Thiết kế, chế tạo mô hình các cảm biến - cơ cấu chấp hành hệ thống điều khiển động cơ

daigai · 23/6/24

LINK TẢI LUẬN VĂN MIỄN PHÍ CHO AE KET-NOI

TÓM TẮT

Trong thời kỳ mà toàn thế giới đua nhau sản xuất ra những sản phẩm chất lượng để nâng cao chất lượng cuộc sống hàng ngày, ngành công nghiệp ô tô cũng đang trải qua một sự biến đổi mạnh mẽ trên quy mô toàn cầu. Sự gia tăng đáng kể hàng năm về sản lượng xe không chỉ phản ánh sự phát triển mà còn thể hiện sự quan tâm ngày càng cao của cộng đồng đối với phương tiện này. Do đó, ô tô không chỉ trở thành biểu tượng của sự tiến bộ và phát triển, mà còn là ngành công nghiệp trọng yếu đối với các quốc gia trên toàn cầu. Sự phát triển của ngành công nghiệp ô tô mang lại những lợi ích kinh tế và xã hội rộng lớn, đó không chỉ làm nảy sinh cơ hội việc làm mà còn góp phần nâng cao chất lượng cuộc sống và tăng cường năng suất trong lĩnh vực di chuyển và vận tải. Để tiếp cận với xu thế toàn cầu, việc đào tạo nguồn nhân lực có khả năng tiếp thu kiến thức không chỉ nhiều mà còn linh hoạt và thích ứng nhanh chóng trở thành một nhiệm vụ cực kỳ quan trọng.

Trong bối cảnh này, việc áp dụng mô hình đào tạo thực tiễn nhằm giúp sinh viên nắm vững cả lý thuyết và ứng dụng thực tế trở thành một phương thức quan trọng để nâng cao chất lượng giảng dạy. Trường Đại học Sư phạm Kỹ thuật thành phố Hồ Chí Minh, đã khẳng định vị thế của mình với chất lượng đào tạo xuất sắc, đặc biệt là trong lĩnh vực ô tô. Tuy nhiên, để bám kịp với xu hướng của các loại xe hiện đại, chúng ta cần phải tăng cường hiệu suất giảng dạy thông qua việc áp dụng những mô hình đào tạo thực tiễn. Nhóm chúng em thực hiện đề tài " Thiết kế, chế tạo mô hình các cảm biến - cơ cấu chấp hành hệ thống điều khiển động cơ " với mong muốn đóng góp vào sự phát triển của trường và xã hội.

Nhằm mục đích chế tạo một mô hình có khả năng kết nối với các cảm biến, thực hành mô phỏng cơ cấu chấp hành hệ thống điều khiển động cơ. Bên cạnh đó, mô hình còn có thể kết nối với ứng dụng trên máy tính giúp sinh viên tự học và thực hành đo kiểm tra lỗi về các cảm biến và cơ cấu chấp hành hệ thống điều khiển động cơ. Tạo cho sinh viên nhiều cơ hội hơn để thực hành, sử dụng thành thạo đồng hồ VOM hay thao tác khi làm việc với hệ thống điện chính xác và an toàn, tránh gây các tình huống chập mạch, nối tắt.

ii

Đề tài này không chỉ đóng vai trò hỗ trợ giảng dạy mà còn mang tính thực tiễn cao, giúp sinh viên tăng khả năng tự học, không những nắm vững kiến thức về cảm biến và cơ cấu chấp hành hệ thống điều khiển động cơ mà còn có kinh nghiệm xử lý các lỗi thực tế. Chương trình được phát triển nhằm tạo ra một môi trường học tập tương tác, giúp sinh viên tự tin trong việc chẩn đoán và sửa chữa các vấn đề liên quan đến cảm biến và hệ thống điều khiển động cơ trên ô tô.

iii

ABSTRACT

In an era where the entire world is striving to produce high-quality products to enhance daily life, the automotive industry is undergoing a significant transformation on a global scale. The substantial annual increase in vehicle production not only reflects development but also signifies a growing community interest in this mode of transportation. Consequently, automobiles have become not only symbols of progress and development but also crucial industries for nations worldwide. The automotive industry's growth brings substantial economic and social benefits, creating employment opportunities and improving living standards and productivity in the transportation sector. To align with global trends, training a workforce capable of acquiring not only extensive but also flexible and quickly adaptable knowledge becomes an immensely important task.

In this context, implementing practical training models to Giúp students grasp both theory and real-world applications emerges as a vital method to enhance teaching quality. Ho Chi Minh University of Technology and Education has established its position with excellent training quality, particularly in the automotive field. However, to keep pace with the trends of modern vehicles, there is a need to enhance teaching effectiveness by applying practical training models. Our group is undertaking the project "Design and Manufacture of Sensor Models - Mechanism Execution of the Motor Control System" with the aim of contributing to the development of the university and society.

The objective is to create a model capable of connecting with sensors, simulating the mechanism of motor control execution. Additionally, the model can connect to computer applications, enabling students to self-learn and practice diagnosing sensor and motor control mechanism faults. This provides students with more opportunities to practice, become proficient in using tools such as VOM meters, and handle precise and safe electrical system operations, avoiding situations like short circuits.

