MỤC LỤC

MỤC LỤC.......................................................................................................................................................................................................I

DANH MỤC HÌNH ẢNH................................................................................................................................................................................IV

DANH MỤC BẢNG.......................................................................................................................................................................................VII

LỜI NÓI ĐẦU.................................................................................................................................................................................................1

CHƯƠNG 1. TỔNG QUAN VỀ HỆ THỐNG ĐIỀU HÒA KHÔNG KHÍ TRÊN Ô TÔ.....................................................................................2

1.1. Tổng quan hệ thống điều hòa không khí.................................................................................................................................................2

1.1.1. Nhiệm vụ hệ thống điều hòa.................................................................................................................................................................2

1.1.2. Yêu cầu hệ thống điều hòa...................................................................................................................................................................2

1.1.3. Phân loại hệ thống điều hòa.................................................................................................................................................................2

1.1.3.1. Phân loại theo vị trí lắp đặt................................................................................................................................................................2

1.1.3.2. Phân loại theo phương pháp điều khiển...........................................................................................................................................4

1.2. Chức năng của hệ thống điều hòa không khí.........................................................................................................................................5

1.2.1. Kiểm soát nhiệt độ trong xe và lưu thông không khí........................................................................................................................... 5

1.2.2. Chức năng hút ẩm và lọc khí...............................................................................................................................................................6

1.2.3. Chức năng loại bỏ các chất làm suy giảm tầm nhìn............................................................................................................................7

1.3. Cấu tạo và nguyên lý hoạt động của hệ thống điều hòa.........................................................................................................................8

1.3.1. Cấu tạo.................................................................................................................................................................................................8

1.3.2. Nguyên lý hoạt động.............................................................................................................................................................................9

Kết luận chương 1.........................................................................................................................................................................................10

CHƯƠNG 2. KẾT CẤU CÁC BỘ PHẬN CHÍNH TRÊN THỐNG ĐIỀU HÒA KHÔNG KHÍ TỰ ĐỘNG TRÊN XE TOYOTA VIOS 2014.....11

2.1. Giới thiệu chung về xe Toyota Vios 2014...............................................................................................................................................11

2.1.1. Lịch sử phát triển. ...............................................................................................................................................................................11

2.1.2. Thông số kỹ thuật của xe Toyota Vios 2014........................................................................................................................................12

2.1.2.1. Động cơ 1NZ-FE (DOHC 16 van với VVT-i).....................................................................................................................................12

2.1.2.2. Hệ thống truyền lực..........................................................................................................................................................................13

2.1.2.3. Hệ thống phanh................................................................................................................................................................................13

2.1.2.4. Hệ thống lái......................................................................................................................................................................................14

2.1.2.5. Phần vận hành.................................................................................................................................................................................14

2.1.2.6. Hệ thống điện..................................................................................................................................................................................15

2.1.2.7. Hệ thống điều hòa không khí...........................................................................................................................................................15

2.2. Hệ thống điều hòa tự động trên xe Toyota Vios 2014............................................................................................................................16

2.2.1. Kết cấu và hệ thống điều khiển..........................................................................................................................................................16

2.2.2. Mạch điều khiển điều hòa tự động trên Toyota Vios 2014.................................................................................................................18

2.3. Đặc điểm kết cấu các bộ phận chính....................................................................................................................................................21

2.3.1. Máy nén..............................................................................................................................................................................................21

2.3.2. Giàn nóng...........................................................................................................................................................................................22

2.3.3. Giàn lạnh............................................................................................................................................................................................23

2.3.4. Van tiết lưu..........................................................................................................................................................................................25

2.4. Các cảm biến trong hệ thống điều hòa tự động trên xe Toyota Vios 2014............................................................................................26

2.4.1. Cảm biến nhiệt độ bên trong xe..........................................................................................................................................................26

2.4.2. Cảm biến nhiệt độ môi trường....................................................................................................................................................,,......26

2.4.3. Cảm biến bức xạ mặt trời..............................................................................................................................................................,,...28

2.4.4. Cảm biến nhiệt độ bộ bốc hơi (giàn lạnh)....................................................................................................................................,,,....29

2.4.5. Cảm biến nhiệt độ nước làm mát.................................................................................................................................................,,....30

2.4.6. Cảm biến tốc độ máy nén.............................................................................................................................................................,,,...31

2.5. Các cụm chi tiết đặc trưng cho hệ thống điều hòa tự động............................................................................................................,,,....33

2.5.1. Mô tơ trộn gió.............................................................................................................................................................................,,,.....33

2.5.2. Mô tơ trợ động dẫn gió vào....................................................................................................................................................,,,.........34

2.5.3. Mô tơ chia gió..............................................................................................................................................................................,,,....35

2.6. Điều khiển trong hệ thống điều hòa không khí tự động..................................................................................................................,,.....35

2.6.1. Điều khiển nhiệt độ không khí cửa ra TAO..................................................................................................................................,,.....35

2.6.2. Điều khiển nhiệt độ dòng khí.........................................................................................................................................................,....36

2.6.3. Điều khiển dòng khí ( thổi khí ra)........................................................................................................................................................37

2.6.4. Điều khiển việc hâm nóng..................................................................................................................................................................38

2.6.5. Điều khiển dòng khí trong thời gian quá độ........................................................................................................................................38

2.6.6. Điều khiển dẫn khí vào.......................................................................................................................................................................39

2.6.7. Điều khiển theo mạng lưới thần kinh (tham khảo)..............................................................................................................................40

2.7. Chất làm lạnh (Gas)...............................................................................................................................................................................41

2.7.1. Chất làm lạnh R-12.............................................................................................................................................................................41

2.7.2. Chất làm lạnh R-134a.........................................................................................................................................................................42

Kết luận chương 2........................................................................................................................................................................................43

CHƯƠNG 3. MÔ PHỎNG MẠCH ĐIỀU KHIỂN ĐIỀU HÒA TỰ ĐỘNG TRÊN Ô TÔ BẰNG PHẦN MỀM PROTEUS...............................44

3.1. Giới thiệu phần mềm.............................................................................................................................................................................44

