Nghiên cứu thiết kế và chế tạo mô hình thiết bị xác định góc đặt bánh xe ô tô

13 789 2

Kira Gửi tin nhắn Báo tài liệu vi phạm

Tải lên: 23,609 tài liệu

  • Loading ...
1/13 trang

Thông tin tài liệu

Ngày đăng: 30/12/2013, 14:22

1 BỘ GIÁO DỤC ĐÀO TẠO ĐẠI HỌC ĐÀ NẴNG VŨ TRUNG KIÊN NGHIÊN CỨU THIẾT KẾ CHẾ TẠO HÌNH THIẾT BỊ XÁC ĐỊNH GÓC ĐẶT BÁNH XE Ô Chuyên ngành: SẢN XUẤT TỰ ĐỘNG Mã số: 60.52.60 TÓM TẮT LUẬN VĂN THẠC SĨ KỸ THUẬT Đà Nẵng - Năm 2011 2 Công trình ñược hoàn thành tại ĐẠI HỌC ĐÀ NẴNG Người hướng dẫn khoa học: PGS. TS. Phạm Đăng Phước Phản biện 1: PGS.TS. Lê Cung Phản biện 2: PGS.TS. Trần Xuân Tùy Luận văn ñã ñược bảo vệ trước hội ñồng chấm Luận văn tốt nghiệp Thạc sĩ Kỹ thuật họp tại Đại học Đà Nẵng vào ngày 05 tháng 12 năm 2011. Có thể tìm hiểu luận văn tại: - Trung tâm Thông tin - Học liệu, Đại học Đà Nẵng. - Trung tâm Học liệu, Đại học Đà Nẵng. 3 MỞ ĐẦU 1. Tính cấp thiết của ñề tài Có nhiều phương pháp khác nhau ñể xác ñịnh các góc ñặt bánh xe. Phổ biến nhất là dùng một hệ thống gồm nhiều thiết bị, dụng cụ cơ khí, với thời gian kiểm tra lâu, ñộ chính xác không cao.Trong khi ñó, thiết bị kiểm tra góc ñặt bánh xe dùng xử lý ảnh hoặc kỹ thuật hồng ngoại, laser mua của nước ngoài rất ñắt tiền, vì thế việc nghiên cứu một thiết bị xác ñịnh góc ñặt bánh xe có thể hạn chế ñược các nhược ñiểm trên là việc rất cần thiết nhằm rút ngắn thời gian kiểm tra chuẩn ñoán các góc ñặt bánh xe, giảm số lượng thao tác của người kiểm tra, nâng cao ñộ chính xác ño ñạc, ñồng thời có thể tích hợp vào hệ thống thử phanh của công ty Dameco. 2. Mục ñích của ñề tài + Tìm hiểu về các góc ñặt bánh xe, vai trò ảnh hưởng của chúng ñến sự vận hành của ô tô. + Tìm hiểu về các phương pháp xác ñịnh góc ñặt bánh xe ưu nhược ñiểm của chúng. + Nghiên cứu ứng dụng một số loại cảm biến vào việc xác ñịnh góc ñặt bánh xe. + Xây dựng hình phần cứng thiết bị chương trình xử lý tính toán góc ñặt bánh xe trên ô tô. + Kiểm tra xác ñịnh góc ñặt bánh xe trên thực tế. 3. Phạm vi nghiên cứu Đề tài chỉ giới hạn trong phạm vi xác ñịnh các góc ñặt bánh xe camber, caster của bánh xe ô tô. 4. Phương pháp nghiên cứu + Nghiên cứu lý thuyết về các dạng sai lệch góc ñặt bánh xe, 4 nguyên nhân ảnh hưởng của chúng. + Nghiên cứu thực tế thiết bị chuẩn ñoán hiệu chỉnh hệ thống xe ô có trên thị trường. + Nghiên cứu xây dựng hình thực nghiệm chương trình tính toán góc ñặt bánh xe. 5. Ý nghĩa khoa học thực tiễn + Ứng dụng vào việc rút ngắn thời gian kiểm tra, xác ñịnh góc ñặt bánh xe; nâng cao ñộ chính xác ño lường, giảm giá thành thiết bị. + Gọn nhẹ linh hoạt, thích hợp với những gara ôtô có quy vừa nhỏ, hoặc cá nhân sử dụng. 6. Cấu trúc của luận văn: luận văn bao gồm 4 chương + Chương 1: Tổng quan về các góc ñặt bánh xe ô tô, vai trò ảnh