Thiết kế chế tạo mô hình tập lái xe 3d

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO
TRƯỜNG ĐẠI HỌC CÔNG NGHỆ TP. HỒ CHÍ MINH

ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP
THIẾT KẾ, CHẾ TẠO MƠ HÌNH TẬP LÁI XE 3D

Ngành: Cơng Nghệ Kỹ Thuật Ô TÔ

Giảng viên hướng dẫn: TS. NGUYỄN PHỤ THƯỢNG LƯU

Sinh viên thực hiện:

MSSV:

Lớp:

Lưu Anh Kiệt

1711250877

17DOTB1

Trần Anh Tuấn

1711251147

17DOTB1

Nguyễn Hoàng Trọng Nghĩa

1711250903

17DOTB1

TP. Hồ Chí Minh, ngày 26 tháng 09 năm 2021


i


i


i


i


LỜI CAM ĐOAN
Nhóm xin cam đoan đây là cơng trình nghiên cứu của nhóm.
Nhóm xin cam đoan đề tài: “Thiết kế chế tạo mơ hình tập lái xe 3D” là một cơng trình
nghiên cứu độc lập dưới sự hướng dẫn của giáo viên hướng dẫn: TS. NGUYỄN PHỤ
THƯỢNG LƯU. Ngoài ra khơng có bất cứ sự sao chép của người khác. Đề tài, nội
dung báo cáo thực tập là sản phẩm mà nhóm em đã nỗ lực nghiên cứu trong quá trình
học tập tại trường cũng như tham gia thực tập tại Cơng Ty TNHH Ơ Tơ Thành Hưng.
Các số liệu, kết quả trình bày trong báo cáo là hồn tồn trung thực, nhóm em xin
chịu hồn tồn trách nhiệm, kỷ luật của bộ môn và nhà trường đề ra nếu như có vấn
đề xảy ra.

TP. Hồ Chí Minh, Ngày 20 Tháng 06 Năm 2021

(Sinh viên ký tên và ghi rõ họ tên)

Trần Anh Tuấn
Lưu Anh Kiệt

Nguyễn Hoàng Trọng Nghĩa

i


LỜI CẢM ƠN
Trong suốt q trình học tập, và hồn thành đồ án này, nhóm em đã nhận được rất
nhiều sự hướng dẫn tận tình q báu của thầy cơ, anh chị cùng các bạn. Với lòng biết
ơn sâu sắc nhóm em xin được bày tỏ lời cảm ơn đến:
Ban giám hiệu nhà trường Đại Học Công Nghệ TP.HCM và Viện Kỹ Thuật HUTECH
đã tạo mọi điều kiện để em hồn thành được tốt đồ án của mình.
Nhóm em xin cảm ơn thầy NGUYỄN PHỤ THƯỢNG LƯU đã hết lòng giúp đỡ,
hướng dẫn, động viên và tạo mọi điều kiện để em hoàn thành tốt được đồ án tốt
nghiệp.
Xin chân thành cảm ơn các thầy cô trong hội động chấm thi đã có những góp ý để
nhóm em có thể hoàn thiện được luận văn này một cách tốt nhất.
Cảm ơn các anh chị khóa trên cùng các bạn đã giúp đỡ nhóm em rất nhiều trong q
trình tìm tài liệu để có thể hồn thành đồ án.
Xin cảm ơn Cơng Ty TNHH Ơ Tơ Thành Hưng nơi nhóm em thực tập đã giúp nhóm
em có được những kiến thức thực tế vơ cùng bổ ích giúp bài đồ án trở nên hoàn thiện
hơn.
Xin cảm ơn bố mẹ, anh chị đã luôn ở bên động viên và giúp đỡ việc học tập của con
để ngày hơm nay hồn thành được đồ án quan trọng trong cuộc đời sinh viên.

ii

MỤC LỤC

Phiếu đăng ký tên đề tài ĐATN
Phiếu giao nhiệm vụ
Lời cam đoan............................................................................................................ i
Lời cảm ơn .............................................................................................................. ii
Mục lục .................................................................................................................. iii
Danh sách các chữ viết tắt ..................................................................................... vii
Danh sách các hình ................................................................................................. xi
Danh sách các bảng .............................................................................................. xv
Lời mở đầu .............................................................................................................. 1
CHƯƠNG 1. TỔNG QUAN VỀ MƠ HÌNH LÁI XE, PHẦN MỀM MƠ PHỎNG .. 4
1.1

Tổng quan mơ phỏng và mơ hình mơ phỏng. .............................................. 4

1.1.1

Tổng quan về mơ phỏng....................................................................... 4

1.1.2

Tổng quan về mơ hình mơ phỏng. ........................................................ 9

1.2

Tổng quan mơ hình lái xe trên thế giới. .................................................... 13

1.3

Tổng quan mơ hình lái xe trong nước. ...................................................... 14

