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 TRƯỜNG ĐẠI HỌC SƯ PHẠM KỸ THUẬT TP HCM CỘNG HOÀ XÃ HỘI CHỦ NGHĨA VIỆT NAM KHOA CƠ KHÍ ĐỘNG LỰC Độc lập - Tự – Hạnh phúc Bộ mơn Điện Tử Ơ Tơ TP Hồ Chí Minh, ngày tháng năm 2018 NHIỆM VỤ ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP Họ tên sinh viên: Phạm Thành Phúc MSSV: 14145201 Tăng Bảo Long MSSV: 14145143 Chuyên ngành: Công nghệ Kỹ thuật ô tô Mã ngành đào tạo:……… Hệ đào tạo: Đại học quy Mã hệ đào tạo:…………… Khóa: 2014 - 2018 Lớp: 141451C Tên đề tài: Nghiên cứu, thiết kế hệ thống điều khiển ga tự động CCS Nhiệm vụ đề tài: Sản phẩm đề tài: Ngày giao nhiệm vụ đề tài: Ngày hoàn thành nhiệm vụ: TRƯỞNG BỘ MÔN CÁN BỘ HƯỚNG DẪN i TRƯỜNG ĐẠI HỌC SƯ PHẠM KỸ THUẬT TP HCM KHOA CƠ KHÍ ĐỘNG LỰC CỘNG HỒ XÃ HỘI CHỦ NGHĨA VIỆT NAM Độc lập - Tự – Hạnh phúc Bộ mơn Điện Tử Ơ Tơ PHIẾU NHẬN XÉT ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP (Dành cho giảng viên hướng dẫn) Họ tên sinh viên: Phạm thành Phúc MSSV:14145201 Hội đồng:………… Họ tên sinh viên: Tăng Bảo Long MSSV:14145143 Hội đồng:………… Tên đề tài: Nghiên cứu, thiết kế hệ thống điều khiển ga tự động CCS Ngành đào tạo: Công nghệ Kỹ thuật ô tô Họ tên GV hướng dẫn: ThS Vũ Đình Huấn Ý KIẾN NHẬN XÉT Nhận xét tinh thần, thái độ làm việc sinh viên (không đánh máy) Nhận xét kết thực ĐATN(không đánh máy) 2.1.Kết cấu, cách thức trình bày ĐATN: 2.2 Nội dung đồ án: (Cơ sở lý luận, tính thực tiễn khả ứng dụng đồ án, hướng nghiên cứu tiếp tục phát triển) 2.3.Kết đạt được: ii 2.4 Những tồn (nếu có): Đánh giá: Điểm tối đa Mục đánh giá TT Hình thức kết cấu ĐATN Điểm đạt 30 Đúng format với đầy đủ hình thức nội dung mục 10 Mục tiêu, nhiệm vụ, tổng quan đề tài 10 Tính cấp thiết đề tài 10 Nội dung ĐATN 50 Khả ứng dụng kiến thức toán học, khoa học kỹ thuật, khoa học xã hội… Khả thực hiện/phân tích/tổng hợp/đánh giá 10 Khả thiết kế chế tạo hệ thống, thành phần, quy trình đáp ứng yêu cầu đưa với ràng buộc thực tế 15 Khả cải tiến phát triển 15 Khả sử dụng công cụ kỹ thuật, phần mềm chuyên ngành… Đánh giá khả ứng dụng đề tài 10 Sản phẩm cụ thể ĐATN 10 Tổng điểm 100 Kết luận:  Được phép bảo vệ  Không phép bảo vệ TP.HCM, ngày tháng 07 năm 2018 Giảng viên hướng dẫn ((Ký, ghi rõ họ tên) iii TRƯỜNG ĐẠI HỌC SƯ PHẠM KỸ THUẬT TP HCM KHOA CƠ KHÍ ĐỘNG LỰC CỘNG HỒ XÃ HỘI CHỦ NGHĨA VIỆT NAM Độc lập - Tự – Hạnh phúc Bộ mơn Điện Tử Ơ Tơ PHIẾU NHẬN XÉT ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP (Dành cho giảng viên phản biện) Họ tên sinh viên: Phạm Thành Phúc MSSV: 14145201 Hội đồng………… Họ tên sinh viên: Tăng Bảo Long MSSV: 14145143 Hội đồng………… Tên đề tài: Nghiên cứu, thiết kế hệ thống điều khiển ga tự động CCS Ngành đào tạo: Công nghệ Kỹ thuật ô tô Họ tên GV phản biện: (Mã GV) Ý KIẾN NHẬN XÉT Kết cấu, cách thức trình bày ĐATN: Nội dung đồ án: (Cơ sở lý luận, tính thực tiễn khả ứng dụng đồ án, hướng nghiên cứu tiếp tục phát triển) Kết đạt được: Những thiếu sót tồn ĐATN: Câu hỏi: iv Đánh giá: Điểm tối đa Mục đánh giá TT Hình thức kết cấu ĐATN Điểm đạt 30 Đúng format với đầy đủ hình thức nội dung mục 10 Mục tiêu, nhiệm vụ, tổng