LINK TẢI LUẬN VĂN MIỄN PHÍ CHO AE KET-NOI
TÓM TẮT
Đồ án này trình bày tính toán, thiết kế và thi công mô hình giả lập hệ thống điều khiển ABS. Đề tài ứng dụng Arduino nano và IC 74HC595 để thiết kế, lập trình mô phỏng điều khiển ABS và thiết lập một số PAN của hệ thống điều khiển ABS. Ngoài ra đề tài còn lập trình mạch quét các điểm đo và hiển thị kết quả đo điện áp, tín hiệu xung lên màn hình cảm ứng điện trở Copy Nextion.
ii
MỤC LỤC
LỜI CẢM ƠN .......................................................................................................................i TÓM TẮT ........................................................................................................................... ii MỤC LỤC ......................................................................................................................... iii DANH MỤC CÁC TỪ VIẾT TẮT ....................................................................................vi DANH MỤC CÁC HÌNH................................................................................................. vii DANH MỤC CÁC BẢNG .................................................................................................xi CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN .............................................................................................1
1.1. Lý do chọn đề tài .......................................................................................................1 1.2. Mục tiêu nghiên cứu ..................................................................................................1 1.3. Đối tượng nghiên cứu ................................................................................................1 1.4. Phương pháp nghiên cứu ...........................................................................................1 1.5. Phạm vi của đề tài......................................................................................................2
CHƯƠNG 2. CƠ SỞ LÝ THUYẾT HỆ THỐNG CHỐNG BÓ CỨNG PHANH ABS ..............................................................................................................................................3
2.1. Giới thiệu hệ thống chống bó cứng phanh ABS (Anti – lock Brake System) ..........3 2.2. Phân loại ....................................................................................................................4 2.2.1. Phân loại theo ngưỡng trượt................................................................................4 2.2.2. Phân loại theo kiểu điều khiển ( độc lập hay phụ thuộc) ....................................4 2.2.3. Phân loại theo kênh .............................................................................................4 2.2.4. Một số sơ đồ bố trí ABS thường gặp ..................................................................6 2.3. Cấu tạo chung ............................................................................................................8 2.4. Tín hiệu đầu vào (cảm biến – Sensors) .....................................................................9 2.4.1. Cảm biến tốc độ ..................................................................................................9
iii
2.4.1.1. Cảm biến điện từ ........................................................................................10 2.4.1.2. Cảm biến Hall ............................................................................................11 2.4.1.3. Cảm biến điện trở từ ..................................................................................14 2.4.1.4. Kiểm tra tình trạng cảm biến: ....................................................................15
2.4.2. Cảm biến giảm tốc ............................................................................................17 2.5. Bộ chấp hành ABS ..................................................................................................19 2.5.1. Cấu tạo bộ chấp hành ABS ...............................................................................19 2.5.2. Chức năng của bộ điều khiển điện tử ECU.......................................................21 2.5.3. Hoạt động của mô tơ bơm và van điện từ .........................................................23 2.5.4. Hoạt động của bộ điều khiển thủy lực ABS......................................................24 2.5.4.1. Hoạt động của HCU van điện từ 2 vị trí ....................................................24 2.5.4.2. Hoạt động của HCU van điện từ 3 vị trí ....................................................27 2.6. Đèn thông báo ...........................................................................................................30 2.7. Hệ thống ABS trên xe..............................................................................................31 2.7.1. Sơ đồ mạch điện hệ thống ABS trên xe ............................................................31 2.7.2. Hoạt động của hệ thống ....................................................................................35 Chương 3. CƠ SỞ LÝ THUYẾT CÁC LINH KIỆN ĐIỆN TỬ..................................37 3.1. Màn hình Copy Nextion ..........................................................................................37 3.2. Arduino nano V3.0 Atmega328P ............................................................................38 3.3. IC 74HC595.............................................................................................................42
Chương 4. THIẾT KẾ VÀ THI CÔNG MÔ HÌNH GIẢ LẬP HỆ THỐNG ĐIỀU KHIỂN PHANH CHỐNG BÓ CỨNG ABS..................................................................45
4.1. Ý tưởng thiết kế .......................................................................................................45 4.2. Sơ đồ mạch điện của hệ thống ABS sử dụng trong mô hình ..................................46
iv
4.3. Thiết kế mô hình......................................................................................................47 4.3.1. Các thiết bị sử dụng trong mô hình...................................................................47 4.3.2. Thiết kế giao diện mô hình ..............................................................................50 4.3.2. Thiết kế giao diện màn hình Copy Nextion ......................................................51 4.3.3. Thiết kế mạch điều khiển giả lập ......................................................................54
4.4. Thi công mô hình.....................................................................................................55 4.5. Lập trình điều khiển.................................................................................................57 4.6. Vận hành mô hình ...................................................................................................60
CHƯƠNG 5: KẾT LUẬN VÀ ĐỀ NGHỊ ......................................................................72
