(Đề tài NCKH) nghiên cứu nguyên lý, thực hiện mô hình hệ thống điều khiển ghế tự động trên ô tô

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO TRƯỜNG ĐẠI HỌC SƯ PHẠM KỸ THUẬT THÀNH PHỐ HỒ CHÍ MINH CƠNG TRÌNH NGHIÊN CỨU KHOA HỌC CẤP TRƯỜNG NGHIÊN CỨU NGUYÊN LÝ, THỰC HIỆN MƠ HÌNH HỆ THỐNG ĐIỀU KHIỂN GHẾ TỰ ĐỘNG TRÊN Ô TÔ MÃ SỐ: T2017 SKC006070 Tp Hồ Chí Minh, tháng 03/2018 TRƯỜNG ĐẠI HỌC SƯ PHẠM KỸ THUẬT THÀNH PHỐ HỒ CHÍ MINH KHOA CƠ KHÍ ĐỘNG LỰC BÁO CÁO TỔNG KẾT ĐỀ TÀI KH&CN CẤP TRƯỜNG TRỌNG ĐIỂM Nghiên cứu ngun lý, thực mơ hình hệ thống điều khiển ghế tự động ô tô Mã số: T2017- 38TĐ Chủ nhiệm đề tài: ThS Nguyễn Văn Thình TP HCM, Tháng 03 Năm 2018 CÁC THÀNH VIÊN THAM GIA ĐỀ TÀI NGHIÊN CỨU VÀ ĐƠN VỊ PHỐI HỢP THỰC HIỆN Chủ nhiệm đề tài: ThS Nguyễn Văn Thình Đơn vị phối hợp thực hiện: Bộ mơn Điện tơ, khoa Cơ khí Động lực, trường Đại học Sư Phạm Kỹ Thuật TP HCM MỤC LỤC CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN 1.1 Tính cấp thiết đề tài 1.2 Ý nghĩa khoa học thực tiễn 1.2.1 Ý nghĩa khoa học 1.2.2 Ý nghĩa thực tiễn 1.3 Mục tiêu đề tài 1.4 Đối tượng phạm vi nghiên cứu CHƯƠNG 2: NGHIÊN CỨU LÝ THUYẾT VÀ THỰC NGHIỆM Bookmark not defined CƠ SỞ LÝ THUYẾT 2.2.1 Lịch sử hệ thống ghế điện tử 2.2.2 Tình hình nghiên cứu hệ thống ghế điều khiển điện tử giới Bookmark not defined 2.2.3 Tình hình nghiên cứu hệ thống ghế ngồi điều khiển điện tử Việt Nam 2.2.4 Tổng quan số ghế điện tử HỆ THỐNG GHẾ ĐIỆN TỬ 2.3.1 Các mô tơ điều khiển 2.3.2 Các công tắc điều khiển 2.3.3 Giới thiệu mạch Arduino Mega 2560 CHƯƠNG 3: TRÌNH BÀY, ĐÁNH GIÁ BÀN LUẬN VỀ CÁC KẾT QUẢ Error! Bookmark not defined CÁC BỘ PHẬN CHÍNH CỦA MƠ HÌNH Error! Bookmark not defined 3.2.1 Acquy, cầu chì, cơng tắc máy, rơle Error! Bookmark not defined 3.2.2 Công tắc điều khiển Error! Bookmark not defined 3.2.3 Các giắc kiểm tra Error! Bookmark not defined 3.2.4 Hộp điều khiển ghế Error! Bookmark not defined 3.2.5 Các cảm biến Error! Bookmark not defined CÁCH SỬ DỤNG MƠ HÌNH Error! Bookmark not defined 3.3.1 Cách sử dụng công tắc điều khiển (POWER SEAT CONTROL SW) giắc kiểm tra (SEAT POSITION CONTROLS) để kiểm tra công tắc, mô tơ cảm biến 3.3.2 Cách sử dụng cụm công tắc lưu vị trí (SEAT MEMORY SW) Bookmark not defined SƠ ĐỒ MẠCH ĐIỆN CỦA HỆ THỐNG 3.4.1 Sơ đồ công tắc mô tơ điều khiển 3.4.2 Sơ đồ cơng tắc lưu vị trí cảm biến CHƯƠNG 4: SƠ ĐỒ MẠCH ĐIỆN HỆ THỐNG ĐIỀU KHIỂN GHẾ ĐIỆN CỦA CÁC HÃNG XE SƠ ĐỒ MẠCH ĐIỆN HỆ THỐNG ĐIỀU KHIỂN GHẾ ĐIỆN TRÊN XE TOYOTA HILUX SƠ ĐỒ MẠCH ĐIỆN HỆ THỐNG ĐIỀU KHIỂN GHẾ ĐIỆN TRÊN XE TOYOTA FORTUNER KẾT LUẬN VÀ ĐỀ NGHỊ TÀI LIỆU THAM KHẢO Error! Bookmark not defined DANH