TRƯỜNG ĐẠI HỌC SƯ PHẠM KỸ THUẬT THÀNH PHỐ
HỒ CHÍ MINH
KHOA CƠ KHÍ ĐỘNG LỰC

BÁO CÁO CUỐI KỲ
Hệ Thống Điều Khiển Tự Động Ơ Tơ

Chun Ngành: Cơng Nghệ Kỹ Thuật Ơ Tơ
Tên đề tài: Engine Control
Thành viên trong nhóm:
PHẠM LONG PHÚC

19145293

NGUYỄN DUY LINH

19145061

NGUYỄN HỮU LỢI

19145266

LÊ QUANG KHÔI

19145057

TRẦN NHẬT MINH

19145269

GVHD: Ths. NGUYỄN TRUNG HIẾU

Tp. Hồ Chí Minh, tháng 6 năm 2022


TRƯỜNG ĐẠI HỌC SƯ PHẠM KỸ THUẬT THÀNH PHỐ HỒ
CHÍ MINH
KHOA CƠ KHÍ ĐỘNG LỰC

BÁO CÁO CUỐI KỲ
Hệ Thống Điều Khiển Ơ Tơ

Chun Ngành: Cơng Nghệ Kỹ Thuật Ơ Tơ
Tên đề tài: Engine Control

Thành viên trong nhóm:
PHẠM LONG PHÚC - 19145293
NGUYỄN DUY LINH - 19145061
NGUYỄN HỮU LỢI - 19145266
LÊ QUANG KHÔI - 19145057
TRẦN NHẬT MINH - 19145269

GVHD:

Ths. NGUYỄN TRUNG HIẾU

Tp. Hồ Chí Minh, tháng 6 năm 2022


TRƯỜNG ĐH SƯ PHẠM KỸ


CỘNG HÒA XÃ HỘI CHỦ NGHĨA VIỆT NAM

THUẬT

Độc Lập – Tự Do – Hạnh Phúc

TP. HỒ CHÍ MINH
KHOA CƠ KHÍ ĐỘNG LỰC

TP. Hồ Chí Minh, ngày 8 tháng 6 năm 2022

BÁO CÁO CUỐI KỲ

Họ và tên sinh viên:
1. Phạm long Phúc

MSSV: 19145293

2. Nguyễn Duy Linh

MSSV: 19145061

3. Nguyễn Hữu Lợi

MSSV: 19145266

4. Trần Nhật Minh

MSSV: 19145269


5. Lê Quang Khơi

MSSV: 19145057

Ngành: Cơng nghệ kĩ thuật ơ tơ
Khóa: K19

Lớp: 19145CL5

Tên đề tài

Engine Control
Nhiệm vụ đề tài
Tìm hiểu về hệ thống điều khiển động cơ Engine Control và mô phỏng cách mà
hệ thống hoạt động trên Matlab/Simulink
Sản phẩm của đề tài


Ngày giao nhiệm vụ đề tài:

20/02/2022

Ngày hoàn thành nhiệm vụ:

08/06/2022

TRƯỞNG BỘ MÔN

CÁN BỘ HƯỚNG DẪN



TRƯỜNG ĐẠI HỌC SƯ PHẠM KỸ THUẬT

CỘNG HOÀ XÃ HỘI CHỦ NGHĨA VIỆT

TP. HCM

NAM

KHOA CƠ KHÍ ĐỘNG LỰC

Độc lập - Tự do – Hạnh phúc

Bộ môn: Hệ thống điều khiển ô tô

PHIẾU NHẬN XÉT BÁO CÁO CUỐI KÌ
(Dành cho giảng viên hướng dẫn)
Họ và tên sinh viên: Phạm Long Phúc

MSSV: 19145293

Họ và tên sinh viên: Nguyễn Duy Linh MSSV: 19145061
Họ và tên sinh viên: Nguyễn Hữu Lợi

MSSV: 19145266

Họ và tên sinh viên: Trần Nhật Minh

MSSV: 19145269


Họ và tên sinh viên: Lê Quang Khôi

MSSV: 19145057

Tên đề tài: Engine Control
Ngành đào tạo: Công nghệ kĩ thuật ô tô
Họ và tên GV hướng dẫn: Nguyễn Trung Hiếu
Ý KIẾN NHẬN XÉT
1. Nhận xét về tinh thần, thái độ làm việc của sinh viên

2. Nhận xét về kết quả thực hiện của báo cáo cuối kỳ
2.1.Kết cấu, cách thức trình bày báo cáo cuối kỳ:


2.2 Nội dung bài báo cáo:

2.3.Kết quả đạt được:

2.4. Những tồn tại (nếu có):

3.

