Xây dựng mô hình mô phỏng và khảo sát đặc tính hệ thống lái trợ lực điện trên mô hình toyota vios 2007

LỜI CẢM ƠN Sau năm học ngành khí động lực hệ Đại học quy Trường Đại Học Sư Phạm Kỹ Thuật Thành Phố Hồ Chí Minh Nhóm thực đề tài này, sinh viên khoa Cơ Khí Động Lực dìu dắt hướng dẫn tận tình q thầy trường bước hồn thiện đề trở thành kỹ sư – thầy giáo, đem bàn tay khối óc cống hiến cho xã hội Cho đến hôm nay, với đồ án tốt nghiệp đánh dấu cột mốc lớn bước đường trưởng thành nhóm thực đề tài Những sinh viên ngành khí động lực khóa 2013 bước khỏi cảnh cổng trường Đại học để bước vào cánh cổng lớn hơn, nhiều thử thách Đó cánh cửa đời, cơng việc tương lai tới, thành công bước đường tới nhờ cơng lao dìu dắt dạy dỗ q thầy Xin gửi tới q thầy kính trọng lịng biết ơn sâu sắc nhóm thực đề tài Trong q trình thực đề tài chúng em thầy Th.S Nguyễn Hữu Mạnh tận tình giúp đỡ, dẫn tạo điều kiện thuận lợi mặt tinh thần tài liệu tham khảo Mặc dù cố gắng hồn thành đề tài trình độ thân cịn nhiều hạn chế nên đề tài khơng tránh khỏi sai sót Rất mong thơng cảm góp ý quý thầy bạn để đề tài hoàn thiệnhơn Qua em xin chân thành cảm ơn thầy hướng dẫn Th.S Nguyễn Hữu Mạnh tận tình bảo giúp đỡ em q trình thực đề tài Nhóm sinh viên thực đề tài Phạm Ngọc Tân – Trần Hữu Điệu TÓM TẮT Vấn đề nghiên cứu - Nghiên cứu đọc cảm biến hệ thống lái trợ lực điện EPS Toyota Vios 2007 mơ hình; - Nghiên cứu lập trình board Bo mạch Arduino kết nối với phần mềm Matlab máy vi tính; - Nghiên cứu xây dựng mơ hình hệ thống lái 3D từ Solidworkss sang Matlab Simulink; - Xây dựng mối quan hệ tải trọng, góc xoay vành lái cường độ dịng điện mơ tơ trợ lực lái Các hướng tiếp cận - Tham khảo đồ án thu thập liệu khóa trước, góp ý thầy hướng dẫn, sách nguồn tài liệu mạng để đưa phương án thực Cách giải vấn đề - Nghiên cứu đặc tính hệ thống lái trợ lực điện; - Lập trình thu thập liệu phần mềm Bo mạch Arduino; - Lập trình Matlab để xử lý, hiển thị lấy liệu từ cảm biến; - Tìm kiếm tài liệu Internet, tham khảo ý kiến giảng viên hướng dẫn; - Tổng hợp thiết kế, lắp đặt cảm biến lên mơ hình Kết thu - Thiết kế lắp đặt cảm biến mơ hình hệ thống lái trợ lực điện EPS; - Xây dựng mơ hình 3D quan hệ động học hệ thống lái Matlab Simulink; - Thu liệu thời gian thực phần mềm Matlab Simulink ; - Xây dựng mối quan hệ tải trọng, góc xoay vành lái cường độ dịng điện mơ tơ trợ lực lái MỤC LỤC LỜI CẢM ƠN i TÓM TẮT .ii MỤC LỤC iii DANH MỤC CÁC KÝ HIỆU, CÁC CHỮ VIẾT TẮT .vi DANH MỤC HÌNH ẢNH vii CHƯƠNG TỔNG QUAN 1.1 Lý chọn đề tài .1 1.2 