(Đồ án hcmute) nghiên cứu và thiết kế hệ thống điều khiển lái điện cho ô tô điện

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO TRƯỜNG ĐẠI HỌC SƯ PHẠM KỸ THUẬT THÀNH PHỐ HỒ CHÍ MINH ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP NGÀNH CNKT Ô TÔ NGHIÊN CỨU VÀ THIẾT KẾ HỆ THỐNG ĐIỀU KHIỂN LÁI ĐIỆN CHO Ô TÔ ĐIỆN GVHD: ThS VŨ ĐÌNH HUẤN SVTH: HUỲNH TẤN HUY LÊ VĂN CƯỜNG SKL009091 Tp.Hồ Chí Minh, tháng 08/2022 h TRƯỜNG ĐẠI HỌC SƯ PHẠM KỸ THUẬT TP HỒ CHÍ MINH KHOA ĐÀO TẠO CHẤT LƯỢNG CAO ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP NGHIÊN CỨU VÀ THIẾT KẾ HỆ THỐNG ĐIỀU KHIỂN LÁI ĐIỆN CHO Ơ TƠ ĐIỆN GVHD: ThS Vũ Đình Huấn SVTH: Huỳnh Tấn Huy MSSV: 18110118 Lê Văn Cường MSSV: 18145093 Ngành: Cơng Nghệ Kỹ Thuật Ơ Tơ Tp Hồ Chí Minh, tháng năm 2022 h TRƯỜNG ĐẠI HỌC SƯ PHẠM KỸ THUẬT TP HỒ CHÍ MINH KHOA ĐÀO TẠO CHẤT LƯỢNG CAO ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP NGHIÊN CỨU VÀ THIẾT KẾ HỆ THỐNG ĐIỀU KHIỂN LÁI ĐIỆN CHO Ơ TƠ ĐIỆN GVHD: ThS Vũ Đình Huấn SVTH: Huỳnh Tấn Huy MSSV: 18110118 Lê Văn Cường MSSV: 18145093 Ngành: Cơng Nghệ Kỹ Thuật Ơ Tơ Tp Hồ Chí Minh, tháng năm 2022 h CỘNG HÒA XÃ HỘI CHỦ NGHĨA VIỆT NAM Độc lập – Tự – Hạnh phúc *** Tp Hồ Chí Minh, ngày…tháng…năm 2022 NHIỆM VỤ ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP Họ tên sinh viên: Huỳnh Tấn Huy MSSV: 18110118 Lê Văn Cường MSSV: 18145093 Ngành: Công nghệ kỹ thuật ô tơ Lớp: 18145CL1A Giảng viên hướng dẫn: ThS Vũ Đình Huấn Ngày nhận đề tài: Ngày nộp đề tài: 09/08/2022 10/03/2022 Tên đề tài: Nghiên cứu thiết kế hệ thống điều khiển lái điện cho ô tô điện Các số liệu, tài liệu ban đầu: Tài liệu cảm biến xe Nội dung thực đề tài: - Tìm hiểu hệ thống lái ô tô - Tìm hiểu hệ thống lái trợ lực điện - Tìm hiểu linh kiện điện tử , lập trình arduino - Thiết kế hệ thống điều khiển công suất suất cho hệ thống lái điện - Thử nghiệm kết luận Sản phẩm: - thuyết minh đề tài - Mô hình mơ hệ thống lái trợ lực điện XÁC NHẬN CỦA TRƯỞNG NGÀNH GIẢNGVIÊN HƯỚNG DẪN i h 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: Huỳnh Tấn Huy Lê Văn Cường MSSV: 18110118 MSSV: 18145093 Ngành: Công nghệ kỹ thuật ô tô Tên đề tài: Nghiên cứu thiết kế hệ thống điều khiển lái điện cho ô tô điện Họ tên Giáo viên hướng dẫn: ThS Vũ Đình Huấn 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 2022 Giáo viên hướng dẫn (Ký & ghi rõ họ tên) ii h 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: Huỳnh Tấn Huy Lê Văn Cường MSSV: 18110118 MSSV: 18145093 Ngành: Công nghệ kỹ thuật ô tô Tên đề tài: Nghiên cứu thiết kế hệ thống điều khiển lái điện cho ô tô điện Họ tên Giáo