Đánh giá:

TT Mục đánh giá

Điểm

Điểm đạt


tối đa

được

Hình thức và kết cấu bài báo cáo

30

Đúng format với đầ y đủ cả hình thức và nô ̣i dung của các

10

mu ̣c
Mục tiêu, nhiệm vụ, tổng quan của đề tài

10


Tính cấp thiết của đề tài

10

Nội dung bài báo cáo

50

Khả năng ứng dụng kiến thức toán học, khoa học và kỹ thuật, 5
khoa ho ̣c xã hô ̣i…
Khả năng thực hiện/phân tích/tổng hợp/đánh giá


10

Khả năng thiết kế chế tạo một hệ thống, thành phần, hoặc

15

quy trình đáp ứng yêu cầu đưa ra với những ràng buộc thực
tế.
Khả năng cải tiến và phát triển

15

Khả năng sử dụng công cụ kỹ thuật, phần mềm chuyên

5

ngành…
Đánh giá về khả năng ứng dụng của đề tài

10

Sản phẩm cụ thể của bài báo cáo

10

Tổng điểm

100

4. Kết luận:



Được phép bảo vệ



Không được phép bảo vệ
TP.HCM, ngày 8 tháng 6 năm 2022
Giảng viên hướng dẫn
((Ký, ghi rõ họ tên)


TRƯỜNG ĐẠI HỌC SƯ PHẠM KỸ THUẬT

CỘNG HOÀ XÃ HỘI CHỦ NGHĨA VIỆT

TP. HCM

NAM

KHOA CƠ KHÍ ĐỘNG LỰC

Độc lập - Tự do – Hạnh phúc

Bộ môn Hệ thống điện ô tơ

PHIẾU NHẬN XÉT BÁO CÁO CUỐI KÌ
(Dành cho giảng viên phản biện)
Họ và tên sinh viên: Phạm Long Phúc


MSSV: 19145293

Họ và tên sinh viên: Nguyễn Duy Linh MSSV: 19145061
Họ và tên sinh viên: Nguyễn Hữu Lợi

MSSV: 19145266

Họ và tên sinh viên: Trần Nhật Minh

MSSV: 19145269

Họ và tên sinh viên: Lê Quang Khôi

MSSV: 19145057

Tên đề tài: Engine Control
Ngành đào tạo: Công nghệ kĩ thuật ô tô
Họ và tên GV hướng dẫn: Nguyễn Trung Hiếu
Ý KIẾN NHẬN XÉT
1. Kết cấu, cách thức trình bày bài báo cáo:

2. Nội dung bài báo cáo:


3. Kết quả đạt được:

4. Những thiếu sót và tồn tại của bài báo cáo:

5. Câu hỏi:



6. Đánh giá:
TT Mục đánh giá

Điểm

Điểm đạt

tối đa

được

Hình thức và kết cấu bài báo cáo

30

Đúng format với đầ y đủ cả hình thức và nô ̣i dung của các

10

mu ̣c
Mục tiêu, nhiệm vụ, tổng quan của đề tài

10

Tính cấp thiết của đề tài

10

Nội dung bài báo cáo


50

Khả năng ứng dụng kiến thức toán học, khoa học và kỹ thuật, 5
khoa ho ̣c xã hơ ̣i…
Khả năng thực hiện/phân tích/tổng hợp/đánh giá

10

Khả năng thiết kế, chế tạo một hệ thống, thành phần, hoặc

15

quy trình đáp ứng yêu cầu đưa ra với những ràng buộc thực
tế.
Khả năng cải tiến và phát triển

15

Khả năng sử dụng công cụ kỹ thuật, phần mềm chuyên

5

ngành…


Đánh giá về khả năng ứng dụng của đề tài

10


Sản phẩm cụ thể của bài báo cáo

10

Tổng điểm

100

7. Kết luận:


Được phép bảo vệ



Không được phép bảo vệ
TP.HCM, ngày 8 tháng 6 năm 2022
Giảng viên phản biện
((Ký, ghi rõ họ tên)


