(Đồ án tốt nghiệp) Nghiên cứu, thiết kế hệ thống điều khiển ga tự động CCS

(Đồ án tốt nghiệp) Nghiên cứu, thiết kế hệ thống điều khiển ga tự động CCS(Đồ án tốt nghiệp) Nghiên cứu, thiết kế hệ thống điều khiển ga tự động CCS(Đồ án tốt nghiệp) Nghiên cứu, thiết kế hệ thống điều khiển ga tự động CCS(Đồ án tốt nghiệp) Nghiên cứu, thiết kế hệ thống điều khiển ga tự động CCS(Đồ án tốt nghiệp) Nghiên cứu, thiết kế hệ thống điều khiển ga tự động CCS(Đồ án tốt nghiệp) Nghiên cứu, thiết kế hệ thống điều khiển ga tự động CCS(Đồ án tốt nghiệp) Nghiên cứu, thiết kế hệ thống điều khiển ga tự động CCS(Đồ án tốt nghiệp) Nghiên cứu, thiết kế hệ thống điều khiển ga tự động CCS(Đồ án tốt nghiệp) Nghiên cứu, thiết kế hệ thống điều khiển ga tự động CCS(Đồ án tốt nghiệp) Nghiên cứu, thiết kế hệ thống điều khiển ga tự động CCS

TRƯỜNG ĐẠI HỌC SƯ PHẠM KỸ THUẬT TP HỒ CHÍ MINH KHOA CƠ KHÍ ĐỘNG LỰC BỘ MƠN ĐIỆN TỬ Ô TÔ ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP Chuyên ngành: Công nghệ Kỹ thuật ô tô NGHIÊN CỨU, THIẾT KẾ HỆ THỐNG ĐIỀU KHIỂN GA TỰ ĐỘNG CCS SVTH: PHẠM THÀNH PHÚC MSSV: 14145201 SVTH: TĂNG BẢO LONG MSSV: 4145143 GVHD: THS VŨ ĐÌNH HUẤN Tp Hồ Chí Minh, tháng 07 năm 2018 LỜI CẢM ƠN Nhóm em xin gửi lời cảm ơn chân thành đến quý thầy môn điện ô tơ thầy khoa khí động lực trường Đại học Sư phạm Kỹ Thuật Thành phố Hồ Chí Minh, thầy tận tâm tiếp bước cho chúng em đường tìm đến tri thức Được truyền dạy nhiều kiến thức từ môn học đại cương đến môn chuyên ngành giúp chúng em học hỏi hiểu rõ nghề nghiệp chuyên ngành chúng em chọn Từ kiến thức tảng đến chuyên sâu giúp chúng em hoàn thành đồ án tốt nghiệp vững bước đường xây dựng hoàn thiện thân, hành trang vững vàng để chúng em bước vào đời Hơn hết nhóm chúng em gửi lời cảm ơn chân thành đến Thạc sĩ Giảng viên Vũ Đình Huấn -Giảng viên hướng dẫn đề tài, người thầy tận tâm công việc, hết lòng hướng dẫn, bảo kịp thời, tạo điều kiện, động viên giúp đỡ chúng em nhiều mặt tinh thần kiến thức để chúng em vượt qua thách thức khó khăn việc thực hiện đồ án tốt nghiệp Bên cạnh chúng em xin gửi lời cảm ơn tới gia đình, bạn bè hết lịng ủng hộ, giúp đỡ góp ý cho nhóm em suốt q trình thực hiện Mặc dù cố gắng học tập nhiều, kiến thức thời gian nghiên cứu có hạn nên thành đạt khơng tránh khỏi sai sót Do chúng em kính mong nhận đóng góp, dạy q thầy để chúng em hồn thiện đồ án tốt Nhóm chúng em xin chân thành cảm ơn Tp Hồ Chí Minh, ngày … tháng năm 2018 Nhóm sinh viên thực hiện PHẠM THÀNH PHÚC TĂNG BẢO LONG vii TĨM TẮT  Tóm tắt Hiện nay, Với cách mạng công nghiệp 4.0 tiến công nghệ thông tin vượt bậc ngày Việc ứng dụng điện- điện tử, công nghệ thông tin ô tô