Hcmute thiết kế chế tạo chế độ stop start trên xe yamaha nouvo lx

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO TRƯỜNG ĐẠI HỌC SƯ PHẠM KỸ THUẬT THÀNH PHỐ HỒ CHÍ MINH CƠNG TRÌNH NGHIÊN CỨU KHOA HỌC CẤP TRƯỜNG THIẾT KẾ CHẾ ĐỘ STOP / START TRÊN XE YAMAHA NOUVO LX MÃ SỐ: T2013-54 S KC0 Tp Hồ Chí Minh, 2013 Luan van Danh sách thành viên tham gia nghiên cứu đề tài đơn vị phối hợp : STT Tên thành viên Đơn vị công tác Nhiệm vụ Thái Huy Phát Khoa CKĐ Chủ nhiệm đề tài Luan van MỤC LỤC Danh mục bảng biểu – hình ảnh CHƢƠNG 1: DẪN NHẬP 1.1 Tính cấp thiết đề tài 1.2 Mục tiêu nghiên cứu 1.3 Phƣơng pháp nghiên cứu CHƢƠNG 2: CƠ SỞ LÝ THUYẾT 2.1 Tổng quan xe máy Yamaha Nouvo LX……………………………… 2.2 Cấu tạo nguyên lý hoạt động động bốn kì………………………… 2.3 Cấu tạo nguyên lý hoạt động hệ thống khởi động…………………8 2.4 Các cảm biến xe 10 CHƢƠNG 3: NGUYÊN LÝ HOẠT ĐỘNG CÁC LOẠI CÃM BIẾN 11 3.1 Giới thiệu số cảm biến 11 Cảm biến Hall 11 Cảm biến quang 13 Cảm biến khoảng cách Sharp GP2D12 14 CHƢƠNG : THIẾT KẾ MẠCH ĐIỆN 15 4.1 Thiết kế phận khí 15 4.2 Thiết kế mạch điều khiển, mạch hiển thị 16 4.3 Lập trình cho thiết bị 18 4.4 Thử nghiệm cho thiết bị 19 4.5 Code cho chƣơng trình 20 4.6 Thử nghiệm thực tế 26 CHƢƠNG : KẾT LUẬN VÀ ĐỀ NGHỊ 28 Tài liệu tham khảo 32 Luan van Danh mục bảng biểu – hình ảnh : BANGDULIEU : Bảng liệu số liệu cho chương trình xử lý vi điều khiển Hình 1: Hình dáng xe Nouvo LX Hình 2: Cấu tạo động đốt Hình 3: Sơ đồ hoạt động kì Hình 4: Các loại hệ thống khởi động xe máy Hình 5: Cảm biến quang Hình 6: Cảm biến khoảng cách Sharp GP2D12 Hình 7: Đồ thị mối quan hệ điện áp va khoảng cách cảm biến Hình 8: Cảm biến khoảng cách lắp đặt xe Hình 9: Lắp đặt xe Hình 10: Mạch điện thực tế Hình 11:Sản phẩm hồn thiện Luan van Chƣơng 1: Mở Đầu 1.1 Tổng quan tình hình nghiên cứu thuộc lĩnh vực đề tài ngồi nƣớc Ngồi nước : Các hãng tô ứng dụng công nghệ máy phát khởi động tích hợp xe, nhằm ứng dụng việc tạm dừng động xe chưa chuyển động để giảm thiểu mức độ ô nhiễm môi trường thân thiện với thiên nhiên, tiết kiệm lượng sử dụng Trong nước : Các hãng xe máy dầ bắt đầu ứng dụng công nghệ tạm dừng hoạt động động để giúp giảm thiểu ô nhiểm môi trường tiết kiệm nhiên liệu Một hãng đầu công nghệ hãng xe máy Honda với dòng xe PCX, Air Blade 2013, Click I … 1.2 Tính cấp thiết đề tài Ngày nay, nguồn tài nguyên thiên nhiên khai thác sử dụng ngày cạn dần, đặc biệt nhiên liệu sử dụng lĩnh vực giao thơng Bên cạnh đó, mơi trường mức độ nhiễm nghiêm trọng, có khí thải tơ, xe máy Đặc biệt nước ta tình trạng nhiễm khí thải xe máy chiếm tỉ lệ cao Để giảm thiểu tình trạng nhiễm này, đề tài “Thiết kế chế độ Stop / Start xe Yamaha Nouvo LX” góp phần làm giảm thiểu tình trạng nhiễm khí thải thải mơi trường xe chưa chuyển động 1.3 Mục tiêu nghiên cứu Nghiên cứu, thiết kế hộp điện tử điều khiển trung tâm, thu thập liệu từ cảm