thiết kế chế tạo hệ thống gạt mưa rửa kính nâng hạ kính khóa cửa từ xa sử dụng hộp điều khiển

Kết quả của đề tài này là một hệ thống gạt mưa rửa kính, nâng hạ kính, khóa cửa từ xa sử dụng hộp điều khiển trên ô tô, cung cấp khả năng tương tác và điều chỉnh các hệ thống linh hoạt..

ĐẠI HỌC ĐÀ NẴNG TRƯỜNG ĐẠI HỌC SƯ PHẠM KỸ THUẬT

XA SỬ DỤNG HỘP ĐIỀU KHIỂN

Người hướng dẫn: ThS Hồ Trần Ngọc Anh SVTH: Bùi Văn Vương 1911504210259

Phan Văn Phúc 1911504210236 Võ Lê Đình Quang Huy 1911504210215

ĐẠI HỌC ĐÀ NẴNG TRƯỜNG ĐẠI HỌC SƯ PHẠM KỸ THUẬT

XA SỬ DỤNG HỘP ĐIỀU KHIỂN

Người hướng dẫn: ThS Hồ Trần Ngọc Anh SVTH: Bùi Văn Vương 1911504210259

Phan Văn Phúc 1911504210236 Võ Lê Đình Quang Huy 1911504210215

Đà Nẵng, 01/2024

NHẬN XÉT CỦA NGƯỜI HƯỚNG DẪN

NHẬN XÉT, ĐÁNH GIÁ CỦA DOANH NGHIỆP

NHẬN XÉT CỦA NGƯỜI PHẢN BIỆN

Mục tiêu chính của đề tài là xây dựng một hệ thống gạt mưa rửa kính, nâng hạ kính, khóa cửa từ xa linh hoạt trên ô tô Hộp điều khiển sẽ là trung tâm điều phối các tín hiệu nhận được, cho phép tài xế điều khiển các hệ thống trên ô tô một cách thuận tiện và linh hoạt

Quá trình thiết kế bắt đầu bằng việc phân tích các yêu cầu và nhu cầu của người dùng

Sau đó, hộp điều khiển sẽ được thiết kế và tích hợp các phần cứng và phần mềm Hộp điều khiển sẽ kết nối với các motor và cảm biến, cho phép người dùng điều khiển và điều chỉnh motor một cách linh hoạt Các thuật toán và giao thức điều khiển phần mềm sẽ được phát triển để đáp ứng yêu cầu cụ thể

Cuối cùng, sau khi hoàn thành thiết kế và chế tạo hệ thống, nó sẽ được kiểm tra và đánh giá để đảm bảo hoạt động đúng như mong đợi Hệ thống sẽ trải qua các thử nghiệm để đảm bảo độ tin cậy và hiệu suất của các motor khi sử dụng

Kết quả của đề tài này là một hệ thống gạt mưa rửa kính, nâng hạ kính, khóa cửa từ xa sử dụng hộp điều khiển trên ô tô, cung cấp khả năng tương tác và điều chỉnh các hệ thống linh hoạt Hệ thống này giúp nâng cao trải nghiệm người dùng và đóng góp vào phát triển công nghệ ô tô tự lái và xe thông minh trong tương lai

TRƯỜNG ĐẠI HỌC SƯ PHẠM KỸ

1 Tên đề tài:

Thiết kế, chế tạo hệ thống gạt mưa rửa kính, nâng hạ kính, khóa cửa từ xa sử dụng hộp điều khiển

2 Các số liệu, tài liệu ban đầu:

- Tại liệu giáo trình hệ thống điện điện tử trên ô tô - Module vi điều khiển Arduino

3 Nội dung chính của đồ án:

Khảo sát hệ thống điện thân xe bao gồm: - Tổng quan về hệ thống gạt mưa rửa kính, nâng hạ kính, khóa cửa trên ô tô - Giới thiệu hệ thống gạt mưa rửa kính, nâng hạ kính, khóa cửa từ xa sử dụng hộp điều khiển

- Thiết kế chế tạo mô hình hệ thống gạt mưa rửa kính, nâng hạ kính, khóa cửa từ xa sử dụng hộp điều khiển

Đà Nẵng, ngày tháng năm 20

Trưởng Bộ môn Người hướng dẫn

LỜI NÓI ĐẦU

Như chúng ta đã biết, hệ thống gạt mưa rửa kính, nâng hạ kính, khóa mở cửa trên ô tô đóng vai trò quan trọng trong việc giữ an toàn và trải nghiệm của người sử dụng Tuy nhiên, các hệ thống truyền thống này có hạn chế về tính linh hoạt và tương tác Chính vì vậy, đề tài này nhằm mục đích thiết kế và chế tạo một mô hình hệ thống gạt mưa rửa kính, nâng hạ kính, khóa cửa từ xa sử dụng hộp điều khiển trên ô tô, giúp cải thiện khả năng tương tác của hệ thống này

Trên cơ sở đó, chúng em đã đề ra mục tiêu chính là xây dựng một hệ thống gạt mưa rửa kính, nâng hạ kính, khóa cửa từ xa sử dụng hộp điều khiển trên ô tô Hộp điều khiển sẽ đóng vai trò trung tâm điều phối, cho phép tài xế tương tác thuận tiện hơn với ô tô Điều này sẽ mang lại nhiều lợi ích, bao gồm tăng cường an toàn giao thông, nâng cao trải nghiệm của người sử dụng

Trong quá trình thiết kế, chúng em đã tiến hành phân tích và xác định các yêu cầu của các hệ thống trên ô tô Đồng thời, chúng em cũng đã thiết kế hộp điều khiển tích hợp các phần cứng và phần mềm, cho phép người dùng dễ dàng điều khiển và điều chỉnh các hệ thống một cách linh hoạt và thuận tiện

