Nghiên cứu thiết kế hệ thống cruise control cho xe ô tô điện
Bạn đang xem bản rút gọn của tài liệu. Xem và tải ngay bản đầy đủ của tài liệu tại đây (5.96 MB, 116 trang )
TRƯỜNG ĐẠI HỌC SƯ PHẠM KỸ THUẬT THÀNH PHỐ HỒ CHÍ MINH
KHOA CƠ KHÍ ĐỘNG LỰC
ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP
NGHIÊN CỨU, THIẾT KẾ
HỆ THỐNG CRUISE CONTROL CHO XE Ô TÔ ĐIỆN
SVTH:
TRỊNH TRUNG DŨNG
MSSV:
16145351
SVTH:
PHAN HỮU THẮNG
MSSV:
16145526
GVHD: ThS. VŨ ĐÌNH HUẤN
Tp. Hồ Chí Minh, tháng 8 năm 2020
TRƯỜNG ĐẠI HỌC SƯ PHẠM KỸ THUẬT THÀNH PHỐ HỒ CHÍ MINH
KHOA CƠ KHÍ ĐỘNG LỰC
ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP
Chuyên ngành: Cơng nghệ Kỹ thuật Ơ tơ
Tên đề tài
NGHIÊN CỨU, THIẾT KẾ
HỆ THỐNG CRUISE CONTROL CHO XE Ô TÔ ĐIỆN
SVTH:
TRỊNH TRUNG DŨNG
MSSV:
16145351
SVTH:
PHAN HỮU THẮNG
MSSV:
16145526
GVHD: ThS. VŨ ĐÌNH HUẤN
Tp. Hồ Chí Minh, tháng 8 năm 2020
TRƯỜNG ĐH SƯ PHẠM KỸ THUẬT
CỘNG HÒA XÃ HỘI CHỦ NGHĨA VIỆT NAM
TP. HỒ CHÍ MINH
Độc Lập – Tự Do – Hạnh Phúc
KHOA CƠ KHÍ ĐỘNG LỰC
TP. Hồ Chí Minh, ngày ….. tháng ..… năm ……
NHIỆM VỤ ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP
Họ tên sinh viên: 1. Phan Hữu Thắng
MSSV: 16145526
(E-mail: Điện thoại: 0329300674 )
2. Trịnh Trung Dũng
MSSV: 16145351
(E-mail: Điện thoại:0772048258 )
Ngành: Cơng nghệ Kỹ thuật Ơ tơ
Khóa: 2016-2020
Lớp: 161452A
1. Tên đề tài: Nghiên cứu, thiết kế hệ thống Cruise Control cho xe ô tô điện
2. Nhiệm vụ đề tài
- Nghiên cứu nguyên lý hoạt động của hệ thống Adaptive Cruise Control
- Nghiên cứu nguyên lý hoạt động của hệ thống điều khiển xe ô tô điện
- Nghiên cứu thiết kế hệ thống Cruise Control cho xe ô tô điện
- Tiến hành lắp đặt hệ thống Cruise Control cho xe ô tô điện
3. Sản phẩm của đề tài: Hệ thống Cruise Control cho xe ô tô điện
4. Ngày giao nhiệm vụ đề tài: 22/02/2020
5. Ngày hoàn thành nhiệm vụ: 17/08/2020
TRƯỞNG BỘ MÔN
CÁN BỘ HƯỚNG DẪN
TRƯỜNG ĐẠI HỌC SƯ PHẠM KỸ THUẬT TP. HCM CỘNG HỒ XÃ HỘI CHỦ NGHĨA VIỆT NAM
KHOA CƠ KHÍ ĐỘNG LỰC
Độc lập - Tự do – Hạnh phúc
Bộ môn Điện tử Ơ tơ
PHIẾU NHẬN XÉT ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP
(Dành cho giảng viên hướng dẫn)
Họ và tên sinh viên: Phan Hữu Thắng
MSSV: 16145526
Họ và tên sinh viên: Trịnh Trung Dũng
MSSV: 16145351
Tên đề tài: Nghiên cứu, thiết kế hệ thống Cruise Control cho xe ô tô điện
Ngành đào tạo: Công nghệ Kỹ thuật Ơ tơ
Họ và tên GV hướng dẫn: ThS. Vũ Đình Huấn
Ý KIẾN NHẬN XÉT
1. Nhận xét về tinh thần, thái độ làm việc của sinh viên
...................................................................................................................................................................................
...................................................................................................................................................................................
...................................................................................................................................................................................
...................................................................................................................................................................................
2. Nhận xét về kết quả thực hiện của ĐATN
2.1.Kết cấu, cách thức trình bày ĐATN:
...................................................................................................................................................................................
...................................................................................................................................................................................
...................................................................................................................................................................................
...................................................................................................................................................................................
...................................................................................................................................................................................
2.2 Nội dung đồ án:
(Cơ sở lý luận, tính thực tiễn và khả năng ứng dụng của đồ án, các hướng nghiên cứu có thể tiếp tục phát triển)
...................................................................................................................................................................................
...................................................................................................................................................................................
...................................................................................................................................................................................
...................................................................................................................................................................................
2.3.Kết quả đạt được:
...................................................................................................................................................................................
...................................................................................................................................................................................
...................................................................................................................................................................................
...................................................................................................................................................................................
2.4. Những tồn tại (nếu có):
....................................................................................................................................................................................
....................................................................................................................................................................................
....................................................................................................................................................................................
.....................................................................................................................................................................................
3. Đánh giá:
1.
2.