3.1.1. Phần mềm mô phỏng mạch điều khiển Proteus.................................................................................................................................44

3.1.2. Phần mềm Arduino IDE..................................................................................................................................................................... 45

3.2. Cấu tạo mạch điều khiển hệ thống điều hòa.........................................................................................................................................53

3.2.1. Vi điều khiển Ardunio UNO R3...........................................................................................................................................................53

3.2.2. Màn hình LCD....................................................................................................................................................................................54

3.2.3. Cảm biến nhiệt độ LM35....................................................................................................................................................................55

3.2.4. Modul điều khiển động cơ L298.........................................................................................................................................................56

3.2.5. Động cơ sevor................................................................................................................................................................................... 56

3.2.6. Đèn LED hiển thị. ..............................................................................................................................................................................57

3.3. Lưu đồ thuật toán..................................................................................................................................................................................59

3.4. Kết quả mô phỏng.................................................................................................................................................................................60

Kết luận chương 3....................................................................................................................................................................................... 63

KẾT LUẬN CHUNG.....................................................................................................................................................................................64

TÀI LIỆU THAM KHẢO...............................................................................................................................................................................65

PHỤ LỤC 1..................................................................................................................................................................................................66

PHỤ LỤC 2..................................................................................................................................................................................................66

CHƯƠNG 1. TỔNG QUAN VỀ HỆ THỐNG ĐIỀU HÒA KHÔNG KHÍ TRÊN Ô TÔ

1.1. Tổng quan hệ thống điều hòa không khí.

1.1.1. Nhiệm vụ hệ thống điều hòa.

Hệ thống điều hòa không khí trên ô tô là phần của hệ thống HVAC (Heating, Ventilating, and Air Conditioning) - Hệ thống sưởi ấm thông gió và điều hòa không khí, nó cho phép điều chỉnh nhiệt độ, độ ẩm, hướng gió. Nó cũng nâng cao chất lượng không khí, đem lại lợi ích cho con người với các vấn đề về sức khỏe, bằng việc hút ẩm và lọc không khí khi làm lạnh nó. Để có hiệu quả, hệ thống điều hòa không khí phải kiểm soát 4 điều kiện trong xe:[1]

- Làm lạnh không khí.

- Lưu thông không khí.

- Lọc không khí.

1.1.3. Phân loại hệ thống điều hòa.

1.1.3.1. Phân loại theo vị trí lắp đặt.

Kiểu giàn lạnh đặt phía trước:

Ở loại này, giàn lạnh được gắn sau bảng đồng hồ. Gió từ bên ngoài hoặc không khí tuần hoàn bên trong được quạt giàn lạnh thổi qua giàn lạnh rồi đẩy vào trong khoang xe.

Kiểu này được dùng phổ biến trên các xe con 4 chỗ, xe tải...[2]

Kiểu giàn lạnh đặt phía trước và sau xe. (Kiểu kép):

Kiểu giàn lạnh này là sự kết hợp của kiểu phía trước với giàn lạnh phía sau được đặt trong khoang hành lý. Cấu trúc này cho không khí thổi ra từ phía trước hoặc từ phía sau. Kiểu kép cho năng suất lạnh cao hơn và nhiệu độ đồng đều ở mọi nơi trên xe

Kiểu kép treo trần:

Kiểu kép treo trần bố trí hệ thống điều hòa có giàn lạnh phía trước kết hợp với giàn lạnh trên trên trần xe. Kiểu thiết kế này giúp tăng được không gian khoang xe nên thích hợp với các loại xe khách. Kiểu kép treo trần là kiểu điều hòa này được sử dụng chủ yếu cho khách ngồi với hệ thống làm lạnh được đặt ở phía trước có sự kết hợp của giàn lạnh treo ở trên trần giúp cho việc làm mát không khí được đồng đều và hiệu quả.[2]

1.1.2.3. Phân loại theo phương pháp điều khiển.

Phương pháp điều khiển bằng tay:

Phương pháp này cho phép điều khiển bằng cách sử dụng tay trên công tắc hoặc đòn bẩy để điều chỉnh trong xe.

Phương pháp điều khiển tự động:

Máy lạnh tự động điều khiển nhiệt độ mong muốn thông qua máy lạnh. ECU điều khiển nhiệt độ không khí dựa trên các tín hiệu cảm biến gửi đến. Ví dụ: cảm biến nhiệt độ của xe, cảm biến môi trường xung quanh, cảm biến bức xạ mặt trời.

1.2. Chức năng của hệ thống điều hòa không khí.

Điều hòa không khí được xem là một hệ thống mang lại sự tiện nghi thông dụng nhất trên ô tô.

Nó có các chức năng sau:

+ Điều khiển nhiệt độ không khí trong xe.

+ Duy trì độ ẩm và lọc gió.

+ Loại bỏ các chất làm suy giảm tầm nhìn của người lái xe như: hơi nước, băng đọng trên mặt kính.

1.2.1. Kiểm soát nhiệt độ trong xe và lưu thông không khí.

Chức năng sưởi ấm:

Máy sưởi đóng vai trò như một thiết bị trao đổi nhiệt để làm nóng không khí trong xe. Bộ tản nhiệt lấy nước làm mát do động cơ làm nóng để làm nóng không khí trong xe với sự hỗ trợ của quạt. Nhiệt độ đốt nóng không đổi. Nó vẫn ở mức thấp cho đến khi chất làm mát ấm lên, vì vậy bộ sưởi không hoạt động như một bộ sưởi ngay sau khi động cơ khởi động.

Chức năng làm mát:

Dàn bay hơi là bộ phận trao đổi nhiệt có nhiệm vụ làm mát không khí trước khi được đi vào xe. Khi bật công tắc máy lạnh sau đó máy nén bắt đầu hoạt động để ép chất làm lạnh (máy lạnh) vào dàn bay hơi ( àn lạnh). Môi chất có nhiệm vụ làm lạnh giàn bay hơn (giàn lạnh). 

1.2.2. Chức năng hút ẩm và lọc khí.

a. Chức năng hút ẩm.