Chúng em hi vọng rằng mô hình hệ thống gạt mưa rửa kính, nâng hạ kính, khóa cửa từ xa sử dụng hộp điều khiển trên ô tô của chúng em sẽ mang lại những đóng góp tích cực cho việc giảng dậy và phát triển lĩnh vực giao thông và trải nghiệm lái xe

Cuối cùng, chúng em xin cảm ơn thầy ThS Hồ Trần Ngọc Anh, các thầy giáo trong bộ môn công nghệ kỹ thuật ô tô cùng tất cả các bạn sinh viên đã giúp đỡ chúng em để thực hiện nhiệm vụ đồ án này Do kiến thức còn hạn chế, nhiều điều còn mới mẻ nên trong quá trình làm đồ án không thể tránh khỏi những sai sót, chúng em kính mong quý thầy cô chỉ bảo tận tình để có thể hoàn thành tốt nhiệm vụ của mình hơn nữa

Chúng em xin chân thành cảm ơn!

CAM ĐOAN

Chúng em cam đoan rằng đồ án "Thiết kế chế tạo mô hình hệ thống gạt mưa rửa kính, nâng hạ kính, khóa cửa từ xa sử dụng hộp điều khiển" được trình bày là công trình nghiên cứu của chúng em dưới sự hướng dẫn và giám sát của giảng viên

Chúng em cam đoan rằng mọi thông tin được trình bày trong đồ án là đúng và trung thực dựa trên tài liệu tham khảo và kết quả nghiên cứu của chúng em Bất kỳ thông tin hay ý kiến của nguồn khác đã được trích dẫn rõ ràng và đúng quy định

Chúng em cam đoan rằng không có bất kỳ phần nộp lại hoặc sao chép từ bất kỳ nguồn tài liệu nào khác mà không được ghi chú hoặc trích dẫn đúng quy định Tất cả các nguồn tài liệu và công trình khác đã được liệt kê trong danh mục tài liệu tham khảo

Chúng em cam đoan rằng đồ án này không vi phạm bất kỳ quy tắc hay quy định nào của trường và các quy định về đạo đức, không gian lận, gian lận thông tin hay vi phạm quyền sở hữu trí tuệ

Chúng em hi vọng rằng đồ án của chúng em sẽ góp phần vào việc nâng cao kiến thức và hiểu biết về lĩnh vực thiết kế chế tạo mô hình hệ thống gạt mưa rửa kính, nâng hạ kính, khóa cửa từ xa sử dụng hộp điều khiển trên ô tô và mang lại lợi ích cho nhà trường, cộng đồng và xã hội

Lời cam đoan này được đưa ra với sự chân thành và trách nhiệm của chúng em Chúng em xin chịu toàn bộ trách nhiệm với giảng viên và nhà trường nếu có sai phạm

Sinh viên thực hiện

Phan Văn Phúc Võ Lê Đình Quang Huy

MỤC LỤC

NHẬN XÉT CỦA NGƯỜI HƯỚNG DẪN i

NHẬN XÉT, ĐÁNH GIÁ CỦA DOANH NGHIỆP ii

NHẬN XÉT CỦA NGƯỜI PHẢN BIỆN iii

TÓM TẮT iv

LỜI NÓI ĐẦU vi

CAM ĐOAN vii

1.5 Ưu nhược điểm của hệ thống gạt mưa rửa kính truyền thống 8

Chương 2: TỔNG QUAN VỀ HỆ THỐNG NÂNG HẠ KÍNH TRÊN Ô TÔ 9

2.6 Ưu nhược điểm của hệ thống nâng hạ kính truyền thống 13

Chương 3: TỔNG QUAN HỆ THỐNG KHÓA MỞ CỬA 14

3.1 Nhiệm vụ 14

3.2 Yêu cầu 14

3.3 Cấu tạo 15

3.4 Nguyên lý hoạt động 19

Chương 4: THIẾT KẾ CHẾ TẠO MÔ HÌNH 21

4.1 Giới thiệu mô hình 21

4.2 Thiết kế chế tạo mô hình 22

4.2.1 Cơ sở lý thuyết 22

4.2.2 Các chi tiết trên mô hình 23

5.2 Một số đề xuất cho đề tài 52

5.3 Hướng phát triển đề tài 52

TÀI LIỆU THAM KHẢO 53

PHỤ LỤC 1

DANH SÁCH CÁC BẢNG, HÌNH VẼ

Hình 1.1: Vị trí lắp đặt hệ thống gạt mưa rửa kính 3

Hình 1.2: Bình chứa nước rửa kính 4

Hình 1.3: Mô tơ bơm nước rửa kính 5

Hình 1.4: Công tắc gạt mưa, rửa kính 5

Hình 1.5: Mô tơ gạt mưa 6

Hình 2.5: Cơ cấu dẫn động kiểu cáp 12

Hình 2.6: Sơ đồ nguyên lý hệ thống nâng hạ kính 13

Hình 3.1: Vị trí bố trí hệ thống khoá cửa 14

Hình 3.2: Remote điều khiển từ xa 15

Hình 3.3: Bộ nhận tín hiệu cửa xe 16

Hình 3.4: Relay tổ hợp 16

Hình 3.5: Chuột cửa 17

Hình 3.6: Công tắc điều khiển khoá cửa 18

Hình 3.7: Tay nắm cửa ô tô 18

Hình 3.8: Ảnh minh hoạ nguyên lý hoạt động của hệ thống khoá cửa 19

Hình 3.9: Sơ đồ nguyên lý khóa cửa trên ô tô 20

Hình 3.10: Sơ đồ nguyên lý mở khóa cửa trên ô tô 20

Hình 4.1: Mô hình hệ thống gạt mưa rửa kính, nâng hạ kính, khóa mở cửa từ xa sử dụng hộp điều khiển 21