This project not only serves a supportive role in teaching but also emphasizes practicality, aiding students in enhancing their self-learning capabilities. It enables them to not only grasp knowledge about sensors and motor control mechanisms but

iv

also gain hands-on experience in dealing with real-world issues. The program is designed to establish an interactive learning environment, fostering students' confidence in diagnosing and repairing problems related to sensors and motor control systems in automobiles.

v

MỤC LỤC

LỜI CẢM ƠN............................................................................................................................i TÓM TẮT.................................................................................................................................ii ABSTRACT.............................................................................................................................iv MỤC LỤC................................................................................................................................vi DANH MỤC HÌNH ẢNH.......................................................................................................ix CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN ...................................................................................................1

1.1. Lý do chọn đề tài.............................................................................................................1

1.2. Thực trạng hiện tại..........................................................................................................2

1.2.1. Tình hình ngoài nước...............................................................................................2

1.2.2. Tình hình trong nước ...............................................................................................2

1.3. Mục tiêu của đề tài..........................................................................................................4

1.4. Đối tượng và phạm vi nghiên cứu...................................................................................4

1.5. Phương pháp tiếp cận và nghiên cứu ..............................................................................4

1.5.1. Phương pháp tiếp cận...............................................................................................4

1.5.2. Phương pháp nghiên cứu .........................................................................................5

1.6. Nội dung nghiên cứu.......................................................................................................5

1.7. Các nội dung chính trong đề tài ...................................................................................... 5

CHƯƠNG 2: CƠ SỞ LÝ THUYẾT .......................................................................................6

2.1. Cơ sở lý thuyết về các cảm biến – cơ cấu chấp hành điều khiển động cơ......................6

2.1.1. Cảm biến lưu lượng không khí nạp..........................................................................6

2.1.2. Cảm biến G & NE..................................................................................................11

2.1.3. Cảm biến nhiệt độ..................................................................................................15

2.1.4. Cảm biến vị trí bướm ga ........................................................................................16

2.1.5. Cảm biến vị trí bàn đạp ga.....................................................................................18

2.1.6. Hệ thống điều khiển bơm nhiên liệu......................................................................19

2.1.7.Hệ thống điều khiển đánh lửa .................................................................................21

2.1.8. Hệ thống điều khiển kim phun...............................................................................24

2.1.9. Hệ thống điều khiển bướm ga điện tử....................................................................26

2.2. Cơ sở lý thuyết về phần mềm thiết kế ..........................................................................28

2.2.1. Giới thiệu về Arduino ............................................................................................28

2.2.2. Giao tiếp giữa Arduino và Visual Studio Windows Forms ...................................30

2.2.3. Giới thiệu về Proteus..............................................................................................31

CHƯƠNG 3: THIẾT KẾ NỘI DUNG BÀI HỌC CHO PHẦN MỀM VISUAL STUDIO WINDOWS FORMS .............................................................................................................33

vi

3.1. Nội dung phần “Bài học” ..........................................................................................33
3.2. Nội dung phần “Thực hành” .....................................................................................34
2. 3.2.1. Thực hành với cảm biến.....................................................................................35
4. 3.2.2. Thực hành với cơ cấu chấp hành .......................................................................41

3.3. Nội dung phần “Thực hành kiểm tra lỗi”..................................................................43

3.3.1. Quy trình chung thực hiện phần “Thực hành kiểm tra lỗi” ...................................43

3.3.2. Các loại lỗi của mô hình ........................................................................................44

3.4. Nội dung phần “Kiểm tra”.....................................................................................51
3.5. Giáo án bài học........................................................................................................51

CHƯƠNG 4: THIẾT KẾ VÀ CHẾ TẠO MÔ HÌNH THỰC TẬP CÁC CẢM BIẾN - CƠ CẤU CHẤP HÀNH HỆ THỐNG ĐIỀU KHIỂN ĐỘNG CƠ ...........................................54

4.1. Tổng quan mô hình ...................................................................................................54
4.2. Bảng mạch kết nối...................................................................................................55
4.3. Mạch kết nối Arduino ...............................................................................................57
4.4. Mạch thu nhận cảm biến lưu lượng không khí nạp...................................................59
4.5. Mạch tổng hợp...........................................................................................................66

4.4.1. Mạch nguồn ...........................................................................................................66 4.4.2. Mạch thu nhận cảm biến G & Ne ..........................................................................68 4.4.3. Mạch thu nhận cảm biến vị trí bàn đạp ga.............................................................69 4.4.4. Mạch điều khiển đánh lửa và kim phun.................................................................70 4.4.5. Tổng hợp mạch ......................................................................................................71

4.6. Mạch thu nhận cảm biến vị trí bướm ga ...................................................................73
4.7. Mạch điều khiển bơm xăng tích hợp.........................................................................77
4.8. Mạch điều khiển bướm ga.........................................................................................81

4.8.1. Mạch cầu H............................................................................................................81

