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

ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP

ĐIỀU KHIỂN CÔNG SUẤT ĐỘNG CƠ XĂNG
MỘT XY LANH
SVTH: GIỐNG THIỆN LÂM
MSSV: 15145275
SVTH: NGUYỄN VĂN KHẢI
MSSV: 15145259
GVHD: Th.S LÊ KHÁNH TÂN

TP. Hồ Chí Minh, tháng 7 năm 2019


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

ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP

ĐIỀU KHIỂN CÔNG SUẤT ĐỘNG CƠ XĂNG
MỘT XY LANH
SVTH: GIỐNG THIỆN LÂM
MSSV: 15145275
SVTH: NGUYỄN VĂN KHẢI
MSSV: 15145259
GVHD: Th.S LÊ KHÁNH TÂN

TP. Hồ Chí Minh, tháng 7 năm 2019


TRƯỜNG ĐH SƯ PHẠM KỸ THUẬT
TP. HỒ CHÍ MINH
KHOA CƠ KHÍ ĐỘNG LỰC

CỘNG HỊA XÃ HỘI CHỦ NGHĨA VIỆT NAM

Độc Lập – Tự Do – Hạnh Phúc

TP. Hồ Chí Minh, ngày ….. tháng ..… năm ……

NHIỆM VỤ ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP
Họ tên sinh viên: 1. Giống Thiện Lâm

MSSV: 15145275

(E-mail: Điện thoại: 0333202878

2. Nguyễn Văn Khải

MSSV: 151545259

(E-mail: Điện thoại: 0388075769

Ngành: Cơng nghệ kĩ thuật ơ tơ
Khóa: 2015

Lớp: 151452


1. Tên đề tài
Điều khiển công suất động cơ xăng một xy lanh
2. Nhiệm vụ đề tài
- Ơn tập tồn bộ kiến thức, tài liệu về lập trình Arduino, LabVIEW và tín hiệu cảm biến trên động
cơ.
- Kết nối giữa LabVIEW, Arduino và động cơ.
- Lập trình chương trình thu thập tín hiệu và điều khiển mô tơ kéo bướm ga trên Arduino và
LabVIEW.
- Thiết kế hộp phần cứng kết nối máy tính với động cơ để thu thập tín hiệu và điều khiển.

3. Sản phẩm của đề tài
- Hộp kết nối thu thập tín hiệu cảm biến và điều khiển động cơ.
- Mơ hình nạp cho ắc quy xe điện.
- Code Arduino, LabVIEW sử dụng thu thập tín hiệu và điều khiển động cơ.
- File báo cáo, video thực nghiệm, CD file mềm

4. Ngày giao nhiệm vụ đề tài: 22/03/2019
5. Ngày hoàn thành nhiệm vụ: 20/07/2019


TRƯỜNG ĐẠI HỌC SƯ PHẠM KỸ THUẬT TP. HCM

CỘNG HOÀ XÃ HỘI CHỦ NGHĨA VIỆT NAM

Độc lập - Tự do – Hạnh phúc

KHOA CƠ KHÍ ĐỘNG LỰC
Bộ mơn: Động cơ


PHIẾU NHẬN XÉT ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP
(Dành cho giảng viên hướng dẫn)
Họ và tên sinh viên:

Giống Thiện Lâm

MSSV: 15145275

Hội đồng…………

Họ và tên sinh viên:

Nguyễn Văn Khải

MSSV: 15145259

Hội đồng…………

Tên đề tài: Điều khiển công suất động cơ xăng một xy lanh
Ngành đào tạo: Công nghệ kĩ thuật ô tô
Họ và tên GV hướng dẫn: Th.S Lê Khánh Tân
Ý KIẾN NHẬN XÉT
1. Nhận xét về tinh thần, thái độ làm việc của sinh viên (không đánh máy)
...........................................................................................................................................................................
...........................................................................................................................................................................
...........................................................................................................................................................................
...........................................................................................................................................................................

2. Nhận xét về kết quả thực hiện của ĐATN (không đánh máy)
2.1. Kết cấu, cách thức trình bày ĐATN:

...........................................................................................................................................................................
...........................................................................................................................................................................
...........................................................................................................................................................................
...........................................................................................................................................................................
...........................................................................................................................................................................

2.2. Nội dung đồ án:
(Cơ sở lý luận, tính thực tiễn và khả năng ứng dụng của đồ án, các hướng nghiên cứu có thể tiếp tục phát triển)
...........................................................................................................................................................................
...........................................................................................................................................................................
...........................................................................................................................................................................
...........................................................................................................................................................................
...........................................................................................................................................................................

2.3. Kết quả đạt được:
...........................................................................................................................................................................


...........................................................................................................................................................................
...........................................................................................................................................................................
...........................................................................................................................................................................
...........................................................................................................................................................................

2.4. Những tồn tại (nếu có):
...........................................................................................................................................................................
...........................................................................................................................................................................
...........................................................................................................................................................................
...........................................................................................................................................................................
...........................................................................................................................................................................


3. Đánh giá:

1.

2.

Điểm
tối đa

Mục đánh giá

TT

Hình thức và kết cấu ĐATN

Điểm đạt
được

30

Đúng format với đầy đủ cả hình thức và nội dung của các mục

10

Mục tiêu, nhiệm vụ, tổng quan của đề tài

10

Tính cấp thiết của đề tài


10

Nội dung ĐATN

50

Khả năng ứng dụng kiến thức toán học, khoa học và kỹ thuật, khoa
học xã hội…

5

Khả năng thực hiện/phân tích/tổng hợp/đánh giá

10

Khả năng thiết kế chế tạo một hệ thống, thành phần, hoặc quy trình
đáp ứng yêu cầu đưa ra với những ràng buộc thực tế.