viên phản biện: ThS Nguyễn Quang Trãi 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 2022 Giáo viên phản biện (Ký & ghi rõ họ tên) iii h LỜI CẢM ƠN Được sự phân công Khoa Đào tạo chất lượng cao- Trường Đại học Sư Phạm Kỹ Thuật TPHCM, với sự đồng ý giảng viên hướng dẫn ThS Vũ Đình Huấn, nhóm chúng em thực đề tài “NGHIÊN CỨU VÀ THIẾT KẾ HỆ THỐNG ĐIỀU KHIỂN LÁI ĐIỆN” Trong thực đề tài, nhóm xin cảm ơn thầy Vũ Đình Huấn tận tình hướng dẫn đề tài giải đáp thắc mắc suốt trình hoạt động Nhờ trình báo cáo tiến độ liên tục đặc biệt sự ân cần quan tâm, giúp cho nhóm chúng em hồn thành đề tài tiến độ đạt mục tiêu đề Ngoài chúng em học kiến thức ứng dụng vào đề tài Chúng em xin gửi lời cảm ơn đến nhà trường thầy cô khoa tạo điều kiện cho nhóm thực Trong q trình thực báo cáo, nhóm mắc thiếu sót nhiều chỗ cịn chưa xác, nên nhóm mong nhận sự đóng góp ý kiến q Thầy Cơ bạn Sau cùng, nhóm chúng em xin kính chúc q Thầy Cô dồi sức khoẻ, giữ vững niềm tin để tiếp tục thực sứ mệnh trồng người truyền đạt tri thức cho hệ trẻ mai sau Tp Hồ Chí Minh, ngày tháng năm 2022 Nhóm sinh viên thực Huỳnh Tấn Huy_ Lê Văn Cường iv h MỤC LỤC LỜI CẢM ƠN iv MỤC LỤC v DANH MỤC CHỮ VIẾT TẮT viii DANH MỤC CÁC BẢNG BIỂU ix DANH MỤC CÁC HÌNH ẢNH, BIỂU ĐỒ x CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN VỀ ĐỀ TÀI 1.1Lí chọn đề tài 1.2 Mục tiêu 1.3 Nội dung nghiên cứu 1.4 Phương pháp nghiên cứu CHƯƠNG 2: GIỚI THIỆU VỀ HỆ THỐNG LÁI 2.1 CÔNG DỤNG, PHÂN LOẠI, YÊU CẦU CỦA HỆ THỐNG LÁI 2.1.1 Công dụng hệ thống lái .3 2.1.2 Phân loại hệ thống lái 2.1.2.1 Theo cách bố trí vô lăng .3 2.1.2.2 Bố trí theo kiểu chuyển hướng: .3 2.1.2.3 Theo kết cấu cấu lái .3 2.1.2.4 Phân loại kết cấu lái truyền lực .3 2.1.3 Yêu cầu hệ thống lái .3 2.2 NGUYÊN LÝ HOẠT ĐỘNG, CÁC BỘ PHẬN HỆ THỐNG LÁI 2.2.1 Nguyên lý hoạt động hệ thống lái .4 2.2.2 Các phận hệ thống lái .5 2.3 TỶ SỐ TRUYỀN VÀ HIỆU SUẤT CỦA THỐNG LÁI 2.3.1 Tỷ số truyền 2.3.2 Hiệu suất 2.3.2.1 Hiệu suất thuận v h 2.3.2.2 Hiệu suất nghịch 2.4 CÁC LOẠI HỆ THỐNG LÁI TRỢ LỰC 10 2.4.1 Hệ thống lái trợ lực thủy lực 10 2.4.2 Hệ thống lái trợ lực thủy lực- điện .11 2.4.3 Hệ thống lái trợ lực điện 11 2.4.4 Phân tích ưu nhược điểm hệ thống lái trợ lực thủy lực hệ thống lái trợ lực điện 12 CHƯƠNG 3: GIỚI THIỆU SƠ LƯỢC VỀ HỆ THỐNG LÁI TRỢ LỰC ĐIỆN 14 3.1 Giới thiệu hệ thống trợ lực điện 14 3.2 Các phận trợ lực điện 14 3.2.1 Cảm biến momen xoắn 14 3.2.2 Mô tơ trợ lực cấu giảm tốc 16 3.2.3 Bộ điều khiển ECU 18 3.2.4 Đèn báo EPS 19 3.2.5 Nguyên lý làm việc hệ thống lái trợ lực điện : 20 3.2.6 Các cảm biến hệ thống trợ lực điện 20 