Báo cáo Chế tạo mô hình giảng dạy hộp số tự động giao tiếp với máy tính

Nội dung text: Báo cáo Chế tạo mô hình giảng dạy hộp số tự động giao tiếp với máy tính

1. BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO TRƯỜNG ĐẠI HỌC SƯ PHẠM KỸ THUẬT THÀNH PHỐ HỒ CHÍ MINH BÀI BÁO KHOA HỌC CHẾ TẠO MÔ HÌNH GIẢNG DẠY HỘP SỐ TỰ ĐỘNG GIAO TIẾP VỚI MÁY TÍNH HỌ VÀ TÊN HỌC VIÊN: HUỲNH HOÀNG VIỆT NGÀNH: KHAI THÁC VÀ BẢO TRÌ Ô TÔ – MÁY KÉO - 605246 Tp. Hồ Chí Minh, tháng 11/2011
2. CHẾ TẠO MÔ HÌNH GIẢNG DẠY HỘP SỐ TỰ ĐỘNG GIAO TIẾP VỚI MÁY TÍNH PGS.TS Đỗ Văn Dũng 1, Huỳnh Hoàng Việt 2 1. Trường ĐH Sư phạm kỹ thuật TP HCM 2. Trường Cao đẳng nghề Đồng Tháp Abstract Automotive technology around the world generally, and Vietnam particularly are now developing very fast vehicle systems have been continuously improved to help users be convenient, easy to handle, comfortable, fully equipped, especially for passenger and commercial vehicles. With noticeable improvements, we can not miss the transmission, and using an electronic control transmission on cars is popular tendency nowadays. However, the electronic control transmission with the complicated structure and principle, lead to the need of teaching equipment. Therefore, manufacturing electronic control transmission teaching model with interface to a computer to show key parameters, shift scheduling, time locking torque converter, and the working mechanism of an electronic control transmission is the main purpose of this research. After all, the model in practice works well, achieves aesthetic, intuitive and accurate characters, and is easy to use with inexpensive cost. The results of this study are hoped to upgrade the training quality. It could be used effectively for universities, colleges and vocational institution. Tóm tắt Ngành công nghệ ôtô trên toàn thế giới nói chung, ở Việt nam nói riêng hiện nay phát triển rất nhanh, các hệ thống trên xe đã thiết kế cải tiến rất nhiều nhằm mục đích giúp cho người sử dụng được thuận tiện, dễ điều khiển, thoải mái, đầy đủ tiện nghi, nhất là đối với ôtô con và ôtô khách. Trong đó phải kể đến hộp số trong hệ thống truyền lực, ngày nay khuynh hướng sử dụng hộp số tự động điều khiển điện tử trên ôtô con rất phổ biến. Tuy nhiên hộp số tự động có cấu tạo, nguyên lý rất phức tạp nên việc giảng dạy về cấu tạo, nguyên lý, phương pháp sửa chữa hộp số tự động là rất cần thiết. Vì vậy, mục đích chính của đề tài là nghiên cứu chế tạo mô hình giảng dạy hộp số tự động điều khiển điện tử giao tiếp với máy tính để hiển thị được lên màn hình máy tính các thông số chủ yếu, các thời điểm chuyển số, thời điểm khóa biến mô, và các chế độ làm việc khác của hộp số tự động. Qua thực tế sau khi hoàn thành, mô hình hoạt động tốt, đạt được tính thẩm mỹ, tính trực quan, chính xác, dễ sử dụng, giá thành không cao. Kết quả nghiên cứu này đóng góp vào việc nâng cao chất lượng trong đào tạo và rất phù hợp cho các trường đại học, cao đẳng, các trường đào tạo nghề. I. Giới thiệu Trong môi trường sư phạm và nhất là trong lĩnh vực sư phạm kỹ thuật, mô hình dạy học đóng một vai trò vô cùng quan trọng. Các hệ thống trên ôtô hiện đại đa số được điều khiển bằng điện tử nên để bảo đảm được tính trực quan trong giảng dạy càng trở nên phức tạp hơn. Để thực hiện được yêu cầu đó, cần phải dùng phần mềm hỗ trợ, vi xử lý/vi điều 1