5.1. Kết luận ...................................................................................................................72
5.2. Kiến nghị .................................................................................................................72 DANH MỤC TÀI LIỆU THAM KHẢO...........................................................................73
v
DANH MỤC CÁC TỪ VIẾT TẮT
ABS: Anti-lock Braking System ECU: Electronic Control Unit HCU: Hydraulic Control Unit IG: Ignition
IC: Integrated Circuit
PWM: Pulse Width Modulation
MOSFET: Metal-Oxide Semiconductor Field-Effect Transistor EEPROM: Electrically Erasable Programmable Read-Only Memory USB: Universal Serial Bus
EBD: Electronic Brakeforce Distribution
vi
DANH MỤC CÁC HÌNH
Hình 2.1. Xe có ABS và không có ABS..............................................................................3 Hình 2.2. ABS loại 1 kênh ...................................................................................................5 Hình 2.3. ABS loại 3 kênh ...................................................................................................5 Hình 2.4. ABS loại 4 kênh ...................................................................................................5 Hình 2.5. Sơ đồ hệ thống ABS 1 kênh điều khiển bánh sau................................................6 Hình 2.6. Sơ đồ hệ thống ABS 3 kênh sử dụng van 3 vị trí ................................................6 Hình 2.7. Sơ đồ hệ thống ABS 3 kênh sử dụng van 2 vị trí ................................................7 Hình 2.8. Sơ đồ hệ thống ABS 4 kênh sử dụng van 3 vị trí ................................................7 Hình 2.9. Sơ đồ hệ thống ABS 4 kênh sử dụng van 2 vị trí ................................................8 Hình 2.10. Cấu tạo chung của hệ thống ABS ......................................................................8 Hình 2.11. Vị trí cảm biến tốc độ bánh xe...........................................................................9 Hình 2.12. Cấu tạo cảm biến điện từ .................................................................................10 Hình 2.13. Sơ đồ nguyên lý cảm biến điện từ ...................................................................10 Hình 2.14. Tín hiệu analog của passive sensor..................................................................11 Hình 2.15. Kết nối ECU với pasive sesnor........................................................................11 Hình 2.16. Hiệu ứng Hall...................................................................................................11 Hình 2.17. Các loại cảm biến Hall.....................................................................................12 Hình 2.18. Cấu tạo cảm biến Hall......................................................................................12 Hình 2.19. Sơ đồ khối cảm biến Hall.................................................................................13 Hình 2.20. Tín hiệu digital của Hall sensor .......................................................................13 Hình 2.21. Kết nối ECU với active sensor.........................................................................13 Hình 2.22. Điện trở từ........................................................................................................14 Hình 2.23. Cảm biến tốc độ bánh xe điện trở từ................................................................14 Hình 2.24. Hoạt động của cảm biến tốc độ bánh xe điện trở từ ........................................15 Hình 2.25. Xác định hướng quay .......................................................................................15 Hình 2.26. Tín hiệu của cảm biến khi vòng ABS gặp sự cố..............................................16 Hình 2.27. Cảm biến giảm tốc ...........................................................................................17 Hình 2.28. Hoạt động của cảm biến giảm tốc....................................................................17 Hình 2.29. Các mức độ giảm tốc .......................................................................................18
vii
Hình 2.30. Cảm biến gia tốc kiểu bán dẫn.........................................................................18 Hình 2.31. Bộ chấp hành ABS...........................................................................................19 Hình 2.32. Bộ điều khiển điện tử ABS ..............................................................................19 Hình 2.33. Bộ điều khiển thuỷ lực.....................................................................................20 Hình 2.34. Van điện từ.......................................................................................................20 Hình 2.35. Mô tơ bơm và bình tích áp...............................................................................21 Hình 2.36. Van 2 vị trí trên HCU ......................................................................................24 Hình 2.37. Khi phanh thường ............................................................................................24 Hình 2.38. ABS hoạt động ở chế độ giảm áp ....................................................................25 Hình 2 39. ABS hoạt động ở chế độ tăng áp .....................................................................26 Hình 2.40. ABS hoạt động ở chế độ giữ áp .......................................................................26 Hình 2.41. Sơ đồ hệ thống ABS sử dụng van 3 vị trí ........................................................27 Hình 2.42. Khi phanh thường ............................................................................................27 Hình 2.43. ABS hoạt động ở chế độ giảm áp ....................................................................28 Hình 2.44. ABS hoạt động ở chế độ giữ áp .......................................................................29 Hình 2.45. ABS hoạt động ở chế độ tănng áp ...................................................................29 Hình 2.46. Đèn thông báo ABS...........................................................................................30 Hình 2.47. Đèn thông báo phanh.........................................................................................30 Hình 2.48. Sơ đồ mạch điện ABS a ...................................................................................31 Hình 2.49. Sơ đồ mạch điện ABS b...................................................................................32 Hình 2.50. ABS connector .................................................................................................32
