Luận văn Mô hình dạy học hệ thống lái trợ lực điện giao tiếp máy tính thông qua LabVIEW (Phần 1)

Nội dung text: Luận văn Mô hình dạy học hệ thống lái trợ lực điện giao tiếp máy tính thông qua LabVIEW (Phần 1)

1. BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO TRƯỜNG ĐẠI HỌC SƯ PHẠM KỸ THUẬT THÀNH PHỐ HỒ CHÍ MINH LUẬN VĂN THẠC SĨ TRỊNH THÁI LUÂN MÔ HÌNH DẠY HỌC HỆ THỐNG LÁI TRỢ LỰC ĐIỆN GIAO TIẾP MÁY TÍNH THÔNG QUA LABVIEW NGÀNH: KHAI THÁC VÀ BẢO TRÌ Ô TÔ, MÁY KÉO - 605246 S KC 0 0 4 0 0 1 Tp. Hồ Chí Minh, tháng 04 năm 2013
2. BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO TRƯỜNG ĐẠI HỌC SƯ PHẠM KỸ THUẬT THÀNH PHỐ HỒ CHÍ MINH LUẬN VĂN THẠC SĨ TRỊNH THÁI LUÂN MÔ HÌNH DẠY HỌC HỆ THỐNG LÁI TRỢ LỰC ĐIỆN GIAO TIẾP MÁY TÍNH THÔNG QUA LABVIEW NGÀNH: KHAI THÁC VÀ BẢO TRÌ Ô TÔ – MÁY KÉO - 605246 Tp. Hồ Chí Minh, tháng 4/2013
3. BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO TRƯỜNG ĐẠI HỌC SƯ PHẠM KỸ THUẬT THÀNH PHỐ HỒ CHÍ MINH LUẬN VĂN THẠC SĨ TRỊNH THÁI LUÂN MÔ HÌNH DẠY HỌC HỆ THỐNG LÁI TRỢ LỰC ĐIỆN GIAO TIẾP MÁY TÍNH THÔNG QUA LABVIEW NGÀNH: KHAI THÁC VÀ BẢO TRÌ Ô TÔ – MÁY KÉO - 605246 Hướng dẫn khoa học PGS.TS ĐỖ VĂN DŨNG Tp. Hồ Chí Minh, tháng 4/2013
4. Luận văn cao học GVHD:PGS-TS. Đỗ Văn Dũng LÝ LỊCH KHOA HỌC I. LÝ LỊCH SƠ LƢỢC: Họ & tên: Trịnh Thái Luân Giới tính: Nam Ngày, tháng, năm sinh: 1979 Nơi sinh: Kiên Giang Quê quán: Thạnh Lộc, Giồng Riềng, Kiên Giang Dân tộc: Kinh Chỗ ở riêng hoặc địa chỉ liên lạc: Thạnh Lộc, Giồng Riềng, Kiên Giang Điện thoại cơ quan: 0773.863530 Điện thoại nhà riêng: 0974050257 Fax: E-mail: ttluan@kiengiangtec.edu.vn II. QUÁ TRÌNH ĐÀO TẠO: 1. Trung học chuyên nghiệp: Hệ đào tạo: Trung học nghề chính qui Thời gian đào tạo từ 1996 đến 1999. Nơi học: Trường Cao đằng Kinh tế - Kỹ thuật Kiên Giang Ngành học: Cơ khí động lực 2. Đại học: Hệ đào tạo: Chính qui Thời gian đào tạo từ 1999 đến 2003. Nơi học: Trường Đại học Sư phạm Kỹ thuật Tp. Hồ Chí Minh Ngành học: Cơ khí động lực Tên đồ án, luận án hoặc môn thi tốt nghiệp: Thi tốt nghiệp Ngày & nơi bảo vệ đồ án, luận án hoặc thi tốt nghiệp: 2003 III. QUÁ TRÌNH CÔNG TÁC CHUYÊN MÔN KỂ TỪ KHI TỐT NGHIỆP ĐẠI HỌC: Thời gian Nơi công tác Công việc đảm nhiệm Trường Cao đẳng Kinh tế - Kỹ 2003 - 2013 Giảng viên thuật Kiên Giang HVTH: Trịnh Thái Luân Trang i MSHV: 010085246011
5. Luận văn cao học GVHD:PGS-TS. Đỗ Văn Dũng LỜI CAM ĐOAN Tôi cam đoan đây là công trình nghiên cứu của tôi. Các số liệu, kết quả nêu trong luận văn là trung thực và chưa từng được ai công bố trong bất kỳ công trình nào khác. Tp. Hồ Chí Minh, ngày 25 tháng 03 năm 2013 (Ký tên và ghi rõ họ tên) Trịnh Thái Luân HVTH: Trịnh Thái Luân Trang ii MSHV: 010085246011