3. khiển để thực hiện giao tiếp giữa máy tính và mô hình giảng dạy. Với kết quả giao tiếp giữa máy tính với mô hình sẽ giúp người dạy chủ động trong quá trình lên lớp và việc truyền thụ kiến thức cũng như rèn luyện kỹ năng nghề cho người học được thuận tiện hơn. Giao tiếp giữa máy tính và các thiết bị máy móc dùng trong công nghiệp đã được ứng dụng khá phổ biến nhưng việc giao tiếp giữa máy tính và mô hình dạy học vẫn còn hạn chế. Xuất phát từ nhu cầu thực tế trên, đề tài "Nghiên cứu chế tạo mô hình hộp số tự động giao tiếp với máy tính" được thực hiện nhằm tạo ra một phương tiện dạy học thế hệ mới có nhiều tính năng tốt hơn, ứng dụng công nghệ cao. II. Phương án thiết kế: Để thực hiện mô hình tác giả thực hiện chọn hộp số để nghiên cứu chế tạo mô hình, thiết kế giá đỡ, chọn phương án để dẫn động hộp số, thiết kế chế tạo card giao tiếp và điều khiển hộp số, lập trình phần mềm LabVIEW, thiết kế giao diện cho người sử dụng, thiết kế hệ thống điện và hệ thống đánh pan trên mô hình. Hình 1. Sơ đồ kết nối giao tiếp. III. Kết cấu và nguyên lý vận hành của mô hình: 1. Cấu tạo mô hình: 1. Màn hình, 2. Bảng đồng hồ, 3. Bảng công tắc đánh pan, 4. Chân jắc ECU, 5. Sơ đồ điện, 6. Nút phụ tải, 7. Ổ khóa điện, 8. Cần số, 9. Card giao tiếp, 10. Công tắc chế độ hoạt động, 11.ECU, 12. Bàn đạp phanh 13. Bàn đạp ga. Mô hình được cấu tạo gồm các bộ phận, hệ thống chính như sau: Hình 2. Mô hình hộp số tự động + Hộp số: hộp số chọn làm mô hình là hộp giao tiếp với máy tính. số tự động điều khiển bằng điện tử hiệu TOYOTA 2
4. 3S-FE trên xe Camry LE đời 1989. - Hộp số có 4 cấp số: số 1, 2, 3 và số OD; - Cần số có 6 vị trí: P, R, N, D, 2 và L; - Cơ cấu gài và khóa số (Shift lock sytem); - Công tắc chế độ Power và Normal; - Hộp ECU điều khiển chung cho động cơ và hộp số; - Ba van điện từ để đóng mở các van điều khiển các ly hợp, các phanh trong hộp số để thay đổi số và khóa biến mô. Hộp số được điều khiển bằng một ECU-ECT riêng, ECU-ECT này là loại điều khiển chung cho động cơ và hộp số. Tuy nhiên trên mô hình không sử dụng các cổng để điều khiển động cơ, chỉ sử dụng cổng tín hiệu cảm biến nhiệt độ nước (E21, THW), cổng tín hiệu cảm biến vị trí bướm ga (E2, VAT, IDL và VC) được tạo bởi nút phụ tải (biến trở) trên mô hình. Khi xoay nút phụ tải có nghĩa là vị trí bướm ga thay đổi và tín hiệu này được truyền về ECU-ECT để giả định sự thay đổi tải. + Hệ thống dẫn động hộp số: dùng động cơ đồng bộ với hộp số TOYOTA 3S-FE để dẫn động hộp số, động cơ sử dụng hộp ECU độc lập với ECU-ECT của hộp số. Bàn đạp ga để tăng giảm tốc độ động cơ từ đó sẽ thay đổi tốc độ trực thứ cấp hộp số, điều đó có nghĩa là thay đổi tốc độ xe. + Card giao tiếp và điều khiển hộp số: Card giao tiếp là bộ phận trung gian kết nối giữa máy vi tính và hộp số. Thông qua card