3.2.6.1 Cảm biến mô men 20 3.2.6.2 Cảm biến tốc độ xe 21 3.2.6.3 Cảm biến góc lái 28 3.3 Phân loại hệ thống trợ lực điện EPS 29 3.3.1 Trợ lực cột lái – Column EPS .29 3.3.2 Trợ lực lái đơn – Single-Pinion EPS 30 3.3.3 Trợ lực lái kép – Dual-Pinion EPS .31 3.3.4 Trợ lực lái điện trục song song – Parallel Axis EPS .32 Chương 4: HỆ THỐNG LÁI TRỢ LỰC ĐIỆN TRÊN XE TESLA MODEL S 34 4.1 Xe điện Tesla S 34 4.2 Hệ thống lái xe Tesla 34 4.3 Hộp điều khiển trợ lực lái 36 vi h 4.4 Động điều khiển trợ lực lái 38 4.5 Cảm biến mô men 38 CHƯƠNG :THIẾT KẾ VÀ LẬP TRÌNH HỆ THỐNG ĐIỀU KHIỂN CÔNG SUẤT CHO HỆ THỐNG TRỢ LỰC LÁI ĐIỆN 41 5.1 Giới thiệu phần mềm lập trình Arduino 41 5.2 Thiết kế lập trình cho mơ tơ trợ lực lái 49 5.2.1 Yêu cầu hệ thống .49 5.2.2 Các linh kiện điện tử sử dụng để xây dựng mơ hình 49 5.2.3 Drive BTS 7960 43A điều khiển động công suất cao cầu H kép 50 5.2.3 Biến trở Tocos 10K B103 RV24YN20S 52 5.2.4 Encoder 400 xung pha AB 52 5.2.5 Mạch điều khiển tốc độ động giảm tốc 54 5.2.6 Mô tơ giảm tốc 5-9V .54 5.3 Lập trình điều khiển mơ tơ trợ lực lái điện 56 5.3.1 Sơ đồ tổng quát hệ thống trợ lực lái điện 56 5.3.2 Sơ đồ chân hệ thống trợ lực lái điện: 56 5.3.3 Lưu đồ thuật toán 57 5.3.4 Lập trình điều khiển: .61 5.4 Thiết kế mơ hình 70 5.5 Mơ hình sau hồn thiện 73 CHƯƠNG 6: KẾT LUẬN VÀ HƯỚNG PHÁT TRIỂN 79 6.1 Kết Luận 79 6.2 Kiến nghị 79 TÀI LIỆU THAM KHẢO 80 PHỤ LỤC 81 vii h PHỤ LỤC Chương trình điều khiển cho Arduino Mega 2560: #include #include // khai bao thu vien EEPROM // Khai bao thu vien LCD #include // Khai bao thu vien LCD LiquidCrystal_I2C lcd(0x27, 20, 4); // Khai bao kich thuoc LCD #define MotEnable // Bam xung PWM cho motor #define MotorPhai // Motor quay sang phai #define MotorTrai // Motor quay sang trai int xung; // dem xung vi tri Encoder int goc; // goc quay cua vo lang int momen,dienapmn; // Cac bien tin hien Momen int rpm1,tocdo,tyletroluc,rpm; // Cac bien toc va hien thi ty le tro luc int timecho = 1000; // Delay ham millis giay cho toc unsigned long thoigian; // thoi gian unsigned long hientai; // thoi gian int dem=0; // dem xung ENCODER tin hieu toc int ngat_en_1 = 18; //Encoder ngat kenh A int ngat_en_2 = 19; //Encoder ngat kenh B int ngat = 3; // Ngat Encoder tin hieu toc volatile int lastEncoded = 0; // cap nhat gia tri Encoder volatile long giatriEncoder=3200, giatriEncodertr=3200; // Khoi tao gia tri Encoder void dem_xung() // Ham dem xung tin hieu toc { dem++; //đếm xung 81 h } void setup() { pinMode(MotEnable, OUTPUT); // Tin hieu Output chan PWM pinMode(MotorPhai, OUTPUT); // Tin hieu Output chan motor pinMode(MotorTrai, OUTPUT); // Tin hieu Output chan motor Serial.begin(9600); // Hien thi cong Serial pinMode(ngat, INPUT_PULLUP); // Ngat dien tro keo len cua Encoder toc pinMode(ngat_en_1, INPUT_PULLUP); // Ngat dien tro keo len cua Encoder kenh A pinMode(ngat_en_2, INPUT_PULLUP); // Ngat dien tro keo len cua Encoder kenh B digitalWrite(ngat_en_1, HIGH); //co dien tro keo len digitalWrite(ngat_en_2, HIGH); //co dien tro keo len attachInterrupt(1, dem_xung, RISING); // ngat ngoai attachInterrupt(5, updateEncoder, CHANGE); // ngat ngoai attachInterrupt(4, updateEncoder, CHANGE); // ngat ngoai lcd.init(); // khai bao LCD lcd.backlight(); lcd.setCursor(0,0); lcd.print(" WELCOME: EPS SYSTEM"); lcd.setCursor(0,1); lcd.print(" GROUP HUY VA CUONG"); lcd.setCursor(0,2); lcd.print("LOADING: "); lcd.setCursor(0,3); lcd.print("WAIT A SECOND"); 82 h delay(1000); lcd.clear(); lcd.setCursor(0,1); lcd.print("Tocdo: "); lcd.setCursor(11,1); lcd.print(" cs: "); lcd.setCursor(1,2); lcd.print("Vmn: "); lcd.setCursor(10,2); lcd.print("GOC: "); lcd.setCursor(1,3); lcd.print("xtl: "); lcd.setCursor(11,3); lcd.print("TL: "); giatriEncoder = int (EEPROM.read(0))*256; // doc gia tri nho mat dien (2 byte) delay(10); giatriEncoder |= int (EEPROM.read(1)); } void loop() { giatriEncodertr = giatriEncoder; // gia tri vitri Encoder = vi tri truoc EEPROM.write(0, giatriEncoder/256); // Luu gia tri vao dia chi EEPROM (2 BYTE) delay(10); EEPROM.write(1, giatriEncoder%256); delay(10); dienapmn = analogRead(A0); // Doc tin hieu bien tro momen = map(dienapmn,0,1023,0,50); // Chuyen doi tin hieu bien tro sang dang tin hieu dien ap momen 83 h Serial.print("Xung: "); // Doc cac gia tri len Cong Serial Serial.print(giatriEncoder); Serial.print(" "); Serial.print("tocdo: "); Serial.print(rpm1); Serial.print(" "); Serial.print("dem: "); Serial.print(dem); Serial.println(" "); thoigian = millis(); // Cho bien thoi gian bang ham Millis if (thoigian - hientai >= timecho) // dung ham millis cho giay { hientai = thoigian; rpm1 = (dem/20.)*60.; // dung cong thuc tinh toc tocdo = map(rpm1,0,1200,0,150); // Chuyen doi toc nho lai /* * Đĩa encoder có 20 xung, đo 120 xung/s * lấy 120/20 = vòng/s * ta được: 6*60 = số vòng quay / phút (RPM) */ lcd.setCursor(7,1); // thiet lap dong cho bien tocdo lcd.write(tocdo/100 +48); // Doc gia tri toc lcd.write(tocdo/10%10 +48); lcd.write(tocdo%10 +48); lcd.setCursor(17,1); // Thiet lap dong cho PWM 84 h lcd.write(rpm/100 +48); // Doc gia tri cong suat cho Motor lcd.write(rpm/10%10 +48); lcd.write(rpm%10 +48); lcd.setCursor(6,2); // Thiet