1.4

Nghiên cứu, chọn phần mềm mô phỏng lái xe. ......................................... 15

1.4.1

Lựa chọn phần mềm mơ phỏng. ......................................................... 16

1.4.2

Chọn mơ hình mơ phỏng và những u cầu của mơ hình mơ phỏng. .. 18

1.4.3

Mục đích và nội dung nghiên cứu. ..................................................... 19

1.5

Kết luận Chương 1. .................................................................................. 20

iii


CHƯƠNG 2. TỔNG QUAN PHƯƠNG PHÁP ...................................................... 21
2.1

Vấn để giải quyết: .................................................................................... 21

2.2

Đổi mới, nâng cao đào tạo giảng dạy lái xe. ............................................. 23

2.3

Kết luận Chương 2. .................................................................................. 24

CHƯƠNG 3. PHƯƠNG PHÁP GIẢI QUYẾT....................................................... 25
3.1

Cơ sở lý thuyết hệ thống lái. ..................................................................... 25

3.1.1

Tổng quan về hệ thống lái trên ô tô: .................................................. 25

3.1.2

Nhiệm vụ và yêu cầu hoạt động của hệ thống lái trên ô tô:................. 26

3.2

Động lực học quay vịng trên ơ tơ: ............................................................ 26

3.2.1

Động học lái kiểu bàn xoay:............................................................... 26

3.2.2

Động học lái Ackerman: .................................................................... 27

3.2.3

Nguyên tắc của Ackerman và cơ cấu động học hình thang lái: .......... 28

3.3

Cấu tạo các chi tiết của hệ thống lái trên ô tô: ........................................... 30

3.4

Nhiệm vụ và cấu tạo của dẫn động lái trong hệ thống lái xe ô tô: ............. 30

3.5

Nhiệm vụ và cấu tạo của cơ cấu hệ thống lái trên ô tô: ............................. 31

3.6

Nhiệm vụ và cấu tạo của trợ lực lái trong hệ thống lái xe ô tô:.................. 32

3.7

Những cải tiến trong hệ thống lái trên ô tô:............................................... 33

3.7.1

Những nhược điểm của hệ thống trợ lực lái cơ khí: ........................... 33

3.8

Cấu tạo của hệ thống lái trợ lực thủy lực: ................................................. 33

3.9

Hệ thống lái trợ lực điện EPS trên ơ tơ: .................................................... 36

3.10

Tìm hiểu các thành phần trong bộ điều khiển. ....................................... 37

3.10.1

Tay lái Momo. ............................................................................... 38

3.10.2

Bộ nút nhấn. ................................................................................... 39

3.10.3

Mạch điều khiển Arduino Leonardo. .............................................. 39

iv

3.10.4

Mạch driver điều khiển động cơ BTS7960. ..................................... 49

3.10.5

Biến trở WH148 B10K. .................................................................. 52

3.10.6

Bộ biến đổi nguồn AC – DC. .......................................................... 55

3.10.7

Động cơ điện một chiều DC. .......................................................... 55

3.10.8

Động cơ Encoder 334. .................................................................... 58

3.11

Kết luận Chương 3. ............................................................................... 62

CHƯƠNG 4. TÍNH TỐN, THIẾT KẾ MƠ HÌNH LÁI XE ................................. 63
4.1

Tính tốn, thiết kế cơ khí mơ hình lái xe. .................................................. 63

4.2

Quy trình thiết kế bản vẽ 3D. .................................................................... 67

4.3

Sơ đồ mạch điện. ...................................................................................... 75

4.4

Tính ứng suất của mơ hình. ...................................................................... 76

4.5

Xây dựng bộ điều khiển mơ hình lái xe. ................................................... 82

4.5.1

Ghép nối mạch điều khiển và phần mềm mô phỏng. .......................... 82

4.5.2

Ghép nối mơ hình lái xe với bộ điều khiển. ........................................ 85

4.5.3

Sơ đồ cấu trúc hệ thống điều khiển mơ hình lái xe mơ phỏng 3D. ...... 92

4.6

Kết luận Chương 4. .................................................................................. 94

CHƯƠNG 5. THỰC THI VÀ ĐÁNH GIÁ ............................................................ 96
5.1

Thực thi, chế tạo mơ hình lái xe................................................................ 96

5.1.1

Lên bản vẽ thiết kế. ............................................................................ 96

5.1.2

Mua các vật dụng cần thiết: ............................................................. 100

5.1.3

Đo kích thước, cắt và hàn khung mơ hình. ....................................... 100

5.1.4

Mài và sơn khung sườn mơ hình. ..................................................... 102

5.1.5

Lắp đặt Encoder liên kết với mạch và vô lăng. ................................. 104

5.1.6

Kết nối phần điều khiển của mơ hình với phần mềm mô phỏng. ..... 105

v


5.1.7
5.2

Lập trình điều khiển mơ hình. .......................................................... 106

Thử nghiệm mơ hình. ............................................................................. 114