để thay cấu điều khiển khí sơ khai, phát triển thêm hệ thống an toàn tiện nghi cho người hướng phát triển quan trọng Trong sốnhững hệ thống an toàn tiện nghi quan trọng tơ có Hệ thống Điều khiển ga tự động (Cruise control system) hệ thống tiện nghi phục vụ cho người lái xe thoải mái quảng đường dài Sau thời gian tìm hiểu, nhóm chúng em định chọn đềtài : “Hệ thống điều khiển ga tự động” để nghiên cứu, thiết kế mơ hình hoạt động hệ thống để thực hiện tập đồ án  Nội dung Những kiến thức điều khiển tự động, vi xử lý, lý thuyết Hệ thống Điều khiển ga tự động chúng em học kết hợp với tìm hiểu liệu hãng tơvà mạng internet để vận dụng vào trình nghiên cứu thiết kế xây dựng mơ hình đồ án Sử dụng phận khí chấp hành hệ thống có sẵn tơ, board mạch ARDUINO MEGA2560, phần mềm MATLAB SIMULINK, để nghiên cứu viết lại chương trình điều khiển CCS, mơ q trình hoạt động hệ thống mơ hình viii Hình Hoạt động hệ thống CCS  Thu số kết Hiểu rõ nguyên lý hoạt động, cách vận hành, ưu nhược điểm Hệ thống Mơ hình mơ hoạt động hệ thống, đáp ứng nhu cầu nghiên cứu giảng dạy Hình Mơ hình hồn chỉnh Lập trình thành cơng chương trình điều khiển hồi đáp hoàn chỉnh MATLAB SIMULINK ix Hình Chương trình điều khiển Hệ thống CCS ĐỊnh hướng nghiên cứu phát triển hệ thống lên ACCS thời gian tới, tiến gần đến việc nghiên cứu xe tự hành Hình Adaptive Cruise Control x MỤC LỤC LỜI CẢM ƠN vii TÓM TẮT viii MỤC LỤC xi DANH MỤC CÁC TỪ VIẾT TẮT VÀ KÍ HIỆU xv DANH MỤC CÁC HÌNH xvi DANH MỤC CÁC BẢNG xx Chương 1: TỔNG QUAN ĐỀ TÀI 1.1 TÌNH HÌNH NGHIÊN CỨU ĐỀ TÀI 1.2 TÍNH CẤP THIẾT CỦA ĐỀ TÀI 1.3 MỤC TIÊU CỦA ĐỀ TÀI: 1.4 PHƯƠNG PHÁP VÀ PHẠM VI NGHIÊN CỨU: 1.4.1 Phương pháp nghiên cứu 1.4.2 Phạm vi nghiên cứu: 1.5 QUÁ TRÌNH HÌNH THÀNH VÀ PHÁT TRIỂN CỦA HỆ THỐNG ĐIỀU KHIỂN GA TỰ ĐỘNG (CCS) 1.6 GIỚI THIỆU VỀ CÁC LOẠI BỘ CHẤP HÀNH CCS Chương NGHIÊN CỨU LÝ THUYẾT 2.1 KẾT CẤU VÀ NGUYÊN LÝ HOẠT ĐỘNG CỦA CÁC BỘ PHẬN 2.1.1 Các phận cấu thành hệ thống CCS: 2.1.2 Công tắc điều khiển 2.1.3 Cảm biến tốc độ xe 2.1.4 Các công tắc hủy: 16 2.1.5 Công tắc phanh tay 16 2.1.6 Công tắc khởi động trung gian (kiểu xe A/T) 17 xi 2.1.7 Công tắc ly hợp (kiểu xe M/T) 18 2.1.8 Công tắc đèn phanh 18 2.1.9 ECU điều khiển chạy tự động 19 2.1.10 Bộ chấp hành 19 2.1.11 Cảm biến vị trí bướm ga 26 2.2 CHỨC NĂNG CỦA HỆ THỐNG CCS 27 2.2.1 Chức điều khiển tốc độ không đổi 27 2.2.2 Chức cài đặt tốc độ (Set) 27 2.2.3 Chức tăng tốc(Acc) 28 2.2.4 Chức giảm tốc(Coast) 28 2.2.5 Chức phục hồi (Resume) 29 2.2.6 Chức điều khiển giới hạn tốc độ thấp 29 2.2.7 Chức điều khiển giới hạn tốc độ cao 29 2.2.8 Chức hủy thường 29 2.2.9 Chức hủy tự động 30 2.2.10 Chức chẩn đoán 31 2.2.11 