này để truyền dẫn dữ liệu qua lại giữa máy tính và hộp số trong việc thu thập dữ liệu từ hộp số, truyền tín hiệu điều khiển trên màn hình máy tính xuống các bộ phận chấp hành trong hệ thống điều khiển hộp số. + Hệ thống máy tính và màn hình hiển thị: Máy tính và màn hình để thực hiện kết nối, hiển thị các thông số và sự hoạt động của hộp số lên giao diện phần mềm LabVIEW. + Hệ thống tạo pan: gồm 24 công tắc được đặt bên trong một hộp, mỗi công tắc được mắc nối tiếp giữa 2 cực của một mạch điện trên sơ đồ điện. + Sơ đồ điện kết nối ECU-ECT với hộp số: Sơ đồ giúp hiểu được một cách tổng quát mạch điện điều khiển của hộp số với ECU - ECT. Tại các nút trên sơ đồ có các cực tiếp điện. Trong quá trình thực tập, người dạy và người học có thể dùng các thiết bị kiểm tra hoặc dùng đồng hồ vạn năng (VOM) để kiểm tra sự đứt mạch của dây dẫn điện hoặc kiểm tra tình trạng hoạt động của các linh kiện, các bộ phận trong hệ thống. 3
5. Hình 3. Sơ đồ điện kết nối ECU-ECT với hộp số. 2. Nguyên tắc điều khiển hộp số của ECU-ECT: ECU-ECT của hộp số tự động điều khiển bằng điện tử điều khiển lên số hay xuống số luôn phụ thuộc vào 2 tín hiệu cơ bản là vị trí bướm ga và tốc độ của xe theo bảng bên. 3. Nguyên lý vận hành: Động cơ kéo cho trục sơ cấp và bộ biến mô quay. Khi tăng hoặc giảm ga của động cơ sẽ làm cho tốc độ trục sơ cấp hộp số tăng hoặc giảm theo, nếu lúc này cần số đang ở một trong các vị trí R, D, 2 hay L thì trục thứ cấp sẽ quay. Tùy theo vị trí của cần số, khi tăng dần tốc độ động cơ thì tốc độ trục thứ cấp cũng tăng dần theo, ECU-ECT sẽ điều khiển cho hộp số chạy từ số thấp (tỉ số truyền lớn) lên số cao (tỉ số truyền nhỏ) hoặc lên số O/D. Khi nhiệt độ động cơ đạt đến nhiệt độ làm việc bình thường thì: + Ở vị trí D: hộp số sẽ chạy từ số 1 lên số 2, hoặc số 2 lên số 3, hoặc số 3 lên số O/D; + Ở vị trí 2: hộp số sẽ chạy như ở vị trí D nhưng không lên số O/D; + Ở vị trí L: hộp số chỉ chạy ở số 1 hoặc số 2 mà thôi. Khi nhiệt độ động cơ chưa đạt đến nhiệt độ làm việc bình thường (<600C), hoặc khi tắt nút O/D (đèn O/D OFF trên bảng đồng hồ sáng) thì ECU-ECT sẽ không cho lên số O/D 4
6. mặc dù cần số đang ở vị trí D và tốc độ xe đạt đến tốc độ có thể lên số O/D. IV. Giao diện người sử dụng (Front Panel): Hình 4. Giao diện người sử dụng. Trên cửa sổ giao diện này được chia làm 2 phần: Phần điều khiển và phần hiển thị. 1. Phần điều khiển: Phần điều khiển gồm một bảng, trên đó có các nút điều khiển: Hình 5. Bảng điều khiển. + CHỌN CỔNG COM: người sử dụng sẽ chọn 1 cổng COM thích hợp cho việc kết nối. + STOP: dùng để dừng hẳn chương trình. + ĐIỀU KHIỂN MÁY TÍNH: Nút này lựa chọn chế độ điều khiển hoạt động của mô hình. - Khi bật nút "ĐIỀU KHIỂN MÁY TÍNH" (LED sáng) thì việc thay đổi phụ tải và nhiệt độ nước làm mát động cơ sẽ được thực hiện bằng cách điều chỉnh các nút tương ứng trên giao diện ở màn hình máy tính. - Khi tắt nút "ĐIỀU KHIỂN MÁY TÍNH" (LED tắt) thì việc thay đổi phụ tải sẽ được điều khiển bằng nút "PHỤ TẢI" (biến trở) trên mô hình và nhiệt độ nước làm mát động cơ được lấy từ tín hiệu trực tiếp của cảm biến nhiệt độ nước làm mát động cơ (nhiệt độ thực tế của động cơ). 5
