THIẾT KẾ, CHẾ TẠO MÔ HÌNH HỆ THỐNG NÂNG HẠ KÍNH CHỐNG KẸT TRÊN Ô TÔ

Lĩnh vực giao thông là một trong những ngành công nghiệp mũi nhọn, là nền tản cho các ngành công nghiệp khác có điều kiện, tiền đề xây dựng, phát triển, đặc biệt trong vấn đề vận chuyển và đi lại. Do đời sống vật chất ngày càng phát triển và nhu cầu sử dụng ô tô của con người ngày càng được nâng cao. Do đó đòi hỏi ngành công nghệ ô tô luôn có sự đổi mới, tối ưu hóa về mặt kỹ thuật, hoàn thiện hơn về mặt công nghệ, để nâng cao tính hiện đại, tính kinh tế trong quá trình vận hành. Để đạt được các yêu cầu đó, các nhà sản xuất và các kỹ sư trong ngành động lực cần phải có một kiến thức sâu rộng, tiếp cận nhiều trong thực tế để tìm ra các biện pháp tối ưu trong quá trình nghiên cứu. Hệ thống nâng hạ kính có vai trò rất quan trọng và là hệ thống cơ bản của xe nhằm đảm bảo yêu cầu hoạt động của xe cũng như nhu cầu sử dụng của người dùng như: tránh tác động của môi trường từ bên ngoài, đảm bảo an toàn cho hành khách; là một phần rất quan trọng và không thể thiếu trong kết cấu của ô tô. Do đó, nhóm chúng em đã tiến hành chọn đề tài “Thiết kế, chế tạo mô hình hệ thống nâng hạ kính chống kẹt trên ô tô” để tập trung nghiên cứu các vấn đề sau: • Nghiên cứu hệ thống nâng hạ cửa sổ ô tô. • Nghiên cứu về động cơ DC không chổi than, bộ mã hóa vòng quay encoder và các module điện tử. • Lập trình vi điều khiển điều khiển động cơ sử dụng Arduino. Hướng tiếp cận và giải quyết đồ án này chủ yếu vào việc tìm kiếm, tổng hợp, sàng lọc các tài liệu nghiên cứu từ các nhóm đi trước. Nhóm chúng em đã tính toán và thực hiện chế tạo mô hình đáp ứng được các mục tiêu đã đề ra trước khi nghiên cứu. Từ đó đề ra những kết luận và kiến nghị cho việc phát triển dự án này. Trong quá trình làm đồ án tốt nghiệp, dù bản thân đã cố gắng hết sức, cộng với sự giúp đỡ nhiệt tình của các thầy cùng bạn bè xong do tình hình dịch bệnh, khả năng, tài liệu và thời gian còn hạn chế nên khó có thể tránh khỏi những sai sót. Vì vậy, nhóm em rất mong nhận được sự chỉ bảo và góp ý của các thầy để chuyên đề được hoàn thiện hơn.

TRƯỜNG ĐẠI HỌC SƯ PHẠM KỸ THUẬT THÀNH PHỐ HỒ CHÍ MINH KHOA ĐÀO TẠO CHẤT LƯỢNG CAO ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP THIẾT KẾ, CHẾ TẠO MƠ HÌNH HỆ THỐNG NÂNG HẠ KÍNH CHỐNG KẸT TRÊN Ơ TƠ SVTH: PHẠM THANH NAM MSSV: 17145174 SVTH: LÊ NHẬT DUY MSSV: 17145198 Khóa: 2017 Ngành: CƠNG NGHỆ KỸ THUẬT Ơ TƠ GVHD: ThS NGUYỄN TRỌNG THỨC Tp Hồ Chí Minh, tháng 08 năm 2021 TRƯỜNG ĐẠI HỌC SƯ PHẠM KỸ THUẬT THÀNH PHỐ HỒ CHÍ MINH KHOA ĐÀO TẠO CHẤT LƯỢNG CAO ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP THIẾT KẾ, CHẾ TẠO MƠ HÌNH HỆ THỐNG NÂNG HẠ KÍNH CHỐNG KẸT TRÊN Ơ TƠ SVTH: PHẠM THANH NAM MSSV: 17145174 SVTH: LÊ NHẬT DUY MSSV: 17145198 Khóa: 2017 Ngành: CƠNG NGHỆ KỸ THUẬT Ơ TƠ GVHD: ThS NGUYỄN TRỌNG THỨC Tp Hồ Chí Minh, tháng 08 năm 2021 CỘNG HÒA XÃ HỘI CHỦ NGHĨA VIỆT NAM Độc lập – Tự – Hạnh phúc ***** NHIỆM VỤ ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP Họ tên sinh viên: Phạm Thanh Nam MSSV: 17145174 Lê Nhật Duy MSSV: 17145098 Ngành: Cơng nghệ Kỹ thuật Ơ tô Giảng viên hướng dẫn: ThS Nguyễn Trọng Thức Ngày nhận đề tài: 01/04/2021 Ngày nộp đề tài: 25/08/2021 Tên đề tài: THIẾT KẾ, CHẾ TẠO MƠ HÌNH HỆ THỐNG NÂNG HẠ KÍNH CHỐNG KẸT TRÊN Ơ TƠ Các số liệu, tài liệu ban đầu: Tài liệu Arduino Internet Các mơ hình Sách tham khảo Nội dung thực đề tài Nghiên cứu hệ thống nâng hạ kính tô Nghiên cứu nguyên lý encoder, công tắc hành trình Nghiên cứu nguyên lý chống kẹt động điều khiển kính Nghiên cứu module, linh kiện điện tử sử dụng mạch Thiết kế, chế tạo mạch điều khiển động nâng hạ kính Lập trình Arduino Uno điều khiển mạch nâng hạ kính Viết thuyết minh đề tài Sản phẩm • Quyển thuyết minh • Mạch điều khiển động nâng hạ kính Trưởng ngành Giáo viên hướng dẫn i CỘNG HÒA XÃ HỘI CHỦ NGHĨA VIỆT NAM Độc lập – Tự – Hạnh phúc ***** PHIẾU NHẬN XÉT CỦA GIÁO VIÊN HƯỚNG DẪN Họ tên SV1: Phạm Thanh Nam MSSV: 17145174 Họ tên SV2: Lê Nhật Duy MSSV: 17145098 Ngành: Công nghệ Kỹ thuật Ơ tơ Tên đề tài: Thiết kế, chế tạo mơ hình hệ thống nâng hạ kính chống kẹt ô tô Họ tên Giáo viên hướng dẫn: ThS Nguyễn Trọng Thức 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 08 năm 2021 Giáo viên hướng dẫn (Ký & ghi rõ họ tên) ii CỘNG HÒA XÃ HỘI CHỦ NGHĨA VIỆT NAM Độc lập – Tự – Hạnh phúc ***** PHIẾU NHẬN XÉT CỦA GIÁO VIÊN PHẢN BIỆN Họ tên SV1: Phạm Thanh Nam MSSV: 17145174 Họ tên SV2: Lê Nhật Duy MSSV: 17145098 Ngành: Cơng nghệ Kỹ thuật Ơ tơ Tên đề tài: Thiết kế, chế tạo mơ hình hệ thống nâng hạ kính chống kẹt tơ Họ tên Giáo viên phản biện: TS Lê Thanh Phúc 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 08 năm 2021 Giáo viên phản biện (Ký & ghi rõ họ tên) iii LỜI CẢM ƠN Chúng em, sinh viên trường Đại Học Sư Phạm Kỹ Thuật Thành Phố Hồ Chí Minh dìu dắt hướng dẫn tận tình q Thầy suốt bốn năm học bước hồn thiện để trở thành kỹ sư tương lai Chúng em bước khỏi cánh cổng Đại học để bước vào cánh cổng lớn Đó cánh cổng đời, công việc tương lai tới, thành công bước đường tới nhờ cơng lao dìu dắt dạy dỗ q Thầy Xin gửi đến q Thầy (Cơ) kính trọng lòng biết ơn sâu sắc chúng em Em xin chân thành cảm ơn quý Thầy (Cô) ban giám hiệu trường Đại Học Sư Phạm Kỹ Thuật Thành Phố Hồ Chí Minh Đặc biệt q Thầy (Cơ) khoa: Đào tạo Chất lượng cao khoa: Cơ khí Động lực tận tình dẫn, trực tiếp giúp đỡ tạo điều kiện cho chúng em học tập làm việc môi trường tốt suốt trình học tập trình thực chuyên đề Em xin chân thành cám ơn Thầy Nguyễn Trọng Thức tận tình giúp đỡ chúng em suốt trình thực đề tài cung cấp nhiều tài liệu bổ ích cho chúng em Đồng thời Thầy tận tình