Đồ án chuyên ngành kỹ thuật ô tô nghiên cứu, mô phỏng hệ thống gạt mưa tự động trên xe toyota camry

TRƯỜNG ĐẠI HỌC CÔNG NGHIỆP HÀ NỘI KHOA CÔNG NGHỆ Ô TÔ ĐỒ ÁN CHUYÊN NGÀNH KỸ THUẬT Ô TÔ NGHIÊN CỨU, MÔ PHỎNG HỆ THỐNG GẠT MƯA TỰ ĐỘNG TRÊN XE TOYOTA CAMRY GVHD: TS.Phạm Minh Hiếu Lớp: 20221AT6024008 Sinh viên thực hiện: Triệu Minh Vũ Mã số sinh viên: 2019601984 MỤC LỤC MỤC LỤC DANH MỤC HÌNH ẢNH DANH MỤC BẢNG MỞ ĐẦU CHƯƠNG TỔNG QUAN VỀ ĐỀ TÀI NGHIÊN CỨU 10 1.1 Đặt vấn đề .10 1.2 Lý lựa chọn đề tài 10 1.2.1 Ưu điểm hệ thống gạt mưa tự động 11 1.2.2 Nhược điểm hệ thống gạt mưa tự động 12 1.2.3 Khảo sát giá thành sản xuất số loại hệ thống gạt mưa số dòng xe 12 KẾT LUẬN CHƯƠNG 12 CHƯƠNG NGHIÊN CỨU TỔNG QUAN VỀ HỆ THỐNG GẠT MƯA RỬA KÍNH TRÊN XE TOYOTA CAMRY 13 2.1 Tổng quan hệ thống gạt nước ô tô 13 2.1.1 Đôi nét gạt nước xe 13 2.1.2 Nhiệm vụ, phân loại yêu cầu hệ thống gạt nước 14 2.2 Cấu tạo hệ thống gạt nước .15 2.2.1 Cấu tạo chung 15 2.2.2 Cần gạt nước/thanh gạt nước .17 2.2.3 Công tắc gạt nước Relay điều khiển gạt nước gián đoạn 19 2.2.4 Motor gạt nước 21 2.2.5 Motor rửa kính .23 2.3 Nguyên lý hoạt động hệ thống gạt mưa rửa kính xe Toyota Camry .25 2.3.1 Khi công tắc gạt nước vị trí LOW/MIST 25 2.3.2 Khi công tắc gạt nước vị trí HIGH 26 2.3.3 Khi tắt công tắt gạt nước OFF .28 2.3.4 Khi bật cơng tắt gạt nước đến vị trí INT 29 2.3.5 Nguyên lý hoạt động bật công tắt rửa kính ON 31 2.4 Một số kiểu gạt nước rửa kính 32 2.4.1 Hệ thống gạt nước dải rộng 32 2.4.2 Gạt nước theo tốc độ xe .33 2.4.3 Rửa kính kết hợp với gạt nước có chức ngăn đọng nước kính 34 2.4.4 Gạt nước tự động trời mưa 34 KẾT LUẬN CHƯƠNG 36 CHƯƠNG NGHIÊN CỨU VỀ HỆ THỐNG GẠT MƯA TỰ ĐỘNG 37 3.1 Nghiên cứu cảm biến mưa 37 3.1.1 Lý thuyết cảm biến mưa 37 3.1.2 Mô đun cảm biến mưa 41 3.2 Sơ đồ khối hệ thống 42 3.3 Xây dựng lưu đồ thuật toán .43 KẾT LUẬN CHƯƠNG 45 CHƯƠNG XÂY DỰNG MƠ HÌNH MÔ PHỎNG 46 4.1 Giới thiệu công cụ mô 46 4.1.1 Phần mềm Proteus 46 4.1.2 Phần mềm lập trình Arduino IDE 49 4.2 Các linh kiện cần dùng để mô hệ thống cảm biến siêu âm 50 4.2.1 Arduino Atemega328P 50 4.2.2 Khối hiển thị LCD: 54 4.2.3 Khối mô đun cảm biến mưa 55 4.2.4 Motor gạt mưa .56 4.3 Kết nguyên lí hoạt động hệ thống mạch mô Proteus 57 4.3.1 Sơ đồ mạch mô 57 3.2.2 Kết mô 57 KẾT LUẬN 60 TÀI LIỆU THAM KHẢO 61 PHỤ LỤC 62 CHƯƠNG TRÌNH MƠ PHỎNG ARDUINO 62 HƯỚNG DẪN SỬ DỤNG SẢN PHẦM MÔ PHỎNG 65 SLIDE BÁO CÁO 68 BẢN VẼ KĨ THUẬT 69 DANH MỤC HÌNH ẢNH Hình 2-1 Bà Mary Anderson (1866-1953) 13 Hình 2-2 Cấu tạo chung hệ thống gạt nước 16 Hình 2-3 Cấu tạo chung hệ thống gạt nước 16 Hình 2-4 Cấu tạo cần gạt nước .17 Hình 2-5 Gạt nước che nửa che hoàn toàn .18 Hình 2-6: Một số cách bố