Thiết kế, thi công mô hình hệ thống điều khiển động cơ Toyota Camry 2AR-FE và hệ thống tạo pan ứng dụng IoT

66 
Tạp Chí Khoa Học Giáo Dục Kỹ Thuật Số 53 (07/2019) 
Trường Đại Học Sư Phạm Kỹ Thuật TP. Hồ Chí Minh 
THIẾT KẾ, THI CÔNG MÔ HÌNH HỆ THỐNG ĐIỀU KHIỂN ĐỘNG CƠ 
TOYOTA CAMRY 2AR-FE VÀ HỆ THỐNG TẠO PAN ỨNG DỤNG IOT 
DESIGN AND IMPLEMENT THE ENGINE CONTROL SYSTEM 
OF TOYOTA CAMRY 2AR-FE AND FAULT CREATION SYSTEM 
USING IOT TECHNOLOGY 
Nguyễn Kim, Lê Khánh Tân 
Trường Đại học Sư phạm Kỹ thuật TP.HCM, Việt Nam 
Ngày toà soạn nhận bài 25/2/2019, ngày phản biện đánh giá 20/3/2019, ngày chấp nhận đăng18/4/2019. 
TÓM TẮT 
Hiện nay, trên thị trường thiết bị mô hình dạy học ở Việt Nam, có rất nhiều chủng loại 
các mô hình hệ thống điện điều khiển động cơ, nhưng chỉ thực hiện trên động cơ phun xăng 
điện tử đời cũ, chưa có mô hình nào về hệ thống điều khiển động cơ sử dụng công nghệ mới. 
Vì vậy, việc giảng dạy và học tập sinh viên gặp nhiều khó khăn. Vì vậy nhằm đáp ứng tốt cho 
nhu cầu đào tạo cho công nghiệp hiện nay, nhóm nghiên cứu đã thực hiện thiết kế thi công 
mô hình hệ thống điều khiển động cơ Toyota Camry 2AR-FE kết hợp triển khai ứng dụng 
công nghệ IoT để trích xuất các dữ liệu thông số cơ bản kết nối máy tính, điều khiển động cơ, 
hệ thống tạo Pan nhằm phục vụ tốt cho công tác đào tạo và kiểm tra tay nghề. 
Sản phẩm sau khi hoàn thành cung cấp cho người học mô hình động cơ Toyota 2AR-FE 
đầy đủ tất cả các cảm biến, cơ cấu chấp hành, bộ điều khiển trung tâm, ứng dụng IoT trong 
thiết kế, chế tạo mô hình đánh PAN, cổng giao tiếp máy tính thông qua phần mềm LabVIEW, 
cổng giao tiếp máy chẩn đoán Techstream thông qua thiết bị OBD II. Qua đó người học tiếp 
cận nhanh và ứng dụng tốt vào các bài thực hành và nghiên cứu khoa học. 
Từ khóa: Hệ thống điều khiển động cơ; ứng dụng IoT; cảm biến; cơ cấu chấp hành; chẩn đoán. 
ABSTRACT 
Currently, in Vietnam, there are many types of engine control system models, but they are 
only implemented on old generation of electronic fuel injection engines. Which these models, the 
teaching and learning of students have faced many difficulties. Therefore, in order to meet the 
current training for industrial needs, the research team has designed and implemented the model 
of Toyota Camry 2AR-FE engine control system in combination with IoT technology along with 
data acquisition, fault simulation system to better serve for training and skills testing. 
The finished product provides learners with the Toyota 2AR-FE engine a model with all 
sensors, actuators, central controllers, IoT applications in fault simulation, the data 
acquisition through LabVIEW software, the interface of Techstream diagnostic through OBD II 
connector. Thereby, learners are able to approach to practical exercises and research quickly. 
Keywords: Engine control system; IoT application; sensors; actuators; diagnostics. 
1. GIỚI THIỆU VỀ ĐỀ TÀI 
Trong bối cảnh cuộc cách mạng công 
nghiệp 4.0 đang diễn ra tại nhiều nước trên 
thế giới và sức ảnh hưởng của nó đến các nền 
kinh tế là vô cùng lớn, nó mang đến cho nhân 
loại cơ hội để thay đổi bộ mặt các nền kinh tế. 
