(Luận văn thạc sĩ hcmute) thiết kế, chế tạo mô hình đo độ rơ vô lăng tự động

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO TRƯỜNG ĐẠI HỌC SƯ PHẠM KỸ THUẬT THÀNH PHỐ HỒ CHÍ MINH LUẬN VĂN THẠC SĨ HỒ MINH ĐẠT THIẾT KẾ, CHẾ TẠO MÔ HÌNH ĐO ĐỘ RƠ VƠ LĂNG TỰ ĐỘNG NGÀNH: KỸ THUẬT CƠ KHÍ ĐỘNG LỰC - 60520116 S K C0 3 Tp Hồ Chí Minh, tháng 10/2019 Luan van BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO TRƯỜNG ĐẠI HỌC SƯ PHẠM KỸ THUẬT THÀNH PHỐ HỒ CHÍ MINH LUẬN VĂN THẠC SĨ HỒ MINH ĐẠT THIẾT KẾ, CHẾ TẠO MƠ HÌNH ĐO ĐỘ RƠ VƠ LĂNG TỰ ĐỘNG NGÀNH: KỸ THUẬT CƠ KHÍ ĐỘNG LỰC - 60520116 Hướng dẫn khoa học: PGS.TS ĐỖ VĂN DŨNG Tp Hồ Chí Minh, tháng 09/2019 Luan van Luan van LÝ LỊCH KHOA HỌC I LÝ LỊCH SƠ LƯỢC: Họ & tên: Hồ Minh Đạt Giới tính: Nam Ngày, tháng, năm sinh: 19/05/1994 Nơi sinh: Long An Quê quán: Long An Dân tộc: Kinh Địa liên lạc: Điện thoại quan: Điện thoại nhà riêng: 0393.910.775 Fax: E-mail: minhdatckd@gmail.com II QUÁ TRÌNH ĐÀO TẠO: Trung học chuyên nghiệp: Hệ đào tạo: không Thời gian đào tạo từ ……/…… đến ……/ …… Nơi học (trường, thành phố): Ngành học: Đại học: Hệ đào tạo: Chính quy Thời gian đào tạo từ 09/2012 đến 12/2016 Nơi học: Trường Đại Học Sư Phạm Kỹ Thuật TP.HCM Ngành học: Công nghệ kỹ thuật ô tô Tên đồ án tốt nghiệp: Nghiên cứu thử nghiệm hệ thống gạt mưa tự động Ngày & nơi bảo vệ đồ án: 29/07/2016 Trường Đại Học Sư Phạm Kỹ Thuật TP.HCM Người hướng dẫn: Ths Lê Quang Vũ III Q TRÌNH CƠNG TÁC CHUN MƠN KỂ TỪ KHI TỐT NGHIỆP ĐẠI HỌC: Thời gian Nơi công tác Công việc đảm nhiệm 12/2016 – Hiện Công ty TNHH ô tô Isuzu Việt Nam Nhân viên đào tạo i Luan van LỜI CAM ĐOAN Tôi cam đoan cơng trình nghiên cứu tơi Các số liệu, kết nêu luận văn trung thực chưa công bố công trình khác Tp Hồ Chí Minh, ngày … tháng … năm 2019 (Ký tên ghi rõ họ tên) ii Luan van LỜI CẢM ƠN Trong trình thực đề tài, tơi gặp khơng ít khó khăn kiến thức lý thuyết cịn hạn chế, kinh nghiệm cịn ít, việc vận dụng kiến thức học vào thực tế chưa thục Thế nhưng, tơi ln có hỗ trợ nhiệt tình từ quý thầy cô khoa Cơ Khí Động Lực, với giúp đỡ chân thành bạn bè Chính điều tạo điều kiện cho tơi hồn thành đề tài Nay xin gởi lời cảm ơn sâu sắc tới: - Thầy Đỗ Văn Dũng, Thầy Lê Quang Vũ tận tình bảo, hướng dẫn, động viên cho tơi suốt q trình làm đề tài Với kinh nghiệm thiết thực mình, Quý Thầy giúp nhận hạn chế, khắc phục sai sót, có cách làm, bước hợp lý - Tất Quý Thầy Cô khoa Cơ khí Động Lực tạo điều kiện, hỗ trợ kiến thức, kinh nghiệm cho thực đề tài Tôi xin chân thành cảm ơn ! Thực Hồ Minh Đạt iii Luan van TÓM TẮT Hệ thống lái đảm nhận nhiệm vụ chuyển đổi hướng chuyển động xe theo điều khiển tài xế Sẽ nguy hiểm tài xế đánh lái mà xe không chuyển hướng theo ý muốn, điều dẫn đến tai nạn va chạm với xe khác tránh chướng ngại vật đường Do việc kiểm tra hệ thống lái quan tâm công tác bảo dưỡng sửa chữa, giúp sớm nhận hư hỏng bị rơ lỏng Vì quan trọng nên việc kiểm tra độ rơ vô lăng lái hạng mục đăng kiểm bắt buộc quy trình đăng kiểm xe giới