Nghiên cứu và thiết kế module điều khiển điện thân xe trên ô tô

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO TRƯỜNG ĐẠI HỌC CÔNG NGHỆ TP HỒ CHÍ MINH ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP NGHIÊN CỨU VÀ THIẾT KẾ MODULE ĐIỀU KHIỂN ĐIỆN THÂN XE TRÊN Ơ TƠ Ngành: Cơng Nghệ Kỹ Thuật Ơ Tơ Giảng viên hướng dẫn: Ths.Đỗ Nhật Trường Sinh viên thực hiện: MSSV: Lớp: Trần Minh Đệ 1711250702 17DOTB2 Phạm Tuấn Khanh 1711250120 17DOTB2 Đỗ Trần Việt Khoa 1711251060 17DOTB2 TP Hồ Chí Minh, 2021 BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO TRƯỜNG ĐẠI HỌC CƠNG NGHỆ TP HỒ CHÍ MINH ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP NGHIÊN CỨU VÀ THIẾT KẾ MODULE ĐIỀU KHIỂN ĐIỆN THÂN XE TRÊN Ơ TƠ Ngành: Cơng Nghệ Kỹ Thuật Ơ Tơ Giảng viên hướng dẫn: Ths.Đỗ Nhật Trường Sinh viên thực hiện: MSSV: Lớp: Trần Minh Đệ 1711250702 17DOTB2 Phạm Tuấn Khanh 1711250120 17DOTB2 Đỗ Trần Việt Khoa 1711251060 17DOTB2 TP Hồ Chí Minh, 2021 BM01/QT05/ĐT-KT VIỆN KỸ THUẬT HUTECH PHIẾU ĐĂNG KÝ ĐỀ TÀI ĐỒ ÁN/KHĨA LUẬN TỐT NGHIỆP Hệ: …Chính Quy………… (CQ, LT, B2, VLVH) Họ tên sinh viên/ nhóm sinh viên đăng ký đề tài (sĩ số nhóm 03): (1) Trần Minh Đệ MSSV: 1711250702 Điện thoại: 0369525596 Email: De3 36699@gmail.com (2) Phạm Tuấn Khanh MSSV: 1711250120 Điện thoại: 0946705590 Email: phamtuankhanh345@gmail.com (3) Đỗ Trần Việt Khoa MSSV: 1711251060 Điện thoại: 0934452096 Email: Vietkhoa760@gmail.com Lớp: 17DOTB2 Lớp: 17DOTB2 Lớp: 17DOTB2 Ngành : Công nghệ kỹ thuật ô tô Chuyên ngành : Công nghệ kỹ thuật ô tô Tên đề tài đăng ký: Nghiên Cứu Thiết Kế Module điều khiển điện thân xe ô tô Sinh viên hiểu rõ yêu cầu đề tài cam kết thực đề tài theo tiến độ hoàn thành thời hạn Giảng viên hướng dẫn (Ký ghi rõ họ tên) TP HCM, ngày … tháng … năm 2021 Sinh viên đăng ký (Ký ghi rõ họ tên) LỜI CAM ĐOAN Chúng em xin cam đoan đề tài nghiên cứu nhóm hướng dẫn Thầy Đỗ Nhật Trường Các nội dung nghiên cứu, kết đề tài trung thực Những số liệu bảng biểu phục vụ cho việc phân tích, nhận xét, đánh giá chúng em thu thập từ nguồn khác có ghi rõ phần tài liệu tham khảo Ngồi ra, đồ án cịn sử dụng số nhận xét, đánh số liệu tác giả khác, quan tổ chức khác có trích dẫn thích nguồn gốc Nếu phát có gian lận chúng em xin hoàn toàn chịu trách nhiệm nội dung đồ án nhóm Trường đại học Cơng Nghệ TP Hồ Chí Minh khơng liên quan đến vi phạm tác quyền, quyền chúng em gây trình thực LỜI CẢM ƠN  Trong khoảng thời gian vừa qua, để hoàn thành học phần Đồ Án Tốt Nghiệp, cuối khóa học: 2017 - 2021, với nỗ lực nhóm thời gian vừa thực tập tốt nghiệp vừa thực nhiệm vụ nội dung đề tài Đồng thời, bị ảnh hưởng tình hình dịch bệnh kéo dài, giãn cách xã hội Chúng em xin gửi lời cảm ơn đến giáo viên hướng dẫn, thầy Đỗ Nhật Trường, người nhiệt tình hướng dẫn, hỗ trợ tài liệu tham khảo góp ý nội dung đề tài nhóm hồn