Đồng thời, xã hội ngày càng phát triển, thói 
quen đi lại của con người cũng được thay đổi 
thì ô tô được xem là phương tiện thông dụng, 
đặc biệt là ở Việt Nam, chính điều đó đã thúc 
đẩy công nghệ ô tô phát triển rất mạnh mẽ. 
Nhằm tạo điều kiện cho người học dễ 
dàng tiếp cận với thiết bị mới trong học tập, 
rèn luyện kỹ năng kiểm tra, chẩn đoán, thu 
Tạp Chí Khoa Học Giáo Dục Kỹ Thuật Số 53 (07/2019) 
Trường Đại Học Sư Phạm Kỹ Thuật TP. Hồ Chí Minh 
67 
thập thông tin hướng nghiên cứu phát triển về 
công nghệ mới hệ thống điều khiển động cơ, 
hỗ trợ giảng viên cũng như sinh viên trong 
việc giảng dạy và học tập trở nên thực tế hơn, 
cụ thể hơn và thuận tiện hơn, nhóm nghiên 
cứu quyết định thực hiện đề tài ““Nghiên 
cứu, thiết kế, thi công mô hình hệ thống 
điều khiển động cơ Toyota 2AR-FE” với 
mong muốn tạo ra một sản phẩm có thể áp 
dụng vào giảng dạy ngay học phần mà mình 
đang đảm trách. 
Sản phẩm đề tài sau khi hoàn thành cung 
cấp cho người học mô hình hoạt động hoàn 
chỉnh động cơ Toyota 2AR-FE. Hệ thống tạo 
Pan ứng dụng công nghệ IoT thông qua chuẩn 
kết nối TCP/IP trên phần mềm LabVIEW sẽ 
giúp tạo ra các bài kiểm tra đánh giá người 
học. Đặc biệt, mô hình có thể ứng dụng vào 
các cuộc thi kiểm tra tay nghề kỹ thuật viên. 
2. THIẾT KẾ CHẾ TẠO MÔ HÌNH. 
2.1 Giới thiệu tổng quan về động cơ 
Toyota 2AR-FE 
Hình 1. Động cơ Toyota 2AR-FE. 
Động cơ 2AR-FE của hãng Toyota là 
động cơ xăng có 4 xy lanh thẳng hàng, dung 
tích xy lanh 2.5 lít, trục cam kép DOHC 16 
xupap dẫn động bằng xích, hệ thống phân 
phối khí biến thiên thông minh kép (Dual 
VVT-i), hệ thống đánh lửa trực tiếp (DIS), hệ 
thống điều chỉnh chiều dài đường ống nạp 
(ACIS), hệ thống điều khiển bướm ga điện tử 
thông minh (ETCS-i). Động cơ này được 
phát triển để đạt được hiệu suất cao, êm dịu, 
tiết kiệm nhiên liệu và khí thải sạch hơn. [1] 
Ta thực hiện thu thập tín hiệu từ các cảm 
biến: nhiệt độ nước làm mát, nhiệt độ khí nạp, 
vị trí bướm ga, cảm biến lưu lượng khí nạp, 
lấy tín hiệu IGT để đo thời gian ngậm điện của 
bobine và tốc độ động cơ, lấy tín hiệu từ một 
chân #10 hoặc #20 trên mỗi kim phun về ECU 
động cơ để đo thời gian mà kim phun nhiên 
liệu với mỗi chu kỳ của máy. [2] 
2.2 Thiết kế, mô phỏng khung mô hình 
trên phần mềm SolidWorks 
Hình 2. Bản vẽ, khung mô hình trên phần 
mềm SolidWorks. 
Khung mô hình được thiết kế dựa trên 
phần mềm CAD 3D SolidWorks. Các thông 
số được đo đạc từ kích thước thực tế của động 
cơ và được thiết kế tối ưu về mặt không gian. 
2.3 Thi công khung mô hình 
Hình 3. Khung mô hình sau khi thi công. 
Khung mô hình sau khi thi công được xử 
lý bề mặt và sơn chống rỉ hoàn chỉnh. Các vị 
trí chân động cơ được thiết kế cao su giảm 
chấn giúp tạo độ êm dịu khi vận hành. 