trí lưỡi gạt 19 Hình 2-7 Cơng tắc gạt nước 20 Hình 2-8: Cơng tắc rửa kính 21 Hình 2-9 Cấu tạo motor gạt nước cấu tạo cuộn dây motor [2] 22 Hình 2-10 Hoạt động công tắc dạng cam 23 Hình 2-11 Hoạt động kết hợp rửa nước gạt kính .24 Hình 2-12 Sơ đồ hoạt động gạt nước chế độ LOW/MIST 26 Hình 2-13 Sơ đồ hoạt động gạt nước chế độ HIGH 27 Hình 2-14 Sơ đồ hoạt động gạt nước chế độ OFF 28 Hình 2-15 Hoạt động hệ thống gạt nước chế độ INT transistor Tr bật ON .29 Hình 2-16 Hoạt động hệ thống gạt nước chế độ INT transistor Tr bật OFF 30 Hình 2-17 Sơ đồ hoạt động rửa kính chế độ ON .31 Hình 2-18 Hệ thống gạt nước dải rộng 32 Hình 2-19 Gạt nước theo tốc độ xe 33 Hình 2-20 Rửa kính kết hợp gạt nước có chức ngăn đọng nước 34 Hình 2-21 Gạt nước tự động trời mưa 35 Hình 3-1 Mơ tả ngun lý cảm biến mưa phản xạ .39 Hình 3-2 Mơ tả ngun lý cảm biến sóng quang học 39 Hình 3-3 Nguyên lý chung cảm biến .40 Hình 3-4: Sơ đồ khối hệ thống 42 Hình 4-1: Phần mềm Proteus Professional 46 Hình 4-2: Giao diện phần mềm Proteus .47 Hình 4-3: Mạch điều khiển tốc độ động DC dùng Mosfet 48 Hình 4-4: Mơ mạch hiển thị độ ẩm nhiệt độ .48 Hình 4-5: Vẽ mạch in Proteus .49 Hình 4-6: Arduino IDE 49 Hình 4-7: Giao diện làm việc Arduino IDE 50 Hình 4-8: Sơ đồ khối cấu trúc bên VĐK Atemega 328P .51 Hình 4-9: Tên gọi chân VĐK Atemega328P 52 Hình 4-10 Mô đun cảm biến mưa .56 Hình 4-11 Motor gạt mưa 56 Hình 4-12:Sơ đồ mạch mơ .57 DANH MỤC BẢNG Bảng 1-1: Bảng so sánh giá số loại cảnh báo va chạm 12 Bảng 4-1:Ý nghĩa chân VĐK Atemega328P 53 Bảng 4-2: Ý nghĩa chân khối hiển thị LCD 55 MỞ ĐẦU Đất nước ta q trình cơng nghiệp hóa, đại hóa ngành cơng nghiệp nặng ln bước phát triển Trong đó, ngành cơng nghiệp ô tô trọng Tuy nhiên công nghiệp ô tô nước ta chưa phát triển mạnh, xe ô tô chủ yếu nhập từ nhiều nước Vì vấn đề nghiên cứu, tìm hiểu hệ thống ô tô để phục vụ cho việc sử dụng, sửa chữa bảo dưỡng phục hồi nhằm tăng khả khai thác, kéo dài tuổi thọ hệ thống đảm bảo tính an tồn cao cho hành khách hàng hóa yêu cầu cấp thiết Trong lái xe đối mặt với số lượng ngày tăng phân tâm hệ thống gạt nước tự động trở thành tính hấp dẫn, hệ thống làm việc giảm thiểu thời gian người lái xe phải rời tay khỏi tay lái Hệ thống phát giọt mưa kính chắn gió, tự động bật điều chỉnh hệ thống gạt nước tương ứng với mức độ mưa Cần gạt nước phát minh người phụ nữ bình thường giúp cho tất tài xế thời gian để dùng lại lau kính chắn gió bảo vệ an toàn tài xế phải lái xe mưa Ra đời lần vào năm 1903, người phụ nữ mang tên Mary Anderson NewYork nhận thật bất tiện tàixế lại phải dừng xe, cầm khăn để lau nước tuyết phủ mặt kính Thậm chí, có người chẳng buồn gạt tuyết q dày mà ló đầu cửa sổ để lái Vì