SÁCH CÁC BẢNG Bảng 2.1: Chú thích vị trí mơ tơ 10 Bảng 2.2: Chú thích Hình 2.12 10 Bảng 2.3: Ưu nhược điểm truyền trục vít - bánh vít 11 Bảng 2.4: Chú thích Hình 2.13 12 Bảng 2.5: Chú thích Hình 2.14 13 Bảng 2.6: Ưu nhược điểm truyền trục vít-bánh vít 13 Bảng 2.7: Chú thích Hình 2.15 14 Bảng 2.8: Chú thích Hình 2.16 15 Bảng 2.9: Ưu nhược điểm truyền bánh 16 Bảng 2.10: Chú thích Hình 2.17 16 Bảng 2.11: Chú thích Hình 2.18 18 Bảng 2.12: Thông số kỹ thuật Arduino Mega 2560 21 DANH MỤC VIẾT TẮT FUP: Tín hiệu cơng tắc nâng trước FRV+: Tín hiệu mơ tơ nâng trước FDWN: Tín hiệu cơng tắc hạ trước FRV-: Tín hiệu mơ tơ hạ trước GND: Chân mát IG: Công tắc máy MMRY: Nhớ vị trí PVCC: Chân cung cấp điện áp cảm biến RCL+: Tín hiệu mơ tơ gập tới phía trước RCL-: Tín hiệu mơ tơ ngả phía sau RCLF: RCLR: Tín hiệu cơng tắc gập tới phía trước Tín hiệu cơng tắc ngả ngả phía sau RDWN: Tín hiệu cơng tắc hạ sau RRV+: RRV-: Tín hiệu mơ tơ nâng sau Tín hiệu mơ tơ hạ sau RUP: Tín hiệu cơng tắc nâng sau SGND: Chân mát cảm biến vị trí SLD+: Tín hiệu mơ tơ trược tới SLD-: Tín hiệu mơ tơ trược lùi SLDF: SLDR: Tín hiệu cơng tắc trượt tới Tín hiệu cơng tắc trượt lùi SSFV: SSRV: SSRR: Tín hiệu cảm biến vị trí nâng hạ trước Tín hiệu cảm biến vị trí nâng hạ sau Tín hiệu cảm biến vị trí ngả lưng SSRS : SW1: Tín hiệu cảm biến vị trí trượt SW2: Cơng tắc vị trí Cơng tắc vị trí DANH MỤC HÌNH ẢNH Hình 2.1: Xe Ford Thunderbird 1957 Hình 2.2: Ghế điện xe Ford Thunderbird 1957 với điều khiển cách Hình 2.3: Chiếc ghế điện Lincoln Continental trang bị hệ thống sưởi, làm mát, xoa bóp Error! Bookmark not defined Hình 2.4: Các nút điều khiển Error! Bookmark not defined Hình 2.5: Ghế có hệ thống treo dùng lò xo Hình 2.6: Ghế có hệ thống treo dùng khí Hình 2.7: Ghế cứng Hình 2.8: Ghế lái có điều khiển khí Hình 2.9: Ghế điều khiển điện tử Hình 2.10: Cơng tắc điều khiển ghế điện tử xe BMW 330i Hình 2.11: Vị trí mô tơ Hình 2.12: Mô tơ điều khiển nâng hạ ghế 10 Hình 2.13: Cấu tạo truyền động mô tơ nâng hạ ghế 11 Hình 2.14: Mơ tơ điều khiển trượt 1Error! Bookmark not defined Hình 2.15: Cấu tạo truyền động mô tơ trượt 14 Hình 2.16: Mơ tơ điều khiển gập, ngả ghế 16 Hình 2.17: Cấu tạo truyền động mô tơ gập, ngả ghế 17 Hình 2.18: Cấu tạo công tắc điều khiển 18 Hình 2.19: Công tắc điều khiển ghế 19 Hình 2.20: Cơng tắc điều khiển có nút lưu vị trí 21 Hình 2.21: Arduino Mega 2560 21 Hình 2.22: Các chân lượng Arduino Mega 2560 23 Hình 3.1: Cơng tắc điều khiển vị trí ghế 24 Hình 3.2: Cơng tắc lưu vị trí ghế 25 Hình 3.3: Các giắc kiểm tra 25 Hình 3.4: Hộp điều khiển ghế 26 Hình 3.5: Mạch giảm áp LM2596 27 Hình 3.6: Sơ đồ nối dây mạch giảm áp mạch Arduino Mega 2560 28 Hình 3.7a: Mạch điện đảo chiều mô tơ 29 Hình 3.7b: Mạch điện đảo chiều mô tơ………………………………………… 30 Hình 3.8: Cảm biến siêu âm Error! Bookmark not defined.1 Hình 3.9: Cảm biến siêu âm kết nối với Arduino Error! Bookmark not defined.2 Hình 3.10: Sơ đồ mắc biến trở vào Arduino Error! Bookmark not defined.3 Hình 3.11: Bố trí biến trở mơ hình Error! Bookmark not defined.4 Hình 3.12: Bảng điều khiển mơ hình thực tế Error! Bookmark not defined.5 Hình 3.13: Sơ đồ công tắc mô tơ điều khiển .Error! Bookmark not defined.9 Hình 3.14: Sơ đồ cơng tắc lưu vị trí cảm biến 42 Hình 4.1: Sơ đồ mạch điện điều khiển ghế xe Toyota Hilux 44 Hình 4.2: Sơ đồ mạch điện điều khiền ghế xe Toyota Fortuner 46 THÔNG TIN KẾT QUẢ NGHIÊN CỨU Thông tin chung: - Tên đề tài: “Nghiên cứu ngun lý, thực mơ hình hệ thống điều khiển ghế tự động ô tô” - Mã số: - Chủ nhiệm:ThS Nguyễn Văn Thình - Cơ quan chủ trì: Trường Đại học Sư phạm Kỹ thuật Tp.Hồ Chí Minh Thời gian thực hiện: 12 tháng Mục tiêu: Tìm hiểu nguyên lý hoạt động lập trình vi xử lý điều khiển ghế điện ôtô.Thiết kế chế tạo mơ hình hoạt động hệ thống ghế điện tử để xưởng thực tập có mơ hình phục vụ cho công tác giảng dạy Hiểu sâu sắc kết cấu nguyên lý hoạt động hệ thống ghế điện tử nói riêng tơ nói chung Tính sáng tạo: Đối với ghế điện tử ngày hệ thống điều khiển có chức khác như: chức nhớ vị trí, chức nâng hạ chiều cao đệm ghế trước sau, chức đỡ ngang lưng ghế, điều khiển ghế gương chiếu hậu đồng thời, căng giãn dây an toàn Tất chức thiết kế với mục đích tăng tính tiện ích, tạo thoải mái, cho người lái xe - Kết nghiên cứu: Nội dung đạt số kết định đem lại nhiều ý nghĩa mặt khoa học thực tiễn Nội dung hệ thống từ tài liệu chun đề mà tơi tìm hiểu Với nội dung đầy đủ, đáp ứng nhu cầu đặt tài liệu Sản phẩm: 01 mơ hình hoạt động hệ thống ghế điện tử - 01 báo khoa học thuộc tạp chí khoa học giáo dục kỹ thuật cộng (có điểm từ đến 0.5 điểm hội đồng xét chức danh PGS), số 43 năm 2017 delay(20); } if ((distance1 =bot3)) { distance1 = readPosition(); delay(20); digitalWrite(sb1,LOW); digitalWrite(sb2,LOW); delay(20); Serial.println(distance1); delay(20); } Serial.print(EEPROM.read(1)); Serial.println(); Serial.print(EEPROM.read(2)); Serial.println(); Serial.print(EEPROM.read(3)); Serial.println(); Serial.print(EEPROM.read(4)); Serial.println(); } if ((set == HIGH)&&(two == HIGH)){ EEPROM.write(5,degree); delay(50); EEPROM.write(6,degree1); delay(50); EEPROM.write(7,degree2); delay(50); EEPROM.write(8,distance1); delay(50); 52 } int top5 = EEPROM.read(5)+1; int bot5 = EEPROM.read(5)-1; int top6 = EEPROM.read(6)+1; int bot6 = EEPROM.read(6)-1; int top7 = EEPROM.read(7)+1; int bot7 = EEPROM.read(7)-1; int top8 = EEPROM.read(8)+1; int bot8 = EEPROM.read(8)-1; if (two== HIGH){ while(degree2 > top7) { degree2 =(analogRead(A2))/3; Serial.println(degree2); delay(30); digitalWrite(rvb2,HIGH); delay(20); } while(degree2 < bot7) { degree2 =(analogRead(A2))/3; Serial.println(degree2); delay(30); digitalWrite(rvb1,HIGH); delay(20); } if ((degree2 =bot7)) { digitalWrite(rvb1,LOW); digitalWrite(rvb2,LOW); 53 delay(20); degree2 =(analogRead(A2))/3; delay(20); } while(degree1 > top6) { degree1 =(analogRead(A1))/3; Serial.println(degree1); delay(30); digitalWrite(fvb2,HIGH); delay(20); } while(degree1 < bot6) { degree1 =(analogRead(A1))/3; Serial.println(degree1); delay(30); digitalWrite(fvb1,HIGH); delay(20); } if ((degree1 =bot6)) { digitalWrite(fvb1,LOW); digitalWrite(fvb2,LOW); degree1 =(analogRead(A1))/3; delay(20); } while(degree > top5) { degree =(analogRead(A0))/3; Serial.println(degree); 54 digitalWrite(rb2,HIGH); delay(20); } while(degree < bot5) { degree =(analogRead(A0))/3; Serial.println(degree); delay(30); digitalWrite(rb1,HIGH); delay(20); } if ((degree =bot5)) { digitalWrite(rb1,LOW); digitalWrite(rb2,LOW); delay(20); degree =(analogRead(A0))/3; delay(20); } while(distance1 > top8) { distance1 = readPosition(); delay(20); digitalWrite(sb2,HIGH); delay(20); } while(distance1 < bot8) { distance1 = readPosition(); delay(20); digitalWrite(sb1,HIGH); 55 delay(20); } if ((distance1 =bot8)) { distance1 = readPosition(); delay(20); digitalWrite(sb1,LOW); digitalWrite(sb2,LOW); delay(20); Serial.println(distance1); delay(20); } } int Statusrfront = digitalRead(rfront); //Đọc trạng thái button if (Statusrfront == HIGH) { // Nếu mà button bị nhấn digitalWrite(rb1,HIGH); // Đèn led sang } else { // ngược lại digitalWrite(rb1,LOW); } int Statusrrear = digitalRead(rrear); //Đọc trạng thái button if (Statusrrear == HIGH) { // Nếu mà button bị nhấn digitalWrite(rb2,HIGH); // Đèn led sang } else { // ngược lại digitalWrite(rb2,LOW); } int Statusfvup = digitalRead(fvup); //Đọc trạng thái button if (Statusfvup == HIGH) { // Nếu mà button bị nhấn digitalWrite(fvb1,HIGH); // Đèn led sang } else { // ngược lại digitalWrite(fvb1,LOW); 56 } int Statusfvdown = digitalRead(fvdown); //Đọc trạng thái button if (Statusfvdown == HIGH) { // Nếu mà button bị nhấn digitalWrite(fvb2,HIGH); // Đèn led sang } else { // ngược lại digitalWrite(fvb2,LOW); } int Statusrvup = digitalRead(rvup); //Đọc trạng thái button if (Statusrvup == HIGH) { // Nếu mà button bị nhấn