4.8.2. Phương pháp điều khiển sử dụng bộ điều khiển PID.............................................83 4.9. Mạch tạo lỗi...............................................................................................................83 CHƯƠNG 5: KẾT QUẢ VÀ ĐÁNH GIÁ ...........................................................................85 5.1. Kết quả..........................................................................................................................85 5.1.1. Lý thuyết ................................................................................................................85 5.1.2. Sản phẩm................................................................................................................85 5.2. Đánh giá........................................................................................................................87 CHƯƠNG 6: KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ .......................................................................88 6.1. Kết luận.........................................................................................................................88 6.2. Kiến nghị.......................................................................................................................88

vii

TÀI LIỆU THAM KHẢO.....................................................................................................89

viii

DANH MỤC HÌNH ẢNH

Hình 2.1: Cấu tạo bộ đo gió dây nhiệt............................................................................6 Hình 2.2: Sơ đồ nguyên lý hoạt động bộ đo gió kiểu dây nhiệt.....................................7 Hình 2.3: Cảm biến chân không ..................................................................................... 7 Hình 2.4: Sơ đồ mạch điện của cảm biến chân không ...................................................8 Hình 2.5: Bộ đo gió kiểu Karman siêu âm ..................................................................... 9 Hình 2.6: Cấu tạo bộ đo gió Karman siêu âm ................................................................ 9 Hình 2.7: Bộ đo gió kiểu van trượt...............................................................................10 Hình 2.8: Mạch điều khiển của bộ đo gió van trượt.....................................................10 Hình 2.9: Cảm biến điện từ bố trí trong bộ chia điện...................................................11 Hình 2.10: Cấu tạo cảm biến điện từ............................................................................12 Hình 2.11: Khi không có từ thông qua phần tử Hall .................................................... 12 Hình 2.12: Khi có từ thông qua phần tử Hall ............................................................... 13 Hình 2.13: Sơ đồ mạch điện cảm biến Hall..................................................................13 Hình 2.14: Cảm biến quang bố trí trong bộ chia điện .................................................. 14 Hình 2.15: Sơ đồ nguyên lý cảm biến quang ...............................................................14 Hình 2.16: Cảm biến nhiệt độ.......................................................................................15 Hình 2.17: Sơ đồ mạch điện cảm biến nhiệt độ............................................................15 Hình 2.18: Sơ đồ mạch điện cảm biến vị trí bướm ga kiểu tiếp điểm..........................16 Hình 2.19: Nguyên lý cảm biến vị trí bướm ga kiểu tuyến tính có tiếp điểm IDL ...... 17 Hình 2.20: Cảm biến biến vị trí bướm ga kiểu tuyến tính không có tiếp điểm IDL .... 17 Hình 2.21: Cảm biến vị trí bướm ga kiểu phần tử Hall................................................18 Hình 2.22: Nguyên lý cảm biến vị trí bàn đạp ga kiểu tuyến tính................................18 Hình 2.23: Cảm biến vị trí bàn đạp ga kiểu phần tử Hall.............................................19 Hình 2.24: Sơ đồ mạch điều khiển bơm nhiên liệu dùng contact bơm ........................ 19 Hình 2.25: Sơ đồ mạch điều khiển bơm nhiên từ ECU................................................20 Hình 2.26: Sơ đồ mạch điều khiển bơm nhiên từ ECU................................................20 Hình 2.27: Bộ chia điện................................................................................................21 Hình 2.28: Sơ đồ nguyên lý hệ thống đánh lửa không bộ chia điện ............................22 Hình 2.29: Sơ đồ nguyên lý hệ thống đánh lửa trực tiếp dùng Igniter.........................23 ix

Hình 2.30: Sơ đồ nguyên lý hệ thống đánh lửa trực tiếp dùng bobin tích hợp transistor công suất ....................................................................................................................... 23 Hình 2.31: Sơ đồ nguyên lý hệ thống đánh lửa trực tiếp dùng ECU tích hợp transistor công suất ....................................................................................................................... 24 Hình 2.32: Kim phun nhiên liệu ................................................................................... 24 Hình 2.33: Sơ đồ điều khiển bằng điện áp cho kim phun có điện trở cao....................25 Hình 2.34: Sơ đồ điều khiển bằng điện áp cho kim phun có điện trở thấp .................. 26 Hình 2.35: Sơ đồ nguyên lý hệ thống điều khiển bướm ga điện tử..............................26 Hình 2.36: Chức năng an toàn của cảm biến vị trí bàn đạp ga.....................................27 Hình 2.37: Chức năng an toàn của cảm biến vị trí bướm ga........................................28 Hình 2.38: Giao diện phần mềm Arduino IDE.............................................................29 Hình 2.39: Arduino Mega 2560....................................................................................29 Hình 2.40: Giao tiếp giữa hai thiết bị sử dụng Serial UART ....................................... 30 Hình 2.41: Giao diện tính năng Schematic Capture.....................................................31 Hình 2.42: Giao diện tính năng PCB Layout ...............................................................32 Hình 2.43: Giao diện tính năng 3D Visualizer ............................................................. 32 Hình 3.1: Ý tưởng giao diện kết nối và chọn học phần sau khi đăng nhập..................33 Hình 3.2: Ý tưởng giao diện phần “Bài học” chương 1 ....................................34 Hình 3.3: Ý tưởng giao diện phần “Bài học” chương 2 ............................................... 34 Hình 3.4: Igniter có in sẵn tên chân..............................................................................35 Hình 3.5: Đo kiểm, xác định chân cảm biến bằng đồng hồ VOM ............................... 36 Hình 3.6: Mã thiết bị của Bộ đo gió van trượt .............................................................37 Hình 3.7: Ý tưởng giao diện câu hỏi xác định chân cảm biến .....................................37 Hình 3.8: Ý tưởng giao diện hướng dẫn kết nối chân cảm biến...................................38 Hình 3.9: Giắc bắp chuối..............................................................................................38 Hình 3.10: Đầu nối dây cho tải nhỏ..............................................................................38 Hình 3.11: Đầu nối dây cho tải lớn ..............................................................................39 Hình 3.12: Kết nối cảm biến nhiệt độ với bảng mạch..................................................39 Hình 3.13: Đo điện áp tín hiệu cảm biến ở nhiệt độ môi trường..................................40 Hình 3.14: Đo điện áp tín hiệu cảm biến sau khi nung nóng ....................................... 40 Hình 3.15: Ý tưởng giao diện hiển thị tín hiệu cảm biến dưới dạng đồ thị..................41

