Luận văn cao học GVHD:PGS-TS Đỗ Văn Dũng TÓM T T Lu n văn có tựa đề "Mơ hình d y h c hệ thống lái tr lực điện giao ti p máy tính thơng qua LabVIEW" đư c hoƠn thƠnh vƠo tháng năm 2013, t i trư ng Đ i h c Sư ph m Kỹ thu t TP H Chí Minh Nội dung c a lu n văn bao g m:  Thi t k ch t o mơ hình hệ thống lái tr lực điện  Tính tốn thi t k t o mơ men c n quay vịng  Mơ thông số tr ng thái ho t động c a hệ thống lái máy tính thơng qua phần mềm LabVIEW  Tính tốn kiểm nghiệm cho mơ hình Mơ hình đư c thi t k dựa theo hệ thống lái tr lực điện c a xe TOYOTA - Prius, s n xuất năm (2004 ậ 2007) Bộ t o mơ men c n quay vịng điều ch nh thay đ i theo tốc độ ho t động c a xe Giao diện mô máy tính đư c thực b i phần mềm LabVIEW, ch y u thể thông số như: điện áp thay đ i c a c m bi n mô men; kh tr lực c a motor; hình hiển th xung hệ thống làm việc nhiều ch độ khác vƠ núm điều ch nh thay đ i tốc độ tơ Tính tốn kiểm nghiệm mơ hình để điều ch nh thơng số c a mơ hình theo thực t Ngồi ra, để giúp cho việc s d ng mơ hình đ t hiệu qu tốt gi ng d y h c t p, tác gi biên so n tài liệu gi ng d y theo chư ng trình đào t o hệ cao đẳng, ngành cơng nghệ tơ, kèm theo mơ hình HVTH: Trịnh Thái Luân Trang iv MSHV: 010085246011 Luận văn cao học GVHD:PGS-TS Đỗ Văn Dũng ABSTRACT The thesis entitled "Computer aid teaching model of the electric power steering system using LabVIEW software" was completed in April 2013, at the University of Technical Education Ho Chi Minh City The contents of the thesis include:  Designing an electric power steering system model  Calculating and designing the drag torque module applying to the vehicles  Changing the parameters to simulate the operating status of the steering system using the LabVIEW software  Experiments to evaluate the performance of the model The model was based on the electric power steering system of the Toyota Prius, which was produced from 2004 to 2007 The drag torque module applying to the vehicles when they turn around is adjusted according to speed of the vehicles The interface on the simulating computer is performed with LabVIEW software The main parameters and devices illustrated on the display are the voltage of the torque sensor, the resistance of the driving motor, the display to show the pulses and a knob to change the vehicles speed Experiments were carried out to check the operation of the model and adjust the parameters of the model in accordance with the reality For using the model effectively in teaching and learning, the author has compiled teaching materials used for college training programs in automotive technology HVTH: Trịnh Thái Luân Trang v MSHV: 010085246011 Luận văn cao học GVHD:PGS-TS Đỗ Văn Dũng M CL C TRANG LÝ L CH KHOA H C i L I CAM ĐOAN ii L I C M N iii TÓM T T iv M C L C vi DANH SÁCH CÁC CH VI T T T xi DANH SÁCH CÁC HÌNH xii DANH SÁCH CÁC B NG xvi Ch ng 1: T NG QUAN .17 1.1 T ng quan chung lĩnh vực nghiên c u 17 1.2 Tình hình nghiên c u vƠ ngoƠi nư c 18 1.2.1 Tình hình nghiên c u hệ thống lái th gi i: 18 1.2.2 Tình hình nghiên c u vùng ASEAN vƠ nư c: .21 1.3 M c tiêu vƠ đối tư ng nghiên c u .25 1.3.1 M c tiêu nghiên c u: 25 1.3.2 Đối tư