hưởng của chúng Trình bày tổng quan về các góc ñặt bánh xe ô tô. + Chương 2: Một số phương pháp xác ñịnh góc ñặt bánh xe ô Trình bày tổng quan một số phương pháp xác ñịnh góc ñặt bánh xe ô tô. + Chương 3: Thiết kế hình thiết bị xác ñịnh góc ñặt bánh xe ô Trình bày phương án thiết kế phần cứng phần mềm hình thiết bị kiểm tra góc ñặt bánh xe ô tô. + Chương 4: Kết quả ñạt ñược nhận xét Trình bày kết quả ñạt ñược, ưu nhược ñiểm hướng phát triển ñề tài. ( Toàn bộ bánh xe trong luận văn là ñều nói ñến bánh xe ô ) 5 Chương 1. TỔNG QUAN VỀ CÁC GÓC ĐẶT BÁNH XE ẢNH HƯỞNG CỦA CHÚNG 1.1. GÓC ĐẶT BÁNH XE 1.1.1. Góc camber 1.1.2. Góc caster 1.1.3. Góc kingpin (góc nghiêng của trục lái) 1.1.4. Góc chụm (hay ñộ chụm) 1.1.5. Bán kính quay vòng 1.2. ẢNH HƯỞNG CỦA GÓC ĐẶT BÁNH XE 1.2.1. Ảnh hưởng của góc camber 1.2.2. Ảnh hưởng của góc caster 1.2.3. Ảnh hưởng của góc kingpin 1.2.4. Ảnh hưởng của góc chụm (hay ñộ chụm) 1.2.5. Ảnh hưởng của bán kính quay vòng 1.3. NHẬN XÉT Chương 2. MỘT SỐ PHƯƠNG PHÁP XÁC ĐỊNH GÓC ĐẶT BÁNH XE Ô 2.1. PHƯƠNG PHÁP XÁC ĐỊNH BẰNG DỤNG CỤ CƠ KHÍ ĐO GÓC 2.2. PHƯƠNG PHÁP XÁC ĐỊNH BẰNG KỸ THUẬT LASER 2.3. PHƯƠNG PHÁP XÁC ĐỊNH BẰNG XỬ LÝ ẢNH 2.4. NHẬN XÉT 6 Chương 3. THIẾT KẾ HÌNH THIẾT BỊ XÁC ĐỊNH GÓC ĐẶT BÁNH XE Ô 3.1. LỰA CHỌN PHƯƠNG ÁN THIẾT KẾ Do tích hợp vào hệ thống thử phanh nên cần giao tiếp ñược với máy tính. Nhưng do không phải gara nào máy tính cũng ñể gần bệ thử nên lựu chọn phương án dùng giao tiếp không dây với máy tính (cụ thể là dùng module thu phát sóng radio). Như vậy phương án thiết kế gồm: + Mạch thu thập dữ liệu từ cảm biến, dùng nguồn nuôi từ pin + Mạch giao tiếp máy tính + 2 mạch trên giao tiếp nhau thông qua module thu phát không dây + Mạch giao tiếp máy tính sẽ kết nối máy tính qua cổng USB + Chương trình giao diện tính toán trên máy tính, có thể in báo cáo. 3.2. SƠ ĐỒ KHỐI HÌNH Hình 3.1: Sơ ñồ khối hình 7 3.3. NHỮNG MODULE DÙNG TRONG HÌNH 3.3.1. Module cảm biến gia tốc MMA7620Q 3.3.1.1. Giới thiệu cảm biến gia tốc MMA7620Q 3.3.1.2. Các phương pháp calib cho cảm biến gia tốc ∗ Phương pháp 1 (Manual 0g X, Y, Z full range calibration) ∗ Phương pháp 2 (Simple 0g X, Y, Z calibration) ∗ Phương pháp 3 (Freefall calibration) ∗ Phương pháp 4 (Simple 0g X, 0g Y, +1g Z calibration) 3.3.1.3. Các phương pháp xác ñịnh góc nghiêng bằng cảm biến gia tốc ∗ Xác ñịnh góc nghiêng bằng giá trị gia tốc trên 1 trục ∗ Xác ñịnh góc nghiêng bằng giá trị gia tốc trên 2 trục ∗ Xác ñịnh góc nghiêng bằng giá trị gia tốc trên 3 trục Cảm biến gia tốc 3 trục toạ ñộ có thể dùng ñể xác ñịnh góc ñịnh hướng của vật thể trong không gian 3 chiều. Hình 3.13: Các góc Pitch (ρ), Roll (φ) Theta (θ) 8 Định nghĩa góc Pitch (ρ), Roll (φ), Theta (θ) lần lượt là góc hợp bởi trục X, Y, Z với mặt ñất, các góc này