5.2.1

Thử nghiệm mơ phỏng lái 3D xe con với mơ hình mơ phỏng + phần

mềm mơ phỏng EURO TRUCK SIMULATOR 2. ....................................... 114
5.2.2

Mô phỏng chạy vào trời tối. ............................................................. 115

5.2.3

Mô phỏng chạy vào thời tiết mưa. .................................................... 116

5.2.4

Mô phỏng ở trạng thái ngày và và thời tiết bình thường ................... 117

5.3

Kết luận Chương 5. ................................................................................ 118

CHƯƠNG 6. ĐÁNH GIÁ KẾT QUẢ, KẾT LUẬN ............................................. 119
6.1

Kết quả đạt được. ................................................................................... 119

6.1.1

Nội dung cụ thể: .............................................................................. 119

6.1.2

Hạn chế: .......................................................................................... 120

6.2

Kiến nghị, hướng phát triển tiếp theo của đề tài. ..................................... 120

TÀI LIỆU THAM KHẢO ................................................................................... 121

vi


DANH MỤC CÁC TỪ VIẾT TẮT

1. µP hay Up: bộ Vi xử lý.
2. CPU: Central Processing Unit hay còn gọi là bộ xử lý trung tâm.
3. IC: Integrated Circuit hay cịn được gọi là vi mạch tích hợp, mạch tích hợp.
4. PID là sự kết hợp của 3 bộ điều khiển: tỉ lệ, tích phân và vi phân, có khả năng
điều chỉnh sai số thấp nhất có thể, tăng tốc độ đáp ứng, giảm độ vọt lố, hạn chế sự

dao động.
5. CNC: Computer Numerical Control là một dạng máy được điều khiển tự động
dưới sự trợ giúp của máy tính. Các bộ phận trong đó tự động lập trình để hoạt động
theo chuỗi sự kiện mà người dùng thiết lập để tạo ra được sản phẩm có hình dạng và
kích thước theo yêu cầu.
6. ALU (Arithmetic Logic Unit) là một mạch điện tử thực hiện phép tính số học
và logic. ALU là thành phần cơ bản của CPU của một máy tính có chức năng thực
hiện các phép tốn số học và logic sau đó trả lại kết quả cho thanh ghi và bộ nhớ.
7. Bus còn được gọi là bus địa chỉ, bus dữ liệu hoặc bus cục bộ. Bus là đường
truyền tín hiệu điện, kết nối các thiết bị khác nhau trong một hệ thống máy tính. Một
bus là một đường dẫn chung từ bên này sang bên kia mà dữ liệu có thể di chuyển
trong phạm vi máy tính. Đường dẫn này được sử dụng cho liên lạc và có thể được
thiết lập giữa hai hay nhiều yếu tố máy tính. Bus có nhiều dây dẫn được gắn trên bo
mạch chủ. Trên các dây dẫn này có các đầu nối đưa ra, chúng được sắp xếp và cách
nhau theo khoảng các quy định để có thể cắm vào đó những I/O board hay board bộ
nhớ ( hệ thống bus).
8. ADC: “Analog-to-Digital Converter.” Vì máy vi tính chỉ xử lý thông tin kỹ
thuật số nên chúng yêu cầu đầu vào kỹ thuật số. Do đó, nếu một đầu vào tương tự
được gửi đến máy tính, thì cần phải có bộ chuyển đổi tương tự sang số (ADC). Thiết
bị này có thể lấy một tín hiệu tương tự, chẳng hạn như dịng điện, và số hóa nó thành
một định dạng số nhị phân mà máy tính có thể hiểu được ADC cũng có thể là viết tắt

vii


của “Apple Display Connector”, là một đầu nối video độc quyền do Apple phát triển.
Nó kết hợp DVI, USB và nguồn AC vào một cáp duy nhất. Apple đã ngừng sản xuất
máy tính có cổng kết nối ADC vào năm 2004 để ủng hộ kết nối DVI tiêu chuẩn.
9. DAC: Digital to Analog Converter – bộ chuyển đổi tín hiệu điện tử thành
analog. Nhạc analog là âm thanh gốc, âm thanh mà chúng ta nghe bình thường, có