quan đề tài 10 Tính cấp thiết đề tài 10 Nội dung ĐATN 50 Khả ứng dụng kiến thức toán học, khoa học kỹ thuật, khoa học xã hội… Khả thực hiện/phân tích/tổng hợp/đánh giá 10 Khả thiết kế, chế tạo hệ thống, thành phần, quy trình đáp ứng yêu cầu đưa với ràng buộc thực tế 15 Khả cải tiến phát triển 15 Khả sử dụng công cụ kỹ thuật, phần mềm chuyên ngành… Đánh giá khả ứng dụng đề tài 10 Sản phẩm cụ thể ĐATN 10 Tổng điểm 100 Kết luận:  Được phép bảo vệ  Không phép bảo vệ TP.HCM, ngày tháng 07 năm 2018 Giảng viên phản biện ((Ký, ghi rõ họ tên) v TRƯỜNG ĐẠI HỌC SƯ PHẠM KỸ THUẬT TP HCM CỘNG HOÀ XÃ HỘI CHỦ NGHĨA VIỆT NAM KHOA CƠ KHÍ ĐỘNG LỰC Độc lập - Tự – Hạnh phúc Bộ môn Điện Tử Ơ Tơ XÁC NHẬN HỒN THÀNH ĐỒ ÁN Tên đề tài:nghiên cứu, thiết kế hệ thống điều khiển ga tự động CCS Họ tên sinh viên:1 Phạm Thành Phúc MSSV: 14145201 Tăng Bảo Long MSSV: 14145143 Ngành: Công nghệ Kỹ thuật ô tô Sau tiếp thu điều chỉnh theo góp ý Giảng viên hướng dẫn, Giảng viên phản biện thành viên Hội đồng bảo vệ Đồ án tốt nghiệp hoàn chỉnh theo yêu cầu nội dung hình thức Chủ tịch Hội đồng: Giảng viên hướng dẫn: Giảng viên phản biện: Tp Hồ Chí Minh, ngày tháng năm 2018 vi LỜI CẢM ƠN Nhóm em xin gửi lời cảm ơn chân thành đến quý thầy môn điện ô tô thầy khoa khí động lực trường Đại học Sư phạm Kỹ Thuật Thành phố Hồ Chí Minh, thầy cô 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 cơng việc, hết lịng 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 quà trình thực hiện Mặc dù cố gắng học tập nhiều, kiến thức thời gian nghiên cứu có hạn nên thành đạt không tránh khỏi sai sót Do chúng em kính mong nhận đóng góp, dạy quý 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 tồn 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 ô tôvà mạng internet để vận dụng vào q trình nghiên cứu thiết kế xây dựng mơ hình đồ án Sử dụng phận khí chấp hành hệ thống có sẵn tô, 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 hồn chỉnh MATLAB SIMULINK ix Hình 4.3 Pedal Hình 4.4 Bướm ga Do tín hiệu xung tăng hay giảm bướm ga mở rộng hay hẹp Tín hiệu xung từ cảm biến tốc độ gửi ECU CCS để xử lý để phù hợp với tốc độ thực tế xe Khi đo chân tín hiệu cảm biến vị trí bướm ga cần ý: 53 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 công 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 công 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 mô 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  Hồn 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 nhảy bậc, chưa mơ hồn tồn 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 dài dòng, chưa đưa tốc độ đáp ứng hoàn toàn 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 mô 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 ô 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 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... 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... NGHĨA VIỆT NAM KHOA CƠ KHÍ ĐỘNG LỰC Độc lập - Tự – Hạnh phúc Bộ môn Điện Tử Ơ Tơ XÁC NHẬN HỒN THÀNH ĐỒ ÁN Tên đề tài :nghiên cứu, thiết kế hệ thống điều khiển ga tự động CCS Họ tên sinh viên:1 Phạm