hệ thống gạt mưa từ mà đời, phát triển khoa học công nghệ ngày hệ thống cải tiến sang tự động, điều tạo tiện lợi lớn cho người lái Bên cạnh với mục đích củng cố kiến thức học, mở rộng kiến thức chuyên môn giúp sinh viên tăng tính tư duy, quan sát chi tiết hoạt động hệ thống ô tô, kiểm tra sửa chữa hệ thống gặp Em đưa ý tưởng mô hệ thống gạt mưa tự động để phục vụ cho mục đích khảo nghiệm, từ chế tạo thành mơ hình thực tế Với lý em nghiên cứu đề tài “Hệ thống mưa rửa kính tự động xe ô tô Toyota Camry” với hướng dẫn thầy Phạm Minh Hiếu MỤC TIÊU VÀ NHIỆM VỤ CỦA ĐỀ TÀI A MỤC TIÊU - Xác định loại, nghiên cứu sử dụng cảm biến phù hợp, đảm bảo giá trị kinh tế Loại cảm biến có khả hoạt động tin cậy bền bỉ, đảm bảo đáp ứng tính xác điều kiện thời tiết - Nghiên cứu, mơ hệ thống gạt mưa áp dụng xe phù hợp - Khảo sát hệ thống phần mềm mơ phỏng, từ đánh giá tính hoạt động hệ thống B NỘI DUNG Đề tài “Nghiên cứu, mô hệ thống gạt mưa rửa kính xe Toyota Camry " có nội dung chủ yếu: - Tổng quan hệ thống gạt mưa rửa kính - Xây dựng phương trình sơ đồ khối phương thức hoạt động hệ thống - Dùng phần mềm để lập trình điều khiển mô cho hệ thống gạt mưa PHẠM VI NGHIÊN CỨU -Nghiên cứu tìm hiểu nguyên lý, kết cấu hệ thống gạt mưa -Nghiên cứu phương pháp thu nhận tín hiệu cảm biến mưa - Nghiên cứu phương pháp tính tốn hệ thống hoạt động với lưu lượng mưa khác - Nghiên cứu tính tốn thơng số lưu lượng mưa khác nhau, lập trình cho hệ thống điều khiển - Đưa mơ hình tốn học mơ để xe hoạt động nhiều lưu lượng mưa khác PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU Thu thập tài liệu liên quan đến đề tài nghiên cứu Nghiên cứu hệ thống xác định chướng ngại vật hãng xe giới Phương pháp thiết kế mạch cho hệ thống Phương pháp thực nghiệm tính tốn kết đo Sử dụng đồ thị để đánh giá kết mơ hình Đánh giá tổng quát toàn báo cáo nghiên cứu khoa học Đề nghị hướng phát triển đề tài 14 D7 I/O Các bit liệu 15 A - Nguồn dương đèn 16 K - GND cho đèn Bảng 4-2: Ý nghĩa chân khối hiển thị LCD Ý nghĩa chân LCD: - Chân VCC, VSS cấp dương nguồn +5V nối đất tương ứng Chân VEE dùng để điều khiển độ tương phản cho LCD - Chân chọn ghi RS (Register Select): Có ghi quan trọng bên LCD, chân RS dùng để chọn ghi sau: RS = ghi mã lệnh chọn phép người dùng gửi đến lệnh xóa hình, đưa trỏ đầu dịng… Nếu RS = ghi liệu chọn cho phép người dùng gửi liệu cần hiển thị lên LCD - Chân đọc/ghi RW: Đầu đọc/ghi cho phép người dùng gửi thông tin LCD Khi RW = ghi, RW = đọc - Chân cho phép E (Enable): Chân cho phép E sử dụng LCD để chốt thông tin hữu chân liệu nó, liệu cấp đến chân liệu mức xung từ cao xuống thấp phải áp đến chân để LCD chốt liệu chân chốt liệu Xung phải rộng tối