Nếu độ ẩm trong không khí cao khi đi qua dàn bay hơi, các cánh tản nhiệt của dàn bay hơi sẽ bị hơi nước trong không khí khi ngưng tụ bám vào.  Điều này làm khô không khí  trước khi nó đi vào bên trong xe. Nước ngưng tụ thành sương mù trên  cánh tản nhiệt và chảy ra khỏi khay nhỏ giọt sau đó được hút ra khỏi xe qua vòi.

b. Chức năng lọc gió.

Có một bộ lọc được gắn ở vị trí cửa hút của hệ thống điều hòa không khí có nhiệm vụ làm sạch không khí trước khi được đưa vào trong xe.

Gồm hai loại:

- Bộ lọc chỉ lọc bụi.

- Bộ lọc lọc bụi kết hợp khử mùi bằng than hoạt tính.

1.3. Cấu tạo và nguyên lý hoạt động của hệ thống điều hòa.

1.3.1. Cấu tạo.

Hệ thống điều hòa ô tô được hiểu như là một hệ thống hoạt động với áp suất khép kí, các bộ phận chính của hệ thống được mô tả như hình sau.

1.3.2. Nguyên lý hoạt động.

Nguyên lý hoạt động của hệ thống điều hòa được thực hiện theo các bước sơ bản sau đây:

- Dưới áp suất cao và nhiệt độ cao, máy nén (A)có nhiệm vụ đầy môi chất lạnh thể hơi đến bộ ngưng tụ (B).

- Ở vị trí giàn nóng (B) môi chất lạnh có nhiệt độ rất cao, giàn nóng được quạt gió thổi hạ nhiệt do đó nhiệt độ của môi chất lạnh thể hơi được giảm, do bị giảm áp nên môi chất sẽ ngưng tụ thành thể lỏng ở dưới áp suất cao nhiệt độ thấp.

- Môi chất lạnh ở thể hơi với áp suất thấp được đưa trở lại máy nén.

Kết luận chương 1

Qua sự tổng quan về hệ thống điều hòa trình bày ở trên cho thấy hệ thống này là một trong những hệ thống quan trọng trên xe để tạo sự thoải mái cho người sử dụng. Nó là hệ thống quan trọng trong xe có thể điều khiển được nhiệt độ, độ ẩm, không khí khi sử dụng. Từ hệ thống điều hòa thô sơ vì còn một số hạn chế nhất định và bằng sự phát triển của nền công nghệ hiện đại đã đưa ra một hệ thống điều hòa mới đó là “ Hệ thống điều hòa không khí tự động “. Hệ thống điều hòa tự động khắc phục những hạn chế của hệ thống điều hòa cơ bản. Hệ thống điều hòa không khí tự động hoạt động giống như máy hút ẩm, với khả năng tăng và giảm nhiệt độ. 

CHƯƠNG 2. KẾT CẤU CÁC BỘ PHẬN CHÍNH TRÊN THỐNG ĐIỀU HÒA KHÔNG KHÍ

TỰ ĐỘNG TRÊN XE TOYOTA VIOS 2014

2.1. Giới thiệu chung về xe Toyota Vios 2014.

2.1.1. Lịch sử phát triển.

Toyota Vios là phiên bản Sedan cỡ nhỏ ra đời năm 2003 để thay thế cho dòng Soluna ở thị trường Đông Nam Á và Trung Quốc. Thế hệ Vios đầu tiên là một phần trong dự án hợp tác giữa các kĩ sư Thái và những nhà thiết kế Nhật của Toyota được sản xuất tại nhà máy Toyota Gateway, tỉnh Chachoengsao, Thái Lan. Với sự ra đời của Vios thế hệ thứ 2 năm 2007, Toyota bắt đầu cho dòng xe này tiến quân sang các thị trường khác ngoài châu Á, thay thế chiếc Toyota Soluna, một mẫu subcompact bình dân hơn Toyota Corolla và Toyota Camry trong khu vực Đông Nam Á.

Thế hệ thứ 2 (từ năm 2007 đến nay), kiểu thiết kế thân xe sedan 4 chỗ, động cơ 1.5 lít.

Toyota Vios 2007 vẫn sử dụng động cơ cũ (ra mắt vào tháng 8/2003) I4 ký hiệu 1NZ-FE 1.5L DOHC tích hợp công nghệ điều khiển van biến thiên VVT-i. Công suất cực đại của động cơ là 107 mã lực, mô-men xoắn tối đa 144 Nm. Tuy nhiên, khung gầm thiết kế hoàn toàn mới.

2.1.2. Thông số kỹ thuật của xe Toyota Vios 2014.

2.1.2.1. Động cơ 1NZ-FE (DOHC 16 van với VVT-i).

Động cơ sử dụng trên xe Toyota Vios là loại động cơ xăng 4 kỳ, với 4 xy lanh đặt thẳng hành, thứ tự làm việc 1-3-2-4. Động cơ sử dụng trục cam kép, dẫn động bằng đai với công nghệ điều khiển đống van thông minh (VVT-i), giúp cho xe tiết kiệm nhiên liệu và bảo vệ môi trường.[8]

- Công suất tối đa: 107 HP / 6.000 rpn

- Mômen xoắn tối đa: 14,4 kg.m / 4.200 rpn

- Tỉ số nén: 10.5:1

- Mức tiêu hao nhiên liệu: 5.5L/100 Km (trong điều kiện thử nghiệm)

2.1.2.2. Hệ thống truyền lực.

- Ly hợp: Loại 1 đĩa ma sát khô, thường đóng, có lò xo ép hình đĩa, dẫn động cơ khí kiểu cáp. Ở loại ly hợp này sử dụng lò xo dạng đĩa hình côn từ đó có thể tận dụng kết cấu này để đóng mở ly hợp mà không cần phải có đòn mở riêng. Mặt đáy của lò xo được tì trực tiếp vào đĩa ép, phần giữa của lò xo được liên kết với vỏ. Mặt đỉnh của lò xo sẽ được sử dụng để mở ly hợp khi bạc mở ép lên nó.