Tuy nhiên việc kiểm tra thực cách thủ cơng chưa phản ánh xác kết độ rơ Vì đề tài trình bày kết nghiên cứu phương án tự động hóa q trình xác định độ rơ vơ lăng quy trình đăng kiểm xe giới Với mục đích đưa thiết bị tự động vào trình đăng kiểm thay cho việc thực thủ công trước nhằm tăng độ xác, tiết kiệm thời gian giảm thiểu yếu tố chủ quan người Kết nghiên cứu bước đầu đưa phương án khả thi khuôn khổ sở kỹ thuật cho phép Phương án đề xuất thử nghiệm thành công xe hành Mặc dù bước đầu nghiên cứu thử nghiệm thành công nghiên cứu hứa hẹn mở quy trình giải số bất cập trình đăng kiểm xe giới Từ khóa: Kiểm định xe giới; độ rơ vơ lăng; quy trình đăng kiểm; chẩn đốn hệ thống lái; tự động hóa đăng kiểm iv Luan van ABSTRACT The steering system assumes the task of changing the direction of motion of the vehicle according to the driver's control It would be dangerous if the driver can not control the direction of the vehicle as desired, this may result in a collision with another vehicle or inability to avoid obstacles on the road Therefore, the inspection of the steering system is very important in the maintenance and repair activity, helping to detect the damage soon when it is loose Because of this importance, the inspection of the steering wheel free play is one of the mandatory registration items in the vehicle registration process However, the current method of measuring free play at the registries is completely manual, it does not accurately reflect the measurement results of the steering wheel free play Therefore, this article presents the result of the research proposal for automation of the process of determining the steering wheel free play in the vehicle registration process For the purpose of bringing automated devices into the registration process in order to increase accuracy, save time and minimize the human subjective factors Initial research results have provided a feasible solution within the framework of the permissible technique The research proposal was successfully tested on the current vehicle Although it is just the beginning of test and research, the success of the research promises to open up a new process to solve some of the shortcomings of the current vehicle registration Keywords: vehicle inspection; steering wheel free play; registration process; steering system diagnosis; automation in the registry v Luan van MỤC LỤC Trang tựa Trang LÝ LỊCH KHOA HỌC i LỜI CAM ĐOAN ii LỜI CẢM ƠN iii TÓM TẮT iv MỤC LỤC vi DANH SÁCH CÁC CHỮ VIẾT TẮT iix DANH SÁCH CÁC BẢNG x DANH SÁCH CÁC HÌNH xi CHƯƠNG TỔNG QUAN 1.1 Lý chọn đề tài 1.2 Tình hình nghiên cứu nước 1.3 Mục tiêu nghiên cứu 1.4 Phương pháp nghiên cứu 1.5 Phạm vi ứng dụng CHƯƠNG CƠ SỞ LÝ THUYẾT 2.1 Những nguy tai nạn hệ thống lái bị rơ 2.2 Nguyên nhân dẫn đến độ rơ vô lăng 2.3 Kiểm tra khắc phục độ rơ vô lăng 2.4 Giới thiệu thực đo độ rơ vô lăng đăng kiểm xe giới [4] 2.5 Nguyên lý việc đo độ rơ vô lăng 2.6 Giới thiêu mạch điều khiển Arduino