7. + NORM - PWR: Nút này để chọn chế độ hoạt động của hộp số ở chế độ tải (Power) hay chế độ bình thường (Normal). 2. Phần hiển thị: Phần hiển thị gồm hai bảng: + Bảng 1 (Hình 6): Trên bảng này sẽ hiển thị tốc độ động cơ, tốc độ xe, nút O/D OFF đang ở ON hay OFF, nhiệt độ nước làm mát, mức nhiên liệu, vị trí cần số và chế độ Power hay Hình 6. Bảng hiển thị số 1. Normal. + Bảng 2 (Hình 7): Bảng này hiển thị: cần số ở vị trí nào (P, R, N, D, 2 hay L); hộp số đang chạy ở số 1, 2, 3 hay O/D và thời điểm chuyển số; độ mở của bướm ga; thời điểm khóa biến mô; điện áp IG; nhiệt độ dầu hộp số và nhiệt độ khí nạp. V. Thuật toán lập trình: Trước khi thực hiện giao tiếp và điều khiển giữa máy tính với hộp số thì card giao tiếp sẽ nhận tín hiệu từ các cảm biến gởi về máy tính, sau đó đọc vào bộ nhớ RAM để khởi tạo USART, ADC và ngắt ngoài. Hệ thống được lập trình có nhánh rẻ để có thể điều khiển hoạt động trực tiếp trên mô hình hoặc điều khiển trên máy tính bằng nút "ĐIỀU KHIỂN MÁY TÍNH". Tùy thuộc vào vị trí của nút này ở YES (LED sáng) hay NO (LED tắt) sẽ thực hiện giao tiếp theo dữ liệu từ máy tính hay theo dữ liệu nhập ở card (Hình 8).Tùy theo vị trí cần số, công tắc tải sẽ điều khiển chạy số mấy và khóa biến mô, điều khiển trạng thái của các LED, xử lý và gởi về máy tính. Khi cần số không ở vị trí 2 và vị trí L thì thực hiện theo vị trí D. VI. Kết quả đạt được và ứng dụng của mô hình: Hình 7. Bảng hiển thị số 2. "Nghiên cứu chế tạo được mô hình hộp số tự động điều khiển bằng điện tử giao tiếp với máy tính" đạt các tính năng như sau: 6
8. - Thực hiện tăng tốc hoặc giảm tốc để hộp số tăng số hoặc giảm số ứng với từng vị trí cần số, ghi nhận được thời điểm chuyển số ứng với tốc độ xe và tốc độ động cơ là bao nhiêu. - Xác định thời điểm khóa biến mô của bộ biến mô. - Thể hiện được sự làm việc của hộp số theo lập trình như: + Khi đèn O/D OFF sáng, cần số ở vị trí D nhưng không lên số O/D mặc dù tốc độ xe có thể lên số O/D, hoặc khi đang chạy ở số O/D nếu nhả nút O/D (đèn O/D OFF sáng) thì hộp số sẽ trả về số 3 (đối với hộp số có 4 cấp số). + Điều chỉnh nhiệt độ nước giả định theo ý muốn để thể hiện khi nhiệt độ nước còn thấp ( 600C thì sẽ thấy hộp số tăng từ số 3 lên số O/D và khóa biến mô được thực hiện (đèn khóa biến mô sáng. + Kiểm tra ghi nhận được tất cả các thông số hoạt động thực tế của hộp số để so sánh với các thông số kỹ thuật của hộp số, từ đó có thể chẩn đoán được tình trạng kỹ thuật Hình 8. Lưu đồ thuật toán chương trình chính của hộp số. - Thực hiện tạo một số pan thông thường ở phần điện của hộp số để thực tập tìm pan. Với các chức năng như trên, mô hình được ứng dụng để giảng dạy mô đun "Sửa chữa - Bảo dưỡng hộp số tự động" trong chương trình đào tạo nghề Công nghệ ôtô trình độ cao đẳng do Bộ Lao động - Thương binh và Xã hội ban hành. Với mô đun này, nếu dùng mô hình kết hợp tài liệu tham khảo [1], [2] và một số hình ảnh về cấu tạo hộp số tự động để giảng dạy thì người học có khả năng đạt được những kiến thức và kỹ năng về hộp số tự động điều khiển bằng điện tử trên ôtô như: - Trình bày đầy đủ các yêu cầu, nhiệm vụ và phân loại của các bộ phận hộp số. 7
