(Đồ án tốt nghiệp) Thiết kế chế tạo mô hình đo độ rơ vô lăng tự động

(Đồ án tốt nghiệp) Thiết kế chế tạo mô hình đo độ rơ vô lăng tự động(Đồ án tốt nghiệp) Thiết kế chế tạo mô hình đo độ rơ vô lăng tự động(Đồ án tốt nghiệp) Thiết kế chế tạo mô hình đo độ rơ vô lăng tự động(Đồ án tốt nghiệp) Thiết kế chế tạo mô hình đo độ rơ vô lăng tự động(Đồ án tốt nghiệp) Thiết kế chế tạo mô hình đo độ rơ vô lăng tự động(Đồ án tốt nghiệp) Thiết kế chế tạo mô hình đo độ rơ vô lăng tự động(Đồ án tốt nghiệp) Thiết kế chế tạo mô hình đo độ rơ vô lăng tự động(Đồ án tốt nghiệp) Thiết kế chế tạo mô hình đo độ rơ vô lăng tự động(Đồ án tốt nghiệp) Thiết kế chế tạo mô hình đo độ rơ vô lăng tự động(Đồ án tốt nghiệp) Thiết kế chế tạo mô hình đo độ rơ vô lăng tự động(Đồ án tốt nghiệp) Thiết kế chế tạo mô hình đo độ rơ vô lăng tự động(Đồ án tốt nghiệp) Thiết kế chế tạo mô hình đo độ rơ vô lăng tự động(Đồ án tốt nghiệp) Thiết kế chế tạo mô hình đo độ rơ vô lăng tự động(Đồ án tốt nghiệp) Thiết kế chế tạo mô hình đo độ rơ vô lăng tự động(Đồ án tốt nghiệp) Thiết kế chế tạo mô hình đo độ rơ vô lăng tự động(Đồ án tốt nghiệp) Thiết kế chế tạo mô hình đo độ rơ vô lăng tự động(Đồ án tốt nghiệp) Thiết kế chế tạo mô hình đo độ rơ vô lăng tự động(Đồ án tốt nghiệp) Thiết kế chế tạo mô hình đo độ rơ vô lăng tự động(Đồ án tốt nghiệp) Thiết kế chế tạo mô hình đo độ rơ vô lăng tự động

TRƯỜNG ĐẠI HỌC SƯ PHẠM KĨ THUẬT THÀNH PHỐ HỒ CHÍ MINH KHOA CƠ KHÍ ĐỘNG LỰC ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP Chuyên ngành: Công nghệ Kỹ thuật ô tô Tên đề tài THIẾT KẾ CHẾ TẠO MÔ HÌNH ĐO ĐỘ RƠ VÔ LĂNG TỰ ĐỘNG SVTH: ĐÀO PHÚ CƯỜNG MSSV: 14145020 SVTH: TRẦN MINH THÔNG MSSV: 14145279 GVHD: ThS LÊ QUANG VŨ LỜI CẢM ƠN Trong trình thực hiện đồ án tốt nghiệp, chúng em gặp khơng khó khăn vì kiến thức lý thút cịn hạn chế, kinh nghiệm thiết kế cịn ít, việc vận dụng kiến thức học vào thực tế chưa th̀n thục Thế nhưng, chúng em ln có sự hỗ trợ nhiệt tình từ quý thầy cô khoa Cơ Khí Đợng Lực, với sự giúp đỡ chân thành bạn bè Chính điều tạo điều kiện cho chúng em hoàn thành đồ án này Nay chúng em xin gởi lời cảm ơn sâu sắc tới: - Giảng viên Th.S Lê Quang Vũ tận tình bảo, hướng dẫn, động viên cho chúng em suốt trình làm đồ án Với kinh nghiệm thiết thực mình, thầy giúp chúng em nhận hạn chế, khắc phục sai sót, có cách làm, bước hợp lý - Tất quý thầy khoa Cơ khí Đợng Lực tạo điều kiện, hỗ trợ kiến thức, kinh nghiệm cho chúng em thực hiện đồ án Chúng em xin chân thành cảm ơn ! Sinh viên thực hiện Đào