15

Khả năng cải tiến và phát triển

15

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

5

3.


Đánh giá về khả năng ứng dụng của đề tài

10

4.

Sản phẩm cụ thể của ĐATN

10

Tổng điểm

100

4. Kết luận:
 Được phép bảo vệ
 Không được phép bảo vệ
TP.HCM, ngày

tháng 07 năm 2019

Giảng viên hướng dẫn
((Ký, ghi rõ họ tên)


TRƯỜNG ĐẠI HỌC SƯ PHẠM KỸ THUẬT TP. HCM

CỘNG HOÀ XÃ HỘI CHỦ NGHĨA VIỆT NAM

KHOA CƠ KHÍ ĐỘNG LỰC


Độc lập - Tự do – Hạnh phúc

Bộ môn: Động cơ

PHIẾU NHẬN XÉT ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP
(Dành cho giảng viên phản biện)
Họ và tên sinh viên:

Giống Thiện Lâm

MSSV: 15145275

Hội đồng…………

Họ và tên sinh viên:

Nguyễn Văn Khải

MSSV: 15145259

Hội đồng…………

Tên đề tài: Điều khiển công suất động cơ xăng một xy lanh
Họ và tên GV phản biện: (Mã GV) ..............................................................................................
Ý KIẾN NHẬN XÉT
1. Kết cấu, cách thức trình bày ĐATN:
...........................................................................................................................................................................
...........................................................................................................................................................................
...........................................................................................................................................................................


2. Nội dung đồ án:

(Cơ sở lý luận, tính thực tiễn và khả năng ứng dụng của đồ án, các hướng nghiên cứu có thể tiếp tục phát triển)
...........................................................................................................................................................................
...........................................................................................................................................................................
...........................................................................................................................................................................
...........................................................................................................................................................................

3. Kết quả đạt được:
...........................................................................................................................................................................
...........................................................................................................................................................................
...........................................................................................................................................................................
...........................................................................................................................................................................

4. Những thiếu sót và tồn tại của ĐATN:
...........................................................................................................................................................................
...........................................................................................................................................................................
...........................................................................................................................................................................
...........................................................................................................................................................................

5. Câu hỏi:
..........................................................................................................................................................................
..........................................................................................................................................................................
..........................................................................................................................................................................
..........................................................................................................................................................................


..........................................................................................................................................................................
..........................................................................................................................................................................

..........................................................................................................................................................................
..........................................................................................................................................................................
..........................................................................................................................................................................
..........................................................................................................................................................................
..........................................................................................................................................................................
..........................................................................................................................................................................
..........................................................................................................................................................................
..........................................................................................................................................................................

6. Đánh giá:

1.

2.

Điểm
tối đa

Mục đánh giá

TT

Hình thức và kết cấu ĐATN

Điểm đạt
được

30

Đúng format với đầy đủ cả hình thức và nội dung của các mục


10

Mục tiêu, nhiệm vụ, tổng quan của đề tài

10

Tính cấp thiết của đề tài

10

Nội dung ĐATN

50

Khả năng ứng dụng kiến thức toán học, khoa học và kỹ thuật, khoa
học xã hội…

5

Khả năng thực hiện/phân tích/tổng hợp/đánh giá

10

Khả năng thiết kế, chế tạo một hệ thống, thành phần, hoặc quy trình
đáp ứng yêu cầu đưa ra với những ràng buộc thực tế.

15

Khả năng cải tiến và phát triển


15

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

5

3.

Đánh giá về khả năng ứng dụng của đề tài

10

4.

Sản phẩm cụ thể của ĐATN

10

Tổng điểm

100

7. Kết luận:
 Được phép bảo vệ
 Không được phép bảo vệ
TP.HCM, ngày tháng 07 năm 2019
Giảng viên phản biện
((Ký, ghi rõ họ tên)



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

XÁC NHẬN HỒN THÀNH ĐỒ ÁN

Tên đề tài: Điều khiển công suất động cơ xăng một xy lanh
Họ và tên Sinh viên: Giống Thiện Lâm

MSSV: 15145275

Nguyễn Văn Khải

MSSV: 15145259

Ngành: Cơng nghệ Kỹ thuật Ơ tơ
Sau khi tiếp thu và điều chỉnh theo góp ý của Giảng viên hướng dẫn, Giảng viên phản
biện và các thành viên trong Hội đồng bảo vệ. Đồ án tốt nghiệp đã được hoàn chỉnh
đúng theo yêu cầu về nội dung và hình thức.