Điểm tối
đa
Mục đánh giá
TT
Hình thức và kết cấu ĐATN
Điểm đạt
được
30
Đúng format với đầy đủ cả hình thức và nội dung của các mục
10
Mục tiêu, nhiệm vụ, tổng quan của đề tài
10
Tính cấp thiết của đề tài
10
Nội dung ĐATN
50
Khả năng ứng dụng kiến thức toán học, khoa học và kỹ thuật, khoa học
xã hội…
5
Khả năng thực hiện/phân tích/tổng hợp/đánh giá
10
Khả năng thiết kế chế tạo một hệ thống, thành phần, hoặc quy trình đáp
ứng yêu cầu đưa ra với những ràng buộc thực tế.
15
Khả năng cải tiến và phát triển
15
Khả năng sử dụng công cụ kỹ thuật, phần mềm chuyên ngành…
5
3.
Đánh giá về khả năng ứng dụng của đề tài
10
4.
Sản phẩm cụ thể của ĐATN
10
Tổng điểm
100
4. Kết luận:
Được phép bảo vệ
Không được phép bảo vệ
TP.HCM, ngày
tháng
năm 2020
Giảng viên hướng dẫn
(Ký, ghi rõ họ tên)
TRƯỜNG ĐẠI HỌC SƯ PHẠM KỸ THUẬT TP. HCM CỘNG HỒ XÃ HỘI CHỦ NGHĨA VIỆT NAM
KHOA CƠ KHÍ ĐỘNG LỰC
Độc lập - Tự do – Hạnh phúc
Bộ môn Điện tử Ơ tơ
PHIẾU NHẬN XÉT ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP
(Dành cho giảng viên phản biện)
Họ và tên sinh viên: Phan Hữu Thắng
MSSV: 16145526
Họ và tên sinh viên: Trịnh Trung Dũng
MSSV: 16145351
Tên đề tài: Nghiên cứu, thiết kế hệ thống Cruise Control cho xe ô tô điện
Ngành đào tạo: Công nghệ Kỹ thuật Ơ tơ
Họ và tên GV phản biện: (Mã GV) ............................................................................................
Ý KIẾN NHẬN XÉT
1. Kết cấu, cách thức trình bày ĐATN:
...................................................................................................................................................................................
...................................................................................................................................................................................
...................................................................................................................................................................................
2. Nội dung đồ án:
(Cơ sở lý luận, tính thực tiễn và khả năng ứng dụng của đồ án, các hướng nghiên cứu có thể tiếp tục phát triển)
...................................................................................................................................................................................
...................................................................................................................................................................................
...................................................................................................................................................................................
....................................................................................................................................................................................
3. Kết quả đạt được:
...................................................................................................................................................................................
...................................................................................................................................................................................
...................................................................................................................................................................................
....................................................................................................................................................................................
4. Những thiếu sót và tồn tại của ĐATN:
...................................................................................................................................................................................
...................................................................................................................................................................................
5. Câu hỏi:
.................................................................................................................................................................................
.................................................................................................................................................................................
.................................................................................................................................................................................
...................................................................................................................................................................................
...................................................................................................................................................................................
...................................................................................................................................................................................
...................................................................................................................................................................................
...................................................................................................................................................................................
...................................................................................................................................................................................
6. Đánh giá:
1.
2.
Điểm tối
đa
Mục đánh giá
TT
Hình thức và kết cấu ĐATN
Điểm đạt
được
30
Đúng format với đầy đủ cả hình thức và nội dung của các mục
10
Mục tiêu, nhiệm vụ, tổng quan của đề tài
10
Tính cấp thiết của đề tài
10
Nội dung ĐATN
50
Khả năng ứng dụng kiến thức toán học, khoa học và kỹ thuật, khoa học
xã hội…
5
Khả năng thực hiện/phân tích/tổng hợp/đánh giá
10
Khả năng thiết kế, chế tạo một hệ thống, thành phần, hoặc quy trình
đáp ứng yêu cầu đưa ra với những ràng buộc thực tế.
15
Khả năng cải tiến và phát triển
15
Khả năng sử dụng công cụ kỹ thuật, phần mềm chuyên ngành…
5
3.
Đánh giá về khả năng ứng dụng của đề tài
10
4.
Sản phẩm cụ thể của ĐATN
10
Tổng điểm
100
7. Kết luận:
Được phép bảo vệ
Không được phép bảo vệ
TP.HCM, ngày
tháng
năm 2020
Giảng viên phản biện
(Ký, ghi rõ họ tên)
TRƯỜNG ĐẠI HỌC SƯ PHẠM KỸ THUẬT
THÀNH PHỐ HỒ CHÍ MINH
KHOA CƠ KHÍ ĐỘNG LỰC
XÁC NHẬN HỒN THÀNH ĐỒ ÁN
Tên đề tài: Nghiên cứu, thiết kế hệ thống Cruise Control cho xe ô tô điện
Họ và tên Sinh viên: Phan Hữu Thắng
Trịnh Trung Dũng
MSSV: 16145526
MSSV: 16145351
Ngành: Công nghệ Kỹ thuật ô tô
Sau khi tiếp thu và điều chỉnh theo góp ý của Giảng viên hướng dẫn, Giảng viên phản
biện và các thành viên trong Hội đồng bảo về. Đồ án tốt nghiệp đã được hoàn chỉnh
đúng theo yêu cầu về nội dung và hình thức.
Chủ tịch Hội đồng:
Giảng viên hướng dẫn:
Giảng viên phản biện:
Tp. Hồ Chí Minh, ngày
tháng
năm 20…
LỜI CẢM ƠN
Lời đầu tiên nhóm em xin gửi lời cảm ơn chân thành đến q thầy, cơ Khoa Cơ
Khí Động Lực Trường Đại học Sư phạm Kỹ thuật Thành phố Hồ Chí Minh nói chung và
q thầy Bộ mơn Điện tử Ơ tơ nói riêng, những thầy cơ đã truyền dạy cho chúng em rất
nhiều kiến thức bổ ích từ các môn đại cương đến các môn chuyên nghành, từ những kiến
thức nền tảng vững chắc đó cùng với những kỹ năng mà quý thầy cô đã truyền đạt, chúng
em đã có thể hồn thành Đồ án tốt nghiệp cũng như việc hồn thiện bản thân mình hơn
trong cuộc sống và cơng việc trong tương lai.