thiện tốt Sau khoảng thời gian học tập rèn luyện Viện Kỹ Thuật, Trường ĐH Công Nghệ TP Hồ Chí Minh Dưới dẫn, giúp đỡ tận tình Thầy Cô bạn bè, chúng em hồn thành chương trình đại học Đồng thời, chúng em đảm bảo tiến độ theo kế hoạch đề tài tốt nghiệp Cuối em xin kính chúc quí Thầy Cô Viện Kỹ Thuật, đặc biệt Thầy chuyên ngành Ơ Tơ Trường ĐH Cơng Nghệ TP Hồ Chí Minh nhiều sức khoẻ, thành cơng hạnh phúc TP Hồ Chí Minh, ngày 27 tháng 08 năm 2021 MUC LỤC Trang DANH MỤC CÁC TỪ VIẾT TẮT DANH MỤC CÁC BẢNG, BIỂU ĐỒ, ĐỒ THỊ, SƠ ĐỒ, HÌNH ẢNH LỜI MỞ ĐẦU CHƯƠNG 1: GIỚI THIỆU ĐỀ TÀI 1.1 Tính Cấp Thiết Của Đề Tài 1.2 Tình Hình Nghiên Cứu 1.3 Mục Đích Nghiên Cứu 1.4 Nhiệm Vụ Nghiên Cứu 1.5 Phương Pháp Nghiên Cứu 1.6 Các Kết Quả Cần Đạt Được Của Đề Tài 1.7 Kết Cấu Của Báo Cáo CHƯƠNG 2: CỞ SỞ LÝ THUYẾT HỘP ĐIỀU KHIỂN ĐIỆN THÂN XE – BCM 2.1 Tổng Quan Về Hệ Thống Điện Thân Xe Trên Ô Tô 2.2 Hộp Điều Khiển Điện Thân Xe BCM 34 2.3 Phương Án Thiết Kế Và Xây Dựng BCM 55 CHƯƠNG 3: THIẾT KẾ VÀ THI CÔNG 60 3.1 Điều Kiện Ban Đầu Và Sơ Đồ Hệ Thống 60 3.2 Xây Dựng Mô Phỏng Trên Phần Mềm PROTEUS 67 3.3 Kết Quả Mô Phỏng 72 CHƯƠNG 4: KẾT LUẬN VÀ HƯỚNG PHÁT TRIỂN 78 4.1 Kết Luận 78 4.2 Hướng Phát Triển 78 TÀI LIỆU THAM KHẢO 79 sáng chế độ chiếu gần Sau khi, nguồn sáng xe đối diện khơng cịn, chế độ chiếu xa bật trở lại ban đầu Tính năng: Giám sát trình hoạt động tải điện đưa thơng báo Với tải điện: bóng đèn (đèn xi-nhanh, đèn hậu, đèn phanh, đèn kích thước, sương mù,….) motor (gạt mưa, nâng – hạ kính) Hình 3.4: Sơ đồ khối hệ thống chức giám sát hoạt động tải điện thông báo Hệ thống giám sát hoạt động tải điện thơng qua cảm biến cường độ dịng điện Giá trị cường độ dòng điện từ cảm biến điều khiển chuyển đổi thành kí tự hiển thị hình thơng tin cảnh báo  Q trình hiển thị cảnh báo hỗ trợ tài xế phát khắc phục hư hỏng kịp thời tránh hư hỏng không mong muốn 65 Hình 3.5: Sơ đồ giải thuật hệ thống chức giám sát hoạt động tải điện đưa thông báo Trường hợp: Giả sử, trạng thái ban đầu tải điện hoạt động ổn định Lần lượt tải điện giám sát tương ứng với cảm biến cường độ dịng điện thơng báo tình trạng tải điện lên LCD thơng qua Arduino  Tính nhằm hạn chế hư hỏng tải điện, xảy tượng dòng nguồn điện cung cấp làm cho tải điện hoạt động mức công suất thiếu công suất, nguồn điện áp thiếu Trong thực tế, xảy tượng này, BCM thực trình ngắt nguồn điện áp cấp đến tải 66 Thiết kế mơ hình: Hình 3.6: Bản vẽ thiết kế mơ hình vật lí Nhóm thực thiết kế phần mềm Solidwork: khung kết cấu mơ hình, nhỏ gọn thuận tiện cho việc di chuyển phịng học lí thuyết Mơ hình thể đầy đủ thiết bị điện module cho q trình thể tính BCM thực tế Ngồi ra, cịn có tính hazard (đèn ưu tiên) + SW1, SW2, SW3: tạo tải điện + Đèn phanh đèn xi-nhan thể cho phía sau xe thực tế + Đèn đầu: chiếu xa – chiếu gần + Bàn đạp phanh + BCM: thay Arduino 