6. Luận văn cao học GVHD:PGS-TS. Đỗ Văn Dũng LỜI CẢM ƠN Xin chân thành cảm ơn: PSG. TS Đỗ Văn Dũng – Phó Hiệu Trưởng trường Đại học Sư phạm Kỹ thuật TP. Hồ Chí Minh, giảng viên hướng dẫn khoa học. Ban Giám Hiệu trường Cao đẳng Kinh tế - Kỹ thuật Kiên Giang. Quý Thầy, Cô khoa Cơ Khí Động Lực, trường Đại học Sư phạm Kỹ thuật TP. Hồ Chí Minh. Quý Thầy khoa Cơ khí Động lực trường Cao đẳng Kinh tế - Kỹ thuật Kiên Giang. Các bạn học viên lớp cao học Khai thác và Bảo trì ô tô máy kéo khóa 2010- 2012 Trường Đại học Đại học Sư phạm Kỹ thuật TP. Hồ Chí Minh. Đã tận tình giúp đỡ và tạo mọi điều kiện thuận lợi cho tôi trong suốt khóa học cũng như thực hiện đề tài này. Tp. Hồ Chí Minh, ngày 25 tháng 03 năm 2013 Người nghiên cứu Trịnh Thái Luân HVTH: Trịnh Thái Luân Trang iii MSHV: 010085246011
7. Luận văn cao học GVHD:PGS-TS. Đỗ Văn Dũng TÓM TẮT Luận văn có tựa đề "Mô hình dạy học hệ thống lái trợ lực điện giao tiếp máy tính thông qua LabVIEW" được hoàn thành vào tháng 4 năm 2013, tại trường Đại học Sư phạm Kỹ thuật TP. Hồ Chí Minh. Nội dung chính của luận văn bao gồm: Thiết kế chế tạo mô hình hệ thống lái trợ lực điện. Tính toán thiết kế bộ tạo ra mô men cản quay vòng. Mô phỏng các thông số và các trạng thái hoạt động của hệ thống lái trên máy tính thông qua phần mềm LabVIEW. Tính toán kiểm nghiệm cho mô hình. Mô hình được thiết kế dựa theo hệ thống lái trợ lực điện của xe TOYOTA - Prius, sản xuất năm (2004 – 2007). Bộ tạo mô men cản quay vòng có thể điều chỉnh thay đổi theo tốc độ hoạt động của xe. Giao diện mô phỏng trên máy tính được thực hiện bởi phần mềm LabVIEW, chủ yếu thể hiện các thông số như: điện áp thay đổi của cảm biến mô men; khả năng trợ lực của motor; màn hình hiển thị xung khi hệ thống làm việc ở nhiều chế độ khác nhau và núm điều chỉnh thay đổi tốc độ ô tô. Tính toán kiểm nghiệm mô hình để điều chỉnh các thông số của mô hình đúng theo thực tế. Ngoài ra, để giúp cho việc sử dụng mô hình đạt hiệu quả tốt trong giảng dạy và học tập, tác giả đã biên soạn bộ tài liệu giảng dạy theo chương trình đào tạo hệ cao đẳng, ngành công nghệ ô tô, kèm theo mô hình. HVTH: Trịnh Thái Luân Trang iv MSHV: 010085246011
8. Luận văn cao học GVHD:PGS-TS. Đỗ Văn Dũng ABSTRACT The thesis entitled "Computer aid teaching model of the electric power steering system using LabVIEW software" was completed in April 2013, at the University of Technical Education Ho Chi Minh City. The contents of the thesis include: Designing an electric power steering system model. Calculating and designing the drag torque module applying to the vehicles. Changing the parameters to simulate the operating status of the steering system using the LabVIEW software. Experiments to evaluate the performance of the model. The model was based on the electric power steering system of the Toyota Prius, which was produced from 2004 to 2007. The drag torque module applying to the vehicles when they turn around is adjusted according to speed of the vehicles. The interface on the simulating computer is performed with LabVIEW software. The main parameters and devices illustrated on the display are the voltage of the torque sensor, the resistance of the driving motor, the display to show the pulses and a knob to change the vehicles speed. Experiments were carried out to check the operation of the model and adjust the parameters of the model in accordance with the reality. For using the model effectively in teaching and learning, the author has compiled teaching materials used for college training programs in automotive technology. HVTH: Trịnh Thái Luân Trang v MSHV: 010085246011