Hình 3.1. Chân kết nối màn hình Copy Nextion ...............................................................37 Hình 3.2. Sơ đồ chân Arduino Nano V3.0 ATmega328P .................................................38 Hình 3.3. Chân ICSP..........................................................................................................42 Hình 3.4. Các chân IC 74HC595 .......................................................................................43 Hình 3.5. IC 74HC595 timing diagram .............................................................................44
Hình 4.1. Sơ đồ khối mô hình giả lập hệ thống điều khiển ABS ......................................45 Hình 4.2. Sơ đồ mạch điện hệ thống ABS của mô hình ....................................................46
viii
Hình 4.3. Màn hình Copy Nextion ....................................................................................47 Hình 4 4. Arduino Nano.....................................................................................................48 Hình 4.5. IC 74HC595 .......................................................................................................48 Hình 4.6. Công tắc nguồn ..................................................................................................48 Hình 4.7. Nút nhấn nhả ......................................................................................................49 Hình 4.8. Nút nhấn giữ ......................................................................................................49 Hình 4.9. Led 10 mm .........................................................................................................49 Hình 4.10. Led 5mm ..........................................................................................................50 Hình 4.11. Đế banana.........................................................................................................50 Hình 4.12. Giao diện mô hình trên phần mềm CorelDraw................................................51 Hình 4.13. Giao diện chọn chế độ đo kiểm hay chọn PAN...............................................52 Hình 4.14. Giao diện chọn thang đo ..................................................................................52 Hình 4.15. Giao diện đồng hồ đo VOM ............................................................................53 Hình 4.16. Giao diện chọn PAN ........................................................................................53 Hình 4.17. Giao diện đo xung tín hiệu...............................................................................54 Hình 4.18. Sơ đồ mạch in của IC 74HC595 ......................................................................54 Hình 4.19. Sơ đồ mạch sau khi gia công ...........................................................................55 Hình 4.20. Giao diện mô hình............................................................................................55 Hình 4.21. Khung nhôm định hình ....................................................................................56 Hình 4.22. Phần mạch điện tử của mô hình.......................................................................56 Hình 4.23. Sơ đồ khối điều khiển giả lập ..........................................................................57 Hình 4.24. Lưu đồ thuật toán hàm guiData .......................................................................57 Hình 4.25. Lưu đồ thuật toán hàm quetquedo ...................................................................58 Hình 4.26. Mô hình sau khi được cấp nguồn.....................................................................60 Hình 4.27. Sau khi bật khóa điện ECU kiểm tra ban đầu hệ thống ...................................61 Hình 4.28. Khi nhấn chân ga ECU kiểm tra khởi động hệ thống.....................................62 Hình 4.29. Sau khi tăng ga, nhấn chân phanh tiến hành phanh.........................................63 Hình 4.30. Đo điện áp tại điểm đo sau cầu chì STOP sau khi bật khóa điện ....................64 Hình 4.31. Đo điện áp tại điểm FR+ khi xe đứng yên.......................................................65 Hình 4.32. Đo điện áp tại điểm FR+ khi xe chạy ở tốc độ thấp ........................................66
ix
Hình 4.33. Đo xung tại điểm FL+ khi xe đang đứng yên..................................................67 Hình 4.34. Đo xung tín hiệu tốc độ bánh xe tại điểm FL+ khi xe chạy ở tốc độ cao........68 Hình 4.35. Đo xung điều khiển van điện từ tại điểm SFR khi phanh................................69 Hình 4.36. Chọn PAN đứt cầu chì ABS ............................................................................70 Hình 4.37. Phanh khi có PAN đứt cầu chì ABS................................................................71
x
DANH MỤC CÁC BẢNG
Bảng 2.1. Thông số kỹ thuật ..............................................................................................33
Bảng 3.1. Thông số kỹ thuật Arduino nano V3.0 ATmega328P.......................................38 Bảng 3.2. Chức năng các chân Arduino Nano V3.0 ATmega328P ..................................39 Bảng 3.3. Chức năng các chân IC 74HC595 .....................................................................43
Bảng 4.1. Bảng điện áp đầu cuối ABS ECU .....................................................................46 Bảng 4.2. Hoạt động của hệ thống điều khiển ABS và các giá trị điểm đo tương ứng.....59
xi
CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN
1.1. Lý do chọn đề tài
Ngày nay, ô tô đã trở thành một phương tiện di chuyển quen thuộc được nhiều người ưa chuộng vì nó tiện lợi, hiện đại. Với nhu cầu sử dụng ô tô ngày càng cao, các hãng xe cũng liên tục nghiên cứu, phát triển, trang bị các công nghệ hiện đại mới lên các dòng xe của mình. Bên cạnh đó sự an toàn của khách hàng khi tham gia giao thông cũng là một trong những tiêu chí được đặt lên hàng đầu.
Hệ thống phanh trên ô tô là một trong những cơ cấu an toàn quan trọng ảnh hưởng trực tiếp đến khả năng giảm tốc và dừng lại của xe trong trường hợp cần thiết. Khi gặp chướng ngại vật bất ngờ người lái thường có xu hướng đạp phanh gấp và giữ khiến cho các bánh xe bị bó cứng, làm mất khả năng kiểm soát lái của xe. Lời khuyên từ các chuyên gia là người lái xe nên đạp nhấp nhả phanh liên tục khi phanh gấp, tuy nhiên đa phần người lái xe đều không đủ bình tĩnh để làm việc đó. Để giải quyết vấn đề này hệ thống chống bó cứng phanh với tên gọi “ Anti-lock Braking System” viết tắt ABS đã được đưa vào sử dụng trên các xe ô tô. Ngày nay hệ thống ABS đã được sử dụng rộng rãi và giữ một vai trò không thể thiếu trên các xe ô tô.
Nhận thấy tầm quan trọng của hệ thống ABS nhằm giúp các bạn sinh viên hiểu thêm về hệ thống ABS cũng như hệ thống điều khiển của hệ thống chúng em đã chọn đề tài: “Thiết kế, chế tạo mô hình giả lập hệ thống điều khiển ABS dùng trong giảng dạy”.
1.2. Mục tiêu nghiên cứu
- Tạo ra mô hình giả lập hệ thống điều khiển ABS giống với hoạt động trong thực tế, có hiển thị kết quả đo điện áp, tín hiệu xung tại các điểm đo, nhằm giúm người dùng nắm bắt hệ thống điều khiển ABS một cách trực quan.
1.3. Đối tượng nghiên cứu
- Hệ thống điều khiển ABS.