biến xe, từ xử lý ngắt hoạt động động tạm thời, tự điều khiển chế độ khởi động lại cho động người điều khiển tác động lên tay ga Đề tài xác định với mục tiêu cụ thể sau:  Nghiên cứu tổng quan dòng xe máy Yamaha  Thiết kế mạch điện tử điều khiển  Thiết kế phần khí lắp xe  Thiết kế phận cảm biến chuyển đổi ( có )  Lập trình cho mạch điện Luan van Tập tài với đầy đủ sở lý thuyết, cách thiết kế, thi công hướng dẫn sử dụng thiết bị cách rõ ràng 1.4 Đối tƣợng nghiên cứu Đối tượng nghiên cứu  Các loại cảm biến liên quan sử dụng đề tài  Xe máy Yamaha Nouvo LX 1.5 Phạm vi nghiên cứu  Nghiên cứu lý thuyết loại cảm biến, phương pháp thu thập tín hiệu từ cảm biến  Nghiên cứu kỹ thuật thiết kế mạch, kỹ thuật lập trình Nghiên cứu phương pháp thiết lập, hiệu chỉnh, thử nghiệm thiết bị xe máy 1.6 Phƣơng pháp nghiên cứu  Phương pháp tham khảo tài liệu  Phương pháp quan sát  Phương pháp thực nghiệm: thí nghiệm xe ô tô cụ thể  Phương pháp tổng kết kinh nghiệm Luan van Chƣơng 2: CƠ SỞ LÝ THUYẾT 2.1Tổng quan xe máy Yamaha Nouvo LX  Động 135 phân phối, làm mát dung dịch  Xi lanh nhôm siêu bền, công nghệ DiASil  Lốp không săm (vỏ không ruột )  Đạt tiêu chuẩn khí thải EURO 2, thân thiện với mơi trường  Khối lượng tĩnh: 111kg 2.2 Cấu tạo nguyên lý hoạt động động bốn kì Trong kì thứ (nạp – van nạp mở, van xả đóng), hỗn hợp khơng khí nhiên liệu "nạp" vào cylinder lúc piston chuyển động từ điểm chết (ĐCT) xuống điểm chết (ĐCD) Trong kì thứ hai (nén – hai van đóng), piston nén hỗn hợp khí nhiên liệu cylinder chuyển động từ ĐCD lên ĐCT Ở cuối kì thứ hai (piston ĐCT), hỗn hợp khí nhiên liệu đốt động xăng phận đánh lửa gọi bougie (bu-gi), động diesel cách tự bốc cháy Trong kì thứ ba (sinh cơng – van tiếp tục đóng), hỗn hợp khí nhiên liệu đốt cháy Vì nhiệt độ tăng dẫn đến áp suất hỗn hợp khí tăng làm cho piston chuyển động từ ĐCT xuống ĐCD Chuyển động tịnh tiến piston chuyển truyền (còn gọi tay biên) đến trục khuỷu biến đổi thành chuyển động quay Luan van Trong thứ tư (xả - van nạp đóng, van xả mở) piston chuyển động từ ĐCD lên ĐCT đẩy khí từ cylinder qua ống xả (thường gọi ống bô) thải môi trường Nguyên tắc hoạt động động Otto Chuyển động piston kì thứ nhất, hai bốn nhờ vào lượng tích trữ bánh đà gắn trục khuỷu kì thứ ba (thì sinh cơng) Một động bốn kì có góc đánh lửa 720 độ tính theo góc quay trục khuỷu tức trục khuỷu quay vịng có lần đánh lửa Có thêm nhiều cylinder góc đánh lửa nhỏ đi, lượng đốt đưa vào nhiều hai vòng quay trục khuỷu làm cho động chạy êm Do lúc khởi động chưa có đà nên trục khuỷu phải quay từ bên thiết bị khởi động dây (ở máy cưa, ca nô), cần khởi động (ở xe máy), tay quay khởi động (ở ô tô cổ, xe cải tiến) hay động điện nhỏ (ở xe máy tơ đại Việc thay khí thải hỗn hợp khí điều khiển trục cam Trục gắn với trục khuỷu, quay có giảm tốc 1:2, đóng mở van đầu cylinder động Thời gian trục khuỷu