Thiết Kế Chế Tạo Mô Hình Đo Độ Rơ Vô Lăng Tự Động.pdf

Untitled THÀNH PHỐ HỒ CHÍ MINH BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO TRƯỜNG ĐẠI HỌC SƯ PHẠM KỸ THUẬT Tp Hồ Chí Minh, tháng 20 SKL007928 NGÀNH CNKT Ô TÔ TRƯỜNG ĐẠI HỌC SƯ PHẠM KĨ THUẬT THÀNH PHỐ HỒ CHÍ MINH KHOA CƠ K[.]

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO TRƯỜNG ĐẠI HỌC SƯ PHẠM KỸ THUẬT THÀNH PHỐ HỒ CHÍ MINH ĈӖÈ17Ӕ71*+,ӊ3 NGÀNH CNKT ễ Tễ 7+,ầ7.ầ&+ầ720é+,1+25 9é/1*71* *9+' 7K6/ầ48$1*9 697+  ơ23+ề&1*  75Ҫ10,1+7+Ð1*   SKL007928 Tp Hồ Chí Minh, tháng 20 TRƯỜNG ĐẠI HỌC SƯ PHẠM KĨ THUẬT THÀNH PHỐ HỒ CHÍ MINH KHOA CƠ KHÍ ĐỘNG LỰC ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP Chuyên ngành: Công nghệ Kỹ thuật ô tô Tên đề tài THIẾT KẾ CHẾ TẠO MÔ HÌNH ĐO ĐỘ RƠ VÔ LĂNG TỰ ĐỘNG SVTH: ĐÀO PHÚ CƯỜNG MSSV: 14145020 SVTH: TRẦN MINH THÔNG MSSV: 14145279 GVHD: ThS LÊ QUANG VŨ CỘNG HÒA XÃ HỘI CHỦ NGHĨA VIỆT NAM TRƯỜNG ĐH SƯ PHẠM KỸ THUẬT Độc Lập – Tự Do – Hạnh Phúc TP HỒ CHÍ MINH KHOA CƠ KHÍ ĐỘNG LỰC TP Hồ Chí Minh, ngày … tháng … năm …… NHIỆM VỤ ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP Họ tên sinh viên: Đào Phú Cường MSSV: 14145020 (E-mail: 14145020@student.hcmute.edu.vn Điện thoạị: 01672513896) Trần Minh Thông MSSV: 14145279 (E-mail: 14145279@student.hcmute.edu.vn Điện thoại: 01642086015) Ngành: Công Nghệ Kỹ Tḥt Ơ Tơ Khóa: K14 Lớp: 141452 Tên đề tài - Nhiệm vụ đề tài - Sản phẩm đề tài - Ngày giao nhiệm vụ đề tài: - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - Ngày hoàn thành nhiệm vụ: - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - TRƯỞNG BỘ MÔN CÁN BỘ HƯỚNG DẪN TRƯỜNG ĐH SƯ PHẠM KĨ THUẬT TP HỒ CHÍ MINH KHOA CƠ KHÍ ĐỘNG LỰC NHẬN XÉT CỦA GIẢNG VIÊN HƯỚNG DẪN Tên đề tài: Thiết kế, chế tạo mô hình đo độ rơ vô lăng tự động Họ tên sinh viên: Đào Phú Cường MSSV: 14145020 Trần Minh Thông MSSV: 14145279 Ngành Công nghệ kỹ thuật ô tô I NHẬN XÉT Về hình thức trình bày tính hợp lý cấu trúc đề tài Về nội dung (đánh giá chất lượng đề tài, ưu khuyết điểm giá trị thực tiễn) II NHỮNG NỘI DUNG CẦN ĐIỀU CHỈNH BỔ SUNG III ĐỀ NGHỊ VÀ ĐÁNH GIÁ Đề nghị (cho phép bảo vệ hay không): Điểm đánh giá (theo thang điểm 10): Tp Hồ Chí Minh, ngày tháng năm 2018 Giáo viên hướng dẫn (Ký ghi rõ họ tên) TRƯỜNG ĐH SƯ PHẠM KĨ THUẬT TP HỒ CHÍ MINH KHOA CƠ KHÍ ĐỘNG LỰC NHẬN XÉT CỦA GIẢNG VIÊN PHẢN BIỆN Tên đề tài: : Thiết kế, chế tạo mô hình đo độ rơ vô lăng tự động Họ tên sinh viên: Đào Phú Cường MSSV: 14145020 Trần Minh Thông MSSV: 14145279 Ngành Công nghệ kỹ thuật ô tơ I NHẬN XÉT Về hình thức trình bày tính hợp lý cấu trúc đề tài Về nội dung (đánh giá chất lượng đề tài, ưu khuyết điểm giá trị thực tiễn) II NHỮNG NỘI DUNG CẦN ĐIỀU CHỈNH BỔ SUNG III ĐỀ NGHỊ VÀ ĐÁNH GIÁ Đề nghị (cho phép