Tài liệu Thiết kế bộ điều khiển mờ chẩn đoán hệ thống truyền động thủy lực trên xe lu hamm

ĐẠI HỌC ĐÀ NẴNG TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA KHOA CƠ KHÍ GIAO THÔNG THIẾT KẾ BỘ ĐIỀU KHIỂN MỜ CHẨN ĐOÁN HỆ THỐNG TRUYỀN ĐỘNG THỦY LỰC TRÊN XE LU HAMM Sinh viên thực hiện: TRẦN TẤN THỊNH Đà Nẵng – Năm 2019 TÓM TẮT Tên đề tài: “THIẾT KẾ BỘ ĐIỀU KHIỂN MỜ CHẨN ĐOÁN HƯ HỎNG TRÊN XE LU HAMM” Sinh viên thực hiện: Phạm Minh Nhãn, Trần Tấn Thịnh Thẻ sinh viên: 103140101, 103140118. Lớp 14C4B Lý thuyết chẩn đoán mờ được ứng dụng rất phổ biến trong các kỹ thuật chẩn đoán nói chung. Đề tài này xây dựng bộ điều khiển nhằm tăng tính hiệu quả của kỹ thuật chẩn đoán hư hỏng của xe lu Hamm nói riêng và máy công trình nói chung. Trên cơ sở thuật toán suy luận mờ, đã áp dụng thực hiện cho một số hệ hống cụ thể là hệ thống nhiên liệu Commonrail và hệ thống truyền động thủy lực trên xe lu Hamm. Sử dụng kiến thức thực tiễn từ các chuyên gia để vận dụng kết hợp với ứng dụng Fuzzy Matlab để thiết kế bộ điều khiển mờ với kết quả chẩn đoán được hiển thị trực tiếp trên màn hình điện thoại. Bằng cách dự báo những bộ phận có khả năng hư hỏng trên xe sẽ giúp người dùng sẽ thuận tiện biết được những hư hỏng trên xe khi người điều khiển xe lu Hamm không phải là kỹ thuật viên sửa chữa. Mặt khác, để giảm tính kinh tế cũng như sự nhẹ nhàng và thuận tiện khi di chuyển thì việc ứng dụng điều khiển mờ để tạo ra bộ chẩn đoán trên trên xe lu Hamm là vấn đề cấp thiết. ĐẠI HỌC ĐÀ NẴNG TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA KHOA CƠ KHÍ GIAO THÔNG CỘNG HÒA XÃ HÔI CHỦ NGHĨA VIỆT NAM Độc lập - Tự do - Hạnh phúc NHIỆM VỤ ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP Họ tên sinh viên: Phạm Minh Nhãn Trần Tấn Thịnh. Số thẻ sinh viên: 103140101 Số thẻ sinh viên: 103140118 Lớp: 14C4B. Khoa: Cơ khí giao thông. Ngành: Kỹ thuật cơ khí 1. Tên đề tài đồ án: “THIẾT KẾ BỘ ĐIỀU KHIỂN MỜ CHẨN ĐOÁN HƯ HỎNG TRÊN XE LU HAMM” 2. Đề tài thuộc diện: ☐ Có ký kết thỏa thuận sở hữu trí tuệ đối với kết quả thực hiện 3. Các số liệu và dữ liệu ban đầu: 4. Nội dung các phần thuyết minh và tính toán: Chương 1. Nghiên cứu tổng quan (Phần chung) 1.1. Xe lu Hamm 1.2. Hệ thống điều khiển nhiên liệu điện tử 1.3. Hệ thống truyền động thủy lực Chương 2. Cơ sở lý thuyết (Phần chung) 2.1. Kỹ thuật chẩn đoán 2.2.Điều khiển mờ 2.3. Công cụ Matlab và ứng dụng Fuzzy logic trong Matlab Chương 3. Thiết kế bộ điều khiển mờ chẩn đoán hệ thống điều khiển nhiên liệu điện tử trên xe lu Hamm (Phần riêng) 4.1. Cơ sở thiết kế 4.2. Thiết kế bộ điều khiển mờ 4.3. Kết quả và bàn luận Chương 4. Thiết kế bộ điều khiển mờ chẩn đoán hệ thống truyền động thủy lực trên xe lu Hamm (Phần riêng) 5.1. Cơ sở thiết kế 5.2. Thiết kế bộ điều khiển mờ 5.3. Kết quả và bàn luận 5. Các bản vẽ, đồ thị : 1/ Sơ đồ hệ thống (3 bản A3). 2/ Bản vẽ các bộ phận hệ thống (7 bản A3) 4/ Phương pháp giải mờ bằng Matlab (4 bản A3) 5/ Hiển thị kết quả (4 bản A3) 6. Họ tên người hướng dẫn: TS. Phạm Quốc Thái 7. Ngày giao nhiệm vụ đồ án: 25/02/2019 8. Ngày hoàn thành đồ án: 09/06/2019 Đà Nẵng, ngày 02 tháng 06 năm 2019 Trưởng Bộ môn PGS.TS Dương Việt Dũng Người hướng dẫn TS. Phạm Quốc Thái LỜI NÓI ĐẦU Trong nền kinh tế hội nhập như nước ta hiện nay, sự phát triển mạnh mẽ của xã hội kéo theo sự đa dạng các phương tiện giao thông cả về số lượng, chủng loại và chất lượng. Việc bảo dưỡng sửa chữa ngày càng phức tạp đòi hỏi việc tối ưu hóa trong công tác bảo dưỡng sửa chữa, một trong những công việc quan trọng đó là công tác chẩn đoán kỹ thuật. Trong quá trình khai thác sử dụng, tính năng kỹ thuật của các hệ thống, các bộ phận chi tiết trong động cơ thay đổi dần theo chiều hướng xấu đi. Xác định tình trạng kỹ thuật của động cơ mà không cần tháo rời là một trong những nhiệm vụ quan trọng trong công tác chẩn đoán. Việc chẩn đoán tình trạng kỹ thuật của hệ thống, tổng thành của động cơ là một công việc hết sức quan trọng và cần thiết. Với mong muốn tìm hiểu và ứng dụng công nghệ thông tin trong lĩnh vực chẩn đoán này, đề tài đề cập đến vấn đề ứng dụng