NGHIÊN CỨU VÀ CHẾ TẠO MÔ HÌNH HỆ THỐNG LÁI TRỢ LỰC ĐIỆN TỬ

NGHIÊN CỨU VÀ CHẾ TẠO MÔ HÌNH HỆ THỐNG LÁI TRỢ LỰC ĐIỆN TỬ I. NỘI DUNG: 1 Tổng quan. 2 Trình bày cấu tạo, hoạt động một số loại hệ thống lái trợ lực điện. 3 Thiết kế, thi công mô hình, trợ huấn cụ phục vụ giảng dạy hệ thống trợ lực lái điện tử. 4 Kết luận.

TRƯỜNG ĐẠI HỌC SƯ PHẠM KỸ THUẬT TP.HCM ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP NGHIÊN CỨU VÀ CHẾ TẠO MƠ HÌNH HỆ THỐNG LÁI TRỢ LỰC ĐIỆN Giảng viên hướng dẫn: Sinh viên thực hiện: Khóa: Ngành: CƠNG NGHỆ KỸ THUẬT Ơ TƠ TP HỒ CHÍ MINH - 08/2021 TRƯỜNG ĐẠI HỌC SƯ PHẠM KỸ THUẬT TP.HCM ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP NGHIÊN CỨU VÀ CHẾ TẠO MƠ HÌNH HỆ THỐNG LÁI TRỢ LỰC ĐIỆN Giảng viên hướng dẫn: Sinh viên thực hiện: Khóa: 2017 - 2021 Ngành: CƠNG NGHỆ KỸ THUẬT Ơ TƠ TP HỒ CHÍ MINH - 08/20 CỘNG HỊA XÃ HỘI CHỦ NGHĨA VIỆT NAM Độc lập – Tự – Hạnh phúc *** TP Hồ Chí Minh, ngày tháng năm 2021 NHIỆM VỤ ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP TÊN ĐỀ TÀI: NGHIÊN CỨU VÀ CHẾ TẠO MƠ HÌNH HỆ THỐNG LÁI TRỢ LỰC ĐIỆN TỬ Sinh viên thực hiện: I NỘI DUNG: 1/ Tổng quan 2/ Trình bày cấu tạo, hoạt động số loại hệ thống lái trợ lực điện 3/ Thiết kế, thi công mơ hình, trợ huấn cụ phục vụ giảng dạy hệ thống trợ lực lái điện tử 4/ Kết luận II TÀI LIỆU THAM KHẢO: Tài liệu đào tạo, hướng dẫn sửa chữa nhà sản xuất ô tô III TRÌNH BÀY:  01 thuyết minh đồ án  Upload ấn phẩm lên Google Drive (Hồ sơ NCKH, file word, powerpoint ĐATN) IV THỜI GIAN THỰC HIỆN: a Ngày bắt đầu: 11/04/2021 b Ngày hoàn thành: Theo kế hoạch Khoa ĐTCLC TRƯỞNG NGÀNH GIẢNG VIÊN HƯỚNG DẪN A CỘNG HÒA XÃ HỘI CHỦ NGHĨA VIỆT NAM Độc lập – Tự – Hạnh phúc *** PHIẾU NHẬN XÉT CỦA GIÁO VIÊN HƯỚNG DẪN Họ tên Sinh viên: Ngành: Công nghệ kỹ thuật Ô tô Tên đề tài: Nghiên cứu hệ thống lái trợ lực điện tử Họ tên Giáo viên hướng dẫn: NHẬN XÉT Về nội dung đề tài & khối lượng thực hiện: Ưu điểm: Khuyết điểm: Đề nghị cho bảo vệ hay không? Đánh giá loại: Điểm:……………….(Bằng chữ: ) Tp Hồ Chí Minh, ngày tháng năm 20… Giáo viên hướng dẫn (Ký & ghi rõ họ tên) B CỘNG HÒA XÃ HỘI CHỦ NGHĨA VIỆT NAM Độc lập – Tự – Hạnh phúc *** PHIẾU NHẬN XÉT CỦA GIÁO VIÊN PHẢN BIỆN Họ tên Sinh viên: Ngành: Cơng nghệ kỹ thuật Ơ tơ Tên đề tài: Nghiên cứu hệ thống lái trợ lực điện tử Họ tên Giáo viên phản biện: NHẬN XÉT Về nội dung đề tài & khối lượng thực hiện: Ưu điểm: Khuyết điểm: Đề nghị cho bảo vệ hay không? Đánh giá loại: Điểm:……………….