bảo vệ hay không): Điểm đánh giá (theo thang điểm 10): Tp Hồ Chí Minh, ngày tháng năm 2018 Giáo viên phản biện (Ký ghi rõ họ tên) TRƯỜNG ĐH SƯ PHẠM KĨ THUẬT TP HỒ CHÍ MINH KHOA CƠ KHÍ ĐỘNG LỰC XÁC NHẬN HOÀN THÀNH ĐỒ ÁN Tên đề tài: : Thiết kế, chế tạo mô hình đo độ rơ vô lăng tự động Họ tên sinh viên: Đào Phú Cường MSSV: 14145020 Trần Minh Thông MSSV: 14145279 Ngành Công nghệ kỹ thuật ô tô Sau tiếp thu và điều chỉnh theo góp ý Giảng viên hướng dẫn, Giảng viên phản biện thành viên Hội đồng bảo vệ Đồ án tốt nghiệp hoàn chỉnh đúng theo u cầu nợi dung hình thức Chủ tịch Hội đồng: Giáo viên hướng dẫn: Giáo viên phản biện: Tp Hồ Chí Minh, ngày tháng năm 2018 LỜI CẢM ƠN Trong trình thực hiện đồ án tốt nghiệp, chúng em gặp không khó khăn vì kiến thức lý thút cịn hạn chế, kinh nghiệm thiết kế cịn ít, việc vận dụng kiến thức học vào thực tế chưa th̀n thục Thế nhưng, chúng em ln có sự hỗ trợ nhiệt tình từ quý thầy cô khoa Cơ Khí Đợng Lực, với sự giúp đỡ chân thành bạn bè Chính điều tạo điều kiện cho chúng em hoàn thành đồ án này Nay chúng em xin gởi lời cảm ơn sâu sắc tới: - Giảng viên Th.S Lê Quang Vũ tận tình bảo, hướng dẫn, đợng viên cho chúng em suốt trình làm đồ án Với kinh nghiệm thiết thực mình, thầy giúp chúng em nhận hạn chế, khắc phục sai sót, có cách làm, bước hợp lý - Tất q thầy khoa Cơ khí Đợng Lực tạo điều kiện, hỗ trợ kiến thức, kinh nghiệm cho chúng em thực hiện đồ án Chúng em xin chân thành cảm ơn ! Sinh viên thực hiện Đào Phú Cường Trần Minh Thông i TÓM TẮT Tên đề tài I “ Thiết kế chế tạo mô hình đô độ rơ vô lăng tự động” Thời gian và địa điểm II • Thời gian: 27/3/2018 – 23/7/2018 • Địa điểm: tại xưởng thực tập Bộ môn điện tử ô tô, Khoa Cơ Khí Đợng Lực Trường Đại Học Sư Phạm Kỹ Thuật Tp Hồ Chí Minh Mục đích đề tài III • Nghiên cứu, tìm hiểu phương pháp đo độ rơ vơ lăng hiện từ áp dụng lập trình vi xử lý thực hiện đo độ rơ vô lăng tự đợng • Thiết kế chế tạo mơ hình đo đợ rơ vơ lăng tự đơng, từ áp dụng tại trạm đăng kiểm ô tô Phương tiện IV • Phương tiện lý thuyết: - Tra cứu tài tiệu máy tính, sách, báo… - Nghiên cứu lập trình vi xử lý cho Arduino • Phương tiện thực hành: V - Các thiết bị khí như: máy hàn, máy cắt, … - Các dụng cụ xưởng thực tập Kết • Nhóm nghiên cứu và chế tạo mô hình đo độ rơ vơ lăng tự đợng cịn sai số định • Nhóm biên soạn mợt tập thút minh sở lý thuyết phương pháp đo độ rơ vô lăng khái quát mô hình đo đợ rơ vơ lăng tự đợng • Mơ hình tiếp tục phát triển kết đo xác để áp dụng vào trạm đăng kiểm ô tô ii MỤC LỤC LỜI CẢM ƠN i TÓM TẮT ii MỤC LỤC iii DANH MỤC CÁC CHỮ VIẾT TẮT VÀ KÝ HIỆU v DANH MỤC CÁC HÌNH vi DANH MỤC CÁC BẢNG viii PHẦN I 1-1 Lý chọn đề tài 1-2 I II Mục tiêu và phạm vi nghiên cứu 1-2 III Phương pháp nghiên cứu 1-2 IV Phạm vi ứng dụng 1-3 PHẦN II…………………………………………………………………………………1-4 Chương CƠ SỞ LÝ THUYẾT 1-5 1.1 Giới thiệu chung Adruino 1-5 1.2 Giới thiệu board Arduino Nano 1-5 1.3 Giới thiệu module cầu H VNH2SP30 30A 1-7 1.3.1 Mạch cầu H ? 