Thiết Kế, Chế Tạo Mơ Hình Lái Trợ Lực Điện. Trang 59 Hình 4.2 Hình chiếu cạnh của khung
Hình 4.3 Hình chiếu 3D
4.3 CHẾ TẠO CƠ CẤU HÃM:
Mặc dù ở trên mơ hình, nhƣng chúng em cố gắng chế tạo ra cơ cấu hãm, để cho ngƣời lái có cảm giác giống nhƣ đang cầm lái trên xe, với cơ cấu này nó sẽ giúp chúng ta nhận thấy sự tham gia của cơ cấu trợ lực.
Thiết Kế, Chế Tạo Mơ Hình Lái Trợ Lực Điện. Trang 60 Hình 4.4 Cơ cấu trên hệ thống
ở trên mơ hình này chúng em sử dụng loại phanh bố trên xe đạp, nhằm kiềm hãm trục lái ở mức độ có thể thay đổi tùy vào ngƣời vận hành mơ hình.
4.4 PHẦN THIẾT KẾ SA BÀN:
Thiết kế phần sa bàn nhằm thể hiện tất cả các tín hiệu cũng nhƣ phần điều khiển mơ hình. với cấu tạo mơ hình hệ thống lái, san bàn đƣợc thiết kế khung với chiều dài 70 và chiều rộng 40.
Thiết Kế, Chế Tạo Mơ Hình Lái Trợ Lực Điện. Trang 61 Hình 4.6 Sa bàn thực tế
4.5 PHẦN MẠCH ĐIỀU KHIỂN:
Trên hệ thống lái trợ lực điện thì bộ phận quan trọng nhất là hộp EPS, thì với mơ hình này sẽ khơng ngoại lệ,với phần mạch điều khiển sẽ có nhiệm vụ suất tín hiệu trợ lực. Mạch điều khiển sẽ đƣợc phân ra 2 quá trình:
Quá trình thiết kế mạch.
Quá trình lập trình.
4.5.1 Quá Trình Thiết kế mạch.
Pic18F4431.
Trong q trình nghiên cứu và phân tích các tín hiệu và đặc điểm của hệ thống lái. trợ lực điện, thì pic18F4431 là bộ phận đảm nhiệm vai trị khơng kém phần quan trọng.
Thiết Kế, Chế Tạo Mơ Hình Lái Trợ Lực Điện. Trang 62 Hình 4.7. Pic 18F4431.
Có cấu tạo 40 chân, pic có nhiệm vụ là nhận tín hiệu từ cảm biến momen và tín hiệu từ tín hiệu tốc độ xe. Mơ hình đã thay thế cảm biến tốc độ xe bằng biến trở để giả tín hiệu. Mơ hình chỉ thiết lập 2 tín hiệu quan trọng là cảm biến momen và cảm biến tốc độ xe. Vì thời gian có hạn nên một số chức năng chƣa đƣợc hoàn thiện.
Hình 4.8 Ký hiệu các chân của pic
Với các chân của píc đều có các nhiệm vụ khác nhau, suất tín hiệu, nhận tín hiệu cụ thể nhƣ:
Thiết Kế, Chế Tạo Mơ Hình Lái Trợ Lực Điện. Trang 63 PORT A:
Là port I/O, có tất cả 6 chân, từ RA0 đến RA5. Trong đó RA2 và RA3 có thể dùng tiếp nhận điện áp vref+ và Vref-
RA4 còn là ngõ vào xung clock cho timer0. RA5 có thể làm chân chọn phụ cho port chuỗi đồng bộ
PORT B:
Là port I/O, Có 8 chân có thể lập trình bởi phần mềm để làm chức năng kéo lên cho tất cả ngõ vào.
RB0 có thể làm chân ngắt ngồi.
RB3 có thể làm ngõ vào lập trình điện thế thấp.
Các chân cịn lại có thể làm ngõ vào ngắt trên chân, lập trình với xung và dữ liệu chuổi. PORT C:
Là port I/O có 8 chân, RC0 dùng làm ngõ ra bộ dao động Timer1 hoặc ngõ vào xung timer1.