Phú Cường Trần Minh Thông i TÓM TẮT I Tên đề tài “ Thiết kế chế tạo mô hình đô độ rơ vô lăng tự động” II Thời gian và địa điểm • Thời gian: 27/3/2018 – 23/7/2018 • Địa điểm: tại xưởng thực tập Bộ môn điện tử ô tô, Khoa Cơ Khí Đợng Lực Trường Đại Học Sư Phạm Kỹ Tḥt Tp Hồ Chí Minh III Mục đích đề tài • Nghiên cứu, tìm hiểu phương pháp đo độ rơ vơ lăng hiện từ áp dụng lập trình vi xử lý thực hiện đo độ rơ vô lăng tự đợng • Thiết kế chế tạo mơ hình đo đợ rơ vơ lăng tự đơng, từ áp dụng tại trạm đăng kiểm ô tô IV Phương tiện • Phương tiện lý thuyết: - Tra cứu tài tiệu máy tính, sách, báo… - Nghiên cứu lập trình vi xử lý cho Arduino • Phương tiện thực hành: V - Các thiết bị khí như: máy hàn, máy cắt, … - Các dụng cụ xưởng thực tập Kết • Nhóm nghiên cứu và chế tạo mô hình đo độ rơ vô lăng tự đợng cịn sai số định • Nhóm biên soạn mợt tập thút minh sở lý thuyết phương pháp đo độ rơ vô lăng khái quát mô hình đo đợ rơ vơ lăng tự đợng • Mơ hình cịn tiếp tục phát triển kết đo xác để áp dụng vào trạm đăng kiểm ô tô ii MỤC LỤC LỜI CẢM ƠN i TÓM TẮT ii MỤC LỤC iii DANH MỤC CÁC CHỮ VIẾT TẮT VÀ KÝ HIỆU v DANH MỤC CÁC HÌNH vi DANH MỤC CÁC BẢNG viii PHẦN I 1-1 Lý chọn đề tài 1-2 I II Mục tiêu và phạm vi nghiên cứu 1-2 III Phương pháp nghiên cứu 1-2 IV Phạm vi ứng dụng 1-3 PHẦN II…………………………………………………………………………………1-4 Chương CƠ SỞ LÝ THUYẾT 1-5 1.1 Giới thiệu chung Adruino 1-5 1.2 Giới thiệu board Arduino Nano 1-5 1.3 Giới thiệu module cầu H VNH2SP30 30A 1-7 1.3.1 Mạch cầu H ? 1-7 1.3.2 Mạch cầu H sử dụng rờ le 1-8 1.4 Giới thiệu cảm biến khoảng cách ToF Laser Radar VL53L0X 1-11 1.5 Giới thiệu LCD 20x4 và module I2C 1-13 1.6 Giới thiệu incremental rotary encoder 1-15 1.7 Giới thiệu động điện một chiều 1-17 1.8 Giới thiệu Arduino IDE ngơn ngữ lập trình cho Arduino 1-19 1.9 Giới thiệu thực hiện đo độ rơ vô lăng đăng kiểm xe giới 1-20 1.10 Nguyên lý việc đo độ rơ vô lăng 1-21 1.11 Các bước đo độ rơ vô lăng thủ công hiện nay: 1-23 1.12 nguyên nhân dẫn đến vô lăng bị rơ………………………… ……………1-26 1.13 Những nguy tai nạn hệ thống lái bị rơ 1-25 iii 1.14 Kiểm tra khắc phục độ rơ vô lăng 1-26 Chương MÔ HÌNH HÓA HỆ THỐNG ĐO ĐỘ RƠ VÔ LĂNG TỰ ĐỘNG 2-27 2.1 Khái qt mơ hình hóa 2-27 2.2 Thiết kế cấu khí 2-27 2.2.1 Giới thiệu phần mềm thiết kế 2-27 2.2.2 Thiết kế cấu giá đỡ 2-28 2.2.3 Thiết kế câu vô lăng 2-30 2.2.4 Thiết kế giá đỡ cảm biến 2-35 2.2.5 Cơ cấu khí hoàn chỉnh mơ hình đo đợ rơ vô lăng tự động xe giới và phương chiều chuyên động bộ phận 2-36 2.2.6 Tiến hành chế tạo mơ hình