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
ổ
n áp su
ấ
t
2: Ống hút gió
3: Cảm biến
4: Dòng khí nạp
4
1
23
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♦