(Bằng chữ: ) Tp Hồ Chí Minh, ngày tháng năm 20… Giáo viên phản biện (Ký & ghi rõ họ tên) C LỜI CẢM ƠN Đầu tiên, nhóm em xin chân thành cảm ơn đến Khoa đào tạo chất lượng cao trường Đại học Sư phạm Kỹ thuật Thành phố Hồ Chí minh tạo điều kiện sở vật chất mơi trường thuận lợi để nhóm em hồn thành đề tài cách tốt Thứ hai, nhóm em xin gửi tặng đến thầy – giảng viên hướng dẫn đồ án cho chúng em lời cảm ơn sâu sắc Nhờ có sự hướng dẫn hỗ trợ tận tình thầy mà nhóm em học hỏi thêm nhiêu kiến thức mới, mở mang tầm mắt đúc kết nhiều kinh nghiệm quý báu Cuối cùng, xin gửi lời cảm ơn đến tập thể Giảng viên, Cán Viên chức khoa Đào tạo Chất lượng cao nói riêng tồn thể nhà trường nói chung giảng dạy hỗ trợ giải vấn đề liên quan đến sinh viên để đáp ứng nhu cầu học tập sinh viên Trong trình thực đồ án, nhóm chúng em tạo nhiều điều kiện song thiếu sót điều khơng thể tránh khỏi Mong thầy đóng góp ý kiến cảm thơng cho sai sót mắc phải q trình thực để làm tiền đề cho chúng em bắt đầu thử thách sau trường Một lần nhóm em xin chân thành cảm ơn! D MỤC LỤC PHIẾU NHẬN XÉT CỦA GIÁO VIÊN HƯỚNG DẪN B PHIẾU NHẬN XÉT CỦA GIÁO VIÊN PHẢN BIỆN C LỜI CẢM ƠN D MỤC LỤC E DANH MỤC CÁC TỪ VIẾT TẮT G DANH MỤC BIỂU ĐỒ VÀ HÌNH ẢNH H CHƯƠNG 1: ĐẶT VẤN ĐỀ 1.1 Lý chọn đề tài 1.2 Mục tiêu nhiệm vụ nghiên cứu .2 1.2.1 Mục tiêu nghiên cứu .2 1.2.2 Nhiệm vụ nghiên cứu 1.3 Đối tượng nghiên cứu 1.4 Phương pháp nghiên cứu CHƯƠNG 2: CƠ SỞ LÝ THUYẾT Tổng quan hệ thống lái trợ lực điện 2.1 2.1.1 Giới thiệu hệ thống lái trợ lực điện 2.1.2 Cấu tạo hệ thống EPS .5 2.1.3 Nguyên lý điều khiển hệ thống .11 Các loại hệ thống lái điện 14 2.2 2.2.1 EPSc: Cột 15 2.2.2 EPSp: Bánh đơn 17 2.2.3 EPSdp: Bánh kép 17 2.2.4 EPSapa: Trục song song .18 2.2.5 EPSrc: Thanh đồng tâm 19 E CHƯƠNG 3: THIẾT KẾ, THI CƠNG MƠ HÌNH, TRỢ HUẤN CỤ PHỤC VỤ GIẢNG DẠY HỆ THỐNG TRỢ LỰC LÁI ĐIỆN TỬ 21 3.1 Lý thực 21 3.2 Thiết kế, chế tạo mơ hình điều khiển hệ thống lái trợ lực điện .22 3.2.1 Thiết kế sa bàn 22 3.2.2 Phần thiết kế mạch điều khiển 23 3.3 Mơ hình thực tế 34 3.3.1 Cơ cấu điều khiển 34 3.3.2 Cơ cấu chấp hành 36 3.3.3 Quy trình vận hành .36 3.4 Nhận xét mơ hình 37 CHƯƠNG 4: KẾT LUẬN 38 4.1 Hướng phát triển .38 4.2 Kết luận .38 TÀI LIỆU THAM KHẢO 40 F DANH MỤC CÁC TỪ VIẾT TẮT ABS: Anti – lock Braking System ACK: Acknowledgement API – Application Programming Interface ECS: Electronically Controlled Suspension EPS: Electronic Power Steering EPSapa: EPS Axle Parallel EPSc: EPS Column EPSdp: Dual Pinion Epsp: EPS Pinion EPSrc: EPS Rack Concentric ESP: Electronic Stability Programme NEDC: New European Driving Cycle TCS: Traction Control System G DANH MỤC BIỂU ĐỒ VÀ HÌNH ẢNH Hình Hệ thống lái trợ lực điện .3 Hình 2 Suzuki Cervo 1988 .3 Hình Biểu đồ thể tiết kiệm nhiên liệu khí thải hệ thống EPS với HPS thông