Chủ tịch Hội đồng:

Giảng viên hướng dẫn:

Giảng viên phản biện:

Tp. Hồ Chí Minh, ngày

tháng


năm 2019


LỜI CẢM ƠN


Đề tài “Điều khiển công suất động cơ xăng một xy lanh” là một đề tài mới lạ.
Trong khoảng thời gian ngắn với lượng kiến thức hạn chế, hồn thành xong đề tài xem như
là một thành cơng lớn của nhóm. Để hồn thành xong đề tài cả nhóm đã phải cố gắng rất
nhiều và cùng với sự trợ giúp đắc lực đến từ giáo viên hướng dẫn, nhóm thực hiện xin gửi
lời cảm ơn chân thành tới thầy Lê Khánh Tân, người đã tận tình hướng dẫn, chia sẻ tài
liệu và đưa ra các góp ý để đề tài của nhóm có thể hồn thiện tốt hơn. Trong q trình thực
hiện đồ án nhóm đã gặp khơng ít khó khăn về cả phần cứng lẫn phần mềm nhưng nhờ sự
hướng dẫn góp ý quý báu của thầy mà nhóm có thể giải quyết được vấn đề.
Chúng em xin gửi lời cảm ơn đến thầy phản biện đã nhận xét cụ thể và đóng góp
những ý kiến quý báu để đồ án được hồn thiện hơn.
Để có thể thực hiện được đề tài thì kinh nghiệm tích lũy từ 4 năm đại học rất quan
trọng, qua đó nhóm xin gửi lời cảm ơn đến các thầy cô trong trường Đại học Sư phạm Kĩ
thuật Thành phố Hồ Chí Minh và đặc biệt là các thầy cô trong Khoa Cơ khí Động lực đã
giúp nhóm có được kiến thức trong việc học và có thể áp dụng vào việc làm sau này.
Nhóm xin gửi lời cảm ơn đến bạn bè trong lớp và tất cả bạn bè, tuy các bạn cũng
bận làm đồ án nhưng cũng dành thời gian nhiệt tình giúp đỡ và đóng góp ý kiến khi nhóm
gặp khó khăn.
Xin chúc các thầy cơ ln dồi dào sức khỏe, tràn đầy năng lượng và có thật nhiều
niềm vui, hạnh phúc trong cuộc sống. Nhóm thực hiên xin chân thành
Nhóm sinh viên thực hiện

TP Hồ Chí Minh, ngày 22 tháng 7 năm 2019

i



TÓM TẮT
1. Vấn đề nghiên cứu.
-

Giao tiếp LabVIEW với Arduino và động cơ.

-

Điều khiển bướm ga xe máy bằng mô tơ DC servo Faulhaber.

-

Hệ thống điều khiển đông cơ xe gắn máy Honda Wave RSX FI_AT.

-

Phần mềm Arduino và LabVIEW.

-

Lý thuyết và ứng dụng lập trình trong điều khiển bướm ga điện tử và thu thập tín hiệu
tốc độ trục khuỷu động cơ.
2. Các hướng tiếp cận.

-

Thông qua sự phát triển của cơng nghệ điều khiển qua máy tính và ứng dụng cơng nghệ
đó trong học tập và nghiên cứu trong trường Đại học Sư phạm Kĩ thuật TP.HCM.


-

Dựa vào tài liệu tham khảo và khóa học trước cùng với sự hỗ trợ, hướng dẫn và cung
cấp tài liệu của thầy Lê Khánh Tân.
3. Cách giải quyết vấn đề

-

Nắm rõ nguyên lý hoạt động của cảm biến và cách đọc hiểu sơ đồ mạch điện động cơ.

-

Lập trình thu thập tính hiệu cảm biến bướm ga và trục khuỷu thơng qua board Arduino
UNO R3, giao tiếp Arduino với LabVIEW để điều khiển động cơ trên máy tính, thiết
kế mạch chuyển xung để chuyển từ xung dạng hình sine sang xung vuông.

-

Nghiên cứu lý thuyết về phương pháp điều khiển PID vị trí động cơ DC servo.

-

Lập trình LabVIEW để đọc tín hiệu từ board Aruino truyền lên cũng như trên
LabVIEW truyền xuống để điều khiển số vòng quay động cơ theo ý muốn.

-

Nghiên cứu lý thuyết về phương pháp điều xung PWM.


-

Tham khảo tài liệu có sẵn trên Internet, ý kiến bạn bè, cộng đồng mạng và đặc biệt là
thầy hướng dẫn.
4. Một số kết quả đạt được

-

Thiết kế được mạch khởi động và tắt động cơ, mạch điều khiển bướm ga và mạch
chuyển xung để đo tốc độ động cơ.

-

Thu thập dữ liệu trực tiếp bằng Arduino sau đó truyền dữ liệu từ Arduino lên máy tính.

-

Xử lí và hiển thị được dữ liệu cần đo.

ii


MỤC LỤC

LỜI CẢM ƠN ................................................................................................................. i
TÓM TẮT ......................................................................................................................ii
1. Vấn đề nghiên cứu. ................................................................................................ii
2. Các hướng tiếp cận.................................................................................................ii
3. Cách giải quyết vấn đề ...........................................................................................ii
4. Một số kết quả đạt được .........................................................................................ii

MỤC LỤC .................................................................................................................... iii
DANH MỤC CÁC TỪ VIẾT TẮT.............................................................................. vii
DANH SÁCH CÁC HÌNH ẢNH, BIỂU ĐỒ ..............................................................viii
DANH MỤC CÁC BẢNG BIỂU .................................................................................. xi
CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN .......................................................................................... 1
1.1. Lý do chọn đề tài ................................................................................................... 1
1.2. Mục đích nghiên cứu ............................................................................................. 1
1.3. Mục tiêu và giới hạn đề tài..................................................................................... 1
1.4. Đối tượng nghiên cứu ............................................................................................ 2
1.5. Phương pháp nghiên cứu ....................................................................................... 2
1.6. Nội dung nghiên cứu ............................................................................................. 3
CHƯƠNG 2: CƠ SỞ LÝ THUYẾT .............................................................................. 4
2.1. Tổng quan về động cơ xăng Honda Wave FI_AT. ................................................. 4
2.1.1. Giới thiệu động cơ xăng Honda Wave FI_AT. ................................................ 4
2.1.2. Hệ thống phun xăng điện tử PGM_FI .............................................................. 5
2.1.3. Hệ thống nạp ................................................................................................... 6
2.1.4. Hệ thống khởi động điện. ................................................................................ 8
2.2. Giới thiệu chung về động cơ DC. ........................................................................... 9
2.2.1. Động cơ DC. ................................................................................................... 9
2.2.2. Động cơ Faulhaber. ....................................................................................... 10
2.3. Mơ hình hóa động cơ DC Faulhaber và tiến hành mô phỏng ................................ 11
2.3.1 Xây dựng thuật tốn, tìm hàm truyền của mơ tơ DC Faulhaber 2342-012CR. 11
2.3.2. Thiết lập chương trình LabVIEW để mơ phỏng điều khiển vị trí của mơ tơ. .. 14
iii