Hình 4.2: Các chế độ của công tắc gạt mưa, rửa kính 23

Hình 4.3: Nguyên lý hoạt động của công tắc gạt mưa, rửa kính 24

Hình 4.4: Arduino MEGA2560 và tên gọi các chân 26

Hình 4.5: Mạch giảm áp LM2596 27

Hình 4.6: Bộ điều khiển từ xa RF 315Mhz 4 kênh 2272 M4 28

Hình 4.7: Cảm biến mưa 29

Hình 4.8: Module Relay 30

Hình 4.9: Mạch công suất MOSFET IRF520 31

Hình 4.10: Mạch điều khiển động cơ DC L298N 32

Hình 4.19: Ảnh minh hoạ chức năng gạt mưa tự động 40

Hình 4.20: Ảnh minh hoạ chức năng nâng hạ kính 41

Hình 4.21: Ảnh minh hoạ chức năng khoá cửa từ xa 42

Hình 4.22: Ảnh minh hoạ chức năng của remote khoá mở cửa từ xa 43

Hình 4.23: Sơ đồ mạch điện hệ thống 44

Hình 4.24: Nguyên lý hoạt động của chức năng gạt nhanh 44

Hình 4.25: Nguyên lý hoạt động của chế độ gạt chậm 45

Hình 4.26: Nguyên lý hoạt động của chế độ AUTO 45

Hình 4.27: Nguyên lý hoạt động chế độ bơm nước rửa kính 46

Hình 4.28: Nguyên lý hoạt động chế độ OFF 46

Hình 4.29: Nguyên lý hoạt động chế độ OFF 47

Hình 4.30: Nguyên lý hoạt động chế độ đóng cửa kính 47

Hình 4.31: Nguyên lý hoạt động của chế độ mở cửa kính 48

Hình 4.32: Nguyên lý hoạt động của chế độ khoá cửa 49

Hình 4.33: Nguyên lý hoạt động của chế độ mở cửa 49

Hình 4.34: Nguyên lý hoạt động khi nhấn giữ nút mở trên remote 50

Hình 4.35: Nguyên lý hoạt động khi giữ nút khóa trên remote 50

MỞ ĐẦU

I Giới thiệu

Đồ án này tập trung vào việc thiết kế và chế tạo một mô hình hệ thống gạt mưa rửa kính, nâng hạ kính, khóa cửa từ xa sử dụng dụng hộp điều khiển trên xe ô tô Mô hình này cho phép người sử dụng điều khiển và tuỳ chỉnh các chế độ của hệ thống gạt mưa rửa kính, nâng hạ kính, đóng mở cửa một cách linh hoạt và thuận tiện

II Mục tiêu

Mục tiêu chính của đề tài này là thiết kế và chế tạo hệ thống gạt mưa rửa kính, nâng hạ kính, đóng mở cửa có khả năng điều khiển và tuỳ chỉnh từ hộp điều khiển Các mục tiêu cụ thể gồm:

1 Thiết kế các hệ thống: Nghiên cứu và thiết kế các hệ thống gạt mưa rửa kính, nâng hạ kính, đóng mở cửa đáng tin cậy và hiệu quả Điều này bao gồm các thành phần như công tắc điều khiển, các loại motor và các module điều khiển liên quan 2 Thiết kế hộp điều khiển: Phát triển một hộp điều khiển tự động cho hệ thống gạt mưa rửa kính, nâng hạ kính, đóng mở cửa từ xa, cho phép người dùng dễ dàng điều khiển và tuỳ chỉnh các chế độ

3 Kết nối và tích hợp: Kết nối và tích hợp các hệ thống với hộp điều khiển và các thành phần khác trên ô tô Đảm bảo sự tương thích và hoạt động ổn định của hệ thống

2 Thiết kế hệ thống: Xác định kiến trúc và các thành phần của hệ thống gạt mưa rửa kính, nâng hạ kính, đóng mở cửa từ xa, bao gồm motor và module điều khiển Thiết kế hộp điều khiển với giao diện người dùng thân thiện và các chức năng điều khiển

3 Chế tạo mô hình: Chế tạo mô hình thử nghiệm của hệ thống gạt mưa rửa kính, nâng hạ kính, khóa cửa từ xa và hộp điều khiển, sử dụng các linh kiện điện tử, motor và vật liệu phù hợp

4 Kiểm tra và điều chỉnh: Tiến hành các thử nghiệm và kiểm tra hiệu năng của hệ thống Điều chỉnh và cải tiến để đảm bảo hoạt động ổn định và đáp ứng yêu cầu

IV Kết luận

Đồ án “Thiết kế chế tạo mô hình hệ thống gạt mưa rửa kính, nâng hạ kính, khóa cửa từ xa sử dụng hộp điều khiển” trên ô tô nhằm tạo ra các hệ thống linh hoạt và dễ sử dụng Việc nghiên cứu, thiết kế và chế tạo mô hình sẽ đòi hỏi sự tập trung và kiến thức về điện, điện tử và công nghệ ô tô Kết quả dự kiến sẽ là một mô hình thử nghiệm hệ thống gạt mưa rửa kính, nâng hạ kính, khóa cửa từ xa sử dụng hộp điều khiển, đóng góp vào sự phát triển và nâng cao hiệu suất của các hệ thống trên ô tô