dạng sóng hình sin, thường được lựa trực tiếp trên đĩa than. Đây là định dạng âm
thanh gần như cao nhất, gần với thực tế nhất.
10. PWM: Pulse Width Modulation, có nghĩa là phương pháp điều chỉnh điện áp
tải, hay hiểu đơn giản hơn đây là phương pháp điều chỉnh, thay đổi điện áp tải ra bằng
việc thay đổi độ rộng của chuỗi xung vng, từ đó có sự thay đổi điện áp.
11. Mã BCD: binary - coded decimal là một lớp mã hóa nhị phân của số thập phân
trong đó mỗi chữ số thập phân được biểu diễn bởi một số cố định các bit, thường là
4 hoặc 8.
12. MCS-48: là vi điều khiển đầu tiên của Intel.
13. MCS-51: là sê-ri thay thế của MCS-48 được dùng khá phổ biến do chi phí
thấp, tính sẵn sàng rộng rãi, Bởi vì điều này, nó được sử dụng nhiều trong các thiết
bị điện tử tiêu dùng có khối lượng lớn như TV, điều khiển TV, đồ chơi và các thiết
bị khác trong đó cắt giảm chi phí là điều cần thiết.
14. Thanh ghi SFR: Special Function Register là thanh ghi chức năng đặc biệt
trong mạch vi điều khiển.
15. PC: là (Program Counter) thanh ghi bộ đếm chương trình.
16. ROM: Read Only Memory là một loại bộ nhớ được sử dụng để lưu vĩnh viễn
các chương trình được thực thi.
17. RAM: Random Access Memory là 1 bộ nhớ sử dụng cho các dữ liệu lưu trữ
tạm thời và kết quả trung gian được tạo ra và được sử dụng trong quá trình hoạt động
của vi điều khiển.
18. EEPROM: Electrically Erasable Programmable ROM là một kiểu đặc biệt của
bộ nhớ chỉ có ở một số loại vi điều khiển.
19. I/O Ports: In/Out cổng ra và vào.

viii


20. PSEN: Program store enable.
21. VDK: Vi Điều Khiển.

22. UART: “Universal Asynchronous Receiver / Transmitter”.
23. TTL: Transistor – transistor logic.
24. ISR: (Interrupt Service Routine).
25. LCD: Liquid - Crystal Display.
26. Vcc là điện thế + cho cực C của BJT.
27. Vee là điện thế – cho cực E của BJT.
28. Vdd là điện thế + cho cực D của CMOS.
29. Vss là điện thế + cho cực S của CMOS.
30. RS: (Register Select).
31. IE: Interrupt Enable.
32. Instruction Pointer (IP): là những thanh ghi 16-bit lưu trữ địa chỉ offset của
instruction tiếp theo để thực thi.
33. ADC: Analog – to - Digital Converter là hệ thống mạch thực hiện chuyển đổi
một tín hiệu analog.
34. CS: Chip Select là chân chọn chip tích cực ở mức thấp nghĩa là muốn chân
này làm việc thì ta phải nối mass cịn khơng làm việc thì ta nối lên V+.
35. RD: Read chân xác định chiều dữ liệu từ bộ nhớ.
36. WR: Write ngược lại với chân RD.
37. ETS 2: EURO TRUCK SIMULATOR 2.
38. XL: Extreme Large.
39. CISC: Complex Instruction Set Computer.
40. PEROM: Programmable and Erasable Read Only Memory.
41. IP: Instruction Pointer là những thanh ghi 16-bit lưu trữ địa chỉ offset của
instruction tiếp theo để thực thi.
42. RETI: RETURN FROM INTERRUPTS là lệnh trở về từ chương trình phục
vụ ngắt.

ix

43. EHPS: Electro Hydraulic Power Steering hệ thống lái trợ lực thủy lực điều
khiển bằng điện tử.
44. EPS: Electrically Power Steering hệ thống lái trợ lực điện.
45. AC: Alternating Current điện xoay chiều.
46. DC: Direct Current điện một chiều.
47. USB: Universal Serial Bus là cổng kết nối cáp tiêu chuẩn cho máy tính cá
nhân và những thiết bị điện tử tiêu dùng.
48. SPI: Serial Peripheral Interface.
49. I2C: là cụm từ Inter - Integrated Circuit.
50. TX: transmitter là thiết bị truyền tín hiệu điều khiển, thường là tay điều khiển.
51. RX: receiver là thiết bị nhận tín hiệu điều khiển, thường được gắn trên mơ
hình điều khiển.
52. SDA: (Serial Data) - đường truyền cho master và slave để gửi và nhận dữ liệu.
53. SCL: (Serial Clock) - đường mạng tín hiệu xung nhịp.
54. ICPS: In - Circuit Serial Programming - Một tính năng được sử dụng để lập
trình Arduino với một Arduino khác.
55. MOSI: (Master Out Slave In) hay SI - cổng ra của bên master, cổng vào của
bên bị động, dành cho việc truyền dữ liệu từ thiết bị master đến thiết bị slave.
56. MISO: (Master In Slave Out) hay SO — cổng vào của bên master, cổng ra
của bên bị động, dành cho việc truyền dữ liệu từ thiết bị slave đến thiết bị master.
57. SCLK: (Serial Clock) hay SCK - tín hiệu xung clock nối tiếp, dành cho việc
truyền tín hiệu dành cho thiết bị slave.
58. CS hay SS (Chip Select, Slave Select): chọn vi mạch, chọn thiết bị slave.
59. IDE: “Integrated Development Environment”.
60. RISC: Reduced Instructions Set Computer - Máy tính với tập lệnh đơn giản
hóa.
61. AVR: (Automatic Voltage Regulator) là hệ thống tự động điều khiển điện áp
đầu cực máy phát điện thông qua tác động vào hệ thống kích từ của máy phát điện để
đảm bảo điện áp tại đầu cực máy phát trong giới hạn cho phép.