9. Luận văn cao học GVHD:PGS-TS. Đỗ Văn Dũng MỤC LỤC TRANG LÝ LỊCH KHOA HỌC i LỜI CAM ĐOAN ii LỜI CẢM ƠN iii TÓM TẮT iv MỤC LỤC vi DANH SÁCH CÁC CHỮ VIẾT TẮT xi DANH SÁCH CÁC HÌNH xii DANH SÁCH CÁC BẢNG xvi Chƣơng 1: TỔNG QUAN 17 1.1. Tổng quan chung về lĩnh vực nghiên cứu. 17 1.2. Tình hình nghiên cứu trong và ngoài nước. 18 1.2.1. Tình hình nghiên cứu về hệ thống lái trên thế giới: 18 1.2.2. Tình hình nghiên cứu trong vùng ASEAN và trong nước: 21 1.3. Mục tiêu và đối tượng nghiên cứu. 25 1.3.1. Mục tiêu nghiên cứu: 25 1.3.2. Đối tượng nghiên cứu: 25 1.4. Nhiệm vụ và phạm vi nghiên cứu của đề tài. 26 1.4.1. Nhiệm vụ của đề tài: 26 1.4.2. Phạm vi nghiên cứu: 26 1.5. Phương pháp nghiên cứu. 26 Chƣơng 2: CƠ SỞ LÝ THUYẾT 28 2.1. Tổng quan về hệ thống lái trợ lực 28 2.1.1. Công dụng hệ thống lái trợ lực: 28 2.1.2. Phân loại hệ thống lái trợ lực: 28 2.2. Hệ thống lái có trợ lực thủy lực 30 2.2.1. Cấu trúc tổng quát HTL trợ lực thuỷ lực: 30 2.2.2. Mô hình toán học HTL trợ lực thuỷ lực: 30 HVTH: Trịnh Thái Luân Trang vi MSHV: 010085246011
10. Luận văn cao học GVHD:PGS-TS. Đỗ Văn Dũng 2.2.3. Đặc tính trợ lực lái: 31 2.2.4. Giải pháp điều khiển thay đổi hệ số trợ lực lái: 32 2.3. Hệ thống trợ lực thủy lực điều khiển điện điện tử 32 2.3.1. HTL trợ lực thủy lực với van điện từ lắp ở bơm trợ lực thực hiện điều khiển lưu lượng: 32 2.3.2. Hệ thống trợ lực thủy lực với van điện từ trên mạch dầu van trợ lực lái: 34 2.3.3. Hệ thống lái trợ lực thủy lực với van điện từ tại cửa vào ra (cửa P và cửa R) của van trợ lực: 36 2.3.4. Hệ thống lái trợ lực thủy lực với cách thay đổi tốc độ bơm trợ lực lái: 36 2.4. Hệ thống lái trợ lực điện – điện tử 40 2.4.1. Trợ lực trên trục lái: 42 2.4.2. Trợ lực trên cơ cấu lái: 49 2.4.3. Cảm biến trong hệ thống trợ lực lái Điện – Điện tử: 53 2.4.3.1. Cảm biến tốc độ đánh lái có 2 loại: 53 2.4.3.2. Cảm biến mô men lái có 3 loại: 54 2.4.3.3. Cảm biến tốc độ ô tô: 56 CHƢƠNG 3: PHẦN MỀM LABVIEW 59 3.1. Những khái niệm cơ bản 59 3.1.1. Giới thiệu chung: 59 3.1.2. VI (Virtual Instrument) - Thiết bị ảo 60 3.1.3. Front Panel và Block Diagram 60 3.1.3.1. Front Panel: 61 3.1.3.2. Block Diagram: 61 3.1.4. Icon & Connector 62 3.1.4.1. Icon (biểu tượng): 62 3.1.4.2. Connector (đầu nối): 62 3.2. Kỹ thuật lập trình trên LabVIEW 63 3.2.1. Các công cụ hỗ trợ lập trình 63 3.2.1.1. Tools Palette: 63 HVTH: Trịnh Thái Luân Trang vii MSHV: 010085246011