lý thuyết mờ vào công tác chẩn đoán. Trên cơ sở lý thuyết mờ, một số công trình nghiên cứu về ứng dụng lý thuyết mờ trong các chẩn đoán kỹ thuật, với sự hướng dẫn tận tình của thầy giáo: Th.S Phạm Quốc Thái, em đã hoàn thành đề tài tốt nghiệp: “Thiết kế bộ điều khiển mờ (FUZZY LOGIC) chẩn đoán hư hỏng trên xe lu Hamm”. Em xin được gửi lời cảm ơn sâu sắc nhất tới thầy giáo TS. Phạm Quốc Thái, các thầy cô trong khoa Cơ khí Giao thông đã giúp đỡ chúng em hoàn thành đề tài. Sinh viên thực hiện Ký tên Phạm minh Nhãn Trần Tấn Thịnh CAM ĐOAN Đề tài này là công trình nghiên cứu của nhóm tôi tôi, được thực hiện dưới sự hướng dẫn khoa học của TS. Phạm Quốc Thái. Các số liệu, những kết luận nghiên cứu được trình bày trong luận văn này hoàn toàn trung thực. Tôi xin hoàn toàn chịu trách nhiệm về lời cam đoan này. Đà Nẵng, ngày 02 tháng 06 năm 2019 Sinh viên thực hiện Phạm minh Nhãn Trần Tấn Thịnh DANH SÁCH CÁC BẢNG VÀ HÌNH VẼ BẢNG 1. 1. Thông số kỹ thuật xe lu Hamm 3412Lỗi! Thẻ đánh dấu không được xác định. BẢNG 2.1. Các dạng hàm phụ thuộc chọn trong chẩn đoán............................8245 Bảng 3.1. Hư hỏng thường gặp trên hệ thống Commonrail ................................. 60 Bảng 3.2. Các thông số chẩn đoán vào ra ............................................................. 62 Bảng 3.3. Thông số dùng chẩn đoán..................................................................... 64 Bảng 3.4. Cơ sở tri thức chẩn đoán....................................................................... 65 Bảng 3.5. Ma trận chẩn đoán hệ thống nhiên liệu CommonRail.......................... 69 Bảng 3.6. Bảng luật IF –THEN ............................................................................ 70 Bảng 4.1. Cơ sở phân tích chẩn đoán ................................................................... 79 Bảng 4.2. Thông số chẩn đoán vào và ra .............................................................. 82 Bảng 4.5. Ma trận chẩn đoán hệ thống truyền động thủy lực............................... 89 Bảng 4.6. Bảng luật IF –THEN ............................................................................ 89 BẢNG 4.1. Cơ sở phân tích chẩn đoán 79 BẢNG 4.2. Thông số chẩn đoán vào và ra ........................................................... 82 BẢNG 4.3. Các thông số chản đoán vào và ra trong bộ điều khiển ..................... 84 BẢNG 4.4. Cơ sở tri thức ..................................................................................... 85 BẢNG 4.5. Ma trận chẩn đoán hệ thống truyền động thủy lực ............................ 89 BẢNG 4.6. Bảng Luật IF –THEN ........................................................................ 89 …………………………………………………………………………………… HÌNH 1.1. Cấu tạo xe lu Hamm ............................................................................. 3 HÌNH 1.2. Thông số cơ bản của xe lu Hamm ........................................................ 3 HÌNH 1.3. Cảm biến bàn đạp ga............................................................................. 6 HÌNH 1.4. Sơ đồ mạch điện cảm biến vị trí bàn đạp ga ......................................... 6 HÌNH 1.5. Cảm biến vị trí trục khuỷu .................................................................... 7 HÌNH 1.6. Sơ đồ mạch và dạng sóng tạo ra của cảm biến trục khuỷu và cam ...... 8 HÌNH 1.7. Cảm biến nhiệt độ nước làm mát .......................................................... 8 HÌNH 1.8. Sơ đồ mạch cảm biến nhiệt độ nước ..................................................... 9 HÌNH 1.9. Vùng hoạt động của cảm biến nhiệt độ nước ....................................... 9 HÌNH 1.10. Cảm biến nhiệt độ khí nạp ............................................................... 10 HÌNH 1.11. Sơ đồ điện cảm biến nhiệt độ............................................................ 10 HÌNH 1.12. Đồ thị quan hệ giữa nhiệt độ và điện trở .......................................... 11 HÌNH 1.13. Cảm biến nhiệt độ nhiên liệu ............................................................ 