76
- Laptop: Chạy phần mềm mô phỏng và phản hồi lại hộp mạch điều khiển vô lăng. - Tivi: Hiển thị dữ liệu của màn hình laptop.
4.4 Tính ứng suất của mơ hình.
- Hình 4. 15 là giao diện để ta nhập thơng số cho vật liệu. Các bước thực hiện: + Chúng ta lấy phần khung đã vẽ ra.
+ Vào Simulation. + Chọn Apply Material. + Chọn thông số cho vật liệu. + Chọn Apply.
77
- Hình 4.16 là giao diện giúp ta cố định mặt phẳng. Các bước thực hiện như sau: + Vào Simulation.
+ Chọn Fixtures.
+ Chọn Fixed Geometry để cố định mặt phẳng.
78
- Hình 4. 17 là giao diện khi ta đặt lực giả thuyết lên mơ hình. Các bước thực hiện như sau:
+ Chọn lệnh External Leads. + Chọn mặt phẳng cần chịu lực.
+ Chọn force và nhập số lực mà chúng ta cần đặt lên
79
- Hình 4. 18 là kiểm tra ứng suất khi ta giả sử 1 người nặng 80kg, lấy g = 10m/s2 tương đương với 800N. Các bước thực hiện:
+ Chọn Mesh.
+ Chọn lệnh Create Mesh….
+ Chọn Run This Study để kiêm tra ứng suất của mơ hình.
- Ta tính được ứng suất cho phép = 5.515e + 08 (N/𝑚2) và ứng suất mà lực tác dụng lên = 1.555e + 06 (N/𝑚2), như ta đã thấy ứng suất mà lực tác dụng lên bé hơn rất nhiều so với ứng suất cho phép dẫn đến bền.
80
- Hình 4. 19 là kiểm nghiệm hệ số an tồn cho mơ hình. Các bước thực hiện như sau:
+ Clip vào Result Advisor. + Chọn New Plot.
+ Chọn Factor Of Safety chọn mặc định hệ số an tồn = 3, nếu mơ hình có hệ số an tồn trên 3 thì đáp ứng hệ số an toàn, hệ số min FOS lớn hơn 3 càng nhiều thì hệ số an tồn càng cao.
- Mơ hình thiết kế có vật liệu là sắt vng 50mm và có độ dày là 1.7mm, phần này chúng ta kiểm tra được hệ số FOS của mơ hình, hệ số FOS mặc định là 3, FOS của mơ hình là 3.546e + 02 lớn hơn FOS mặc định dẫn đến mơ hình bền
81
- Hình 4. 20 là kiểm nghiệm sơ đồ chuyển vị cho mơ hình. Các bước thực hiện như sau:
+ Chọn Displacement 1 ( -res disp-). + Show.
- Ta kiểm tra biên độ biến dạng của mơ hình và như ta đã thấy biên độ biến dạng cao nhất là 1.286e - 01 mm nên có thể thỏa điều điều kiện bền của mơ hình
82
4.5 Xây dựng bộ điều khiển mơ hình lái xe.
4.5.1 Ghép nối mạch điều khiển và phần mềm mô phỏng.
- Phần mềm và phần cứng cần ghép nối ở đây là phần mềm TVN Volants và mạch điều khiển Arduino Leonardo. Nguyên lý làm việc giữa phần cứng và phần mềm: khi cho khởi chạy một trò chơi đua xe đã được kết nối với TVN Volants, trạng thái của chiếc xe trong game chính là tín hiệu đầu vào đưa vào phần mềm TVN Volants. Từ các tín hiệu đầu vào này, TVN Volants sẽ phân tích, tính tốn dựa trên những cài đặt từ trước để nhận được tín hiệu, các lực cần mơ phỏng, sau đó gửi các tín hiệu này đến mạch điều khiển Arduino qua cổng USB.
- Chúng ta cần chuẩn bị thêm một số linh kiện, và đấu nối chúng vào board mạch như sau :
Chân số 2, 3 lần lượt nối với kênh A và kênh B encoder, để làm volant (chân nào cũng được, khi test bị ngược chiều thì đảo lại).
Chân A0, A1, A2 lần lượt nối với chân giữa của mỗi biến trở để làm các bàn đạp ga, côn, phanh (biến trở tầm 20k).
Chân số từ 4 đến 12 và chân A3, A4, A5 sẽ nối vào lần lượt mỗi chân của contact bấm, dùng cho đèn, cịi, cam, hộp số... tất cả có 12 chân, nối được cho 12 contact.