11. Luận văn cao học GVHD:PGS-TS. Đỗ Văn Dũng 3.2.1.2. Controls Palette (bảng điều khiển): 64 3.2.2. Dữ liệu 67 3.2.2.1. Variables (biến): 67 3.2.2.2. String: 69 3.2.2.3. Array: 71 3.2.3. Các cấu trúc điều khiển luồng chương trình 74 3.2.3.1. For Loop: 74 3.2.3.2. While Loop: 75 3.2.3.3. Case & Sequence Structures: 76 3.2.3.4. Formula Node: 77 3.3. SubVI và cách xây dựng subVI 77 3.3.1. Khái niệm SubVI 77 3.3.2. Xây dựng SubVI 78 3.3.2.1. Tạo một SubVI từ một VI: 78 3.3.2.2. Tạo một SubVI từ một phần của VI: 80 3.3.3. Xây dựng ứng dụng 80 3.3.4. Gỡ rối và sửa chương trình xây dựng trên LabVIEW 83 3.4. Xây dựng giao diện điều khiền trên máy tính 84 Chƣơng 4: THIẾT KẾ CARD GIAO TIẾP 85 4.1. Giới thiệu chung vi điều khiển. 85 4.2. Cấu trúc phần cứng của họ vi điều khiển AVR 87 4.2.1. Tổng quan về kiến trúc 87 4.2.2. Các thanh ghi đa dụng 90 4.2.3. Cổng ra vào 91 4.2.4. Bộ nhớ SRAM 92 4.2.5. Cấu trúc ngắt 93 4.2.6. Bộ so sánh analog 94 4.2.7. Bộ biến đổi A/D bên trong 95 4.2.8. Bộ định thời watchdog bên trong 97 HVTH: Trịnh Thái Luân Trang viii MSHV: 010085246011
12. Luận văn cao học GVHD:PGS-TS. Đỗ Văn Dũng 4.3. Giới thiệu vi điều khiển ATmega16 (AT90s4414/8515) 99 4.3.1. Đặc điểm 99 4.3.2. Sơ đồ chân ATmega16 101 4.3.3. Mô tả chức năng các chân ATmega16 101 4.4. Giới thiệu vi điều khiển ATtmega8 104 4.4.1. Đặc điểm 104 4.4.2. Sơ đồ chân và sơ đồ khối của ATmega8 106 4.4.3. Mô tả chức năng các chân ATmega8 106 4.5. Thiết kế card giao tiếp giữa máy tính và mô hình 109 4.5.1. Sơ đồ giao tiếp giữa máy tính và mô hình: 109 4.5.2. Chuẩn giao tiếp: 110 Chƣơng 5: THIẾT KẾ, THI CÔNG MÔ HÌNH HỆ THỐNG LÁI TRỢ LỰC ĐIỆN 111 5.1. Giới thiệu mô hình 111 5.2. Thiết kế các bộ phận chính trên mô hình 113 5.2.1. Bộ phận tạo mô men cản của mặt đường: 113 5.2.2. Trục lái trợ lực điện và cơ cấu dẫn động: 114 5.2.3. Bộ phận điều khiển: 115 5.3. Thiết kế các bộ phận chức năng trên mô hình hệ thống lái EPS 116 5.3.1. Bộ phận phát tín hiệu tốc độ động cơ: 116 5.3.2. Bộ phận phát tín hiệu tốc độ xe: 117 5.3.2.1. Cấu tạo cảm biến tốc độ bánh xe: 118 5.3.2.2. Hoạt động của cảm biến tốc độ bánh xe loại điện từ: 118 5.3.2.3. Cảm biến tốc độ bánh xe và sơ đồ truyền tín hiệu trên mô hình 120 5.3.3. Nguyên lý điều khiển trên mô hình EPS: 120 5.4. Hướng dẫn sử dụng mô hình 121 5.4.1. Điện áp sử dụng cho mô hình: 121 5.4.2. Vận hành mô hình: 122 5.4.2.1. Chuẩn bị thiết bị và kiểm tra: 122 HVTH: Trịnh Thái Luân Trang ix MSHV: 010085246011
13. Luận văn cao học GVHD:PGS-TS. Đỗ Văn Dũng 5.4.2.2. Vận hành mô hình khi không kết nối với tính: 122 5.4.2.3. Vận hành mô hình khi kết nối với tính: 123 Chƣơng 6: THỰC NGHIỆM 125 6.1. Mục tiêu thực nghiệm. 125 6.2. Thiết bị và dụng cụ thực nghiệm 125 6.3. Trình tự thực nghiệm 125 6.3.1. Tính toán và kiểm nghiệm mô men cản quay vòng tác dụng lên mô hình: 125 6.3.1.1. Tính toán mô men cản quay vòng cực đại Mc max: 125 6.3.1.2. Thực nghiệm giá trị mô men cản quay vòng cực đại MCmax. 127 6.3.1.3. Tính toán mô men cản quay vòng MCmax trên xe TOYOTA Prius sản xuất 2004 - 2007 128 6.3.2. Tính toán kiểm nghiệm lực tác dụng lên vô lăng lái 128 6.3.3. Đánh giá kết quả thực nghiệm 129 6.3.4. Tính toán mô men trợ lực cực đại của motor trợ lực trên mô hình 130 Chƣơng 7: KẾT LUẬN - HƢỚNG PHÁT TRIỂN CỦA ĐỀ TÀI 131 7.1. Kết luận 131 7.2. Hướng phát triển của đề tài 131 TÀI LIỆU THAM KHẢO 133 HVTH: Trịnh Thái Luân Trang x MSHV: 010085246011