x

Hình 3.16: Ý tưởng giao diện hướng dẫn kết nối chân cơ cấu chấp hành ...................41 Hình 3.17: Một số thiết bị sử dụng tải lớn....................................................................42 Hình 3.18: Mô phỏng về hiện tượng hở mạch – Khi chưa vận hành ........................... 44 Hình 3.19: Mô phỏng về hiện tượng hở mạch – Khi đã vận hành và chưa kích relay.44 Hình 3.20: Mô phỏng về hiện tượng hở mạch – Khi đã vận hành và đã kích relay.....45 Hình 3.21: Mô phỏng về hiện tượng ngắn mạch với nguồn dương – Khi chưa vận hành

...................................................................................................................................... 45 Hình 3.22: Mô phỏng về hiện tượng ngắn mạch với nguồn dương – Khi đã vận hành và chưa kích relay..............................................................................................................46 Hình 3.23: Mô phỏng về hiện tượng ngắn mạch với nguồn dương – Khi đã vận hành và đã kích relay..................................................................................................................46 Hình 3.24: Mô phỏng về hiện tượng ngắn mạch với nguồn âm – Khi chưa vận hành 47 Hình 3.25: Mô phỏng về hiện tượng ngắn mạch với nguồn âm – Khi đã vận hành và chưa kích relay..............................................................................................................47 Hình 3.26: Mô phỏng về hiện tượng ngắn mạch với nguồn âm – Khi đã vận hành và đã kích relay ......................................................................................................................48 Hình 3.27: Mô phỏng về hiện tượng điện trở không mong muốn – Khi chưa vận hành ...................................................................................................................................... 48 Hình 3.28: Mô phỏng về hiện tượng điện trở không mong muốn – Khi đã vận hành và chưa kích relay..............................................................................................................49 Hình 3.29: Mô phỏng về hiện tượng điện trở không mong muốn – Khi đã vận hành và đã kích relay..................................................................................................................49 Hình 4.1: Electronic Control Unit ................................................................................ 54 Hình 4.2: Mạch tạo lỗi..................................................................................................55 Hình 4.3: Bảng mạch kết nối........................................................................................56 Hình 4.4: Mạch mở rộng ..............................................................................................57 Hình 4.5: Mạch mở rộng và Arduino Mega R3 ...........................................................57 Hình 4.6: Arduino Mega R3 CH340 ............................................................................58 Hình 4.7: Hàng rào đực 2.54mm .................................................................................. 58 Hình 4.8: Domino DG308 KF120 2.54mm..................................................................58 Hình 4.9: Sơ đồ mạch thu nhận bộ đo gió kiểu dây nhiệt ............................................ 59