2.4. Lý thuyết cảm biến .............................................................................................. 18
2.4.1. Cảm biến CKP .............................................................................................. 18
2.4.2. Cảm biến TP ................................................................................................. 19
2.5. Ứng dụng vi điều khiển trong điều khiển động cơ ................................................ 20

2.6. Tổng quan về PID ................................................................................................ 21
2.7. Hệ thống nạp trên ô tô ......................................................................................... 24
2.7.1. Khái quát....................................................................................................... 24
2.7.2. Cấu trúc máy phát điện.................................................................................. 28
2.7.3. Điện áp chỉnh lưu bởi một máy phát .............................................................. 33
2.7.4. Hoạt động của tiết chế ................................................................................... 36
2.8. Các nguồn năng lương sử dụng trên xe điện ........................................................ 50
2.8.1. Nguồn hỗn hợp cho xe Hybrid ...................................................................... 50
2.8.2. Ắc quy chì-axit.............................................................................................. 51
2.8.3. Ắc quy Lithium-ion ....................................................................................... 51
2.8.4. Pin nhiên liệu – Fuel Cell .............................................................................. 52
2.8.5. Siêu tụ điện – Ultra Capacitor ....................................................................... 52
2.9. Các phương pháp nạp ác quy ............................................................................... 54
2.9.1. Nạp với dịng điện khơng đổi ........................................................................ 54
2.9.2. Nạp với điện áp không đổi ............................................................................ 55
2.9.3. Phương pháp nạp dòng áp (Nạp 3 giai đoạn) ................................................. 56
2.10. Extended-range electric vehicle ......................................................................... 58
CHƯƠNG 3: THIẾT KẾ THIẾT BỊ THU THẬP VÀ ĐIỀU KHIỂN ...................... 60
3.1. Thiết kế hộp điều khiển ....................................................................................... 60
3.1.1 Thiết kế mạch chuyển xung ............................................................................ 60
3.1.1.1. Tính toán các thành phần của mạch................................................................ 60
3.1.1.2. Tiến hành thi công mạch ................................................................................ 63
3.1.2. Thiết kế thiết bị thu thập tín hiệu ................................................................... 65
3.1.2.1. Các tín hiệu thu thập ...................................................................................... 65
3.1.2.2. Thiết kế mạch thu thập tín hiệu ...................................................................... 65
3.1.2.3. Tiến hành thi cơng thiết bị thu thập tín hiệu ................................................... 66
3.1.3 Thiết kế mạch điều khiển ............................................................................... 66
iv



3.1.3.1. Mạch cầu H L298 .......................................................................................... 66
3.1.3.2. Module Relay 5V........................................................................................... 67
3.1.3.3. Thiết kế mạch cơ cấu chấp hành .................................................................... 69
3.1.3.4. Tiến hành thi công mạch cơ cấu chấp hành .................................................... 69
3.2. Thiết kế phần cơ khí ............................................................................................ 70
3.2.1. Thiết kế miếng gá .......................................................................................... 70
3.2.2. Thiết kế bánh răng......................................................................................... 71
3.2.2.1. Tính tốn thơng số ......................................................................................... 71
3.2.2.2. Thiết kế bánh răng ......................................................................................... 72
3.3.3. Thiết kế bộ truyền đai ................................................................................... 73
3.4. Lưu đồ thuật toán................................................................................................. 74
3.4.1. Code và lưu đồ thuật toán Arduino ................................................................ 74
3.4.2. Lưu đồ thuật toán LabVIEW ......................................................................... 78
CHƯƠNG 4: THỰC NGHIỆM VÀ ĐÁNH GIÁ KẾT QUẢ ..................................... 81
4.1. Ý nghĩa và ứng dụng đề tài .................................................................................. 81
4.2. Quy trình thực nghiệm ......................................................................................... 81
4.3. Kết quả thức nghiệm thu được khi nổ máy động cơ ............................................. 82
CHƯƠNG 5: KẾT LUẬN VÀ HƯỚNG PHÁT TRIỂN ............................................ 86
5.1. Kết quả đạt được.................................................................................................. 86
5.2. Kết luận ............................................................................................................... 86
5.3. Hướng phát triển của đề tài .................................................................................. 86
TÀI LIỆU THAM KHẢO ........................................................................................... 88
PHỤ LỤC A: GIỚI THIỆU VỀ ARDUINO ............................................................... 89
1. Arduino là gì? ......................................................................................................... 89
2. Tại sao chọn Arduino? ............................................................................................ 89
3. Tổng quan về Arduino Uno R3 ............................................................................... 90
3.1. Phần cứng của Arduino Uno R3 ....................................................................... 90
3.2. Phần mềm Arduino IDE ................................................................................... 93
4. Lập trình trên Arduino IDE .................................................................................... 95
4.1. Ngơn ngữ lập trình trên Arduino ...................................................................... 95