- Hộp số:

Đối với phiên bản 1.5G là tự động 4 cấp

Đối với phiên bản 1.5E là hộp số thường 5 cấp

2.1.2.3. Hệ thống phanh.

Hệ thống phanh xe Toyota Vios bao gồm hệ thống phanh chân và phanh dừng (phanh tay).[8]

- Hệ thống phanh chân  có dẫn dộng phanh thuỷ lực trợ lực chân không hai dòng chéo nhau, sử dụng cơ cấu phanh đĩa ở cả bánh trước và bánh sau. Bộ trợ lực phanh và xi lanh chính được ghép với nhau thành một khối. 

2.1.2.5. Phần vận hành.

Hệ thống treo trên xe bao gồm treo trước và treo sau:[8]

- Treo trước là hệ thống treo độc lập kiểu nến (mcpherson), kích thước đòn treo trên của hệ thống treo này giảm về bằng 0. Còn đầu trong của đòn treo dưới được liên kết bản lề với dầm ôtô, đầu ngoài liên kết với trục khớp nối dẫn hướng mà điểm liên kết lằm trên đường tâm của trụ xoay đứng. đầu trên của giảm chấn ống thuỷ lực được liên kết với gối tựa trên  vỏ ôtô. phần tử đàn hồi là lò xo  được đặt một đầu tì vào tấm chặn trên vỏ giảm chấn còn một dầu tì vào gối tựa trên vỏ ôtô. trên xe Toyota Vios vì đòn treo dưới chỉ gồm một thanh nén nên có bố trí thêm một thanh giằng ổn định.

- Treo sau là hệ thống treo phụ thuộc phần tử đàn hồi lò xo trụ, vì lò xo trụ chỉ có khả năng chịu lực theo phương thẳng đứng nên ngoài lò xo trụ phải bố trí các phần tử hướng.

- Lốp xe gồm 4 lốp chính và 1 lốp dự phòng, kích thước lốp xe 185/60R15

- Các bộ phận chính đều được lăp đặt trên vỏ xe nên đặc điểm chịu lực của xe là vỏ chịu lực.

2.1.2.7. Hệ thống điều hòa không khí.

Là loại điều hoà không khí tự động:

- Sưởi ấm: 

Công suất                  4000 (W)

Lưu lượng khí           280(m³/h) 

Công suất tiêu hao     200(W)

- Làm mát:

Công suất                  4550 (W)

Lưu lượng khí           460(m³/h) 

Công suất tiêu hao     230(W)

- Dùng loại ga: R134a, lượng ga nạp lại: 330 - 390g [8].

2.2. Hệ thống điều hòa tự động trên xe Toyota Vios 2014.

2.2.1. Kết cấu và hệ thống điều khiển.

Hệ thống điều khiển tự động với bộ vi xử lý cùng các cảm biến giúp hệ thống có thể giữ ổn định nhiệt độ lạnh đặt trước. Đồng thời, nhiệt độ có thể được điều chỉnh từ bên cạnh. Hệ thống tự động này có khả năng hướng luồng gió mát đến  hàng ghế sau mà không qua hàng ghế trước.

Hệ thống kiểm soát nhiệt độ tự động EATC nhận thông tin đầu vào từ sáu nguồn khác nhau, xử lý thông tin và cuối cùng đưa ra các lệnh tín hiệu để điều khiển các bộ truyền động cửa chức năng. Sáu nguồn thông tin khác là:

1. Cảm biến năng lượng mặt trời, cảm biến này là một pin quang điện được tích hợp trong bảng điều khiển, có chức năng đo và ghi lại sức nóng của mặt trời.

2. Cảm biến nhiệt độ trong xe được lắp đặt phía sau bảng điều khiển, và có chức năng giám sát và đo nhiệt độ không khí bên trong xe.

3. Cảm biến môi trường, phát hiện nhiệt độ bên ngoài xe.

4. Cảm biến nhiệt độ bước làm mát động cơ.

2.2.2. Mạch điều khiển điều hòa tự động trên Toyota Vios 2014.

Sơ đồ mạch điện: Như hình 2.1.

2.3. Đặc điểm kết cấu các bộ phận chính.

2.3.1. Máy nén.

Máy nén trong hệ thống  lạnh xe thực hiện đồng thời hai chức năng quan trọng sau:

Chức năng thứ nhất: máy nén tạo điều kiện hút hoặc giảm áp suất tại cửa vào của nó để thu hồi nhiệt ẩn của hơi môi chất lạnh trong dàn bay hơi. Điều kiện giảm áp này giúp van tiết lưu hoặc van tiết lưu điều chỉnh lượng chất làm lạnh lỏng được đưa vào thiết bị bay hơi.

Chức năng 2 : Trong quá trình bơm, máy nén tăng áp suất và chuyển chất làm lạnh áp suất thấp thành chất làm lạnh áp suất cao. Áp suất hơi môi chất lạnh áp suất càng cao thì nhiệt độ của hơi môi chất lạnh càng cao.

Máy nén được phân ra làm những loại sau:

- Máy nén kiểu piston.

- Máy nén kiểu piston loại đặt đứng.

- Máy nén kiểu piston loại đặt nằm.

2.3.2. Giàn nóng.

Cấu trúc của giàn nóng bao gồm các cánh tản nhiệt bằng nhôm nhỏ và chúng được lắp đặt chỉ vào bình chứa nước. Khi ô tô đang chạy, không khí sẽ đi qua bình ngưng để hạ nhiệt, kèm theo quạt làm mát để giảm nhiệt độ của nước làm mát. Giàn nóng là chịu trách nhiệm chuyển hóa hơi thành chất làm lạnh lỏng ở nhiệt độ cao.

Nguyên lý làm việc giàn nóng:

Trong quá trình hoạt động, giàn ngưng  nhận  hơi môi chất lạnh ở áp suất và nhiệt độ rất cao từ máy nén. Hơi môi chất lạnh nóng đi vào giàn ngưng  qua ống nạp nằm phía trên giàn ngưng, dòng hơi này tiếp tục tuần hoàn xuống đường ống  dần dần, nhiệt lượng của  môi chất lạnh đi qua các cánh tản nhiệt và được gió lạnh mang.