Giới hạn đề tài 1.3 Mục tiêu nhiệm vụ đề tài 1.3.1 Mục tiêu đề tài 1.3.2 Nhiệm vụ đề tài 1.4 Đối tượng nghiên cứu 1.5 Phương pháp thực đề tài 1.6 Giai đoạn tiến hành đề tài .2 1.6.1 Nghiên cứu tài liệu .2 1.6.2 Mô 3D hệ thống lái Soliwork Matlab Simulink 1.6.3 Thiết kế phần cứng lập trình phần mềm .3 1.6.4 Tiến hành thử nghiệm thu thập xử lý tín hiệu 1.6.5 Viết thuyết minh báo cáo CHƯƠNG TỔNG QUAN VỀ HỆ THỐNG LÁI TRỢ LỰC ĐIỆN EPS .4 2.1 Các cách bố trí hệ thống EPS 2.2 Tổng quan hệ thống trợ lực lái điện 2.3 Các phận 2.3.1 Động điện 2.3.2 Cảm biến, rơle điều khiển 2.3.3 Ưu điểm hệ thống lái trợ lực điện so với hệ thống lái trợ lực thủy lực8 2.4 Nguyên lý làm việc chung hệ thống lái trợ lực điện .9 2.4.1 Các phần tử trợ lực lái điện .9 2.4.2 Sơ đồ khối nguyên lý hệ thống trợ lực lái điện 19 2.4.3 Nguyên lý làm việc trợ lực lái gồm bước .21 CHƯƠNG XÂY DỰNG MƠ HÌNH 3D VÀ PHẦN CỨNG KẾT NỐI TRONG MATLAB SIMULINK .22 3.1 Xây dựng mơ hình 3D Solidworks Matlab Simulink 22 3.1.1 Giới thiệu phần mềm Solidworks .22 3.1.2 Phần mềm SimMechanics MatlabSimulink 24 3.2 Thiết kế lắp đặt cảm biến tải trọng loadcell 26 3.2.1 Khái niệm loadcell 26 3.2.2 Cấu tạo nguyên lý hoạt động 28 3.2.3 Ứng dụng loadcell .31 3.3 Thiết kế lắp đặt cảm biến đo góc xoay vành lái 35 3.3.1 Khái niệm cảm biến Encoder .35 3.3.2 Cấu tạo nguyên lý hoạt động Encoder 35 3.4 Thiết kế, lắp đặt cảm biến đo cường độ dòng điện motor trợ lực lái: 45 3.4.1 Cảm biến đo cường độ dòng điện: 45 3.4.2 Đọc cảm biến đo cường độ dòng điện vi mạch Arduino: .47 3.5 Thiết kế lắp đặt mạch đo điện áp cảm biến momen 48 3.5.1 Khái niệm cầu cầu phân áp 48 3.5.2 Lắp đặt mơ hình 48 CHƯƠNG KHẢO SÁT ĐẶC TÍNH HỆ THỐNG LÁI TRỢ LỰC ĐIỆN EPS 51 4.1 Đối tượng mục tiêu khảo sát 51 4.1.1 Đối tượng khảo sát .51 4.1.2 Mục tiêu khảo sát .51 4.2 Xây dựng giao diện đọc giá trị cảm biến phần mềm Matlab 51 4.3 Xây dựng đặc tính hệ thống lái trợ lực điện EPS xe Toyota Vios 2007 …………………………………………………………………………………52 4.3.1 Mối quan hệ tải trọng, góc xoay vành lái cường độ dòng điện motor trợ lực xe đứng yên 52 4.3.2 Mối quan hệ tải trọng, góc xoay vành lái cường độ dòng điện motor xe quay vòng 58 4.4 Kết luận 66 CHƯƠNG KẾT LUẬN VÀ HƯỚNG PHÁT TRIỂN 69 5.1 Kết luận 69 5.2 Tính khoa học thực tiễn 69 5.3 Tính hiệu kinh tế .69 5.4 Kiến nghị hướng phát triển đề tài 70 TÀI LIỆU THAM KHẢO 71 PHỤ LỤC 72 DANH MỤC CÁC KÝ HIỆU, CÁC CHỮ VIẾT TẮT Ký hiệu Viết tắt Diễn giải EPS Electronic Power Steering Hệ thống lái trợ lực điện ECU Electronic Control Unit