thường Kết đo NEDC chu kỳ lái xe khách hàng thực BMW 320i Hình Các phận hệ thống lái trợ lực điện Hình Sơ đồ khối hệ thống EPS .6 Hình Sơ đồ tín hiệu điều khiển hệ thống lái trợ lực điện .6 Hình Cơ cấu truyền động hệ thống .7 Hình Motor D/C trợ lực cho người lái Hình Lực đánh lái chuyển sang cấu bánh hành tinh motor xảy hỏng hóc Hình 10 Cấu tạo cụm cảm biến mơ-men góc đánh lái .8 Hình 11 Cách hoạt động cảm biến mô-men .9 Hình 12 Điện áp thay đổi vị trí đánh lái Hình 13 Cách hoạt động cảm biến góc lái .10 Hình 14 Giá trị điện áp đầu cảm biến góc lái 10 Hình 15 Sơ đồ điều khiển trợ lực theo lực đánh lái, góc lái, tốc độ xe 12 Hình 16 Biểu đồ cường độ đầu motor theo thời gian đánh lái 13 Hình 17 Biểu đồ mơ-men trợ lực lái theo mô-men lái tài xế tốc độ xe .13 Hình 18 Hệ thống trợ lực tay lái điện Nissan trang bị Infiniti G37S .15 Hình 19 Hệ thống trợ lực tay lái điện lắp đặt xe Ford 15 Hình 20 EPSc 16 Hình 21 EPSp 17 Hình 22 EPSdp 18 Hình 23 EPSapa 18 Hình 24 EPSrc .19 Hình Mơ hình hệ thống lái trợ lực điện tích hợp hệ thống treo………………….21 Hình Thiết kế khung sa bàn 22 Hình 3 Khung sa bàn thực tế .22 Hình Biến trở volume 10K 23 Hình Vi điều khiển ATMEGA328P 24 Hình Board Arduino Uno R3 .24 Hình Chi tiết chân ATMEGA328P .25 H GND Nối đất XTAL Dao động tinh Chân nối với chân dao động tinh thể để thể cung cấp xung nhịp bên cho chip 10 XTAL Dao động tinh Chân nối với chân lại dao động tinh thể thể để cung cấp xung nhịp bên cho chip 11 PD5 Chân kỹ thuật Chân 11 sử dụng cho nguồn đếm bên số (PWM) Timer1 12 PD6 Chân kỹ thuật Bộ so sánh analog dương i / ps số (PWM) 13 PD7 Chân kỹ thuật Bộ so sánh analog âm i / ps số 14 PB0 Chân kỹ thuật Nguồn đầu vào đếm hẹn số 15 PB1 Nối đất hệ thống Chân kỹ thuật Bộ đếm hẹn so sánh khớp A số (PWM) 16 PB2 Chân kỹ thuật Chân hoạt động lựa chọn slave i / p số (PWM) 17 PB3 Chân kỹ thuật Chân sử dụng làm đầu liệu master đầu số (PWM) vào liệu slave cho SPI 18 PB4 Chân kỹ thuật Chân hoạt động đầu vào xung nhịp master số đầu xung nhịp slave 19 PB5 Chân kỹ thuật Chân hoạt động đầu xung nhịp master số đầu vào xung nhịp slave cho SPI 20 AVcc Điện áp dương Điện áp dương cho ADC (nguồn) 21 AREF 22 GND Nối đất 23 PC0 Đầu analog vào 24 PC1 Đầu analog vào 25 PC2 Đầu analog vào Tham analog chiếu Điện áp tham chiếu analog cho ADC (Bộ chuyển đổi analog sang kỹ thuật số) Nối đất hệ thống Đầu vào analog giá trị kỹ thuật số kênh Đầu vào analog giá trị kỹ thuật số kênh Đầu vào analog giá trị kỹ thuật số kênh 26 PC3 Đầu analog vào 27 PC4 Đầu analog vào 28 PC5 Đầu analog vào Đầu vào analog giá trị kỹ thuật số kênh Chân sử dụng dòng xung nhịp giao