Chân cấp nguồn + của encoder, một chân ngoài của mỗi biến trở (chân ngoài nào cũng được, khi test bị ngược chiều thì đảo lại), nhập làm một mối, nối đến chân 5V trên board.
Chân GND của encoder, chân còn lại của các biến trở, chân còn lại của các contact bấm, tất cả nhập làm một mối, nối đến chân GND trên board.
- Cần nối đủ encoder và 3 biến trở. Riêng các contact để sau cũng được, cần đến đâu nối đến đó.
83 Encoder.
Biến trở. Contact bấm.
- Quy trình thực hiện:
Bước 1: Cắm board vào cổng USB, cài đặt Driver cho board Arduino: Vào thư mục UnojoyWin chạy UnoJoyDriverInstaller.exe.
- Rồi khởi động trình Arduino IDE đã tải ở trên (chạy file Arduino.exe).
Bước 2: Xác định cổng COM nào đã kết nối trên PC: Trên windows > vào Device Manager > Ports (Com & LPT) > Arduino (COM…); ví dụ: là Arduino (COM1) có nghĩa là board Arduino đang nối vào cổng COM1 trên PC.
Bước 3: Chọn cổng COM tương ứng cho Arduino IDE: Trên IDE > Tools > Serial Port > COM1.
Bước 4: Chọn đúng dòng board Arduino trên Arduino IDE: Trên IDE > Tools > Board > Arduino Uno.
Bước 5: Mở file code trên Arduino IDE: Trên IDE > File > Open > chọn mở file code đã tải về ở trên, tại đường dẫn: UnojoyWin \ UnoJoyArduinoSample \ UnoJoyArduinoSample.ino.
Bước 6: Nạp code cho board mạch : trên Arduino IDE > Bấm dấu check (verify) để biên dịch > rồi bấm Upload (biểu tượng mũi tên nằm ngang, thứ 2 từ bên trái) để nạp. Khi nạp xong sẽ có thơng báo (lưu ý, bước này là nạp file hex cho chip ứng dụng ATmega328).
- Đối với một ứng dụng thông thường, dùng board Arduino để điều khiển trực tiếp các thiết bị ngoại vi khác (động cơ, LCD, mạch wifi ...) thì qua 6 bước như vậy là xong.
- Nhưng với ứng dụng này, chúng ta muốn dùng Arduino giao tiếp với PC, cần PC nhận nó là một gamepad thì phải qua thêm một bước nữa.
84
- Có thể hiểu board Arduino bao gồm phần cứng và phần mềm, và giờ ta thay phần mềm khác cho nó, bản thân Arduino trở thành một thiết bị khác, làm nhiệm vụ khác.
Bước 7: Thay file hex khác cho chip giao tiếp Atmega 16u trên board Arduino:
- Dùng dây dẫn điện cho chạm chân GDN lên chân Reset, tại cụm đầu nối ICSP1 (2 chân đánh dấu đỏ), gọi là set mode DFU cho board mạch Arduino.
- Vào thư mục UnoJoyWin đã tải về, chạy file TurnIntoAJoystick.bat để nạp file hex mới cho chip giao tiếp.
- Sau khi nạp xong, bạn rút và cắm lại dây USB, lúc này PC sẽ nhận board Arduino là một Gamepad.
4.5.1.1 Liên kết và quản lý game trên phần mềm TVN Volants. [7]
- Trước tiên, để có thể thực hiện được q trình mơ phỏng, cần phải cài đặt game đua xe cho phép liên kết với phần mềm TVN Volants và kết nối với phần mềm. Phần mềm TVN Volants là một phần mềm mơ phỏng đa năng, có thể mơ phỏng được nhiều ứng dụng trong đó có thể kể tới các ứng dụng thu hút nhiều người quan tâm như Race 07, Racing room, Live for speed, Dirt, Euro Truck Simulator 2,. . . Trong phần này, nhóm đồ án sẽ sử dụng ứng Euro Truck
85
4.5.2 Ghép nối mơ hình lái xe với bộ điều khiển.
- Trong phần này, nhóm đồ án sẽ đi giải quyết vấn đề ghép nối các thiết bị phần cứng, đáp ứng đủ công suất và điều khiển được mơ hình lái xe theo đúng ý đồ, mục đích của đề tài đã đề ra. Các thiết bị phần cứng cần ghép nối để tạo nên bộ điều khiển hoàn chỉnh bao gồm: Mạch điều khiển Arduino Leonardo, mạch công suất động cơ một chiều BTS7960, cảm biến góc quay, động cơ điện một chiều, bộ biến đổi nguồn AC - DC. Chức năng và cấu tạo của từng thành phần đã được giới thiệu chi tiết ở trên, mục này sẽ giải quyết vấn đề ghép nối các thiết bị để đạt mục đích điều khiển.