14. Luận văn cao học GVHD:PGS-TS. Đỗ Văn Dũng DANH SÁCH CÁC CHỮ VIẾT TẮT ADRC (active disturbance rejection controller): EPAS (electrical power assist steering): Hệ thống lái trợ lực điện ABS (Anti-lock Brake System): Hệ thống phanh có bộ phận chống hãm cứng bánh xe. CAN (Controller Area Network): Vùng mạng điều khiển ECU (Electronic Control Unit): Bộ điều khiển điện tử. EPS (Electronic Power Steering): Hệ thống lái trợ lực điện HPS (Hydraulic Power Steering) : Hệ thống lái trợ lực thủy lực EHPS (Electronic Hydraulic Power Steering) : Hệ thống lái trợ lực thủy lực – điện HTL: Hệ thống lái HTTP: Hệ thống phanh 4WD (Four Wheel Driver): Bốn bánh xe chủ động. 4WS (Four Wheel Steering): Hệ thống lái 4 bánh xe. DTC (Diagnostic trouble code): Mã chẩn đoán hư hỏng. DLC (Data link connector): Giắc cắm kết nối dữ liệu. LabVIEW (Virtual Instrument Engineering Workbench): VI (Virtual Instrument): Thiết bị ảo PPS (Progressive Power Steering): Bộ cường hoá tích cực HVTH: Trịnh Thái Luân Trang xi MSHV: 010085246011
15. Luận văn cao học GVHD:PGS-TS. Đỗ Văn Dũng DANH SÁCH CÁC HÌNH HÌNH TRANG Hình 1.1: Mô hình thiết kế hộp ECU điều khiển hệ thống lái trợ lực điện 22 Hình 1.2: Hệ thống lái 4WS điều khiển điện-cơ khí 23 Hình 2.1: Sơ đồ tổng quát hệ thống lái trợ lực thủy lực 30 Hình 2.2: Sơ đồ khối mô hình toán học HTL có trợ lực 31 Hình 2.3: Đồ thị đặc tính trợ lực 32 Hình 2.4: Sơ đồ hệ thống lái trợ lực thủy lực với van điện từ lắp ở bơm trợ lực 33 Hình 2.5: Bơm trợ lực lái và van điện từ 33 Hình 2.6: Sơ đồ HTL thay đổi hệ số trợ lực lái bằng van điện từ ở van trợ lực 34 Hình 2.7: Sơ đồ mạch cầu thủy lực 34 Hình 2.8: (a) - Vị trí bố trí van điện từ; (b) - Sơ đồ mạch dầu; 35 Hình 2.9: Nguyên lý thay đổi hệ số trợ lực bằng van điện từ tại cửa vào ra 36 Hình 2.10: Hệ thống lái trợ lực thủy lực có điều khiển thay đổi tốc độ motor dẫn động bơm 37 Hình 2.11: Bề mặt lập trình cho tốc độ bơm 38 Hình 2.12: Cấu tạo motor bước 39 Hình 2.13: Hệ thống lái trợ lực điện – điện tử với motor trợ lực bố trí trên trục lái . 41 Hình 2.14: Hệ thống lái trợ lực điện – điện tử với motor trợ lực bố trí trên cơ cấu lái và được thiết rời 41 Hình 2.15: Hệ thống lái trợ lực điện – điện tử với motor trợ lực bố trí trên cơ cấu lái và được thiết kế liền 42 Hình 2.16: Cơ cấu trợ lực lái điện – điện tử trợ lực trên trục lái 42 Hình 2.17: Sơ đồ tổng quát của hệ thống lái điện trợ lực trên trục lái 43 Hình 2.18: Bố trí các cụm và Taplô thể hiện đèn báo lỗi P/S. 44 Hình 2.19: Sơ đồ mô phỏng quá trình điều khiển motor trợ lực lái theo phương pháp điều khiển điện áp 45 HVTH: Trịnh Thái Luân Trang xii MSHV: 010085246011