1-7 1.3.2 Mạch cầu H sử dụng rờ le 1-8 1.4 Giới thiệu cảm biến khoảng cách ToF Laser Radar VL53L0X 1-11 1.5 Giới thiệu LCD 20x4 và module I2C 1-13 1.6 Giới thiệu incremental rotary encoder 1-15 1.7 Giới thiệu động điện một chiều 1-17 1.8 Giới thiệu Arduino IDE ngơn ngữ lập trình cho Arduino 1-19 1.9 Giới thiệu thực hiện đo độ rơ vô lăng đăng kiểm xe giới 1-20 1.10 Nguyên lý việc đo độ rơ vô lăng 1-21 1.11 Các bước đo độ rơ vô lăng thủ công hiện nay: 1-23 1.12 nguyên nhân dẫn đến vô lăng bị rơ………………………… ……………1-26 1.13 Những nguy tai nạn hệ thống lái bị rơ 1-25 iii 1.14 Kiểm tra khắc phục độ rơ vô lăng 1-26 Chương MÔ HÌNH HÓA HỆ THỐNG ĐO ĐỘ RƠ VÔ LĂNG TỰ ĐỢNG 2-27 2.1 Khái qt mơ hình hóa 2-27 2.2 Thiết kế cấu khí 2-27 2.2.1 Giới thiệu phần mềm thiết kế 2-27 2.2.2 Thiết kế cấu giá đỡ 2-28 2.2.3 Thiết kế câu vô lăng 2-30 2.2.4 Thiết kế giá đỡ cảm biến 2-35 2.2.5 Cơ cấu khí hoàn chỉnh mơ hình đo đợ rơ vô lăng tự động xe giới và phương chiều chuyên động bộ phận 2-36 2.2.6 Tiến hành chế tạo mơ hình thực tế cấu đo đợ rơ vô lăng 2-39 2.3 Thử nghiệm, kiểm tra và lắp đặt mạch điện 2-43 2.3.1 Thử nghiệm linh kiện và cảm biến 2-43 2.3.2 Lắp đặt mạch điện 2-47 2.4 Thực nghiệm hệ thống đo độ rơ vô lăng tự động một số loại xe 2-50 2.4.1 Xe Toyota Vios 2-50 2.4.2 Xe Mercedes ML350 (màu xám) 2-56 2.4.3 Xe Mercedes ML350 (màu đen) 2-59 2.5 Độ tin cậy hệ thống 2-66 2.5.1 Khái niệm phương sai và độ lệch chuẩn [3] 2-66 2.5.2 Xác định độ tin cậy trình đo 2-67 Chương KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ 3-68 3.1 Kết luận 3-68 3.2 Kiến nghị 3-68 iv 2.4.3.1 Xe Mercedes c280 Hình 2.31 Toàn cảnh hệ thống thực nghiệm xe Mercedes c280 2-63 Hình 2.32 Kết thử nghiệm xe Mercedes c280 2-64 Bảng 2.5 Kết lần đo độ rơ vô lăng xe Mercedes c280 Lần đo Kết Lần đo Kết 6.2 26 6.2 6.2 27 6.2 6.2 28 6.2 7.5 29 7.5 7.5 30 7.5 7.5 31 10 10 32 5.2 10 33 5.2 8.6 34 5.2 10 5.2 35 7.5 11 5.2 36 7.5 12 5.2 37 6.2 13 5.2 38 6.2 14 8.6 39 6.2 15 8.6 40 16 6.2 41 6.2 17 6.2 42 6.2 18 6.2 43 6.2 19 6.2 44 7.5 20 6.2 45 7.5 21 7.5 46 7.5 22 7.5 47 5.5 23 6.2 48 5.5 24 7.5 49 5.5 25 7.5 50 6.2 Trung bình 6.79 Phương sai 1.6 Độ lệch chuẩn 1.27 2-65 ❖ Nhận xét: • Qua kết thử nghiệm từ số liệu cho thấy: - Với độ lệch chuẩn là 1.27o so với giá trị trung bình từ lần là 6.79o cho thấy hệ thống kết ḷn xe này có đợ rơ nằm khoảng quy định nhà nước - Từ kết thực nghiệm bảng ta có: o Đợ lệch chuẩn tương đối = Độ lệch chuẩn/Giá trị trung bình = 1.27/6.79= 0.1865=18.65% o Hệ thống hoạt động ổn định thực