3.2 XÂY DỰNG MƠ PHỎNG TRÊN PHẦN MỀM PROTEUS Nhóm thự mô module hệ thống BCM thông qua phần mềm mơ Proteus 67 Hình 3.7: Chức Schematic Captute Để sử dụng chứa Simulation Proteus ta cần xây dựng sơ đồ nguyên lý hệ thống thơng qua giao diện Schematic Captute Hình 3.8: Giao diện Pick Device Các hệ thống proteus, xây dựng từ mẫu Device thư viện mẫu proteus cung cấp Các mẫu Device có hình dạng chức tương tự vật tư thực tế giúp trình đánh giá hiệu hệ thống có độ tin cậy cao Sơ Đồ Mạch Điện Một số điều kiện quy ước xây dựng sơ đồ mạch điện: 68  Phương thức đấu nối nhóm sử dụng chức đánh Label dây dẫn giúp sơ đồ mạch điện tinh gọn, đơn giản tránh nhầm lẫn trình kiểm tra sau đấu nối  Nguồn lượng hoạt động mạch giá trị tối ưu vật tư thông qua chức power supply proteus + Sơ đồ mạch điện chức chuyển đổi tính đèn phanh  đèn xi nhan gặp hư hỏng Hình 3.9: Sơ đồ mạch điện chuyển đổi đèn phanh  đèn xi nhan Hệ thống chuyển đổi tính hoạt động Arduino R3 điều khiển, tín hiệu từ 02 chân D5(T/T) D6(T/P) Arduino xác định tình trạng kỹ thuật đèn xi nhan trái phải đưa tra tín hiệu điều khiển cụ thể:  Nếu hai chân D5 D6 không phát hư hỏng bóng đèn xi nhan, arduino giữ nguyên chức đèn phanh đèn xi nhan theo nguyên tắc hoạt động thiết kế ban đầu  Nếu có hai chân tín D5 D6 phát có hư hỏng bóng đèn xi nhan arduino chuyển đổi tính đèn phanh  chức đèn xi nhan lẫn đèn phanh 69 Sau xác định đối tượng đèn cần điều khiển, arduino tiếp nhận tín hiệu điều khiển từ công tắc xi nhan công tắc phanh tiến hành điều khiển đèn hoạt động tương ứng tín hiệu cơng tắc điều khiển + Sơ đồ mạch điện chức điều khiển chiếu sáng chủ động Hình 3.10: Sơ đồ mạch điện thể chức điều khiển đèn đầu thông minh Hệ thống chiếu sáng chủ động hoạt động tín hiệu từ cảm biến ánh sáng môi trường gửi đến Arduino giá trị tương ứng với trời tối ngược lại Trường hợp khác, cảm biến ánh sáng hỗ trợ trình chuyển đổi chế độ chiếu xa – chiếu gần xe đối diện nằm tầm hoạt động cảm biến  Tín hiệu từ A0 có phương tiện đối diện arduino thơng qua chân D8 D9 để bật đèn chiếu gần tắt đèn chiếu xa, hạn chế việc làm chói mắt người tham gia giao thông đối diện  Ngược lại, A0 trả tín hiệu khơng có phương tiện đối diện arduino điều khiển bật đèn chiếu xa tắt đèn chiếu gần giúp tối ưu tầm nhìn cho tài xế 70 + Sơ đồ mạch điện chức giám sát trình hoạt động tải điện đưa thơng báo Hình 3.11: Sơ đồ mạch điện chức giám sát hoạt động tải điện đưa thông báo Nguồn điện áp với mạch điện thể chức giám sát hoạt động tải điện ngồi nguồn điện power supply cho arduino cần thêm hỗ trợ nguồn ắc quy 12VDC cơng suất từ arduino khơng thể đảm bảo cho tải điện có cơng suất lớn Tải điện nhóm sử dụng hệ thống bóng đèn sợi đốt (12V, 20A) với cơng suất 240W cho bóng đèn Ở ta có, bóng  tương đương tổng cơng suất cho tải điện bóng đèn là: 960W Nguyên lí làm việc