Đặc biệt, nhóm em xin gửi lời cảm ơn sâu sắc đến thầy Giảng viên hướng dẫn,
Thạc Sĩ Vũ Đình Huấn – Phó trưởng Bộ mơn Điện tử ơ tơ Khoa Cơ Khí Động Lực. Trong
q trình nhóm em thực hiện đồ án, thầy đã tận tình chỉ bảo, tạo điều kiện và giúp đỡ nhóm
em rất nhiều về mặt tinh thần cũng như kiến thức để chúng em vượt qua những thách thức
và khó khăn trong việc thực hiện đồ án tốt nghiệp.
Mặc dù đã cố gắng học hỏi rất nhiều, nhưng do kiến thức và thời gian thực hiện là
có hạn, nên chắc chắn khơng thể tránh khỏi những sai sót. Qua đó, chúng em rất mong có
được những góp ý từ quý thầy để đồ án của nhóm em có thể hồn thiện tốt hơn.
Nhóm chúng em xin chân thành cảm ơn.
Tp. Hồ Chí Minh, ngày….. tháng….. năm 2020
Nhóm sinh viên thực hiện
Trịnh Trung Dũng
Phan Hữu Thắng
i
TĨM TẮT
1. Vấn đề nghiên cứu
Tìm hiểu khái qt ngun lý hoạt động của xe điện
Tìm hiểu nguyên lý hoạt động của hệ thống Adaptive Cruise Control
Thiết kế và lắp đặt hệ thống Cruise Control trên xe điện ZERO
2. Hướng giải quyết vấn đề
Tìm các tài liệu về xe điện, tổng hợp thông tin về cấu tạo và nguyên lý hoạt động.
Tìm hiểu về các chế độ hoat động của hệ thống Cruise Control, cụm cơng tắc, các tín
hiệu có liên quan đến hệ thống, khảo sát xe điện ZERO.
Tìm hiểu tài liệu giảng viên hướng dẫn cung cấp về hệ thống Adaptive Cruise Control
và sơ đồ tổng quan xe điện ZERO
Tham khảo ý kiến của giảng viên hướng dẫn về kế hoạch và các cơng đoạn thực hiện.
Tìm hiểu các linh kiện điện tử phục vụ cho công đoạn thiết kế mạch điện, tìm hiểu
lập trình hệ thống trên Arduino Mega 2560.
Báo cáo tiến độ hằng tuần và xin ý kiến của giảng viên hướng dẫn về các vấn đề phát
sinh và hướng giải quyết vấn đề.
3. Kết quả cần đạt được
Hiểu được nguyên lý hoạt động của xe điện
Hiểu được nguyên lý hoạt động của hệ thống Adaptive Crusie Control
Thiết kế và lắp đặt hệ thống Cruise Control lên xe điện ZERO
Hộp điều khiển hệ thống Cruise Control
ii
MỤC LỤC
LỜI CẢM ƠN………………………………..……………………………………...……….…...i
TÓM TẮT………………………………………………………………………………....ii
MỤC LỤC…………………………………………………………………….…………..iii
DANH MỤC CÁC TỪ VIẾT TẮT VÀ KÝ HIỆU……………………………………….vi
DANH MỤC CÁC HÌNH………………………………………………………………..vii
DANH MỤC CÁC BẢNG………………………………………………………………..xi
Chương 1. TỔNG QUAN ĐỀ TÀI………………………………………………………...1
1.1. Lý do chọn đề tài…………………………………………………………………...1
1.2. Mục tiêu của đề tài………………………………………………………………….1
1.3. Đối tượng nghiên cứu………………………………………………………………1
1.4. Phạm vi nghiên cứu………………………………………………………………...1
1.5. Giới thiệu tổng quan hệ thống Adaptive Cruise Control……………………………1
1.6. Giới thiệu tổng quan xe ô tô điện ZERO……………………………………………2
Chương 2. CƠ SỞ LÝ THUYẾT………………………………………………………………4
2.1. Chức năng của hệ thống điều khiển ga tự động thích ứng trên xe điện……………...4
2.1.1. Chức năng điều khiển tốc độ không đổi………………………………………4
2.1.2. Chức năng cài đặt tốc độ (SET)……………………………………………….4
2.1.3. Chức năng tăng tốc (ACCELERATE)………………………………………...5
2.1.4. Chức năng giảm tốc (COAST)………………………………………………...6
2.1.5. Chức năng phục hồi (RESUME)…………………………………………..….6
2.1.6. Chức năng giữ khoảng cách với phương tiện phía trước……………………….7
2.1.7. Chức năng Stop and Go…………………………………………..…………...7
2.1.8. Chức năng điều khiển giới hạn tốc độ thấp…………………………………….8
2.1.9. Chức năng điều khiển giới hạn tốc độ quá cao……………………..………….8
2.1.10. Chức năng hủy thường……………………………………………..………...8
2.1.11. Chức năng hủy tự động……………………………………………...……….9
2.1.12. Chức năng chuẩn đoán………………………………………………...……..9
2.2. Cấu tạo và nguyên lí hoạt động của hệ thống ga tự động thích ứng trên xe ơ tơ điện
Nissan Leaf………………………………………………………………………………..9
iii
2.2.1. Công tắc điều khiển…………………………………………………………..10
2.2.2. Công tắc bàn đạp phanh và công tắc đèn phanh……………………………..11
2.2.3. Cảm biến tốc độ……………………………………………………………...11
2.2.4. Cần số điều khiển điện tử…………………………………………………….13
2.2.5. Công tắc phanh tay điện tử…………………………………………………...14
2.2.6. Cảm biến vị trí bàn đạp tăng tốc……………………………………..……...14
2.2.7. Đồng hồ hiển thị điện tử………………………………………………..…...15