11 HÌNH 1.14. Sơ đồ mạch điện cảm biến nhiệt độ nhiên liệu ................................. 12 HÌNH 1.15. Sơ đồ cảm biến áp suất đường ống nạp ............................................ 12 HÌNH 1.16. Cảm biến áp suất trên ống Rail ......................................................... 13 HÌNH 1.17. Sơ đồ mạch chuyển đổi A/D ............................................................. 15 HÌNH 1.18. Sơ đồ mạch điện bộ đếm................................................................... 15 HÌNH 1.19. Sơ đồ bộ nhớ trung gian.................................................................... 16 HÌNH 1.20. Sơ đồ mạch bộ khuyếch đại .............................................................. 16 HÌNH 1.21. Bộ ổn áp ............................................................................................ 16 HÌNH 1.22. Giao tiếp ngõ ra ................................................................................ 16 HÌNH 1.23. Cấu tạo bơm cao áp .......................................................................... 17 HÌNH 1.24. Ống phân phối nhiên liệu .................................................................. 18 HÌNH 1.25. Cấu tạo vòi phun ............................................................................... 19 HÌNH 1.26. Hoạt động khi vòi phun đóng ........................................................... 19 HÌNH 1.27. Hoạt động khi vòi phun mở .............................................................. 20 HÌNH 1.28. Sơ đồ mạch thủy lực tổng thể trên xe lu Hamm 3412 ...................... 22 HÌNH 1.29. Sơ đồ truyền công trong hệ thống thủy lực xe lu Hamm .................. 24 HÌNH 1.30. Sơ đồ mạch cụm bơm chính ............................................................. 24 HÌNH 1.31. Mặt cắt ngang của bơm chính ........................................................... 25 HÌNH 1.32. Cụm pít tông điều khiển hướng ........................................................ 26 HÌNH 1.33. Van an toàn ....................................................................................... 27 HÌNH 1.34. Van giảm áp ...................................................................................... 28 HÌNH 1.35. Van giảm áp suất nạp ........................................................................ 29 HÌNH 1.36. Sơ đồ mạch thủy lực cụm động cơ di chuyển ................................... 29 HÌNH 1.37. Mặt cắt ngang của động cơ thủy lực ................................................. 30 HÌNH 1.38. Van xả ............................................................................................... 31 HÌNH 1.40. Mạch thủy lực bộ lọc dầu ............................................................. 3232 HÌNH 2.1. Sơ đồ hệ thống tự động chẩn đoán ..................................................... 36 HÌNH 2.2. Sơ đồ hệ thống tự động điều khiển có tự chẩn đoán........................... 36 HÌNH 2.3. Mã kiểm tra của động cơ ở chế độ bình thường ................................. 41 HÌNH 2.4. Dạng mã hư hỏng 12 và 31 ................................................................. 41 HÌNH 2.5. Xóa mã lỗi bằng cách tháo cầu chì EFI hoặc cầu chì OP ................... 42 HÌNH 2.6. Biểu diễn luật hợp thành nhiều điều kiện ........................................... 51 HÌNH 2.7. Biểu diễn hàm phụ thuộc hai điều kiện .............................................. 52 HÌNH 2.8. Biểu diễn luật hợp thành nhiều điều kiện ........................................... 52 HÌNH 2.9. Cơ cấu hệ thống chuyên gia mờ ......................................................... 54 HÌNH 2.10. Giao diện Matlab .............................................................................. 55 HÌNH 2.11. Cửa sổ làm việc của Matlab .............................................................. 56 HÌNH 2.12. Cửa sổ soạn thảo fuzzylogic ............................................................. 56 HÌNH 2.13. Cửa sổ nhập số lượng biến vào ra..................................................... 57 HÌNH 2.14. Cửa sổ xây dựng các biến vào ra ...................................................... 