hệ thống gồm trình sau:  Đóng cơng tấc tạo tải  quan sát giá trị tải điện thay đổi, hiển thị lên hình LCD, giá trị tải tăng dần 20A-40A-60A-79A  Nếu toàn tải điện hoạt động tương ứng lúc giá trị dịng điện tồn tải 79A  dẫn đến cầu chì 65A, hình 3.11, đứt (hở mạch) gửi tín hiệu  chân 71 D8 arduino xác định tình trạng q tải Sau đó, arduino hiển thị lên màng hình LCD trạng thái hư hỏng giúp thơng báo tình trạng cố  Giá trị gửi từ cảm biến cường độ dòng điện ACS712 giá trị analog với độ phân giải 10bit ứng với biên độ hoạt động 01024( tương đương 0100A) Theo lý thuyết phân tích BCM thực tế, lúc MCU xử lí tín hiệu điều khiển đến SJB (hộp cầu chì thơng minh) ngắt tín hiệu điều khiển tải điện thông qua module relay Vai trò cảm biến dòng điện IPS đảm nhận 3.3 KẾT QUẢ MƠ PHỎNG + Kết mơ tính chuyển đổi đèn phanh  đèn xi-nhan: Khi cơng tắc tạo lỗi đèn xi-nhan đóng hoạt động điều khiển từ công tắc xi-nhan bàn đạp phanh arduino tiếp nhận điều khiển đèn tương ứng với thiết kế ban đầu hệ thống Hình 3.12: Hệ thống hoạt động khơng phát lỗi đèn xi-nhan 72 Khi cho công tắc tạo lỗi hở mạch đèn xi-nhan arduino phát có lỗi đèn tín hiệu, lúc điều khiển cơng tắc xi-nhan trái arduino điều khiển đèn phanh trái nhấp nháy thay cho đèn xi nhan trái bị hư hỏng (bóng đèn bị cháy ngắn mạch, hở mạch,… mạch điều khiển hệ thống tín hiệu xi-nhan) Hình 3.13: Hệ thống hoạt động phát lỗi đèn tín hiệu + Kết mơ tính điều khiển chiếu sáng chủ động: Trường hợp cảm biến ánh mơi trường gửi tín hiệu “ban ngày”  arduino nhận xử lí,  đèn chiếu sáng khơng hoạt động 73 Nhóm tiến hành mơ hình LCD quan sát kết q trình điều khiển arduino Khi hệ thống nhận biết điều kiện môi trường ban ngày  hiển thị lên hình LCD “ĐÈN:OFF” “TRỜI SÁNG” Khi cảm biến ánh sáng môi trường  arduino điều kiện mơi trường trời tối hệ thống đèn đầu bật, chế độ đèn chiếu gần ON chế độ chiếu xa OFF cảm biến ánh sáng phương tiện đối diện gửi tín hiệu có ánh sáng phương tiện di chuyển đối diện, sau chế độ chiếu sáng khôi phục lại trạng thái trước 74 Khi đèn đầu bật cảm biến ánh sáng phương tiện đối diện có phương tiện chạy ngược chiều đèn chiếu xa  đèn chiếu gần đồng thời hình LCD hiển thị thơng tin “ĐÈN: CHIẾU GẦN” “ TRỜI TỐI” Cảm biến ánh sáng môi trường vả phương tiện giao thông: nhóm điều ứng dụng kiểu cảm biến quang trở Chỉ khác vị trí bố trí thực tế Nguyên tắc hoạt động cảm biến dạng quang trở: Khi ánh sáng tăng  điện trở giảm ngược lại Dựa nguyên tắc để gửi tín hiệu Arduino 75 + Kết mơ tính kiểm sốt dịng tải điện hiển thị cảnh báo: Khi đóng 03 cơng tấc tạo tải tương ứng với dịng điện 60A giá trị dịng điện hiển thị hình LCD tình trạng tải “RẤT CAO”  giúp thể khả giám sát dòng điện tải điện cảnh báo Với cường độ dịng tải 60A  dẫn đến cầu chì bảo vệ tải điện bắt đầu đỏ lên thể giới hạn tải đạt gần đến giá trị phá hủy cầu