hướng dẫn, bảo suốt trình học tập trình thực chun đề để chúng em hồn tất chuyên đề Cuối cùng, chúng em xin gửi lời cảm ơn sâu sắc đến gia đình, bạn bè bên cạnh ủng hộ, động viên, giúp đỡ tạo điều kiện thuận lợi để chúng em hoàn thành đồ án tốt nghiệp cách tốt Kính chúc gia đình, q thầy bạn lời chúc sức khoẻ Chúng em xin chân thành cảm ơn! Thành phố Hồ Chí Minh, ngày 25 tháng 08 năm 2021 Nhóm thực Phạm Thanh Nam Lê Nhật Duy iv TĨM TẮT Lĩnh vực giao thơng ngành công nghiệp mũi nhọn, tản cho ngành cơng nghiệp khác có điều kiện, tiền đề xây dựng, phát triển, đặc biệt vấn đề vận chuyển lại Do đời sống vật chất ngày phát triển nhu cầu sử dụng ô tô người ngày nâng cao Do địi hỏi ngành cơng nghệ tơ ln có đổi mới, tối ưu hóa mặt kỹ thuật, hồn thiện mặt cơng nghệ, để nâng cao tính đại, tính kinh tế trình vận hành Để đạt u cầu đó, nhà sản xuất kỹ sư ngành động lực cần phải có kiến thức sâu rộng, tiếp cận nhiều thực tế để tìm biện pháp tối ưu trình nghiên cứu Hệ thống nâng hạ kính có vai trị quan trọng hệ thống xe nhằm đảm bảo yêu cầu hoạt động xe nhu cầu sử dụng người dùng như: tránh tác động mơi trường từ bên ngồi, đảm bảo an tồn cho hành khách; phần quan trọng thiếu kết cấu ô tô Do đó, nhóm chúng em tiến hành chọn đề tài “Thiết kế, chế tạo mơ hình hệ thống nâng hạ kính chống kẹt tơ” để tập trung nghiên cứu vấn đề sau: • Nghiên cứu hệ thống nâng hạ cửa sổ tơ • Nghiên cứu động DC khơng chổi than, mã hóa vịng quay encoder module điện tử • Lập trình vi điều khiển điều khiển động sử dụng Arduino Hướng tiếp cận giải đồ án chủ yếu vào việc tìm kiếm, tổng hợp, sàng lọc tài liệu nghiên cứu từ nhóm trước Nhóm chúng em tính tốn thực chế tạo mơ hình đáp ứng mục tiêu đề trước nghiên cứu Từ đề kết luận kiến nghị cho việc phát triển dự án Trong trình làm đồ án tốt nghiệp, dù thân cố gắng hết sức, cộng với giúp đỡ nhiệt tình thầy bạn bè xong tình hình dịch bệnh, khả năng, tài liệu thời gian cịn hạn chế nên khó tránh khỏi sai sót Vì vậy, nhóm em mong nhận bảo góp ý thầy để chuyên đề hoàn thiện v MỤC LỤC LỜI CẢM ƠN iv TÓM TẮT v DANH MỤC CÁC TỪ VIẾT TẮT ix DANH MỤC CÁC BẢNG BIỂU .x DANH MỤC CÁC HÌNH ẢNH, BIỂU ĐỒ xi TỔNG QUAN .1 CƠ SỞ LÝ THUYẾT Chức Cấu tạo Chức đóng (mở) tay 11 Chức đóng (mở) cửa sổ tự động lần ấn .12 Chức chống kẹt cửa sổ 13 CÁC THÀNH PHẦN CỦA HỆ THỐNG 17 vi Sơ mạch cầu H (H-Bridge Circuit) 24 Nguyên lý hoạt động 24 Giới thiệu Arduino IDE 25 Chức Arduino IDE 26 Hàm millis() 33 Ngắt Arduino 34 Khái niệm .36 Điều chế PWM .36 THIẾT KẾ HỆ THỐNG 39 Sơ đồ tổng quát 39 Sơ đồ chi tiết mạch .39 Lưu đồ thuật toán 40 Lập trình điều khiển .41 Khảo sát sơ đồ mạch điện hệ thống nâng hạ kính xe Nissan Maxima.46 Đo kiểm lắp mạch 48 Khi động thực q trình nâng kính 52 Khi động thực trình hạ kính .54 Khi gặp vật cản q trình nâng kính 56 KẾT LUẬN VÀ HƯỚNG