RC1, RC2 có cùng 3 chức năng: làm ngõ ra PWM, so sánh, lấy mẫu, RC1 còn là ngõ vào bộ dao động Timer1.
RC3 là ngõ vào xung tuần tự dao động đồng bộ hoặc ra (với chế độ SPI và I2C). RC4 làm chân nhận dữ liệu (chế độ SPI) hay data I/O (chế độ I2C).
RC5 có thể xuất dữ liệu SPI (chế độ SPI).
RC6 có thể làm chân phát bất đồng bộ (USART) hoặc xung đồng bộ. PORT D:
Là port I/O có thể dùng làm port slave song song khi giao tiếp vơi 1 bus vi xử lý PORT E:
PORT I/O này thƣờng dùng điều khiển chọn/đọc/ghi cho port slave song song. Các chân khác:
Thiết Kế, Chế Tạo Mơ Hình Lái Trợ Lực Điện. Trang 64 Chân 14 (OSC2/CLOUT) làm ngõ ra bộ dao động thạch anh. ở chế độ RC, chân này có tần số bằng 14 của OSC1.
Chân 1: làm ngõ vào reset.
Chân 12, 31 là nối đất Vss, chân 11, 32 là chân cấp nguồn cho píc.
Mạch tạo tín hiệu cảm biến tốc độ xe .
Nhƣ đã trình bày, với mạch cảm biến tốc độ xe chúng em sẽ giã tín hiệu bằng biến trở. Mạch sẽ có nhiệm vụ đƣa tín hiệu về cho pic dƣới dạng điện áp khác nhau khi chúng ta xoay biến trở, điều đó minh họa cho tốc độ của xe.
Hình 4.8 Mạch tạo tín hiệu tốc độ xe
Khi xoay biến trở sẽ làm thay đổi điện áp từ 0- 5V tùy vào vị trí mà chúng ta xoay .Với mạch lặp điện áp đƣợc thiết kế nối sau biến trở làm thay đổi kháng trở của tín hiệu mà không làm thay đổi giá trị điện áp của tín hiệu, diode1N4148 dùng để bảo vệ khi điện áp bị tăng đột ngột hay trong quá trình sử dụng có sự nhầm lẫn về nguồn, tránh hƣ hại cho pic.
Mạch nhận cảm biến momen.
Tín hiệu cảm biến có đƣợc là do tài xế tác động lực lên vô lăng, với cấu tạo cảm biến, sẽ nhận biết lực, chiều và xuất tín hiệu ra dƣới dạng điện áp. Nhƣng điện áp đƣa
Thiết Kế, Chế Tạo Mơ Hình Lái Trợ Lực Điện. Trang 65 ra có sự biến đổi liên tục làm cho các tín hiệu dễ bị nhiễu khi hoạt động, vì vậy chế tạo mạch lặp điện áp để tránh sự nhiễu trƣớc khi đƣa tín hiệu tới pic là điều cần thiết.
Cũng giống nhƣ đã trình bày về cảm biến, mạch sẽ nhận đƣợc các tín hiệu nhƣ:3.9 và 1.1 V khi quay trái, quay phải và ở vị trí trung gian là 2.5 V
Hình 4.9 Mạch lặp điện áp tín hiệu
Mạch hiển thị tín hiệu.
Mạch hiển thị đƣợc thiết kế nhằm mục đích giúp cho sự nhận biết tín hiệu hay mứcthay đổi khác nhau giữa các tín hiệu của các mạch giả tín hiệu dƣới dạng số. Và thể hiện chiều quay của vô lăng, khi chúng ta quay trái hay quay phải,
Thiết Kế, Chế Tạo Mơ Hình Lái Trợ Lực Điện. Trang 66 Hình 4.10 Mạch hiển thị tín hiệu
Thiết Kế, Chế Tạo Mơ Hình Lái Trợ Lực Điện. Trang 67 Hình 4.12 Mạch hiển thị thực tế
Đặc biệt mạch dùng led 7 đoạn để hiển thị và các IC nhƣ: 74LS138,74LS47, dùng để chốt và lọc tín hiệu để hiển thị số một cách tối ƣa nhất, tiết kiệm chân cho led khi đƣa vào pic.