- Vi điều khiển và các linh kiện điện tử.
1.4. Phương pháp nghiên cứu
- Phương pháp luận.
- Phương pháp thực nghiệm.
1
- Phương pháp thu thập số liệu.
- Sử dụng các nguồn tài liệu trên internet. - Hướng dẫn trực tiếp từ thầy, cô.
1.5. Phạm vi của đề tài
- Hoạt động hệ thống điều khiển ABS.
- Thiết kế mô hình giả lập hệ thống điều khiển ABS. - Lập trình điều khiển trên Arduino.
- Thiết lập màn hình hiển thị trên Copy Nextion.
- Đưa ra nhận xét và hướng phát triển của đề tài.
2
CHƯƠNG 2. CƠ SỞ LÝ THUYẾT HỆ THỐNG CHỐNG BÓ CỨNG PHANH ABS 2.1 . Giới thiệu hệ thống chống bó cứng phanh ABS (Anti – lock Brake System)
Hệ thống chống bó cứng phanh ABS (Anti-lock Braking System) là một hệ thống an toàn trên ôtô, dùng để ngăn ngừa tình trạng bánh xe bị bó cứng trong tình huống phanh khẩn cấp. Điều này giúp xe tránh được tình trạng trượt dài trên đường và cho phép tài xế duy trì khả năng kiểm soát hướng lái trong khi phanh.
Khi phanh gấp hay phanh trên các loại mặt đường có hệ số bám thấp như đường trơn trượt hay mặt đường ẩm ướt, bánh xe dễ xảy ra tình trạng bị bó cứng dẫn đến tình trạng xe bị trượt lết trên đường, hiệu quả phanh giảm, kéo dài thời gian phanh, mất tính ổn định của xe. Lúc này, hệ thống ABS (Anti – lock Breke System) sẽ phát hiện tình trạng bánh xe bị bó cứng và điều khiển thay đổi áp suất phanh, giúp tài xế có thể ổn định hướng lái xe, phanh hay dừng xe một cách nhanh chóng và an toàn.
Chính nhờ những ưu điểm đó mà kể từ thời điểm ra mắt vào năm 1971, đến nay hệ thống chống bó cứng phanh ABS không thể thiếu trên xe. Góp phần giảm thiểu đáng kể số vụ tai nạn xe hơi trên thế giới.
Hình 2.1. Xe có ABS và không có ABS
2.2. Phân loại
2.2.1. Phân loại theo ngưỡng trượt
- Điều khiển theo ngưỡng trượt thấp: khi bánh xe bên trái và bên phải hoạt động trên các phần đường khác nhau về hệ số bám, ECU sẽ chọn thời điểm bắt đầu bị bó cứng của bánh xe có khả năng bám thấp nhất để điều khiển áp suất chung cho cả cầu. Lúc này lực phanh tại các bánh xe bằng nhau, có giá trị bằng giá trị lực phanh cực đại của bánh xe có hệ số bám thấp. Bánh xe có hệ số bám đường cao vẫn nằm trong vùng ổn định của đường đặc tính trượt, lực phanh chưa đạt giá trị cực đại. Điều này mang lại sự ổn định cao nhưng lại dẫn đến hiệu quả phanh thấp do lực phanh yếu.
- Điều khiển theo ngưỡng trượt cao: ECU sẽ chọn thời điểm bắt đầu bị bó cứng của bánh xe có khả năng bám cao nhất để điều khiển áp suất chung cho cả cầu, lúc này bánh xe có khả năng bám thấp đã bị bó cứng. Với kiểu điều khiển này sẽ cho hiệu quả phanh cao nhưng tính ổn định của xe lại giảm.
2.2.2. Phân loại theo kiểu điều khiển ( độc lập hay phụ thuộc)
- Trong loại điều khiển độc lập, bánh xe nào đạt tới ngưỡng trượt, tức bắt đầu có xu hướng bị bó cứng thì điều khiển riêng bánh đó.
- Trong loại điều khiển phụ thuộc, ABS điều khiển áp suất phanh chung cho hai bánh xe trên một cầu hay cả xe theo một tín hiệu chung, có thể theo ngưỡng trượt thấp hay ngưỡng trượt cao
2.2.3. Phân loại theo kênh
- Loại 1 kênh: Hai bánh sau được điều khiển chung (có ở ABS thế hệ đầu, chỉ trang bị ABS cho hai bánh sau vì dễ bị hãm cứng hơn hai bánh trước khi phanh).
- Loại 3 kênh: : Hai kênh điều khiển độc lập cho hai bánh trước, kênh còn lại điều khiển chung cho hai bánh sau. Sử dụng 2 cảm biến tốc độ độc lập cho 2 bánh trước và 1 cảm biến tốc độ độc lập cho bánh sau. Ở loại này khi phanh sẽ tối ưu được được việc kiểm soát áp lực phanh lên 2 bánh trước, còn bánh sau có thể bị bó cứng 1 bánh.
Hình 2.3. ABS loại 3 kênh
- Loại 4 kênh: Đây là loại được sử dụng rộng rãi hiện nay với 4 kênh riêng biết cho 4 bánh, 4 cảm biến tốc độ ở 4 kênh cho phép điều khiển lực phanh 1 cách độc lập lên từng bánh xe khi ABS hoạt động.
Do Drive thay đổi chính sách, nên một số link cũ yêu cầu duyệt download. các bạn chỉ cần làm theo hướng dẫn.