đóng mở van điều chỉnh cho van nạp van xả mở lúc thời gian ngắn chuyển từ kì xả sang kì nạp Luan van Khí thải với vận tốc cao hút khí vào buồng đốt nhằm nạp khí vào cylinder tốt tăng áp suất đốt 2.2 Cấu tạo nguyên lý hoạt động hệ thống khởi động Hệ thống khởi động dùng xe máy: 2.2.1 Cấu tạo phân loại dạng hệ thống khởi động xe máy Từ xuất ô tô xe máy đến nay, trang bị áp dụng công nghệ tiên tiến đến nay, hệ thống khởi động xe máy thay đổi nhiều 2.2.2 Hệ thống khởi động dùng cần khởi động Ở loại này, để làm quay trục khuỷu khởi động động cách cung cấp cấp cho cần khởi động, cần khởi động qua khớp chiều, bánh làm quay trục khuỷu Hầu hết loại xe máy phổ biến thị trường Việt Nam trang bị loại Thông thường dòng xe máy sử dụng loại khởi động cần đạp khởi động thường trang bị thêm hệ thống khởi động mô tơ điện (phần đề cập phần sau)  Hoạt động : Trục kết nối với cần khởi động ăn khớp qua bánh trung gian va khớp chiều, giúp ngắt truyền chuyển động lên cần khởi động động hoạt động Lò xo hồi vị làm cho cần khởi động ln vị trí sẵn sàng ( vị trí người sử dụng dễ thao tác ) Hình : Hệ thống khởi động cần khởi động xe Honda Future Neo Luan van Luan van Chƣơng 3: NGUYÊN LÝ HOẠT ĐỘNG CÁC LOẠI CẢM BIẾN 3.1 Giới thiệu số cảm biến đo khoảng cách Cảm biến Hall: Cấu tạo: gồm phần tử Hall cảm ứng từ, đầu tín hiệu tỉ lệ với cường độ từ trường tác dụng lên phần tử Hall Hiệu ứng Hall Một số đặc tính cảm biến Hall:  Dòng điện ngõ : mA  Điện trở ngõ : 2k2 Ohm  Điện trở thay đổi theo nhiệt độ : 0,8%/ºC  Điện áp đầu : 5V  Độ nhạy : 0,6V/G 19 Luan van Tuyến tính hóa đường đặc tuyến cảm biến Hall Effect Quan hệ từ trường (input) điện áp (output) 20 Luan van 3.2Cảm biến quang: Cảm biến quang bao gồm hai loại, khác chủ yếu phần tử cảm quang - Loại sử dụng cặp LED – photo transistor - Loại sử dụng cặp LED – photo diode Phần tử phát quang (LED – Lighting Emision Diode) phần tử cảm quang (photo transistor photo diode) Điểm đặc biệt hai loại phần tử cảm quang có dịng ánh sáng chiếu vào, trở nên dẫn điện ngược lại, khơng có dịng ánh sáng, khơng dẫn điện Độ dẫn điện chúng phụ thuộc vào cường độ dòng ánh sáng hiệu điện hai đầu phần tử cảm quang Hình 21 Luan van 3.3 Cảm biến khoảng cách Sharp GP2D12 Cảm biến đọc liên tục khoảng cách trả điện áp analog, với loạt khoảng cách từ 10cm đến 80cm Đầu nối giao tiếp dây VOut, GND Vcc Hình6 Chức năng:  Kích thước nhỏ  Ít ảnh hưởng đến màu sắc đối tượng phản xạ  Điện áp analog đầu tương ứng với khoảng cách  Phát khoảng cách từ 10 đến 80 cm  Mạch điều khiển bên ngồi khơng cần thiết Đồ thị mối quan hệ điện áp va khoảng cách cảm biến: Hình7 22 Luan van Chƣơng 4: THIẾT KẾ CHẾ TẠO 4.1Sơ đồ nguyên lý hoạt động chế độ Stop/Start: Nhiệt độ động ≤ 60ºC Stop/Start chưa hoạt động Stop/Start (tắt máy dừng xe) Vận tốc xe ≤ km/h Nhiệt độ động ≥ 60ºC Vận tốc xe ≥ km/h Stop/Start hoạt động 