thực tế cấu đo đợ rơ vô lăng 2-39 2.3 Thử nghiệm, kiểm tra và lắp đặt mạch điện 2-43 2.3.1 Thử nghiệm linh kiện và cảm biến 2-43 2.3.2 Lắp đặt mạch điện 2-47 2.4 Thực nghiệm hệ thống đo độ rơ vô lăng tự động một số loại xe 2-50 2.4.1 Xe Toyota Vios 2-50 2.4.2 Xe Mercedes ML350 (màu xám) 2-56 2.4.3 Xe Mercedes ML350 (màu đen) 2-59 2.5 Độ tin cậy hệ thống 2-66 2.5.1 Khái niệm phương sai và độ lệch chuẩn [3] 2-66 2.5.2 Xác định độ tin cậy trình đo 2-67 Chương KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ 3-68 3.1 Kết luận 3-68 3.2 Kiến nghị 3-68 iv DANH MỤC CÁC CHỮ VIẾT TẮT VÀ KÝ HIỆU I2C Inter-Intergrated Circuit MOSFET Metal-Oxide Semiconductor Field-Effect Transistor DC Direct Current v DANH MỤC CÁC HÌNH Hình 1.1 Board Adruino Nano 1-6 Hình 1.2 Mạch cầu H 1-7 Hình 1.3 Nguyên lý mạch cầu H 1-8 Hình 1.4 Cấu tạo rờ le 1-8 Hình 1.5 Mạch cầu H sử dụng rờ le 1-9 Hình 1.6 Sơ đồ mạch điện module cầu H VNH2SP30 1-10 Hình 1.7 Module cầu H VNH2SP30 1-11 Hình 1.8 Cảm biến đo khoảng cách ToF laser radar VL53LOX 1-11 Hình 1.9 Màn hình LCD 20x4 1-13 Hình 1.10 Module I2C 1-14 Hình 1.11 Các IC giao tiếp với qua chuẩn I2C 1-15 Hình 1.12 sau hàn chân cảu LCD với module I2C 1-15 Hình 1.13 Incremental rotary encoder và đĩa quay 1-16 Hình 1.14 Ngun lý hoạt đợng incremental rotary encoder 1-16 Hình 1.15 Tín hiệu incremental rotary encoder xuất 1-17 Hình 1.16 Cấu tạo động điện một chiều 1-18 Hình 1.17 Nguyên lý hoạt động động điện một chiều 1-18 Hình 1.18 Giao diện phần mềm lập trình Arduino IDE 1-20 Hình 1.19 Nguyên lý đo độ rơ vô lăng 1-21 Hình 1.20 sự di chuyển một điểm vô lăng 1-22 Hình 1.21 Kiểm tra độ rơ ngang vô lăng 1-23 Hình 1.22 Sơ đồ khối hệ thống 1-24 Hình 2.1 Môi trường giao tiếp SolidWorks 2-28 Hình 2.2 Hình chiếu mặt giá đỡ 2-29 Hình 2.3 Cơ cấu giá đỡ mô phỏng 2-30 Hình 2.4 Bộ phận định vị cấu gá vô lăng 2-31 Hình 2.5 Bộ phận nối trục motor với cấu gá 2-32 Hình 2.6 Ba mặt chiếu cấu gá vô lăng 2-33 Hình 2.7 Cơ cấu gá vô lăng 2-34 vi Hình 2.8 Ba mặt chiếu bộ phận gá cảm biến laser 2-35 Hình 2.9 Bộ phận gá cảm biến laser 2-36 Hình 2.10 Mô hình đo độ rơ vô lăng mô phỏng 2-37 Hình 2.11 Sơ đồ khối đường truyền moment từ động đến vô lăng 2-38 Hình 2.12 cấu gá vô lăng 2-40 Hình 2.13 cấu giá đỡ 2-41 Hình 2.14 Bộ phận gá cảm biến và hộp điều khiển 2-42 Hình 2.15 Giá trị góc trả từ cảm biến 2-43 Hình 2.16 Giá trị cảm biến gia tốc mpu 6050 gá lên tâm bánh xe 2-44 Hình 2.17 Tín hiệu trả từ cảm biến siêu âm 2-44 Hình 2.18 Tín hiệu trả từ cảm biến siêu