2.2.8. Relay phanh ICC…………………………………………………………….15
2.2.9. ECU điều khiển xe………………………………………………………......15
2.2.10. Bộ biến tần động cơ điện………………………………………………......16
2.2.11. ADAS ECU………………………………………………………………...17
2.2.12. ABS ECU…………………………………………………………………..18
2.3. Cấu tạo và nguyên lí hoạt động của xe điện ZERO…………………………….....19
2.3.1. Động cơ điện một chiều kích từ nối tiếp…………………………………….20
2.3.2. Hộp số giảm tốc……………………………………………………………...23
2.3.3 Hộp điều khiển động cơ………………………………………………………24
2.3.4. Ắc quy………………………………………………………………………..29
2.3.5. Phụ tải………………………………………………………………………..32
2.3.6. Hộp sạc ắc quy ...…………….………………………………………………33
2.3.7. Hộp tín hiệu và an tồn……………………………………………………...35
2.3.8. Bàn đạp tăng tốc, bàn đạp phanh và công tắc tiến lùi……………………….36
2.4. Giới thiệu về phần mềm Arduino IDE và bo mạch Arduino Mega 2560 R3…….36
2.4.1. Giới thiệu phần mềm Arduino IDE………………………………………….36
2.4.2. Giới thiệu bo mạch Arduino Mega 2560 R3…………………………………37
2.5. Giải thuật tính tốn bộ điều khiển PID……………………………………………38
Chương 3. NGHIÊN CỨU THUẬT TOÁN HỆ THỐNG ĐIỀU KHIỂN GA TỰ ĐỘNG
VÀ ỨNG DỤNG PHẦN MỀM ARDUINO IDE TRONG LẬP TRÌNH CCS ECU…….40
3.1. Thuật tốn hệ thống điều khiển ga tự động trên xe điện ZERO………………….40
3.1.1. Giới thiệu thuật toán hệ thống điều khiển ga tự động trên xe điện ZERO…..40
3.1.2. Lưu đồ thuật toán hệ thống điều khiển ga tự động trên xe điện ZERO………41
3.2. Ứng dụng phần mềm Arduino IDE trong lập trình CCS ECU……………………45
iv
3.2.1. Code đọc tín hiệu các cơng tắc, cảm biến……………………………………45
3.2.2. Code xử lí tín hiệu cơng tắc điều khiển và điều khiển chế độ thực hiện……..46
Chương 4. THIẾT KẾ HỆ THỐNG CRUISE CONTROL………………………………50
4.1. Nghiên cứu, đo đạc các chi tiết và thiết bị………………………………………..50
4.1.1. Cụm công tắc điều khiển hệ thống Cruise Control…………………………..50
4.1.2. Board Arduino Mega 2560 và IC hạ áp dùng LM2596………………………51
4.1.3. Cảm biến tốc độ động cơ xe điện ZERO……………………………………..52
4.1.4. Cảm biến vị trí bàn đạp tăng tốc………………………………...……………53
4.2. Thiết kế mạch điện………………………………………………………………..54
4.2.1. Các công đoạn thực hiện……………………………………………………..54
4.2.2 Thiết kế mạch điện……………………………………………………………54
4.2.2.1. Mạch đo tốc độ động cơ…………………………………………………54
4.2.2.2. Mạch xử lý tín hiệu cảm biến vị trí bàn đạp tăng tốc…….……...……..56
4.2.2.3. Mạch nhận tín hiệu các cơng tắc và cụm công tắc điều khiển………….59
4.2.2.4. Các mạch phụ…………………………………………………………...60
4.2.2.4.1. Mạch hiển thị thơng tin và an tồn…………………………………60
4.2.2.4.2. Mạch chuyển tín hiệu điều khiển…………………………………...61
4.3. Vẽ mạch điện và tiến hành lắp đặt hệ thống………………………………………63
4.3.1. Vẽ mạch điện………………………………………………………………...63
4.3.2. Lắp đặt hệ thống Cruise Control lên xe ZERO………………………………64
Chương 5. THỰC NGHIỆM VÀ ĐÁNH GIÁ KẾT QUẢ……………………………….66
5.1. Chức năng cài đặt tốc độ (SET)…………………………………………………..66
5.2. Chức năng hủy (CANCEL)……………………………………………………….66
5.3. Chức năng phục hồi tốc độ cài đặt (RESUME)…………………………………..67
5.4. Chức năng tăng tốc (ACCELERATE) và giảm tốc (COAST)…………………...67
5.5. Chức năng điều khiển tốc độ không đổi…………………………………………..69
Chương 6. KẾT LUẬN VÀ ĐỊNH HƯỚNG PHÁT TRIỂN ĐỀ TÀI……………………71
6.1. Những thành quả thu được………………………………………………………..71
6.2. Hạn chế của đề tài…………………………………………………………………71
6.3. Định hướng phát triển đề tài………………………………………………………71
TÀI LIỆU THAM KHẢO………………………………………………………………..72
PHỤ LỤC………………………………………………………………………………...73
v
DANH MỤC CÁC TỪ VIẾT TẮT VÀ KÍ HIỆU
ABS: Anti-lock Braking System (Hệ thống phanh chống bó cứng)
ADAS: Advanced Driver Assistance System (Hệ thống hỗ trợ người lái)
CCS : Cruise Control System (Hệ thống điều khiển ga tự động)
ACCS : Adaptive Cruise control system (Hệ thống điều khiển ga tự động đáp thích ứng)
ECU: Electronic Control Unit (Bộ điều khiển điện tử)
ICC: Intelligent Cruise Control (Hệ thống điều khiển ga tự động thông minh)
RES/ACC: RESUME/ACCELERATE (Phục hồi tốc độ/Tăng tốc)
PID: Proportional Integral Derivative
IC: Intergrated Circuit
vi
DANH MỤC CÁC HÌNH
Hộp điều khiển hệ thống Cruise Control…………………………………………………..ii