ñược tính từ giá trị gia tốc trên 3 trục như sau: 2 2 2 2 2 2 arctan( ) arctan( ) arctan( ) x y z y x z x y z A A A A A A A A A ρ ϕ θ = + = + + = (3.9) 3.3.2. Module thu phát vô tuyến 3.3.2.1. Giới thiệu chung module thu phát vô tuyến HM-TR 3.3.2.2. Module HM-TR433 3.3.3. Module vi ñiều khiển 3.3.3.1. Giới thiệu vi ñiều khiển PIC ∗ Họ cấp thấp (low-end) ∗ Họ cấp chung (Mid-range) ∗ Họ cấp cao (High-end) 17Cxxx ∗ Họ cấp cao (High- performance) 3.3.3.2. Vi ñiều khiển PIC 18F2550 ∗ Thông số tổng quát ∗ Sơ ñồ chân 9 3.4. THIẾT KẾ PHẦN CỨNG HÌNH 3.4.1. Mạch ñiện tử 3.4.1.1. Mạch thu thập dữ liệu từ cảm biến ∗ Khối nguồn R2 1k D2 LED 3_3V SW3 2 3 U3 REG1117 3 2 1 VIN VOUT GND VCCU1 LM7805 1 3 2 IN OUT GND C3 104 C6 47uF J2 9VDC 1 2 C7 104 C4 220uF C5 104 Hình 3.21: Khối nguồn mạch thu thập dữ liệu ∗ Khối vi ñiều khiển SL Z X C2 33p PIC18F2550 18 8 21 22 23 24 25 26 27 28 1 2 3 4 5 6 7 20 19 9 10 11 12 13 14 15 16 17 RC7/RX/DT/SD0 VSS RB0/AN12/INT0/FLT0/SDI/SDA RB1/AN10/INT1/SCK/SCL RB2/AN8/INT2/VM0 RB3/AN9/CCP2/VP0 RB4/AN11/KBI0 RB5/KBI1/PGM RB6/KBI2/PGC RB7/KBI3/PGD MCLR*/VPP/RE3 RA0/AN0 RA1/AN1 RA2/AN2/Vref -/CVref RA3/AN3/Vref + RA4/T0CKI/C1OUT/RCV RA5/AN4/SS*/HLVDIN/C2OUT VDD VSS OSC1/CLKIN OSC2/CLKOUT/RA6 RC0/T1OSO/T13CKI RC1/T1OSI/CCP2/UOE* RC2/CCP1 VUSB RC4/D-/VM RC5/D+/VP RC6/TX/CK Y SDA clock data SCL Y1 20Mhz G2 RX C8 104 RST C1 33p ENB TX 3_3V G1 Hình 3.22: PIC18F2550 trên mạch thu thập dữ liệu 10 ∗ Khối giao tiếp khác clock G1 RX J1 JACK_NAP 1 2 3 4 5 RST Z data 3_3V J4 RF_module 1 2 3 4 5 6 VCC Y J3 Acc_module 1 2 3 4 5 6 7 8 SL TXX R1 10K D1 1N4148 G2 VCC ENB Hình 3.23: Khối nạp chương trình, khối giao tiếp với module cảm biến gia tốc khối giao tiếp với module thu phát vô tuyến 3.4.1.2. Mạch giao tiếp máy tính ∗ Khối vi ñiều khiển D- C2 33p clock data VCC Y1 20Mhz RX C3 104 RST D+ C1 33p ENB PIC18F2550 18 8 21 22 23 24 25 26 27 28 1 2 3 4 5 6 7 20 19 9 10 11 12 13 14 15 16 17 RC7/RX/DT/SD0 VSS RB0/AN12/INT0/FLT0/SDI/SDA RB1/AN10/INT1/SCK/SCL RB2/AN8/INT2/VM0 RB3/AN9/CCP2/VP0 RB4/AN11/KBI0 RB5/KBI1/PGM RB6/KBI2/PGC RB7/KBI3/PGD MCLR*/VPP/RE3 RA0/AN0 RA1/AN1 RA2/AN2/Vref-/CVref RA3/AN3/Vref+ RA4/T0CKI/C1OUT/RCV RA5/AN4/SS*/HLVDIN/C2OUT VDD VSS OSC1/CLKIN OSC2/CLKOUT/RA6 RC0/T1OSO/T13CKI RC1/T1OSI/CCP2/UOE* RC2/CCP1 VUSB RC4/D-/VM RC5/D+/VP RC6/TX/CK TX Hình 3.24: PIC18F2550 trên mạch giao tiếp máy tính ∗ Khối giao tiếp khác RST LEDJ2 RF_module 1 2 3 4 5 6 J1 JACK_NAP 1 2 3 4 5 data D1 1N4148 RX clock J3 USB CONNECT 1 2 3 4 VCC TX VCC ENB D- R2 330 VCC R1 10K D+ Hình 3.25: Khối nạp chương trình, khối giao tiếp module thu phát vô tuyến khối giao tiếp usb 11 3.4.2. Thiết kế cơ khí Mạch thu thập dữ liệu pin cấp nguồn sẽ ñược gắn trên khung ñỡ ñể gá ñặt vào bánh xe. Do mạch thu thập dữ liệu khá nhỏ gọn pin có khối lượng nhỏ nên khung ñỡ không chịu lực nhiều. Yêu cầu thiết kế khung nhỏ gọn, thẩm mỹ, bền có thể gá ñặt lên nhiều loại bánh khác nhau. Từ yêu cầu ñó em ñã thiết kế khung ñỡ như hình 3.26. 