Chức kiểm tra tín hiệu vào 32 2.3 CẢI TIẾN CỦA HỆ THỐNG ĐIỀU KHIỂN GA TỰ ĐỘNG CCS 33 2.3.1 Hệ thống ACCS 33 2.3.2 Hệ thống ACCS stop and go 35 2.4 GIỚI THIỆU VỀ MATLAB SIMULINK VÀ BOARD MẠCH ARDUINO MEGA 2560 R3 36 2.4.1 Giới thiệu phần mềm matlab simulink 36 2.4.2 Giới thiệu board mạch arduino mega 2560 R3 37 xii Chương 3: NGHIÊN CỨU THUẬT TOÁN ĐIỀU KHIỂN CCS VÀ ỨNG DỤNG PHẦN MỀM MATLAB SIMULINK TRONG LẬP TRÌNH CCS ECU 39 3.1 NGHIÊN CỨU THUẬT TOÁN ĐIỀU KHIỂN CCS 39 3.1.1 Sơ đồ nguyên lý 39 3.1.2 Thuật toán điều khiển CCS 40 3.1.3 Thuật toán giải thuật PID 42 3.2CHƯƠNG TRÌNH ĐIỀU KHIỂN CCS BẰNG SIMUNLINK 44 3.2.1 Cụm tín hiệu SWITCHES SENSORS 44 3.2.2 Cụm ENABLE/SETPIONT 46 3.2.3 Cụm PID &CONTROLER BLOCK 47 3.2.4 Cụm điều khiển Bộ chấp hành 48 3.2.5 Cụm cảm biến vị trí bướm ga motor mơ tốc độ xe 49 3.2.6 Các BLOCK hiển thị báo hiệu 49 Chương 4: THIẾT KẾ THI CƠNG MƠ HÌNH HỆ THỐNG CCS 51 4.1 BỘ CHẤP HÀNH 51 4.2 CÔNG TẮC ĐIỀU KHIỂN 52 4.3 CỤM PEDAL BƯỜM GA 53 4.4 CÁC CÔNG TẮC HỦY 54 4.5 ĐÈN BÁO VÀ GIẮC KIỂM TRA 54 4.6 ECU ĐIỀU KHIỂN GA TỰ ĐỘNG: 54 4.7 MOTOR MÔ PHỎNG TỐC ĐỘ XE 55 4.8 THIẾT KẾMƠ HÌNH 56 Chương 5: THỬ NGHIỆM VÀ ĐÁNH GIÁ KẾT QUÁ 58 Chương 6: KẾT LUẤN VÀ ĐỊNH HƯỚNG PHÁT TRIỂN ĐỀ TÀI 61 xiii 6.1 NHỮNG THÀNH QUẢ THU ĐƯỢC 61 6.2 HẠN CHẾ CỦA ĐỀ TÀI 61 6.3 ĐỊNH HƯỚNG PHÁT TRIỂN ĐỀ TÀI 61 TÀI LIỆU THAM KHẢO 62 PHỤ LỤC 63 xiv DANH MỤC CÁC TỪ VIẾT TẮT VÀ KÍ HIỆU CCS : Cruise Control System (Hệ thống điều khiển ga tự động) ACCS : Adaptive Cruise control system (Hệ thống điều khiển ga tự động đáp ứng) CCS ECU: Cruise Control System Electronic Control Unit (Bộ điều khiển điện tử hệ thống điều khiển ga tự động ) ECTS-i: Electronic Throttle Control System – Intelligent (Hệ thống bướm ga thông minh) xv VC: 5V ; VTA: giá trị điện áp chạy từ 0V đến 5V theo vị trí bướm ga; E2 chân mass 4.4 CÁC CƠNG TẮC HỦY Gồm có cơng tắc hủy: Tương ứng người lái đạp phanh; đạp ly hợp xe số thường vị trí cần số số trung gian xe số tự động; kéo phanh tay chế độ CCS tự hủy Hình 4.5 Các cơng tắc hủy 4.5 ĐÈN BÁO VÀ GIẮC KIỂM TRA Gồm đèn báo :CCS, Brake Clutch.khi người điều khiển nhấn cơng tắc đèn CCS màu xanh sáng lên báo chế độ CCS thiết lập, tương ứng người điều khiển đạp phanh, kéo phanh tay hay đạp ly hợp đèn brake, clutch tương ứng sáng lên báo chế độ CCS hủy Giắc kiểm tra cải biên thành cổng giao tiếp USB kết nối trực tiếp với máy vi tính để chẩn đốn, kiểm tra lỗi code Ngồi ta theo dõi trạng thái hoạt động hệ thống CCS hình LCD Hình 4.6 LCD hiển thị dãy đèn báo 54 4.6 ECU ĐIỀU KHIỂN GA TỰ ĐỘNG: ECU điều khiển ga tự động nhận tín hiệu từ cảm biến tốc độ xe công tắc khác, đồng thời xử lý chúng