Hình 1.1. Kỹ sư Ralph Teetor……………………………………………………………...2
Hình 1.2. Xe điện Sanyo SGC-BT5A……………………………………………………...3
Hình 1.3. Xe điện ZERO…………………………………………………………………..3
Hình 2.1. Chức năng điều khiển tốc độ khơng đổi…………………………………………4
Hình 2.2. Chức năng cài đặt tốc độ………………………………………………………...4
Hình 2.3. Kí hiệu Cruise Control…………………………………………………………..5
Hình 2.4. Sử dụng cơng tắc RES/ACC để tăng tốc độ……………………………………..5
Hình 2.5. Sử dụng cơng tắc SET/COAST để giảm tốc độ…………………………………6
Hình 2.6. Sử dụng cơng tắc RES/ACC để phục hồi tốc độ…………………………………6
Hình 2.7. Sử dụng cơng tắc DISTANCE để thay đổi khoảng cách với xe phía trước………7
Hình 2.8. Hình mơ phỏng hoạt động hệ thống Adaptive Cruise Control Stop and Go…….8
Hình 2.9. Sơ đồ hệ thống điều khiển ga tự động thích ứng trên xe điện………………….10
Hình 2.10. Cơng tắc điều khiển dạng nút bấm tích hợp…………………………………..10
Hình 2.11. Vị trí cơng tắc bàn đạp phanh và cơng tắc đèn phanh………………………..11
Hình 2.12. Cơng tắc hành trình thường đóng loại piston…………………………………11
Hình 2.13. Vị trí cảm biến tốc độ loại cảm biến điện từ………………………………….12
Hình 2.14. Cấu tạo cảm biến tốc độ loại cảm biến điện tử ………………………………12
Hình 2.15. Nguyên lý hoạt động của cảm biến tốc độ loại cảm biến điện tử…………….13
Hình 2.16. Sơ đồ mạch điện cảm biến tốc độ loại cảm biến điện tử………………………13
Hình 2.17. Cần số điều khiển điện tử……………………………………………………..13
Hình 2.18. Cơng tắc phanh tay điện tử……………………………………………………14
Hình 2.19. Đồ thị điện áp của cảm biến vị trí bàn đạp tăng tốc……………………………14
Hình 2.20. Đồng hồ hiển thị điện tử………………………………………………………15
Hình 2.21. Relay phanh ICC……………………………………………………………...15
Hình 2.22. ECU điều khiển xe……………………………………………………………16
Hình 2.23. Sơ đồ điều khiển bộ biến tần động cơ điện……………………………………17
Hình 2.24. ADAS ECU…………………………………………………………………..17
Hình 2.25. Cảm biến radar sóng mi-li-mét……………………………………………….18
Hình 2.26. ABS ECU ……………………………………………………………………18
vii
Hình 2.27. Trợ lực phanh điện……………………………………………………………19
Hình 2.28. Sơ đồ khối của xe điện ZERO………………………………………………...19
Hình 2.29. Sơ đồ mạch điện của mơ tơ điện một chiều kích từ nối tiếp………………….20
Hình 2.30. Cấu tạo mơ tơ điện một chiều kích từ nối tiếp………………………………..20
Hình 2.31. Rotor của mơ tơ điện một chiều kích từ nối tiếp ………………………………21
Hình 2.32. Đường đặc tính tự nhiên cảu động cơ DC kích từ nối tiếp……………………22
Hình 2.33. Hộp số giảm tốc………………………………………………………………23
Hình 2.34. Cảm biến tốc độ loại điện từ…………………………………………………..23
Hình 2.35. Hộp điều khiển động cơ………………………………………………………24
Hình 2.36. Cơng tắc tơ điện từ……………………………………………………………24
Hình 2.37. Xung PWM…………………………………………………………………...25
Hình 2.38. Điều xung PWM……………………………………………………………...26
Hình 2.39. Mạch điều xung PWM bằng MOSFET……………………………………….26
Hình 2.40. Mạch cầu H cho động cơ điện một chiều kích từ nối tiếp…………………….27
Hình 2.41 Cầu chì 200A………………………………………………………………….28
Hình 2.42. Cấu tạo bình ắc quy…………………………………………………………...29
Hình 2.43. Đặc tính điện thế và tỷ trọng khi phóng và nạp với dịng khơng đổi…………30
Hình 2.44. Đặc tính phóng điện tới Điện thế cuối cùng………………………………….31
Hình 2.45. Q trình sạc của ắc quy………………………………………………………31
Hình 2.46. Q trình phóng điện của ắc quy……………………………………………..32
Hình 2.47. Hệ thống đèn phía trước………………………………………………………33
Hình 2.48. Hệ thống đèn phía sau………………………………………………………...33
Hình 2.49. Bộ sạc ắc quy…………………………………………………………………34
Hình 2.50. Sơ đồ bộ sạc ắc quy…………………………………………………………...34
Hình 2.51. Hộp tín hiệu và an tồn………………………………………………………..35
Hình 2.52. Các cơng tắc, cảm biến, trên bàn đạp tăng tốc, bàn đạp phanh, cơng tắc tiến
lùi………………………………………………………………………………………...36
Hình 2.53. Giao diện phần mềm Arduino IDE……………………………………………37
Hình 2.54. Bo mạch ARDUINO MEGA 2560 R3………………………………………..38
Hình 2.55. Sơ đồ khối của bộ điều khiển PID……………………………………………39
Hình 2.56. Hoạt động của khâu tỷ lệ……………………………………………………..39
viii
Hình 2.57. Hoạt động của khâu D………………………………………………………...40
Hình 2.58. Hoạt động của khâu I…………………………………………………………40
Hình 3.1. Sơ đồ xe điện ZERO tích hợp hệ thống điều khiển ga tự động………………..41