âm qua bộ lọc Kalman 2-45 Hình 2.19 Tín hiệu trả từ cảm biến laser 2-46 Hình 2.20 Tín hiệu trả từ cảm biến sau qua bộ lọc Kalman 2-46 Hình 2.21 Tín hiệu cảm biến trả bánh xe có sự dịch chuyển 2-47 Hình 2.22 Mạch xử lý 2-48 Hình 2.23 Lưu đồ tḥt tốn tìm biên đợ khoảng cách 2-49 Hình 2.24 Cơ cấu gá vào vô lăng 2-50 Hình 2.25 Cơ cấu giá đỡ gá vào vô lăng 2-51 Hình 2.26 Đặt cảm biến gần bánh xe dẫn hướng 2-52 Hình 2.27 Kết đo độ rơ vô lăng 2-53 Hình 2.28 Toan cảnh hệ thống gá vào xe Mercedes ML350 2-56 Hình 2.29 Cơ cấu gá vào vô lăng xe Mercedes ML350 2-57 Hình 2.30 Hệ thống gá vào Mercedes ML350 (màu đen) 2-60 Hình 2.31 Toàn cảnh hệ thống thực nghiệm xe Mercedes c280 2-63 Hình 2.32 Kết thử nghiệm xe Mercedes c280 2-64 vii DANH MỤC CÁC BẢNG Bảng 1.1: Thông số kỹ thuật mạch Arduino Uno R3 1-6 Bảng 2.1 Sơ đồ kết nối chân linh kiện hệ thống 2-48 Bảng 2.2 Kết lần đo độ rơ vô lăng xe Toyota vios 2-54 Bảng 2.3 Kết lần đo xe Mercedes ML350 (màu xám) 2-58 Bảng 2.4 Kết lần đo độ rơ vô lăng xe Mercedes ML350 (màu đen) 2-61 Bảng 2.5 Kết lần đo độ rơ vô lăng xe Mercedes c280 2-65 viii 2.4.3.1 Xe Mercedes c280 Hình 2.31 Toàn cảnh hệ thống thực nghiệm xe Mercedes c280 2-63 Hình 2.32 Kết thử nghiệm xe Mercedes c280 2-64 Bảng 2.5 Kết lần đo độ rơ vô lăng xe Mercedes c280 Lần đo Kết Lần đo Kết 6.2 26 6.2 6.2 27 6.2 6.2 28 6.2 7.5 29 7.5 7.5 30 7.5 7.5 31 10 10 32 5.2 10 33 5.2 8.6 34 5.2 10 5.2 35 7.5 11 5.2 36 7.5 12 5.2 37 6.2 13 5.2 38 6.2 14 8.6 39 6.2 15 8.6 40 16 6.2 41 6.2 17 6.2 42 6.2 18 6.2 43 6.2 19 6.2 44 7.5 20 6.2 45 7.5 21 7.5 46 7.5 22 7.5 47 5.5 23 6.2 48 5.5 24 7.5 49 5.5 25 7.5 50 6.2 Trung bình 6.79 Phương sai 1.6 Độ lệch chuẩn 1.27 2-65 ❖ Nhận xét: • Qua kết thử nghiệm từ số liệu cho thấy: - Với độ lệch chuẩn là 1.27o so với giá trị trung bình từ lần là 6.79o cho thấy hệ thống kết luận xe này có độ rơ nằm khoảng quy định nhà nước - Từ kết thực nghiệm bảng ta có: o Đợ lệch chuẩn tương đối = Đợ lệch chuẩn/Giá trị trung bình = 1.27/6.79= 0.1865=18.65% o Hệ thống hoạt động ổn định thực nghiệm xe này 2.5 Độ tin cậy hệ thống 2.5.1 Khái niệm phương sai và độ lệch chuẩn [3] Phương sai một bảng số liệu là thông số đặc trưng cho độ phân tán số liệu so với số trung bình chúng Kí hiệu phương sai là Sx2 và tính cơng thức m S =  (X i − X tb ) m i =1 x (2.1) Trong • Sx2 : Phương sai số liệu tốc độ thực tế và tốc đợ mơ phỏng • m : Số lượng giá trị thu thập tốc độ thực tế và tốc đợ mơ phỏng • Xi : Chênh lệch tốc độ thực tế và tốc độ mô phỏng thứ i • Xtb : Chênh lệch trung bình tốc độ thực tế và tốc độ mô phỏng Độ lệch chuẩn hay độ lệch tiêu chuẩn (Standard Deviation) là một đại lượng thống kê dùng để đo mức độ phân tán một tập liệu lập thành bảng tần số Nó cho thấy sự chênh lệch giá trị điểm đánh giá so với giá trị trung bình Kí hiệu đợ lệch chuẩn là Sx và ta tính đợ lệch chuẩn cách lấy bậc hai phương sai công thức (2.18) 2-66 S x = S x2 (2.2) Trong • Sx : Đợ lệch chuẩn • Sx2 : Phương sai 2.5.2 Xác định độ tin cậy quá trình đo Dựa vào hai công thức (2.1), (2.1) và bảng số liệu ta tính phương sai và độ lệch chuẩn trình mô phỏng thơng số thực tế • Phương sai Sx2 • Đợ lệch chuẩn Sx Trong thực tế để đánh giá đợ xác mợt phép đo, người ta dùng đại lượng độ lệch chuẩn tương đối, tỉ lệ càng nhỏ phép đo càng xác Từ kết thực nghiệm bảng ta có: ❖ Xe Toyota Vios • Đợ lệch chuẩn tương đối: 31.4% ❖ Xe Mercedes ML350 (màu xám) • Đợ lệch chuẩn tương đối: 12.1% ❖ Xe Mercedes ML350 (màu đen) • Độ lệch chuẩn tương đối: 16.31% ❖ Xe Mercedes c280 • Độ lệch chuẩn tương đối: 18.65% Từ số liệu thực nghiệm một số xe khác cho thấy sai số lần đo tương đối lớn Đối với xe có đợ rơ nhỏ thì hệ thống sai số lớn Còn xe có đợ rơ lớn thì hệ thống hoạt đợng có ởn định Cho thấy sai số từ cảm biến laser cộng với độ dao động và độ rơ một số bộ phận hệ thống mà chúng em chưa thể khắc phục dẫn đến hệ thống làm việc sai số định 2-67 CHƯƠNG KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ 3.1 Kết luận Sau một thời gian nghiên cứu, tìm hiểu, tìm hướng thiết kế khả thi, lập kế hoạch và tiến hành thiết kế, chế tạo Với sự nỗ lực thân và sự giúp đỡ tận tình GVHD Lê Quang Vũ, đề tài “ Thiết kế chế tạo mô hình đo độ rơ vô lăng tự động” được mợt số kết sau: • Chế tạo mơ hình thực hiện đo độ rơ vô lăng tự động Tuy nhiên sau lần thử nghiệm xe khác thì sai số từ lần đo chênh lệch nhiều nên chúng em chưa xác định độ ổn định hệ thống Vì thế mô hình chúng em chưa thể áp dụng tại trạm đăng kiểm ô tô Nhưng cho thấy việc đo độ rơ vô lăng tự động là hoàn toàn khả thi, phát triển kết đo xác để áp dụng hệ thống trạm đăng kiểm • Biên soạn đề tài lý thuyết Vì là một đề tài áp dụng từ thực tế nên đề tài lý thuyết này hệ thống lại cách đo độ rơ vô lăng thủ công thực tế, trình bày ý tưởng thiết kế mô hình, bước thiết kế, trình bày thuật toán để điều khiển phép đo hệ thống đo độ rơ vô lăng tự động 3.2 Kiến nghị Do thời gian có hạn, kiến thức cịn hạn chế và nhiều yếu tố khách quan nên nhóm hoàn thành đề tài phần chưa thể phát triển thêm nhiều Mong