TRƢỜNG ĐẠI HỌC SƢ PHẠM KỸ THUẬT THÀNH PHỐ HỒ CHÍ MINH KHOA CƠ KHÍ ĐỘNG LỰC ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP THIẾT KẾ PHƢƠNG TIỆN DI CHUYỂN CÁ NHÂN SỬ DỤNG ĐỘNG CƠ BLDC SVTH : TR ẦN MẠNH CƢỜNG MSSV : 13145047 SVTH : TRƢƠNG THÁI TRANG MSSV : 13145283 KHÓA : 2013-2017 GVHD : ThS. NGUYỄN TRUNG HIẾU Tp. Hồ Chí Minh, Tháng 7 năm 2017 LỜI CẢM ƠN Trong suốt thời gian từ khi bắt đầu thực hiện đề tài “Thiết kế phƣơng tiện di chuyển cá nhân sử dụng động cơ BLDC”, chúng em đã nhận đƣợc nhiều sự quan tâm giúp đỡ và chỉ bảo tận tình của quý Thầy Cô Trƣờng Đại học Sƣ phạm Kỹ thuật TP.Hồ Chí Minh và bạn bè. Với lòng biết ơn chân thành và sâu sắc, chúng em xin đƣợc gởi lời cảm ơn đến: Thầy Th.S Nguyễn Trung Hiếu, giảng viên Bộ Môn Điện Ô Tô - Khoa Cơ Khí Động Lực - Trƣờng Đại học Sƣ phạm Kỹ thuật Thành phố Hồ Chí Minh ngƣời đã tận tình hƣớng dẫn, theo dõi và chỉ bảo chúng em suốt thời gian thực hiện đề tài.
Đồng thời chúng em cũng xin chân thành cảm ơn Thầy Th.S Lê Quang Vũ đã tạo điều kiện cho chúng e mƣợn Phòng Thí Nghiệm Điều Khiển Tự Động trên Ô Tô để làm nơi thực hiện đề tài. Quý Thầy Cô trong Khoa cơ khí động lực và đặc biệt là các quý Thầy trong Bộ Môn Điện Ô Tô đã tận tình chỉ bảo và giúp đỡ tạo điều kiện cho nhóm em trong thời gian thực hiện đề tài. Quý Thầy Cô trong Khoa Cơ Khí Động Lực Trƣờng Đại học Sƣ phạm Kỹ thuật TP.Hồ Chí Minh đã chỉ dạy, truyền đạt kiến thức về các môn đại cƣơng cũng nhƣ các môn chuyên ngành, giúp chúng em có đƣợc cơ sở lý thuyết vững vàng để chúng em có thể hoàn thành đề tài. Các bạn sinh viên, đã trao đổi đóng góp ý kiến giúp đỡ chúng tôi trong thời gian vừa qua.
Vì kiến thức bản thân còn hạn chế, trong quá trình thực tập, hoàn thiện đề tài này chúng em không tránh khỏi những sai sót, kính mong nhận đƣợc những ý kiến đóng góp từ quý Thầy Cô để luận văn đƣợc hoàn thiện hơn. Sau cùng, chúng em xin kính chúc quý Thầy Cô trong Khoa Cơ Khí Động Lực-Trƣờng Đại Học Sƣ Phạm Kỹ Thuật Thành Phố Hồ Chí Minh, chúc Thầy Cô luôn dồi dào sƣc khỏe, đạt đƣợc nhiều thành công trong công việc và cuộc sống. i Nhóm chúng em xin chân thành cảm ơn! Tp. Hồ Chí Minh, ngày tháng 07 năm 2017 Nhóm sinh viên thực hiện Trần Mạnh Cường - Trương Thái Trang ii TÓM TẮT Trong thời kỳ đất nƣớc hội nhập và phát triển đòi hỏi con ngƣời phải hoạt động di chuyển nhiều hơn đồng nghĩa với nhu cầu sử dụng phƣơng tiện lƣu thông đặc biệt là xe máy cao hơn, nên dãn dễ đến tình trạng ùn tắc giao thông, ô nhiễm khói bụi khi tham gia giao thông trong nội thành.