digitalWrite(rvb1,HIGH); // Đèn led sang } else { // ngược lại digitalWrite(rvb1,LOW); } int Statusrvdown = digitalRead(rvdown); //Đọc trạng thái button if (Statusrvdown == HIGH) { // Nếu mà button bị nhấn digitalWrite(rvb2,HIGH); // Đèn led sang } else { // ngược lại digitalWrite(rvb2,LOW); } int Statussfront = digitalRead(sfront); //Đọc trạng thái button if (Statussfront == HIGH) { // Nếu mà button bị nhấn digitalWrite(sb1,HIGH); // Đèn led sang } else { // ngược lại digitalWrite(sb1,LOW); } int Statussrear = digitalRead(srear); //Đọc trạng thái button if (Statussrear == HIGH) { // Nếu mà button bị nhấn digitalWrite(sb2,HIGH); // Đèn led sang digitalWrite(sb2,LOW); } } 57 float readPosition() { unsigned long duration; //biến đo thời gian int distance; //biến lưu khoảng cách digitalWrite(trig,0); //tắt chân trig delayMicroseconds(2); digitalWrite(trig,1);// phát xung từ chân trig delayMicroseconds(5); // xung có độ dài microSeconds digitalWrite(trig,0);//tắt chân trig /*tính tốn thời gian*/ duration = pulseIn(echo,HIGH); //đo độ rộng xung HIGH chân echo distance = int(duration/2/29.412); // vận tốc âm k2 340 m/s = 106 / (340*100) us/cm = 29.412 us/cm Serial.println(distance); return distance ; } 58 59 TÀI LIỆU THAM KHẢO [1] Mehrdad Ehsani, Yimin Gao, Sebastien E Gay, Ali Emadi - Modern Electric, Hybrid Electric, and Fuel Cell Vehicles, [2] SYSTEM [3] Thomas M Sullivan, POWER MEMORY SEAT AND MIRROR CONTROL S Sinne, F Richter; POSITIONING OF CAR SEAT STRUCTURES [4] Prof C Gopinath Professor Dept of Design MSRSAS – Bangalore CAR SEAT DESIGN [5] Inventor: William E Vergin: MEMORY SEAT MODULE HAVING INTEGRATED SENSORS [7] [6] http://www.Arduino.cc/ [7] http://arduino.vn/ http://www.danhgiaxe.com/xe-sang-lincoln-continental-se-co-ghe-chinh-dien-30- huong-19239.htm 60 PHỤ LỤC GIỚI THIỆU VỀ ARDUINO MEGA 2560 R3 Arduino Mega 2560 sản phẩm tiêu biểu cho dịng mạch Mega dịng bo mạch có nhiều cải tiến so với Arduino Uno (54 chân digital IO 16 chân analog IO) Đặc biệt nhớ flash MEGA tăng lên cách đáng kể, gấp lần so với phiên cũ UNO R3 Điều với việc trang bị timer cổng interrupt khiến bo mạch Mega hồn tồn giải nhiều tốn hóc búa, cần điều khiển nhiều loại động xử lý song song nhiều luồng liệu số tương tự Ngoài việc phát triển ưu tiên, việc kế thừa đặc biệt lưu ý Trên mạch MEGA chân digital từ 0-13, analog từ 0-5 chân nguồn tương tự thiết kế UNO Do dễ dàng phát triển nghiên cứu theo kiểu gắp ghép module từ Arduino UNO bê sang Arduino mega Ngoài ra, phiên này, nhà thiết kế mạnh dạn thay đổi thiết kế Để có thêm nhiều vùng nhớ nhiều chân IO hơn, chip khác thay cho Atmega1280 