chì Nhóm đóng tất cơng tấc tạo tải tương ứng giá trị cường độ dòng tải tức thời 79A, 76 cường độ dòng tải điện lớn vượt giới hạn gây hư hỏng tải điện arduino hiển thị lên hình cảnh báo “TẢI: HƯ HỎNG” Đồng thời, cường độ dòng tải lớn làm đứt cầu chì bảo vệ tải điện cường độ dòng tải lúc 79A lớn giá trị tải tối đa cầu chì 65A  Nhận xét: Nhóm mơ số tính BCM thực tế Điều đó, cho thấy vai trị tầm quan trọng BCM ô tô ngày Bên cạnh đó, dựa vào nội dung đề tài q trình xây dựng hệ thống thể tính BCM nhằm mơ tả lại tính nó, hệ thống chưa hồn chỉnh, cịn nhiều điểm chưa tối ưu 77 CHƯƠNG 4: KẾT LUẬN VÀ HƯỚNG PHÁT TRIỂN 4.1 KẾT LUẬN: Sau thời gian thực đề tài tình hình dịch bệnh kéo dài hạn chế khả làm việc nhóm Tuy nhiên, với nổ lực nhóm, đề tài đạt số kết sau: + Trình bày tổng quan sở lý thuyết hệ thống điện thân xe ô tơ; + Phân tích tính hộp điều khiển điện thân xe ô tô; + Thiết kế xây dựng module điều khiển có tính tương tự BCM thực tế ô tô, dựa tảng vi điều khiển Arduino.Với tính chính: Giám sát hoạt động tải điện – chuyển đổi tính đèn có cố - Hệ thống chiếu sáng chủ động; + Thiết kế mơ hình học tập hệ thống điện thân xe kết hợp với BCM điều khiển mơ hình có khả đánh pan (lỗi); + Hiểu nắm bắt tính BCM Do hồn cảnh thực đồ án cịn nhiều khó khăn tình hình giãn cách xã hội Do đó, đề tài khơng tránh khỏi thiếu xót chưa đạt mức hồn thiện tối ưu Vì nhóm đề xuất số ý tưởng để nhóm kế thừa phát triển đến mức tốt 4.2 HƯỚNG PHÁT TRIỂN Nhóm đưa số ý tưởng sau: + Thực thi cơng lắp đặt mơ hình học tập vật lí; + Ứng dụng BCM thực tế mơ hình học tập, có bổ sung thêm số chức đặt biệt khác BCM, đồng thời giao tiếp với thiết bị chẩn đoán  hỗ trợ q trình học tập phân tích hư hỏng liên quan đến điện thân xe; + Viết giáo trình thực tập điện thân xe theo hướng đại 78 TÀI LIỆU THAM KHẢO [1] Nguyễn Văn Nhanh, Phạm Hữu Nghĩa Giáo trình “Hệ Thống Điện – Điện Tử Trên Ơ Tơ” Hutech [2] Đỗ Văn Dũng, (2009) Giáo trình “Hệ Thống Điện Điện Tử Trên Ơ Tơ Hiện Đại - Hệ Thống Điện Động Cơ” Trường ĐH SPKT TP HCM [3] Lê Thanh Phúc, (2009) Tài liệu học tập: “Hệ Thống Gạt Mưa Và Rửa Kính”, “Hệ Thống Chiếu Sáng Và Tín Hiệu”, “Hệ Thống Nâng Kính Và Khóa Cửa” Trường ĐH SPKT TP HCM [4] Lê Tự Chí Bảo, Nguyễn Hồi Linh, (2019) Đồ án tốt nghiệp, đề tài: “Thiết Kế Thi Công Hệ Thống Chiếu Sáng Thơng Minh Trên Ơtơ” Viện Kỹ Thuật Hutech [5] Thái Thành Trung, Hà Trung Kiên, Nguyễn Đức Vinh, Nguyễn Hoàng Duy (2019) Đồ án tốt nghiệp, đề tài: “Hệ Thống Chiếu Sáng Và Phụ Trợ Thơng Minh Trên Xe Ơ Tô” Viện Kỹ Thuật Hutech [6] Tài liệu đào tạo Kia: Hệ Thống Điện Thân Xe [7] Tài liệu đào tạo Hyundai: Chapter XX Body Electronical (Điện Thân xe) [8] Tài liệu tham khảo từ Internet http://arduino.vn/bai-viet/542-gioi-thieu-arduino-mega2560 https://www.stdio.vn/dien-tu-ung-dung/gioi-thieu-ve-arduino-mega-2560-j1NjQF 79