tương lai mô hình tiếp tục phát triển và hoàn thiện để áp dụng mơ hình trạm đăng kiểm Với công nghiệp ô tô Việt Nam vần phát triển và đầy tiềm năng, với sự phát triển không ngừng phương tiện giao thông Hẳn cần một nguồn nhân lực to lớn có trình đợ kỹ tḥt cao Vì vậy, kính mong nhà nước và trường Đại Học cần có sách phù hợp cơng tác đầu tư phát triển phương tiện và thiết bị dạy học để đáp ứng nhu cầu thiết thực này 3-68 DANH MỤC TÀI LIỆU KHAM KHẢO [1] Phụ lục I, thông tư số 70/2015/TT-BGTVT [2] https://github.com/denyssene/SimpleKalmanFilter [3] http://documents.tips/documents/phuong-phap-binh-phuong-toi-thieu-va-ung-dung -trong-phep-do.html [4] http://tae.vn/arduino-nano-r3 [5] https://cdn.sparkfun.com/datasheets/Dev/Arduino/Shields/10832.pdf [6] https://www.smart-prototyping.com/image/data/2_components/sensors/101768%20GY530/VL53L0X.pdf [7] http://arduino.vn/bai-viet/1053-giao-tiep-i2c-voi-nhieu-module 3-69 PHỤ LỤC Code chương trình byte degree[8] = {0B01110,0B01010,0B01110,0B00000,0B00000,0B00000,0B00000,0B00000}; // khai bao ky tu đo #include #include #include #include #include // thu vien encoder VL53L0X sensor; Encoder myEnc(2, 3); // chan encoder 2,3 SimpleKalmanFilter simpleKalmanFilter(2, 2, 0.01); //#define FLOAT_POINT_SIZE // lay so thap phan #define IN1 // dieu khien motor #define IN2 // dieu khien motor int kcln=0; int kcnn=9999; int i=0; // xac dịnh vitri motor int time1=0; int kc_kalman; volatile int xung = 0; // khai bao vitri encoder int xungL1=0; int xungL2=0; const int phase_A = 2; // chan pha A encoder :2 const int phase_B = 3; // chan pha B encoder: 3-70 LiquidCrystal_I2C lcd(0x3F,20,4); void setup() { Serial.begin(115200); Wire.begin(); // LCD lcd.init(); lcd.backlight(); lcd.setCursor(2,0); lcd.print("DO DO RO VO LANG"); lcd.setCursor(3,1); lcd.print("PLEASE WAIT "); lcd.createChar(1, degree); // SENSOR sensor.init(); sensor.setTimeout(500); sensor.startContinuous(); // motor & encoder pinMode(IN1, OUTPUT); // motor pinMode(IN2, OUTPUT); pinMode(phase_A, INPUT_PULLUP); // chan ngat dem xung pinMode(phase_B, INPUT_PULLUP); attachInterrupt(0,chay,RISING); // ngac ngoai } void loop() { // -// 3-71 Serial.println(simpleKalmanFilter.updateEstimate(sensor.readRangeContinuousMilli meters()*10)); time1=millis(); while ((millis() - time1) = kcnn && i== 0) { //Serial.println("quaytrai"); quaytrai(); } 3-72 //Serial.println("dungyen"); dungyen(); delay(2000); i=1; xung=0; kcln = 0; // // time1=millis(); while ((millis() - time1)