LỜI CẢM ƠN
Lời đầu tiên, Nhóm xin gửi lời cảm ơn chân thành nhất đến ThS.Nguyễn Trung
Hiếu.
Trong quá trình học tập và tìm hiểu về mơn Hệ thống điều khiển tự động trên Ơtơ,
chúng em đã nhận được sự quan tâm giúp đỡ, hướng dẫn rất tận tình và tâm huyết
của Thầy.Thầy đã giúp chúng em tích lũy thêm nhiều kiến thức vơ cùng bổ ích để
chúng em hiểu rõ hơn kết cấu, hoạt và điều khiển các hệ thống tự động trên Ơtơ.
Thơng qua bài tiểu luận này, chúng em xin trình bày lại những gì mà mình đã tìm
hiểu về đề tài Mơ hình hố động cơ (Engine Modelling). Có lẽ kiến thức là vơ hạn

mà sự tiếp nhận kiến thức của bản thân mỗi người luôn tồn tại những hạn chế nhất
định. Do đó, trong q trình hồn thành bài tiểu luận, chắc chắn khơng tránh khỏi
những thiếu sót. Chúng em rất mong nhận được những góp ý đến từ thầy và các
bạn đọc để bài tiểu luận của chúng em được hồn thiện hơn.
Kính chúc thầy sức khỏe, hạnh phúc và thành công trên con đường sự nghiệp giảng
dạy.

1


MỤC LỤC
LỜI CẢM ƠN ......................................................................................................... 1
CHƯƠNG I: TỔNG QUAN ................................................................................... 1
CHƯƠNG II: Tổng quan mơ hình hố động cơ dùng vịng lặp kín (ENGINE
TIMING MODEL WITH CLOSE-LOOP CONTROL) ...................................... 2
CHƯƠNG III: Các khối trong mơ hình và hoạt động của mỗi khối ................... 3
3.1

Khối Controller ................................................................................................... 3

3.1.1

Theo lý thuyết về bộ điều khiển Controller ................................................... 3

3.1.2

Bộ điều khiển PI: .......................................................................................... 5

3.2


Khối Cotroller của bộ điều khiển động cơ ........................................................... 5

3.3

Khối kì nạp ......................................................................................................... 7

3.3.1

Lưu lượng khơng khí trên đường ống nạp (Throttle)..................................... 8

3.3.2

Lưu lượng khí nạp trên mỗi xylanh (Intake Manifold) .................................. 9

3.4

Khối Kì nén (Compression). ............................................................................. 11

3.5

Khối Kì cháy và sinh công (Combustion).......................................................... 12

3.6 Động lực học của động cơ và tải của động cơ: (Engine Dynamics & Drag
Torque) ...................................................................................................................... 13
CHƯƠNG IV: Đồ thị mơ phỏng và giải thích ..................................................... 14
1.

Đồ thị tải động cơ ............................................................................................. 14

2.


Đồ thị tốc độ mong muốn.................................................................................. 14

3.

Đồ thị lưu lượng khơng khí trên đường ống nạp (Khối kỳ nạp) ......................... 15

4.

Đồ thị lưu lượng khơng khí trên mỗi xylanh ..................................................... 15

5.

Đồ thị momen xoắn động cơ ............................................................................. 16

6.

Đồ thị kết hợp tốc độ thực tế với tốc độ mong muốn ......................................... 17

7.

Đồ thị góc mở bướm ga .................................................................................... 18
CHƯƠNG V: Thay đổi thơng số đầu vào và nhận xét. ...................................... 19

1.

Thay đổi hàm đầu vào ....................................................................................... 19

2.


So sánh tốc độ động cơ với các hệ số Kp khác nhau trong bộ điều khiển PI ...... 20

3.

So sánh sử dụng bộ điều khiển P với PI và PID ................................................. 21

4.

Thay đổi góc đánh lửa sớm ............................................................................... 23
2


5.

So sánh khi thay đổi góc đánh lửa sớm ............................................................. 24

6.

Đồ thị thay đổi tỉ lệ hồ khí ............................................................................... 26

7.

Thay đổi tải trọng xe ......................................................................................... 27

CHƯƠNG VI: Kết luận và nhận xét ........................................................................... 29
CHƯƠNG VII: Tài liệu tham khảo............................................................................ 29
CHƯƠNG VIII: ASSIGNMENT ................................................................................ 30
7.1. Assignment 1 .................................................................................................... 30
8.2 Assignment 2 ....................................................................................................... 38
8.3. Assignment 3 ...................................................................................................... 44

CODE MATLAB ....................................................................................................... 52
ĐỒ THỊ MÔ PHỎNG CÁC TRƯỜNG HỢP ............................................................. 60