ng nghiên c u: 25 1.4 Nhiệm v ph m vi nghiên c u c a đề tài 26 1.4.1 Nhiệm v c a đề tài: .26 1.4.2 Ph m vi nghiên c u: .26 1.5 Phư ng pháp nghiên c u 26 Ch ng 2: C 2.1 T ng quan hệ thống lái tr lực 28 S LÝ THUY T 28 2.1.1 Công d ng hệ thống lái tr lực: 28 2.1.2 Phân lo i hệ thống lái tr lực: 28 2.2 Hệ thống lái có tr lực th y lực .30 2.2.1 Cấu trúc t ng quát HTL tr lực thuỷ lực: 30 2.2.2 Mơ hình tốn h c HTL tr lực thuỷ lực: 30 HVTH: Trịnh Thái Luân Trang vi MSHV: 010085246011 Luận văn cao học GVHD:PGS-TS Đỗ Văn Dũng 2.2.3 Đặc tính tr lực lái: 31 2.2.4 Gi i pháp điều khiển thay đ i hệ số tr lực lái: 32 2.3 Hệ thống tr lực th y lực điều khiển điện điện t 32 2.3.1 HTL tr lực th y lực v i van điện từ l p b m tr lực thực điều khiển lưu lư ng: 32 2.3.2 Hệ thống tr lực th y lực v i van điện từ m ch dầu van tr lực lái: .34 2.3.3 Hệ thống lái tr lực th y lực v i van điện từ t i c a vào (c a P c a R) c a van tr lực: 36 2.3.4 Hệ thống lái tr lực th y lực v i cách thay đ i tốc độ b m tr lực lái: 36 2.4 Hệ thống lái tr lực điện ậ điện t 40 2.4.1 Tr lực tr c lái: 42 2.4.2 Tr lực c cấu lái: 49 2.4.3 C m bi n hệ thống tr lực lái Điện ậ Điện t : 53 2.4.3.1 C m bi n tốc độ đánh lái có lo i: 53 2.4.3.2 C m bi n mô men lái có lo i: 54 2.4.3.3 C m bi n tốc độ ô tô: 56 CH NG 3: PH N M M LABVIEW 59 3.1 Nh ng khái niệm c b n 59 3.1.1 Gi i thiệu chung: 59 3.1.2 VI (Virtual Instrument) - Thi t b o .60 3.1.3 Front Panel Block Diagram .60 3.1.3.1 Front Panel: 61 3.1.3.2 Block Diagram: 61 3.1.4 Icon & Connector 62 3.1.4.1 Icon (biểu tư ng): .62 3.1.4.2 Connector (đầu nối): 62 3.2 Kỹ thu t l p trình LabVIEW .63 3.2.1 Các công c hỗ tr l p trình 63 3.2.1.1 Tools Palette: .63 HVTH: Trịnh Thái Luân Trang vii MSHV: 010085246011 Luận văn cao học GVHD:PGS-TS Đỗ Văn Dũng 3.2.1.2 Controls Palette (b ng điều khiển): .64 3.2.2 D liệu .67 3.2.2.1 Variables (bi n): 67 3.2.2.2 String: 69 3.2.2.3 Array: 71 3.2.3 Các cấu trúc điều khiển lu ng chư ng trình 74 3.2.3.1 For Loop: .74 3.2.3.2 While Loop: 75 3.2.3.3 Case & Sequence Structures: 76 3.2.3.4 Formula Node: 77 3.3 SubVI cách xây dựng subVI .77 3.3.1 Khái niệm SubVI 77 3.3.2 Xây dựng SubVI 78 3.3.2.1 T o SubVI từ VI: 78 3.3.2.2 T o SubVI từ phần c a VI: 80 3.3.3 Xây dựng ng d ng 80 3.3.4 Gỡ rối s a chư ng trình xơy dựng LabVIEW 83 3.4 Xây dựng giao diện điều khiền máy tính 84 Ch ng 4: THI T K CARD GIAO TI P 85 4.1 Gi i thiệu chung vi điều khiển 85 4.2 Cấu trúc phần c ng c a h vi điều khiển AVR 87 4.2.1 T ng quan ki n trúc 87 4.2.2 Các ghi đa d ng .90 4.2.3 C ng vào .91 4.2.4 Bộ nh SRAM 92 4.2.5 Cấu trúc ng t 93 4.2.6 Bộ so sánh analog 94 4.2.7 Bộ bi n đ i A/D bên 95 4.2.8 Bộ đ nh th i watchdog bên 97 HVTH: Trịnh Thái Luân Trang viii MSHV: 010085246011 Luận văn cao học GVHD:PGS-TS Đỗ Văn Dũng 4.3 Gi i thiệu vi điều khiển ATmega16 (AT90s4414/8515) 99 4.3.1 Đặc điểm 99 4.3.2 S đ chân ATmega16 101 4.3.3 Mô t ch c chân ATmega16 101 4.4 Gi i thiệu vi điều khiển ATtmega8 104 4.4.1 Đặc điểm .104 4.4.2 S đ chơn vƠ s đ khối c a ATmega8 .106 4.4.3 Mô t ch c chơn ATmega8 106 4.5 Thi t k card giao ti p gi a máy tính mơ hình 109 4.