Password giải nén nếu cần: ket-noi.com | Bấm trực tiếp vào Link để tải:
TÓM TẮT
Đồ án này trình bày tính toán, thiết kế và thi công mô hình giả lập hệ thống điều khiển ABS. Đề tài ứng dụng Arduino nano và IC 74HC595 để thiết kế, lập trình mô phỏng điều khiển ABS và thiết lập một số PAN của hệ thống điều khiển ABS. Ngoài ra đề tài còn lập trình mạch quét các điểm đo và hiển thị kết quả đo điện áp, tín hiệu xung lên màn hình cảm ứng điện trở Copy Nextion.
ii
MỤC LỤC
LỜI CẢM ƠN .......................................................................................................................i TÓM TẮT ........................................................................................................................... ii MỤC LỤC ......................................................................................................................... iii DANH MỤC CÁC TỪ VIẾT TẮT ....................................................................................vi DANH MỤC CÁC HÌNH................................................................................................. vii DANH MỤC CÁC BẢNG .................................................................................................xi CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN .............................................................................................1
1.1. Lý do chọn đề tài .......................................................................................................1 1.2. Mục tiêu nghiên cứu ..................................................................................................1 1.3. Đối tượng nghiên cứu ................................................................................................1 1.4. Phương pháp nghiên cứu ...........................................................................................1 1.5. Phạm vi của đề tài......................................................................................................2
CHƯƠNG 2. CƠ SỞ LÝ THUYẾT HỆ THỐNG CHỐNG BÓ CỨNG PHANH ABS ..............................................................................................................................................3
2.1. Giới thiệu hệ thống chống bó cứng phanh ABS (Anti – lock Brake System) ..........3 2.2. Phân loại ....................................................................................................................4 2.2.1. Phân loại theo ngưỡng trượt................................................................................4 2.2.2. Phân loại theo kiểu điều khiển ( độc lập hay phụ thuộc) ....................................4 2.2.3. Phân loại theo kênh .............................................................................................4 2.2.4. Một số sơ đồ bố trí ABS thường gặp ..................................................................6 2.3. Cấu tạo chung ............................................................................................................8 2.4. Tín hiệu đầu vào (cảm biến – Sensors) .....................................................................9 2.4.1. Cảm biến tốc độ ..................................................................................................9
iii
2.4.1.1. Cảm biến điện từ ........................................................................................10 2.4.1.2. Cảm biến Hall ............................................................................................11 2.4.1.3. Cảm biến điện trở từ ..................................................................................14 2.4.1.4. Kiểm tra tình trạng cảm biến: ....................................................................15
2.4.2. Cảm biến giảm tốc ............................................................................................17 2.5. Bộ chấp hành ABS ..................................................................................................19 2.5.1. Cấu tạo bộ chấp hành ABS ...............................................................................19 2.5.2. Chức năng của bộ điều khiển điện tử ECU.......................................................21 2.5.3. Hoạt động của mô tơ bơm và van điện từ .........................................................23 2.5.4. Hoạt động của bộ điều khiển thủy lực ABS......................................................24 2.5.4.1. Hoạt động của HCU van điện từ 2 vị trí ....................................................24 2.5.4.2. Hoạt động của HCU van điện từ 3 vị trí ....................................................27 2.6. Đèn thông báo ...........................................................................................................30 2.7. Hệ thống ABS trên xe..............................................................................................31 2.7.1. Sơ đồ mạch điện hệ thống ABS trên xe ............................................................31 2.7.2. Hoạt động của hệ thống ....................................................................................35 Chương 3. CƠ SỞ LÝ THUYẾT CÁC LINH KIỆN ĐIỆN TỬ..................................37 3.1. Màn hình Copy Nextion ..........................................................................................37 3.2. Arduino nano V3.0 Atmega328P ............................................................................38 3.3. IC 74HC595.............................................................................................................42
Chương 4. THIẾT KẾ VÀ THI CÔNG MÔ HÌNH GIẢ LẬP HỆ THỐNG ĐIỀU KHIỂN PHANH CHỐNG BÓ CỨNG ABS..................................................................45
4.1. Ý tưởng thiết kế .......................................................................................................45 4.2. Sơ đồ mạch điện của hệ thống ABS sử dụng trong mô hình ..................................46
iv
4.3. Thiết kế mô hình......................................................................................................47 4.3.1. Các thiết bị sử dụng trong mô hình...................................................................47 4.3.2. Thiết kế giao diện mô hình ..............................................................................50 4.3.2. Thiết kế giao diện màn hình Copy Nextion ......................................................51 4.3.3. Thiết kế mạch điều khiển giả lập ......................................................................54
4.4. Thi công mô hình.....................................................................................................55 4.5. Lập trình điều khiển.................................................................................................57 4.6. Vận hành mô hình ...................................................................................................60
CHƯƠNG 5: KẾT LUẬN VÀ ĐỀ NGHỊ ......................................................................72