diện nối tiếp 26 Đầu vào analog giá trị kỹ thuật số kênh Đầu vào analog giá trị kỹ thuật số kênh Chân sử dụng làm kết nối giao diện nối tiếp cho liệu  Tạo mạch công suất: Mạch công suất để điều khiển động điện chiều DC phổ biến thị trường, phần mơ hình em sử dụng mạch điều khiển động DC L298 Mạch điều khiển động DC L298 có khả điều khiển động DC, dòng tối đa 2A, mạch tích hợp diod bảo vệ IC nguồn 7805 giúp cấp nguồn 5VDC cho module khác Hình Mạch công suất L298 27  Hiển thị thơng số Mơ hình chúng em dùng LED 16x2 với Module I2C Arduino để hiển thị thông số tốc độ xe tín hiệu mơ-men Hình LED 16x2 Hình 10 Module I2C Arduino Hình 11 đấu nối giao tiếp IC2 với LCD 16×2 28  Bộ chấp hành: Chúng em sử dụng motor điện chiều D/C để mơ q trình hoạt động trợ lực hệ thống Hình 12 Motor D/C Mơ hình sử dụng nguồn 12V đấu mạch hình 3.14 Hình 13 Sơ đồ đấu mạch mơ hình 29 Q trình lập trình Hình 14 Sơ đồ thuật toán Chúng em dùng phần mềm Arduino IDE để nạp code vào board mạch thực thi hệ thống Lệnh code để chạy mơ hình: #include //khai báo thư viện hình hiển thị 16x2 giao tiếp i2c LCD_I2C lcd(0x27); // setup thư viện địa i2c 0x27 //khai báo kiểu liệu int(google.com ) int v = A0;// khai báo chân nhận tín hiệu từ cảm biến vận tốc int m = A1; // khia bóa chân tín hiệu từ cảm biến mô-men int vt = 0;// biến phụ vận tốc int mm = 0;// biến phụ mô-men int vantoc = 0; // biến vận tốc int mô-men = 0;// biến mô-men 30 int trai = 9; // đèn trái LOW đèn sáng HIGH đèn tắt int phai = 8;// đèn phải int pwmm = 5; // chân điều khiển tốc độ động dạng xung int xung = 0; // biến xung int in1 = 4;// điều khiển chiều động int in2 = 3;// điều khiển chiều động void setup() { // khai báo chân in out pinMode(v, INPUT); pinMode(m, INPUT); pinMode(trai, OUTPUT); pinMode(phai, OUTPUT); pinMode(pwmm, OUTPUT); lcd.begin(); // bắt đầu hình lcd.backlight(); // bật đèn led hình digitalWrite(trai, HIGH); // digitalWrite(phai, HIGH); // high đèn tắt } void loop() { // put your main code here, to run repeatedly: readmô-menvantoc(); // hàm lcdd(); } void readmô-menvantoc() { vt = analogRead(v); // đọc cảm biến vận tốc 31 mm = analogRead(m); // đọc cảm biến mô-men vantoc = map(vt, , 940, 0, 80); // vt đọc có giá trị biến thiên theo giá trị đọc từ đến 940 tương ứng vantoc có giá trị từ đến 80 xung = map(vantoc, , 80, 255 , 50); // tương tự analogWrite(pwmm , xung); // out chân pwmm bằng xung if (mm >= 480) // mô-men lớn bằng 480 động quay thuận { dongcothuan(); } if (mm 460))// mô-men khoảng 460 đến 480 dừng khoảng đáp ứng theo sự rơ nhẹ vô lăng { stopp(); } } void lcdd() { lcd.setCursor(0, 0); // ghi hình (int1,int2) int1 vị trí cột tính từ trái qua phải int2 dòng dòng , dòng lcd.print("vantoc: "); // You can make spaces using well spaces lcd.setCursor(9, 0); lcd.print(vantoc); lcd.setCursor(12, 0); 32 lcd.print("km/h"); lcd.setCursor(0, 1); // tương tự lcd.print("analog: "); lcd.setCursor(12, 1); lcd.print(mm); //lcd.print(xung); //delay(500); } void dongcothuan() { digitalWrite(phai, LOW); // đèn sáng digitalWrite(trai, HIGH);// đèn tắt digitalWrite(in1, HIGH); // động quay thận digitalWrite(in2, LOW); } void dongconghich() { digitalWrite(trai, LOW); digitalWrite(phai, HIGH); digitalWrite(in1, LOW); // động quay nghịch digitalWrite(in2, HIGH); } void stopp() { digitalWrite(trai, HIGH); //đèn tắt digitalWrite(phai, HIGH); digitalWrite(in1, LOW); //động dừng digitalWrite(in2, LOW);// } 33 3.3 Mơ hình thực tế Hình 15 Mơ hình thực tế 3.3.1 Cơ cấu điều khiển - Điều chỉnh đánh lái Trong thực tế tài xế đánh lái vô lăng để xe chuyển hướng tác động đến xoắn liên kết với cảm biến mô-men Trên mơ hình thi cơng chúng em sử dụng núm xoay (biến trở) để thay cấu Cơ cấu đại điện cho trình đánh lái kèm theo đèn tín hiệu chuyển hướng 34 Hình 16 Cơ cấu chuyển hướng đèn báo chuyển hướng - Điều chỉnh tốc độ xe: Điều chỉnh tốc độ xe thông qua cảm biến vận tốc cho mạch điều khiển thông tin để điều khiển motor chế độ phù hợp Hình 17 Cơ cấu thay đổi tốc độ xe 35 3.3.2 Cơ cấu chấp hành Motor điện cấu trợ lực đánh lái xe, thông qua mạch điều khiển cho mơ-men trợ lực hợp lý Hình 18 Motor trợ lực 3.3.3 Quy trình vận hành - Kiểm tra thiết bị , điện áp nguồn , dây dẫn Xoay biến trở đặt tốc độ Thay đổi mô-men đánh lái: Hình 19 Vặn núm điều khiển thay đổi mơ-men 36 - Thay đổi tốc độ: Hình 20 Vặn núm điều khiển thay đổi tốc độ - Quan sát mô-men, tốc độ thay đổi, tốc độ quay motor trợ lực quay tương ứng với tín hiệu Khi mơ hình trạng thái thẳng (2 đèn left, right khơng hoạt động) motor khơng hoạt động Khi xe tốc độ thấp dần trạng thái quay vòng motor hoạt động nhanh dần Khi xe tốc độ cao dần tiến đến max trạng thái quay vòng motor hoạt động chậm dần lúc dừng hoạt động 3.4 Nhận xét mơ hình Qua mơ hình chúng em muốn thể trình lái trợ lực điện Các tín hiệu đầu vào , quy trình xử lý điều khiển chấp hành Từ để hỗ trợ cho việc giảng dạy , giúp cho sinh viên nắm nguyên lý hoạt động hệ thống lái trợ lực điện Ngồi cịn giúp ích cho việc nghiên cứu tính làm tối ưu hệ thống , giúp nâng cao sự an toàn ổn định chuyển hướng ô tô 37 CHƯƠNG 4: KẾT LUẬN 4.1 Hướng phát triển Do hạn chế thời gian kiến thức , nên đề tài đạt mức nghiên cứu hoạt động hệ thống lái trợ lực điện chế tạo trợ huấn cụ phục vụ cho việc