16. Luận văn cao học GVHD:PGS-TS. Đỗ Văn Dũng Hình 2.20: Sơ đồ mô phỏng quá trình điều khiển motor trợ lực lái theo phương pháp điều khiển dòng điện 46 Hình 2.21: Mạch tương đương của motor 46 Hình 2.22: Sơ đồ điều khiển tổng quát của ECU trợ lực lái điện 47 Hình 2.23: Điều khiển chế độ motor 48 Hình 2.24: Đặc tính điều khiển 48 Hình 2.25: Mô hình toán học của hệ thống trợ lực trên trục lái 49 Hình 2.26: Sơ đồ trợ lực lái điện – điện tử trên cơ cấu lái. 50 Hình 2.27: Các bộ phận của motor và cảm biến góc quay 50 Hình 2.28: Cụm motor và trục vít, thanh răng và cảm biến góc quay 51 Hình 2.29: Sơ đồ điều khiển tổng quát của hệ thống trợ lực trên cơ cấu lái 51 Hình 2.30: Tín hiệu quan trọng để điều khiển motor trợ lực lái 52 Hình 2.31: Mô phỏng mô hình toán học của hệ thống lái trợ lực trên cơ cấu lái 52 Hình 2.32: Cấu tạo và tín hiệu của cảm biến tốc độ đánh lái 53 Hình 2.33: Cảm biến tốc độ đánh lái (góc đánh lái) loại Hall 53 Hình 2.34: Đặc tính, vị trí làm việc của cảm biến mô men lái loại lõi thép trượt 54 Hình 2.35: Cấu trúc và đặc tính của cảm biến mô men lái loại lõi thép xoay 55 Hình 2.36: Cảm biến mô men lái loại 4 vành dây 55 Hình 2.37: Sơ đồ nguyên lý và xung của cảm biến mô men lái loại 4 vành dây 56 Hình 2.38: Ba loại cảm biến tốc độ ô tô 57 Hình 2.39: Cảm biến tốc độ ô tô loại MRE 58 Hình 3.1: Front Panel và Block Diagram 61 Hình 3.2: Vị trí Icon và Connector 62 Hình 3.3: Tools palette 64 Hình 3.4: Control Palette 64 Hình 3.5: Numeric controls 65 Hình 3.6: Numeric indicators 65 Hình 3.7: Boolean 66 Hình 3.8: String và Path 66 HVTH: Trịnh Thái Luân Trang xiii MSHV: 010085246011
17. Luận văn cao học GVHD:PGS-TS. Đỗ Văn Dũng Hình 3.9: Functions Palette 67 Hình 3.10: String 69 Hình 3.11: Truy xuất một String 70 Hình 3.12: Các từ thay thế Escape Code 70 Hình 3.13: Bảng Array 73 Hình 3.14: Hàm Array Max & Min 73 Hình 3.15: For Loop 75 Hình 3.16: While Loop 75 Hình 3.17: Case & sequence Structure 76 Hình 3.18: Formula Node 77 Hình 3.19: Icon mặc định và Icon sau khi được tạo 79 Hình 3.20: Cách thức tạo Connector của một VI 80 Hình 3.21: Front Panel và Block Diagram của một VI 81 Hình 3.22: Edit Icon của VI 82 Hình 3.23: Gỡ rối chương trình 83 Hình 3.24: Giao diện trên cửa sổ Font Panel 84 Hình 3.25: Lập trình trên cửa sổ Block Diagram 84 Hình 4.1: So sánh thời gian thực hiện 2 lệnh giữa các bộ vi xử lý 86 Hình 4.2: Kiến trúc của bộ xử lý AVR 88 Hình 4.3: Sơ đồ tổ chức bộ nhớ 89 Hình 4.4: Tập thanh ghi của vi điều khiển AVR 90 Hình 4.5: Các port đọc và ghi 91 Hình 4.6: Kết nối SRAM ngoài với bộ vi điều khiển 93 Hình 4.7: Sơ đồ khối của bộ so sánh Analog 94 Hình 4.8: Sơ đồ khối bộ biến đổi ADC 95 Hình 4.9: Sơ đồ khối của bộ định thời Watchdog 97 Hình 4.10: Sơ đồ chân ATmega16 101 Hình 4.11: Sơ đồ khối vi điều khiển AVR ATmega16 103 Hình 4.12. Cách bố trí để điều khiển bộ vi điều khiển 104 HVTH: Trịnh Thái Luân Trang xiv MSHV: 010085246011