2.3.4. Van tiết lưu.

Cấu tạo: Cấu tạo van tiết lưu như hình 2.8

Nguyên lý hoạt động:

Van được lò xo (1) đội lên đóng mạch môi chất. Lực hút trong đường  hút (giữa cửa ra của dàn bay hơi và đầu vào của máy nén) tác động qua đường ống cân bằng áp suất (3) có xu hướng mở van. Áp suất từ ​​bầu cảm biến nhiệt có tác dụng mở van. Ở trạng thái tắt, áp suất ở đáy của màng ngăn (4) cao hơn ở phía trên của màng, lò xo (1) đóng van. 

2.4. Các cảm biến trong hệ thống điều hòa tự động trên xe Toyota Vios 2014.

2.4.1. Cảm biến nhiệt độ bên trong xe.

Chức năng: nhận biết nhiệt độ trong xe để làm cơ sở cho việc điều khiển nhiệt độ.

Cấu tạo: Cảm biến nhiệt độ bên trong xe được lắp trong bảng táp lô và có một đầu hút. Đầu hút này dùng không khí được thổi vào từ quạt giàn lạnh để hút không khí bên trong xe nhằm phát hiện nhiệt độ trung bình trong xe.

2.4.2. Cảm biến nhiệt độ môi trường.

Nhiệt điện trở một thiết bị có chức năng thay đổi nhiệt độ của các đại lượng cần được đo. Theo đó, khi nhiệt độ thay đổi, các cảm biến xuất ra tín hiệu và từ tín hiệu này, đầu đọc và chuyển đổi thành nhiệt độ bằng một số cụ thể.

So với cặp nhiệt kế, cặp nhiệt điện được biết đến với khả năng tính toán và thực hiện các phép đo nhiệt độ với độ chính xác cao hơn.

Ngoài ra, nó còn được cấu tạo bởi nhiều bộ phận khác, cụ thể như sau:

Bộ phận cảm biến: Đây được coi là phần quan trọng nhất, là độ chính xác của toàn bộ thiết bị cảm biến. Bộ phận này được đặt bên trong vỏ của khi kết nối với đầu nối.

Dây kết nối: Các thành phần cảm biến có thể được kết nối bằng 2 hoặc 4 dây. Trong đó, chất liệu của dây sẽ phụ thuộc hoàn toàn vào việc sử dụng đầu dò.

Chất cách điện gốm: Bộ phận này có nhiệm vụ chính là để cách điện khi đoản mạch và để thực hiện cách điện giữa các dây được kết nối với vỏ bảo vệ.

Phụ chất làm đầy: gồm bột alumin mịn, được sấy khô và khuấy đều. 

2.4.4. Cảm biến nhiệt độ bộ bốc hơi (giàn lạnh).

Cảm biến nhiệt độ thiết bị giàn lạnh giúp nhận biết nhiệt độ của không khí đi qua. Nó được sử dụng để ngăn dàn lạnh khỏi bị đóng băng, kiểm soát nhiệt độ và kiểm soát không khí trong quá trình chuyển đổi.

Cảm biến nhiệt độ dàn lạnh được lắp trong dàn bay hơi để phát hiện nhiệt độ không khí của dàn bay hơi. Nó được sử dụng để ngăn dàn lạnh không bị đóng băng, kiểm soát nhiệt độ và kiểm soát luồng không khí trong quá trình chuyển tiếp.[5]

2.4.6. Cảm biến tốc độ máy nén.

Cấu tạo:

Cảm biến nhiệt độ máy nén khí có cấu tạo tương tự như các loại cảm biến nhiệt độ khác. Hầu hết là cảm biến nhiệt độ RTD Pt100. Với loại cảm biến nhiệt độ này, chúng ta đã biết quá nhiều về cấu tạo của chúng. Vì vậy, trong bối cảnh của bài viết này, tôi sẽ không đi vào chi tiết.

Nguyên lý hoạt động của cảm biến nhiệt độ máy nén khí:

Trên máy nén khí, thông thường sử dụng cảm biến nhiệt độ 2 dây hoặc 3 dây.

Tín hiệu được gửi đến bộ điều khiển trung tâm máy nén khí. Chúng ta có thể dễ dàng quan sát trạng thái của nhiệt độ từ đó cảm biến nhiệt độ máy nén báo động. Khi máy nén quá nóng, nhiệt độ ngày càng tăng ở đầu ra của van xả. Cảm biến nhiệt độ phát hiện sự thay đổi nhiệt độ này. Và gửi giá trị nhiệt độ này đến trung tâm điều khiển.

2.6. Điều khiển trong hệ thống điều hòa không khí tự động.

2.6.1. Điều khiển nhiệt độ không khí cửa ra TAO.

Mô tả:

ECU sẽ tính toán nhiệt độ không khí dựa trên thông tin do từng cảm biến gửi về từ đó điều chỉnh nhiệt độ trong xe về nhiệt độ yêu cầu. Việc tính toán nhiệt độ không khí dựa trên nhiệt độ bên trong xe, ngoại thất xe và cường độ  nắng  được cài đặt trước theo nhiệt độ. 

Nhiệt độ TAO sẽ được hạ thấp ở điều kiện sau:

- Nhiệt độ đặt trước thấp hơn

- Nhiệt độ trong xe cao

- Nhiệt độ bên ngoài xe cao

2.6.2. Điều khiển nhiệt độ dòng khí.

Mô tả điều khiển:

Để nhanh chóng điều chỉnh nhiệt độ bên trong xe đến nhiệt độ cài đặt trước, hãy thay đổi nhiệt độ của luồng gió bằng cách thay đổi tỷ lệ giữa không khí nóng và không khí lạnh ở vị trí  lưỡi điều khiển. Trên một số xe, độ mở của van nước thay đổi tùy thuộc vào vị trí của cần điều khiển.

Điều khiển:

Trong trường hợp nhiệt độ được đặt thành MAX COOL hoặc MAX HOT, cần điều khiển bộ trộn không khí hoàn toàn ở phía COOL hoặc HOT bất kể cài đặt của TAO.

