Điều khiển hộp số tự động bằng arduino

Mục lục Lời nói đầu CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN 1.1 Mục đích, lý chọn đề tài: 1.2 Nhiệm vụ 1.3 Phương pháp nghiên cứu: 1.3.1 Phương pháp tổng hợp lý thuyết 1.3.2 Phương pháp mơ hình hóa: 1.4 Giới hạn đề tài CHƯƠNG 2: CƠ SỞ LÝ THUYẾT 2.1 Giới thiệu hệ thống điều khiển 2.1.1 Giới thiệu Arduino: 2.1.1.1 Giới thiệu mạch Arduino Uno R3 2.1.1.2 Thông số Mạch Arduino UNO R3 10 2.1.1.3 Arduino Uno Board sử dụng vi điều khiển: 11 2.1.1.4 Các chân lượng 11 2.1.1.5 Bộ nhớ sử dụng 12 2.1.1.6 Các cổng vào/ra Arduino Board 13 2.1.1.7 Lập trình cho Arduino 14 2.1.2 Giới thiệu mạch khuyếch đại công suất (MOSFET IRF3205) 15 2.1.2.1 Thông số kỹ thuật: 15 2.1.2.2 Nguyên lý hoạt động 17 2.1.2.3 Ứng dụng Mosfet 17 2.1.3 Giới thiệu Encorder 17 2.1.3.1 Khái niệm: 17 2.1.3.2 Phân loại 18 2.1.3.3 Nguyên lý hoạt động 18 2.1.3.4 Ứng dụng encoder quay 19 2.1.4 Van điện từ solenoid: 20 2.1.4.1 Giới thiệu 20 2.1.4.2 Nguyên lý hoạt động: 20 2.2 Giới thiệt hộp số tự động: 21 2.2.1 Giới thiệu: 21 2.2.2 Cấu tạo: 22 2.2.3 Phân loại hộp số tự động 22 2.2.3.1 Theo hệ thống sử dụng điều khiển 22 2.2.3.2 Theo vị trí đặt xe 22 2.2.3.3 Theo cấp số tiến xe 23 2.2.4 Nguyên lý hoạt động hộp số tự động 24 2.2.4.1 Giới thiệu truyền hành tinh hộp số tự động 24 2.2.4.2 Các dãy số 26 2.2.4.2.1 Dãy “D” “2” số 26 2.2.4.2.2 Dãy “D” số 27 2.2.4.2.3 Dãy “D” số 28 2.2.4.2.4 Dãy “D” số truyền tăng OD 29 2.2.5 Hệ thống điều khiển thủy lực điện tử hộp số tự động 31 2.2.5.1 Khái quát 31 2.2.5.1.1 Hệ thống điều khiển thủy lực 31 2.2.5.1.2 Hệ thống điều khiển điện tử 32 2.2.5.2 Hệ thống điều khiển thủy lực 33 2.2.5.2.1 Chức năng, nhiệm vụ hệ thống điều khiển thủy lực 33 2.2.5.3 Hệ thống điều khiển điện tử 41 2.2.5.3.1 Chức năng, nhiệm vụ hệ thống điều khiển điện tử 41 2.2.5.3.2 Các cảm biến tắc 41 2.2.5.3.3 Các điều khiển 48 CHƯƠNG 3: THIẾT KẾ MẠCH VÀ CHƯƠNG TRÌNH 53 3.1 Sơ đồ nguyên lý hệ thống mạch dầu hộp số tự động: 53 3.2 Sơ đồ khối hệ thống điều khiển 54 3.3 Sơ đồ nối dây: 55 3.4 Sơ đồ sang số dạng bậc thang 56 3.5 Các cấu trúc lệnh dung chương trình 58 3.6 Chương trình điều khiển 60 CHƯƠNG 4: THỰC NGHIỆM XỬ LÝ SỐ LIỆU 69 4.1 Tay số 1: 69 4.2 Tay số 2: 70 4.3 Tay số 3: 71 4.4 Tay số O/D: 72 CHƯƠNG 5: KẾT LUẬN 74 5.1 Kết luận: 74 5.2 Hướng phát triển đề tài: 74 TÀI LIỆU THAM KHẢO 75 DANH MỤC CÁC HÌNH Hình 2.1 Mạch Arduino Uno R3 Hình 2.2 Giao diện lập trình Arduino 11 Hình 2.3 Sơ đồ chân Mosfet IRF3205 12 Hình 2.4 Cấu tạo Mosfet ngược Kênh N 13 Hình 2.5 Sơ đồ chân tương ứng với Transitor 14 Hình 2.6 Cấu tạo chung encoder 16 Hình 2.7: Van điện từ trạng thái ( ON – OFF ) 17 Hình 2.8: Sơ đồ nguyên lý van solenoid 18 Hình 2.9 Sơ đồ trạng thái đóng – mở 18 Hình 2.10 Sơ đồ vị trí hộp số tự động xe 20 Hình 2.11 Sơ đồ bố trí truyền hành tinh hộp số tự động 22 Hình 2.12 Sơ đồ nguyên lý làm việc dãy “D” “2” số 24 Hình 2.13 Sơ đồ nguyên lý làm việc dãy “D” số 25 Hình 2.14 Sơ đồ nguyên lý làm việc dãy “D” số 26 Hình 2.15 Sơ đồ nguyên lý làm việc dãy “D” số truyền tăng OD 27 Hình 2.16: Sơ đồ khối hệ thống điều khiển thủy lực hộp số tự động 28 Hình 2.17 Sơ đồ khối hệ thống điều khiển điện tử hộp số tự động 29 Hình 2.18 Cấu tạo bơm dầu 30 Hình 2.19 Van điều khiển 31 Hình 2.20 Van điều áp sơ cấp 31 Hình 2.21 Van điều áp thứ cấp 32 Hình 2.22 Van bướm ga 33 Hình 2.23 Van chuyển số – 34 Hình 2.24 Van điện từ 35 Hình 2.25 Van rơle khóa biến mơ van tín hiệu khóa biến mơ 35 Hình 2.26 Van ngắt giảm áp 36 Hình 2.27 Biểu đồ thay đổi áp suất điều biến bướm ga 37 Hình 2.28 Bộ tích 37 Hình 2.29 Cảm biến vị trí bướm ga loại tuyến tính 39 Hình 2.30 Cách gửi tín hiệu từ cảm biến vị trí bướm ga kiểu gián tiếp 39 Hình 2.31 Cảm biến tốc độ xe cảm biến tốc độ trục thứ cấp40 Hình 2.32 Khi tín hiệu tốc độ giống 40 Hình 2.33 Khi tín hiệu tốc độ khác 41 Hình 2.34 Cách gửi tín hiệu từ cảm biến nhiệt độ nước làm mát động 42 Hình 2.35 Cơng tắc khởi động trung gian 43 Hình 2.36 Cơng tắc chọn chế độ hoạt động 43 Hình 2.37 Cơng tắc đèn phanh mạch điện 44 Hình 2.38 Cơng tắc OD 45 Hình 2.39 ECU điều khiển chạy tự động 45 Hình 2.40 Sơ đồ khối điều khiển thời điểm chuyển số 46 Hình 2.41 Sơ đồ khối điều khiển khóa biến mơ 47 Hình 3.1: Sơ đồ nguyên lý hệ thống mạch dầu hộp số tự động 50 Hình 3.2: Sơ đồ khối hệ thống điều khiển 51 Hình 3.3: Sơ đồ dây hệ thống 52 Hình 3.4: Bảng đồ sang số 53 Hình 4.1 Kết tay số 66 Hình 3.2 Kết tay số 67 Hình 3.3 Kết tay số 69 Hình 4.4 Kết tay số O/D 70 DANH MỤC CÁC BẢNG Bảng 2.1 Hoạt động phanh ly hợp hộp số tự động 27 Bảng 2.2 Chức dự phòng van điện từ 49 Bảng 3.1: Giá trị sang số tay số ứng với vị trí mở bướm ga (%) tốc độ trục thứ cấp(v/p) 55 Bảng 4.1: Trạng thái đóng mở van điện từ tay số 66 Bảng 4.1: Trạng thái đóng mở van điện từ tay số 67 Bảng 4.1: Trạng thái đóng mở van điện từ tay số 68 Bảng 4.1: Trạng thái đóng mở van điện từ tay số O/D 70 CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN 1.1 Mục đích, lý chọn đề tài: Hiện phương tiện giao thông vận tải phần thiếu sống người Cũng sản phẩm công nghiệp nay, tơ tích hợp hệ thống tự động lên dòng xe sản suất với chiều hướng ngày tăng Hộp số tự động sử dụng hệ thống truyền lực xe số hệ thống khách hàng quan tâm mua xe ô tô, đặc biệt thị trường Mỹ Châu Âu tiện ích mà mang lại sử dụng Việc nghiên cứu hộp số tự động giúp nắm bắt kiến thức để nâng cao hiệu sử dụng, khai thác, sửa chữa cải tiến chúng Ngồi cịn góp phần xây dựng nguồn tài liệu tham khảo phục vụ nghiên cứu q trình học tập cơng tác Các dòng xe đời với bước đột phá nhiên liệu tiêu chuẩn khí thải đựợc chấp thuận ngành sản xuất ô tô nhằm bảo vệ mơi trường bên cạnh cơng nghệ sản xuất không ngừng ngày nâng cao, công nghệ điều khiển vi điều khiển ngày ứng dụng rộng rãi việc địi hỏi phải có kiến thức vững vàng tự động hóa cán kỹ thuật ngành phải nâng lên tương ứng mong nắm bắt sản phẩm sản xuất dây chuyền kèm, có có cơng việc vững vàng sau trường Khi xem xe ô tô nước sản xuất em không ngỡ ngàng thán phục công nghiệp sản xuất ô tô giới mà em tự hỏi: Bao Việt Nam sản xuất xe thế? Đây câu hỏi em hy vọng hệ trẻ chúng em trả lời giúp đỡ tận tình Thầy bậc đàn anh trước Vì lý em chọn đề tài "Điều khiển hộp số tự động Arduino" để làm đề tài tốt nghiệp 1.2 Nhiệm vụ - Nghiên cứu sở lý thuyết + Hộp số tự động, nguyên lý hoạt động điều khiển thủy lực thông qua van điện từ van chuyển số + - Vi điều khiển điều khiển van điện từ ngơn ngữ lập trình C Xây dựng mơ hình hóa thực điều khiển mơ hình Arduino 1.3 Phương pháp nghiên cứu: 1.3.1 Phương pháp tổng hợp lý thuyết Tìm hiểu sở lý thuyết hộp số tự động ngôn ngữ lập trình C 1.3.2 Phương pháp mơ hình hóa: Xây dựng mơ hình với thiết bị giả lập 1.4 Giới hạn đề tài Đề tài tập trung điều khiển đơn giản van điện từ hệ thống điều khiển thủy lực hốp số tự động vi điều khiển Arduino, đồng thời tìm hiểu phương thức hoạt động van hệ thống thủy lực CHƯƠNG 2: CƠ SỞ LÝ THUYẾT 2.1 Giới thiệu hệ thống điều khiển 2.1.1 Giới thiệu Arduino: Arduino bo mạch vi xử lý dùng để lập trình tương tác với thiết bị phần cứng cảm biến, động cơ, đèn thiết bị khác Đặc điểm bật Arduino môi trường phát triển ứng dụng dễ sử dụng, với ngơn ngữ lập trình học cách nhanh chóng với người am hiểu điện tử lập trình Phân loại Arduino: - Arduino Mega 2560 R3 - Arduino Due - Arduino Uno R3 - Arduino Leonardo - Arduino Uno R3 SMD (chip dán) - Arduino Nano - Arduino Pro