xi

Hình 4.10: Sơ đồ mạch thu nhận cảm biến chân không...............................................59 Hình 4.11: Sơ đồ mạch thu nhận bộ đo gió kiểu Karman siêu âm...............................60 Hình 4.12: Sơ đồ mạch thu nhận bộ đo gió kiểu van trượt ..........................................60 Hình 4.13: Sơ đồ mạch relay chuyển đổi tín hiệu ........................................................ 61 Hình 4.14: Ô giắc cắm cảm biến lưu lượng không khí nạp khi đã tích hợp chân........62 Hình 4.15: Sơ đồ nguyên lý mạch thu nhận cảm biến lưu lượng không khí nạp.........62 Hình 4.16: PCB mạch thu nhận tín hiệu cảm biến lưu lượng không khí nạp ..............63 Hình 4.17: Mạch thu nhận tín hiệu cảm biến lưu lượng khi nạp – Mạch 4 .................63 Hình 4.18: Relay SRD-05VDC-SL-C .......................................................................... 64 Hình 4.19: Transistor NPN 2N3904.............................................................................64 Hình 4.20: Diode 1N4007 ............................................................................................65 Hình 4.21: Diode zener 1N4732...................................................................................65 Hình 4.22: Điện trở 1/4W 1% ......................................................................................65 Hình 4.23: Mạch 2........................................................................................................66 Hình 4.24: Nguồn tổ ong 12V 30A .............................................................................. 67 Hình 4.25: Mạch giảm áp Buck DC – DC 5A XL4015 ............................................... 67 Hình 4.26: Sơ đồ nguyên lý mạch thu nhận tín hiệu cảm biến G & Ne.......................68 Hình 4.27: Ô giắc cắm cảm biến G & Ne.....................................................................68 Hình 4.28: Sơ đồ nguyên lý mạch thu nhận tín hiệu cảm biến vị trí bàn đạp ga .........69 Hình 4.29: Ô giắc cắm cảm biến vị trí bàn đạp ga ....................................................... 69 Hình 4.30: Sơ đồ nguyên lý mạch điều khiển đánh lửa và kim phun ..........................70 Hình 4.31: Mạch tạo xung NE555................................................................................70 Hình 4.32: Sơ đồ nguyên lý của mạch 2.......................................................................71 Hình 4.33: PCB của mạch tích hợp – Mạch 2..............................................................72 Hình 4.34: Transistor TIP41C ...................................................................................... 72 Hình 4.35: Relay G5V-2-12VDC.................................................................................72 Hình 4.36: Domino HB9500 ........................................................................................73 Hình 4.37: Domino KF301...........................................................................................73 Hình 4.38: Sơ đồ nguyên lý mạch thu nhận cảm biến bướm ga kiểu tiếp điểm ..........74 Hình 4.39: Sơ đồ nguyên lý mạch thu nhận cảm biến bướm ga tuyến tính có IDL.....74

xii

Hình 4.40: Sơ đồ nguyên lý mạch thu nhận cảm biến bướm ga tuyến tính không IDL ...................................................................................................................................... 74 Hình 4.41: Sơ đồ nguyên lý mạch thu nhận cảm biến bướm ga phần tử Hall .............75 Hình 4.42: Sơ đồ nguyên lý mạch thu nhận tín hiệu cảm biến vị trí bướm ga.............75 Hình 4.43: PCB mạch thu nhận tín hiệu cảm biến vị trí bướm ga ............................... 76 Hình 4.44: Mạch thu nhận tín hiệu cảm biến vị trí bướm ga .......................................76 Hình 4.45: Sơ đồ nguyên lý mạch hệ thống điều khiển bơm nhiên liệu ...................... 78 Hình 4.46: PCB mạch hệ thống điều khiển bơm nhiên liệu.........................................78 Hình 4.47: Mạch hệ thống điều khiển bơm nhiên liệu ................................................. 79 Hình 4.48: Relay SLA-12VDC-SL-A .......................................................................... 79 Hình 4.49: Relay YL303H-S-12VDC-1Z ....................................................................80 Hình 4.50: Đế cầu chì...................................................................................................80 Hình 4.51: Cầu chì 5x20mm ........................................................................................80 Hình 4.52: Mạch cầu H dùng Transistor ......................................................................81 Hình 4.53: Sơ đồ mạch cầu H – Khi chưa vận hành .................................................... 81 Hình 4.54: Sơ đồ mạch cầu H – Khi đã vận hành và nhấn nút bên trái ....................... 82 Hình 4.55: Sơ đồ mạch cầu H – Khi đã vận hành và nhấn nút bên phải......................82 Hình 4.56: Sơ đồ khối bộ điều khiển PID ....................................................................83 Hình 4.57: Mạch tạo lỗi................................................................................................84 Hình 4.58: PCB mạch tạo lỗi........................................................................................84 Hình 5.1: Thực hành đo điện áp cảm biến nhiệt độ......................................................86 Hình 5.2: Mô hình tạo lỗi cho cảm biến.......................................................................86 Hình 5.3: Đo kiểm tra giữa chân E2 của cảm biến với chân GND của ECU...............87 Hình 5.4: Đo kiểm tra giữa chân TH của cảm biến với chân GND của ECU..............87

xiii

1.1. Lý do chọn đề tài

CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN

Trong giai đoạn hiện nay, việc khoa học, kỹ thuật và công nghệ vẫn đang trên đà phát triển nhảy vọt, với những thành tựu liên tiếp ở tất cả các lĩnh vực của đời sống xã hội đã làm nâng cao tiêu chuẩn sống của con người. Những hoạt động sinh hoạt, thói quen thường ngày của con người giờ đây đang dần có sự thay đổi mạnh mẽ và có xu hướng gắn liền với những tiện ích công nghệ mang lại sự nhanh chóng, tiện nghi. Các sản phẩm công nghệ mà chúng ta tiếp cận ngày càng được trang bị những tính năng hiện đại với rất nhiều ý nghĩa, nhưng lại có thao tác vận hành, cách sử dụng đơn giản, linh hoạt, thuận tiện, dễ hiểu.

Một trong những ngành công nghiệp tiên phong cho việc đưa công nghệ vào trong sản phẩm chính là công nghiệp sản xuất ô tô, hay cụ thể hơn là hoạt động nghiên cứu, phát triển hệ thống điện để vận hành các tính năng công nghệ trên ô tô theo hướng vừa nâng cao tính an toàn, làm tăng trải nghiệm người dùng vừa đảm bảo tiêu chí dễ thay thế, sửa chữa trong suốt quá trình sử dụng.