lap dong cho Momen lcd.write(momen/10 +48); // Doc gia tri momen lcd.print(","); lcd.write(momen%10 +48); lcd.setCursor(15,3); // Thiet lap dong cho ty le tro luc lcd.write(tyletroluc/100 +48); // Doc gia tri ty le tro luc lcd.write(tyletroluc/10%10 +48); lcd.write(tyletroluc%10 +48); lcd.setCursor(19,3); lcd.write(37); // Ky tu pham tram dem=0; // Sau giay cap nhat lai gia tri tocdo, cs, tyletroluc va reset lai gia tri dem } xung= giatriEncoder; // doc gia tri xung Encoder de hien thi LCD goc = map(giatriEncoder,0,6400,0,1440); // Doc gia tri goc hien thi LCD de nhan biet quay toi da vong if(goc>720) // Hien thi quay sang phai {lcd.setCursor(15,2); lcd.write((goc-720)/100 +48); lcd.write((goc-720)/10%10 +48); lcd.write((goc-720)%10 +48); } else // Hien thi quay sang trai {lcd.setCursor(15,2); lcd.write((720-goc)/100 +48); lcd.write((720-goc)/10%10 +48); 85 h lcd.write((720-goc)%10 +48); } pwmOut(); // Ham thiet lap chieu quay if (xung3210 && giatriEncoder=3190 && giatriEncoder=6390 || giatriEncoder=0 && tocdo26) // thiet lap momen de nhan biet motor quay sang phai { if(giatriEncoder>0 && giatriEncoder= giatriEncodertr +2 ) // neu gia tri Encoder khac voi gia tri Encoder truoc thi cap dien cho motor { analogWrite(MotEnable, rpm); motor forward(); // dung PWM de thiet lap cong suat cho // ham quay sang phai } else if(giatriEncoder giatriEncodertr -2 ) // neu gia tri Encoder truoc va sau nam khoang thi dung cap dien { finish (); // motor stop } } else if(giatriEncoder=3190) // dam bao vo lang khong cap dien motor quay trai { finish (); } 89 h } if(momen3210 && giatriEncoder= giatriEncodertr +2 ) { analogWrite(MotEnable, rpm); forward(); } else if(giatriEncoder giatriEncodertr -2 ) { finish (); } } else if(giatriEncoder0) { finish (); } } } } 90 h if(tocdo75) // Dung cap dien cho motor { if(giatriEncoder0) {finish (); } } if(tocdo>=100 && tocdo= giatriEncodertr +2 ) { analogWrite(MotEnable, 40); // Cap dien cho motor ham lai reverse(); lcd.setCursor(17,1); lcd.print("-40 "); } else if(giatriEncoder giatriEncodertr -2 ) { finish (); } } } 91 h if(tocdo>=130) // Truong hop tocdo lon hon 100 thi cap dien cho motor chong quay lai vo lang { if(giatriEncoder0) { if (giatriEncoder >= giatriEncodertr +2 ) { analogWrite(MotEnable, 60); // Cap dien cho motor ham lai reverse(); lcd.setCursor(17,1); lcd.print("-60 "); } else if(giatriEncoder giatriEncodertr -2 ) { finish (); } } } if (giatriEncoder>6400 ) // neu motor quay lon hon vong phai thi khong cho motor quay tiep { analogWrite(MotEnable, 100); reverse(); } 92 h if (giatriEncoder