Hình 3.2. Lưu đồ thuật tốn hệ thống điều khiển ga tự động…………………………….42
Hình 3.3. Lưu đồ thuật toán hệ thống điều khiển ga tự động (tiếp theo)………………….43
Hình 3.4. Lưu đồ đọc tín hiệu chân analog……………………………………………….45
Hình 3.5. Lưu đồ đọc tín hiệu chân digital……………………………………………….45
Hình 3.6. Lưu đồ đọc tốc độ động cơ…………………………………………………….45
Hình 3.7. Lưu đồ thuật toán điều khiển bật tắt hệ thống điều khiển ga tự động………….47
Hình 3.8. Lưu đồ thuật tốn điều khiển các chức năng của hệ thống…………………….47
Hình 3.9. Lưu đồ thuật tốn điều khiển chế độ điều khiển……………………………….48
Hình 3.10. Lưu đồ thuật tốn điều khiển PID…………………………………………….49
Hình 4.1. Cụm cơng tắc điều khiển trên xe ZERO……………………………………….50
Hình 4.2. Sơ đồ mạch điện cụm cơng tắc điều khiển……………………………………..50
Hình 4.3. Board Arduino Mega 2560…………………………………………………….51
Hình 4.4. IC hạ áp DC-DC LM2596 3A………………………………………………….51
Hình 4.5. Cảm biến điện từ………………………………………………………………52
Hình 4.6. Cảm biến tốc độ trên xe điện ZERO……………………………………………52
Hình 4.7. Tín hiệu từ cảm biến tốc độ ở dải tốc độ thấp………………………………….52
Hình 4.8 Tín hiệu từ cảm biến tốc độ ở dải tốc độ cao……………………………………53
Hình 4.9. Sơ đồ cảm biến vị trí bàn đạp tăng tốc trên xe điện ZERO……………….…….53
Hình 4.10. Cảm biến vị trí và cơng tắc bàn đạp tăng tốc xe ZERO………….…………….54
Hình 4.11 Mạch đo tốc độ động cơ……………………………………………………….54
Hình 4.12. Tín hiệu thu được sau khi qua mạch chuyển xung ở dải tốc độ thấp…………55
Hình 4.13. Tín hiệu thu được sau khi qua mạch chuyển xung ở dải tốc độ cao………….56
Hình 4.14. Mạch xử lý tín hiệu cảm biến vị trí bàn đạp tăng tốc…………….…………….56
Hình 4.15. Sơ đồ chân IC LM358………………………………………………………...58
Hình 4.16. Mạch khuếch đại khơng đảo…………………………………………………..58
Hình 4.17. Mạch nhận tín hiệu các cơng tắc và cụm cơng tắc điều khiển………………..59
Hình 4.18. Màn hình LCD 1602………………………………………………………….60
Hình 4.19. Mạch an toàn………………………………………………………………….61
ix
Hình 4.20. Sơ đồ mạch LCD và mạch an tồn ……………………………………………61
Hình 4.21. Mạch chuyển tín hiệu điều khiển……………………………………………..61
Hình 4.22. Hộp điều khiển hệ thống Cruise Control……………………………………...64
Hình 4.23. Màn hình hiển thị……………………………………………………………..64
Hình 4.24. Cụm cơng tắc điều khiển hệ thống Cruise Control……………………………65
Hình 4.25. Sơ đồ bố trí giắc cắm trên hộp điều khiển…………………………………….65
Hình 5.1. Màn hình hiển thị thơng tin khi khi đã cài đặt tốc độ………………………….66
Hình 5.2. Hệ thống điều khiển ga tự động khi đã cài đặt tốc độ………………………….66
Hình 5.3. Màn hình hiển thị thơng tin khi khi thực hiện chức năng hủy………………….66
Hình 5.4. Màn hình hiển thị thơng tin khi tắt hệ thống điều khiển ga tự động…………….67
Hình 5.5. Hệ thống điều khiển ga tự động khi phục hồi tốc độ cài đặt……………………67
Hình 5.6. Hệ thống điều khiển ga tự động khi tăng tốc độ cài đặt theo từng nấc…………68
Hình 5.7. Hệ thống điều khiển ga tự động khi giảm tốc độ cài đặt theo từng nấc………..68
Hình 5.8. Hệ thống điều khiển ga tự động khi tăng và giảm tốc độ cài đặt liên tục………..69
Hình 5.9 Hệ thống điều khiển ga tự động tự động trả về tốc độ cài đặt khi người lái tăng
tốc bằng bàn đạp tăng tốc…………………………………………………………………69
Hình 5.10. Hệ thống điều khiển ga tự động tự động trả về tốc độ cài đặt khi người lái giảm
tốc bằng bàn đạp tăng tốc…………………………………………………………………70
Hình 5.11. Hệ thống điều khiển ga tự động tự động trả về tốc độ cài đặt khi người lái qua
một đoạn dốc vừa………………………………………………………………………...70
Hình 7.1. Sơ đồ mạch điện hệ thống Intelligence Cruise Control trên xe Nissan Rogue
Hybrid đời 2017………………………………………………………………………….73
Hình 7.2. Sơ đồ mạch điện hệ thống Intelligence Cruise Control trên xe Nissan Rogue
Hybrid đời 2017 (tiếp theo)………………………………………………………………74
Hình 7.3. Mạch điện tổng quát hệ thống Cruise Control………………………………….75
Hình 7.4. Mạch điện tổng quát hệ thống Cruise Control(tiếp theo)……………………….76
Hình 7.5. Sơ đồ lắp dây và vị trí chân theo tầng trong hộp điều khiển(tầng trên)………..77
Hình 7.6. Sơ đồ lắp dây và vị trí chân theo tầng trong hộp điều khiển(tầng dưới)………..78