Chính yêu cầu này đặt ra một vấn đề cho lực lượng sản xuất là phải không ngừng cập nhật, nâng cao sự am hiểu về điện và các cơ chế vận hành của linh kiện, tìm kiếm các công nghệ phù hợp, cũng như rèn luyện các năng lực nghề nghiệp cần thiết như khả năng phân tích, đánh giá, sử dụng thông tin, khả năng tư duy logic và giải quyết vấn đề.

Tuy nhiên thực tế hiện nay, sinh viên các khối ngành kỹ thuật nói chung, mà đặc biệt là chuyên ngành “Công nghệ kỹ thuật ô tô” nói riêng vẫn còn mơ hồ về vấn đề vận hành điện trên xe. Khả năng nhận định lỗi phát sinh, tư duy logic và kỹ năng thực hành khắc phục các lỗi về điện trên ô tô trong quá trình học tập còn rất nhiều hạn chế.

Xuất phát từ thực tiễn nhu cầu học tập, nâng cao kỹ năng thực hành cũng như rèn luyện các năng lực nghề nghiệp về xử lý hệ thống điện cho sinh viên ngành Công nghệ kỹ thuật ô tô, nhóm xin phép dưới sự hướng dẫn của Thạc sĩ Nguyễn Thiện Dinh – giảng viên Bộ môn Động cơ (Khoa Cơ khí động lực) để thực hiện đề tài “Thiết kế, chế tạo mô hình các cảm biến – cơ cấu chấp hành hệ thống điều khiển động cơ”, nhằm hỗ trợ giảng viên trong quá trình dạy học, nâng cao tính trực quan của bài giảng, đồng thời giúp sinh viên vận dụng lý thuyết một cách hiệu quả, đưa những kiến thức đã học đến gần với thực tế hơn.

1

1.2. Thực trạng hiện tại
1.2.1. Tình hình ngoài nước

Tháng 6 năm 2023, Đại học Cambridge ở Cambridge, Vương Quốc Anh, một nhóm nghiên cứu sinh bao gồm Ahmad Al khatib, Jean-Marie Malhaire, Stéphane Dauvé và Alain-Jérôme Fougères đã thực hiện một đề tài nghiên cứu “Application To Automotive Assembly System” [1]. Đề tài này thiết kế phương pháp học tập dựa trên ứng dụng để giảng dạy sinh viên kỹ thuật có tính khía cạnh công nghiệp 4.0. Dự án được thực hiện với sự cộng tác của một đối tác công nghiệp để thiết kế và triển khai dây chuyền lắp ráp cửa ô tô. Dự án thể hiện được sự quan tâm của sinh viên và giúp họ chuẩn bị tốt hơn cho kỷ nguyên công nghiệp 4.0.

Năm 2019, một nhóm nghiên cứu sinh tại Khoa Giáo dục Kỹ thuật Ô tô, Đại học Negeri Yogyakarta, Indonesia bao gồm M.Wakid, T.Usman và B.Sulistyo đã thực hiện nghiên cứu “Project Based Learning Model to Increase the Competency of Automotive Engineering Teachers Candidates” [2]. Nghiên cứu này nhằm tạo ra một mô hình học dựa trên dự án cho giáo dục nghề nghiệp (Project-Based Learning model - PjBL) trong việc học thực hành các khóa học về ô tô về điện thân xe. Sản phẩm của nghiên cứu này là một mô hình PjBL cho giáo dục nghề nghiệp trong lĩnh vực ô tô đã được đánh giá và khẳng định phù hợp để sử dụng như một mô hình học trong lĩnh vực ô tô của giáo dục nghề nghiệp. Những sinh viên tham gia thực nghiệm cũng đã cho các phản hồi rất tích cực về kết quả của nghiên cứu và đánh giá rất cao các hiệu quả mà nghiên cứu mang lại.

1.2.2. Tình hình trong nước

Tháng 12 năm 2013, thấy được tầm quan trọng của việc giảng dạy kết hợp với thực hành trên mô hình, ThS. Châu Quang Hải tại trường Đại học Sư Phạm Kỹ Thuật TP.HCM đã thực hiện đề tài nghiên cứu khoa học “Mô phỏng hệ thống EDC” để tạo ra một đĩa CD mô phỏng lại hệ thống EDC (Electronic Diesel Control – Hệ thống phun dầu điện tử) [3], thiết kế trên đĩa CD giúp sinh viên có thể dễ dàng nghiên cứu cấu tạo và nguyên lý của hệ thống và lưu trữ dễ dàng hơn.

Nhận thấy rằng việc áp dụng các nội dung Multimedia vào việc giảng dạy trong hệ thống điện ô tô ở nước ta còn hạn chế, ThS. Đinh Tấn Ngọc của trường Đại học Sư Phạm Kỹ Thuật TP.HCM đã thực hiện đề tài nghiên cứu “Ứng dụng MULTIMEDIA mô phỏng

2

các hệ thống nhiên liệu trong động cơ Diesel bằng phần phần mềm Flash” [4]. Đề tài đã bổ sung được nguồn tài liệu giảng dạy cho bộ môn thực tập động cơ Diesel thêm sinh động, trực quan với những hình ảnh và video thực tế, giúp cho công tác dạy và học được tốt hơn.