Hộp điều khiển điện tử ETC Electronic Tranmission Control Hộp số điều khiển tự động LED Light Emiting Diode Đi-ốt phát quang MATLAB MATrix LABority Phần mềm DANH MỤC HÌNH Ả Hình Hệ thống lái trợ lực điện kiểu DP_EPS .4 Hình 2 Hệ thống lái trợ lực điện kiểu RP_EPS Hình Hệ thống lái trợ lực điện kiểu P_EPS Hình Hệ thống lái trợ lực điện kiểu C_EPS Hình Sơ đồ cấu tạo chung hệ thống lái trợ lực điện Hình Cấu tạo tín hiệu cảm biến tốc độ đánh lái .11 Hình Cảm biến tốc độ đánh lái ( góc đánh lái) loại Hall .12 Hình 10 Sơ đồ đặc tính vị trí làm việc cảm biến mơmen lái loại lõi thép trượt 13 Hình 11 Vị trí lắp, cấu trúc đặc tính cảm biến mơ-men lái loại lõi thép xoay 14 Hình 12 Cấu tạo cảm biến mômen lái loại vành dây 15 Hình 13 Sơ đồ nguyên lý xung cảm biến mô-men lái loại vành dây .16 Hình 14 Cảm biến loại công tắc lưỡi gà 17 Hình 15 Cảm biến loại từ điện .17 Hình 16 Cảm biến loại quang điện 18 Hình 17 Cảm biến tốc độ ô tô loại MRE 19 Hình Sơ đồ khối nguyên lý trợ lực lái điện 20 Hình Đồ thị đường đặc tính trợ lực lái 21 Y Hình Mơ hình hệ thống lái hoàn chỉnh Solidworkss 24 Hình Model Simulink mơ hệ thống lái .25 Hình 3 Mơ hệ thống lái Simulink Simmechanics 26 Hình Loadcell .27 Hình Cấu tạo loadcell 28 Hình Sơ đồ cấu tạo mạch điện LoadCell 28 Hình Các điện trở Strain gauge dán vào thân loadcell 29 Hình Khi có tải trọng lực tác dụng lên loadcell làm cho loadcell bị biến dạng 29 Hình Loadcell chữ I 30 Hình 10 Loadcell chữ Z 30 Hình 11 Loadcell chịu uốn 31 Hình 12 Module HX711 32 Hình 13 Sơ đồ đấu nốivloadcell với Module HX711 vi điều khiển Bo mạch Arduino .33 Hình 14 Lắp đặt loadcell bánh xe 34 Hình 15 Tăng dùng để tạo lực lên bánh xe 34 Hình 16 Cảm biến Encoder .35 Hình 17 Đĩa xẻ rãnh đi-ốt thu phát ánh sáng .36 Hình 18 Xung thu từ hai kênh A B 37 Hình 19 Lắp đặt Encoder vào trục lái .38 Hình 20 Encoder sử dụng mơ hình 38 Hình 21 Sơ đồ mạch điện nối Encoder Bo mạch Arduino 39 Hình 22 Khối mơ đọc cảm biến Encoder .40 Hình 23 Khối A, B, A2 40 Hình 24 Khối Angle Encoder 41 Hình 25 Khối Gain, To Workspace1, To Workspace3, Goc lai 41 Hình 26 Khối Gain1, To Workspace2, To Workspace, Dien ap cam bien moment .42 Hình 27 Chương trình Angle Encoder .42 Hình 28 Các khối Memory, Past Curent 43 Hình 29 Khối Detect Change A, Detect Change B Logical OR Operator 43 Hình 30 Khối MATLAB Function 44 Hình 31 Khối CW CCW .44 Hình 32 Khối Counter1 Encoder_Gain 44 Hình 33 Khối Reset khối Counter 45 Hình 34 Khối Encoder Gain, Park Angle Sum 45 Hình 35 Cảm biến đo cường độ dòng điện