Hình 7.7. Sơ đồ dây điện từ tín hiệu bên ngồi……………………………………………79
Hình 7.8. Giắc nối và thứ tự chân………………………………………………………...80
x
DANH MỤC CÁC BẢNG
Bảng 2.1. Tín hiệu hủy tự động…………………………………………………………….9
Bảng 2.2. Trị số tỷ trọng của dung dịch Axit Sulfuric trong bình ắc quy khi được nạp đầy
được quy ra ở 25 ºC (77ºF)……………………………………………………………….30
Bảng 3.1. Các giá trị hằng số Kp, Ki, Kd ban đầu………………………………………..44
Bảng 4.1. Bảng lắp dây mạch đo tốc độ động cơ…………………………………………55
Bảng 4.2. Bảng lắp dây mạch xử lý tín hiệu cảm biến vị trí bàn đạp tăng tốc…………….57
Bảng 4.3. Bảng lắp dây mạch nhận tín hiệu từ công tắc………………………………….59
Bảng 4.4. Bảng lắp dây các mạch mạch phụ……………………………………………...62
Bảng 4.5. Bảng chú thích các linh kiện, chi tiết…………………………………………...63
xi
Chương 1. TỔNG QUAN ĐỀ TÀI
1.1. Lý do chọn đề tài
Trong thời đại công nghệ ngày càng phát triển, việc ứng dụng những công nghệ tiến
tiến lên xe ô tô cũng ngày càng nhiều. Đặc biệt, các tính năng về an tồn và tiện nghi trên
ơ tơ ln là điều mà mọi người quan tâm. Bên cạnh đó, với việc quốc lộ, cao tốc ngày càng
được cải thiện về chất lượng, việc tạo sự thoải mái, giảm căng thẳng cho người điều khiển
ô tô khi di chuyển trên các đoạn đường dài luôn là vấn đề đáng quan tâm. Một trong số
những tín năng có thể làm được điều đó chính là hệ thống Cruise Control.
Hiện nay, hầu hết các dòng xe đều được trang bị sẵn hệ thống Cruise Control trên xe,
thậm chí có cả hệ thống rời, sẵn sàng lắp đặt khi khách hàng có nhu cầu lắp đặt thêm hệ
thống Cruise Control trên những dòng xe chưa được trang bị sẵn hệ thống này. Ngồi ra,
nghành cơng nghiệp ơ tơ trên thế giới đang có xu hướng phát triển xe ô tô điện, với hàng
loạt những hãng xe nổi tiếng đang đầu tư phát triển ô tô điện trong tương lai như BMW,
Volkswagen,… Vì thấy được sự quan trọng của sự phát triển này, nhóm chúng em đã chọn
đề tài: “Nghiên cứu, thiết kế hệ thống Cruise Control cho xe ô tô điện” làm đề tài nghiên
cứu Đồ án tốt nghiệp.
1.2. Mục tiêu của đề tài
Nắm vững được lý thuyết và nguyên lý hoạt động của hệ thống Adaptive Cruise
Control
Hiểu được nguyên lý hoạt động của xe điện
Sử dụng được phần mêm AutoCAD Electrical và PROTEUS
Chế tạo thành công hệ thống Cruise Control và lắp đặt lên xe điện ZERO
1.3. Đối tượng nghiên cứu: Đối tượng nghiên cứu của đề tài là lý thuyết về hệ thống
Adaptive Cruise Control và xe điện ZERO
1.4 . Phạm vi nghiên cứu
Tìm hiểu các tín hiệu trên xe điện ZERO
Tìm hiểu cụm cơng tắc điều khiển và lập trình hệ thống trên Arduino
Thiết kế hệ thống Cruise Control trên xe ZERO
1.5. Giới thiệu tổng quan hệ thống Adaptive Cruise Control
Hệ thống điều khiển hành trình với bộ điều khiển ly tâm được dùng trong ô tô từ đầu
thập niên 1910, đặc biệt là hãng Peerless. Peerless quảng cáo rằng hệ thống điều khiển của
1
họ sẽ "duy trì tốc độ dù khi xe lên hay xuống dốc". Công nghệ này được James
Watt và Matthew Boulton phát minh vào năm 1788 để điều khiển động cơ hơi nước. Bộ
điều khiển điều chỉnh vị trí của van tiết lưu khi tốc độ của động cơ thay đổi với trọng tải
khác nhau.
Hệ thống điều khiển hành trình hiện đại được phát minh vào năm 1945 bởi kỹ sư cơ
khí khiếm thị Ralph Teetor. Ý tưởng của ơng nảy sinh do sự thất vọng khi ngồi trong xe
do luật sư của mình lái. Theo lời ơng thì vị luật sư này tăng tốc độ và hạ xuống chậm. Chiếc
xe dùng hệ thống do Teetor phát minh đầu tiên là Chrysler năm 1958.
Về cơ bản, hệ thống Cruise Control chỉ cho phép xe giữ tốc độ cố định. Hệ thống
Adaptive Cruise Control được ra đời với khả năng theo dõi tốc độ của xe phía trước, từ đó
điều chỉnh tốc độ của phương tiện để đảm bảo được khoảng cách an tồn mà khơng cần sự
can thiệp của người lái.
Hình 1.1. Kỹ sư Ralph Teetor
1.6. Giới thiệu tổng quan xe ô tô điện ZERO
Xe ô tô điện ZERO, nguyên mẫu là xe ô tô điện Sanyo SGC-BT5A, là loại xe ơ tơ
điện có tốc độ thấp (dưới 20km/h) dùng để di chuyển trong một khu vực biệt lập như khu
2
du lịch, nhà máy-xí nghiệp, sân golf. Xe có khả năng chở được 4 người và hành lí kèm theo
một cách dễ dàng.