PHÁT TRIỂN .61 vii TÀI LIỆU THAM KHẢO 62 viii Hình 4.13 Đồng hồ VOM ngừng báo thơng mạch động tiếp xúc cơng tắc hành trình 49 Ta tiến hành lắp mạch breadboard: Hình 4.14 Breadboard với nút nhấn điều khiển chế độ động cơ: nâng hạ kính cách giữ nút, nâng hạ tự động 50 Hình 4.15 Hình ảnh mạch thực tế 51 Thực nghiệm Khi động thực q trình nâng kính Ta tiến hành nhấn giữ nút nâng kính tay, sau bỏ nhấn để kiểm tra kính có dừng khơng Tiếp tục làm thêm nhiều lần để kiểm tra ổn định nút nhấn điều khiển Hình 4.16 Chạy thử chế độ nâng kính tay 52 Xuất giá trị cần theo dõi hình Serial: Hình 4.17 Màn hình Serial hiển thị liệu từ động nâng kính Số xung tăng lên dựa vào vị trí hành trình kính nhờ vào việc xử lý tín hiệu từ cảm biến bên động cơ, với tính toán chu kỳ xung Quan sát chu kỳ xung tính micro giây tương đối xác, với chu kỳ xung nâng kính xấp xỉ 0.005 giây Đồ thị biểu diễn số vòng quay động phút Serial Plotter: Động hoạt động với tốc độ trung bình mức 83 vịng/ phút Tuy nhiên bắt đầu hoạt động quay chậm hơn, ta quan sát điều thông qua so sánh chu kỳ xung ban đầu so với chu kỳ trung bình 53 Hình 4.18 Đồ thị biểu diễn tốc độ nâng kính động phút Khi động thực trình hạ kính Ta thực bước tương tự nâng kính, sau quan sát hoạt động mạch số liệu hình Serial 54 Xuất giá trị cần theo dõi hình Serial: Hình 4.19 Màn hình Serial hiển thị liệu từ động hạ kính 55 Động hoạt động với tốc độ trung bình mức 79 vịng/ phút, với chu kỳ xung xấp xỉ 0,006 giây Đồ thị biểu diễn số vòng quay động phút Serial Plotter: Hình 4.20 Đồ thị biểu diễn tốc độ hạ kính động phút Khi gặp vật cản q trình nâng kính Ta kiếm tra chống kẹt an toàn cách dùng vật khác cản lại q trình tự động nâng kính Sau dùng ngón tay để kiểm tra hiệu chống kẹt, đảm bảo hệ thống hoạt động nhạy xác 56 Hình 4.21 Kiểm tra độ hiệu lập trình chống kẹt tự động nâng kính Sau cảm biết tốc độ cho biết tín hiệu xung có trễ khơng phải hai đầu hành trình, Arduino thực hàm chống kẹt cho động quay ngược chiều lại khoảng tương dương giây 57 Hình 4.22 Động quay ngược lại phát vật cản trình tự nâng 58 Xuất giá trị cần theo dõi hình Serial: Hình 4.23 Màn hình Serial hiển thị liệu từ động nâng kính gặp vật cản Khi gặp vật cản, ta lập trình xuất câu lệnh “Phát vật cản, kích hoạt chống kẹt” để lúc theo dõi với thực nghiệm bên Vật cản xuất làm kéo dài thời gian hai xung liên tiếp, từ làm điều kiện để nhận biết thực thi hàm chống kẹt 59 Đồ thị biểu diễn số vòng quay động phút Serial Plotter: Hình 4.24 Serial Plotter hiển thị tốc độ động nâng kính gặp vật cản sau quay ngược lại giây 60 KẾT LUẬN VÀ HƯỚNG PHÁT TRIỂN Kết luận Sau kiến thức hệ thống nâng hạ kính học lớp với kiến thức trao dồi từ nhiều nguồn, rút kinh nghiệm qua nhiều lần thử, chúng em thực thành công mạch điều khiển nâng hạ kính sử dụng Arduino với chức xe: tự