Thế giới đã đi đến đâu? Chúng ta đang đi sau sự phát triển của thế giới bao xa? Chúng ta cần làm gì để đuổi kịp công nghệ 4.0 của thế giới. Đây không chỉ là câu hỏi của các nhà khoa học, nhà chính trị, mà nó còn là câu hỏi của hầu hết các sinh viên đại học nói chung và sinh viên kỹ thuật nói riêng. Thời đại 4.0 bắt đầu từ đâu? Chúng bắt đầu từ những công nghệ tiên tiến, cơ khí chính xác và các vi mạch,... Tạo nên một sản phẩm gọi là cơ điện tử. Từ đó giúp tăng hiệu suất làm việc, tăng độ an toàn, tăng sự tiện nghi khi sử dụng. Các thành tự đó hiện đang được áp dụng trên hầu hết các hệ thống trên Ôtô. Cụ thể là trong các hệ thống gầm, động cơ và cả thân xe. Trên thế giới các công nghệ này đã phát triển rất xa. Tuy nhiên ở Việt Nam một số hệ thống phức tạp này vẫn còn đang dừng lại ở phạm vi nghiên cứu. Với vai trò là một sinh viên đại học, cụ thể là sinh viên ngành cơ điện tử. Để đưa đất nước cùng chạy theo xu thế 4.0, giảm khối lượng chi tiết hoạt động bằng truyền động cơ khí, ma sát, thiếu chính xác, kém an toàn khi một chiếc xe vận hành.Vàtừ những kiến thức đã được trang bị trong trường học cùng sự giúp đỡ của các thầy cô trong bộ môn ôtô, bộ môn điện tử. Em xin chọn đề tài “Tính toán thiết kế mạch điều khiển hệ thống gạt mưa” sử dụng, bố trí trên xe cơ sở Kia morning 2016. Em xin trân thành cảm ơn sự giúp đỡ của các thầy cô trong
MỞ ĐẦU Thế giới đến đâu? Chúng ta sau phát triển giới bao xa? Chúng ta cần làm để đuổi kịp cơng nghệ 4.0 giới Đây không câu hỏi nhà khoa học, nhà trị, mà cịn câu hỏi hầu hết sinh viên đại học nói chung sinh viên kỹ thuật nói riêng Thời đại 4.0 đâu? Chúng cơng nghệ tiên tiến, khí xác vi mạch, Tạo nên sản phẩm gọi điện tử Từ giúp tăng hiệu suất làm việc, tăng độ an toàn, tăng tiện nghi sử dụng Các thành tự áp dụng hầu hết hệ thống Ơtơ Cụ thể hệ thống gầm, động thân xe Trên giới công nghệ phát triển xa Tuy nhiên Việt Nam số hệ thống phức tạp dừng lại phạm vi nghiên cứu Với vai trò sinh viên đại học, cụ thể sinh viên ngành điện tử Để đưa đất nước chạy theo xu 4.0, giảm khối lượng chi tiết hoạt động truyền động khí, ma sát, thiếu xác, an tồn xe vận hành.Và từ kiến thức trang bị trường học giúp đỡ thầy cô môn ôtô, môn điện tử Em xin chọn đề tài “Tính tốn thiết kế mạch điều khiển hệ thống gạt mưa” sử dụng, bố trí xe sở Kia morning 2016 Em xin trân thành cảm ơn giúp đỡ thầy mơn, giúp em hồn thành tốt sản phẩm báo cáo Xin trân thành cảm ơn! Chương 1: TỔNG QUAN VỀ CƠ ĐIỆN TỬ 1.1Cơ điện tử 1.1.1 khái niệm ứng dụng Hình 1.1 Khái niệm điện tử Trong kinh tế toàn cầu nay, sức mạnh quốc gia thể qua phát triển cơng nghiệp quốc gia Cơ điện tử lĩnh vực chuyên môn kết nối đa ngành kỹ thuật cho phép tạo sản phẩm trí tuệ Với tính đa dạng, giúp tăng hiệu suất làm việc, giảm chi phí, độ tin cậy, xác cao Cơ điện tử dần thay cỗ máy cồng kềnh, làm việc nặng nhọc suất Sự phát triển máy tính cơng nghệ phần mềm làm cho điện tử trở thành đòi hỏi cấp thiết đời sống Trong tương lai Cơ điện tử bao phủ khắp nơi, lĩnh vực, chí điện tử làm thứ người khơng thể làm Hình 1.2 Robot hoạt động hỏa Thuật ngữ điện tử (mechatronic) đời Nhật Bản vào năm cuối thập niên 1960 Khi người ta coi điện tử lĩnh vực công nghệ liên ngành khí, điện/điện tử Cơng nghệ tạo nhiều sản phẩm cung cấp giải pháp tăng hiệu tính máy móc thơng dụng đời sống người Từ đến điện tử có phát triển khơng ngừng đóng vai trị quan trọng khoa học cơng nghệ, kỹ thuật vi xử lý đời vào năm 1970 Là thể thống nên thiết kế sản phẩm điện tử phải thiết kế tối ưu, cộng công nghệ khác tạo nên thiết bị, hệ thống có kết hợp phần khí, phần