57 HÌNH 2.15. Cửa sổ xây dựng các luật điều khiển ................................................ 58 HÌNH 2.16. Cửa sổ hiển thị kết quả ..................................................................... 59 HÌNH 3.1. Không gian mờ đối với biến ngôn ngữ ............................................... 66 HÌNH 3.2. Không gian mờ đối với biến ngôn ngữ ............................................... 66 HÌNH 3. 3. Không gian mờ đối với biến ngôn ngữ .............................................. 67 HÌNH 3.4. Không gian mờ đối với biến ngôn ngữ bơm ...................................... 67 HÌNH 3.5. Không gian mờ đối với biến ngôn ngữ ............................................... 67 HÌNH 3.6. Không gian mờ đối với biến ngôn ngữ lọc ........................................ 68 HÌNH 3.7. Không gian mờ đối với biến ngôn ngữ ............................................... 68 HÌNH 3.8. Luật của bộ điều khiển mờ ................................................................. 71 HÌNH 3.9. Kết quả quan hệ giữa các biến vào và ra ............................................ 72 HÌNH 3.10. Quan hệ truyền đạt thứ nhất của bộ chẩn đoán mờ .......................... 73 HÌNH 3.11. Quan hệ truyền đạt thứ hai của bộ chẩn đoán mờ ............................ 74 HÌNH 3.12. Quan hệ truyền đạt thứ ba của bộ chẩn đoán mờ.............................. 75 HÌNH 3.13. Quan hệ truyền đạt thứ tư của bộ chẩn đoán mờ .............................. 77 HÌNH 3.14. Màn hình hiển thị chẩn đoán ............................................................ 78 HÌNH 4.1. Không gian mờ đối với biến ngôn ngữ “ Áp suất làm việc”. ............. 86 HÌNH 4.2. Không gian mờ đối với biến ngôn ngữ “ Tiếng ồn tại cụm bơm” ...... 86 HÌNH 4.1. Không gian mờ đối với biến ngôn ngữ “ Nhiệt độ dầu thủy lực” ...... 87 HÌNH 4.2. Không gian mờ đối với biến ngôn ngữ “ Tốc độ di chuyển” ............. 87 HÌNH 4.3. Không gian mờ đối với biến ngôn ngữ “ Bơm chính di chuyển” ....... 87 HÌNH 4.4. Không gian mờ đối với biến ngôn ngữ “ Van đa chức năng” ............ 88 HÌNH 4.5. Không gian mờ đối với biến ngôn ngữ “ Lọc thủy lực” ..................... 89 HÌNH 4.6. Luật của bộ điều khiển mờ ................................................................. 91 HÌNH 4.7. Kết quả giải mờ hiển thị quan hệ trường hợp thứ nhất ..................... 92 HÌNH 4.8. Kết quả giải mờ hiển thị quan hệ trường hợp thứ hai ......................... 93 HÌNH 4.9. Kết quả giải mờ hiển thị quan hệ trường hợp thứ ba .......................... 94 HÌNH 4.12 Kết quả giải mờ hiển thị quan hệ trường hợp thứ tư ......................... 95 HÌNH 4.13. Sơ đồ khối ứng dụng hiển thị chẩn đoán .......................................... 96 HÌNH 4.14. Màn hình hiển thị chẩn đoán ............................................................ 97 MỤC LỤC TÓM TẮT ................................................................................................................i LỜI NÓI ĐẦU ........................................................................................................ v CAM ĐOAN ..........................................................................................................vi DANH SÁCH CÁC BẢNG VÀ HÌNH VẼ ........................................................ vii MỞ ĐẦU ................................................................................................................ 1 Chương 1: NGHIÊN CỨU TỔNG QUAN ......................................................... 2 1.1. Xe lu Hamm ............................................................................................ 2 1.1.1. Giới thiệu chung ...................................................................................... 2 1.1.2. Kết cấu và các thông số cơ bản................................................................ 3 1.2. Hệ thống điều khiển nhiên liệu điện tử ................................................ 6 1.2.1. Tín hiệu ngõ vào ...................................................................................... 