4.2. Chương trình code ........................................................................................... 98
v


PHỤ LỤC B: GIỚI THIỆU LABVIEW ................................................................... 115
1. LabVIEW là gì ? .................................................................................................. 115
2. Các ứng dụng của LabVIEW ................................................................................ 116
3. Lý do sử dụng LabVIEW...................................................................................... 117
4. Những khái niệm cơ bản của LabVIEW ............................................................... 117
4.1. VI -Thiết bị ảo ............................................................................................... 117
4.2. Front Panel và Block Diagram ....................................................................... 117
4.3. Các kỹ thuật lập trình trên LabVIEW ............................................................. 120
5. Functions Palette (Bảng các hàm chức năng) ........................................................ 123
5.1. Programming (Các khối hàm cơ bản). ............................................................ 124
5.2. Instrument I/O (Công cụ giao tiếp) ................................................................. 129
6. Chương trình thu thập xử lý tín hiệu cảm biến và đồ thị mô phỏng ....................... 132

vi


DANH MỤC CÁC TỪ VIẾT TẮT
Tên đầy đủ

Tên viết tắt
PID

Proportional-Integral-Derivative

LabVIEW


Laboratory Virtual Instrument
Engineering Workbench

TP

Throttle position (tín hiệu vị trí
bướm ga)

E1

Ground

RPM

Revolution Per Minute

Arduino IDE

Phần mềm lập trình cho Arduino

ECU

Electronic Control Unit

USB

Universal Serial Bus

PWM


Pulse Width Modulation

CKP

Crankshaft Position

SOHC

Single Overhead Camshaft

PGM-FI

Programmed-Fuel Injection

ICE

Internal Combustion Engine

ICEV

Internal Combustion Engine Vehicle

BEV

Battery Electric Vehicle

SoC

State-of-Charge


vii


DANH SÁCH CÁC HÌNH ẢNH, BIỂU ĐỒ
Hình 2.1: Động cơ xăng 1 xy lanh của Honda Wave FI-AT ............................................ 4
Hình 2.2: Sơ đồ mạch điện hệ thống PGM-FI. ................................................................. 6
Hình 2.3: Sơ đồ mạch điện hệ thống nạp .......................................................................... 7
Hình 2.4: Tiết chế ............................................................................................................ 7
Hình 2.5: Máy phát và cảm biến CKP .............................................................................. 8
Hình 2.6: Sơ đồ mạch điện hệ thống khởi động ................................................................ 9
Hình 2.7: Động cơ Faulhaber ......................................................................................... 10
Hình 2.8: Các thành phần thơng số chính của mơ tơ ....................................................... 11
Hình 2.9: Mơ hình động cơ DC được thể hiện trong LabVIEW bằng MathScript Node . 14
Hình 2.10: Sơ đồ khối điểu khiển kiểu hồi tiếp Close-loop ............................................. 15
Hình 2.11: Chương trình Closed-Loop bộ điều khiển PID ở LabVIEW Control &
Simulation ..................................................................................................................... 15
Hình 2.12: Chương trình điều khiển mơ tơ DC dựa vào hàm truyền ............................... 16
Hình 2.13: Mô phỏng đáp ứng mô tơ DC theo bộ điều khiển khâu P .............................. 17
Hình 2.14: Mơ phỏng đáp ứng của mô tơ DC bằng bộ điều khiển PID ........................... 17
Hình 2.15: Sơ đồ cảm biến CKP .................................................................................... 18
Hình 2.16: Sơ đồ cảm biến TP ....................................................................................... 19
Hình 2.17: Sơ đồ điện áp ngõ ra của cảm biến TP ......................................................... 19
Hình 2.18: Đồ thị dạng xung điều chế PWM .................................................................. 20
Hình 2.19: Cấu trúc hệ thống cung cấp điện ................................................................... 24
Hình 2.20: Các loại máy phát và tiết chế ........................................................................ 25
Hình 2.21: Phát điện, chỉnh lưu và hiệu chỉnh điện áp .................................................... 26
Hình 2.22: Cuộn dây và nam châm ................................................................................ 26
Hình 2.23: Ngun lí phát điện trong thực tế .................................................................. 27
Hình 2.24: Mối quan hệ giữa động cơ điện và máy phát ................................................. 27
Hình 2.25: Rotor ............................................................................................................ 28

Hình 2.26: Chổi than và vịng tiếp điện .......................................................................... 29
Hình 2.27: Stator ............................................................................................................ 29
Hình 2.28: Đấu hình sao và đấu tam giác ....................................................................... 30
Hình 2.29: Bộ chỉnh lưu ................................................................................................. 30
Hình 2.30: Tiết chế vi mạch ........................................................................................... 31
Hình 2.31: Sơ đồ mạch tiết chế loại D ............................................................................ 31
Hình 2.32: Sơ đồ mạch tiết chế loại M ........................................................................... 32
Hình 2.33: Dịng điện xoay chiều 1 pha ......................................................................... 33
Hình 2.34: Dịng điện xoay chiều 3 pha ......................................................................... 33
Hình 2.35: Sơ đồ mạch của bộ chỉnh lưu ........................................................................ 34
Hình 2.36: Dịng điện chỉnh lưu ..................................................................................... 35
Hình 2.37: Điện áp điểm trung hòa ................................................................................ 35
viii