Theo dòng phát triển vi điều khiển nhúng, dự án lớn cần nhiều dung lượng flash Do vậy, Arduino Mega 2560 đời với sứ mệnh giải toán Arduino Mega thiết kế cho nhiều dự án khó.Với 54 chân I/O kĩ thuật số, 16 chân analog, khơng gian rộng để bạn tích hợp mạch điện tử dự án bạn lên 1/ Tính bật Arduino Mega 2560 R3 Arduino Mega 2560 board mạch vi điều khiển, xây dựng dựa Atmega 2560 Nó có 54 chân I/O (trong có 15 chân sử dụng làm chân ouput với chức PWM), 16 chân đầu vào Analog, UART, thạch anh 16Mhz, cổng USB, jack nguồn, header, nút nhấn reset Nó chứa thứ cần thiết hỗ trợ cho người lập trình vi điều khiển, đơn giản việc kết nối với máy tính cable USB bắt đầu học tập Mach Arduino 2560 sử dụng tương thích với phần lớn Shield Arduino UNO 2/ Thông số kĩ thuật: Vi điều khiển Điện áp hoạt động Điện áp đầu vào (được đề nghị) Điện áp đầu vào (giới hạn) Số lượng chân I / O Số lượng chân Input Analog Dòng điện DC I / O Dòng điện DC với chân 3.3V Bộ nhớ flash SRAM EEPROM Tốc độ đồng hồ Chiều dài Bề rộng Cân nặng Hình: Arduino Mega 2560 R3 3/Arduino Mega 2560 R3 board arduino với khả xử lý mạnh Board arduino mega 2560 sử dụng chip ATmega2560 ATmel, nhớ chương trình lên đến 256KB có 8KB sử dụng bootloader Với nhớ chương trình lớn, bạn viết nhiều chương trình phức tạp, điều khiển nhiều thiết bị Dung lượng RAM 8KB 4KB EEPROM 4/Arduino Mega 2560 tương thích với Shield dành cho Arduino Uno Các Shield mở rộng tương thích với Arduino Uno gắn lên Arduino Mega với thứ tự chân không thay đổi Việc cài đặt driver sử dụng hoàn toàn tương tự board Arduino Uno 62 Arduino Mega 2560 có sẵn thư viện Matlab Hiện board arduino Matlab hỗ trợ gồm có Arduino Duemilanove, Arduino Uno Arduino Mega 2560 Chính nhờ nhớ chương trình lớn, số cổng IO nhiều giá thành không cao nên board Arduino Mega 2560 ý với biết Matlab Với việc sử dụng Matlab, bạn cần viết chương trình Matlab, cổng nhập - xuất từ Arduino giao tiếp với máy tính thơng qua giao thức Serial Việc viết code Arduino giảm nhẹ không cần thiết 63 ... bị hệ thống ghế điều khiển điện 1.3 Mục tiêu đề tài Tìm hiểu nguyên lý hoạt động lập trình vi xử lý điều khiển ghế điện ô tô Thiết kế chế tạo mô hình hoạt động hệ thống ghế điện tử để xưởng thực. .. 46 THƠNG TIN KẾT QUẢ NGHIÊN CỨU Thơng tin chung: - Tên đề tài: ? ?Nghiên cứu nguyên lý, thực mơ hình hệ thống điều khiển ghế tự động ô tô? ?? - Mã số: - Chủ nhiệm:ThS Nguyễn Văn Thình - Cơ quan chủ... KHÍ ĐỘNG LỰC BÁO CÁO TỔNG KẾT ĐỀ TÀI KH&CN CẤP TRƯỜNG TRỌNG ĐIỂM Nghiên cứu ngun lý, thực mơ hình hệ thống điều khiển ghế tự động ô tô Mã số: T2017- 38TĐ Chủ nhiệm đề tài: ThS Nguyễn Văn Thình