Hầu nhƣ tất cả các mạch điện điều khiển đều có mạch reset hay còn gọi là nút reset, khi nhấn nút thì nó cho phép mạch bắt đầu lại từ đầu .nghĩa là các tín hiệu vào hay tín hiệu suất đều thể hiện lại từ đầu.
Hình 4.13 Mạch reset
Thiết Kế, Chế Tạo Mơ Hình Lái Trợ Lực Điện. Trang 68 Hệ thống lái trợ lực điện bằng motor DC hiện nay khá phổ biến ở thị trƣờng việt nam nhƣng để thiết kế mạch điều khiển mô tơ hoạt động đƣợc không những cung cấp điện áp 12V mà phải tính tốn dịng điện cho phù hợp với mô tơ.
Với hãng Suzuki dùng motor với dòng tƣơng đối lớn để kích motor trợ lực thông qua cơ cấu trung gian trục vít–bánh vít, để đạt đƣợc điều đó việc tính tốn và thiết kế mạch công suất với 4 mosfet có nhiệm vụ thiết lập mạch cầu H có thể đáp ứng dòng khoảng 10A–40A là nhất thiết.
Thiết Kế, Chế Tạo Mơ Hình Lái Trợ Lực Điện. Trang 69 Hình 4.15 Mạch cơng suất thực tế
Mạch nguồn.
Mạch nguồn là bộ phận không thể thiếu trong bất kỳ mạch điều khiển nào, sở dĩ chế tạo mạch nguồn là vì: Các linh kiện trên thị trƣờng việt nam ln có sự khác nhau về nguồn điện cung cấp và tùy vào thiết kế mạch cho thiết bị khác nhau, dẫn đến khác nhau về nguồn cung cấp,nhƣng để khắc phục đƣợc điều đó thì mơ hình đƣợc thiết kế mạch cho từng cụm mạch trong mạch điều khiển, có nhiều kiểu thiết kế mạch tăng áp, hạ áp, sử dụng IC nhƣ: LM7805 ,LM7809, hay LM7905, LM7909, ở đây mơ hình dùng IC LM7805 cho hạ điện áp từ 12V-5V
Thiết Kế, Chế Tạo Mơ Hình Lái Trợ Lực Điện. Trang 70
Cổng nối
Cổng nối dùng để kết nói chân từ mạch điện ra ngoài mạch và ngƣợc lại từ ngoài vào trong mạch thông qua chân của cổng nối. Ở đây mơ hình đƣợc minh họa cho cổng 4 chân nhận dịng tín hiệu từ bên ngồi vào mạch.
Thiết Kế, Chế Tạo Mơ Hình Lái Trợ Lực Điện. Trang 71
Sơ đồ mạch điều khiển
Thiết Kế, Chế Tạo Mơ Hình Lái Trợ Lực Điện. Trang 72 Hình 4.19 Mạch điều khiển thực tế.
Với các lƣa đồ: Quay, Đèn và Ngắt sẽ minh họa cho quá trình điều khiển từ lúc bắt đầu đến lúc kết thúc, sẽ giúp cho ngƣời đọc có cách nhìn tổng quan hơn về hệ thống.
Lƣu đồ tổng qt mơ hình:
Chú giải:
- Đƣờng màu xanh thể hiện tín hiệu điều khiển động cơ.
- Đƣờng màu đen thể hiện tín thể bằng LED. Thể hiện tín hiệu khơng thực hiện quay mơ tơ.