điện tử, phần điều khiển, phần mềm, sensor, actuator, v.v Do cấu trúc công nghệ khác phải thay đổi để tạo nên cấu trúc thống sản phẩm “Một hệ thống điện tử không kết hợp chặt chẽ hệ thống khí - điện cịn hệ thống điều khiển; tích hợp hồn tồn tất thứ đó” Tuy nhiên khó miêu tả hồn thiện “cơ điện tử gì” Hội xúc tiến cơng nghiệp máy Nhật (the Japan Society for the Promotion of Machine Industry – JSPMI) phân chia sản phẩm điện tử thành loại: +) Loại I: Các sản phẩm khí với kết hợp điện tử để nâng cao chức Ví dụ cơng cụ máy điều khiển số hố điều chỉnh tốc độ biến thiên máy sản xuất +) Loại II: Các hệ thống khí truyền thống với đại hoá đặc biệt thiết bị bên việc kết hợp điện tử Giao diện người dùng bên ngồi khơng đổi Ví dụ máy khâu đại hệ thống sản xuất tự động +) Loại III: Các hệ thống giữ lại chức hệ thống khí truyền thống máy móc bên thay điện tử Ví dụ đồng hồ số hóa +) Loại IV: Các sản phẩm thiết kế với công nghệ khí điện tử tích hợp hỗ trợ Ví dụ máy photocopy, máy làm khô rửa thông minh, nồi cơm điện, lị tự động Các cơng nghệ cho loại sản phẩm điện tử minh họa tiến sản phẩm - điện với bước dài phát triển lý thuyết điều khiển, cơng nghệ tính tốn, vi xử lý Các sản phẩm loại I dùng công nghệ servo, điện tử công suất, lý thuyết điều khiển Các sản phẩm loại II dùng khả thiết bị nhớ vào tính tốn, khả thiết kế mạch theo đơn đặt hàng Các sản phẩm loại III dựa vào vi xử lý mạch tích hợp thay hệ thống khí Cuối cùng, sản phẩm loại IV đánh dấu bắt đầu hệ thống điện tử thực sự, thông qua tích hợp hệ thống khí điện tử Đến tận năm 1970 với phát triển vi xử lý Intel việc kết hợp hệ thống máy tính với hệ thống khí trở nên thực tế Sang thập niên 1980, công nghệ thơng tin hình thành vi xử lý nhúng vào hệ thống khí để nâng cao tính hệ thống Máy cơng cụ điều khiển số robot trở nên hồn hảo hơn, ứng dụng ơtơ hệ thống điều khiển động điện tử hệ thống phanh chống bó cứng dùng rộng rãi Trong thập niên 1990, công nghệ truyền thông đưa vào sản phẩm điện tử làm chúng có khả kết nối mạng rộng Sự phát triển mang đến chức điều khiển cánh tay robot từ xa Trong thời gian này, công nghệ sensor actuator mới, nhỏ – chí cấp độ micro –được dùng ngày nhiều sản phẩm Hệ thống vi cơ-điện vi gia tốc kế silicon dùng để khởi động túi khí ôtô ví dụ Sự phát triển điện tử đến giai đoạn tạo nên hệ quán giai đoạn phát triển chất không đơn phát triển rầm rộ số lượng Máy tính chíp vi xử lý mạnh rẻ để nhúng vào sản phẩm với công nghệ cao khác sensor, actuator, công nghệ phần mềm, công nghệ điều khiển số đại cho sản phẩm thông minh Các chức máy móc hệ thống kỹ thuật phụ thuộc chủ yếu vào phần mềm thuật tốn, mạng nơron, hệ mờ máy tính sản phẩm Như điện tử công nghệ tổng hợp ngày nhiều công nghệ khác để có sản phẩm ngày hoàn hảo *) Xu hướng phát triển điện tử Xu phát triển điện tử tích hợp ngày nhiều cơng nghệ cao, trí tuệ sản phẩm ngày thơng minh kích thước ngày nhỏ Với công nghệ mới, sản phẩm điện tử có chức hội thoại hợp tác phối hợp thực nhiều nhiệm vụ có độ phức tạp cao đồng thời nhiều địa điểm diện rộng Công nghệ vật liệu cho ta nhiều vật liệu có đặc tính điều khiển có khả biến dạng để chế tạo cấu chấp hành cấu trúc khí khơng gian chiều phong phú cho sản phẩm điện tử Công nghệ micro/nano nhằm thu nhỏ thiết bị máy móc xuống kích thước phân tử cho sản phẩm công nghệ tương lai Với việc điều khiển xác nguyên tử phân tử, người chế tạo cảm biến mới, vật liệu nhân tạo thông minh, nhớ có dung lượng terabyte (1012 byte), robot/máy kích thước micro, hệ thống thông minh cực nhỏ v.v… Tuy nhiên cơng nghệ nano cịn nhiều thách thức mà người chưa