18. Luận văn cao học GVHD:PGS-TS. Đỗ Văn Dũng Hình 4.13. Sơ đồ chân ATmega8 106 Hình 4.14: Sơ đồ khối vi điều khiển AVR ATmega8 108 Hình 4.15: Sơ đồ khối giao tiếp giữa máy tính với một số bộ phận điều khiển trên mô hình 109 Hình 4.16: Sơ đồ giao tiếp giữa máy tính với card giao tiếp 110 Hình 4.17: Kết cấu card giao tiếp 109 Hinh 5.1: Sơ đồ khối mô hình hệ thống lái trợ lực điện giao tiếp với máy tính 111 Hình 5.2: Kết cấu mô hình 112 Hình 5.3: Mặt trước của mô hình 112 Hình 5.4: Sơ đồ khối bộ tạo mô men cản 113 Hình 5.6: Kết cấu khớp ly hợp từ 113 Hình 5.7: Trục lái trợ lực điện và cơ cấu dẫn động trên mô hình 114 Hình 5.8: Bảng điều khiển của mô hình 115 Hình 5.9: Bố trí các hộp ECU trong mô hình và các công tắc pan 115 Hình 5.10: Sơ đồ khối mạng CAN 116 Hình 5.11: Sơ đồ truyền dữ liệu cảm biến Ne qua mạng CAN trên ô tô 116 Hình 5.12: Sơ đồ truyền dữ liệu cảm biến Ne qua mạng CAN trên mô hình 117 Hình 5.13: Sơ đồ truyền dữ liệu cảm biến tốc độ xe qua mạng CAN trên ô tô 117 Hình 5.14: Cảm biến tốc độ bánh xe 118 Hình 5.15: Tín hiệu điện áp của cảm biến tốc độ bánh xe 119 Hình 5.16: Cấu tạo cảm biến tốc độ bánh xe loại nam châm quay 119 Hình 5.17: Sơ đồ truyền tín hiệu tốc độ bánh xe và CAN tốc độ xe 120 Hình 5.18: Sơ đồ mạch điện điều khiển trên mô hình 120 Hình 5. 19: Các ECU sử dụng truyền dữ liệu CAN trên mô hình 121 Hình 5.20: Giao diện trên máy tính 124 Hình 6.1: Sơ đồ động lực học thực tế của mô hình 126 Hình 6.2: Kiểm nghiệm giá trị mô men cản 127 HVTH: Trịnh Thái Luân Trang xv MSHV: 010085246011
19. Luận văn cao học GVHD:PGS-TS. Đỗ Văn Dũng DANH SÁCH CÁC BẢNG BẢNG TRANG Bảng 4.1: Sắp xếp các chân của bộ so sánh Analog 95 Bảng 4.2: Các thanh ghi điều khiển bộ biến đổi ADC 96 Bảng 4.3: Sự sắp xếp các chân lối vào của bộ biến đổi ADC 96 Bảng 5.1: Thứ tự các Pan của mô hình 123 Bảng 6.1. So sánh kết quả tính toán và thực nghiệm giữa mô hình và trên xe 129 HVTH: Trịnh Thái Luân Trang xvi MSHV: 010085246011
20. Luận văn cao học GVHD:PGS-TS. Đỗ Văn Dũng Chương 1 TỔNG QUAN 1.1. Tổng quan chung về lĩnh vực nghiên cứu. Trong những năm gần đây, ngành Công Nghệ Ô tô phát triển rất nhanh đặc biệt là các hệ thống điều khiển cơ khí, thủy lực, khí nén được thay thế điều khiển bằng điện và điện tử. Trong đó, hệ thống lái trợ lực bằng điện (Electric Power Steering – EPS) là một trong những hệ thống đang được ứng dụng rất mạnh mẽ trên hầu hết các hãng xe trên thế giới nói chung và Việt nam nói riêng. Cũng như tuyên bố gần đây của Hãng Ford “ Hệ thống trợ lực tay lái điện EPS sẽ được lắp đặt cho (80 – 90)% số xe Ford vào năm 2012. Tất cả những dòng xe sản xuất năm 2008 hiện hành của Ford như Ford Escape, Mercury Mariner và những mẫu xe hybrid sắp tới đều đã có khả năng tích hợp hệ thống EPS”. Hệ thống lái trợ lực bằng điện EPS làm việc trên cơ sở phụ thuộc năng lượng của ắc quy, thực hiện các chức năng trợ lực thông thường nhưng với ưu điểm nổi bật so với