giảng dạy hệ thống Còn nhiều hướng phát triền cho đề tài mà nhóm chưa thực được: - - - Nghiên cứu thêm chế độ hoạt động logic điều khiển hệ thống lái trợ lực điện đại Nghiên cứu sâu loại hệ thống lái trợ lực khác mà hãng ô tô sử dụng giới Thiết kế , thi công mô hình có thêm nhiều chế độ hoạt động khác điều khiển bù quán tính xe đứng yên, điều khiển giảm chấn, điều khiển ma sát hay điều khiển trả lái Mơ hình cịn nhiều thiếu sót chân tín hiệu để phục vụ cho việc đo kiểm: + IG : Dương sau công tắc : 12v + B : Dương nguồn + E : Mass + C1 : Tín hiệu tốc độ xe từ cảm biến ECU + C2 : Tín hiệu mơ-men từ cảm biến ECU + B1 : Đầu motor chân số + B2 : Đầu motor chân số + A4 : Nguồn mạch công suất Tạo pan đơn giản thường gặp nguồn , hư cảm biến… để học viên sinh viên tư xử lý hư hỏng 4.2 Kết luận Sau thời gian nghiên cứu thực đồ án tốt nghiệp “NGHIÊN CỨU VÀ CHẾ TẠO HỆ THỐNG LÁI TRỢ LỰC ĐIỆN TỬ” bằng sự cố gắng nỗ lực nhóm với sự giúp đỡ hướng dẫn tận tình thầy Huỳnh Phước Sơn , nhóm em hoàn thành đồ án tốt nghiệp thời gian quy định nhiệm vụ đề Thông qua đồ án tốt nghiệp chúng em có dịp cố kiến thức thân đồng thời học hỏi thêm kiến thức bổ ích , ngồi cịn giúp chúng em trang bị tinh thần làm việc nhóm áp lực công việc giao Tất giúp chúng em tự tin lao động làm việc sau trường 38 Tuy hoàn thành đề yếu tố khách quan nên đề tài chắn có thiếu sót có vấn đề cần bổ sung mà nhóm chưa kịp nghiên cứu hồn thiện Cuối nhóm xin chân thành cảm ơn thầy hướng dẫn Huỳnh Phước Sơn, thầy khoa đào tạo chất lượng cao tạo điều khiện thuận lợi cho nhóm chúng em hồn thành đề tài tập thể bạn lớp động viên giúp đỡ , đóng góp ý kiến để nhóm hồn thành đề tài tốt Nhóm thực Nguyễn Thanh Hoàng Bảo Nguyễn Thành Lộc 39 TÀI LIỆU THAM KHẢO [1] Kodular (22/06/2018), https://en.everybodywiki.com/Kodular [2] Harrer, Manfred, Pfeffer, Peter (Eds.) (Editors) (14/06/2015) Steering handbook [3] Lesics (1/11/2018), Understanding your Car's Steering & Power Steering !, https://www.youtube.com/watch?v=em1O8mz7sF0&t=214s 40 ... đánh lái Hệ thống bao gồm động điện dẫn động, cảm biến, mô- đun điều khiển hệ thống lái (cơ khí) Hình Hệ thống lái trợ lực điện Hệ thống lái trợ lực điện giới biết đến lần sử dụng Suzuki Cervo vào... cụ hệ thống lái trợ lực điện phục vụ giảng dạy 1.2.2 Nhiệm vụ nghiên cứu  Tìm hiểu sở lý thuyết hệ thống lái trợ lực điện tử  Thiết kế, thi cơng mơ hình, trợ huấn cụ hệ thống trợ lực lái điện. .. không gian, tay lái nặng nên hệ thống dần thay triệt để hệ thống lái trợ lực điện EPS Do đó, chúng em định chọn đồ án “NGHIÊN CỨU VÀ CHẾ TẠO MƠ HÌNH HỆ THỐNG LÁI TRỢ LỰC ĐIỆN” Bản đồ án trình bày