Hình 2.38: Sơ đồ mạch điện diode trung hịa .................................................................. 36
Hình 2.39: Tự điều khiển dịng điện và ngun tắc tiết chế ............................................ 37
Hình 2.40: Hoạt động của tiếp điểm ............................................................................... 38
Hình 2.41: Sơ đồ ngun lí hoạt động của một tiết chế loại rung .................................... 39
Hình 2.42: Sơ đồ nguyên lí hoạt động của một tiết chế bán dẫn ..................................... 40
Hình 2.43: Đầu ra trên tiết chế vi mạch .......................................................................... 41
Hình 2.44: Đặc tính của tiết chế vi mạch ........................................................................ 42
Hình 2.45: Khi khóa điện ON ........................................................................................ 43
Hình 2.46: Khi máy phát đang phát điện ........................................................................ 44
Hình 2.47: Khi điện áp máy phát cáo hơn điện áp điều chỉnh ......................................... 44
Hình 2.48: Khi Rotor bị đứt ........................................................................................... 45
Hình 2.49: Khi Rotor bị ngắn mạch................................................................................ 45
Hình 2.50: Khi cực S bị ngắt .......................................................................................... 46
Hình 2.51: Khi cực B bị ngắt ......................................................................................... 47
Hình 2.52: Khi có sự ngắn mạch giữ cực F và cực E ...................................................... 47

Hình 2.53: Tiết chế vi mạch nhận biết điện áp ở máy phát ............................................. 48
Hình 2.54: Sơ đồ máy phát có cực M ............................................................................. 49
Hình 2.55: Khi bộ phận sưởi làm việc ............................................................................ 49
Hình 2.56: Khi bộ phận sưởi khơng làm việc ................................................................. 50
Hình 2.57: Cấu tạo xe hybrid ......................................................................................... 51
Hình 2.58: Pin Fuel Cell................................................................................................. 52
Hình 2.59: Siêu tụ Maxwell ........................................................................................... 53
Hình 2.60: Đường đặc tính nạp với dịng điện khơng đổi ............................................... 55
Hình 2.61: Các giai đoạn sạc của quy trình .................................................................... 57
Hình 2.62: Biểu đồ trạng thái sạc của xe E-REV ............................................................ 59
Hình 3.1: Xung đo từ cảm biến CKP .............................................................................. 60
Hình 3.2: Tụ gốm 104 .................................................................................................... 61
Hình 3.3: Sơ đồ chân IC LM358 .................................................................................... 63
Hình 3.4: Mạch chuyển xung sine sang xung vng ....................................................... 64
Hình 3.5: Mạch in thiết kế trên proteus .......................................................................... 64
Hình 3.6: Đồ thị xung sau khi cắt bỏ bán kỳ âm và chuyển thành xung vng ............... 64
Hình 3.7: Mạch chuyển xung khi hồn thiện .................................................................. 65
Hình 3.8: Mạch cầu H L298N ........................................................................................ 66
Hình 3.9: Module Relay 5V ........................................................................................... 67
Hình 3.10: Mạch cơ cấu chấp hành ................................................................................ 70
Hình 3.11: Hộp thu thập tín hiệu và điều khiển .............................................................. 70
Hình 3.12: Miếng gá ...................................................................................................... 71
Hình 3.13: Miếng gá nâng mơ tơ .................................................................................... 71
Hình 3.14: Bộ bánh răng thực tế..................................................................................... 73
Hình 3.15: Bộ truyền đai ................................................................................................ 73
ix


Hình 3.16: Lưu đồ thuật tốn đọc tín hiệu từ chân Analog ............................................. 74
Hình 3.17: Lưu đồ thuật tốn đọc tín hiệu từ chân Digital .............................................. 74

Hình 3.18: Lưu đồ thuật tốn khởi động động cơ ........................................................... 75
Hình 3.19: Lưu đồ thuật tốn điều khiển bướm ga.......................................................... 76
Hình 3.20: Lưu đồ gửi tín hiệu đọc từ Arduino lên máy tính .......................................... 76
Hình 3.21: Lưu đồ tín hiệu đọc từ Arduino lên máy tính ................................................ 77
Hình 3.22: Sơ đồ khối giao tiếp giữa Arduino và LabVIEW .......................................... 79
Hình 3.23: Mơ hình khối giao tiếp VISA của LabVIEW ................................................ 79
Hình 3.24: Hình mơ tả khối chuyển đổi mảng ................................................................ 79
Hình 3.25: Mơ hình khối tách tín hiệu trong LabVIEW .................................................. 80
Hình 4.1: Giao diện chương trình lúc khơng tải (TP 0%) ............................................... 83
Hình 4.2: Giao diện chương trình khi số vịng quay động cơ ở ~ 2500 rpm .................... 84
Hình 4.3: Giao diện chương trình khi số vịng quay động cơ ở ~ 4000 rpm .................... 85
Hình A.1: Arduino Uno R3 ............................................................................................ 90
Hình A.2: Giao diện Arduino ......................................................................................... 93
Hình A.3: Thư viện Example của Arduino ..................................................................... 94
Hình A.4: Chọn đúng board Arduino đang sử dụng........................................................ 95
Hình B.1: Mã nguồn viết bằng LabVIEW .................................................................... 116
Hình B.2: Front Panel của chương trình LabVIEW ...................................................... 118
Hình B.3: Sơ đồ khối của LabVIEW ............................................................................ 119
Hình B.4: Bảng cơng cụ tiện ích Tools Palette ............................................................. 120
Hình B.5: Bảng điều khiển – Controls Palette .............................................................. 121
Hình B.6: Thư viện Numeric ........................................................................................ 122
Hình B.7: Thư viện Boolean ........................................................................................ 123
Hình B.8: Các dạng đồ thị, biểu đồ .............................................................................. 123
Hình B.9: Thư viện các khối hàm cơ bản ..................................................................... 124
Hình B.10: Thư viện hàm cấu trúc ............................................................................... 125
Hình B.11: Vịng lặp While Loop ................................................................................ 125
Hình B.12: Thư viện Array .......................................................................................... 126
Hình B.13: Thư viện Numeric ...................................................................................... 128
Hình B.14: Thư viện hàm thời gian .............................................................................. 129
Hình B.15: Thư viện cơng cụ giao tiếp ......................................................................... 129