Chương 1: TỔNG QUAN VỀ HỆ THỐNG GẠT MƯA RỬA KÍNH TRÊN

Ô TÔ

1.1 Nhiệm vụ

Hệ thống gạt mưa trên ô tô là một phần quan trọng của hệ thống an toàn và tiện nghi trên xe Nhiệm vụ chính của hệ thống gạt mưa là loại bỏ nước mưa, tuyết, bụi và các chất lỏng khác khỏi kính trước và kính sau, giúp người lái có tầm nhìn rõ ràng và an toàn khi lái xe trong điều kiện thời tiết xấu

Hình 1.1: Vị trí lắp đặt hệ thống gạt mưa rửa kính

1.2 Yêu cầu

Hệ thống gạt mưa trên ô tô là một phần quan trọng giúp tăng cường tầm nhìn của tài xế trong các điều kiện thời tiết khác nhau Dưới đây là một số yêu cầu và tính năng quan trọng mà một hệ thống gạt mưa trên ô tô cần đáp ứng:

- Hiệu suất làm sạch: Hệ thống gạt mưa cần có khả năng làm sạch hiệu quả để loại bỏ nước mưa và bất kỳ cặn bã nhờn nào trên kính Điều này đảm bảo tầm nhìn tốt và an toàn cho tài xế

- Điều chỉnh tốc độ: Hệ thống nên có nhiều tốc độ làm việc khác nhau để đáp ứng được nhu cầu trong các điều kiện thời tiết khác nhau Chẳng hạn, trong mưa nhỏ, có thể sử dụng tốc độ thấp, trong khi trong cơn mưa to, tốc độ cao hơn có thể cần thiết

- Độ ồn thấp: Làm việc yên tĩnh và không gây tiếng ồn lớn là một yếu tố quan trọng để cải thiện trải nghiệm lái xe

- Độ bền và tuổi thọ: Hệ thống gạt mưa cần được thiết kế để chịu được sự mài mòn và các yếu tố khác nhau của môi trường, đảm bảo tuổi thọ lâu dài và ít sự cố hỏng hóc

- Dễ bảo dưỡng: Tính năng dễ bảo dưỡng và thay thế nhanh chóng của hệ thống giúp giảm thiểu thời gian và chi phí bảo dưỡng

Những yêu cầu trên giúp đảm bảo rằng hệ thống gạt mưa trên ô tô hoạt động hiệu quả và đáp ứng tốt trong mọi điều kiện thời tiết

- Bơm nước: Bơm nước được sử dụng để tạo áp suất và đẩy nước từ bình chứa đến ống dẫn và đầu phun

Hình 1.3: Mô tơ bơm nước rửa kính

- Ống dẫn nước: Ống dẫn nước chịu trách nhiệm vận chuyển nước từ bơm đến đầu phun trên kính

- Dung dịch làm sạch kính: Dung dịch này thường chứa chất làm sạch và chống đóng băng để giúp loại bỏ bụi bẩn và mịn bám trên kính

- Đầu phun: Đầu phun hoạt động như một bộ phận phun dung dịch lên kính Có thể có nhiều đầu phun được đặt ở các vị trí chiến lược để đảm bảo phủ rộng và đều trên bề mặt kính

- Công tắc và dây điện: Công tắc giúp tài xế kích hoạt hoặc tắt hệ thống gạt mưa rửa kính theo nhu cầu Dây điện kết nối các thành phần điện tử của hệ thống

Hình 1.4: Công tắc gạt mưa, rửa kính

- Động cơ gạt mưa: Động cơ này tạo ra chuyển động xoay để điều khiển cánh gạt và lá gạt mưa Nó thường được đặt gần cửa kính ô tô và được kết nối với bảng điều khiển trong xe

Hình 1.5: Mô tơ gạt mưa

- Lưỡi gạt mưa: Lưỡi gạt mưa là một thanh cao su hoặc silicone được gắn trên cánh kính và chuyển động qua bề mặt kính để làm sạch nước mưa và bụi bẩn

Hình 1.6: Lưỡi gạt mưa

- Bộ cơ cấu chuyển động: Bộ cơ cấu này giúp đảm bảo rằng lưỡi gạt mưa di chuyển theo hình dạng kính và có thể được điều chỉnh tốc độ và áp lực theo yêu cầu - Khung gạt mưa: Khung gạt mưa giữ cho lưỡi gạt mưa ổn định và cung cấp cấu

trúc hỗ trợ cho nó Cấu tạo này giúp hệ thống gạt mưa rửa kính hoạt động hiệu quả để duy trì tầm nhìn tốt cho tài xế, đặc biệt trong điều kiện thời tiết khắc nghiệt như mưa, tuyết, hoặc dơ bẩn trên đường

- Chế độ gạt mưa: Cánh tay gạt mưa thường được kết nối với động cơ gạt mưa và khi được kích hoạt, động cơ sẽ làm cho lưỡi gạt mưa di chuyển qua lại trên bề mặt kính thông qua bộ cơ cấu chuyển động

Khi tắt hệ thống, trong động cơ gạt mưa có cơ chế trả gạt mưa trở lại vị trí ban đầu Nhờ vậy gạt mưa luôn được trở về vị trí ban đầu, tránh ảnh hưởng tầm nhìn của người lái

Hình 1.7: Nguyên lý hoạt động hệ thống gạt mưa, rửa kính

1.5 Ưu nhược điểm của hệ thống gạt mưa rửa kính không sử dụng hộp điều khiển

❖ Ưu điểm: Đơn giản và đáng tin cậy: Hệ thống gạt mưa không sử dụng hộp điều khiển đơn giản và ít có vấn đề kỹ thuật, giúp tăng tính đáng tin cậy của nó

Chi phí thấp: So với các hệ thống gạt mưa tiên tiến hơn, hệ thống không sử dụng hộp điều khiển thường có chi phí sản xuất và lắp đặt thấp hơn, điều này có thể làm giảm giá bán ô tô