Nano, mạch cầu H, cảm biến gia tốc, cảm biến siêu âm, cảm biến laser, hình LCD modul I2C, encoder 2.6.1 Giới thiệu board Arduino Nano 2.6.2 Giới thiệu module cầu H VNH2SP30 30A 10 2.6.3 Giới thiệu cảm biến gia tốc MPU6050 11 2.6.4 Giới thiệu cảm biến siêu âm US-015 12 vi Luan van 2.6.5 Giới thiệu cảm biến khoảng cách ToF Laser Radar VL53L0X 14 2.6.6 Giới thiệu LCD 20x4 module I2C 15 2.6.7 Giới thiệu incremental rotary encoder 17 2.7 Sơ đồ khối hệ thống hệ thống đo độ rơ vô lăng tự động 18 CHƯƠNG THIẾT KẾ CƠ CẤU GÁ LẮP ĐO KIỂM ĐỘ RƠ VÔ LĂNG TỰ ĐỘNG 20 3.1 Thiết kế cấu giá đỡ 20 3.1.1 Vật liệu thiết kế 20 3.1.2 Thiết kế mô cấu SolidWorks 21 3.2 Thiết kế câu vô lăng 22 3.2.1 Vật liệu thiết kế 23 3.2.2 Thiết kế mô cấu gá SolidWorks 24 3.3 Thiết kế giá đỡ cảm biến 25 3.4 Cơ cấu khí hoàn chỉnh 27 3.5 Tiến hành chế tạo mơ hình thực tế cấu đo độ rơ vô lăng 29 CHƯƠNG THỬ NGHIỆM, KIỂM TRA VÀ LẮP ĐẶT MẠCH ĐIỆN 31 4.1 Thử nghiệm linh kiện cảm biến 31 4.1.1 Cảm biến gia tốc góc mpu6050 31 4.1.2 Cảm biến siêu âm US-015 32 4.1.3 Cảm biến đo khoảng cách laser 33 4.2 Lắp đặt mạch điện 35 CHƯƠNG THỰC NGHIỆM HỆ THỐNG ĐO ĐỘ RƠ VÔ LĂNG TỰ ĐỘNG TRÊN MỘT SỐ LOẠI XE 38 5.1 Khái niệm phương sai độ lệch chuẩn [5] 38 5.2 Thực nghiệm đo độ rơ xe Toyota Vios 39 5.3 Thực nghiệm đo độ rơ xe Mercedes ML350 (màu xám) 42 5.4 Thực nghiệm đo độ rơ xe Mercedes ML350 (đen) 44 5.5 Thực nghiệm đo độ rơ xe Mercedes C280 46 5.6 Xác định độ tin cậy trình đo 48 vii Luan van Bảng 5.4: Kết lần đo độ rơ vô lăng xe Mercedes C280 Lần đo Kết quả Lần đo Kết quả 2.4 26 2.4 2.4 27 2.4 2.4 28 2.4 2.4 29 2.4 2.4 30 2.4 2.4 31 3.6 32 1.8 33 1.8 34 1.8 10 1.8 35 2.4 11 1.8 36 2.4 12 1.8 37 2.4 13 1.8 38 2.4 14 39 2.4 15 40 16 2.4 41 2.4 17 2.4 42 2.4 18 2.4 43 2.4 19 2.4 44 2.4 20 2.4 45 2.4 21 2.4 46 2.4 22 2.4 47 1.8 23 2.4 48 1.8 24 2.4 49 1.8 25 2.4 50 2.4 Trung bình 2.376 Phương sai 0.146 Độ lệch chuẩn 0.383 47 Luan van  Nhận xét:  Qua kết thử nghiệm từ số liệu cho thấy: Với giá trị trung bình từ lần 2.376o cho thấy hệ thống kết luận - xe có độ rơ nằm khoảng quy định cục đăng kiểm Từ kết thực nghiệm bảng ta có: - o Độ lệch chuẩn tương đối = Độ lệch chuẩn/Giá trị trung bình = 0.38/2.37=16.12% o Với xe có rơ thấp độ lệch chuẩn tương đối lớn độ chia nhỏ cảm biến đo góc cịn lớn 5.6 Xác định độ tin cậy quá trình đo Dựa vào hai công thức (5.1), (5.2) bảng số liệu ta tính phương sai độ lệch chuẩn trình mơ thơng số thực tế  Phương sai Sx2  Độ lệch chuẩn Sx Trong thực tế để đánh giá độ chính xác phép đo, người ta dùng đại lượng độ lệch chuẩn tương đối, tỉ lệ nhỏ phép đo chính xác Từ kết thực nghiệm bảng ta có:  Xe Toyota Vios: Độ lệch chuẩn tương đối: 31.4%  Xe Mercedes ML350 (màu xám): Độ lệch chuẩn tương đối: 4.2%  Xe Mercedes ML350 (màu đen): Độ lệch chuẩn tương đối: 5.58%  Xe Mercedes C280: Độ lệch chuẩn tương đối: 16.12% Để đánh giá mức độ tin cậy thiết bị đo ta tính toán sai lệch giá trị đo so với độ rơ tối đa cho phép:  Độ lệch chuẩn trung bình bốn