η.1 S đ giao ti p gi a máy tính mơ hình: 109 4.5.2 Chuẩn giao ti p: 110 Ch ng 5: THI T K , THI CƠNG MƠ HÌNH H TH NG LÁI TR L C ĐI N .111 5.1 Gi i thiệu mơ hình 111 5.2 Thi t k ph n mơ hình 113 5.2.1 Bộ ph n t o mô men c n c a mặt đư ng: .113 5.2.2 Tr c lái tr lực điện vƠ c cấu dẫn động: .114 5.2.3 Bộ ph n điều khiển: 115 5.3 Thi t k ph n ch c mơ hình hệ thống lái EPS 116 5.3.1 Bộ ph n phát tín hiệu tốc độ động c : 116 5.3.2 Bộ ph n phát tín hiệu tốc độ xe: 117 5.3.2.1 Cấu t o c m bi n tốc độ bánh xe: .118 5.3.2.2 Ho t động c a c m bi n tốc độ bánh xe lo i điện từ: 118 5.3.2.3 C m bi n tốc độ bánh xe vƠ s đ truyền tín hiệu mơ hình .120 η.3.3 Ngun lý điều khiển mơ hình EPS: 120 η.4 Hư ng dẫn s d ng mơ hình 121 η.4.1 Điện áp s d ng cho mơ hình: 121 5.4.2 V n hành mô hình: 122 5.4.2.1 Chuẩn b thi t b kiểm tra: .122 HVTH: Trịnh Thái Luân Trang ix MSHV: 010085246011 Luận văn cao học GVHD:PGS-TS Đỗ Văn Dũng 5.4.2.2 V n hành mơ hình khơng k t nối v i tính: 122 5.4.2.3 V n hành mơ hình k t nối v i tính: .123 Ch ng 6: TH C NGHI M .125 6.1 M c tiêu thực nghiệm 125 6.2 Thi t b d ng c thực nghiệm 125 6.3 Trình tự thực nghiệm 125 6.3.1 Tính tốn kiểm nghiệm mơ men c n quay vịng tác d ng lên mơ hình: 125 6.3.1.1 Tính tốn mơ men c n quay vòng cực đ i Mc max: 125 6.3.1.2 Thực nghiệm giá tr mơ men c n quay vịng cực đ i MCmax 127 6.3.1.3 Tính tốn mơ men c n quay vòng MCmax xe TOYOTA Prius s n xuất 2004 - 2007 .128 6.3.2 Tính tốn kiểm nghiệm lực tác d ng lên vơ lăng lái 128 6.3.3 Đánh giá k t qu thực nghiệm .129 6.3.4 Tính tốn mơ men tr lực cực đ i c a motor tr lực mô hình .130 Ch ng 7: K T LU N - H NG PHÁT TRI N C A Đ TÀI 131 7.1 K t lu n 131 7.2 Hư ng phát triển c a đề tài 131 TÀI LI U THAM KH O 133 HVTH: Trịnh Thái Luân Trang x MSHV: 010085246011 Luận văn cao học GVHD:PGS-TS Đỗ Văn Dũng DANH SÁCH CÁC CH VI T T T  ADRC (active disturbance rejection controller):  EPAS (electrical power assist steering): Hệ thống lái tr lực điện  ABS (Anti-lock Brake System): Hệ thống phanh có ph n chống hãm c ng bánh xe  CAN (Controller Area Network): Vùng m ng điều khiển  ECU (Electronic Control Unit): Bộ điều khiển điện t  EPS (Electronic Power Steering): Hệ thống lái tr lực điện  HPS (Hydraulic Power Steering) : Hệ thống lái tr lực th y lực  EHPS (Electronic Hydraulic Power Steering) : Hệ thống lái tr lực th y lực ậ điện  HTL: Hệ thống lái  HTTP: Hệ thống phanh  4WD (Four Wheel Driver): Bốn bánh xe ch động  4WS (Four Wheel Steering): Hệ thống lái bánh xe  DTC (Diagnostic trouble code): Mã chẩn đoán hư hỏng  DLC (Data link connector): Gi c c m k t nối d liệu  LabVIEW (Virtual Instrument Engineering Workbench):  VI (Virtual Instrument): Thi t b o  PPS (Progressive Power Steering): Bộ cư ng hố tích cực HVTH: Trịnh Thái Luân Trang xi MSHV: 010085246011 Luận văn cao học GVHD:PGS-TS Đỗ Văn Dũng DANH SÁCH CÁC HÌNH HÌNH TRANG Hình 1.1: Mơ hình thi t k hộp ECU điều khiển hệ thống lái tr lực điện .22 Hình 1.2: Hệ thống lái 4WS điều khiển điện-c khí 23 Hình 2.1: S đ t ng quát hệ thống lái tr lực th y lực 30 Hình 2.2: S đ khối mơ hình tốn h c HTL có tr lực 31 Hình 2.3: Đ th đặc tính tr lực .32 Hình 2.4: S đ hệ thống lái tr lực th y lực v i van điện từ l p b m tr lực .33 Hình 2.