Sửa chữa dễ dàng: Kỹ thuật viên ô tô thường dễ dàng thực hiện công việc sửa chữa hoặc thay thế các tình trạng của hệ thống gạt mưa không sử dụng hộp điều khiển khi cần thiết

❖ Nhược điểm: Không có tính năng tự động: Vì vậy, với các công nghệ gạt mưa tiên tiến hơn, hệ thống không sử dụng hộp điều khiển không có khả năng tự động điều chỉnh tốc độ hoặc tần suất làm sạch dựa trên điều kiện thời tiết

Chương 2: TỔNG QUAN VỀ HỆ THỐNG NÂNG HẠ KÍNH TRÊN Ô TÔ

2.1 Nhiệm vụ

Hệ thống nâng hạ kính trên ô tô thường có nhiệm vụ cung cấp khả năng điều chỉnh độ cao của kính xe, đôi khi có thể điều khiển từng cửa riêng lẻ hoặc toàn bộ xe, cho phép tài xế và hành khách kiểm soát lượng không khí, âm thanh, và ánh sáng mà họ muốn thụ động vào khoang nội thất

- Chống kẹt và chống rơi: Hệ thống nên có cơ chế chống kẹt, giảm thiểu nguy cơ làm tổn thương người sử dụng hoặc vật dụng bên trong xe khi kính đang hoạt động Ngoài ra, cần có biện pháp chống rơi để ngăn kính rơi xuống khi đang mở

- Điều khiển thuận tiện: Hệ thống cần có bộ điều khiển thuận tiện để người lái và hành khách có thể dễ dàng điều chỉnh kính một cách chính xác Các công nghệ tự động hóa hoặc điều khiển từ xa cũng có thể là một lợi ích

- Tính ổn định và độ chính xác: Hệ thống cần đảm bảo tính ổn định và độ chính xác trong quá trình nâng hạ kính Kính không nên chuyển động quá nhanh hoặc quá chậm, và nên dừng lại một cách chính xác ở vị trí mong muốn

- Độ bền và độ tin cậy: Hệ thống cần được thiết kế để chịu được sự mài mòn và có độ tin cậy cao, giảm thiểu nguy cơ hỏng hóc và yêu cầu bảo dưỡng ít nhất Những yêu cầu trên giúp đảm bảo rằng hệ thống nâng hạ kính trên ô tô hoạt động hiệu quả, an toàn và đáp ứng đúng nhu cầu của người lái và hành khách

Hình 2.3: Mô tơ nâng hạ kính

- Cơ cấu nâng hạ kính: Chuyển động quay của motor nâng hạ kính được chuyển thành chuyển động lên xuống nhờ cơ cấu nâng hạ cửa kính để đóng mở cửa kính Cửa kính được đỡ bằng đòn nâng của cơ cấu nâng hạ kính Đòn nâng này được đỡ bằng cơ cấu đòn chữ X hoặc thanh ray, nối với đòn điều chỉnh của bộ nâng hạ kính Cửa kính được nâng hay hạ nhờ sự thay đổi chiều cao của cơ cấu đòn chữ X hoặc chiều dài của cáp kéo bệ đỡ

2.4 Các loại nâng hạ kính trên ô tô

- Loại nâng hạ kính với đòn dẫn động kiểu chữ X: Chuyển động quay của motor chuyển thành chuyển động lên xuống để đóng mở cửa sổ Cửa kính được đỡ bằng đòn nâng hạ của bộ nâng hạ cửa sổ kính, đòn này được đỡ bằng cơ cấu đòn chữ x nối với đòn điều chỉnh của bộ nâng hạ kính

Hình 2.4: Cơ cấu dẫn động hình chữ X

- Nâng hạ cửa kính với dẫn động kiểu cáp: Cáp bowden là loại cáp mà ta thường dùng làm dây phanh trên xe đạp hay xe gắn máy Hệ thống bowden kép dùng 3 dây cáp 2 bệ đỡ trên 2 thanh ray giúp chịu được kính trọng lượng nặng hơn

Hình 2.5: Cơ cấu dẫn động kiểu cáp

2.5 Nguyên lý hoạt động

Hệ thống nâng hạ kính trên ô tô hoạt động dựa trên nguyên lý của một motor điện tích hợp trong cánh cửa hoặc khoang cửa kính Motor này chuyển động thành năng lượng cơ học, truyền động qua một cơ cấu truyền động, có thể là bánh răng, dây đai hoặc trục Cơ cấu truyền động chuyển động này được kết nối với cơ cấu điều khiển cửa kính để điều chỉnh vị trí của cửa kính theo hướng mong muốn

Khi người lái hoặc hành khách sử dụng công tắc điều khiển, motor sẽ kích hoạt và chuyển động qua cơ cấu truyền động, từ đó điều khiển cơ cấu điều khiển cửa kính để nâng hoặc hạ cửa kính Hệ thống này mang lại sự linh hoạt và thoải mái cho người sử dụng khi điều chỉnh cửa kính theo ý muốn, tạo ra trải nghiệm lái xe thoải mái và an toàn

Hình 2.6: Sơ đồ nguyên lý hệ thống nâng hạ kính

2.6 Ưu nhược điểm của hệ thống nâng hạ kính không sử dụng hộp điều khiển

❖ Ưu điểm: Đơn giản hóa và mức độ tin cậy cao: Hệ thống nâng hạ kính không sử dụng hộp điều khiển thường được thiết kế đơn giản, ít có các bộ phận phức tạp, giúp tăng cường độ tin cậy và giảm khả năng hỏng hóc

Giá thành thấp: So với hệ thống tự động hoặc hệ thống hiện đại hơn, hệ thống không sử dụng hộp điều khiển thường có chi phí thấp hơn