x


DANH SÁCH CÁC HÌNH
Chương 1:
Hình 1. 1 Hình trình bày các điểm khác biệt cơ bản giữa mơ hình giải tích và mơ
hình mơ phỏng......................................................................................................... 6
Hình 1. 2 Mơ hình mơ phỏng lái máy bay 3D (nguồn: Internet) ............................. 10
Hình 1. 3 Cabin lái xe mô phỏng 3D (nguồn: Internet) .......................................... 11
Hình 1. 4 Hệ thống lái mơ phỏng (nguồn: Internet)................................................ 12
Hình 1. 5 Đua xe mơ phỏng 3D (nguồn: Internet) .................................................. 13
Hình 1. 6 Cabin mơ phỏng lái xe của Việt Nam (nguồn: Internet).......................... 14
Hình 1. 7 Sơ đồ cấu trúc ........................................................................................ 15
Hình 1. 8 Giao diện chính của phần mềm mơ phỏng 3D ........................................ 17
Hình 1. 9 Mơ phỏng lái 3D (nguồn: Internet) ......................................................... 18
Hình 1. 10 Mơ hình hệ thống lái (nguồn: Internet) ................................................. 19
Chương 2:
Hình 2. 1 Đạp nhầm chân ga và chân phanh (nguồn: Internet) ............................... 21
Hình 2. 2 Đánh thiếu, thừa lái (nguồn: Internet)..................................................... 22
Chương 3:
Hình 3. 1 Sơ đồ cấu tạo hệ thống lái trên ơ tơ BMW (nguồn: Internet) .................. 25
Hình 3. 2 Động học lái bàn xoay trong hệ thống lái trên ơ tơ (nguồn: Internet) ...... 26
Hình 3. 3 Sơ đồ nguyên lý động học lái Ackerman (nguồn: Internet) ..................... 28
Hình 3. 4 Cơ cấu hình thang lái trong hệ thống lái trên ơ tơ (nguồn: Internet) ........ 29
Hình 3. 5 Cấu tạo trục lái của hệ thống lái trên ô tô (nguồn: Internet) .................... 30
Hình 3. 6 Sơ đồ cấu tạo cơ cấu lái Ecu bi tuần hoàn trợ lực điện EPS (nguồn:
Internet) ................................................................................................................. 31
Hình 3. 7 Sơ đồ cấu tạo hệ thống lái trợ lực thủy lực trên ô tô (nguồn: Internet) .... 32
Hình 3. 8 Sơ đồ cấu tạo hệ thống lái trợ lực thủy lực trên ô tô BMW (nguồn:
Internet) ................................................................................................................. 33

xi


Hình 3. 9 Sơ đồ nguyên lý làm việc hệ thống lái trợ lực thủy lực (nguồn: Internet)
.............................................................................................................................. 34
Hình 3. 10 Cấu tạo bơm thủy lực trong hệ thống lái trợ lực thủy lực trên ơ tơ
(nguồn: Internet) .................................................................................................... 35
Hình 3. 11 Sơ đồ cấu tạo hệ thống lái trợ lực điện EPS (nguồn: Internet) .............. 36
Hình 3. 12 Các thành phần trong mạch điều khiển ................................................. 37
Hình 3. 13 Tay lái Momo (nguồn: Internet) ........................................................... 38
Hình 3. 14 Mạch Arduino Leonardo (nguồn: Internet) ........................................... 39
Hình 3. 15 Sơ đồ bố trí chân của mạch Arduino Leonardo (nguồn: Internet) ......... 42
Hình 3. 16 Giao diện Arduino IDE ........................................................................ 47
Hình 3. 17 Thanh cơng cụ...................................................................................... 48
Hình 3. 18 Mạch điều khiển động cơ DC BTS7960 (nguồn: Internet) .................... 49
Hình 3. 19 Sơ đồ chân động cơ DC BTS7960 (nguồn: Internet) ............................ 50
Hình 3. 20 Biến trở WH148 B10K (nguồn: Internet) ............................................. 52
Hình 3. 21 Cấu tạo biến trở (nguồn: Internet) ........................................................ 53
Hình 3. 22 Cấu tạo động cơ một chiều DC (nguồn: Internet) ................................. 55
Hình 3. 23 Động cơ Encoder 334 xung mini (nguồn: Internet) ............................... 58
Hình 3. 24 Sơ đồ các chân của động cơ Encoder 334 (nguồn: Internet) ................. 59
Chương 4:
Hình 4. 1 Hình chiếu đứng, bằng, cạnh của mơ hình .............................................. 64
Hình 4. 2 Hình Điểm cắt, Mặt cắt, Trích từ mặt cắt AA ......................................... 65
Hình 4. 3 Giao diện Solidwork .............................................................................. 67
Hình 4. 4 Ba mặt phẳng hình chiếu ........................................................................ 68
Hình 4. 5 Giao diện các lệnh.................................................................................. 68
Hình 4. 6 Chỉnh đơn vị .......................................................................................... 69
Hình 4. 7 Tiết diện của thanh sắt ........................................................................... 70