2.6.4. Điều khiển việc hâm nóng.

Khi lưu lượng gió được đặt thành CHÂN hoặc MỨC ĐỘ, tốc độ quạt ở vị trí TỰ ĐỘNG, tốc độ quạt dựa trên nhiệt độ nước làm mát. 

Khi nhiệt độ nước làm mát thấp: Để ngăn không khí lạnh xâm nhập vào xe, chức năng điều khiển khởi động giới hạn tốc độ. Khi làm nóng không khí trong xe: Điều khiển  làm nóng không khí của xe so sánh lượng không khí  được xác định bởi cảm biến nhiệt độ nước làm mát và số lượng được tính từ CREATE, sau đó lấy giá trị cao hơn và chạy quạt ở tốc độ thấp hơn.

2.6.6. Điều khiển dẫn khí vào.

Mô tả:

Chức năng của bộ điều khiển khí nạp là thông thường để đưa không khí bên ngoài vào. Trong trường hợp sự chênh lệch giữa nhiệt độ trong xe và nhiệt độ yêu cầu lớn, chức năng điều khiển sẽ tự động trở về chế độ lưu thông không khí trên xe điều này giúp cho làm mát hiệu quả hơn.

2.7. Chất làm lạnh (Gas).

Dung dịch làm việc trong máy điều hòa không khí được gọi là môi chất  lạnh hay gas lạnh, nó là môi chất có chu trình nhiệt động ngược lại để hấp thụ môi chất đã làm lạnh ở nhiệt độ thấp và đưa đến  môi trường có nhiệt độ cao  Có một số chất làm lạnh được sử dụng trong hệ thống điều hòa không khí, nhưng chỉ có hai trong số  được sử dụng phổ biến trong hệ thống điều hòa không khí mới của ô tô: R12 và R134a.

2.7.1. Chất làm lạnh R-12.

Môi chất lạnh R12 là hợp chất của clo, flo và cacbon có công thức hóa học  CCI2F2, được gọi là chlorofluorocarbon (CFC), thường được gọi là Freon 12 hoặc R12. Freon 12 là một chất khí không màu, mùi  rất nhẹ và nặng hơn không khí khoảng bốn lần ở 300F, có nhiệt độ sôi là 21,70F (29,80C). Áp suất hơi của nó là khoảng 30 PSI ở thiết bị bay hơi và khoảng 150-300 PSI ở thiết bị ngưng tụ, và nó có nhiệt hóa hơi tiềm ẩn là ở 70 BTU mỗi pound. (BTU là viết tắt của  British Thermal Unit. Nếu cần đun nóng 1 pound (0,454 kg) nước  đến 10F (0,550C) thì phải thêm 1 BTU nhiệt vào nước. 

2.7.2. Chất làm lạnh R-134a.

Để giải quyết vấn đề môi chất lạnh R12 phá hủy tần số ôzôn của khí quyển, một loại môi chất lạnh mới vừa được sử dụng để thay thế R12 trong hệ thống điều hòa ô tô, đó là môi chất lạnh R134a với công thức CF3CH2F, là một fluorocarbon, trong số các hợp chất của nó không có clo, do đó lý do chính cho ngành công nghiệp ô tô là R12 đến R134a. Các đặc tính, mối quan hệ giữa áp  suất và nhiệt độ của R134a và các yêu cầu kỹ thuật làm việc trong hệ thống điều hòa không khí rất giống với R12. 

Kết luận chương 2

Trong hệ thống điều hòa không khí tự động trên xe Toyota Vios còn rất nhiều chi tiết quan trọng khác, ở trên là những chi tiết chủ yếu để cấu tạo nên một hệ thống điều hòa không khí đạt hiệu quả. Qua ngiên cứu đã tìm hiểu về nguyên lý làm việc cũng như cách thu nhận tín hiệu của các cảm biến, bộ điều khiển trung tâm ECU, cơ cấu chấp hành như máy nén, van tiết lưu, quạt,... Có thề nói đây là một trong những hệ thống điều hòa không khí hiện đại và thông minh, vì hệ thống này có thể tự hiệu chỉnh được nhiệt độ độ ẩm trên xe nhờ cách tín hiệu được gửi về từ các cảm biến, bộ điều khiển trung tâm sẽ xử lý số liện và điều khiển nhiệt độ độ ẩm của xe. Để hiểu rõ hơn về hệ thống điều hòa không khí qua sơ đồ nguyên lý do đó phần mô phỏng hệ thống điều khiển điều hòa không khí được thể hiện trong phần tiếp theo.

CHƯƠNG 3. MÔ PHỎNG MẠCH ĐIỀU KHIỂN ĐIỀU HÒA TỰ ĐỘNG TRÊN Ô TÔ

BẰNG PHẦN MỀM PROTEUS

3.1. Giới thiệu phần mềm.

3.1.1. Phần mềm mô phỏng mạch điều khiển Proteus.

Proteus được sử dụng để mô phỏng, thiết kế và vẽ các mạch điện tử được phát minh bởi Labcenter Electronics.

Với việc sử dụng phần mềm kỹ thuật này, có thể xây dựng và mô phỏng các mạch điện và điện tử khác nhau trên máy tính cá nhân hoặc máy tính xách tay.

Khả năng xảy ra lỗi ít hơn trong mô phỏng phần mềm chẳng hạn như kết nối lỏng lẻo, mất nhiều thời gian để tìm ra các vấn đề kết nối trong một mạch thực tế.[6]

Không có khả năng đốt cháy và làm hỏng bất kỳ linh kiện điện tử nào trong proteus. Các công cụ điện tử rất đắt tiền có thể dễ dàng mắc vào proteus.

Đặc tính của phần mềm Proteus:

+ ISIS là phần mềm được sử dụng để vẽ sơ đồ và mô phỏng mạch trong thời gian thực, mô phỏng cho phép con người truy cập trong thời gian chạy, do đó cung cấp mô phỏng thời gian thực.