2.4 Thiết kế mạch nguồn 
Hình 4. Bản vẽ mạch cấp nguồn. 
68 
Tạp Chí Khoa Học Giáo Dục Kỹ Thuật Số 53 (07/2019) 
Trường Đại Học Sư Phạm Kỹ Thuật TP. Hồ Chí Minh 
Sơ đồ cấp nguồn được thiết kế dựa trên 
phần mềm Proteus. Mạch nguồn phải được 
tối ưu cho hệ thống điều khiển động cơ, máy 
tính điều khiển và hệ thống đánh PAN.[3] 
Hình 5. Mạch nguồn sau khi thi công. 
Mạch nguồn sau khi hoàn thành được bố 
trí vào một hộp chuyên dùng. Các cầu chì và 
relay được bố trí hợp lí đảm bảo cho hệ thống 
làm việc tin cậy và dễ dàng chẩn đoán, sửa 
chữa sau này.[3] 
2.5 Sơ đồ khối bố trí thiết bị trên mô hình 
Hình 6. Thiết bị trên mô hình. 
Hình 7. Mô hình tổng thể. 
Tổng thể mô hình được thiết kế nhằm 
giúp người học nắm được những đặc điểm 
khác biệt về hoạt động các loại cảm biến, các 
cơ cấu chấp hành. Bên cạnh đó, người học có 
thể chọn lọc các xung, tín hiệu cơ bản của hệ 
thống điện điều khiển trên động cơ. Từ đó 
giúp trực quan hoá và rút ngắn quá trình đào 
tạo về chẩn đoán động cơ. 
3. THIẾT KẾ, LẬP TRÌNH THI CÔNG 
MẠCH TẠO PAN 
3.1 Thiết kế mạch tạo PAN cơ khí 
Hình 8. Bảng công tắt tạo PAN cơ khí. 
Ta sử dụng các công tắt cơ khí để đánh 
PAN và các bài kiểm tra trên động cơ. Bảng 
công tắt cơ khí được đặt trong thùng mô hình 
và có thể khóa thùng lại. Tạo nên tính bảo 
mật khi đánh PAN bằng các công tác cơ khí, 
trong điều kiện không sử dụng được đánh 
PAN điện tử. [4] 
Hình 9. Vị trí các cảm biến được tạo Pan. 
Các vị trí tạo PAN là các tín hiệu cảm 
biến và cơ cấu chấp hành thông dụng, giúp 
người học dễ dàng nắm bắt quy trình. [4][5] 
3.2 Thiết kế mạch tạo PAN điện tử 
Hình 10. Phần cứng của Arduino UNO 
Tạp Chí Khoa Học Giáo Dục Kỹ Thuật Số 53 (07/2019) 
Trường Đại Học Sư Phạm Kỹ Thuật TP. Hồ Chí Minh 
69 
Nền tảng Arduino là nền tảng cơ bản, 
nguồn mở và cực kỳ dễ tiếp cận đối với 
những người không chuyên [5]. Ở đề tài này, 
board mạch Arduino UNO được lựa chọn 
làm board mạch chính để điều khiển hệ thống 
đánh PAN điện tử. Board mạch này sẽ nhận 
lệnh điều khiển từ máy tính, sau đó nó sẽ 
điều khiển đóng ngắt các relay tương ứng để 
tạo ra các PAN trong hệ thống điện đã được 
cài đặt sẵn. 
Hình 11. Hộp điều khiển tạo PAN điện tử 
Việc tạo PAN được thực hiện bằng các 
đóng ngắt các relay tương ứng. Các relay 
được thiết kế thành một module chung. Lệnh 
điều khiển từ board Arduino sẽ được cách li 
quang trước khi tác động điều khiển relay. 
4. THIẾT KẾ PHẦN MỀM ĐIỀU 
KHIỂN MÔ HÌNH ỨNG DỤNG IOT 
4.1 Chương trình Arduino 
Hình 12. Sơ đồ khối truyền tín hiệu. 
Arduino được lập trình để nhận tín hiệu 
từ LabVIEW để xuất tín hiệu điều khiển 
module relay 8 channel. 