Hình 4. 8 Bề dày của thanh sắt .............................................................................. 71
Hình 4. 9 Giao diện Boss - Extrude ....................................................................... 71
Hình 4. 10 Giao diện lệnh copy bodies .................................................................. 72

xii


Hình 4. 11 Giao diện Piane .................................................................................... 72
Hình 4. 12 Bản vẽ 3D khung sườn ......................................................................... 73
Hình 4. 13 Mơ hình mơ phỏng 3D ......................................................................... 74
Hình 4. 14 Sơ đồ khối mạch điện điều khiển.......................................................... 75
Hình 4. 15 Nhập thơng số vật liệu.......................................................................... 76
Hình 4. 16 Cố định mặt phẳng ............................................................................... 77
Hình 4. 17 Đặt lực trên mơ hình ............................................................................ 78
Hình 4. 18 Kiểm tra ứng suất ................................................................................. 79
Hình 4. 19 Kiểm tra hệ số an tồn.......................................................................... 80
Hình 4. 20 Kiểm tra biểu đồ chuyển vị .................................................................. 81
Hình 4. 21 Ứng dụng Euro Truck Simulator 2 ....................................................... 85
Hình 4. 22 Liên kết Motor Driver BTS7960 và Motor DC 12V ............................. 86
Hình 4. 23 Liên kết biến trở WH148B10 và mạch Arduino Leonardo.................... 87
Hình 4. 24 Liên kết Encoder và Motor Driver BTS7960 ........................................ 88
Hình 4. 25 Liên kết Arduino Leonardo và Motor Driver BTS7960 ........................ 89
Hình 4. 26 Liên kết hộp số và mạch Arduino ......................................................... 90
Hình 4. 27 Sơ đồ mạch hồn chỉnh ........................................................................ 90
Hình 4. 28 Sơ đồ cấu trúc hệ thống điều khiển mơ hình ......................................... 92
Hình 4. 29 Lưu đồ thuật tốn ................................................................................. 93
Chương 5:
Hình 5. 1 Bản vẽ thiết kế khung sườn mơ hình ...................................................... 96
Hình 5. 2 Phần đế khung ....................................................................................... 97
Hình 5. 3 Dựng phần khung................................................................................... 98

Hình 5. 4 Phần khung hồn chỉnh của mơ hình ...................................................... 99
Hình 5. 5 Cắt sắt .................................................................................................. 100
Hình 5. 6 Hàn sắt tạo khung của mơ hình ............................................................ 101
Hình 5. 7 Mài láng bề mặt khung......................................................................... 102
Hình 5. 8 Sơn khung sườn của mơ hình ............................................................... 103
Hình 5. 9 Lắp đặt phần mềm điều khiển .............................................................. 104

xiii


Hình 5. 10 Thử nghiệm phần điều khiển .............................................................. 105
Hình 5. 11 Giao diện khung XLoader .................................................................. 107
Hình 5. 12 Giao diện Devices and Printers .......................................................... 108
Hình 5. 13 Giao diện Game Controllers ............................................................... 109
Hình 5. 14 Giao diện PC/PS3/Android ................................................................ 109
Hình 5. 15 Giao diện TVN Volants/ XY Axis...................................................... 110
Hình 5. 16 Giao diện TVN Volants/ Axis ............................................................ 111
Hình 5. 17 Giao diện TVN Volants/ Mix ............................................................. 112
Hình 5. 18 Giao diện TVN Volants/ Axis ............................................................ 112
Hình 5. 19 Giao diện TVN Volants/ Calibrate ..................................................... 113
Hình 5. 20 Xe mơ phỏng trong phần mềm ........................................................... 114
Hình 5. 21 Mơ phỏng ban đêm ............................................................................ 115
Hình 5. 22 Mơ phỏng thời tiết mưa ...................................................................... 116
Hình 5. 23 Mơ phỏng lái xe ở trạng thái bình thường........................................... 117

xiv


DANH SÁCH CÁC BẢNG

Chương 3:
Bảng 3. 1 Bảng thông số kỹ thuật của Arduino Leonardo ...................................... 41
Bảng 3. 2 Bảng thông số kỹ thuật của động cơ DC BTS7960 ................................ 50
Bảng 3. 3 Bảng chức năng các chân của động cơ DC BTS7960 ............................. 51
Bảng 3. 4 Bảng thông số kỹ thuật của biến trở WH148 B10K ............................... 54
Bảng 3. 5 Bảng thông số kỹ thuật động cơ Encoder 334 ........................................ 58