10 30 R5 220 3 Ř6 23 R5 30 R15 R3 60 3 75 28 1 3 R10 R4 R5 80 266 Hình 3.26: Khung ñỡ gá ñặt lên bánh xe 3.5. XÂY DỰNG CHƯƠNG TRÌNH XỬ LÝ DỮ LIỆU 3.5.1. Tính toán góc ñặt bánh xe 3.5.1.1. Góc camber Đặt cảm biến xuống nền, ta ño ñược góc nghiêng của nền so với phương nằm ngang θ. Khi gá ñặt cảm biến lên mặt phẳng bánh xe, ta ño ñược góc nghiêng α, trừ ñi góc θ ta ñược góc camber của bánh xe. 12 3.5.1.2. Góc caster Gắn hệ trục tọa ñộ vuông góc (x, y, z) có gốc tọa ñộ tại giao ñiểm P 1 của trục bánh xe trục lái, trục y trùng với trục chuyển ñộng của cầu, trục z là trục thẳng ñứng (hình 3.27). Kí hiệu: + K: góc caster, là góc giữa trục z hình chiếu của trục lái lên mặt phẳng (y, z) + S: góc nghiêng của trục lái (SAI), là góc giữa trục z hình chiếu của trục lái lên mặt phẳng (x, z) + C: góc camber, là góc giữa trục xe mặt phẳng (x, y) + T: góc toe , là góc giữa trục x hình chiếu của trục bánh xe lên mặt phẳng (x, y) + C 0 : là góc camber khi góc toe = 0 Ta có: 0 0 sin (cos cos cos )tan cos sin tan sinC C C T S C T K C= − − + (3.23) Hình 3.27: Hình minh họa trục lái với các góc caster, SAI, camber toe 13 Để ño góc caster, ta xoay bánh xe ñi 2 góc T1 T2, tương ứng ta có 2 góc camber C1, C2: 1 0 1 1 1 1 0 2 0 2 2 2 2 0 sin (cos cos cos )tan cos sin tan sin sin (cos cos cos )tan cos sin tan sin C C C T S C T K C C C C T S C T K C = − − + = − − + (3.24) Giải 2 phương trình trên ta có: 1 1 2 2 2 1 1 2 2 1 1 2 2 1 1 sin sin os os os os tan ( tan ) cos sin os sin cos sin os sin C C c C c T c C c T K S C T c C T C T c C T − − − = − − − (3.25) Góc camber ño ñược trong quá trình ño góc caster này là rất nhỏ, thường dưới 2 o . Ta có thể xấp xỉ cosC = 1, với sai số 2 o chỉ khoảng 0,06%. Khi ñó ta có: 1 1 2 2 1 2 1 2 1 sin sin os os tan ( tan ) sin sin sin sin C C c T c T K S T T T T − − − = − − − (3.26) Khi ta xoay T 1 = T 2 thì cosT 1 = cosT 2 , góc K trở thành: 1 1 2 2 1 sin sin tan ( ) sin sin C C K T T − − = − (3.27) Ta có: tan ( /180) sin ( /180) x x x x π π ≈ ≈ (3.28) Vậy: 1 2 2 1 180 C C K T T π − ≈ − (3.29) Với T 2 = -T 1 = 20 0 thì 1 2 1 2 180 1,433( ) 20 ( 20) C C K C C π − ≈ ≈ − − − (3.30) 14 3.5.2. Xử lý dữ liệu từ cảm biến gia tốc Tín hiệu từ cảm biến gia tốc ñã ñược qua 1 mạch lọc thông thấp như ñề nghị của nhà sản xuất, tín hiệu ño ñược như hình 3.28. Hình 3.28: Tín hiệu từ cảm biến gia tốc sau khi qua bộ lọc thông thấp Ta thấy tín hiệu còn nhiều gợn sóng, kết quả sẽ không ổn ñịnh. 3.5.2.1. Giới thiệu chung về bộ lọc Kalman cho hệ tuyến tính rời rạc Thuật toán Kalman cho hệ rời rạc như hình 3.29. Hình 3.29: Thuật toán Kalman cho hệ rời rạc Như vậy ta có thể nhận thấy rằng thuật toán này gồm hai bước: bước ước ñoán trạng thái tiên nghiệm (time update) bước hiệu 15 chỉnh lại ước ñoán (measurement update) dựa trên thông tin ñầu vào ño ñược z k . Chú ý rằng $ k x − là giá trị dự ñoán ñược cập nhật từ giá trị ước lượng $ 1k x − . 