Hình B.16: Thư viện cơng cụ Serial ............................................................................. 130
Hình B.17: Sơ đồ khối chương trình thu thập tín hiệu .................................................. 132
Hình B.18: Sơ đồ truyền dữ liệu từ LabVIEW ............................................................. 133
Hình B.19: Sơ đồ khối tách chuỗi từ thiết bị dữ liệu truyền lên thông qua giao tiếp RS232
.................................................................................................................................... 133
Hình B.20: Bảng giao diện chương trình thu thập tín hiệu và điều khiển ...................... 134

x


DANH MỤC CÁC BẢNG BIỂU
Bảng 2.1: Bảng thông số động cơ Wave RSX FI-AT ....................................................... 4
Bảng 2.2: Thông số hệ thống nhiên liệu ........................................................................... 5
Bảng 2.3: Thơng số bình điện .......................................................................................... 8
Bảng 3.1: Thống kê các bộ phận dùng thiết kế mạch chuyển xung ................................. 63
Bảng 3.2: Thống kê các bộ phận dùng thiết kế mạch thu thập tín hiệu và điều khiển ...... 66
Bảng 3.3: Thống kê các bộ phận dùng thiết kế mạch cơ cấu chấp hành .......................... 69
Bảng A.1: Cấu trúc, giá trị và hàm thủ tục ..................................................................... 95

xi


CHƯƠNG 1: TỞNG QUAN
1.1. Lý do chọn đề tài
Có thể nói thị trường ơ tơ Việt Nam vẫn có sự tham gia của các dòng xe hybrid, tuy
nhiên số lượng vơ cùng ít ỏi. Xe hybrid tại Việt Nam cũng khơng nằm trong diện ưu đãi để
có thể thu hút được khách hàng. Một vài cái tên như Lexus RX 450h, Lexus LS600h,
Mercedes-Benz S400 hybrid, Toyota Prius hay Toyota Camry phiên bản hybrid nhập Mỹ...
đã tham gia thị trường ô tô Việt từ nhiều năm trước nhưng đến giờ gần như đã lu mờ.
Thêm nữa ở Việt Nam, với mô hình giao thơng hỗn hợp, các mẫu xe hybrid đều có

thể đảm đương được nhiệm vụ và giúp chủ nhân di chuyển liên tục với quãng đường xa
hơn. Với tình trạng kẹt xe thường xuyên ở nước ta, xe phải liên tục dừng và chạy ở tốc độ
thấp, động cơ điện với công suất không cao, nhưng với mô men xoắn lớn ở vịng quay thấp
vẫn có thể thoải mái di chuyển, giảm một lượng lớn khí thải ra mơi trường.
Nên việc ứng dụng những ưu điểm của xe hybrid để xây dựng một mơ hình học tập
vừa giúp các em khóa sau tìm hiểu kỹ hơn về dịng xe này vừa có thể di chuyển đi lai trong
trường là một dự án thiết thực. Vì vậy nhóm chúng em xin chọn đề tài “Điều khiển công
suất đông cơ xăng một xy lanh” với động cơ Wave RSX FI-AT như là một nguồn công
suất để kéo máy phát nạp điện cho bộ ắc quy của mơ hình xe hybrid. Nhóm chúng em đã
phối hợp với một nhóm khác để tạo ra mơ hình xe hybrid nối tiếp để phục vụ nhu cầu nói
trên. Hi vọng đề tài này sẽ là địn bẩy để giúp nhóm chúng em nghiên cứu sâu về điều khiển
tự động các hệ thống trên xe, đặc biệt là trên các dịng xe hybrid thơng minh hiện nay.
1.2. Mục đích nghiên cứu
Có thể điều khiển tự động được cơng suất đầu ra của động cơ. Từ đó trong tương
lai có thể sử dụng cơng suất này để kéo máy phát điện nạp điện cho bộ ắc quy trên mơ hình
xe điện (kiểu extended hybrid).
1.3. Mục tiêu và giới hạn đề tài
Mục tiêu:

1


- Tự động khởi động (ngắt khởi động khi động cơ đã nổ) và tắt máy khi có tín hiệu
analog từ biến trở (giả tín hiệu điện áp của bộ ắc quy mơ hình xe điện cần nạp).
- Thu thập được tín hiệu từ cảm biến, xử lý và điều khiển (có hiển thị chúng lên đồ
thị trên phần mềm LabVIEW để quan sát).
- Lập trình điều khiển bướm ga của động cơ, qua đó có thể duy trì số vịng quay của
động cơ ở vịng tua máy thích hợp, có thể kéo máy phát điện đủ để nạp cho bộ ắc quy
mơ hình xe điện.
Giới hạn đề tài:

- Do giới hạn thời gian nên nhóm chỉ có thể thực hiện được việc điều khiển động cơ
hoạt động ở số vòng quay mong muốn, chưa thể thực hiện việc kéo máy phát để nạp bộ
ắc quy mơ hình xe điện.
1.4. Đối tượng nghiên cứu
-

Tìm hiểu sử dụng được các ứng dụng cơ bản nhất của hai phần mềm Arduino và
LabVIEW.