xe đo so với giá trị độ rơ cho phép cục đăng kiểm: ((0.55 + 0.388 + 0.364 +0.383)/4 )/23 = 1.83% 48 Luan van Từ kết trình đo thực nghiệm xe khác cho thấy độ lệch chuẩn tương đối cao xe có độ rơ vơ lăng nhỏ Nguyên nhân chủ yếu độ chia nhỏ cảm biến đo góc xoay vơ lăng cịn lớn (0.6 độ/xung) kết cấu khí mô hình đo độ rơ vơ lăng cịn chưa tốt Tuy nhiên so sánh giá trị độ lệch chuẩn trung bình lần đo xe (0.42o) so với tiêu chuẩn cho phép cục đăng kiểm (23o) mức độ sai lệch 1.83% Cho thấy sai lệch giá trị đo so với độ rơ cho phép không lớn 49 Luan van Chương KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ 6.1 Kết luận Sau thời gian nghiên cứu, tìm hiểu, tìm hướng thiết kế khả thi, lập kế hoạch tiến hành thiết kế, chế tạo Với nỗ lực thân giúp đỡ tận tình Thầy Đỗ Văn Dũng Thầy Lê Quang Vũ, đề tài “Thiết kế, chế tạo mô hình đo độ rơ vô lăng tự động” đạt số kết sau:  Chế tạo được mô hình thực đo độ rơ vô lăng tự động Tuy nhiên kết lần đo cịn có chênh lệch, độ tin cậy thiết bị chưa cao, chưa thể áp dụng trạm đăng kiểm ô tô Nhưng cho thấy việc đo độ rơ vô lăng tự động hồn tồn khả thi, cải tiến thiết kế nâng cao chất lượng cảm biến đo góc xoay kết đo chính xác  Biên soạn đề tài lý thuyết Vì đề tài áp dụng từ thực tế nên phần lý thuyết đề tài hệ thống lại cách đo độ rơ vơ lăng thủ cơng, trình bày ý tưởng thiết kế mơ hình, bước thiết kế, trình bày thuật toán để điều khiển hệ thống đo độ rơ vô lăng tự động 6.2 Kiến nghị Do thời gian có hạn kiến thức cịn hạn chế nhiều yếu tố khách quan, nên tơi hồn thành đề tài dạng mơ hình, chưa thể thiết kế thi cơng hệ thống hồn chỉnh để ứng dụng thực tế Mong tương lai mô hình tiếp tục phát triển hồn thiện để sử dụng trạm đăng kiểm Rất mong góp ý Thầy Cô bạn học viên 50 Luan van DANH MỤC TÀI LIỆU KHAM KHẢO [1] Dariusz Zardecki Modelling of eps type steering systems including freeplay and friction in steering mechanism Journal of KONES Powertrain and Transport, Vol 18, No 2011, pp.689 – 696 [2] Johan Svensson Design of a portable steering wheel angle measurement system Master Thesis, 2011, pp.1 – 45 [3] Trần Thanh Hải Tùng, Nguyễn Lê Châu Thành, Chẩn đốn trạng thái kỹ thuật tơ, năm 2006 [4] Phụ lục I, hướng dẫn thực thông tư số 70/2015/TT-BGTVT ngày 09 tháng 11 năm 2015 Bộ trưởng Bộ Giao thông vận tải [5] Trần Quốc Hùng, Dung sai – kỹ thuật đo, NXB Đại Học Quốc Gia TP.HCM, năm 2012 51 Luan van 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; 52 Luan van 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: 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(); 53 Luan van 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() { // -// Serial.println(simpleKalmanFilter.updateEstimate(sensor.readRangeContinuous Millimeters()*10)); time1=millis(); while ((millis() - time1) = kcnn && i== 0) { //Serial.println("quaytrai"); quaytrai(); } //Serial.println("dungyen"); dungyen(); delay(2000); 55 Luan van i=1; xung=0; kcln = 0; // // time1=millis(); while ((millis() - time1)