6 1.2.2. Bộ phận chấp hành ................................................................................. 17 1.3. Hệ thống truyền động thủy lực ........................................................... 20 1.3.1. Mạch thủy lực trên xe lu Hamm 3412 ................................................... 22 1.3.2. Các cấu thành của HTTĐTL trên xe lu Hamm 3412 ............................ 24 1.3.2.1. Cụm bơm thủy lực ................................................................................. 24 1.3.2.2. Cụm động cơ thủy lực............................................................................ 29 1.3.2.3. Các chi tiết phụ ...................................................................................... 31 Chương 2. CƠ SỞ LÝ THUYẾT....................................................................... 35 2.1. Kỹ thuật chẩn đoán ............................................................................. 35 2.1.1. Giới thiệu chung .................................................................................... 35 2.1.2. Cơ sở lý thuyết về hệ thống chẩn đoán trên ôtô .................................... 35 2.1.3. Các phương pháp chẩn đoán .................................................................. 37 2.2. Điều khiển mờ ...................................................................................... 43 2.2.1. Giới thiệu về lý thuyết mờ ..................................................................... 43 2.2.2. Tập mờ ................................................................................................... 44 2.2.3. Các phép tính logic với tập mờ .............................................................. 46 2.3. Công cụ Matlab và ứng dụng Fuzzy logic trong Matlab ................. 54 2.3.1. Giới thiệu về Matlab .............................................................................. 54 2.3.2. Giới thiệu về ứng dụng fuzzy logic trong matlab .................................. 56 2.3.3. Nhập số lượng biến vào ra ..................................................................... 57 2.3.4. Xây dựng các biến vào ra ...................................................................... 57 2.3.5. Xây dựng các luật điều khiển ................................................................ 58 2.3.6. Hiển thị kết quả ...................................................................................... 59 CHƯƠNG 3. THIẾT KẾ HỆ THỐNG CHẨN ĐOÁN HỆ THỐNG NHIÊN LIỆU COMMONRAIL TRÊN XE LU HAMM BẮNG CÔNG CỤ ĐIỀU KHIỂN MỜ ......................................................................................................... 60 3.1. Các hư hỏng thường gặp của hệ thống nhiên liệu CommonRail .... 60 3.2. Lựa chọn các thông số chẩn đoán vào và ra ...................................... 61 3.3. Xây dựng hệ thống chuẩn đoán .......................................................... 64 3.3.1. Cơ sở tri thức ......................................................................................... 64 3.3.2. Bảng luật phù hợp .................................................................................. 68 3.3.3. Giải mờ .................................................................................................. 71 3.4. Đánh giá kết quả .................................................................................. 72 3.4.1. Trường hợp thứ nhất .............................................................................. 72 3.4.2. Trường hợp thứ hai ................................................................................ 73 3.4.3. Trường hợp thứ ba ................................................................................. 74 3.4.4. Trường hợp thứ tư .................................................................................. 76 3.5. Hiển thị kết quả .................................................................................... 77 Chương 4. THIẾT KẾ BỘ ĐIỀU KHIỂN MỜ CHẨN ĐOÁN HỆ THỐNG TRUYỀN ĐỘNG THỦY LỰC TRÊN XE LU HAMM .................................. 79 4.1. Cơ sở thiết kế bộ chẩn đoán ................................................................ 