Sửa chữa nhanh chóng: Các sự cố thường có thể được sửa chữa một cách đơn giản và việc thay thế các bộ phận cũng dễ dàng hơn so với các hệ thống hiện đại

❖ Nhược điểm: Tiện lợi: Hệ thống không sử dụng hộp điều khiển không cung cấp các tính năng hiện đại như điều khiển từ xa, tích hợp với các hệ thống hoặc khả năng tự động đóng mở khi khóa hoặc mở cửa ô tô

Không tích hợp tính năng an toàn thông minh: So với các hệ thống nâng cấp kính tự động, hệ thống không sử dụng hộp điều khiển có thể thiếu các tính năng an toàn thông minh như chống kẹp, chống va chạm hoặc tự động đóng khi ô tô không hoạt động

Chương 3: TỔNG QUAN HỆ THỐNG KHÓA MỞ CỬA

3.1 Nhiệm vụ

Hệ thống khóa mở cửa trên ô tô chủ yếu có nhiệm vụ kiểm soát quá trình mở cửa và khóa cửa của xe Nhiệm vụ chính của hệ thống này là đảm bảo an toàn, thuận tiện và hiệu quả khi sử dụng

- Khả năng chống nước và bụi: Đặc biệt quan trọng trong mọi điều kiện thời tiết, hệ thống cần có khả năng chống nước và bụi để ngăn ngừa sự hỏng hóc do các yếu tố môi trường

- Dễ Bảo dưỡng: Thiết kế của hệ thống cần hỗ trợ việc bảo dưỡng và sửa chữa một cách dễ dàng, giảm chi phí bảo dưỡng và thời gian chết xe

- Chức năng khóa an toàn: Hệ thống cần có chức năng khóa an toàn để đảm bảo cửa được khóa chặt khi xe đang chạy, ngăn chặn việc mở cửa tình cờ và giảm nguy cơ tai nạn

Những yêu cầu trên đảm bảo rằng hệ thống khóa mở cửa trên ô tô hoạt động một cách an toàn và hiệu quả cho người sử dụng

3.3 Cấu tạo

Mỗi dòng xe hơi khác nhau sẽ có hệ thống khóa cửa khác nhau Nhưng đa phần chúng đều hoạt động chung theo một nguyên tắc Với cấu tạo các bộ phận tương tự như nhau bao gồm:

- Bộ điều khiển mở khóa từ xa: Hiện nay, các dòng xe hơi chủ yếu sử dụng 2 loại điều khiển từ xa Gồm có loại đi kèm với chìa khóa và loại được gắn trực tiếp vào chìa khóa xe

Hình 3.2: Remote điều khiển từ xa

Cơ chế hoạt động của bộ điều khiển từ xa: Khi người dùng nhấn nút, sóng radio sẽ truyền đi theo tín hiệu Tới điều khiển của cụm khóa cửa xe Bộ điều khiển này hoạt động theo cơ chế pin Lithium Nhờ vào nguồn điện của ắc quy trên xe Các dòng xe hơi khác nhau hoặc được sản xuất tại các quốc gia khác nhau sẽ có tần số khác nhau Trung bình trong khoảng từ 300-500 mhz

Bộ nhận tín hiệu cửa xe: Sau khi tiếp nhận tín hiệu từ bộ điều khiển từ xa, bộ phận này sẽ truyền tín hiệu tới rơ le tổ hợp, sau đó phát tín hiệu để khóa/mở cửa

Hình 3.3: Bộ nhận tín hiệu cửa xe

- Rơ le tổ hợp: Relay điểu khiển khóa cửa bao gồm hai relay và một IC Hai relay này điều khiển dòng điện đến các môtơ khóa cửa IC điều khiển hai relay này theo tín hiệu từ các công tắc khác nhau

Hình 3.4: Relay tổ hợp

- Cụm khóa cửa: Đây là bộ phận cơ học giúp bạn mở cửa hoặc đóng cửa một cách dễ dàng

Thanh chốt cửa có cấu tạo rất đơn giản, chỉ là một thanh cứng có kết cấu thông với chốt cửa Bên cạnh đó có một thanh cứng khác để nối phần chốt cửa với núm nhô ở phần cánh cửa Theo cơ chế hoạt động, khi thanh chốt cửa bung lên thì cửa sẽ được chốt lại hoàn toàn Nếu phần chốt cửa được sập xuống, người bên ngoài không thể mở cửa Hệ thống kết nối cơ khí bị loại bỏ

- Phần công tắc mở khóa bằng chìa: Giúp bạn kiểm tra xem chìa khóa có đang cắm tại ổ khóa hay không

- Nút chốt cửa lái và công tắc chính của cửa sổ điện là nơi đặt motor điều khiển khóa cửa

Hình 3.6: Công tắc điều khiển khoá cửa

- Phần tay nắm cửa: Tay nắm cửa được cấu tạo từ 2 bộ phận chính là phần điều khiển khóa và bộ tiếp nhận tín hiệu Về hình dạng đây là bộ phận đơn giản và dễ nhận biết

Hình 3.7: Tay nắm cửa ô tô

3.4 Nguyên lý hoạt động

Hệ thống khoá mở cửa trên ô tô hoạt động dựa trên nguyên lý của một motor điện tích hợp trong cánh cử Motor này chuyển động thành năng lượng cơ học, truyền động qua một cơ cấu truyền động bánh răng làm cửa khoá hay mở Cơ cấu truyền động chuyển động này được kết nối với relay điều khiển khoá cửa để đóng hay mở theo mong muốn của người sử dụng

Khi người lái hoặc hành khách sử dụng công tắc điều khiển đóng hay mở cửa, IC sẽ nhận tín hiệu và điều khiển relay cấp nguồn cho chuột cửa sao cho đúng với yêu cầu của người dùng