Tháng 10 năm 2015, ThS. Lê Khánh Tân đã thực hiện đề tài “Nghiên cứu, thiết kế, chế tạo thử nghiệm phần mềm chẩn đoán PAN của hệ thống điện điều khiển động cơ” [5]. Đề tài đã góp phần làm nâng cao hiệu quả giảng dạy và kỹ năng thực hành chẩn đoán của sinh viên.

Kế đến, ThS. Lê Khánh Tân tiếp tục thực hiện đề tài “Nghiên cứu chế tạo mô hình ứng dụng IOT trong việc thu thập dữ liệu trên ô tô” vào năm 2019 [6]. Đề tài sử dụng kết hợp Arduino và các nền tảng của LabVIEW để tạo ra một board mạch thu thập dữ liệu không dây và có thể hiển thị lên máy tính.

Tháng 7 năm 2023, nhóm sinh viên tại trường Đại học Sư Phạm Kỹ Thuật TP.HCM gồm có Trần Vũ Hảo và Lâm Duy Huy đã thực hiện đề tài tài “Nghiên cứu, thiết kế và chế tạo mô hình thực tập điện tử cơ bản trên ô tô” do ThS Nguyễn Thiện Dinh hướng dẫn [8]. Đề tài có thể kết nối được giữa phần mềm máy tính và thiết bị phần cứng, cho phép sinh viên có thể học về các mạch điện cơ bản trên ô tô và sau đó là thực hành chẩn đoán lỗi hệ thống. Qua đó, giúp sinh viên vừa có thể học trực tuyến về mạch điện, vừa cho phép sinh viên thực hành sau những bài học sẽ giúp sinh viên nắm vững kiến thức hơn, cho sinh viên cái nhìn gần với thực tế hơn về các hệ thống trên xe cũng như các vấn đề mà những hệ thống sẽ gặp phải.

Để nối tiếp sự thành công và lợi ích của việc áp dụng mô hình vào giảng dạy mạch điện cơ bản trên ô tô của nhóm sinh viên Trần Vũ Hảo và Lâm Duy Huy đã thực hiện. Nhóm đã nghiên cứu, thiết kế và phát triển mô hình có thể kết nối được với ứng dụng cho phép sinh viên có thể tự học các bài học về cảm biến và cơ cấu chấp hành hệ thống điều khiển động cơ. Vận dụng kiến thức đã học, tiếp đến sinh viên thực hành đo kiểm, nhận biết tín hiệu của từng loại cảm biến và sau cùng là thực hành kiểm tra lỗi của cảm biến, hệ thống điều khiển động cơ. Qua đó, sinh viên sẽ có nhiều kinh nghiệm hơn về chẩn đoán hoạt động, hư hỏng của cảm biến và cơ cấu chấp hành hệ thống điều khiển động cơ.

3

1.3. Mục tiêu của đề tài

- Tìm hiểu cơ sở lý thuyết về cảm biến, cơ cấu chấp hành hệ thống điều khiển động cơ để thiết kế mô hình có khả năng thu nhận tín hiệu cảm biến và điều khiển các cơ cấu chấp hành.

- Tìm hiểu cách giao tiếp giữa phần cứng và phần mềm Visual Studio Windows Forms để xây dựng phần mềm trên hệ điều hành Windows. Tiến hành mô phỏng các chức năng của phần mềm và phần cứng trước khi tiến hành thực tế.

- Xây dựng thư viện bài học cùng với các bài giảng giúp sinh viên dễ dàng tiếp thu và các câu hỏi ôn tập về những kiến thức đã học được.

- Thiết kế các lỗi có thể gặp phải của cảm biến và cơ cấu chấp hành ở thực tế để sinh viên có kinh nghiệm tốt hơn trong việc chẩn đoán và sửa chữa.

1.4. Đối tượng và phạm vi nghiên cứu

Trong đề tài này, nhóm tập trung nghiên cứu các đối tượng:

- Thiết kế mạch phần cứng trên phần mềm Proteus.

- Phương pháp giao tiếp giữa Arduino và phần mềm dạy học WinForms.

- Giáo trình giảng dạy về cảm biến và cơ cấu chấp hành hệ thống điều khiển động cơ cho sinh viên.

Phạm vi nghiên cứu của đề tài này sẽ tập trung vào việc thiết kế phần cứng có thể giao tiếp với máy tính thông qua phần mềm được lập trình WinForms và Arduino. Cụ thể, phần cứng này sẽ giao tiếp với board Arduino, và được điều khiển thông qua các lệnh từ phần mềm trên máy tính. Bên cạnh đó, nhóm sẽ thiết kế, chế tạo và cấu hình phần cứng nhằm kết nối được các cảm biến và cơ cấu chấp hành khác nhau trên ô tô cũng như tạo ra sự đa dạng về các lỗi có thể xảy ra trên mạch.

