0,9 Volt. ECM sӁ ÿӑc giá trӏ ÿLӋn áp này và biӃWÿѭӧc tӹ lӋ Oxy còn trong khí xҧ Hình 1. 6 Mӕi liên hӋ giӳDÿLӋn áp và tӹ lӋ không khí nhiên liӋu ӣ giá trӏ cân bҵng (Mitsubishi Outlander, t͙Fÿ͡ YSKÿRE̹ng máy G-scan II) 5 Khi hӛn hӧp nhiên liӋu giàu nhiên liӋu và có rҩWtWR[\FKѭDFKi\WURQJNKtWKҧi WKѭӡng sӁ tҥo ra khoҧQJYROW1Jѭӧc lҥi, khi hӛn hӧSQJKqROѭӧng Oxy trong khí xҧ còn nhiӅXÿLӋQiSÿҫu ra cҧm biӃn sӁ giҧm xuӕng khoҧng 0,2 volt hoһFtWKѫQ.KLKӛn hӧp không khí và nhiên liӋu nҵm ӣ giá trӏ cân bҵng ӭng vӟi khoҧng 14,7/1, cҧm biӃn sӁ ÿӑc khoҧng 0,45 volt. Hình 1. 7 Cҧm biӃn Oxy dҧi hҽp ZIRCONIA OXIDE (Nguӗn: Mitsubishi Outlander 2013 engine service manual) 1.6.1 Vai trò cӫa cҧm biӃn oxy Cҧm biӃQR[\WURQJÿӅ WjLQj\ÿѭӧc khҧo sát ӣ ÿӝQJFѫSKXQ[ăQJÿDÿLӇm. Vì vұ\ ÿӇ xem xét vai trò cӫa cҧm biӃn oxy. Ta khҧR ViW TXD Vѫ ÿӗ bӕ trí chung cӫa hӋ thӕQJSKXQ[ăQJÿDÿLӇm. Hình 1. 8 6ѫÿӗ hӋ thӕQJSKXQ[ăQJÿDÿLӇm (Ngu͛n: JLiRWUuQKĈL͉u khi͋n t͹ ÿ͡ng ôtô-ĈK%.73+&0) 6 ChӭFQăQJFӫa các thành phҫQÿѭӧFNKiLTXiWWURQJVѫÿӗ hình 1.9 Hình 1. 9 6ѫÿӗ chӭFQăQJKӋ thӕQJSKXQ[ăQJÿDÿLӇm (Ngu͛n: JLiRWUuQKĈL͉u khi͋n t͹ ÿ͡ng ôtô-ĈK%.73+&0) 7URQJVѫÿӗ chӭFQăQJFӫa hӋ thӕng ta quan tâm tӟi chӭFQăQJODPEGDFORVHGloop control. ChӭFQăQJQj\ÿѭӧc thӵc hiӋn nhӡ vào cҧm biӃn oxy, nó tҥo thành mӝt hӋ thӕng vòng kín nhҵPÿiSӭng yêu cҫu kiӇm soát hӛn hӧSÿӇ ÿiSӭng hҫu hӃt các quy ÿӏnh vӅ khí thҧi. Hình 1. 10 6ѫÿӗ vòng lұp phҧn hӗi cӫa cҧm biӃn oxy (Nguӗn: what-when-how In Depth Tutorials and Information) 7 Cҧm biӃn oxy tҥo ra mӝW[XQJÿLӋn áp khi không có oxy trong khí thҧi, tình trҥng này chӍ có thӇ xҧy ra khi tӹ lӋ không khí-nhiên liӋu nҵm ӣ SKtDFDRKѫQFӫa tӹ lӋ cân bҵng(hӛn hӧp giàu). Hình 1. 11 Tín hiӋXÿLӋn áp cҧm biӃn oxy (Nguӗn: what-when-how In Depth Tutorials and Information) Khi cҧm biӃn báo hiӋu rҵQJ KjP OѭӧQJ R[\ Gѭӟi mӝt giӟi hҥn nhҩW ÿӏnh, mӝt [XQJÿLӋn áp tӯ cҧm biӃn sӁ Kѭӟng dүn hӋ thӕng nhiên liӋu giҧPOѭӧng nhiên liӋu cung cҩSÿӇ làm hӛn hӧSQJKqRÿL1JD\ VDXNKLWKD\ÿәi nhiên liӋu này, cҧm biӃn oxy sӁ cҧm nhұQÿѭӧc sӵ hiӋn diӋn cӫDR[\WURQJNKtGRÿyÿҫXUDÿLӋn áp cӫa nó giҧm và kӃt quҧ Ojÿҫu ra cҧm biӃQWKD\ÿәi dҫn vӅ không. Khi bӝ ÿLӅu khiӇn không nhұQÿѭӧc tín hiӋu phҧn hӗi, nó sӁ ÿLӅu khiӇn hӋ thӕng nhiên liӋu làm giàu hӛn hӧS'RÿyYLӋc kiӇm soát hӛn hӧSÿҥWÿѭӧc bҵQJFiFKGDRÿӝQJFѭӡQJÿӝ hӛn hӧp giӳa các giӟi hҥn giàu và QJKqRĈLӅu này cho phép bӝ ÿLӅu khiӇn giӳ cho tӹ lӋ nhiên liӋu không khí trong phҥm vi gҫn chính xác. 1.6.2 HiӋu chӍnh dӵa trên tín hiӋu cҧm biӃn oxy 1.6.2.1 Short Term Fuel Trim (STFT) Giҧ thuyӃW OѭӧQJ SKXQ Fѫ EҧQ ÿѭӧc thiӃt kӃ ӣ mӭc 3.0ms. NӃX QKѭ KӋ thӕng nhiên liӋu hoҥWÿӝng vӟi các thông sӕ thiӃt kӃ EuQKWKѭӡQJWUrQFѫVӣ mӭc tҧi và tӕFÿӝ cӫDÿӝQJFѫWKӡLJLDQSKXQFѫEҧQÿѭӧc tính ӣ mӭc 3.0ms. Lúc này tín hiӋXÿLӋn áp cӫa cҧm biӃQR[\GDRÿӝng ӣ mӭFEuQKWKѭӡng và ECM thӵc hiӋn hiӋu chӍnh thӡi gian SKXQGDRÿӝng theo tín hiӋu cҧm biӃn oxy, sӵ hiӋu chӍQKWKD\ÿәi trong phҥPYL³-/+ ´6ӵ hiӋu chӍnh ngҳn hҥQQj\ÿѭӧc gӑLOj³6KRUW7HUP)XHO7ULP´67)71Kѭ vұ\³6KRUW7HUP)XHO7ULP´OjVӵ hiӋu chӍnh tӭc thӡLÿӇ cung cҩp nhiên liӋXWKD\ÿәi theo tӯng chu kǤ cӫa cҧm biӃQR[\7URQJÿLӅu kiӋn hoҥWÿӝQJEuQKWKѭӡng, nó sӁ dao 8