+ ARES được sử dụng để thiết kế PCB, nó có tính năng xem đầu ra ở chế độ xem 3D của PCB được thiết kế cùng với các linh kiện.[6]

3.1.2. Phần mềm Arduino IDE.

Arduino IDE là một phần mềm mã nguồn mở chủ yếu được sử dụng để viết và biên dịch mã vào module Arduino.[7]

Đây là một phần mềm Arduino chính thức, giúp cho việc biên dịch mã trở nên dễ dàng mà ngay cả một người bình thường không có kiến thức kỹ thuật cũng có thể làm được.

Có rất nhiều các module Arduino như Arduino Uno, Arduino Mega, Arduino Leonardo, Arduino Micro và nhiều module khác.[7]

Mỗi module chứa một bộ vi điều khiển trên bo mạch được lập trình và chấp nhận thông tin dưới dạng mã.

Arduino IDE bao gồm các phần khác nhau

- Window bar:

Thanh cửa sổ bao gồm tên của File và phiên bản phần mềm Arduino IDE

- Menu bar:

Thanh menu bao gồm:

+ File

New: tạo một file mới. (Ctrl + N)

Open: sử dụng để mở file đã được lưu trước đó. (Ctrl + O)

Open Recent: hiển thị danh sách rút gọn các chương trình đã mở gần đây.

Sketchbook: hiển thị các sketch hiện tại mà bạn đã sử dụng cho project của mình

Examples: Ví dụ về một vài vấn đề cơ bản để tham khảo.

Close: đóng cửa sổ màn hình chính. (Ctrl + W)

Save: được sử dụng để lưu sketch hiện tại. (Ctrl + S)

+ Sketch

Verify / Compile: kiểm tra hoặc xác minh chương trình của bạn nếu có bất kỳ lỗi nào và hiển thị trong bảng đầu ra.

Upload: biên dịch và tải mã lên bo Arduino.

Upload using programmer: tải mã lên bằng Programmer có sẵn trong tab Tools.

Export Compiled Binary: lưu file .hex trong hệ thống

Show Sketch Folder: mở thư mục sketch hiện tại.

- Output panel:

Bảng đầu ra này được sử dụng để đưa ra nhận xét về mã

+ Nếu mã được biên dịch thành công hoặc bất kỳ lỗi nào xảy ra.

+ Nếu mã đã được tải lên bo thành công.

Bo đã chiếm bao nhiêu không gian.[7]

3.2. Cấu tạo mạch điều khiển hệ thống điều hòa.

3.2.1. Vi điều khiển Ardunio UNO R3.

Arduno là một bo mạch vi điều khiển do một nhóm giáo sư và sinh viên nước Ý thiết kế và đưa ra đầu tiên vào năm 2005. Mạch Arduino được sử dụng để cảm nhận và điều khiển nhiều đối tượng khác nhau. Nó có thể thực hiện nhiều nhiệm vụ lấy tín hiệu từ cảm biến đến điều khiển đèn, động cơ, và nhiều đối tượng khác. Ngoài ra mạch còn có khả năng liên kết với nhiều module khác nhau như module đọc thẻ từ, ethernet shield, sim900A, ….để tăng khả ứng dụng của mạch.[7]

Phần mềm để lập trình cho mạch Arduino là phần mềm IDE

Ứng dụng của arduino      

Robot : Arduino được ứng dụng trong các thiết kế về Robot, cụ thể như điều khiển motor, nhận biết và xử lý thông qua cảm biến...

Máy CNC mini sử dụng cho điêu khắc sử dụng laser hoặc spindle tốc độ cao.

Máy bay không người lái

3.2.3. Cảm biến nhiệt độ LM35.

LM35 là một cảm biến nhiệt độ tương tự, điện áp ở đầu ra của cảm biến tỷ lệ với nhiệt độ tức thời và có thể dễ dàng được xử lý để có được giá trị nhiệt độ bằng oC.

 Ưu điểm của LM35 so với cặp nhiệt điện là nó không yêu cầu bất kỳ hiệu chuẩn bên ngoài nào. Lớp vỏ cũng bảo vệ nó khỏi bị quá nhiệt. Chi phí thấp và độ chính xác cao đã khiến cho loại cảm biến này trở thành một lựa chọn đối với những người yêu thích chế tạo mạch điện tử, người làm mạch tự chế và các bạn sinh viên.

3.4.5. Động cơ sevor.

Servo là một dạng động cơ điện đặc biệt. Không giống như động cơ thông thường cứ cắm điện vào là quay liên tục, servo chỉ quay khi được điều khiển (bằng xung PMW) với góc quay nằm trong khoảng bất kì từ 0^{o -} 180^o. Mỗi loại servo có kích thước, khối lượng và cấu tạo khác nhau. Có loại thì nặng chỉ 9g (chủ yếu dùng trên máy bay mô mình), có loại thì sở hữu một momen lực bá đạo (vài chục Newton/m), hoặc có loại thì khỏe và nhông sắc chắc chắn,...[7]

3.3. Lưu đồ thuật toán.

Lưu đồ thuật toán hệ thống điều khiển điều hoà tự động thể hiện như hiinhf 3.9.

3.4. Kết quả mô phỏng.

Mô phỏng mạch trên Proteus :

Sơ đồ mô phỏng như hình 3.10.

Nguyên lý làm việc:

Để nhanh chóng điều chỉnh nhiệt độ trong xe theo nhiệt độ đặt trước, ECU nhận thông tin từ các cảm biến và tín hiệu cài đặt nhiệt độ. ECU xử lý tín hiệu, tính toán và đưa ra giá trị nhiệt độ không khí ở cửa ra (TAO). Để đạt được giá trị TAO thì ECU phải gửi tín hiệu điều khiển để chọn cửa dẫn khí vào, điều khiển tốc độ quạt và điều khiển cánh trộn khí.

Khi cấp nguồn cho mạch ECU nhận tín hiệu từ các cảm biến, cảm biến nhiệt độ hiển thị trên màn hình và so sánh với các giá trị đặt trước .

+ Nếu giá trị nhiệt độ thấp hơn 25 độ C ECU kích hoạt quạt sưởi ấm để tăng nhiệt độ.

+ Nếu giá trị nhiệt bằng 25 độ C ECU sẽ dừng hoạt động hệ thống.