1.5. Phương pháp tiếp cận và nghiên cứu 1.5.1. Phương pháp tiếp cận

Để đạt được mục tiêu của đề tài, phương pháp tiếp cận của nhóm sẽ gồm:

- Nghiên cứu về nguyên lý hoạt động của từng loại cảm biến, cách thu nhận tín hiệu cảm biến về Arduino.

CHƯƠNG 5: KẾT QUẢ VÀ ĐÁNH GIÁ
Sau thời gian nghiên cứu nguyên lý hoạt động, thiết kế và sau đó là tiến hành thực hiện thì nhóm đã thành công chuyển những ý tưởng ban đầu thành sản phẩm thực. Nhóm đã thu được kết quả theo hướng tích cực, là nền tảng để đề tài có thể tiếp tục mở rộng, phát triển hơn trong tương lai.
5.1.1. Lý thuyết
Đề tài của nhóm đã tổng hợp được các kiến thức của một phần cảm biến và cơ cấu chấp hành hệ thống điều khiển động cơ trên ô tô, các thông tin về phần mềm Proteus, Arduino.
Ngoài ra, nhóm đã soạn ra được một chương trình giảng dạy bài học, sau mỗi bài học là thực hành và kiểm tra lỗi. Từ đó, giúp sinh viên có thể thành thạo trong việc nhận dạng cảm biến, xác định các lỗi thường gặp trong hệ thống điều khiển động cơ.
5.1.2. Sản phẩm
Dù thời gian có phần hạn chế, gặp một số khó khăn trong quá trình thực hiện nhưng nhóm đã cho ra thành công được một sản phẩm hoàn thiện nhất có thể.
Nhóm đã thành công trong việc tạo ra được mô hình có thể kết nối nhiều loại cảm biến và điều khiển một số cơ cấu chấp hành. Đặc biệt, mô hình còn có thể kết nối với phần mềm trên máy tính để tạo ra một chương trình dạy học dễ tiếp cận với sinh viên, hỗ trợ việc giảng dạy cho giảng viên.
Khi thực hành về cảm biến, sinh viên sẽ được thực hành xác định các vị trí chân của cảm biến, đo và xác định kiểu tín hiệu, giá trị tín hiệu mà cảm biến đo được gửi về ECU và sau đó theo dõi đồ thị của tín hiệu cảm biến trên phần mềm.
Khi thực hành kiểm tra lỗi, phần mềm sẽ tạo lỗi cho mô hình làm cho cảm biến không còn hoạt động như ban đầu.
Mô hình đã được thiết kế với 20 lỗi khác nhau thường gặp trên các cảm biến và cơ cấu chấp hành. Ngoài ra, sinh viên còn có thể chọn số câu hỏi mong muốn với mục “ Kiểm tra” trên phần mềm mà có thể tự ôn tập lại các kiến thức đã học cho bản thân.
85
Sau đây là một ví dụ vận hành sản phẩm, kết nối cảm biến nhiệt độ với bảng mạch theo hướng dẫn trên phần mềm. Tín hiệu nhiệt độ mà cảm biến đo được sẽ được gửi về ECU ở dạng điện áp. Sinh viên sẽ sử dụng đồng hồ VOM với thang đo Vôn để kiểm tra các đường dây và phát hiện khi đo giữa chân TH và E2 của cảm biến trên mô hình sẽ không có điện áp. đo kiểm điện áp của cảm biến ở trạng thái chưa tạo lỗi. Đo TH và E2, ta thu được điện áp 2,325V theo nhiệt độ môi trường.

Link Download bản DOC

Do Drive thay đổi chính sách, nên một số link cũ yêu cầu duyệt download. các bạn chỉ cần làm theo hướng dẫn.
Password giải nén nếu cần: ket-noi.com | Bấm trực tiếp vào Link để tải:

You must be registered for see links

Tạo bởi	Tiêu đề	Blog	Ngày
R	Thiết kế và chế tạo máy uốn đai thép xây dựng	Nông Lâm Thủy sản	2/9/24
R	Thiết kế và chế tạo máy bóc tách hạt điều	Nông Lâm Thủy sản	2/9/24
R	Thiết kế và chế tạo buồng thí nghiệm hàn	Khoa học kỹ thuật	30/8/24
R	Thiết kế máy lốc 3 trục và chế tạo mô hình	Khoa học kỹ thuật	31/7/24
D	Thiết kế và chế tạo máy mài bóng hút bụi	Khoa học kỹ thuật	28/7/24
D	Thiết kế và chế tạo mô hình thiết bị lật 180˚ sản phẩm dạng hộp	Khoa học kỹ thuật	28/7/24
D	Thiết kế và chế tạo máy tuốt lạc	Nông Lâm Thủy sản	28/7/24
D	Thiết kế và chế tạo máy thái lát củ nghệ	Nông Lâm Thủy sản	28/7/24
D	Thiết kế và chế tạo máy tuốt củ lạc	Nông Lâm Thủy sản	28/7/24
D	Thiết kế và chế tạo hệ thống cắt laser tự động theo băng chuyền	Khoa học kỹ thuật	27/7/24

Thiết kế, chế tạo mô hình các cảm biến - cơ cấu chấp hành hệ thống điều khiển động cơ

daigai

Well-Known Member

Các chủ đề có liên quan khác