Hình 1.2. Xe điện Sanyo SGC-BT5A
Xe ơ tơ điện ZERO được trang bị động cơ điện một chiều kích từ nối tiếp, sử dụng
nguồn 72V với cơng suất 3.3kW và nguồn 12V cho phụ tải; hệ thống sạc tự ngắt giúp xe
được an tồn trong q trình sạc. Xe khởi động bằng một công tắc nguồn và một khóa.
Hình 1.3. Xe điện ZERO
3
Chương 2. CƠ SỞ LÝ THUYẾT
2.1. Chức năng của hệ thống điều khiển ga tự động thích ứng trên xe điện
2.1.1. Chức năng điều khiển tốc độ không đổi
Hệ thống điều khiển ga tự động trong ECU điều khiển xe so sánh tốc độ thực tế với
tốc độ đặt trước. Nếu tốc độ xe cao hơn tốc độ đặt trước, sẽ gửi tín hiệu điều khiển mơ men
xoắn động cơ điện thấp hơn đến bộ biến tần động cơ điện để giảm tốc độ xe. Nếu tốc độ
xe cao hơn tốc độ đặt trước, sẽ gửi tín hiệu điều khiển mô men xoắn động cơ điện cao hơn
đến bộ biến tần động cơ điện để tăng tốc độ xe. Tín hiệu điều khiển mô men xoắn mục tiêu
động cơ điện được cập nhật liên tục để đảm bảo tốc độ xe khơng đổi.
Hình 2.1. Chức năng điều khiển tốc độ không đổi[1]
2.1.2. Chức năng cài đặt tốc độ (SET)
Khi công tắc SET/COAST được bật và nhả ra khi xe đang chạy trong dải điều khiển
tốc độ của chế độ ga tự động (khoảng 40 đến 200km/h với công tắc CRUISE bật), ECU
điều khiển xe lưu giá trị này vào bộ nhớ và duy trì tại tốc độ đó khi nhả bàn đạp tăng tốc.
Hình 2.2. Chức năng cài đặt tốc độ [1]
Khi cơng tắc CRUISE bật, kí hiệu Cruise control màu trắng sẽ hiển thị trên đồng hồ
hiển thị điện tử. Khi cài đặt thành công, trên đồng hồ hiển thị điện tử, kí hiệu Cruise Control
4
đang hiển thị sẽ chuyển từ màu trắng sang màu xanh. Khi nhả bàn đạp tăng tốc, xe sẽ chạy
ở tốc độ cài đặt.
Hình 2.3. Kí hiệu Cruise Control
Một số trường hợp xe không thể cài đặt được:
- Công tắc CRUISE tắt.
- Tốc độ của xe dưới dải tốc độ của chế độ ga tự động (dưới 40km/h).
- Cần số điều khiển điện tử không ở chế độ D.
- Công tắc phanh tay điện tử đang bật.
- Phanh đang được sử dụng bởi người lái.
2.1.3. Chức năng tăng tốc (ACCELERATE)
Khi muốn tăng tốc độ cài đặt trước, ta có 2 cách để thực hiện.
Cách thứ nhất là sử dụng công tắc RES/ACC trong lúc chế độ ga tự động đã cài đặt. Nếu
công tắc RES/ACC được bật và giữ, xe sẽ tăng tốc liên tục, nhả công tắc RES/ACC khi xe
đạt tốc độ mong muốn. Nếu công tắc RES/ACC được bật và nhả ra lập tức để tăng tốc độ
cài đặt trước theo mức tăng cài đặt tùy theo nhà sản xuất, thơng thường 10km/h.
Hình 2.4. Sử dụng cơng tắc RES/ACC để tăng tốc độ[1]
Cách thứ hai là sử dụng bàn đạp tăng tốc. Nhấn và giữ bàn đạp tăng tốc đến tốc độ
mong muốn cao hơn, rồi gạt công tắc SET/COAST và nhả ra ngay lập tức, ECU điều khiển
xe lưu giá trị này vào bộ nhớ và duy trì tại tốc độ đó khi nhả bàn đạp tăng tốc.
5
2.1.4. Chức năng giảm tốc (COAST)
Khi muốn giảm tốc độ cài đặt trước, có 2 cách để thực hiện:
Cách thứ nhất là sử dụng công tắc SET/COAST trong lúc chế độ ga tự động đã cài
đặt. Nếu công tắc RES/ACC được bật và giữ, xe sẽ giảm tốc liên tục, nhả công tắc
SET/COAST khi xe đạt tốc độ mong muốn. Nếu công tắc SET/COAST được bật và nhả ra
lập tức để giảm tốc độ cài đặt trước theo mức giảm cài đặt tùy theo nhà sản xuất, thơng
thường 10km/h.
Hình 2.5. Sử dụng công tắc SET/COAST để giảm tốc độ[1]
Cách thứ hai là sử dụng bàn đạp tăng tốc. Nhấn và giữ bàn đạp tăng tốc đến tốc độ
mong muốn thấp hơn, rồi gạt công tắc SET/COAST và nhả ra ngay lập tức, ECU điều
khiển xe lưu giá trị này vào bộ nhớ và duy trì tại tốc độ đó khi nhả bàn đạp tăng tốc.
2.1.5. Chức năng phục hồi (RESUME)
Sau khi chế độ điều khiển chạy tự động bị hủy, ta vẫn có thể phục hồi tốc độ đã cài
đặt lần cuối trước khi chức năng CCS bị tạm hủy bằng cách bật công tắc RES/ACC và nhả
ra lập tức và xe phải có vận tốc trong dải dải tốc độ của chế độ ga tự động.
Hình 2.6. Sử dụng công tắc RES/ACC để phục hồi tốc độ[1]
6