Hình 13. Sơ đồ khối giao tiếp LabVIEW và 
Arduino. 
Máy tính sử dụng chức năng giao tiếp 
Serial để giao tiếp với Arduino. Máy tính sẽ 
mở cổng COM sau đó các nội dung trong 
output buffer của Arduino sẽ được truyền 
qua máy tính và lưu ở input buffer. Máy tính 
đọc những dòng đó rồi quy ra lệnh điều khiển 
(Serial Command). [5] 
4.2 Chương trình LabVIEW giao tiếp 
RS232 sử dụng chuẩn TCP/IP để kết 
nối Sever và Client 
Hình 14. Mô hình khối VISA trong LabVIEW. 
Khối VISA đóng vai trò như cửa ngõ 
giúp phần mềm LabVIEW kết nối với các 
phần cứng bên ngoài. Nó cho phép cấu hình 
các thông số của đường truyền, đồng thời 
truyền và nhận dữ liệu qua các cổng COM 
tương ứng. [5]. 
Hình 15. Mô hình khối TCP Listen và TCP 
Read. 
Khối TCP Open: mở chương trình kết 
nối mạng TCP đã khởi tạo từ khối TCP 
Listen. Khối TCP Write: ghi dữ liệu vào kết 
nối mạng TCP. Khối TCP Read: đọc con số 
70 
Tạp Chí Khoa Học Giáo Dục Kỹ Thuật Số 53 (07/2019) 
Trường Đại Học Sư Phạm Kỹ Thuật TP. Hồ Chí Minh 
bằng cổng bytes to read thông qua kết nối 
mạng TCP. Khối TCP Close Connection: kết 
thúc chương trình kết nối mạng TCP. [5] 
Hình 16. Mô hình khối Elapsed Time. 
Khối Elapse Time dùng để đếm ngược 
thời gian chọn đáp án của sinh viên, dùng 
chương trình chính để đặt thời gian đếm 
ngược. [4] 
5 THỰC NGHIỆM VÀ ĐÁNH GIÁ 
KẾT QUẢ HỆ THỐNG ĐÁNH PAN 
ĐIỆN TỬ 
5.1 Chương trình tạo PAN dành cho 
giảng viên 
Giao diện trên máy tính Sever sẽ dành 
cho giảng viên thao tác tạo PAN trên mô hình 
cho người học kiểm tra và chẩn đoán. 
Hình 17. Giao diện người dùng khi đã nhập 
đúng mật khẩu. 
Hình 18. Giao diện người dùng khi đã nhập 
chọn đánh PAN IGT1 và nhập thời gian làm 
bài là “10” phút. 
Khi giảng viên nhấn nút cho phép làm 
bài, cửa sổ câu trắc nghiệm trên giao diện 
của sinh viên sẽ được hiển thị để sinh viên 
chọn các lỗi sau khi chẩn đoán xong. 
Hình 19. Giao diện người dùng khi sinh viên 
đã nộp bài. 
Khi sinh viên đã nộp bài, trên ô thông 
báo sẽ hiển thị cho giảng viên biết, đồng thời 
khoá giao diện của sinh viên lại. Việc kế nối 
giữa 2 máy tính Sever của giảng viên và máy 
tính Client của sinh viên là hoàn toàn không 
dây nhờ ứng dụng công nghệ IoT chuẩn 
TCP/IP. [6] 
5.2 Chương trình đánh PAN dành cho 
sinh viên và học viên 
Giao diện của sinh viên sẽ cho phép họ 
lựa chọn các đáp án dạng trắc nghiệm. Đồng 
thời chương trình có thể kiểm soát thời gian 
làm bài cũng như thông báo kết quả cho 
người học biết. 
Hình 20. Giao diện người dùng khi mới chạy 
chương trình - giảng viên chưa “cho phép 
làm bài”. 
Khi giảng viên chưa cho phép làm bài 
thì trên giao diện của người học sẽ không 
hiển thị các đáp án. 
Hình 21. Giao diện người dùng khi giảng 
viên đã chọn PAN ITG1và cho phép làm bài. 