sử dụng 46 Hình 36 Sơ đồ chân cảm biến 46 Hình 37 Sơ đồ mạch điện đo cường độ dòng điện moto trợ lực .47 Hình 38 Model Simulink đọc giá trị cường độ dòng điện moto trợ lực 47 Hình 39 Cầu phân áp dùng hai điện trở 48 Hình 40 Sơ đồ mạch điện Arduino với cầu phân áp .49 Hình 41 Model Simulink đọc giá trị điện áp chân TRQ1 TRQ2 cảm biến momen 49 Hình Model Simulink đọc giá trị cảm biến .51 Hình Đồ thị góc xoay vành lái thực tế đọc từ cảm biến 52 Hình Đồ thị cường độ dịng điện mơ tơ trợ lực thực tế .53 Hình 4 Đồ thị điện áp cảm biến moment TRQ1 thực tế .53 Hình Đồ thị điện áp cảm biến moment TRQ thực tế 54 Hình Đồ thị góc xoay vành lái thực tế 54 Hình Đồ thị cường độ dịng điện mơ tơ thực tế 55 Hình Đồ thị điện áp cảm biến moment TRQ thực tế 55 Hình Đồ thị cảm biến moment TRQ thực tế 56 Hình 10 Đồ thị góc xoay vành lái thực tế 56 Hình 11 Đồ thị cường độ dịng điện mơ tơ thực tế 57 Hình 12 Đồ thị điện áp cảm biến moment TRQ thực tế 57 Hình 13 Đồ thị điện áp cảm biến TRQ thực tế 58 Hình 14 Đồ thị góc xoay vành lái thực tế 59 Hình 15 Đồ thị cường độ dịng điện mơ tơ thực tế 59 Hình 16 Đồ thị điện áp cảm biến moment TRQ thực tế 60 Hình 17 Đồ thị điện áp cảm biến moment TRQ thực tế 60 Hình 18 Đồ thị quỹ đạo chuyển động xe thực tế 61 Hình 19 Đồ thị góc xoay vành lái thực tế 61 Hình 20 Đồ thị cường độ dịng điện mơ tơ thực tế 62 Hình 21 Đồ thị điện áp cảm biến moment TRQ thực tế 62 Hình 22 Đồ thị điện áp cảm biến moment TRQ thực tế 63 Hình 23 Đồ thị quỹ đạo chuyển động xe thực tế 63 Hình 24 Đồ thị góc xoay vành lái thực tế 64 Hình 25 Đồ thị cường độ dịng điện mơ tơ thực tế 64 Hình 26 Đồ thị điện áp cảm biến moment TRQ thực tế 65 Hình 27 Đồ thị điện áp cảm biến moment TRQ thực tế 65 Hình 28 Đồ thị quỹ đạo chuyển động xe thực tế 66 Hình 29 Đồ thị thực tế cường độ dịng điện mơ tơ trường hợp đánh lái từ hết bên trái qua hết bên phải 67 Hình 30 Đồ thị so sánh cường độ dịng điện mơ tơ trường hợp đánh lái sang trái 90 độ 68 10 ... Hình 2 Hệ thống lái trợ lực điện kiểu RP_EPS Hình Hệ thống lái trợ lực điện kiểu P_EPS Hình Hệ thống lái trợ lực điện kiểu C_EPS Hình Sơ đồ cấu tạo chung hệ thống lái. .. tài “XÂY DỰNG MƠ HÌNH MƠ PHỎNG KHẢO SÁT ĐẶC TÍNH HỆ THỐNG LÁI TRỢ LỰC ĐIỆN EPS TRÊN XE TOYOTAVIOS 2007? ?? 1.2 Giới hạn đề tài - Thiết kế, lắp đặt cảm biến thu thập tín hiệu mơ hình hệ thống lái trợ. .. 2.3.3 Ưu điểm hệ thống lái trợ lực điện so với hệ thống lái trợ lực thủy lực8 2.4 Nguyên lý làm việc chung hệ thống lái trợ lực điện .9 2.4.1 Các phần tử trợ lực lái điện .9 2.4.2