động nâng hạ kính, nâng hạ kính tay chống kẹt Để đảm bảo mạch hoạt động xác an tồn, nhóm chúng em có đề xuất sau: • Sử dụng nguồn cấp từ ắc quy bảo đảm điện áp ắc quy xấp xỉ 12V • Khi thực kiểm tra chống kẹt mạch, nên dùng dụng cụ thay tay để kiểm tra để tránh tình trạng kẹt tay mạch gặp cố khí, lập trình • Nên để cố định thiết bị, dây dẫn thao tác với mạch động cơ, tránh việc chạm vào thiết bị, dây dẫn động quay làm chập chờn, gây nhiễu tín hiệu Đề tài thực chủ yếu làm công cụ dạy học cho sinh viên, giúp sinh viên hiểu rõ hoạt động hệ thống nâng hạ kính học tập Arduino module, đồng thời giúp sinh viên tập làm quen lập trình phần mềm Arduino IDE Lập trình chống kẹt mạch thực nhạy xác để đảm bảo an tồn, chống kẹt tay học Kiến nghị Vì tình hình dịch bệnh phức tạp với việc mạch khơng dùng cho mục đích áp dụng xe, chúng em khơng làm số tính khố cửa kính thiết lập lại chế độ kính cơng tắc hành trình tháo rời phận ngắt nguồn Đề tài phát triển thêm để sử dụng xe phát triển nhiều dịng xe khác Ngồi thiết kế thuật tốn lại để tăng độ xác, thơng minh từ làm tăng độ tin cậy cho hệ thống đảm bảo an toàn tiện nghi cho người sử dụng 61 TÀI LIỆU THAM KHẢO [1] Trần Tuấn Dũ, “Tài liệu cấu tạo hệ thống nâng hạ kính tơ Toyota”, Internet: https://tailieuoto.vn/tai-lieu-cau-tao-he-thong-nang-ha-kinh-tren-o-to-toyota/ [2] PGS.TS Đỗ Văn Dũng, “Điện thân xe” [3] Wikipedia, “Điện trở (thiết bị)”, Internet: https://vi.wikipedia.org/wiki/%C4%90i%E1%BB%87n_tr%E1%BB%9F_(thi%E1 %BA%BFt_b%E1%BB%8B) [4] ThanhNT Blog’s, “[Cơ bản] Điện trở kéo gì?”, Internet: http://blog.thanhnt.com/co-ban-dien-tro-keo-la-gi/ [5] “Thiết đặt Digital Pins INPUT, INPUT_PULLUP, OUTPUT”, Internet: http://arduino.vn/reference/thiet-dat-digital-pins-nhu-la-input-inputpullup-va-output [6] “Tìm hiểu nút nhấn”, Internet: https://dientutuonglai.com/tim-hieu-nut-nhan.html [7] “Xung PWM”, Internet: http://arduino.vn/reference/xung-pwm [8] “Mạch cầu H – H-Bridge Circuit”, Internet: https://hqdt.vn/baiviet/mach-cau-h h-bridge-circuit.html [9] “Arduino”, Internet: https://vi.wikipedia.org/wiki/Arduino [10] “Tìm hiểu vi điều khiển Atmega328P”, Internet: https://dientutuonglai.com/tim-hieu-atmega328p.html [11] “Phần mềm lập trình Arduino IDE”, Internet: https://dientutuonglai.com/arduino-ide-la-gi.html [12] “millis()”, Internet: http://arduino.vn/reference/millis [13] “Ngắt Arduino”, Internet: 62 https://www.dientuhello.com/ngat-ngoai-tren-arduino/ [14] “Module Điều Khiển Động Cơ BTS7960 43A”, Internet: https://dientutuonglai.com/module-dieu-khien-dong-co-bts7960-43a.html [15] “Tìm Hiểu Chung Về Bộ Mã Hố Vịng Quay (Encoder)”, Internet: https://www.ebookbkmt.com/2018/04/tim-hieu-chung-ve-bo-ma-hoa-vongquay.html [16] Wikipedia, “Limit switch”, Internet: https://en.wikipedia.org/wiki/Limit_switch 63