Yêu cầu đặt ra là cần phải có 1 phƣơng tiện thay thế đảm bảo an toàn cũng nhƣ tình trạng tiếng ồn, ô nhiễm khi tham gia lƣu thông trong nội thành. Phƣơng tiện di chuyển cá nhân sử dụng động cơ BLDC với thiết kế nhỏ gọn, tiện lợi có thể mang theo là phƣơng pháp hợp lý. Nhằm khắc phục đƣợc tình trạng kẹt xe khi sử dụng phƣơng tiện di chuyển cá nhân sử dụng động cơ BLDC thay thế thay thế xe máy trong việc lƣu thông trong nội thành. Nhận ra đƣợc thực trạng đó, dƣới sự phân công và hƣớng dẫn của Thầy Th.S Nguyễn Trung Hiếu, chúng em đã chọn đề tài thiết kế phƣơng tiện di chuyển cá nhân sử dụng động cơ BLDC.
Vấn đề nghiên cứu: - Tìm hiểu phƣơng thức hoạt động của đông cơ BLDC. - Thiết kế chế tạo mô hình xe di chuyển cá nhân sử dụng động cơ BLDC. Phƣơng pháp giải quyết vấn đề: - Sừ dụng các nguồn tài liệu trên Internet để tìm hiểu về động cơ BLDC, cách kết nối cũng nhƣ phƣơng thức truyền giữa các thiết bị module. - Tìm vật liệu để thi công khung sƣờn xe, bas gá động cơ trƣớc, chế hệ thống treo cho bánh lựa phía sau.
Kết quả đạt đƣợc: - Nắm đƣợc một số kiến thức cơ bản về lập trình. - Hoàn thành mô phƣơng tiện di chuyển cá nhân sử dụng động cơ BLDC. iii MỤC LỤC Trang LỜI CẢM ƠN .iii MỤC LỤC. iv DANH MỤC CÁC CHỮ VIẾT TẮT VÀ KÝ HIỆU.
vii DANH MỤC CÁC HÌNH. viii DANH MỤC CÁC BẢNG. xi Chƣơng 1. TỔNG QUAN VỀ ĐỀ TÀI.
Thực trạng và tính cấp thiết của đề tài. Giới thiệu về động cơ điện BLDC. Giới thiệu chung và so sánh. Ƣu nhƣợc điểm của BLDC.
Cấu tạo và nguyên lý hoạt động của BLDC. Nguyên lý hoạt động. Cảm biến vị trí Hall-sensor. Động cơ điện HUB motor.
Sơ đồ thuật toán điều khiển. Nguyên lý điều khiển. Sơ đồ mạch điều khiển trên xe:. Thuật toán điều khiển PID.
Kết nối 2 module Blutooth và giao tiếp giữa 2 board Arduino. Giới thiệu về module Bluetooth. Sơ đồ khối kết nối Bluetooth. Giao tiếp giữa 2 board Arduino.
Thiết kế tổng quan. Kết cấu xe. Bas gá bánh trƣớc. Hệ thống treo bánh sau.
Mạch điều khiển. Mạch điều khiển chính. Mạch nguồn LM2596. Sau khi hoàn thành các công đoạn gia công và lắp ghép.
Mục đích của việc thử nghiệm. Phƣơng pháp thử nghiệm. Mục tiêu đạt đƣợc sau đồ án. Hạn chế trong quá trình thực hiện đồ án.
Phƣơng pháp khắc phục. Đề xuất phát triển đồ án. 55 TÀI LIỆU THAM KHẢO. 56 vi DANH MỤC CÁC CHỮ VIẾT TẮT VÀ KÝ HIỆU BLDC Brushless DC Motor DAC Digital Analog Converter ĐCMC Động Cơ Một Chiều GTO Gate turn-off thyristor IGBT Insulated Gate Bipolar Transistor MOSFET Metal-Oxide Semiconductor Field-EffectTransistor PID Propotional Integral Derivative RPM Revolutions Per Minute vii DANH MỤC CÁC HÌNH Hình 2.
Sơ đồ cấu tạo rotor và stator. Đồ thị hình dạng sức phản điện động của BLDC. Quá trình cung cấp dòng luân phiên các cực trên stator. Động cơ trang bị cho xe WALKCAR.
Sơ đồ truyền động công suất trên xe. Sơ đồ nguyên lý điều khiển. Hình mô phỏng động học của xe khi chuyển hƣớng. Xung từ cảm biến Hall trên bánh xe gửi về bộ điều khiển.
Sơ đồ mạch remote mô phỏng trên phần mềm protus. Sơ đồ mạch điều khiển chính trên xe. Sơ đồ giải thuật PID. Đồ thị tốc độ bánh xe điều khiển bằng PID.
Module HC-05 và module HC-06. Sơ đồ nối chân HC-05 với Arduino. Sơ đồ nối chân HC-05 với Arduino. Sơ đồ giao diện UART.