86
Hình 4. 22 là liên kết Motor Driver BTS7960 và Motor DC 12V.
- Đầu tiên, nối 2 dây có dịng điện 12V vào 2 chân 1 - 2 (là chân B- và chân
B+) của Motor Driver BTS7960.
- Nối dây từ motor DC 12V vào 2 chân 3 – 4 (là chân M+ và chân M-).
87
Hình 4. 23 là liên kết giữa con biến trở B10 và mạch Arduino Leonardo. - Nối tất cả các dây của chân thứ 3 biến trở lại với nhau (dây màu đỏ). Sau đó, ghim dây màu đỏ vào chân 5V trên mạch Arduino.
- Tất cả các dây của chân 1 biến trở nối lại với nhau (dây màu đen) . Sau đó, ghim vào chân GND trên mạch Arduino.
- Còn lại các dây ở chân thứ 2 của biến trở sẽ nối lần lượt vào chân A0, A1, A2 trên Arduino.
- Dây màu xanh nước vào chân A0. - Dây màu vàng vào chân A1. - Dây màu xanh lá vào chân A2.
Hình 4. 23 Liên kết biến trở WH148B10 và mạch Arduino Leonardo
Biến trở B10K
88
Hình 4. 24 là liên kết giữa mạch Encoder Printer Canon và mạch Motor Driver BTS7960.
- Dây màu đỏ nối từ chân dương (+) chân đầu tiên của Encoder vào chân E (L_EN) và chân F (R_EN) của Motor Driver BTS7960.
- Dây xanh dương nối từ chân RX (chân thứ 2) của Encoder nối vào chân RX←0 của Arduino.
- Dây vàng nối từ chân thứ 3 (chân TX) trên Encoder nối vào chân TX→1 trên Arduino.
- Dây đen nối từ chân thứ 4 là chân GND trên Encoder vào chân GND (chân
GND này nằm giữa chân ~𝟏𝟑 và chân AREF) trên Arduino.
Hình 4. 24 Liên kết Encoder và Motor Driver BTS7960
89
Hình 4. 25 là liên kết của mạch Arduino LEONARDO và mạch Motor Driver BTS7960.
- Dây xanh lá nối từ chân G (LPWM) của Motor Driver BTS7960 vào chân
~𝟏𝟏 trên Arduino.
- Dây cam sẽ từ chân H (RPWM) nối vào ~𝟏𝟎 của Arduino.
- Dây đen nối từ chân A (GND) vào chân GND (gần chân 5V) trên Arduino.
90
Hình 4. 26 là liên kết giữa hộp số và mạch Arduino.
- Đầu tiên, ta sẽ nối dây hộp số vào chân GND (gần chân 5V) trên Arduino. - Dây số 1 của cần số sẽ nối vào chân số 4 của Arduino.
- Dây số 2 của cần số sẽ nối vào chân ~𝟏𝟑. - Dây số 3 của cần số sẽ nối vào chân ~𝟓. - Dây số 4 của cần số nối vào chân số 12 . - Dây số 5 của cần số nối vào chân số 7 . - Dây số 6 của cần số sẽ nối vào chân ~𝟗. - Dây số lùi (R) sẽ nối vào chân số 8.
- Hình 4. 27 là kết quả từ các bước trên liên kết lại với nhau để hoàn thành một sơ đồ mạch điện hoàn chỉnh, giúp liên kết các linh kiện điện tử lại với nhau thành một khối để mơ hình hoạt động theo đúng lập trình.
Hình 4. 27 Sơ đồ mạch hồn chỉnh Hình 4. 26 Liên kết hộp số và mạch Arduino
92
4.5.3 Sơ đồ cấu trúc hệ thống điều khiển mơ hình lái xe mơ phỏng 3D.
- Hình 4. 28 là sơ đồ cấu trúc của hệ thống điều khiển mơ hình. Vơ lăng dẫn động trục của động cơ encoder thông qua dây curoa liên kết giữa trục động cơ với trục vô lăng, trên trục của động cơ có gắn một đĩa xoay để phát ra tín hiệu từ Encoder, tạo ra các dạng xung vuông và tần số thay đổi phụ thuộc vào tốc độ động cơ, sau đó Encoder phát tín hiệu cho mạch Arduino và tính tốn để lập trình trên phần mềm TVN Volants thông qua cổng USB, tiếp đó là chúng ta liên kết giữa phần mềm TVN Volants với phần mềm mô phỏng 3D để mơ phỏng lại các tình huống mà chúng ta thường gặp trong lái xe và các trạng thái lái xe được phản hồi về mạch điều khiển động cơ và mạch điều khiển động cơ điều khiển Motor phản hồi lực về vơ lăng.