5.1. Kết luận ...................................................................................................................72
5.2. Kiến nghị .................................................................................................................72 DANH MỤC TÀI LIỆU THAM KHẢO...........................................................................73
v
DANH MỤC CÁC TỪ VIẾT TẮT
ABS: Anti-lock Braking System ECU: Electronic Control Unit HCU: Hydraulic Control Unit IG: Ignition
IC: Integrated Circuit
PWM: Pulse Width Modulation
MOSFET: Metal-Oxide Semiconductor Field-Effect Transistor EEPROM: Electrically Erasable Programmable Read-Only Memory USB: Universal Serial Bus
EBD: Electronic Brakeforce Distribution
vi
DANH MỤC CÁC HÌNH
Hình 2.1. Xe có ABS và không có ABS..............................................................................3 Hình 2.2. ABS loại 1 kênh ...................................................................................................5 Hình 2.3. ABS loại 3 kênh ...................................................................................................5 Hình 2.4. ABS loại 4 kênh ...................................................................................................5 Hình 2.5. Sơ đồ hệ thống ABS 1 kênh điều khiển bánh sau................................................6 Hình 2.6. Sơ đồ hệ thống ABS 3 kênh sử dụng van 3 vị trí ................................................6 Hình 2.7. Sơ đồ hệ thống ABS 3 kênh sử dụng van 2 vị trí ................................................7 Hình 2.8. Sơ đồ hệ thống ABS 4 kênh sử dụng van 3 vị trí ................................................7 Hình 2.9. Sơ đồ hệ thống ABS 4 kênh sử dụng van 2 vị trí ................................................8 Hình 2.10. Cấu tạo chung của hệ thống ABS ......................................................................8 Hình 2.11. Vị trí cảm biến tốc độ bánh xe...........................................................................9 Hình 2.12. Cấu tạo cảm biến điện từ .................................................................................10 Hình 2.13. Sơ đồ nguyên lý cảm biến điện từ ...................................................................10 Hình 2.14. Tín hiệu analog của passive sensor..................................................................11 Hình 2.15. Kết nối ECU với pasive sesnor........................................................................11 Hình 2.16. Hiệu ứng Hall...................................................................................................11 Hình 2.17. Các loại cảm biến Hall.....................................................................................12 Hình 2.18. Cấu tạo cảm biến Hall......................................................................................12 Hình 2.19. Sơ đồ khối cảm biến Hall.................................................................................13 Hình 2.20. Tín hiệu digital của Hall sensor .......................................................................13 Hình 2.21. Kết nối ECU với active sensor.........................................................................13 Hình 2.22. Điện trở từ........................................................................................................14 Hình 2.23. Cảm biến tốc độ bánh xe điện trở từ................................................................14 Hình 2.24. Hoạt động của cảm biến tốc độ bánh xe điện trở từ ........................................15 Hình 2.25. Xác định hướng quay .......................................................................................15 Hình 2.26. Tín hiệu của cảm biến khi vòng ABS gặp sự cố..............................................16 Hình 2.27. Cảm biến giảm tốc ...........................................................................................17 Hình 2.28. Hoạt động của cảm biến giảm tốc....................................................................17 Hình 2.29. Các mức độ giảm tốc .......................................................................................18
vii
Hình 2.30. Cảm biến gia tốc kiểu bán dẫn.........................................................................18 Hình 2.31. Bộ chấp hành ABS...........................................................................................19 Hình 2.32. Bộ điều khiển điện tử ABS ..............................................................................19 Hình 2.33. Bộ điều khiển thuỷ lực.....................................................................................20 Hình 2.34. Van điện từ.......................................................................................................20 Hình 2.35. Mô tơ bơm và bình tích áp...............................................................................21 Hình 2.36. Van 2 vị trí trên HCU ......................................................................................24 Hình 2.37. Khi phanh thường ............................................................................................24 Hình 2.38. ABS hoạt động ở chế độ giảm áp ....................................................................25 Hình 2 39. ABS hoạt động ở chế độ tăng áp .....................................................................26 Hình 2.40. ABS hoạt động ở chế độ giữ áp .......................................................................26 Hình 2.41. Sơ đồ hệ thống ABS sử dụng van 3 vị trí ........................................................27 Hình 2.42. Khi phanh thường ............................................................................................27 Hình 2.43. ABS hoạt động ở chế độ giảm áp ....................................................................28 Hình 2.44. ABS hoạt động ở chế độ giữ áp .......................................................................29 Hình 2.45. ABS hoạt động ở chế độ tănng áp ...................................................................29 Hình 2.46. Đèn thông báo ABS...........................................................................................30 Hình 2.47. Đèn thông báo phanh.........................................................................................30 Hình 2.48. Sơ đồ mạch điện ABS a ...................................................................................31 Hình 2.49. Sơ đồ mạch điện ABS b...................................................................................32 Hình 2.50. ABS connector .................................................................................................32
Hình 3.1. Chân kết nối màn hình Copy Nextion ...............................................................37 Hình 3.2. Sơ đồ chân Arduino Nano V3.0 ATmega328P .................................................38 Hình 3.3. Chân ICSP..........................................................................................................42 Hình 3.4. Các chân IC 74HC595 .......................................................................................43 Hình 3.5. IC 74HC595 timing diagram .............................................................................44