79 4.2. lực Thiết kế bộ điều khiển mờ chẩn đoán hệ thống truyền động thủy ............................................................................................................... 82 4.2.1. Lựa chọn các thông số chẩn đoán vào và ra .......................................... 82 4.2.2. Định nghĩa thập mờ con và lựa chọn thông số hàm phụ thuộc ............. 84 4.2.3. Phân khoảng mờ cho các biến chẩn đoán đầu ra ................................... 86 4.2.3.1. Sự phân khoảng mờ đối với biến vào là áp suất làm việc. .................... 86 4.2.3.2. Sự phân khoảng mờ đối với biến vào tiếng ồn tại cụm bơm ................. 86 4.2.3.3. Sự phân khoảng mờ đối với biến vào nhiệt độ dầu thủy lực ................. 87 4.2.3.4. Sự phân khoảng mờ đối với biến vào tốc độ di chuyển ........................ 87 4.2.3.5. Sự phân khoảng mờ đối với biến ra bơm chính di chuyển .................... 87 4.2.3.6. Sự phân khoảng mờ đối với biến ra van đa chức năng .......................... 88 4.2.3.7. Sự phân khoảng mờ đối với biến ra lọc thủy lực ................................... 88 4.2.4. Xây dựng bảng luật điều khiển .............................................................. 88 4.2.5. Giải mờ .................................................................................................. 90 4.3. Kiểm nghiệm bộ điều khiển đã thiết kế ............................................. 91 4.3.1. Trường hợp 1 ......................................................................................... 91 4.3.2. Trường hợp 2 ......................................................................................... 92 4.3.3. Trường hợp 3 ......................................................................................... 93 4.3.4. Trường hợp 4 ......................................................................................... 95 4.4. Hiển thị kết quả .................................................................................... 96 KẾT LUẬN .......................................................................................................... 97 TÀI LIỆU THAM KHẢO .................................................................................. 98 Thiết kế bộ điều khiển mờ chẩn đoán hư hỏng trên xe lu Hamm MỞ ĐẦU Cùng với xu hướng phát triển về khoa học kỹ thuật công nghệ thì nền công nghiệp ô tô cũng phát triển không ngừng và luôn ứng dụng những thành tựu mới vào trong sản xuất . Đặc biệt từ những năm 80 của thế kỷ XX, công nghệ điện tử đã được ứng dụng trên ô tô dần dần thay thế các cơ cấu điều khiển bằng cơ khí. Qua nhiều thập niên điện tử trở thành một trong những nhân tố quan trọng không thể thiếu được trên ô tô. Không những giúp động cơ ô tô điều khiển chính xác hơn và còn làm giảm ô nhiễm môi trường, tiết kiệm nhiên liệu, tăng công suất động cơ… Với mong muốn tìm hiểu và ứng dụng công nghệ thông tin vào trong lĩnh vực chẩn đoán này, đề tài đề cập đến vấn đề ứng dụng lý thuyết mờ vào công tác chẩn đoán các lỗi của hệ thống nhằm rút ra những kết luận chính xác giúp cho các kỹ thuật viên nhanh chóng khắc phục các hư hỏng một cách nhanh nhất. ➢ Ý nghĩa - Nâng cao độ tin cậy của xe và đảm bảo an toàn khi tham gia giao thông, nhờ phát hiện kịp thời và dự báo trước được các hư hỏng có thể xảy ra. - Nâng cao độ bền lâu, giảm chi phí về phụ tùng thay thế, giảm hao mòn các chi tiết do không phải tháo rời các tổng thành. - Giảm được tiêu hao nhiên liệu, dầu nhờn do phát hiện kịp thời để điều chỉnh các bộ phận đưa về trạng thái làm việc tối ưu. Thấy được mục đích, ý nghĩa to lớn của việc chẩn đoán nên em đã chọn đề tài “ứng dụng điều khiển mờ (Fuzzy logic) trong chẩn đoán trạng thái kỹ thuật của hệ thống nhiên liệu commonrail trên xe lu Hamm ” làm đề tài tốt nghiệp của mình. Việc nghiên cứu đề tài sẽ cho em có cơ hội được tiếp thu những kiến thức mới trên cơ sở tổng hợp các kiến thức đã được học trong trường, đồng thời giúp em tự tin hơn sau khi ra trường để có thể bắt đầu công việc của mình một cách tốt nhất. Sinh viên thực hiện: Trần Tấn Thịnh Hướng dẫn: TS. Phạm Quốc Thái 1 Thiết kế bộ điều khiển mờ chẩn đoán hư hỏng trên xe lu Hamm Chương 1: NGHIÊN CỨU TỔNG QUAN 1.1. Xe lu Hamm 1.1.1. Giới thiệu chung Xe lu Hamm là loại máy xây dựng dùng để phục vụ các công trình xây dựng công nghiệp, giao thông, thủy lợi, nông nghiệp và các công trình cơ sở hạ tầng khác có nhu cầu đầm nén. Xe lu Hamm thường có khối lượng lớn với hai trống sắt hình trụ, có lực nén lớn. Một số máy có trống sắt rung để tác động nén vật liệu hiệu quả. Thông thường xe lu Hamm 2 bánh thép được định nghĩa và hiểu đơn giản là máy dùng để đầm chặt nền đất công trình và có thể tự hành được. Máy lu bao gồm xe lu và một số loại máy đầm không thể tự hành. Công dụng của xe lu: nhằm làm cho đất được nén chặt lại, khối lượng riêng và độ bền chặt của đất tăng lên để đủ sức chịu tác dụng của tải trọng, chống lún, nứt nẻ chống thấm. Với khả năng leo dốc rất tốt kết hợp với tự khóa khác biệt, ngoài ra hệ thống giảm chấn giúp cho xe lu Hamm có thể vận hành êm ái, giúp tối ưu cho lái xe cảm giác thoải mái khi làm việc. - Ưu điểm xe lu rung Hamm: + Lực lu rung âm sâu. Đầm nèn hiệu quả trên mọi địa hình. Nhanh đạt độ cứng K98, tốn ít nhiên liệu. + Hệ thống điện và động cơ lu Hamm được thiết kế "nhiệt đới hóa" phù hợp đặc biệt với điều kiện nhiên liệu và khí hậu tại Việt Nam. + Cabin và ghế lái được thiết kế hoàn hảo, có tầm nhìn rộng, bao quát được tất cả xung quanh. + Có khả năng leo dốc vượt trội với chế độ khóa tự động. Mối nối trống lu 3 điểm – chassis (Công nghệ độc quyền của lu Hamm) đảm bảo cho lu rung vận hành êm ái, ổn định và an toàn, đem lại sự thoải mái tối đa cho thợ vận hành. Mối nối 3 điểm trên xe lu Hamm làm tăng khả năng bám nền, lực lu nền phân bổ đồng đều, tăng hiệu quả thi công trên mọi địa hình. Lọc tách nước được bổ sung giúp bảo vệ động cơ tốt hơn, phù hợp hơn với điều kiện nhiên liệu tại Việt Nam. Mái che của lu Hamm được thiết kế chống lật, cứng cáp hiện đại. Trang bị chức năng điều tiết lưu lượng thuỷ lực, tăng lực đẩy cầu sau khi leo dốc, tăng khả năng leo dốc, vận hành thi công ngang dốc. Sinh viên thực hiện: Trần Tấn Thịnh Hướng dẫn: TS. Phạm Quốc Thái 2 Thiết kế bộ điều khiển mờ chẩn đoán hư hỏng trên xe lu Hamm Nắp đậy bảo vệ màn hình điều khiển luôn được trang bị tiêu chuẩn trên mọi xe Lu Hamm (theo [2]) 1.1.2. Kết cấu và các thông số cơ bản 1.1.2.1. Kết cấu xe lu Hamm Hình 1.1. Cấu tạo xe lu Hamm 1- Cần, 2- Bánh trước, 3- Đường dầu cơ cấu di chuyển, 4- Hệ thống điều khiển, 5- Cabin, 6- Nắp khoang động cơ, 7- Bánh sau 1.1.2.2. Thông số cơ bản Hình 1.2. Thông số cơ bản của xe lu Hamm (theo [2]) Sinh viên thực hiện: Trần Tấn Thịnh Hướng dẫn: TS. Phạm Quốc Thái 3 Thiết kế bộ điều khiển mờ chẩn đoán hư hỏng trên xe lu Hamm Bảng 1.1. Thông số kỹ thuật của xe lu Hamm 3412 Thông tin kỹ thuật Đơn vị Trọng lượng Trọng lượng vận hành có cabin kg 12200 Trọng lượng vận hành có mái che (ROPS) kg 11980 Trọng lượng vận hành lớn nhất kg 15270 Tải trọng trước/sau kg 6705/5495 Chiều dài tổng thể mm 5705 Chiều cao tổng thể có cabin mm 2990 Chiều cao vận chuyển, nhỏ nhất mm 2325 Khoảng cách hai cầu mm 3015 Khoảng cách sáng gầm, tâm xe mm 375 Chiều rộng tổng thể có cabin mm 2250 Bán kính quay vòng, bên trong mm 3690 o 31/34 Kích thước máy Góc lái trước/sau Kích thước trống lu Bề rộng trống lu, trước mm 2140 Đường kính trống lu, trước mm 1504 Loại trống lu, trước Trống trơn Chiều dày trống lu, trước mm 30 Kích thước lốp Cỡ lốp bánh sau TR 23.1-26 12 PR Động cơ Diesel Sinh viên thực hiện: Trần Tấn Thịnh Hướng dẫn: TS. Phạm Quốc Thái 4 Thiết kế bộ điều khiển mờ chẩn đoán hư hỏng trên xe lu Hamm Nhà sản xuất DEUTZ Kiểu TCD 2012 L04 2V Số xy-lanh 4 Công suất ISO 14396, kW/PS/rpm 100,0/136,0/2300 Công suất SAE J1349, kW/HP/rpm 100,0/134,0/2300 EU Stage IIIA / EPA Tiêu chuẩn khí thải EU/USA Tier 3 Hệ thống truyền động Vận tốc làm việc km/h 0-3,7/0-5,4/0-6,0 Vận tốc di chuyển km/h 0-11,7 % 51/56 Khả năng leo dốc, rung bật/tắt Hệ thống rung Tần số rung, trước, I/II Hz(vòng/phút) Biên độ rung, trước, I/II mm 1,91/0,90 Lực ly tâm, trước, I/II