xv


LỜI MỞ ĐẦU
1. Trong thời đại phát triển của khoa học kỹ thuật ngày nay, mọi công việc mà
trước đây phải trực tiếp làm việc với nó, thì ngày nay được thay thế bằng các dây
chuyền sản xuất, điều khiển và xử lý công việc từ xa bằng các thiết bị tiên tiến mà
khoa học kỹ thuật mang lại. Ngày nay với sự phát triển của công nghiệp vi điều khiển,
điện tử, kỹ thuật số, các hệ thống điều khiển dần dần được tự động hoá với những kỹ
thuật tiên tiến như vi xử lý, vi mạch số….. được ứng dụng vào lĩnh vực điều khiển,
thì các hệ thống điều khiển cơ khí thơ sơ với tốc độ xử lý chậm, ít chính xác sẽ được
thay thế bằng các chương trình điều khiển tự động với các lệnh chương trình đã được
con người chúng ta thiết lập trước. Đặc biệt với ngành cơ điện tử thì kỹ thuật lập trình
vi điều khiển và điều khiển động cơ từ xa là được áp dụng rộng rãi nhất. Hầu hết
trong các nhà máy xí nghiệp hiện nay, mọi cơng việc dần dần được tự động hóa hồn
tồn.
2. Cùng với sự phát triển của kỹ thuật, mơ hình hóa bằng phương pháp khoa học
dựa trên việc xây dựng mơ hình của đối tượng nghiên cứu, sao cho việc nghiên cứu
mơ hình cho ta những thơng tin (về thuộc tính, cấu trúc, chức năng, cơ chế vận
hành….) tương tự đối tượng nghiên cứu đó. Cơ sở logic của phương pháp mơ hình
hóa là phép loại suy. Phương pháp mơ hình hóa cho phép tiến hành nghiên cứu trên
những mơ hình (vật chất hay ý niệm tư duy) do người nghiên cứu tạo ra (lớn hơn,
bằng hoặc nhỏ hơn đối tượng thực) để thay thế việc nghiên cứu đối tượng thực. Điều

này thường xảy ra khi người nghiên cứu khơng thể hoặc rất khó nghiên cứu đối tượng
thực trong điều kiện thực tế. Phương pháp mơ hình hóa xem xét đối tượng nghiên cứu
như một hệ thống (tổng thể), song tách ra từ hệ thống (đối tượng) các mối quan hệ,
liên hệ có tính quy luật có trong thực tế nghiên cứu, phản ánh được các mối quan hệ,
liên hệ đó của các yếu tố cấu thành hệ thống đó là sự trừu tượng hóa hệ thống thực.
3. Trong đó việc nghiên cứu, phát triển mơ hình mơ phỏng lái xe 3D cũng là một
trong những trọng tâm được rất nhiều các nhà khoa học hay các tổ chức phát triển

1


nhằm tạo ra những mơ hình mang tính thực tế cao giúp cho cuộc sống của chúng ta
ngày càng phát triển hơn.
4. Đề tài nhằm nghiên cứu, thiết kế, chế tạo một mơ hình mơ phỏng lái xe 3D
nhằm mơ phỏng lại quá trình lái xe trong thực tế. Giúp chúng ta hiểu được quá trình
một chiếc xe đang chạy sẽ có những bậc tự do nào tác dụng lên và nguyên lý hoạt
động của một chiếc xe. Phạm vi nghiên cứu của đề tài:
-

Thiết kế cơ khí và tính tốn mơ hình lái xe .

-

Nghiên cứu, xây dựng bộ điều khiển phù hợp với mơ hình lái xe.

5. Kết quả đạt được: Mơ hình lái xe được ứng dụng vào thực tế như một phương
tiện cho người học lái xe thực hành, hơn thế nó cịn là một cơng cụ giải trí cho những
người u thích các trị chơi đua xe.
6. Bố cục đồ án:
-

Đồ án gồm 6 chương.

Mở đầu.
Chương 1. Tổng Quan Về Mơ Hình Lái Xe, Phần Mềm Mơ Phỏng.
-

Tổng quan mơ phỏng và mơ hình mơ phỏng.

-

Tổng quan về mơ hình lái xe trên thế giới.

-

Tổng quan về mơ hình lái xe trong nước.

-

Nghiên cứu, chọn phần mềm mô phỏng lái xe.

-

Kết luận chương 1.

Chương 2. Tổng Quan Phương Pháp.
-

Vấn đề giải quyết.

-

Đổi mới, nâng cao đào tạo giảng dạy lái xe.

-

Kết luận chương 2.

Chương 3. Phương Pháp Giải Quyết.
-

Cơ sở lý thuyết về hệ thống lái.

-

Động lực học quay vịng trên ơ tơ.

-

Cấu tạo các chi tiết của hệ thống lái trên ô tô.