3.5.2.2. Thiết lập bộ lọc Kalman cho bài toán cảm biến hình của bài toán: 1 1 1 w k k k k x Ax Bu − − − = + + Với giá trị thu ñược: v k k k z Hx= + Trạng thái không ñổi từ bước này sang bước kia nên A = 1, không có ñiều khiển nên u = 0, ño lường trực tiếp nên H = 1, như vậy ta có: 1 1 w v k k k k k k x x z x − − = + = + (3.34) Các phương trình cho bộ lọc Kalman: + Phương trình cho quá trình ước ñoán trạng thái: $ $ 1 1 k k k k x x P P Q − − − − = = + (3.35) + Phương trình cho quá trình hiệu chỉnh lại ước ñoán: $ $ $ ( ) (1 ) k k k k k k k k k k k P K P R x x K z x P K P − − − − − = + = + − = − (3.36) Kết quả ñạt ñược với 0 (0) 0, 0, 0,001, 1x P Q R − = = = = như hình 3.30. Ta thấy kết quả rất ổn ñịnh có thể dùng ñể tính toán. 16 Hình 3.30: Tín hiệu từ cảm biến gia tốc sau khi qua bộ lọc Kalman 3.5.3. Chương trình trên vi ñiều khiển 3.5.3.1. Giới thiệu phần mềm CCS 3.5.3.2. Lưu ñồ thuật toán chương trình thu thập dữ liệu giao tiếp máy tính ∗ Chương trình mạch thu thập dữ liệu Chương trình chính (hình 3.31) Hình 3.31: Thuật toán chương trình chính mạch thu thập dữ liệu 17 Chương trình ngắt timer1 (hình 3.32) Hình 3.32: Thuật toán chương trình ngắt timer1 mạch thu thập dữ liệu Chương trình ngắt RDA (hình 3.33) Hình 3.33: Thuật toán chương trình ngắt RDA mạch thu thập dữ liệu 18 ∗ Chương trình mạch giao tiếp máy tính Chương trình chính (hình 3.34) Hình 3.34: Thuật toán chương trình chính mạch giao tiếp máy tính 19 Chương trình ngắt RDA (hình 3.35) Hình 3.35: Thuật toán chương trình ngắt RDA mạch giao tiếp máy tính 3.5.4. Chương trình trên máy tính 3.5.4.1. Giới thiệu phần mềm LabVIEW ∗ Thế mạnh của LabVIEW ∗ Các khả năng chính của LabVIEW ∗ Các thành phần của LabVIEW 20 3.5.4.2. Lưu ñồ thuật toán xử lý dữ liệu tính toán Chương trình chính (hình 3.36) Hình 3.36: Thuật toán chương trình chính trên máy tính . bánh xe ô tô Trình bày tổng quan một số phương pháp xác ñịnh góc ñặt bánh xe ô tô. + Chương 3: Thiết kế mô hình thiết bị xác ñịnh góc ñặt bánh xe ô tô Trình. 1 BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO ĐẠI HỌC ĐÀ NẴNG VŨ TRUNG KIÊN NGHIÊN CỨU THIẾT KẾ VÀ CHẾ TẠO MÔ HÌNH THIẾT BỊ XÁC ĐỊNH GÓC ĐẶT BÁNH XE Ô TÔ Chuyên ngành: SẢN
- Xem thêm -

Xem thêm: Nghiên cứu thiết kế và chế tạo mô hình thiết bị xác định góc đặt bánh xe ô tô , Nghiên cứu thiết kế và chế tạo mô hình thiết bị xác định góc đặt bánh xe ô tô

Gợi ý tài liệu liên quan cho bạn