giải Sự hiểu biết chế hoạt động, điều khiển kích thước nano cịn chưa hồn hảo, cơng nghệ điều khiển nano cịn chưa phát triển Các nghiên cứu micro/nano mechatronics giai đoạn đầu Xu nhỏ hóa thiết bị máy móc xu hướng tiến hóa sản phẩm hầu hết sản phẩm công nghiệp thiết bị điện tử gia dụng (máy điều hồ, lị vi sóng, máy giặt, ), thiết bị truyền thông, thiết bị y tế, phương tiện giao thông, hệ thống điều khiển, dây chuyền công nghệ Sự phát triển công nghệ vi điện tử ngày nhỏ với chức ngày mạnh giá thành ngày rẻ cho thấy khả phát triển sản phẩm nhỏ gọn có nhiều tính phong phú, vượt trội Các nghiên cứu trí tuệ nhân tạo, mạng nơron, hệ chuyên gia, giải thuật gen, phương pháp xử lý song song hướng nghiên cứu thời cho hệ điều khiển thông minh áp dụng cho sản phẩm điện tử tương lai Và với việc xử lý thời gian thực tín hiệu cảm biến âm thanh, hình ảnh, tiếng nói, cảm biến tiếp xúc lực, mômen v.v… tạo sản phẩm điện tử có khả đối thoại tự suy diễn, định, tự thích nghi với mơi trường sinh vật sống 1.1.2 Kết luận Cơ điện tử hệ thống cấu máy có thiết bị điều khiển lập trình có khả hoạt động cách linh hoạt Ứng dụng sinh hoạt, công nghiệp, lĩnh vực nghiên cứu như; máy lạnh, tủ lạnh, máy giặt, máy chụp hình, modul sản xuất linh hoạt, tự động hóa q trình sản xuất thiết bị hổ trợ nghiên cứu thiết bị đo hệ thống kiễm tra … Một số nhà khoa học nhà nghiên cứu định nghĩa điện tử sau: Khái niệm điện tử mở từ định nghĩa ban đầu công ty Yasakawa Electric: “thuật ngữ Mechantronics (Cơ điện tử) tạo (Mecha) Mechanism (trong Cơ Cấu) tronics electronics (Điện Tử) Nói cách khác, cơng nghệ sản phẩm ngày phát triển ngày kết hợp chặt chẽ hữu thành phần điện tử vào cấu khó ranh giới chúng 1.2 Hệ thống điện tử ô tô 1.2.1 Các hệ thống điều khiển động a) Hệ thống đánh lửa điện tử ( ESA ) Là hệ điện tử ứng dụng ngành công nghiệp ôtô vào cuối thập niên 70 Hệ thống đánh lửa điện tử bao gồm cảm biến vị trí trục khuỷu, cảm biến vị trí trục cam, tốc độ lưu lượng khơng khí nạp, vị trí van tiết lưu, tốc độ thay đổi vị trí van tiết lưu cảm biến, vi điều khiển định thời điểm bugi đánh lửa Những ứng dụng ban đầu gồm cảm biến hiệu ứng Hall nhằm xác định cách xác vị trí rơto chia điện (Delco) ứng dụng sau loại bỏ hoàn toàn chia điện dùng hệ thống vi xử lý để điều khiển trực tiếp trình đốt cháy nhiên liệu Hình 1.3 Cơ cấu đánh lửa điện tử b) Hệ thống VVT-i (Điều khiển thời điểm phối khí – thơng minh) Thơng thường, thời điểm phối khí cố định, hệ thống VVT-i sử dụng áp suất thủy lực để xoay trục cam nạp làm thay đổi thời điểm phối khí Điều làm tăng cơng suất, cải thiện tính kinh tế nhiên liệu giảm khí xả nhiễm a) b) c) 1.4 Hệ thống VVT-i trục cam biến thiên c) Hệ thống phun xăng điện tử kiểu trực tiếp ( EFI ) Nhiên liệu bơm với áp lực cao phun trực tiếp vào buồng đốt kì nạp kì nén Để nâng cao hiệu quả, suất sử dụng nhiên liệu đỉnh piton làm lõm để tạo xoáy lốc NGUYÊN LÝ : bơm chuyển hút nhiên liệu từ thùng qua bầu lọc đưa đến bơm áp lực cao( dẫn động cam) Nhiên liệu áp lực cao đưa đến ống phân phối ống phân phối có cảm biến áp suất nhiên liệu ( xác định áp suất nhiên liệu gửi thơng tin ECU), qua ECU tính tốn điều khiển vòi phun phun nhiên liệu vào động 1.5 Hệ thống phun xăng điện tử 1.2.2 Các hệ thống điều khiển thân xe, điều khiển gầm ôtô a) Hệ thống phanh điện tử ABS( Until break system) Vào cuối thập niên 70, hệ thống phanh chống bó cứng ABS (Anti - block Brake System) ứng dụng ôtô Hệ thống ABS hoạt động thông qua việc phát tượng bó cứng bánh xe nào, sau điều chỉnh áp suất thuỷ lực cần thiết để giảm thiểu loại bỏ trượt Hệ thống điều