thiểu 450ns - Chân D0 ÷ D7: chân ghi liệu bit, dùng để gửi thông tin lên LCD đọc nội dung ghi LCD Để hiển thị chữ số, gửi mã ASCII chữ từ A đến Z, từ a đến z số từ đến đến chân RS = - Cũng có mã lệnh mà gửi đến LCD để xóa hình đưa trỏ đầu dòng nhấp nháy trỏ Chúng ta dùng RS = để kiểm tra bit cờ bận để xem LCD có sẵn sàng nhận thơng tin hay khơng Cờ bận D7 đọc R/W = RS = sau: R/W = 1, RS = D7 = (cờ bận 1) LCD bận công việc bên không nhận thông tin Khi - D7 = LCD sẵn sàng nhận thơng tin Lưu ý nên kiểm tra cờ bận trước ghi liệu lên 4.2.3 Khối mơ đun cảm biến mưa 55 Hình 4-10 Mơ đun cảm biến mưa AO (Đầu tương tự)pin cho tín hiệu tương tự giá trị cung cấp (5V) đến 0V DO (Đầu kỹ thuật số)chân cho đầu Kỹ thuật số mạch so sánh bên Bạn kết nối với chân kỹ thuật số Arduino trực tiếp với rơle 5V thiết bị tương tự GNDlà kết nối mặt đất VCCchân cấp nguồn cho cảm biến Nên cấp nguồn cho cảm biến khoảng 3,3V – 5V Xin lưu ý đầu tương tự thay đổi tùy thuộc vào điện áp cung cấp cho cảm biến 4.2.4 Motor gạt mưa Hình 4-11 Motor gạt mưa Động servo có số mạch điều khiển chiết áp gắn vào trục đầu Nếu trục góc bên phải, động tắt Nếu mạch nhận thấy góc khơng đúng, 56 quay động đạt góc mong muốn Trục đầu servo có khả di chuyển khoảng 180 độ Một servo đơn giản sử dụng để quản lý chuyển động góc từ đến 180 độ Công suất cấp cho động tỷ lệ thuận với quãng đường mà cần di chuyển Vì vậy, trục yêu cầu quay khoảng cách lớn, động chạy hết tốc lực Nếu yêu cầu quay lượng nhỏ, động chạy tốc độ chậm 4.3 Kết nguyên lí hoạt động hệ thống mạch mơ Proteus 4.3.1 Sơ đồ mạch mơ Hình 4-12:Sơ đồ mạch mô 3.2.2 Kết mô Trường hợp khơng có mưa 57 Nếu trường hợp không mưa Lúc giá trị điện trở mà cảm biến mưa đọc lớn 900 Ω Lcd hiển thị not rain Motor gạt mưa không quay Trường hợp mưa nhỏ Nếu trường hợp mưa nhỏ giá trị điện trở cảm biến mưa đọc 600 đến 900 Ω Lúc lcd small rain motor gạt nước quay với tốc độ chậm tuỳ vào giá trị điện trở đọc qua cảm biến mưa trả Trường hợp mưa lớn 58 Nếu trường hợp mưa nhỏ giá trị điện trở cảm biến mưa đọc nhỏ 600 Ω Lúc lcd heavi rain motor gạt nước quayvới tốc độ nhanh tuỳ vào giá trị điện trở đọc qua cảm biến mưa trả Khi lượng mưa giảm dần giá trị điện trở cảm biến mưa đọc lớn 900 motor gạt mưa quay vị trí nghỉ để tránh cản trở tầm nhìn Phân tích kết Trong q trình mơ nhận thấy sử dụng chế độ tự động tốc độ xử lýcòn chậm so với chế độ thủ công Nguyên nhân sử dụng hệ thống gạt mưa tự động q trình phân tích xử lý liệu say cần thời gian lâu để thực • Ưu điểm: tự động bật tắt hệ thống Giúp người lái giảm bớt thao tác tay lái xe • Nhược điểm: hiệu thấp q trình mơ thường bị delay so với thực tế Do phần mềm mơ cịn hạn chế vđk có tốc độ xử lý thấp so với hộp điều khiển ô tô 59 KẾT LUẬN Qua việc xây đựng mơ hình mơ bước đầu hiểu rõ vai trò, ứng dụng vi điều khiển thực tiễn, cách lập trình cho vi điều khiển (Arduino) Ngồi qua đề tài giúp em hiểu rõ cấu tạo hoạt động hệ thống gạt nước tơ, để từ có hướng phát triển ứng dụng điện tử vào hệ thống gạt nước rửa kính tự động tơ với giá thành phù hợp để người khơng có khả sở hữu xe cao cấp trang bị cho ứng dụng tiện ích Dưới hướng dẫn bảo tận tình thầy Phạm Minh Hiếu, em hoàn thành đề tài thời hạn thiết kế mạch gạt nước tự động có mưa, biết cách ứng dụng tơ Mặc dù cố gắng kiến thức hạn hẹp nên nhiều hạn chế Em mong nhận đóng góp thầy bạn để đề tài em hoàn thiện Em xin chân thành cảm ơn! 60 TÀI LIỆU THAM KHẢO [1] P V Thoan, Lý thuyết ô tô, NXB Khoa Học Kỹ Thuật, 2017 [2] N V May, Bơm Quạt Máy Nén, NXB Khoa Học Kỹ Thuật, 2007 [3] N V Hoà, Giáo trình đo lường điện cảm biến đo lường, Cơng ty in & văn hố phẩm, 2005 [4] J.-Y L a S.-S P Woon-Sung Lee, A new approach to forward collision avoidance, United States: 3rd International Conference on Road Safety and Simulation, Indianapolis Indiana., 2011 [5] S M I J X a D Z Wenshuo Wang, Learning and Inferring a Driver’s Braking Action in Car-Following Scenarios, IEEE Transactions on Vehicular Technology, 2018 61 PHỤ LỤC CHƯƠNG TRÌNH MƠ PHỎNG ARDUINO #include #include // #define start #define rain #include int timer = 5; // tốc độ servo int gocquay = 150; // góc quay int pos = 0; int aa = 0; int a = 0; Servo myservo; LiquidCrystal_I2C lcd(0x27, 16, 2); // void setup() { Serial.begin(9600); lcd.init(); lcd.backlight(); myservo.attach(3); pinMode(start, INPUT_PULLUP); pinMode(rain, INPUT); Serial.println("Da khoi dong xong"); lcd.setCursor(0, 0); lcd.print(" RAIN SENSOR"); myservo.write(pos); } 62 // void loop() { a = analogRead(A0); aa = map(a, 150, 900, 0, 30); Serial.println(a); lcd.setCursor(4, 1); lcd.print("not rain "); if ((digitalRead(start) == 0) || ( a < 900)) { lcd.setCursor(4, 1); if (digitalRead(start) == 0) lcd.print(" START "); else if(a > 600) lcd.print("small rain"); else lcd.print("heavy rain"); servo(); } } // void servo() { a = analogRead(A0); aa = map(a, 150, 900, 0, 25); for (pos = 0; pos = 0; pos -= 1) { myservo.write(pos); if (a < 900) { delay(aa); } else { delay(timer); } } } 64 HƯỚNG DẪN SỬ DỤNG SẢN PHẦM MÔ PHỎNG Bước 1: Khởi động phần mềm, sau lựa chọn file mơ Bước 2: Thực chạy trương trình code arduino sau lấy file hex cho phần chạy mô 65 Bước 3: Thực gắn phần mềm mô cho linh kiện sử dụng hệ thống Bước 4: Chọn để chạy mô hệ thống 66 Bước 5: Thực điều chỉnh giá trị cảm biến mưa Bước 6: Thu thập kết mô 67 SLIDE BÁO CÁO 68 BẢN VẼ KĨ THUẬT 69