+ Nếu giá trị nhiệt cao hơn 25 độ C ECU sẽ kích hoạt cả quạt làm mát và lốc lạnh.

=>  Để duy trì nhiệt độ được đặt trước. Lúc này màn hình LCD sẽ hiển thị nhiệt độ theo cảm biến nhiệt độ và ở tap lô sẽ hiển thị đèn báo trạng thái hoạt động của các quạt.

Kết luận chương 3

Hệ thống điều hòa không khí tự động trên xe Toyota Vios là hệ thống vô cùng quan trọng vì không có nó thì trải nghiệm người dùng sẽ không thấy được sự thoải mái, tiện lợi theo yêu cầu của khách hàng. Mô phỏng hệ thống điều khiển điều hòa tự động trên ứng dụng Proteus và Arduino IDE thể hiện rõ nguyên lý hoạt động của mạch, các cảm biến, ECU,… 

KẾT LUẬN CHUNG

Sau thời gian làm đồ án với đề tài “nghiên cứu về hệ thống điều hòa không khí tự động trên xe Toyota Vios 2014” đến nay của em đã hoàn thành.

Qua quá trình tìm hiểu sách vở, tài liệu và kiến thức thực tế em đã hiểu biết thêm về hệ thống điều hòa không khí tự động trên ô tô, đặc biệt là trên xe Toyota Vios 2014. Từ việc nghiên cứu em đã biết được một số hệ thống điều hòa trên xe ô tô hiện đại với cấu tạo các bộ phận, đặc điểm và nguyên lý làm việc riêng. Biết được kết cấu, nguyên lý làm việc và ưu, nhược điểm của hệ thống điều hòa không khí tự động thực tế trên xe Toyota Vios 2014.

Trong quá trình làm đồ án ngoài tìm hiểu trên tài liệu em còn được giảng viên hướng dẫn là thầy: Th.S ……………… hướng dẫn chỉ bảo những kiến thức chuyên ngành, giải đáp thắc mắc và sửa chữa những cái chưa đúng. Từ đó em có thể hoàn thành đồ án một cách tốt nhất.

Vì khả năng còn hạn chế và thời gian làm việc có hạn so với nội dung đề tài, do vậy em chỉ giải quyết được những phần cơ bản nhất của nội dung đề tài mà chưa giải quyết được một cách triệt để tất cả nội dung liên quan đến đề tài, đồng thời không tránh khỏi những thiếu sót em rất mong các thầy cô giáo và các bạn bổ sung cho đồ án được hoàn chỉnh hơn nhằm phục vụ cho nhu cầu học tập đạt hiệu quả cao hơn.

Em xin chân thành cảm ơn!

                                                                                                                                                      Hà nội, ngày … tháng … năm 20…

                                                                                                                                                       Sinh viên thực hiện

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

 TÀI LIỆU THAM KHẢO

[1]. Hoàng Phúc Trình, Giáo trình hệ thống điều hòa không khí, Cao đẳng nghề Công Nghiệp Hà Nội, năm 2016.

[2]. Trương Mạnh Hùng, Cấu tạo ô tô, NXB Giao Thông Vận Tải, Hà Nội, năm 2006.

[3]. Th.S Ngô Văn Hợp, Thực tập hệ thống điện điện tử ô tô, Trường Cao đẳng Giao Thông Vận Tải, năm 2016.

[4]. Chu Đức Hùng, Nguyễn Thành Bắc, Thân Quốc Việt, Giáo trình hệ thống điện điện tử ô tô cơ bản, NXB Khoa Học Và Kỹ Thuật, năm 2017.

[5]. Nguyễn Huy Tưởng (chủ biên), Thí nghiệm điện ô tô, NXB Thống Kê, năm 2019.

[6]. KS. Phạm Quang Huy, PGS.TS Trần Thu Hà, Tự học Proteus bằng hình ảnh, NXB Thanh Niên, năm 2017.

PHỤ LỤC 1

Lập trình hệ thống mạch điều khiển hệ thống điều hòa tự động

PHỤ LỤC 2

Hướng dẫn sử dụng Proteus để vẽ sơ đồ nguyên lý (Schematic)

Bước 1: Khởi động chương trình Proteus Professional

Bạn chạy chương trình Proteus Professional bằng cách nhấp vào biểu tượng Proteus Professional trên desktop

Bước 3: Lấy tất cả các linh kiện sử dụng từ thư viện của Proteus

Để chọn mở linh kiện của Proteus, đầu tiên bạn nhấp vào nút Component Mode.

Khi thư viện được mở ra, một cửa sổ sẽ xuất hiện như hình.

Bước 4: Đưa linh kiện ra ngoài màn hình thiết kế

Nhấp chuột vào linh kiện cần lấy trong ô Devices, sau đó di chuyển con trỏ ra ngoài màn hình thiết kế nơi cần đặt linh kiện và click chuột thì linh kiện sẽ được đặt tại đó.

Bước 6: Nối dây

Sau khi lấy và sắp xếp các linh kiện theo mong muốn, bạn tiến hành nối các chân linh kiện cho mạch. Bạn tiến hành như sau:

Đặt con trỏ trên chân linh kiện cần nối dây cho đến khi ô vuông màu đỏ xuất hiện sau đó bạn click chuột vào chân linh kiện và chế độ nối dây được bắt đầu. Bạn rê chuốt đến chân linh kiện cần nối khác và click chuột một lần nữa để kết thúc quá trình nối dây. Bạn thao tác tương tự như vậy cho đến khi hoàn thành sơ đồ mạch.

Bước 7: Kiểm tra sơ đồ mạch nguyên lý

Kiểm tra sơ đồ mạch sau khi hoàn thành xong mạch thiết kế là rất quan trong, nó giúp bạn tìm được những lỗi mà trong quá trình thiết kế bạn chưa phát hiện ra được.

Để kiểm tra lỗi ta thao tác như sau:

Trên thanh công cụ, bạn chọn Tool >> Electrical Rule Check

"TẢI VỀ ĐỂ XEM ĐẦY ĐỦ ĐỒ ÁN"