4.2 Sơ đồ khối điều khiển cho xử lý trung tâm:  Khi tắt máy Điều khiển ngắt lửa Công tắc Stop/Start Bộ xử lý trung tâm Cảm biến tốc độ Điều khiển đèn báo Stop/Start Cảm biến nhiệt độ  Khi khởi động lại: Điều khiển đánh lửa Công tắc Stop/Start Bộ xử lý trung tâm Cảm biến tốc độ Cảm biến nhiệt độ Điều khiển đèn báo Điều khiển môtơ đề Cảm biến vị trí bướm ga 23 Luan van 4.3 Giải thuật cho chƣơng trình : 3.5 Sơ đồ bố trí cụm cảm biến xe Nouvo LX 24 Luan van 3.6 Thiết kế mạch điện hộp đựng sản phẩm hoàn thành: Mạch điện Hộp đựng sản phẩm Video tham khảo sau lắp vào xe Yamaha Nouvo LX http://www.youtube.com/watch?v=aOYmjXt1LEw 4.5 Code cho chương trình: cseg org 0x0000 include "m8def.INC" ldi r16,$04 ;Stack Pointer out SPH, r16 ldi r16,$50 out SPL,r16 rjmp main org 0x0020 main: bat_dau: ;=================khai bao cac ghi======= def tam1 =r16 def tam2 =r17 def tam3 =r18 equ kenhadc0 =0b00000000 ;ADMUX 25 Luan van .equ chuyenadc =0b11000000 ;ADCSRA equ donvi = ;PORTB equ chuc = ;PORTB equ tram = ;PORTB equ nghin = ;PORTB equ cot5 = ;PORTB equ cot6 = ;PORTB equ cot7 = ;PORTB equ cot8 = ;PORTB equ cambien = ;PORTD equ nutnhan = ;PORTD4 ;============khai bao cac ngo vao========== ldi tam2,0 ; vao ldi tam3,0xff ; out ddrc,tam3 out ddrd,tam3 out ddrb,tam3 cbi ddrd,cambien cbi ddrd,nutnhan CBI DDRD,3 cbi ddrc,0 ldi r16,0xff out portb,r16 ; CHAN KIEM TRA DE CHON CHE DO QUET ;==== CHON CHE DO QUET LED THEO MAU DA CHON=========== DODIENAP: ldi r16,0b00000101 26 Luan van out tifr,r16 ldi r16,high(-970) ldi r17,low(-970) OUT TCNT1H,R16 OUT TCNT1L,R17 ldi r16,0b00000101 ;1xung=1024us OUT TCCR1B,R16 ldi tam1,kenhadc0 ;dia chi ghi de chuyen doi adc PORTC,5 ldi tam3,chuyenadc ;kenh de chuyen doi adc out admux,tam1 out adcsr,tam3 sbi admux,adlar ;bt chuyen doi adc call delay_adc ;delay in r25,adch ;nap gia tri chuyen doi ghi r0 ldi r25,22 ldi zh,high(BANGDULIEU*2) ldi zl,low(BANGDULIEU*2) laplai: laplai_sosanh: lpm r16,Z cp r25,r16 brsh lonhon jmp nhohon lonhon: adiw ZH:ZL,6 jmp laplai_sosanh 27 Luan van nhohon: adiw ZH:ZL,1 lpm r20,Z adiw ZH:ZL,1 lpm r21,Z adiw ZH:ZL,1 lpm r22,Z adiw ZH:ZL,1 lpm r23,Z ldi r20,0b01110111 ldi r21,0b01101110 ldi r22,0b01000001 ldi r23,0b01110111 jmp ; 150 call quet in r16,tifr ;nap gia tri tran vao r16 sbrs r16,2 ;nhay neu bi tran timer1 dodienap bangdulieu: db 20 , 0b01110111 , 0b01110111 ; 0b01110111 , 0b01110111 , db 21 , 0b01110111 , 0b01110111 ; 50 0b01101110 , 0b01110111 , db 22 , 0b01110111 , 0b01110111 ; 100 0b01110111 , 0b01000001 , db 23 , 0b01110111 , 0b01110111 ; 150 0b01101110 , 0b01000001 , 28 Luan van .db 24 , 0b01110111 , 0b01110111 ; 200 0b01110111 , 0b00111011 , db 25 , 0b01110111 , 0b01110111 ; 250 0b01101110 , 0b00111011 , db 26 , 0b01110111 , 0b01110111 ; 300 0b01110111 , 0b01101011 , db 27 , 0b01110111 , 0b01110111 ; 350 0b01101110 , 0b01101011 , db 28 , 0b01110111 , 0b01110111 ; 400 0b01110111 , 0b01001101 , db 29 , 0b01110111 , 0b01110111 ; 450 0b01101110 , 0b01001101 , db 30 , 0b01110111 , 0b01110111 ; 500 0b01110111 , 0b01101110 , db 31 , 0b01110111 , 0b01110111 ; 550 0b01101110 , 0b01101110 , db 32 , 0b01110111 , 0b01110111 ; 600 0b01110111 , 0b01111110 , db 33 , 0b01110111 , 0b01110111 ; 650 0b01101110 , 0b01111110 , db 34 , 0b01110111 , 0b01110111 ; 700 0b01110111 , 0b01000011 , db 35 , 0b01110111 , 0b01110111 ; 750 0b01101110 , 0b01000011 , db 36 , 0b01110111 , 0b01110111 ; 800 0b01110111 , 0b01111111 , db 37 , 0b01110111 , 0b01110111 ; 850 0b01101110 , 0b01111111 , db 38 , 0b01110111 , 0b01110111 ; 900 0b01110111 , 0b01101111 , db 39 , 0b01110111 , 0b01110111 ; 950 0b01101110 , 0b01101111 , 29 Luan van .db 40 , 0b01110111 , 0b01000001 ; 1000 0b01110111 , 0b01110111 , db 41 , 0b01110111 , 0b01000001 ; 1050 0b01101110 , 0b01110111 , db 42 , 0b01110111 , 0b01000001 ; 1100 0b01110111 , 0b01000001 , db 43 , 0b01110111 , 0b01000001 ; 1150 0b01101110 , 0b01000001 , db 44 , 0b01110111 , 0b01000001 ; 1200 0b01110111 , 0b00111011 , QUET: OUT PORTB,R20 SBI PORTC,donvi CALL DELAY_QUET CBI PORTC,donvi CBI PORTC,chuc CBI PORTC,tram CBI PORTC,nghin RET delay_adc: ldi tam1,10 vong_adc2: ldi tam2,20 vong_adc1: dec tam2 cpi tam2,0 30 Luan van brne vong_adc1 dec tam1 cpi tam1,0 brne vong_adc2 ret 31 Luan van Chƣơng 5: KẾT LUẬN – ĐỀ NGHỊ Sau thời gian chế tạo, lắp đặt thử nghiệm xe Yamaha Nouvo LX, đề tài có số nhận xét, hướng áp dụng, cải tiến sau:  Độ bền khả đáp ứng cao  Do thiết kế ban đầu xe toàn cấu bánh khởi động nằm carte nhớt, nên việc khởi động lại êm dịu nhanh chóng  Giảm lượng khí thải ô nhiễm xe dừng lại giao lộ đèn giao thông  Do việc khởi động lại dựa việc kích rờ le đề, nên ảnh hưởng đến tuổi thọ hệ thống Nên thời gian tới, tác giả nghiên cứu thiết kế chuyển đổi từ hệ thống khởi động dùng motơ đề có chổi than sang hệ thống khởi động dùng motơ đề không chổi than, kết hợp chức máy phát Mọi chi tiết xin liên hệ : KS Thái Huy Phát , Khoa Cơ Khí Động Lực, Trƣờng Đại Học Sƣ Phạm Kỹ Thuật TPHCM Tài liệu tham khảo: www.oto-hui.com www.datasheetcatalog.com www.avr.com.vn www.yamaha.com.vn www.atmel.com 32 Luan van S K L 0 Luan van ... khơng cần thiết Đồ thị mối quan hệ điện áp va khoảng cách cảm biến: Hình7 22 Luan van Chƣơng 4: THIẾT KẾ CHẾ TẠO 4.1Sơ đồ nguyên lý hoạt động chế độ Stop/ Start: Nhiệt độ động ≤ 60ºC Stop/ Start chưa... chiều thiết kế nằm bên động cơ, sử dụng nhớt động để bơi trơn cho hệ thống Các dịng xe Yamaha Nouvo LX, Yamaha Nouvo SX, Honda SH… thường sử dụng loại Ƣu điểm:  Khắc phục tiếng ồn hoạt động ... Nhiệt độ động ≤ 60ºC Stop/ Start chưa hoạt động Stop/ Start (tắt máy dừng xe) Vận tốc xe ≤ km/h Nhiệt độ động ≥ 60ºC Vận tốc xe ≥ km/h Stop/ Start hoạt động 4.2 Sơ đồ khối điều khiển cho xử lý trung