Sơ đồ đƣờng truyền dữ liệu. Hình chiếu bằng của xe. Hình chiếu cạnh của xe. Hình chiếu bằng từ dƣới lên của xe.
Ảnh xe nhìn từ trên xuống. Ảnh xe nhìn từ góc 3/4 phía trƣớc. Ảnh xe nhìn từ góc 3/4 phía sau. Ảnh xe nhìn từ phía sau.
Tấm carbon cốt sợi thủy tinh. Hình khung sau khi gia công trên máy CNC. Bảng vẽ kích thƣớc bas gắn bánh trƣớc. Bas gắn bánh trƣớc sau khi hoàn thành.
Bản vẽ bas gắn vào khung sƣờn. Bản vẽ bas gắn với bánh xe. Kích thƣớc lò xo. Bản vẽ trục liên kết giữa 2 bas.
Hình ảnh mô phỏng bộ tăng đơ. Hình ảnh mô phỏng góc nghiêng β. Hình ảnh mô phỏng hệ thống treo trên solidwork. Hình ảnh hệ thống treo bánh sau khi hoàn thiện.
Sơ đồ bộ điều khiển. Ảnh Joystick thực tế. Mạch điều khiển chính. Sơ đồ dây trên mạch driver.
Mạch nguồn LM2596. Mạch điều khiển sau khi hoàn thành. Hình ảnh mặt dƣới của xe. Hình ảnh xe nhìn từ góc 3/4 phía sau.
Hình ảnh xe nhìn từ góc 3/4 phía trƣớc. Hình ảnh xe nhìn từ phía sau. Đồ thị thể hiện tốc độ của 2 động cơ khi xe đi thẳng không tải. Đồ thị thể hiện tốc độ của 2 động cơ khi xe đi thẳng có tải.
Đồ thị thể hiện tốc độ của 2 động cơ khi xe rẽ trái. Đồ thị thể hiện tốc độ của 2 động cơ khi xe rẽ phải. 53 x DANH MỤC CÁC BẢNG Bảng 2. So sánh đặc điểm giữa BLDC với động cơ thông thƣờng.
Bảng giá trị kích thƣớc xe. Thông số kỹ thuật mạch LM2596. Thông số kỹ thuật IC MCP4921. Thông số kỹ thuật Accu.
46 xi Chƣơng 1. TỔNG QUAN VỀ ĐỀ TÀI 1. Thực trạng và tính cấp thiết của đề tài. Vấn đề ùn tắc giao thông, ô nhiễm môi trƣờng vẫn luôn là mối quan tâm hàng đầu và cấp bách với toàn thế giới nói chung và tại Việt Nam nói riêng.
Điền hình là tại nội thành các trung tâm thành phố lớn. Tính đến ngày 15/11/2016, thành phố đang quản lý hơn 7,8 triệu phƣợng tiện chƣa kể hơn 1 triệu phƣơng tiện biển số các tỉnh chạy hàng ngày lƣu thông trên địa bàn. Cùng với đó, thành phố có hơn 11.000 xe hợp đồng dƣới 9 chỗ và 2.764 xe buýt hoạt động hằng ngày. Trong 11 tháng năm 2016 trên địa bàn tp.hcm đã xảy ra 27 vụ ùn tắc giao thông trong giờ cao điểm.
Tốc độ lƣu thông của phƣơng tiện vào giờ cao điểm khu vực trung tâm thành phố chỉ đạt 19,3km/h. Để giải quyết vấn đề thì có một số kiến nghị ban hành về việc cấm xe máy trong nội thành. Việc ban hành cấm xe máy trong nội thành là một giải pháp tất yếu nhằm giảm tình trạng ùn tắc giao thông, tiếng ồn cũng nhƣ giảm đáng kể lƣợng khí thải ra môi trƣờng góp phần bảo vệ môi trƣờng tự nhiên, môi trƣờng sống, môi trƣờng để đất nƣớc phát triển bền vững. Tuy nhiên trong thời kỳ đất nƣớc hội nhập và phát triển đòi hỏi con ngƣời phải hoạt động di chuyển nhiều hơn đồng nghĩa với nhu cầu sử dụng phƣơng tiện lƣu thông đặc biệt là xe máy cao hơn, nên dãn dễ đến tình trạng ùn tắc giao thông.
Yêu cầu đặt ra là cần phải có 1 phƣơng tiện thay thế đảm bảo an toàn cũng nhƣ tình trạng tiếng ồn, ô nhiễm khi tham gia lƣu thông trong nội thành.