Hình 4.1. Sơ đồ khối mô hình giả lập hệ thống điều khiển ABS ......................................45 Hình 4.2. Sơ đồ mạch điện hệ thống ABS của mô hình ....................................................46
viii
Hình 4.3. Màn hình Copy Nextion ....................................................................................47 Hình 4 4. Arduino Nano.....................................................................................................48 Hình 4.5. IC 74HC595 .......................................................................................................48 Hình 4.6. Công tắc nguồn ..................................................................................................48 Hình 4.7. Nút nhấn nhả ......................................................................................................49 Hình 4.8. Nút nhấn giữ ......................................................................................................49 Hình 4.9. Led 10 mm .........................................................................................................49 Hình 4.10. Led 5mm ..........................................................................................................50 Hình 4.11. Đế banana.........................................................................................................50 Hình 4.12. Giao diện mô hình trên phần mềm CorelDraw................................................51 Hình 4.13. Giao diện chọn chế độ đo kiểm hay chọn PAN...............................................52 Hình 4.14. Giao diện chọn thang đo ..................................................................................52 Hình 4.15. Giao diện đồng hồ đo VOM ............................................................................53 Hình 4.16. Giao diện chọn PAN ........................................................................................53 Hình 4.17. Giao diện đo xung tín hiệu...............................................................................54 Hình 4.18. Sơ đồ mạch in của IC 74HC595 ......................................................................54 Hình 4.19. Sơ đồ mạch sau khi gia công ...........................................................................55 Hình 4.20. Giao diện mô hình............................................................................................55 Hình 4.21. Khung nhôm định hình ....................................................................................56 Hình 4.22. Phần mạch điện tử của mô hình.......................................................................56 Hình 4.23. Sơ đồ khối điều khiển giả lập ..........................................................................57 Hình 4.24. Lưu đồ thuật toán hàm guiData .......................................................................57 Hình 4.25. Lưu đồ thuật toán hàm quetquedo ...................................................................58 Hình 4.26. Mô hình sau khi được cấp nguồn.....................................................................60 Hình 4.27. Sau khi bật khóa điện ECU kiểm tra ban đầu hệ thống ...................................61 Hình 4.28. Khi nhấn chân ga ECU kiểm tra khởi động hệ thống.....................................62 Hình 4.29. Sau khi tăng ga, nhấn chân phanh tiến hành phanh.........................................63 Hình 4.30. Đo điện áp tại điểm đo sau cầu chì STOP sau khi bật khóa điện ....................64 Hình 4.31. Đo điện áp tại điểm FR+ khi xe đứng yên.......................................................65 Hình 4.32. Đo điện áp tại điểm FR+ khi xe chạy ở tốc độ thấp ........................................66
ix
Hình 4.33. Đo xung tại điểm FL+ khi xe đang đứng yên..................................................67 Hình 4.34. Đo xung tín hiệu tốc độ bánh xe tại điểm FL+ khi xe chạy ở tốc độ cao........68 Hình 4.35. Đo xung điều khiển van điện từ tại điểm SFR khi phanh................................69 Hình 4.36. Chọn PAN đứt cầu chì ABS ............................................................................70 Hình 4.37. Phanh khi có PAN đứt cầu chì ABS................................................................71
x
DANH MỤC CÁC BẢNG
Bảng 2.1. Thông số kỹ thuật ..............................................................................................33
Bảng 3.1. Thông số kỹ thuật Arduino nano V3.0 ATmega328P.......................................38 Bảng 3.2. Chức năng các chân Arduino Nano V3.0 ATmega328P ..................................39 Bảng 3.3. Chức năng các chân IC 74HC595 .....................................................................43
Bảng 4.1. Bảng điện áp đầu cuối ABS ECU .....................................................................46 Bảng 4.2. Hoạt động của hệ thống điều khiển ABS và các giá trị điểm đo tương ứng.....59
xi
CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN
1.1. Lý do chọn đề tài
Ngày nay, ô tô đã trở thành một phương tiện di chuyển quen thuộc được nhiều người ưa chuộng vì nó tiện lợi, hiện đại. Với nhu cầu sử dụng ô tô ngày càng cao, các hãng xe cũng liên tục nghiên cứu, phát triển, trang bị các công nghệ hiện đại mới lên các dòng xe của mình. Bên cạnh đó sự an toàn của khách hàng khi tham gia giao thông cũng là một trong những tiêu chí được đặt lên hàng đầu.
Hệ thống phanh trên ô tô là một trong những cơ cấu an toàn quan trọng ảnh hưởng trực tiếp đến khả năng giảm tốc và dừng lại của xe trong trường hợp cần thiết. Khi gặp chướng ngại vật bất ngờ người lái thường có xu hướng đạp phanh gấp và giữ khiến cho các bánh xe bị bó cứng, làm mất khả năng kiểm soát lái của xe. Lời khuyên từ các chuyên gia là người lái xe nên đạp nhấp nhả phanh liên tục khi phanh gấp, tuy nhiên đa phần người lái xe đều không đủ bình tĩnh để làm việc đó. Để giải quyết vấn đề này hệ thống chống bó cứng phanh với tên gọi “ Anti-lock Braking System” viết tắt ABS đã được đưa vào sử dụng trên các xe ô tô. Ngày nay hệ thống ABS đã được sử dụng rộng rãi và giữ một vai trò không thể thiếu trên các xe ô tô.
Nhận thấy tầm quan trọng của hệ thống ABS nhằm giúp các bạn sinh viên hiểu thêm về hệ thống ABS cũng như hệ thống điều khiển của hệ thống chúng em đã chọn đề tài: “Thiết kế, chế tạo mô hình giả lập hệ thống điều khiển ABS dùng trong giảng dạy”.
1.2. Mục tiêu nghiên cứu
- Tạo ra mô hình giả lập hệ thống điều khiển ABS giống với hoạt động trong thực tế, có hiển thị kết quả đo điện áp, tín hiệu xung tại các điểm đo, nhằm giúm người dùng nắm bắt hệ thống điều khiển ABS một cách trực quan.
1.3. Đối tượng nghiên cứu
- Hệ thống điều khiển ABS.
- Vi điều khiển và các linh kiện điện tử.