theo chương trình nạp trước Dựa tín hiệu này, ECU gửi tín hiệu điều khiển đến motor ly hợp từ chấp hành ECU gồm chân: B, Batt, STP-, CMS, CCS, TC, PI, SPD, N&C, IDL, ECT, OD, MC, MO, VR1, VR2, VR3, L, L-, GND 4.7 CẢM BIẾN TỐC ĐỘ Ở mơ hình người làm sử dụng cảm biến điện từ quay nhờ motor mơ qua xuất tín hiệu xung cho ECU CCS Giá trị điện áp chân: B+ : 5V SPD : tín hiệu xung 0V 5V cảm biến hoạt động Hình 4.7 Cảm biến tốc độ 55 4.8THIẾT KẾ MƠ HÌNH Khung mơ hình làm sắt mạ kẽm 20×20 mm dày 1,4mm Hình 4.8 Khung mơ hình Mơ gá lắp hệ thống lên bề mặt khung Hình 4.9Mơ hình mơ gá lắp 56 Mơ hình sau gá lắp hồn chỉnh Hình 4.10 Mơ hình hồn chỉnh 57 Chương 5: THỬ NGHIỆM VÀ ĐÁNH GIÁ KẾT QUÁ  Hoàn thành chương trình điều khiển hệ thống CCS Simulink  Hoạt động tất chế độ Chế độ cài đặt ban đầu(SET) Hình 5.1 Hệ thống CCS trạng thái hoạt động Trong trình hoạt động ta tăng giảm vận tốc mong muốn dễ dàng cách điều khiển công tắc điều khiển CCS theo vị trí hoạt động khác Chế độ tạm ngưng(CANCEL) Hình 5.2 Hệ thống CCS trạng thái “CANCEL” Ở chế độ vận tốc cài đặt trước tạm ngưng lưu vào nhớ ECU 58 CCS, vận tốc cài đặt kích hoạt trở lại thực hiện thao tác phục hồi (RESUME) Chế độ phục hồi (RESUME) Hình 5.3 Hệ thống CCS trạng thái “RESUME” Tốc độ cài đặt phục hồi từ ECU CCS Điều kiện để sử dụng chế độ RESUME vận tốc xe phải lớn 40 km/h Chế độ tăng tốc (ACC) Hình 5.4 Đồ thị đáp ứng tăng tốc độ 59 Chế độgiảm tốc (COAST) Hình 5.5 Đồ thị đáp ứng giảm tốc độ Tốc độ đáp ứng ổn định khoảng :40 km/h đến 130km/h với độ sai lệch so với tốc độ cài đặt khoảng ±2km Các chế độ tăng tốc giảm tốc hoạt động tốt Nhưng dãy tốc độ đáp ứng cịn nhảy bậc, chưa mơ hoàn toàn giống với tốc độ thực tế ô tô 60 Chương 6: KẾT LUẤN VÀ ĐỊNH HƯỚNG PHÁT TRIỂN ĐỀ TÀI 6.1NHỮNG THÀNH QUẢ THU ĐƯỢC  Nắm vững việc vận dụng thuật toán PID điều khiển tốc độ xe  Nắm kiến thức bảng sử dụng Matlab Simulink lập trình cho ECU CCS  Được thực hành hàn, sơn khung mơ hình  Nghiên cứu lý thuyết Cruise control bước phát triển hệ thống  Mô hệ thống hoạt động khác nhiều chế độ hoạt động  Board mạch hoạt động tương đối ổn định  Học thêm nhiều kiến thức điện tử, công nghệ thông tin, hoạt động board mạch ARDUINO MEGA 2560 R3 6.2 HẠN CHẾ CỦA ĐỀ TÀI  Tḥt tốn mơ MATHLAB SIMULINK cịn dài dịng, chưa đưa tốc độ đáp ứng hồn tồn với tốc độ mong muốn  Hệ thống chưa thử nghiệm xe thực tế  Chưa mô đầy đủ trường hợp xảy xe vận hành  Mơ hình chưa tích hợp cảm biến LIDAR RADAR nên hệ thống chưa đạt đến mức chủ động đáp ứng  Cảm biến thu tín hiệu cịn nhiễu  Motor mơ tốc độ xe không mong muốn 6.3 ĐỊNH HƯỚNG PHÁT TRIỂN ĐỀ TÀI  Tích hợp thêm cấu khác ABS; bướm ga điện