3


1


CHƯƠNG I: TỔNG QUAN
Khái quát về phần mềm Matlab/Simulink:
Matlab là một bộ phận phần mềm dùng để tính tốn các các bài tốn kỹ thuật, được
viết bằng ngơn ngữ C do hãng Math Works Inc sản xuất. Nó được tạo trên cơ sở
những phần mềm do nhà lập trình của dự án LINPACK và EISPACK viết ra bằng
ngôn ngữ Fortran dùng cho việc thực hiện các phép tính và thao tác trên ma trận.
Tên của phần mềm MATLAB là chữ viết tắt của ‘Matrix Laboratory’có nghĩa là
‘phương pháp ma trận’. Đến khi thực hành sử dụng phần mềm ta sẽ thấy mỗi phần
tử cơ bản của Matlab là một ma trận. Phần mềm Matlab liên tục được bổ sung và
hoàn thiện.
Các ứng dụng điển hình của Matlab:
-Tốn học và tính tốn.
-Phát triển thuật tốn.
-Tạo mơ hình, mơ phỏng và giao thức.
-Khảo sát, phân tích số liệu.
-Đồ họa khoa học kỹ thuật.
-Phát triển ứng dụng, gồm cả giao diện người dùng đồ họa GUI.
-Thiết kế các hệ thống điều khiển trong thời gian thực.
Simulink là một chương trình đi kèm với Matlab, là một hệ thống tương tác với
việc mô phỏng các hệ thống động học phi tuyến. Nó là một chương trình đồ họa sử
dụng chuột để thao tác cho phép mơ hình hóa một hệ thống bằng cách vẽ một sơ đồ

khối trên màn hình. Nó có thể làm việc với các hệ thống tuyến tính,phi tuyến,hệ
thống liên tục theo thời gian,hệ thống gián đoạn theo thời gian,hệ thống đa biến ...
1


CHƯƠNG II: Tổng quan mơ hình hố động cơ dùng vịng lặp kín (ENGINE
TIMING MODEL WITH CLOSE-LOOP CONTROL)
- Mơ hình hóa động cơ thơng qua mơ phỏng bằng các sơ đồ khối và đồ thị đáp
ứng những vấn đề trên động cơ. Mơ hình sử dụng các khả năng nâng cao của
Simulink để nắm bắt các việc xảy ra dựa trên thời gian với độ chính xác cao.
- Trong mơ phỏng này, một hệ thống con được kích hoạt mơ hình hóa việc
chuyển hỗn hợp khơng khí-nhiên liệu từ đường ống nạp đến các xi lanh.
Điều này diễn ra đồng thời với các quá trình thời gian liên tục của lưu lượng
nạp, tạo mô-men xoắn và gia tốc. Bổ sung thêm một hệ thống phụ được kích
hoạt cung cấp khả năng kiểm sốt tốc độ động cơ vịng kín thơng qua bộ
truyền động bướm ga. Các mơ hình này có thể được sử dụng làm mô phỏng
động cơ độc lập.
-

Mô tả mô phỏng của một động cơ đốt trong đánh lửa bằng tia lửa điện bốn
xi-lanh. Cơng trình của Crossley và Cook cũng cho thấy cách một mô phỏng
dựa trên mơ hình này đã được xác thực dựa trên dữ liệu thử nghiệm lực kế
và phân tích các yếu tố chính của mơ hình động cơ đã được xác định bởi
Crossley và Cook như:
1. Bướm ga
2. Đường ống nạp
3. Tỉ lệ lưu lượng khí nạp
4. Hành trình nén
5. Tạo mơ-men xoắn và tăng tốc


2


CHƯƠNG III: Các khối trong mơ hình và hoạt động của mỗi khối
3.1 Khối Controller
3.1.1 Theo lý thuyết về bộ điều khiển Controller

- Đây là bộ điều khiển được sử dụng khá phổ biến hiện nay trên các xe vì
nó có giá thành rẻ và có kết cấu dễ làm.
- Sơ đồ theo dạng thu gọn:

3


- Với: + r: giá trị mong muốn.
+ e: sai số.
+ u: điểu khiển để đạt được mong muốn.
+ y: đầu ra.
- Trong khi y -> r hoặc e = r- y -> 0: Lúc này bộ điều khiển làm việc tốt
nhất vì sai số gần như bằng 0. Vì vậy giá trị đầu ra lúc này gần bám với
giá trị đầu vào.
3.1.1.1

Bộ điểu khiển PID

4


- Ta có cơng thức tính bộ điều khiển PID:
u = kp ∗ e + kI ∗ ∑k0 e(k) ∗ h + kD ∗ (


(e(k)−e(k−1))
h

)

+ Trong đó: P- Proportional Control (kp ∗ e)
 I-Intergral Control ( kI ∗ ∑k0 e(k) ∗ h)
(e(k)−e(k−1))

 D-Derivative Control (kd ∗ (

h

))

 e(k): Giá trị hiện tại của e.
 e (k-1): Giá trị của e trong lần lấy mẫu trước đó.
 h: là khoảng thời gian lấy mẫu.
3.1.2 Bộ điều khiển PI:
- Ta có cơng thức tính bộ điều khiển PI:
t

u = kp ∗ e + ki ∗ ∫0 e ∗ dt
- Bộ điều khiển PI thường được sử dụng hơn vì nó thực hiện nhanh và khả
năng chính xác cao.
3.2 Khối Cotroller của bộ điều khiển động cơ