Hình 3.8: Ảnh minh hoạ nguyên lý hoạt động của hệ thống khoá cửa

❖ Nguyên lý hoạt động của hệ thống khóa cửa từ xa:

Khi ấn vào công tắc khoá/mở khoá của bộ điều khiển từ xa mà không có chìa khoá trong ổ khoá điện và tất cả các cửa đã đóng thì mã nhận biết của xe được truyền đi Khi bộ nhận tín hiệu điều khiển cửa xe nhận được các mã này, CPU trong bộ nhận tín hiệu điều khiển cửa xe bắt đầu kiểm tra và đánh giá Nếu bộ nhận tín hiệu điều khiển cửa xe nhận thấy rằng mã nhận biết của chính xe đó, nó sẽ phát ra tín hiệu khoá/mở khoá cửa xe tới rơle tổ hợp

* Mã nhận biết Mã nhận biết có 60 số gồm có mã xoay được thay đổi nhờ sự hoạt động công tắc và mã ID

Hình 3.9: Sơ đồ nguyên lý khóa cửa trên ô tô

Hình 3.10: Sơ đồ nguyên lý mở khóa cửa trên ô tô

Chương 4: THIẾT KẾ CHẾ TẠO MÔ HÌNH

4.1 Giới thiệu mô hình

Đây là mô hình hệ thống gạt mưa rửa kính, nâng hạ kính, khóa cửa từ xa sử dụng hộp điều khiển (BCM) Hệ thống này là một công nghệ được tích hợp vào các xe hơi hiện đại nhằm cải thiện chất lượng phục vụ của xe hơi đối với người lái và người sử dụng

Mô hình mô phỏng hệ thống gạt mưa rửa kính, nâng hạ kính, khóa cửa từ xa sử dụng hộp BCM (Body Control Module) là một công cụ quan trọng trong việc phát triển và kiểm tra các chức năng trên ô tô Hộp BCM là một module điện tử được tích hợp và hệ thống điện tổng thể của xe ô tô và nó chịu trách nhiệm điều khiển và quản lý các chức năng điện tử trên xe

Hình 4.1: Mô hình hệ thống gạt mưa rửa kính, nâng hạ kính, khóa mở cửa từ xa sử

dụng hộp điều khiển

4.2 Thiết kế chế tạo mô hình 4.2.1 Cơ sở lý thuyết

Để chế tạo một mô hình hệ thống gạt mưa rửa kính, nâng hạ kính, khóa cửa từ xa sử dụng hộp BCM, cần có cơ sở lý thuyết về các hệ thống điện thân xe, hộp BCM và các thành phần liên quan Dưới đây là một số cơ sở lý thuyết quang trọng để xem xét:

1 Nguyên lý hoạt động: Hiểu rõ về các thành phần cũng như chức năng của chúng trong hệ thống điện thân xe

2 Kiến thức về điện tử ô tô: Hiểu cách hệ thống điện tử trên ô tô hoạt động, bao gồm vi xử lý, cảm biến, công tắc và mạch điện tử Nắm vững về nguyên lý điện tử cơ bản, cách kết nối mạch điện và giao tiết giữa các thành phần

3 Hộp BCM và chức năng của nó: Tìm hiểu về hộp BCM và vai trò quản lý các chức năng điện tử trên ô tô Điều này bao gồm hiểu về kiến trúc, giao thức giao tiếp và khả năng điều khiển của hộp BCM

4 Các phương pháp mô hình hóa và mô phỏng: Tìm hiểu về các phương pháp mô hình hóa và mô phỏng, bao gồm mô phỏng phần cứng và mô phỏng phần mềm Điều này bao gồm việc sử dụng công cụ phần mềm mô phỏng và các ngôn ngữ lập trình phù hợp để tạo ra mô hình tương tự với hộp BCM và các thành phần liên quan

5 Testing và validation (Kiểm tra và xác nhận): Nắm vững các phương pháp kiểm tra và xác nhận để đảm bảo rằng mô hình đáng tin cậy và hoạt động

6 Hiệu chỉnh và đánh giá mô hình: Tiến hành hiệu chỉnh mô hình để đảm bảo nó phù hợp với các thông số và đặc điểm cụ thể của hệ thống thực tế Sử dụng các dữ liệu và thông số đo lường từ hệ thống thực tế để điều chỉnh mô hình và đảm bảo tính chính xác

7 Mô phỏng các tình huống và kịch bản khác nhau: Sử dụng mô hình để mô phỏng và kiểm tra hệ thống trong các tình huống và kịch bản khác nhau

8 Đánh giá tính bảo mật và an toàn: Xem xét các yếu tố bảo mật và an toàn trong hệ thống Đảm bảo rằng mô hình đáp ứng các tiêu chuẩn và quy định có liên quan để đảm bảo an toàn và trải nghiệm của người sử dụng

9 Đánh giá hiệu suất và tối ưu hoá: Sử dụng dữ liệu và kết quả từ các bước trước để đánh giá hiệu suất và tối ưu hoá mô hình Tìm hiểu các cải tiến và điều chỉnh cần thiết để nâng cao hiệu suất, độ chính xác và khả năng phản ứng của hệ thống gạt mưa rửa kính, nâng hạ kính, đóng mở cửa từ xa

Quá trình chế tạo mô hình hệ thống gạt mưa rửa kính, nâng hạ kính, khóa cửa từ xa sử dụng hộp BCM yêu cầu sự kết hợp kiến thức về điện, điện tử ô tô và công nghệ mô hình hoá và mô phỏng Việc thực hiện đúng các cơ sở lý thuyết và quy trình trên