Tạp Chí Khoa Học Giáo Dục Kỹ Thuật Số 53 (07/2019) 
Trường Đại Học Sư Phạm Kỹ Thuật TP. Hồ Chí Minh 
71 
Khi giảng viên vừa cho phép làm bài thì 
thời gian làm bài trên máy tính Client sẽ 
được đếm ngược và nó sẽ thực hiện làm mờ 
và vô hiệu hoá các câu trả lời khi thời gian 
kết thúc. 
Hình 22. Giao diện người dùng khi sinh viên 
đã chọn đáp án và đã nộp bài. 
Khi sinh viên đã hoàn thành bài làm, 
hoặc thời gian làm bài mà giảng viên cài đặt 
đã kết thúc, phần chọ đáp án sẽ bị mờ và vô 
hiệu hoá. Đồng thời chương trình sẽ tự động 
hiển thị chế độ là “Sinh viên đã nộp bài”. 
5.3 Đánh giá kết quả 
Mô hình hỗ trợ tối đa cho giảng viên 
thực hiện các bài giảng vệ hệ thống điện điều 
khiện động cơ. Mô hình có thể thực hiện mô 
phỏng các tình huống thực tế trên xe ô tô nhờ 
vào việc đưa tất cả các chân tín hiệu của cảm 
biến và cơ cấu chấp hành lên một bảng rất 
trực quan. 
Điều đặc biệt quan trọng là mô hình có 
thể ứng dụng trong các cuộc thi tay nghề giỏi 
nhờ vào công nghệ điều khiển không dây IoT. 
Người giảng viên ra đề hoàn toàn có thể tạo 
ra các lỗi, cài đặt thời gian làm bài và giám 
sát tất cả các hoạt động của mô hình cũng 
như các thao tác đo kiểm trên mô hình của 
thí sinh từ xa, trong khi vẫn đảm bảo tính bảo 
mật cao khi người thí sinh thực hiện chẩn 
đoán trên mô hình. Đây là chức năng hiện đại 
mà các mô hình trên thị trường chưa có được. 
6 KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ 
Đề tài có nhiều ý nghĩa trong công tác 
đào tạo và về mặc khoa học cũng như thực 
tiễn. Nội dung cũng như sản phẩm đề tài hỗ 
trợ tốt cho công việc giảng dạy của giảng 
viên cũng như việc học tập của sinh viên, 
đồng thời là cơ sở để sinh viên có thể nghiên 
cứu các lĩnh vực khác liên quan đến hệ thống 
điện điều khiển động cơ. Sản phẩm của đề tài 
cũng hỗ trợ cho sinh viên khả năng rèn luyện 
công việc kiểm tra chẩn đoán các bộ phận chi 
tiết của hệ thống điều khiển động cơ. 
Mô hình đáp ứng về các yêu cầu kỹ thuật, 
tính thẩm mỹ, có tính trực quan sinh động hỗ 
trợ tốt hơn trong việc tiếp thu các kiến thức 
cũng như rèn luyện kỹ năng thực hành thí 
nghiệm. 
TÀI LIỆU THAM KHẢO 
[1] Đinh Ngọc Ân, “Trang bị điện trên ô tô máy kéo”, Nhà xuất bản đại học và trung học 
chuyên nghiệp Hà nội, 1980 
[2] PGS-TS. Đỗ Văn Dũng, “Trang bị điện và điện tử trên ô tô hiện đại”, NXB Đại học Quốc 
gia Tp Hồ Chí Minh, 2004. 
[3] Michael McRoberts, “Beginning Arduino” second edition, Technology in action, 
America, 2008. 
[4] Nationsl Instruments Corporation. (2006), “LabVIEW Basic Course Manual”, North 
Mopac, Austin, Texas. 
[5] S.Sumathi, P.Surekha, “LabVIEW based Advanced Instrumentation System” India, 2007 
[6] James D.Halderman, “Diagnosis and Troubleshooting of Automotive Electrical, 
Electronic and Computer System”. New Jersey, America, 2012. 
Tác giả chịu trách nhiệm bài viết: 
Lê Khánh Tân 
Trường Đại học Sư phạm Kỹ thuật TP.HCM 
Email: tanlk@hcmute.edu.vn