5



3.2.1 Mơ hình thu gọn của bộ điều khiển PI

- Từ tốc độ động cơ mong muốn trừ cho tốc độ động cơ feedback về ta
được sai số, sai số này được truyền vào bộ điều khiển PI controller, sau
đó bộ PI controller này sẽ tính tốn và đưa ra góc đóng mở bướm ga.
- Ta có cơng thức của bộ điều khiển PI ứng với khối điều khiển của động
cơ:
θ = kp (Nset − N) + kI ∫(Nset − N) ∗ dt
6


+ Trong đó: Nset : Tốc độ động cơ mong muốn (rpm)
kp : Proportioanl gain
kI : Intergral gain

3.2.2 Khối controller:
- Nhận 3 tín hiệu đầu vào:
+ Tín hiệu tốc độ động cơ mong muốn.
+ Tốc độ động cơ thực tế.
+ Góc trục khuỷu để nhận biết vị trí piston.
- Tín hiệu đầu ra: Góc mở bướm ga
 Thay đổi thơng số đầu vào của bộ Controller:
- Ta thay đổi tốc độ của động cơ ứng với tốc độ thực tế của động cơ so với
tốc độ mong muốn.
- Thiết lập tốc độ bằng một hàm Step trong Simulink với các giá trị từ 0
đến 5s thì tốc độ sẽ là 2000 rpm từ 5s đến 10s tốc độ sẽ là 3000 rpm.
3.3 Khối kì nạp
7



3.3.1 Lưu lượng khơng khí trên đường ống nạp (Throttle)

- Khi có tín hiệu từ bộ điều khiển vào Throttle Ang.(1) từ controller với góc
mở bướm gas từ 0 đến 90° sẻ được đưa vào khối lệnh Throttle.

8


- f(θ) = 2,821 − 0,05231. θ + 0.10299. θ2 − 0,00063. θ3 : Phương trình
góc mở bướm gas
- Ta có khối lượng khơng khí nạp (mass flow rate into manifold):
m′ai = f(θ). g(Pm )
- Với

g(Pm ) =
g(Pm ) = −

2
Pamb
2
Pm

g(Pm ) = −1 ;

√Pm . Pamb − Pm 2 ;

√Pm . Pamb − Pamb 2 ;

nếu


Pamb
2

≤ Pm ≤ Pamb

nếu Pamb ≤ Pm ≤ 2. Pamb
nếu Pm ≥ 2. Pamb

- Thông số Pm (áp suất đường ống nạp) được đưa vào từ ống dẫn khi nạp
(intake manifold) và Pamb (áp suất khí trời) = 1 (bar). Sau đó 2 thống số này
được so sánh , tìm ra hướng dịng chảy và áp dụng công thức g(Pm ) dựa vào
điều kiện đi kèm.
- Từ điều kiện so sánh: g(Pm ) = 2. sqrt(u − u ∗ u) với u =

Pm
Pamb

- Tín hiệu m′ai sẻ được đưa vào khối lệnh Intake Manifold để tính tốn lượng
khí đi vào.
3.3.2 Lưu lượng khí nạp trên mỗi xylanh (Intake Manifold)

9


- Đầu vào/ra:
+ mdot input: khối lượng khí vào ống nạp.
+ mdot to cylinder: khối lượng khí vào xy lanh.
+ N: tốc độ động cơ.
+ Pm: áp suất đường ống nạp.

- Với mdot là đầu vào, mdot to cylinder là đầu ra => mai − mao
- Ta có phương trình trạng thái khí lí tưởng
̇ =
𝑷𝒎

𝑹∗𝑻
̇ )
̇ − 𝒎𝒂𝒐
∗ (𝒎𝒂𝒊
𝑽𝒎

- Tính được áp suất đường ống nạp.
- Với áp suất và số vịng quay động cơ ta tính được khối lượng khí vào
cylinder:
-0.366 + 0.08979.N.𝑷𝒎 - 0.0337 N.𝑷𝟐 𝒎 + 0.0001𝑵𝟐 .𝑷𝒎 .
- Tốc độ lưu lượng khơng khí mà mơ hình bơm vào các xylanh từ ống góp
(họng nạp) được mơ tả trong phương trình 3 ( phương trình dẫn xuất thực
nghiệm). Tốc độ khối lượng này là một hàm của áp suất đường nạp và động
cơ tốc độ.
10