9. - Giải thích được cấu tạo và nguyên tắc hoạt động của các bộ phận và nguyên lý hoạt động chung. - Đấu dây hệ thống điện từ ECU-ECT đến các cảm biến của hộp số và động cơ. - Kiểm tra, chẩn đoán và sửa chữa những hư hỏng. - Cách sử dụng hộp số tự động. Cụ thể là mô hình dùng để giảng dạy các bài sau: 1. Bộ biến mô. 2. Bộ truyền bánh răng hành tinh. 3. Hệ thống điều khiển thuỷ lực. 4. Hệ thống điều khiển điện tử. 5. Hư hỏng và cách khắc phục hộp số tự động. Tóm lại, với các tính năng của mô hình đạt được như đã nêu trên, có thể nói đây là một mô hình giảng dạy hộp số tự động thế hệ mới có kỹ thuật cao, sẽ giúp cho quá trình dạy và học bảo đảm tính trực quan, sinh động, dễ hiểu, đáp ứng được nhu cầu truyền đạt những kiến thức về nguyên lý cũng như những kỹ năng tìm ra những hư hỏng và phương pháp sửa chữa cho người học, người nghiên cứu về loại hộp số này một cách nhanh chóng, có khoa học, có tính chuyên môn cao. Do đó, nâng cao được năng suất và hiệu quả trong công tác giảng dạy, rút ngắn được khoảng cách giữa quá trình đào tạo trong nhà trường với sự phát triển nhanh của thực tế xã hội. Mặt khác, giá thành của mô hình không cao, dễ sử dụng, triển khai ứng dụng dễ dàng nên đem lại tính hiệu quả và tính kinh tế cao. 8
10. TÀI LIỆU THAM KHẢO: [1]. PGS.TS. Đỗ Văn Dũng , Hệ thống điện thân xe và điều khiển tự động, Nhà xuất bản đại học quốc gia TP.Hồ Chí Minh 2004. [2]. Nguyễn Minh Hiền và Phạm Thành Ngợi, Khoa Cơ khí động lực - Trường ĐH SPKT TP HCM, Đồ án tốt nghiệp "Mô phỏng hoạt động hộp số tự động trên ôtô, GVC.ThS. Trần Đình Quý hướng dẫn, 2009. [3]. [4]. [5]. oto/3111. [6]. Tài liệu đào tạo TOYOTA phần 6 - KTV chẩn đoán gầm: Phần 7-Khai quát về hộp số tự động (5); Phần 8-Hộp số tự động-Bộ biến mô (13); Phần 9- Hộp số tự động -Bộ truyền bánh răng hành tinh (19); Phần 10- Hộp số tự động -Bộ điều khiển thủy lực (16); Phần 11- Hộp số tự động - Điều khiển điện tử ECT (12) [7]. Lê Đắc Đại và Hồ Trường Thạnh, Khoa Cơ khí động lực - Trường ĐH SPKT TP HCM, Đồ án tốt nghiệp "Ứng dụng LabVIEW trong giao tiếp PC và hệ thống điều khiển động cơ" của, PGS.TS Đỗ Văn Dũng và KS Nguyễn Trọng Thức hướng dẫn, 2009. [8]. [9]. [10]. 8&aq=t&rls=org.mozilla:en-US:official&client=firefox-a XÁC NHẬN CỦA CÁN BỘ HƯỚNG DẪN: PGS.TS Đỗ Văn Dũng 9
11. BÀI BÁO KHOA HỌC THỰC HIỆN CÔNG BỐ THEO QUY CHẾ ĐÀO TẠO THẠC SỸ Bài báo khoa học của học viên có xác nhận và đề xuất cho đăng của Giảng viên hướng dẫn Bản tiếng Việt ©, TRƯỜNG ĐẠI HỌC SƯ PHẠM KỸ THUẬT TP. HỒ CHÍ MINH và TÁC GIẢ Bản quyền tác phẩm đã được bảo hộ bởi Luật xuất bản và Luật Sở hữu trí tuệ Việt Nam. Nghiêm cấm mọi hình thức xuất bản, sao chụp, phát tán nội dung khi chưa có sự đồng ý của tác giả và Trường Đại học Sư phạm Kỹ thuật TP. Hồ Chí Minh. ĐỂ CÓ BÀI BÁO KHOA HỌC TỐT, CẦN CHUNG TAY BẢO VỆ TÁC QUYỀN! Thực hiện theo MTCL & KHTHMTCL Năm học 2016-2017 của Thư viện Trường Đại học Sư phạm Kỹ thuật Tp. Hồ Chí Minh.