η: B m tr lực lái vƠ van điện từ 33 Hình 2.θ: S đ HTL thay đ i hệ số tr lực lái van điện từ van tr lực .34 Hình 2.7: S đ m ch cầu th y lực 34 Hình 2.8: (a) - V trí bố trí van điện từ; (b) - S đ m ch dầu; 35 Hình 2.9: Nguyên lý thay đ i hệ số tr lực van điện từ t i c a vào 36 Hình 2.10: Hệ thống lái tr lực th y lực có điều khiển thay đ i tốc độ motor dẫn động b m 37 Hình 2.11: Bề mặt l p trình cho tốc độ b m .38 Hình 2.12: Cấu t o motor bư c 39 Hình 2.13: Hệ thống lái tr lực điện ậ điện t v i motor tr lực bố trí tr c lái.41 Hình 2.14: Hệ thống lái tr lực điện ậ điện t v i motor tr lực bố trí c cấu lái vƠ đư c thi t r i 41 Hình 2.15: Hệ thống lái tr lực điện ậ điện t v i motor tr lực bố trí c cấu lái vƠ đư c thi t k liền 42 Hình 2.1θ: C cấu tr lực lái điện ậ điện t tr lực tr c lái 42 Hình 2.17: S đ t ng quát c a hệ thống lái điện tr lực tr c lái 43 Hình 2.18: Bố trí c m Taplô thể đèn báo lỗi P/S 44 Hình 2.19: S đ mơ q trình điều khiển motor tr lực lái theo phư ng pháp điều khiển điện áp .45 HVTH: Trịnh Thái Luân Trang xii MSHV: 010085246011 Luận văn cao học GVHD:PGS-TS Đỗ Văn Dũng Hình 2.20: S đ mơ q trình điều khiển motor tr lực lái theo phư ng pháp điều khiển dòng điện 46 Hình 2.21: M ch tư ng đư ng c a motor 46 Hình 2.22: S đ điều khiển t ng quát c a ECU tr lực lái điện .47 Hình 2.23: Điều khiển ch độ motor 48 Hình 2.24: Đặc tính điều khiển 48 Hình 2.25: Mơ hình toán h c c a hệ thống tr lực tr c lái 49 Hình 2.2θ: S đ tr lực lái điện ậ điện t c cấu lái 50 Hình 2.27: Các ph n c a motor c m bi n góc quay .50 Hình 2.28: C m motor tr c vít, c m bi n góc quay 51 Hình 2.29: S đ điều khiển t ng quát c a hệ thống tr lực c cấu lái 51 Hình 2.30: Tín hiệu quan tr ng để điều khiển motor tr lực lái .52 Hình 2.31: Mơ mơ hình tốn h c c a hệ thống lái tr lực c cấu lái .52 Hình 2.32: Cấu t o tín hiệu c a c m bi n tốc độ đánh lái 53 Hình 2.33: C m bi n tốc độ đánh lái (góc đánh lái) lo i Hall 53 Hình 2.34: Đặc tính, v trí làm việc c a c m bi n mơ men lái lo i lõi thép trư t 54 Hình 2.35: Cấu trúc vƠ đặc tính c a c m bi n mô men lái lo i lõi thép xoay 55 Hình 2.36: C m bi n mơ men lái lo i vành dây 55 Hình 2.37: S đ nguyên lý xung c a c m bi n mô men lái lo i vành dây 56 Hình 2.38: Ba lo i c m bi n tốc độ ô tô 57 Hình 2.39: C m bi n tốc độ ô tô lo i MRE 58 Hình 3.1: Front Panel Block Diagram 61 Hình 3.2: V trí Icon Connector 62 Hình 3.3: Tools palette 64 Hình 3.4: Control Palette 64 Hình 3.5: Numeric controls .65 Hình 3.6: Numeric indicators 65 Hình 3.7: Boolean .66 Hình 3.8: String Path 66 HVTH: Trịnh Thái Luân Trang xiii MSHV: 010085246011 ... ng quan hệ thống lái tr lực 28 S LÝ THUY T 28 2.1.1 Công d ng hệ thống lái tr lực: 28 2.1.2 Phân lo i hệ thống lái tr lực: 28 2.2 Hệ thống lái có tr lực th y lực. .. Hệ thống lái tr lực điện  HPS (Hydraulic Power Steering) : Hệ thống lái tr lực th y lực  EHPS (Electronic Hydraulic Power Steering) : Hệ thống lái tr lực th y lực ậ điện  HTL: Hệ thống lái. .. tr lực điện ậ điện t v i motor tr lực bố trí tr c lái. 41 Hình 2.14: Hệ thống lái tr lực điện ậ điện t v i motor tr lực bố trí c cấu lái vƠ đư c thi t r i 41 Hình 2.15: Hệ thống lái