VƠ LĂNG ENCODER BO MẠCH
ARDUINO PHẦN MỀM TVN VOLANTS PHẦN MỀM MÔ PHỎNG BO MẠCH ĐIỀU KHIỂN ĐỘNG CƠ MOTOR
93 - Chú thích lưu đồ thuật tốn hình 4. 29: Đặt:
- a: là góc xoay của vơ lăng.
- Thơng số: vơ lăng có thể xoay được một khoảng từ 0° đến 900°. Đang ở tay số một.
Bắt đầu -> xoay vơ lăng được một góc 900° -> khởi tạo thơng số đầu vào -> Đọc các thơng số trên máy tính -> Điều kiện a <= 900°.
Có 2 trường hợp:
- Trường hợp 1: a <= 900° là đúng thì dẫn đến bước tiếp theo a >= 0°. - Trong trường hợp này lại có 2 trường hợp:
94
+ Trường hợp 1: a >= 0° là đúng thì dẫn đến kết thúc, vơ lăng hoạt động bình thường.
+ Trường hợp 2: a >= 0° là sai, có nghĩa a âm, đồng nghĩa góc đánh lái vượt quá giới hạn từ 0° đến 900° -> thực hiện điều khiển động cơ xoay phải -> đọc các thơng số trên máy tính.
- Trường hợp 2: a <= 900° là sai, có nghĩa a > 900° , đồng nghĩa với việc đánh lái quá giới hạn từ 0° đến 900° -> thực hiện điều khiển động cơ xoay trái -> đọc các thông số trên máy tính.
Bắt đầu -> xoay vơ lăng được một góc 900°, đang ở tay số một -> khởi tạo thông số đầu vào -> Đọc các thơng số trên máy tính -> Đạp cơn.
Có 2 trường hợp:
- Trường hợp 1: khi đạp côn, hộp số, đạp ga. - Trong đây có 2 trường hợp khác:
+ Trường hợp 1: Khi đạp cơn đúng -> có thể qua số-> đạp ga có tín hiệu. + Trường hợp 2: Khi đạp côn sai -> Không thể qua số -> Đạp ga khơng có tín hiệu -> Đạp cơn.
- Trường hợp 2: Đạp côn, phanh. - Trong đây có 2 trường hợp nhỏ:
+ Trường hợp 1: Đạp côn đúng -> Phanh -> Xe dừng, động cơ hoạt động bình thường -> Kết thúc.
+ Trường hợp 2: Đạp côn sai -> Phanh -> Xe dừng, động cơ tắt -> Đạp côn.
4.6 Kết luận Chương 4.
- Trong chương này nhóm đã nêu ra được bản vẽ kích thước và mặt cắt của chi tiết để biết tiết diện của chi tiết. Xây dựng được phần cứng và phần mềm của mạch
95
điều khiển, nêu được các chức năng của các linh kiện trong bộ điều khiển. Kết nối và liên kết được mơ hình mơ phỏng mới phần mềm mơ phỏng.
96
CHƯƠNG 5.
THỰC THI VÀ ĐÁNH GIÁ
5.1 Thực thi, chế tạo mơ hình lái xe.
- Dựa trên quá trình đã nghiên cứu của mình, nhóm đã tiến hành chế tạo mơ hình mơ phỏng lái xe 3D và thu được các kết quả, sản phẩm từ các bước sau:
5.1.1 Lên bản vẽ thiết kế.
- Hình 5.1 là bản vẽ thiết kế khung sườn mơ hình, nhóm dùng phần mềm AutoCad để vẽ bảng vẽ 3D. Thiết kế khung sườn trước khi gia công thực hiện sản
97
phẩm. Để hình dung cho người gia cơng biết hình dáng, kích thước để có thể gia cơng chính xác các chi tiết cũng như mơ hình.
- Trong hình 5.2 là phần đế của khung mơ hình. Các bước thực hiện: + Thiết kế, sắp xếp vị trí các chi tiết có trong mơ hình.
+ Đo đạc các thông số cần thiết.
+ Ghi chép và đo kích thước các thanh sắt cần cắt.
+ Cắt sắt và mài bề mặt cắt để đạt được kích thước theo yêu cầu.
+ Hàn các thanh sắt đã cắt lại với nhau để tạo ra hình dạng phần đế khung sườn