nghiệm xe này 2.5 Độ tin cậy hệ thống 2.5.1 Khái niệm phương sai và độ lệch chuẩn [3] Phương sai một bảng số liệu là thông số đặc trưng cho độ phân tán số liệu so với số trung bình chúng Kí hiệu phương sai là Sx2 và tính cơng thức m S =  (X i − X tb ) m i =1 x (2.1) Trong • Sx2 : Phương sai số liệu tốc độ thực tế và tốc độ mô phỏng • m : Số lượng giá trị thu thập tốc độ thực tế và tốc độ mô phỏng • Xi : Chênh lệch tốc đợ thực tế và tốc đợ mơ phỏng thứ i • Xtb : Chênh lệch trung bình tốc độ thực tế và tốc độ mô phỏng Độ lệch chuẩn hay độ lệch tiêu chuẩn (Standard Deviation) là một đại lượng thống kê dùng để đo mức độ phân tán một tập liệu lập thành bảng tần số Nó cho thấy sự chênh lệch giá trị điểm đánh giá so với giá trị trung bình Kí hiệu đợ lệch chuẩn là Sx và ta tính đợ lệch chuẩn cách lấy bậc hai phương sai công thức (2.18) 2-66 S x = S x2 (2.2) Trong • Sx : Đợ lệch chuẩn • Sx2 : Phương sai 2.5.2 Xác định độ tin cậy quá trình đo Dựa vào hai công thức (2.1), (2.1) và bảng số liệu ta tính phương sai và đợ lệch chuẩn trình mô phỏng thông số thực tế • Phương sai Sx2 • Đợ lệch chuẩn Sx Trong thực tế để đánh giá đợ xác một phép đo, người ta dùng đại lượng độ lệch chuẩn tương đối, tỉ lệ càng nhỏ phép đo càng xác Từ kết thực nghiệm bảng ta có: ❖ Xe Toyota Vios • Đợ lệch chuẩn tương đối: 31.4% ❖ Xe Mercedes ML350 (màu xám) • Đợ lệch chuẩn tương đối: 12.1% ❖ Xe Mercedes ML350 (màu đen) • Đợ lệch chuẩn tương đối: 16.31% ❖ Xe Mercedes c280 • Đợ lệch chuẩn tương đối: 18.65% Từ số liệu thực nghiệm một số xe khác cho thấy sai số lần đo tương đối lớn Đối với xe có đợ rơ nhỏ thì hệ thống sai số lớn Cịn xe có đợ rơ lớn thì hệ thống hoạt đợng có ởn định Cho thấy sai số từ cảm biến laser cộng với độ dao động và độ rơ một số bộ phận hệ thống mà chúng em chưa thể khắc phục dẫn đến hệ thống làm việc sai số định 2-67 CHƯƠNG KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ 3.1 Kết luận Sau một thời gian nghiên cứu, tìm hiểu, tìm hướng thiết kế khả thi, lập kế hoạch và tiến hành thiết kế, chế tạo Với sự nỗ lực thân và sự giúp đỡ tận tình GVHD Lê Quang Vũ, đề tài “ Thiết kế chế tạo mô hình đo độ rơ vô lăng tự động” được một số kết sau: • Chế tạo mô hình thực hiện đo độ rơ vô lăng tự động Tuy nhiên sau lần thử nghiệm xe khác thì sai số từ lần đo chênh lệch nhiều nên chúng em chưa xác định độ ổn định hệ thống Vì thế mô hình chúng em chưa thể áp dụng tại trạm đăng kiểm ô tô Nhưng cho thấy việc đo độ rơ vô lăng tự đợng là hoàn toàn khả thi, phát triển kết đo xác để áp dụng hệ thống trạm đăng kiểm • Biên soạn đề tài lý thuyết Vì là một đề tài áp dụng từ thực tế nên đề tài lý thuyết này hệ thống lại cách đo độ rơ vô lăng thủ công thực tế, trình bày ý tưởng thiết kế mô hình, bước thiết