Micro - Arduino Pro Mini 2.1.1.1 Giới thiệu mạch Arduino Uno R3 Mạch Arduino Uno dòng mạch Arduino phổ biến, bắt đầu làm quen, lập trình với Arduino mạch Arduino thường nói tới dịng Arduino UNO Hiện dòng mạch phát triển tới hệ thứ (Mạch Arduino Uno R3) Arduino Uno R3 dòng bản, linh hoạt, thường sử dụng cho người bắt đầu Bạn sử dụng dòng Arduino khác như: Arduino Mega, Arduino Nano, Arduino Micro… Nhưng với ứng dụng mạch Arduino Uno lựa chọn phù hợp 10 Hình 2.1 Mạch Arduino Uno R3 2.1.1.2 Thơng số Mạch Arduino UNO R3 - Vi điều khiển ATmega328P - Điện áp hoạt động 5V - Điện áp đầu vào (khuyên dùng) 7-12V - Điện áp đầu vào (giới hạn) 6-20V - Chân Digital I/O 14 (Với chân PWM output) - Chân PWM Digital I/O - Chân đầu vào Analog - Dòng sử dụng I/O Pin 20 mA - Dòng sử dụng 3.3V Pin 50 mA - Bộ nhớ Flash 32 KB (ATmega328P) với 0.5KB dùng bootloader - SRAM KB (ATmega328P) - EEPROM KB (ATmega328P) 11 - Gọi hàm “dem” có thay đổi xung: attachInterrupt(0, dem, FALLING); - Gắn biến TIME giá trị thực: TIME = millis(); - Biểu thức điều kiện if: if(val >= 1000){ noInterrupts(); RPM = (60000*Gtri)/(20*val); if((bgtb>= 0&& bgtb < 100)&&(RPM >= && RPM < 50)){ digitalWrite(SL1, HIGH); digitalWrite(SL4, HIGH); delay(2000); } else {digitalWrite(SL1, LOW); digitalWrite(SL4, LOW); - Tăng giá trị thêm đơn vị: Gtri++; - In giá trị hình: Serial.println(Gtri); 3.6 Chương trình điều khiển #define ecoder #define SL1 #define SL2 #define SL3 int t=0, Gtri = 0, bgtb=0, bg2=0, bg1=0; int RPM; unsigned long TIME, val; void setup() { 61 Serial.begin(115200); delay(10); pinMode(ecoder, INPUT); pinMode(SL1, OUTPUT); pinMode(SL2, OUTPUT); pinMode(SL3, OUTPUT); delay(2000); digitalWrite(SL1, LOW); digitalWrite(SL2, LOW); digitalWrite(SL3, LOW); delay(2000); attachInterrupt(0, dem, FALLING); TIME = millis(); delay(2000); } void loop() { int buomga = analogRead(A5); delay(1); t++; bg1 = map(buomga,0,1023,0,100); //từ 0-1023 sang 0-6000 (mV) bg2 =bg2 + bg1; if(t==100) {t=0; 62 bgtb = bg2/100; bg2=0; } val = millis()- TIME; if(val >= 1000){ noInterrupts(); RPM = (60000*Gtri)/(20*val); if((bgtb>= 0&& bgtb < 25)&&(RPM >= && RPM < 50)){ digitalWrite(SL2, HIGH); delay(20); } else {digitalWrite(SL2, LOW); } if((bgtb>= 0&& bgtb < 25)&&(RPM >= 50 && RPM < 100)) { digitalWrite(SL1, HIGH); digitalWrite(SL2, HIGH); delay(20); } else{ digitalWrite(SL1, LOW); digitalWrite(SL2, LOW); } if((bgtb>= 0&& bgtb < 25)&&(RPM >= 100 && RPM < 150)) { digitalWrite(SL1, HIGH); 63 delay(20); } else {digitalWrite(SL1, LOW); } if((bgtb>= 0&& bgtb < 25)&&(RPM >= 150)) { digitalWrite(SL3, HIGH); delay(20); } else {digitalWrite(SL3, LOW); } if((bgtb>= 25&& bgtb < 50)&&(RPM >= && RPM < 50)){ digitalWrite(SL2, HIGH); delay(20); } else {digitalWrite(SL2, LOW); } if((bgtb>= 25&& bgtb < 50)&&(RPM >= 50 && RPM < 150)) { digitalWrite(SL1, HIGH); digitalWrite(SL2, HIGH); delay(20); } else {digitalWrite(SL1, LOW); digitalWrite(SL2, LOW); 64 } if((bgtb>= 25&& bgtb < 50)&&(RPM >= 150 && RPM < 200)) { digitalWrite(SL1, HIGH); delay(20); } else {digitalWrite(SL1, LOW); } if((bgtb>= 25&& bgtb < 50)&&(RPM >= 200)) { digitalWrite(SL3, HIGH); delay(20); } else {digitalWrite(SL3, LOW); } if((bgtb>= 50&& bgtb < 75)&&(RPM >= && RPM < 100)){ digitalWrite(SL2, HIGH); delay(20); } else {digitalWrite(SL2, LOW); } if((bgtb>= 50&& bgtb < 75)&&(RPM >= 100 && RPM < 150)) { digitalWrite(SL1, HIGH); digitalWrite(SL2, HIGH); delay(20); 65 } else {digitalWrite(SL1, LOW); digitalWrite(SL2, LOW); } if((bgtb>= 50&& bgtb < 75)&&(RPM >= 150 && RPM < 200)) { digitalWrite(SL1, HIGH); delay(20); } else {digitalWrite(SL1, LOW); } if((bgtb>= 50&& bgtb < 75)&&(RPM >= 200)) { digitalWrite(SL3, HIGH); delay(20); } else {digitalWrite(SL3, LOW); } if((bgtb>= 75)&&(RPM >= && RPM < 100)){ digitalWrite(SL2, HIGH); delay(20); } else {digitalWrite(SL2, LOW); } if((bgtb>= 75)&&(RPM >= 100 && RPM < 200)) { 66 digitalWrite(SL1, HIGH); digitalWrite(SL2, HIGH); delay(20); } else {digitalWrite(SL1, LOW); digitalWrite(SL2, LOW); } if((bgtb>= 75)&&(RPM >= 200 && RPM < 250)) { digitalWrite(SL1, HIGH); delay(20); } else {digitalWrite(SL1, LOW); } if((bgtb>= 75)&&(RPM >= 250)) { digitalWrite(SL3, HIGH); delay(20); } else {digitalWrite(SL3, LOW); } Gtri = 0; TIME = millis; interrupts(); } 67 } void dem(){ Gtri++; delay(10); Serial.println(Gtri); } 68 CHƯƠNG 4: THỰC NGHIỆM XỬ LÝ SỐ LIỆU 4.1 Tay số 1: Bảng 4.1: Trạng thái đóng mở van điện từ tay số Solenoid No.1 No.2 No.3 Số ON OFF OFF Số ON ON OFF Số OFF ON OFF Số O/D OFF OFF ON Tay số Hình 4.1: Kết tay số - Ứng với giá trị: 69 + Vị trí bướm ga: 25% + Tốc độ trục thứ cấp: 500 v/p 4.2 Tay số 2: Bảng 4.1: Trạng thái đóng mở van điện từ tay số Solenoid No.1 No.2 No.3 Số ON OFF OFF Số ON ON OFF Số OFF ON OFF Số O/D OFF OFF ON Tay số Hình 3.2: Kết tay số 70 - Ứng với giá trị: + Vị trí bướm ga: 30% + Tốc độ trục thứ cấp: 1500 v/p 4.3 Tay số 3: Bảng 4.1: Trạng thái đóng mở van điện từ tay số Solenoid No.1 No.2 No.3 Số ON OFF OFF Số ON ON OFF Số OFF ON OFF Số O/D OFF OFF ON Tay số Hình 3.3: Kết tay số 71 - Ứng với giá trị: + Vị trí bướm ga: 40% + Tốc độ trục thứ cấp: 2500 v/p 4.4 Tay số O/D: Bảng 4.1: Trạng thái đóng mở van điện từ tay số O/D Solenoid No.1 No.2 No.3 Số ON OFF OFF Số ON ON OFF Số OFF ON OFF Số O/D OFF OFF ON Tay số 72 Hình 4.4: Kết tay số O/D - Ứng với giá trị: + Vị trí bướm ga: 20% + Tốc độ trục thứ cấp: 3000 v/p Tín hiệu từ đèn led cho ta biết van điện từ bật ứng với giá trị vị trí bướm ga tốc độ trục thứ cấp Ở tay số khác nhau, van tín hiệu điều khiển khác nhằm cung cấp đủ áp suất dầu cho van thủy lực hoạt động 73 CHƯƠNG 5: KẾT LUẬN 5.1 Kết luận: Đề tài “Điều khiển hộp số tự động mạch Arduino” giải vấn đề sau: - Trình bày sở lý thuyết hộp số tự động, cấu trúc, phân loại nguyên lý hoạt động - Xây dựng mô hình điều khiển hệ thống thủy lực thơng qua van điện từ - Lập trình cấu trúc ngôn ngữ C 5.2 Hướng phát triển đề tài: Do giới hạn thời gian thiết bị, nhiều vấn đề liên quan đến đề tài chưa quan tâm cách trọn vẹn Trong tương lai gần, hướng phát triển sau giúp đề tài hồn thiện hơn: - Ngồi thơng số đầu vào: Vị trí bướm ga tốc độ trục thứ cấp Có thể phát triển thêm thơng số tải trọng xe - Sản phẩm hồn thiện với mơ hình thực tế hệ thống điều khiển lắp trực tiếp lên hộp số tự động thực 74 TÀI LIỆU THAM KHẢO [1] Toyota Service Training, Tập 9: Hộp số tự đông Giai đoạn 2, 2009 [2] TS Nguyễn Hồng Việt “Chun đề tơ” Đà Nẵng, 2006 [3] TS Lê Văn Tụy “Hướng dẫn thiết kế ô tô”, Đà Nẵng, 2006 [4] PTS Nguyễn Khắc Trai “Cấu tạo hệ thống truyền lực ô tô con”, Hà Nội, 1999 Nhà Xuất Bản Khoa Học Và Kỹ Thuật [5]https://cardiagn.com/a140e-automatic-transmission-service-repair-manual/ [6] https://www.oto-hui.com/diendan/threads/he-thong-dieu-khien-thuy-luc- hop-so-tu-dong-p1.8967/ 75 ... năm 70, hộp số tự động thực phát triển hàng loạt hãng ôtô cho loại xe với hộp số tự động kèm Từ đến hộp số tự động phát triển không ngừng dần thay cho hộp số thường Khi đời, hộp số tự động loại... trí hộp số tự động xe a – Dẫn động cầu trước; b – Dẫn động cầu sau; – Mặt trước; – Cụm cầu hộp số tự động; – Trục dẫn động; – Hộp số tự động; – Trục đăng; – Truyền động cuối vi sai Cả hai loại động. .. loại hộp số này, tỷ số truyền thay đổi tùy thuộc vào vòng tua động tải trọng 2.2.4 Nguyên lý hoạt động hộp số tự động 2.2.4.1 Giới thiệu truyền hành tinh hộp số tự động Trong hộp số tự động TOYOTA