các hệ thống lái trợ lực truyền thống trước đây: Hệ thống EPS có kích thước nhỏ gọn, dễ lắp đặt, bảo dưỡng. Giảm tiêu tốn nhiên liệu, một số nghiên cứu cho thấy rằng nhiên liệu tiêu tốn tiết kiệm (5% – 8%) so với cùng một xe trang bị hệ thống lái HPS. Không phụ thuộc vào tốc độ vòng quay của động cơ. Tăng khả năng thích ứng của hệ thống lái trong các điều kiện làm việc khác nhau và góp phần quản lý hệ thống tốt hơn, do có khả năng đưa nhiều thông số vào các mạch điều khiển và xử lý các chương trình phần mềm cài đặt sẵn bên trong EPS-ECU. Cho phép góp phần hạn chế lượng tiêu thụ nhiên liệu của động cơ nhiệt bằng cách thu hồi năng lượng của động cơ nhiệt khi dư thừa cấp cho bình tích năng lượng (ắc quy) và sau đó sử dụng với mục đích hỗ trợ lực điều khiển của người lái. HVTH: Trịnh Thái Luân Trang 17 MSHV: 010085246011
21. Luận văn cao học GVHD:PGS-TS. Đỗ Văn Dũng Tạo điều kiện kiểm soát chặt chẽ sự làm việc của hệ thống lái thông qua các đèn báo giúp nâng cao khả năng đảm bảo an toàn trong chuyển động của ô tô. Tuy nhiên, áp dụng các công nghệ điện tử làm phức tạp thêm hệ thống, đồng thời người sử dụng cần chăm sóc hệ thống cung cấp điện chặt chẽ hơn (máy phát điện, ắc quy ) 1.2. Tình hình nghiên cứu trong và ngoài nƣớc. 1.2.1. Tình hình nghiên cứu về hệ thống lái trên thế giới: Hiện nay, trên thế giới cùng với sự phát triển của các ngành khoa học công nghệ khác như vô tuyến điện tử, chế tạo máy với các bộ phận điều khiển tinh vi, các rôbốt công nghiệp thế hệ thông minh, ngành tin học, ngành chế tạo ô tô đang có những bước tiến lớn với sự ứng dụng công nghệ tin học, điều khiển, khoa học mô phỏng, vật liệu mới. Ô tô ngày nay được sử dụng ở tốc độ cao, vấn đề an toàn chuyển động ngày càng được các nhà khoa học công nghệ của các trung tâm khoa học tại các nước có ngành công nghiệp ô tô hoàn chỉnh như Mỹ, Tây Âu và Nhật Bản đầu tư nghiên cứu. Trong cấu tạo ô tô, hai hệ thống được coi là quan trọng nhất đảm bảo an toàn chuyển động là hệ thống lái (HTL) và hệ thống phanh (HTP). Trong những năm gần đây đã có hàng trăm các công trình khoa học được công bố nhằm hoàn thiện HTL, các công trình chủ yếu tập trung trong lĩnh vực động học và động lực học của HTL bốn bánh- 4WS (Four Wheel Steering) nhằm tăng tính cơ động và hoàn thiện tính điều khiển của HTL. Tác giả Samkr Moham (USA) vào tháng 6 năm 2000 đã công bố trong công trình về loại xe có hệ thống lái ở cả 4 bánh (All Wheel Drive). Nhiều nhà khoa học Đức cũng tập trung nghiên cứu về hệ thống điều khiển cho các loại xe có HTL 4WS. Những trung tâm khoa học công nghệ lớn như ở Mỹ, Tây Âu và Nhật Bản hiện đang có nhiều nỗ lực nghiên cứu về vấn đề tự động điều khiển HTL, đó là những công trình nghiên cứu lớn với sự nỗ lực của hàng trăm nhà khoa học hàng đầu thế giới. Hãng Mercedes cũng đã trình diễn loại xe với HTL tự động, trong tương lai sẽ được ứng dụng để sử dụng trên các loại HVTH: Trịnh Thái Luân Trang 18 MSHV: 010085246011