kN 256/215 30/40 (1800/2400) Hệ thống lái Góc vênh +/- o Kiểu lái 10 Kiểu khớp xoay Thể tích thùng nhiên liệu Thể tích thùng dầu L 290 Mức độ ồn Cường độ âm LW(A), lý thuyết 106 Cường độ âm LW(A), thực tế 103 (theo [2]) Sinh viên thực hiện: Trần Tấn Thịnh Hướng dẫn: TS. Phạm Quốc Thái 5 Thiết kế bộ điều khiển mờ chẩn đoán hư hỏng trên xe lu Hamm 1.2. Hệ thống điều khiển nhiên liệu điện tử 1.2.1. Tín hiệu ngõ vào 1.2.1.1. Cảm biến bàn đạp ga Cảm biến vị trí của bàn đạp ga biến đổi mức đạp xuống của bàn đạp ga (góc) thành một tín hiệu điện được chuyển đến ECU động cơ. Dùng làm tín hiệu để điều khiển lượng phun nhiên liệu và thời gian phun nhiên liệu. Đây là loại cảm biến Hall có độ bền cao. Hình 1.3. Cảm biến bàn đạp ga 1- Cụm bàn đạp ga, 2- Giắc nối Hình 1.4. Sơ đồ mạch điện cảm biến vị trí bàn đạp ga 1- IC Hall, 2- Nam châm Khi bật khóa điện đến vị trí ON, ECU sẽ cấp điện áp nguồn VCC (5V) cho cảm biến vị trí bàn đạp ga thông qua các cặp chân VCP1-EP1 và VCP2-EPA2. Khi bàn đạp ga được đạp, sẽ có điện áp ra từ các chân VPA1 và VPA2 từ cảm biến. Điện áp ra của 2 chân VPA1 và VPA2 tăng dần từ 0~5V khi bàn đạp ga từ vị trí không đạp đến vị trí đạp tối đa. Trong đó tín hiệu ra VPA1 dùng làm tín hiệu chính để điều khiển động cơ, tín hiệu VPA2 là tín hiệu dự phòng dùng phát hiện hư hỏng cảm biến. Nhờ sự thay đổi Sinh viên thực hiện: Trần Tấn Thịnh Hướng dẫn: TS. Phạm Quốc Thái 6 Thiết kế bộ điều khiển mờ chẩn đoán hư hỏng trên xe lu Hamm điện áp ra của 2 chân tín hiệu từ cảm biến mà ECU biết được chính xác mức độ đạp ga của tài xế. 1.2.1.2. Cảm biến tốc độ động cơ Cảm biến tốc độ động cơ của hệ thống nhiên liệu Common Rail dùng cảm biến vị trí trục khuỷu phát hiện tốc độ động cơ tương tự như động cơ phun xăng điện tử. Cảm biến vị trí trục khuỷu phát ra tín hiệu NE của động cơ và gửi đến ECU của động cơ. 1.2.1.3. Cảm biến vị trí trục khuỷu 1 2 3 4 Hình 1.5. Cảm biến vị trí trục khuỷu 1- Lõi sắt; 2- Cuộn dây; 3- Bộ tạo từ trường; 4- Nam châm Cảm biến vị trí trục khuỷu sử dụng loại cuộn dây điện từ, được lắp phía đầu động cơ dùng để phát hiện góc quay trục khuỷu và số vòng quay động cơ. Đĩa tạo tín hiệu NE được làm liền với puly trục khuỷu và có 34 răng, 2 răng khuyết (khu vực 2 răng khuyết này là dùng để phát hiện tín hiệu được tạo ra do sự chuyển động quay của một răng ta sẽ xác định được 100 của góc quay trục khuỷu). Chuyển động quay của đĩa tạo tín hiệu sẽ làm làm thay đổi khe hở không khí giữa các răng của đĩa và cuộn nhận tín hiệu NE, điều đó tạo ra tín hiệu NE. ECU sẽ xác định khoảng thời gian phun cơ bản và lượng phun cơ bản dựa vào tín hiệu này. Khi răng càng ra xa cực nam châm thì khe hở không khí càng lớn, nên từ trở cao, do đó từ trường yếu đi. Tại vị trí đối diện, khe hở nhỏ, nên từ trường mạnh, tức là có nhiều đường sức từ cắt, trong cuộn dây sẽ xuất hiện một dòng điện xoay chiều, đường sức qua nó càng nhiều, thì dòng điện phát sinh càng lớn. Tín hiệu sinh ra thay đổi theo vị trí của răng, và nó được ECU đọc xung điện thế sinh ra, nhờ đó mà ECU nhận biết vị trí trục khuỷu và tốc động cơ. Loại tín hiệu NE này có thể nhận biết được cả tốc độ động cơ và góc quay trục khuỷu tại vị trí răng thiếu của đĩa tạo tín hiệu, nhưng không xác định được điểm chết trên của kỳ nén hay kỳ thải. Sinh viên thực hiện: Trần Tấn Thịnh Hướng dẫn: TS. Phạm Quốc Thái 7 Thiết kế bộ điều khiển mờ chẩn đoán hư hỏng trên xe lu Hamm ECU 1 G 2 NE 3 3 NE 10CA 30CA G 4 4 4 5 Hình 1.6. Sơ đồ mạch và dạng sóng tạo ra của cảm biến trục khuỷu và cam 1- Mạch đầu vào G; 2- Mạch đầu vào NE; 3- xung mỗi 3600CA; 4- 1800CA; 5- Xung mỗi 7200CA 1.2.1.4. Cảm biến nhiệt độ nước làm mát Cảm biến nhiệt độ nước làm mát động cơ sử dụng loại nhiệt điện trở có hệ số nhiệt âm, khi nhiệt độ nước làm mát tăng, giá trị điện trở cảm biến giảm và ngược lại, ECU dùng tín hiệu này để phát hiện tình trạng nhiệt độ động cơ. Hình 1.7. Cảm biến nhiệt độ nước làm mát 1- Điện trở; 2- Thân cảm biến; 3- Chất cách điện; 4- Giắc cắm; 5- Đầu cắm điện Sinh viên thực hiện: Trần Tấn Thịnh Hướng dẫn: TS. Phạm Quốc Thái 8