đảm bảo mô hình đáp ứng các yêu cầu chức năng và độ tin cậy của hệ thống gạt mưa rửa kính, nânh hạ kính, đóng mở cửa từ xa

4.2.2 Các chi tiết trên mô hình

Công tắc gạt mưa rửa kính

❖ Chức năng: Công tắc gạt mưa (tay gạt nước) là công tắc có chức năng vừa gạt mưa và rửa kính, được đặt trên trụ lái, dưới vô lăng, thuộc hệ thống gạt mưa rửa kính của ô tô Đó là vị trí mà người lái có thể điều khiển bất kỳ lúc nào khi cần

Trên công tắc gạt mưa, người ta cài đặt nhiều chế độ khác nhau: Vị trí dừng “OFF”, ở tốc độ thấp “LO”, tốc độ cao “HI” Tùy vào một số xe, chế độ gạt mưa còn được cài đặt thêm: Chế độ “INT” (gạt nước hoạt động gián đoạn trong một khoảng thời gian nhất định), chế độ MIST (gạt nước chỉ hoạt động khi công tắc gạt nước ở vị trí sương mù) và một công tắc thay đổi, điều chỉnh thời gian gạt nước

Ở nhiều xe có trang bị gạt nước cho kính sau thì công tắc gạt nước sau cũng nằm ở công tắc gạt nước và được bật về giữa các vị trí ON và OFF Một số xe có vị trí INT cho gạt nước kính sau Ở một số xe hiện nay, bộ ECU được đặt trong công tắc tôt hợp cho hệ thống thông tin đa chiều (MPX)

Trong nhiều trường hợp, công tắc gạt mưa rửa kính được kết hợp với công tắc điều khiển đèn nên đôi khi còn được gọi là công tắc tổ hợp

Hình 4.2: Các chế độ của công tắc gạt mưa, rửa kính

❖ Rơ le điều khiển gạt nước gián đoạn ở công tắc gạt mưa rửa kính: Trên công tắc gạt nước rửa kính chắn gió trước ở một số xe gần đây còn có rơ le điều khiển gạt nước gián đoạn Loại này được sử dụng rộng rãi Một rơ le nhỏ và mạch Transistor gồm có tụ điện và điện trở cấu tạo thành rơ le điều khiển gạt nước gián đoạn Dòng điện tới mô tơ gạt nước được điều khiển bằng rơ le theo tín hiệu được truyền từ công tắc gạt mưa làm cho mô tơ gạt nước chạy gián đoạn

❖ Nguyên lí hoạt động:

Hình 4.3: Nguyên lý hoạt động của công tắc gạt mưa, rửa kính

- Trường hợp công tắc gạt nước ở vị trí LOW/MIST: Công tắc gạt nước được bật về vị trí tốc độ thấp hoặc vị trí gạt sương, dòng điện đi vào chổi than tiếp điện tốc độ thấp của mô tơ gạt nước và gạt nước hoạt động ở tốc độ thấp

- Trường hợp công tắc gạt nước ở vị trí HIGH: Công tắc gạt nước được bật về vị trí tốc độ cao, dòng điện đi vào chổi than tiếp điện cao của mô tơ gạt nước HI và gạt nước hoạt động ở tốc độ cao

- Nếu tắt công tắc gạt nước được về vị trí OFF trong khi mô tơ gạt nước đang hoạt động, thì dòng điện sẽ đi vào chổi than tốc độ thấp của mô tơ gạt nước và gạt nước hoạt động ở tốc độ thấp Khi gạt nước tới vị trí dừng, tiếp điểm của công tắc dạng cam sẽ chuyển đến vị trí giúp mô tơ dừng lại Nếu công tắc cam trong mô tơ gạt nước bị hỏng và dây nối giữa công tắc gạt nước và công tắc dạng cam bị đứt thì mô tơ gạt nước sẽ không phanh hãm bằng điện và mô tơ gạt nước không thể dừng ở vị trí xác định mà sẽ tiếp tục quay

Công tắc nâng hạ kính

❖ Chức năng: Công tắc nâng hạ kính (còn gọi là công tắc điều khiển cửa kính) là một thiết bị được sử dụng trong ô tô để điều khiển quá trình nâng hạ cửa kính

Chức năng chính của công tắc nâng hạ kính là điều khiển cửa kính lên xuống Điều này giúp người lái hoặc hành khách có thể thoải mái điều chỉnh độ cao của cửa kính theo ý muốn

❖ Nguyên lý: Công tắc nâng hạ kính thường đi kèm với một động cơ điện (motor) chịu trách nhiệm đẩy hoặc kéo cửa kính lên hoặc xuống

Khi công tắc được nhấn, nó mở đường cho nguồn điện từ hệ thống ô tô chạy vào động cơ Khiến motor hoạt động, giúp người sử dụng điều khiển cửa kính lên xuống theo mong muốn của bản thân

Hộp điều khiển (BCM)

a Arduino MEGA 2560 ❖ Thông số kỹ thuật:

Arduino Mega Tính năng, đặc điểm

Vi điều khiển AVR ATmega 2560 (8bit) Nguồn cung cấp 7-12V (Bộ điều chỉnh sẵn có cho bộ điều khiển) Số chân I/O số 54

Số chân I/O tương tự 16 Xung clock 16 MHz ( nhà sản xuất cài đặt là 1MHz) Bộ nhớ flash 128 KB

SRAM 8 KB

Giao tiếp USB (Lập trình với ATmega 8), ICSP (lập

trình), SPI, I2C và USART Bộ Timer 2 (8bit) + 4 (16bit) = 6 Timer PWM 12 (2-16 bit)

ADC 16 (10 bit) USART 4

Ngắt thay đổi chân 24 VIN Cung cấp điện áp (7-12V) GND Chân nối đất