tử, bảng tap lô hiển thị để việc điều khiển thực tế  Thử nghiệm mơ hình hệ thống xe tô  Phát triển lên hệ thống điều khiển ga tự động chủ động đáp ứng  Tiến hành đánh giá thử nghiệm phần mềm giả lập 61 TÀI LIỆU THAM KHẢO [1] Đỗ Văn Dũng, Hệ thống điện thân xe điều khiển tự động ô tô, Trường Đại học Sư phạm kỹ thuật TP Hồ Chí Minh, 2007 [2] Nguyễn Thị Phương hà, Lý thuyết điều khiển đại, NXB ĐHQG TP Hồ Chí Minh, 2009 [3] TS Trương Đình Nhơn, KS Phạm Quang Huy, Hướng dẫn sử dụng ARDUINO, NXB Thanh Niên, 2017 [4]https://en.wikipedia.org/wiki/Cruise_control [5]https://patentimages.storage.googleapis.com/28/aa/35/edf861a5a76094/US567865 0.pdf [6]http://sunnyday.mit.edu/safetyclub/workshop5/Adaptive_Cruise_Control_Sys_Ove rview.pdf [7] https://www.mathworks.com/videos/teaching-state-machines-and-control-logicwith-simulink-and-stateflow-part-181711.html?elqsid=1521038977019&potential_use=Student [8] https://www.oto-hui.com/diendan/threads/tim-hieu-cam-bien-toc-do-xe-vehiclespeed-sensor.111689/ [9]https://www.automotiveworld.com/news-releases/bosch-acc-automaticallymaintains-right-distance/ [10] https://www.youtube.com/watch?v=BT2fN0niYW0 [11] https://www.youtube.com/watch?v=wkBCARbdTEA [12] https://www.youtube.com/watch?v=bp4Q_tLnayw 62 PHỤ LỤC SƠ ĐỒ MẠCH ĐIỆN HỆ THỐNG CCS TRÊN XE TOYOTA CORALLA 1996 Hình 7.1 Sơ đồ mạch điện hệ thống ccs xe toyota coralla 1996 63 SƠ ĐỒ MẠCH ĐIỆN TRÊN MƠ HÌNH NGHIÊN CỨU Hình 7.2 Sơ đồ mạch điện thực tế mơ hình nghiên cứu 64 CÁCH CÀI THƯ VIỆN ARDUINO VÀO THƯ VIỆN MATLAB SIMULINK  Bước 1: Chọn “Add-Ons” Hình 7.3 Cửa sổ giao diện MATLAB  Bước : Chọn thư viện “Simulink Support Package for Arduino Hardware” Hình 7.4 Giao diện trang “Add-Ons”  Bước 3: Chọn “Install” 65 Hình 7.5 Cách cài đặt thư viện ARDUINO  Bước 4: Chọn “ I Accept” sau “ Next” đợi hoàn tất  Cuối vào thư viện SIMULINK xuất hiên khối hỗ trợ ARDUINO CÁCH XUẤT CODE SIMULINK  Bước 1: Chọn “Open Model Report” Hình 7.6 Chọn “Open Model Report”  Bước 2: Chọn file chứa code cần tìm “OK” Hình 7.7 Chọn file chứa code cần tìm 66 67 ... để nghiên cứu, thiết kế mô hình hoạt động hệ thống để thực hiện tập đồ án  Nội dung Những kiến thức điều khiển tự động, vi xử lý, lý thuyết Hệ thống Điều khiển ga tự động chúng em học kết... CÁC TỪ VIẾT TẮT VÀ KÍ HIỆU CCS : Cruise Control System (Hệ thống điều khiển ga tự động) ACCS : Adaptive Cruise control system (Hệ thống điều khiển ga tự động đáp ứng) CCS ECU: Cruise Control System... hệ thống tương lai gần 1.4.2 Phạm vi nghiên cứu:  Thiết kế thi cơng mơ hình hệ thống điều khiển ga tự động  Đọc xử lý tín hiệu điều khiển, tín hiệu từ cảm biến tốc độ xe  Mô điều khiển