2


-

Nhiệm vụ và cấu tạo của dẫn động lái trong hệ thống lái xe ô tô.

-

Nhiệm vụ và cấu tạo của cơ cấu hệ thống lái trên ô tô.

-

Nhiệm vụ và cấu tạo của trợ lực lái trong hệ thống lái xe ô tô.

-

Những cải tiến trong hệ thống lái trên ô tô.

-

Cấu tạo của hệ thống lái trợ lực thủy lực.

-

Hệ thống lái trợ lực điện EPS trên ô tơ.

-

Tìm hiểu các thành phần trong bộ điều khiển.

-

Kết luận chương 3.

Chương 4. Tính Tốn, Thiết Kế Mơ Hình Lái Xe.
-

Tính tốn, thiết kế cơ khí mơ hình lái xe.

-

Sơ đồ mạch điện.

-

Kiểm tra tính bền kết cấu của khung mơ hình.

-

Xây dựng bộ điều khiển mơ hình lái xe.

-

Kết luận chương 4.

Chương 5. Thực Nghiệm Và Đánh Giá.
-

Thực thi, chế tạo mơ hình lái xe.

-

Thử nghiệm mơ hình.

-

Kết luận chương 5.

Chương 6. Đánh Giá Kết Quả, Kết Luận.
-

Kết quả đạt được.

-

Kiến nghị, hướng phát triển tiếp theo của đề tài.

3


CHƯƠNG 1.

TỔNG QUAN VỀ MƠ HÌNH LÁI XE, PHẦN MỀM
MƠ PHỎNG
1.1 Tổng quan mơ phỏng và mơ hình mơ phỏng.
1.1.1 Tổng quan về mô phỏng. [1]
1.1.1.1 Phương pháp mô phỏng.
-

Mô phỏng là sự bắt chước một quá trình hay một hệ thống thực theo thời gian.

-

Mô phỏng được sử dụng để mơ tả và phân tích hành vi của một hệ thống.

-

Rút ra kết luận liên quan đến đặc tính hoạt động của hệ thống thực.

-

Hỗ trợ trong việc thiết kế các hệ thống.

1.1.1.2 Mục đích mơ phỏng.
-

Mơ phỏng được thực hiện cho những mục đích (theo Pedgen et al., 1995):

+ Có được cái nhìn sâu sắc về các hoạt động của một hệ thống.
+ Hệ thống là rất phức tạp và rất khó để hiểu được hoạt động và tương tác trong
hệ thống mà khơng có một mơ hình mơ phỏng.
+ Nói cách khác, khi hệ thống khơng thể ngừng để nghiên cứu hoặc cần kiểm tra
các thành phần riêng biệt của một hệ thống trong sự cô lập.
+ Một ví dụ điển hình là cố gắng tìm hiểu về quá trình sản xuất bị thắt cổ chai xảy
ra.
-

Thay đổi nguyên tắc điều hành hoặc tài nguyên:

+ Khi chúng ta có những hệ thống hiện có hoạt động chưa tốt, chúng ta khơng
hiểu về nó chưa muốn cải thiện.
+ Có hai cách cơ bản là thay đổi nguyên tắc điều hành hoặc tài nguyên.

4


-

Kiểm tra các khái niệm mới:

+ Nếu một hệ thống thực chưa có, hoặc bạn đang cần xem xét về việc mua hệ
thống mới.
+ Chi phí xây dựng mơ hình một hệ thống mới có thể rất nhỏ so với vốn đầu tư
tham gia vào lắp đặt bất kỳ quá trình sản xuất.
+ Ngồi ra, việc sử dụng một mơ hình mơ phỏng có thể giúp tinh chỉnh thiết bị
được lựa chọn trước khi đưa vào hoạt động.
-

Có được thơng tin mà không làm ảnh hưởng đến hệ thống thực tế.

+ Thử nghiệm cho các hệ thống mà nó khơng thể thử nghiệm trực tiếp.
1.1.1.3 Ưu điểm và nhược điểm của mơ phỏng.
-

Ưu điểm của mơ phỏng:

+ Có khả năng nghiên cứu các hệ thống phức tạp, các yếu tố ngẫu nhiên, phi tuyến.
+ Có thể đánh giá các đặc tính của hệ thống làm việc trong các điều kiện dự kiến
trước, hoặc ngay cả khi hệ thống còn trong giai đoạn thiết kế khảo sát, hệ thống chưa
tồn tại.
+ Giúp hiểu được quá trình vận hành của hệ thống.
+ Xác định được các điểm thắt cổ chai của hệ thống.
+ Có thể so sánh, đánh giá các phương án khác nhau của hệ thống.
+ Có thể nghiên cứu các giải pháp điều khiển hệ thống.
-

Nhược điểm của mô phỏng:

+ Phương pháp mơ phỏng địi hỏi các cơng cụ mơ phỏng đắt tiền như máy tính,
phần mềm chuyên dụng.

5