Thiết Kế, Chế Tạo Mơ Hình Lái Trợ Lực Điện. Trang 73 Lƣu Đồ hoạt động của mơ hình
Thiết Kế, Chế Tạo Mơ Hình Lái Trợ Lực Điện. Trang 74
Chương V: HỆ THỐNG LÁI TRỢ LỰC ĐIỆN5.1.MƠ HÌNH HỒN CHỈNH: 5.1.MƠ HÌNH HỒN CHỈNH:
Thiết Kế, Chế Tạo Mơ Hình Lái Trợ Lực Điện. Trang 75
5.1.1 Các chân trên mơ hình:
Hình 5.2 Các chân trên xa bàn Ký hiệu các chân: Ký hiệu các chân:
IG: Dƣơng sau công tắc :12V B:Dƣơng ACCU.
E: Mass.
C1: Tín hiệu 1 từ cảm biến về ECU EPS 1.1-3.9 V. C2: Tín hiệu 2 từ cảm biến về ECU EPS 1.1 – 3.9V. C3: Mass.
C4: Nguồn 5V cho cảm biến. B1: Đầu ra motor chân số 1. B2: Đầu ra motor chân số 2.
B3: Đầu kích ly hợp 1(cơ cấu kích khi cần trợ lực ). B4: Đầu kích ly hợp 2(cơ cấu kích khi cần trợ lực ). A4: Nguồn mạch cơng suất.
Chúng ta nối các chân từ các nguồn khác vào trong mạch nhƣ các tên đã nêu trên.
5.1.2 Cơ cấu điều khiển:
Mơ hình đƣa cơ cấu điều khiển ngồi vơ lăng ra thì cịn có điều chỉnh tốc độ xe nằm trên xa bàn.
Thiết Kế, Chế Tạo Mơ Hình Lái Trợ Lực Điện. Trang 76 Hình 5.3 Điều chỉnh tốc độ xe.
Lƣa ý: Khơng đƣợc đấu sai giây, hoặc nguồn, mạch sẽ cháy nếu hiện tƣợng đó xãy ra.
5.2 QUI TRÌNH VẬN HÀNH:
- Kiểm tra các thiết bị , điện áp nguồn, dây dẫn. - Xoay biến trở đƣa tốc độ xe về 0.
- Đánh lái, quan sát mô men thay đổi. - Thay đổi tốc độ xe.
- Đánh lái, quan sát sự phụ thuộc mô men trợ lực vào vận tốc xe. - Thay đổi mô men hãm.
- Đánh lái, quan sát sự thay đổi của mô men trợ lực.
Thiết Kế, Chế Tạo Mơ Hình Lái Trợ Lực Điện. Trang 77
Thay đổi tốc độ xe:
Hình 5.5 Vô lăng ở trung gian.
- Trong trƣờng hợp chúng ta cho xe chạy và đánh vơ lăng ,tín hiệu đèn xanh báo chúng ta biết là đang quay trái hay phải trên xe.
Hình 5.6 Vơ lăng quay phải.
Thiết Kế, Chế Tạo Mơ Hình Lái Trợ Lực Điện. Trang 78
5.3 NHẬN XÉT MƠ HÌNH:
- Thơng qua mơ hình chúng em muốn thể hiện về quá trình lái trợ lực điện.
- Đồng thời nêu lên nguyên lý hoạt động cũng nhƣ qui trình trợ lực thơng qua các tín hiệu.
- Tạo cơ sở tiền đề để có hƣớng nghiên cứu sâu hơn về hệ thống.
- Chƣa thực hiện, và nghiên cứu các tín hiệu có mục đích nâng cao tín năng an tồn.
Thiết Kế, Chế Tạo Mơ Hình Lái Trợ Lực Điện. Trang 79
5.4 CÁC BÀI THỰC HÀNH:
a.Mục đích:
- Nhận dạng chi tiết thực tế và phƣơng pháp kiểm tra giá trị điện áp của các chi tiết trên mơ hình và đƣa ra kết luận cụ thể về hệ thống lái trợ lực điện.
b.An tồn:
- Khơng đƣợc mắc sai cực ắc qui
- Không dùng đồng hồ đo không đúng thang đo c.Chuẩn bị:
- Đồng hồ đo vôn kế - Dây điện cần thiết - Điên áp phải đủ 12V d.Các bƣớc thực hiện
Các chi tiết:
- Công tắc máy - Motor trợ lực
- Cảm biến momen + giả cảm biến - Biến trở giả cảm biến tốc độ xe
Sơ đồ khối mạch điện:
Trƣờng ĐHSPKT Khoa cơ khí động lực Bộ môn Điện ôtô
Tên mô đun
Thực hành lái trợ lực điện
Số tiết
Phiếu thực hành 1
Thiết Kế, Chế Tạo Mơ Hình Lái Trợ Lực Điện. Trang 80 Hình 5.4.1 .sơ đồ xuất tín hiệu điều khiển
Sau khi nhận dạng các chi tiết. Bƣớc tiếp theo đo tín hiệu điện áp khi mạch xuất, Bật vơn kế đúng vị trí than đo.
Ghi lai giá trị điện áp vừa đo rồi so sánh với gá trị trong bản sau:
Chi tiết Đầu nối Điện áp Điều kiện
- Nguồn sau CT
IG-Mass 12V - Con tắc ở vị
trí ON e-f
Thiết Kế, Chế Tạo Mơ Hình Lái Trợ Lực Điện. Trang 81 - Biến trở (CB MM) 5V - CT ở vị trí ON d-f 5V - CT ở vị trí ON - Biến trở ở vị trí mức 0 d-f 0V - CT ở vị trí ON - Biến trở ở vị trí mức max d-f 2.5V - CT ở vị trí ON - Biến trở ở vị trí mức chính giữa - Biến trở(CB TĐ) b-c 5V - CT ở vị trí ON - Biến trở ở vị trí mức 0 a-c 0-5V - CT ở vị trí ON - Biến trở ở tùy vị trí mà thay đổi điện áp 1-2 0-12 Trái sang phải
- CT ở vị trí ON
Thiết Kế, Chế Tạo Mơ Hình Lái Trợ Lực Điện. Trang 82 - Motor
- Phụ thuộc vào 2 tín hiệu trên 2-1
0-12 Phải sang trái
- CT ở vị trí ON
- Phụ thuộc vào 2 tín hiệu trên
Thiết Kế, Chế Tạo Mơ Hình Lái Trợ Lực Điện. Trang 83 a.Mục đích:
- Nhận dạng chi tiết thực tế và phƣơng pháp kiểm tra giá trị điện áp của các chi tiết trên mơ hình và đƣa ra kết luận cụ thể về hệ thống lái trợ lực điện.
b.An tồn:
- Khơng đƣợc mắc sai cực ắc qui
- Không dùng đồng hồ đo không đúng thang đo c.Chuẩn bị:
- Đồng hồ đo vôn kế - Dây điện cần thiết - Điên áp phải đủ 12V d.Các bƣớc thực hiện:
- Nhận dạng thiết bị hoạt động - Quan sát và vận hành hệ thống - So sánh và rút ra kết luận
Trong quá trình vận hành, các bạn nên quan sát và so sánh với bản tín hiệu sau: Trƣờng ĐHSPKT
Khoa cơ khí động lực Bộ mơn Điện ơtơ
Tên mô đun
Thực hành lái trợ lực điện
Số tiết
Phiếu thực hành 1
Thiết Kế, Chế Tạo Mơ Hình Lái Trợ Lực Điện. Trang 84
Chi tiết Hoạt động Điều kiện
- Vô lăng
- Đƣợc trợ lực ,nhẹ hơn bình thƣờng
- CT ở vị trí ON - Trợ lực Sang phải
khi đánh vô lăng sang phải
- CT ở vị trí ON - Trợ lực sang trái khi
đánh vô lăng sang trái
- CT ở vị trí ON - Led hiển thị chiều
đánh lái
- Sáng bên phải - CT ở vị trí ON - Quay vơ lăng sang phải
- Sáng bên trái
- CT ở vị trí ON - Quay vơ lăng sang trái
- Led 7 đoạn - Hiển thị tốc độ và momen
- CT ở vị trí ON