-

Ôn lại kiến thức chuyên ngành về điều khiển động cơ và các cảm biến có trên động
cơ.

-

Lập trình chương trình thu thập tín hiệu các cảm biến, và chương trình giả tín hiệu
bằng Arduino.

-

Thiết kế giao diện LabVIEW để theo dõi, điều khiển động cơ.

-

Thiết kế phần cứng để đảm bảo an toàn việc kết nối board Arduino và các tín hiệu
từ cảm biến và xung cần thu thập, điều khiển.

-


Thiết kế bộ nạp phù hợp với ắc quy mô hình xe điện.

1.5. Phương pháp nghiên cứu
- Bắt đầu nghiên cứu từ những ứng dụng cơ bản nhất của hai phần mềm Arduino và
LabVIEW rồi sau đó dần đi vào mục đích nghiên cứu chính của đề tài là điều khiển
bướm ga điện tử.
- Tham khảo nhiều nguồn tài liệu từ trên mạng và sách giáo trình liên quan đến đề tài
về các phần mềm và các giao tiếp khác. Đặt biệt được sự hướng dẫn chu đáo từ thầy

2


hướng dẫn và việc trao đổi kiến thức cùng các nhóm khác và các bạn khóa trước. Từ đó
nhóm đã có đủ cơ sở kiến thức để thực hiện đề tài này.
1.6. Nội dung nghiên cứu
Với sự định hướng của giáo viên hướng dẫn, nhóm đã thực hiện đề tài theo các giai
đoạn sau:
Giai đoạn 1: Nghiên cứu các tài liệu phần mềm liên quan đến đề tài
- Lập trình về Arduino làm các ứng dụng cơ bản có liên quan đến đề tài.
- Lập trình về LabVIEW thực hiện hiển thị kết quả đơn giản.
- Nắm cơ bản các hệ thống liên quan trên mạch điện xe Honda Wave RSX AT-FI.
- Ôn lại kiến thức về hệ thống điều khiển động cơ và các cảm biến.
Giai đoạn 2: Thiết kế phần cứng, phần mềm cho đề tài nghiên cứu và nghiên cứu điều
khiển bướm ga điện tử.
- Thiết kế phần cứng là bộ điều khiển bướm ga và các mạch thu nhận tín hiệu.
- Thiết kế phần mềm là hồn thành chương trình trên phần mềm Arduino và LabVIEW
để thu thập dữ liệu ổn định, đồng thời điều khiển bướm ga theo chương trình cài đặt cho
trước.
Giai đoạn 3: Tiến hành thu thập tín hiệu, điều khiển bàn đạp ga và viết thuyết minh.
- Nổ máy xe và thực hiện thu thập, truyền dữ liệu đi điều khiển.

- Làm video về quá trình thực hiện kết quả đề tài thực nghiệm.
- Viết thuyết minh bằng Word.
- Viết báo cáo bằng Powerpoint để thuyết trình.
- Hồn tất đề tài.

3


CHƯƠNG 2: CƠ SỞ LÝ THUYẾT
2.1. Tổng quan về động cơ xăng Honda Wave FI_AT.
2.1.1. Giới thiệu động cơ xăng Honda Wave FI_AT.

Hình 2.1: Động cơ xăng 1 xy lanh của Honda Wave FI-AT
Bảng 2.1: Bảng thông số động cơ Wave RSX FI-AT
Thơng số kĩ thuật

Mục
Đường kính xy lanh và hành trình Piston

50,0 x 55,6 mm

Dung tích xy lanh

109,1 cm3

Tỷ số nén

9,0: 1

Truyền động xu páp


Hai xu páp, truyền động xích đơn
SOHC

Xu páp hút

Xu páp xả

khi nâng lên 1 mm

5o trước điểm chết trên

đóng khi nâng lên 1 mm

30o sau điểm chết dưới

mở

34o trước điểm chết dưới

mở

khi nâng lên 1 mm

đóng khi nâng lên 1 mm

0o sau điểm chết trên

4



Hệ thống bôi trơn

Bơm ướt và áp suất cưỡng bức

Kiểu bơm dầu

Bơm bánh răng

Hệ thống làm mát

Làm mát bằng không khí

Lọc gió

Lọc lấy nhờn

Trọng lượng động cơ khơ

27,3 kg

2.1.2. Hệ thống phun xăng điện tử PGM_FI
Bảng 2.2: Thông số hệ thống nhiên liệu
Thơng số kĩ thuật

Mục
Số nhận biết chế hịa khí

GQR9A


Tốc độ cầm chừng động cơ
Điện trở cảm biến EOT

Tối thiểu 1,400 ± 100 (vòng/phút)
(20/20,00)
(100/100,00)

Điện trở kim phun xăng (20oC/68oF)
Áp suất nhiện liệu cầm chừng
Lưu lượng bơm (tại 12V)

2,5-2,8 kΩ
0,21-0,22 kΩ
9-12 Ω
294 kPa (3.0 kgf/cm2, 43 psi)
Tối thiểu 100 cm3 (3,4 US oz, 3,5 lmp oz)/
10 giây

5


Hình 2.2: Sơ đồ mạch điện hệ thống PGM-FI.
2.1.3. Hệ thống nạp

6