1.4. Phương pháp nghiên cứu
- Phương pháp luận.
- Phương pháp thực nghiệm.
1
- Phương pháp thu thập số liệu.
- Sử dụng các nguồn tài liệu trên internet. - Hướng dẫn trực tiếp từ thầy, cô.
1.5. Phạm vi của đề tài
- Hoạt động hệ thống điều khiển ABS.
- Thiết kế mô hình giả lập hệ thống điều khiển ABS. - Lập trình điều khiển trên Arduino.
- Thiết lập màn hình hiển thị trên Copy Nextion.
- Đưa ra nhận xét và hướng phát triển của đề tài.
2
CHƯƠNG 2. CƠ SỞ LÝ THUYẾT HỆ THỐNG CHỐNG BÓ CỨNG PHANH ABS 2.1 . Giới thiệu hệ thống chống bó cứng phanh ABS (Anti – lock Brake System)
Hệ thống chống bó cứng phanh ABS (Anti-lock Braking System) là một hệ thống an toàn trên ôtô, dùng để ngăn ngừa tình trạng bánh xe bị bó cứng trong tình huống phanh khẩn cấp. Điều này giúp xe tránh được tình trạng trượt dài trên đường và cho phép tài xế duy trì khả năng kiểm soát hướng lái trong khi phanh.
Khi phanh gấp hay phanh trên các loại mặt đường có hệ số bám thấp như đường trơn trượt hay mặt đường ẩm ướt, bánh xe dễ xảy ra tình trạng bị bó cứng dẫn đến tình trạng xe bị trượt lết trên đường, hiệu quả phanh giảm, kéo dài thời gian phanh, mất tính ổn định của xe. Lúc này, hệ thống ABS (Anti – lock Breke System) sẽ phát hiện tình trạng bánh xe bị bó cứng và điều khiển thay đổi áp suất phanh, giúp tài xế có thể ổn định hướng lái xe, phanh hay dừng xe một cách nhanh chóng và an toàn.
Chính nhờ những ưu điểm đó mà kể từ thời điểm ra mắt vào năm 1971, đến nay hệ thống chống bó cứng phanh ABS không thể thiếu trên xe. Góp phần giảm thiểu đáng kể số vụ tai nạn xe hơi trên thế giới.
Hình 2.1. Xe có ABS và không có ABS
2.2. Phân loại
2.2.1. Phân loại theo ngưỡng trượt
- Điều khiển theo ngưỡng trượt thấp: khi bánh xe bên trái và bên phải hoạt động trên các phần đường khác nhau về hệ số bám, ECU sẽ chọn thời điểm bắt đầu bị bó cứng của bánh xe có khả năng bám thấp nhất để điều khiển áp suất chung cho cả cầu. Lúc này lực phanh tại các bánh xe bằng nhau, có giá trị bằng giá trị lực phanh cực đại của bánh xe có hệ số bám thấp. Bánh xe có hệ số bám đường cao vẫn nằm trong vùng ổn định của đường đặc tính trượt, lực phanh chưa đạt giá trị cực đại. Điều này mang lại sự ổn định cao nhưng lại dẫn đến hiệu quả phanh thấp do lực phanh yếu.
- Điều khiển theo ngưỡng trượt cao: ECU sẽ chọn thời điểm bắt đầu bị bó cứng của bánh xe có khả năng bám cao nhất để điều khiển áp suất chung cho cả cầu, lúc này bánh xe có khả năng bám thấp đã bị bó cứng. Với kiểu điều khiển này sẽ cho hiệu quả phanh cao nhưng tính ổn định của xe lại giảm.
2.2.2. Phân loại theo kiểu điều khiển ( độc lập hay phụ thuộc)
- Trong loại điều khiển độc lập, bánh xe nào đạt tới ngưỡng trượt, tức bắt đầu có xu hướng bị bó cứng thì điều khiển riêng bánh đó.
- Trong loại điều khiển phụ thuộc, ABS điều khiển áp suất phanh chung cho hai bánh xe trên một cầu hay cả xe theo một tín hiệu chung, có thể theo ngưỡng trượt thấp hay ngưỡng trượt cao
2.2.3. Phân loại theo kênh
- Loại 1 kênh: Hai bánh sau được điều khiển chung (có ở ABS thế hệ đầu, chỉ trang bị ABS cho hai bánh sau vì dễ bị hãm cứng hơn hai bánh trước khi phanh).
- Loại 3 kênh: : Hai kênh điều khiển độc lập cho hai bánh trước, kênh còn lại điều khiển chung cho hai bánh sau. Sử dụng 2 cảm biến tốc độ độc lập cho 2 bánh trước và 1 cảm biến tốc độ độc lập cho bánh sau. Ở loại này khi phanh sẽ tối ưu được được việc kiểm soát áp lực phanh lên 2 bánh trước, còn bánh sau có thể bị bó cứng 1 bánh.
Hình 2.3. ABS loại 3 kênh
- Loại 4 kênh: Đây là loại được sử dụng rộng rãi hiện nay với 4 kênh riêng biết cho 4 bánh, 4 cảm biến tốc độ ở 4 kênh cho phép điều khiển lực phanh 1 cách độc lập lên từng bánh xe khi ABS hoạt động.
Do Drive thay đổi chính sách, nên một số link cũ yêu cầu duyệt download. các bạn chỉ cần làm theo hướng dẫn.
Password giải nén nếu cần: ket-noi.com | Bấm trực tiếp vào Link để tải: