ĐẠI HỌC CÔNG NGHỆ GIAO THÔNG VẬN TẢI KHOA CƠ KHÍ ĐỒ ÁN CƠ ĐIỆN TỬ Đề tài “Tính toán , thiết kế các mạch điều khiển hệ thống treo trên ô tô Mazda” Thiết kế hệ thống điều khiển hệ thống treo 2.3.1. Các linh kiện thiết kế a, Arduino UNO R3 b, Mạch cảm biến tốc độ Điếm phát hiện xung Encoder. c, Động cơ Servo SG90 RC.
ĐẠI HỌC CÔNG NGHỆ GIAO THÔNG VẬN TẢI KHOA CƠ KHÍ ĐỒ ÁN CƠ ĐIỆN TỬ Đề tài : “Tính toán , thiết kế mạch điều khiển hệ thống treo ô tô Mazda” Giảng viên hướng dẫn : CHU VĂN HUỲNH Sinh viên thực : Lớp : Khóa : Hệ : Đại học quy Mục Lục LỜI NĨI ĐẦU Giao thơng vận tải chiếm vị trí quan trọng kinh tế quốc dân, đặc biệt nước có kinh tế phát triển Có thể nói mạng lưới giao thơng vận tải mạch máu quốc gia, quốc gia muốn phát triển thiết phải phát triển mạng lưới giao thông vận tải Trong hệ thống giao thông vận tải ngành giao thông đường đóng vai trị chủ đạo phần lớn lượng hàng người vận chuyển nội địa ôtô Cùng với phát triển khoa học kỹ thuật, nghành ôtô ngày phát triển Những ôtô ngày trở nên đẹp hơn, nhanh hơn, an toàn hơn, tiện nghi hơn…để theo kịp với xu thời đại Song song với việc phát triển nghành ơtơ vấn đề bảo đảm an tồn cho người xe trở nên cần thiết, đảm bảo tính mạng, cải vật chất cho người Do ơtơ xuất nhiều cấu bảo đảm an toàn như: cải tiến cấu phanh, dây đai an tồn, túi khí…trong cấu phanh đóng vai trị quan trọng Cho nên sau kết thúc khóa học trường em chọn đề tài “Tính tốn, thiết kế hệ thống treo xe Mazda” CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN VỀ CƠ ĐIỆN TỬ TRÊN Ô TÔ 1.1.Khái niệm điện tử 1.1.1.Định nghĩa Cơ điện tử hệ thống cấu máy có thiết bị điều khiển lập trình có khả hoạt động cách linh hoạt Ứng dụng sinh hoạt, công nghiệp, lĩnh vực nghiên cứu như; máy lạnh, tủ lạnh, máy giặt, máy chụp hình, modul sản xuất linh hoạt, tự động hóa q trình sản xuất thiết bị hổ trợ nghiên cứu thiết bị đo hệ thống kiễm tra … Một số nhà khoa học nhà nghiên cứu định nghĩa điện tử sau: Khái niệm điện tử mở từ định nghĩa ban đầu công ty Yasakawa Electric: “thuật ngữ Mechantronics (Cơ điện tử) tạo (Mecha) Mechanism (trong Cơ Cấu) tronics electronics (Điện Tử) Nói cách khác, cơng nghệ sản phẩm ngày phát triển ngày kết hợp chặt chẽ hữu thành phần điện tử vào cấu khó ranh giới chúng Một định nghĩa khác điện tử thường hay nói tới Harashima, Tomizukava Fuduka đưa năm 1996: “ Cơ điện tử tích hợp chặt chẽ kỹ thuật khí với điện tử điều khiển máy tính thông minh thiết kế chế tạo sản phẩm quy trình cơng nghiệp.” Cùng năm Auslander Kempf đưa định nghĩa khác sau: “ Cơ điện tử áp dụng tổng hợp định tạo nên hoạt động hệ vật lý.” Năm 1997, Shetty lại quan niệm: “ Cơ điện tử phương pháp luận dùng để thiết kế Tối Ưu Hóa sản phẩm điện.” Và gần đây, Bolton đề xuất định nghĩa: “ Một hệ điện tử không kết hợp chặt chẽ hệ khí điện khơng đơn hệ điều khiển, tích hợp đầy đủ tất hệ trên.” Tất định nghĩa phát biểu Cơ điện tử xác đáng giàu thông tin, nhiên thân chúng, đứng riêng lẻ lại không định nghĩa đầy đủ thuật ngữ Cơ điện tử.” Hình 1.1 Cơ điện tử kết hợp robot tin học Cơ điện tử “liên kết cộng nhiều lĩnh vực để tạo sản phẩm có tính vượt trội” Sự liên kết cộng mang lại nhiều hội khơng thách thức cho phát triển điện tử Hay hiểu cách giản đơn: Cơ điện tử kết hợp phức hợp ngành khí, điện tử, tin học Sản phẩm điện tử có đặc trưng riêng ưu so với hệ thống cơng nghệ độc lập khác Hình 1.2 Kết cấu điện tử Sản phẩm Cơ điện tử sản phẩm cho người sử dụng cuối đồ dùng, thiết bị gia dụng chế tạo hàng loạt, sản phẩm chất lượng cao điện thoại thông minh, ôtô, máy bay, tên lửa, tàu vũ trụ, thiết bị y tế, phận thể nhân tạo thay cho người vv… Các sản phẩm thiết kế chế tạo cách tiện ích nhất, phù hợp với yêu cầu riêng cho người sử dụng người sử dụng không quan tâm đến công nghệ dùng mà họ mua dùng sản phẩm tốt hơn, kinh tế hơn, tiện dụng phù hợp với yêu cầu riêng Cơ điện tử định nghĩa sau: “Cơ điện tử lĩnh vực khoa học cơng nghệ hình thành từ cộng nhiều ngành khoa học cơng nghệ nhằm hồn thiện, thơng minh hoá tạo nên linh hồn cảm xúc cho sản phẩm công cụ phục vụ cho người” 1.1.2 Các thành phần hệ thống điện tử Hình 1.3 Sơ đồ hệ thống điện tử Thiết bị cơng nghệ khí: Đây cấu máy công tác, thực thao tác q trình cơng nghệ Cảm biến ( sensor ) Là thiết bị chuyển đổi lượng từ dạng qua dạng khác dùng để xác định giá trị đại lượng vật lý Ví dụ cảm biến vận tốc, cảm biến áp suất, cảm biến lưu lượng Cơ cấu chấp hành ( actuator) Đây thiết bị nhận nguồn lượng từ bên tác động vào thiết bị cơng nghệ sở tín hiệu điều khiển từ điều khiển Trong hệ thống điện tử thường gặp loại cấu chấp hành công tắc, động ( điện ) tịnh tiến động ( điện ) quay Bộ vi xử lý ( microprocessor) Dùng làm lõi cho điều khiển Cấu trúc gồm thành phần chính: tính tốn số học logic, điều khiển, ghi bus truyền thông Phần mềm điều khiển Phần mềm điều khiển thể thuật toán điều khiển có tác dụng cách thức hệ thống hoạt động 1.2.Hệ thống điện tử ô tô Hình 1.4 Hệ thống điện tử ô tô Hệ thống điện tử hệ thống thực việc điều khiển toàn động cơ, hệ thống truyền lực, hệ thống phanh hệ thống khác với độ xác cao ECU ( xử lý) Đây hệ thống điều khiển tôrng hợp hệ thống điều khiển ECU khác đảm bảo tính tơ Trong đó: EFI: Hệ thống phun xăng điện tử ESA: Hệ thống đánh lửa sớm điện tử ISC: Hệ thống điều khiển tốc độ không tải ECT: Hộp số tự động điều khiển điện tử ABS: Hệ thống phanh chống bó cứng TEMS: Hệ thống treo điều khiển điện tử TRC: Hệ thống chống trượt bánh xe A/C: Hệ thống điều hịa khơng khí 1.2.1.Các hệ thống điều khiển động a) Hệ thống phun xăng điện tử EFI Hình 1.5 Sơ đồ hệ thống EFI Một bơm nhiên liệu cung cấp đủ nhên liệu cung cấp đủ nhiên liệu áp suất khơng đổi đến vịi phun Các vòi phun phun lượng nhiên liệu định trước vào đường ống nạp theo tín hiệu từ ECU động ECU nhận tín hiệu từ nhiều cảm biến thông báo thay đổi chế độ hoạt động sau: Áp suất đường ống nạp hay khí nạp Góc quay trục khuỷu G, tốc độ động NE, tăng tốc, giảm tốc VTA, nhiệt độ nước làm mát THW, nhiệt độ khí nạp ECU sử dụng casc tín hiệu để xác định khoảng thời gian phun cần thiết nhằm đạt hịa khí với tỉ lệ tối ưu phù hợp điều kiện hoạt động động b) Đánh lửa sớm điện tử ESA Hình 1.6 Hệ thống ESA ECU lập trình với số liệu đảm bảo thời điểm đánh lửa tối ưu chế độ hoạt động động Dựa vào số liệu các biến theo dõi hoạt động động gửi về, ECU gửi tín hiệu điều khiển IGT( thời điểm đánh lửa ) đến IC đánh lửa để đánh lửa thời điểm xác Các tín hiệu sau: tốc độ động NE, góc quay trục khuỷu G, áp suất đường ống nạp PIM, lưu lượng khí nạp ( VS, KS VG) Nhiệt độ nước làm mát THW c) Điều khiển tốc độ khơng tải ISC Hình 1.7 Hệ thống ISE ECU lập trình với giá trị tốc độ động tiêu chuẩn tương ứng với điều kiện sau: nhiệt độ nước làm mát THW, điều hịa khơng bật hay tắt A/C Các cảm biến truyền dẫn tín hiệu đến ECU, điều khiển dịng khí van ISC, qua đường khí phụ điều chỉnh tốc độ không tải đến tiêu chuẩn d) Hệ thống chẩn đốn ECU động có hệ thống chẩn đốn ECU ln ln giám sát tín hiệu chuyển vào từ cảm biến khác Nếu phát cố với tín hiệu vào, ECU ghi cố dạng DTC (Mã chẩn đoán hư hỏng) làm sáng MIL (Đèn báo hư hỏng) Nếu cần ECU truyền tín hiệu DTC cách nhấp nháy đèn MIL hiển thị DTC liệu khác hình máy chẩn đoán cầm tay Các chức chẩn đoán phát DTC liệu cố máy chẩn đốn có dạng tiên tiến hoàn chỉnh cao hệ thống điện tử e) phanh ABS Kết mô a , Độ dịch chuyển khối lượng treo b , Gia tốc khối lượng treo Hình 2.12 Kết mơ độ êm dịu với hệ treo bán chủ động a , Độ dịch chuyển khối lượng không treo b , Gia tốc khối lượng khơng treo Hình 2.13 Kết mơ độ an tồn với hệ treo bán chủ động 2.3 Thiết kế hệ thống điều khiển hệ thống treo 2.3.1 Các linh kiện thiết kế a, Arduino UNO R3 Arduino UNO R3 kit Arduino UNO hệ thứ 3, với khả lập trình cho ứng dụng điều kiển phức tạp trang bị cấu hình mạnh cho loại nhớ Rom, Ram Flash, ngõ vào digital I/O có nhiều ngỡ có khả xuất tín hiệu PWM, ngõ đọc tín hiệu analag chuẩn giao tiếp đa dạng UART, SPI, TWI (I2C) Hình 2.14 Arduino UNO R3 Đặc tính: Vi điều khiển Điện áp hoạt động Tần số hoạt động Dòng tiêu thụ Điện áp vào khuyên dùng Điện áp vào giới hạn Số chân Digital I/O Số chân Analog Dòng tối đa chân I/O Dòng tối đa (5V) ATmega328 họ 8bit 5V DC (chỉ cấp qua cổng USB) 16 MHz khoảng 30mA 7-12V DC 6-20V DC 14 (6 chân hardware PWM) (độ phân giải 10bit) 30 mA 500 mA Dòng tối đa (3.3V) Bộ nhớ flash SRAM EEPROM 50 mA 32 KB (ATmega328) với 0.5KB dùng bootloader KB (ATmega328) KB (ATmega328) b, Mạch cảm biến tốc độ - Điếm phát xung Encoder Mạch cảm biến tốc độ Encoder bao gồm mắt phát mắt thu hồng ngoại đặt cách qua khe hở Khi ánh sáng từ mắt phát sang mắt thu (xun qua lỗ đĩa encoder) có tín hiệu mức cao phát khỏi chân out, bị che lại chân out phát mức tín hiệu thấp Hình 2.15 Modun cảm biến tốc độ Encoder ● ● ● ● ● ● ● ● Thông số kỹ thuật: Điện áp sử dụng: 3.3~5VDC Dòng sử dụng: 15mA Mức tín hiệu xuất raDigital: TTL Ngõ ra: Ananlog Digital Khoảng cách hai mắt phát thu: 5mm Sơ đồ chân: VCC: Cấp nguồn 3.3-5VDC GND: Cấp nguồn mass 0VDC DO: Xuất Digital Low (0VDC) High (3.3-5VDC) ● A0: Xuất Analog từ 0->3.3-5VDC c, Động Servo SG90 RC Hình 2.16 Động Servo Động RC Servo có kích thước nhỏ, loại sử dụng nhiều để làm mơ hình nhỏ cấu kéo không cần đến lực nặng, động RC Servo 9G có tốc độ phản ứng nhanh, bánh làm nhựa nên cần lưu ý nâng tải nặng làm hư bánh răng, động có tích hợp sẵn Driver điều khiển động bên nên dễ dàng điều khiển góc quay phương pháp điều độ rộng xung PWM ● ● ● ● ● Thông số kỹ thuật: Điện áp hoạt động: 4.8-5VDC Tốc độ: 0.12 sec/ 60 degrees (4.8VDC) Lực kéo: 1.6KG.CM Kích thước: 21x12x22mm Trọng lượng: 9g d, LCD 16x2 Hình 2.17 LCD 16x2 Màn hình LCD 16×2 linh kiện sử dụng rộng rãi trong dự án điện tử lập trình Thơng số kĩ thuật - Điện áp MAX : 7V - Điện áp MIN : - 0,3V - Hoạt động ổn định : 2.7-5.5V - Điện áp mức cao : > 2.4 - Điện áp mức thấp : =1000) { timeold=millis(); vantoc=(count/20)*4; count=0; } } void checkbutton() { if(digitalRead(btSport)==1 && digitalRead(btcomfort)==0 digitalRead(btauto)==0) {i=1;s="SPORT "; //myServo.write(60); gtchietap=analogRead(chietap); goc=map(gtchietap,0,1023,0,180);if(goc>=90)goc=90; && myServo.write(goc);} else if(digitalRead(btSport)==0 && digitalRead(btcomfort)==1 && digitalRead(btauto)==0) {i=1;s="COMPORT "; //myServo.write(120); gtchietap=analogRead(chietap); goc=map(gtchietap,0,1023,0,180);if(goc