kế, trình bày thuật toán để điều khiển phép đo hệ thống đo độ rơ vô lăng tự đợng 3.2 Kiến nghị Do thời gian có hạn, kiến thức hạn chế và nhiều yếu tố khách quan nên nhóm hoàn thành đề tài phần chưa thể phát triển thêm nhiều Mong tương lai mô hình tiếp tục phát triển và hoàn thiện để áp dụng mô hình trạm đăng kiểm Với cơng nghiệp tơ Việt Nam vần cịn phát triển và đầy tiềm năng, với sự phát triển không ngừng phương tiện giao thông Hẳn cần mợt nguồn nhân lực to lớn có trình đợ kỹ tḥt cao Vì vậy, kính mong nhà nước và trường Đại Học cần có sách phù hợp công tác đầu tư phát triển phương tiện và thiết bị dạy học để đáp ứng nhu cầu thiết thực này 3-68 DANH MỤC TÀI LIỆU KHAM KHẢO [1] Phụ lục I, thông tư số 70/2015/TT-BGTVT [2] https://github.com/denyssene/SimpleKalmanFilter [3] http://documents.tips/documents/phuong-phap-binh-phuong-toi-thieu-va-ung-dung -trong-phep-do.html [4] http://tae.vn/arduino-nano-r3 [5] https://cdn.sparkfun.com/datasheets/Dev/Arduino/Shields/10832.pdf [6] https://www.smart-prototyping.com/image/data/2_components/sensors/101768%20GY530/VL53L0X.pdf [7] http://arduino.vn/bai-viet/1053-giao-tiep-i2c-voi-nhieu-module 3-69 PHỤ LỤC Code chương trình byte degree[8] = {0B01110,0B01010,0B01110,0B00000,0B00000,0B00000,0B00000,0B00000}; // khai bao ky tu đo #include #include #include #include #include // thu vien encoder VL53L0X sensor; Encoder myEnc(2, 3); // chan encoder 2,3 SimpleKalmanFilter simpleKalmanFilter(2, 2, 0.01); //#define FLOAT_POINT_SIZE // lay so thap phan #define IN1 // dieu khien motor #define IN2 // dieu khien motor int kcln=0; int kcnn=9999; int i=0; // xac dịnh vitri motor int time1=0; int kc_kalman; volatile int xung = 0; // khai bao vitri encoder int xungL1=0; int xungL2=0; const int phase_A = 2; // chan pha A encoder :2 const int phase_B = 3; // chan pha B encoder: 3-70 LiquidCrystal_I2C lcd(0x3F,20,4); void setup() { Serial.begin(115200); Wire.begin(); // LCD lcd.init(); lcd.backlight(); lcd.setCursor(2,0); lcd.print("DO DO RO VO LANG"); lcd.setCursor(3,1); lcd.print("PLEASE WAIT "); lcd.createChar(1, degree); // SENSOR sensor.init(); sensor.setTimeout(500); sensor.startContinuous(); // motor & encoder pinMode(IN1, OUTPUT); // motor pinMode(IN2, OUTPUT); pinMode(phase_A, INPUT_PULLUP); // chan ngat dem xung pinMode(phase_B, INPUT_PULLUP); attachInterrupt(0,chay,RISING); // ngac ngoai } void loop() { // -// 3-71 Serial.println(simpleKalmanFilter.updateEstimate(sensor.readRangeContinuousMilli meters()*10)); time1=millis(); while ((millis() - time1) = kcnn && i== 0) { //Serial.println("quaytrai"); quaytrai(); } 3-72 //Serial.println("dungyen"); dungyen(); delay(2000); i=1; xung=0; kcln = 0; // // time1=millis(); while ((millis() - time1)