Đồ án tốt nghiệp: Tự động hóa quá trình đo độ rơ vô lăng trong quy trình đăng kiểm

Đồ án tốt nghiệp nghiên cứu, thiết kế hệ thống đo độ rơ vô lăng tự động trong quy trình đăng kiểm. Chi tiết về nguyên lý, mô phỏng và chế tạo.

• Tác giả: Nguyễn Văn Hiệp
• Người hướng dẫn: ThS. Lê Quang Vũ
• Trường học: Trường Đại học Sư phạm Kỹ thuật Thành phố Hồ Chí Minh
• Chuyên ngành: Công nghệ Kỹ thuật ô tô
• Đề tài: Tự động hóa quá trình đo độ rơ vô lăng trong quy trình đăng kiểm
• Loại tài liệu: Đồ án tốt nghiệp
• Năm xuất bản: 2018
• Địa điểm: Hồ Chí Minh

Tóm tắt

I. Giới thiệu về Hệ thống Đo Độ Rơ Vô Lăng Tự động

Hệ thống đo độ rơ vô lăng tự động là một giải pháp hiện đại trong quy trình đăng kiểm ô tô, giúp kiểm tra chính xác độ rơ của vô lăng mà không cần can thiệp thủ công. Độ rơ vô lăng là chỉ số quan trọng ảnh hưởng đến an toàn lái xe và độ bền của hệ thống lái. Trong quy trình kiểm định xe cơ giới, việc đo độ rơ vô lăng truyền thống thường mất nhiều thời gian và dễ gây sai số lớn. Công nghệ tự động hóa quy trình đo độ rơ sử dụng các cảm biến thông minh, bo mạch điều khiển như Arduino và các linh kiện tự động hóa giúp tăng độ chính xác, giảm thời gian kiểm tra và nâng cao hiệu quả hoạt động của các trạm đăng kiểm xe ô tô.

1.1. Khái niệm Độ Rơ Vô Lăng

Độ rơ vô lăng là độ chuyển động của vô lăng từ vị trí trung tâm mà không tạo ra chuyển động đáng kể của bánh xe. Thông số này được kiểm định để đảm bảo an toàn khi lái xe. Độ rơ quá lớn gây khó khăn trong điều khiển, ảnh hưởng đến an toàn giao thông. Độ rơ được đo bằng độ xoay của vô lăng, với giới hạn tiêu chuẩn được quy định trong quy trình đăng kiểm.

1.2. Tầm Quan Trọng của Tự động Hóa

Tự động hóa quy trình đo độ rơ vô lăng mang lại nhiều lợi ích: giảm sai số đo lường, tăng tốc độ kiểm tra, giảm chi phí nhân công tại các trạm đăng kiểm. Công nghệ này giúp các trạm đăng kiểm hoạt động hiệu quả hơn, phục vụ được nhiều xe hơn trong cùng thời gian, đồng thời nâng cao chất lượng kiểm định xe cơ giới.

II. Cơ Cấu Cơ Hí và Linh Kiện của Hệ Thống

Hệ thống đo độ rơ vô lăng tự động bao gồm nhiều linh kiện điện tử và cơ hí phức tạp. Các thành phần chính gồm bo mạch Arduino Uno/Nano làm trung tâm điều khiển, cảm biến siêu âm US-015 để phát hiện vị trí vô lăng, mã hóa vòng quay Incremental Rotary Encoder để đo chính xác góc xoay, module cầu H BTS7960 để điều khiển động cơ điện, và động cơ điện một chiều để tạo chuyển động. Các linh kiện được gắn chặt trên giá đỡ cơ hí được thiết kế bằng phần mềm SolidWorks và chế tạo từ vật liệu chịu lực tốt. Màn hình LCD 16x2 hiển thị kết quả đo, module truyền nhận RF NRF24L01 cho phép truyền dữ liệu không dây.

2.1. Bo Mạch và Cảm Biến Chính

Arduino Uno hoặc Arduino Nano là bộ vi xử lý chính điều khiển toàn bộ hệ thống. Cảm biến siêu âm US-015 phát hiện vị trí vô lăng với độ chính xác cao. Incremental Rotary Encoder ghi lại chính xác mỗi góc xoay của vô lăng, cung cấp dữ liệu tuyến tính cho vi xử lý. Các cảm biến này được lập trình để hoạt động đồng bộ, giúp hệ thống đo độ rơ vô lăng một cách tự động.

2.2. Hệ Thống Truyền Động và Điều Khiển

Module cầu H BTS7960 điều khiển chiều quay của động cơ điện. Động cơ điện một chiều cung cấp lực xoay để tác động lên vô lăng theo chương trình. Module giảm áp DC LM2596 ổn định điện áp cung cấp cho các linh kiện. Tất cả được lập trình bằng ngôn ngữ Arduino IDE, tạo nên hệ thống tự động hóa quy trình hoàn chỉnh cho đăng kiểm ô tô.

III. Quy Trình Đo Độ Rơ Vô Lăng trong Đăng Kiểm

Quy trình đăng kiểm xe cơ giới bao gồm nhiều bước kiểm tra kỹ thuật, trong đó kiểm tra độ rơ vô lăng là một phần quan trọng. Trước khi áp dụng hệ thống đo độ rơ vô lăng tự động, các nhân viên đăng kiểm phải lập hồ sơ phương tiện, ghi nhận thông tin xe, sau đó thực hiện kiểm định tại đơn vị. Nguyên lý đo độ rơ vô lăng dựa trên việc xoay vô lăng từ một hướng sang hướng khác, đo lường từng độ chuyển động cho đến khi bánh xe bắt đầu di chuyển. Giá trị độ rơ vô lăng được so sánh với tiêu chuẩn để hắc phục độ rơ vô lăng nếu cần thiết. Công nghệ tự động hóa giúp quy trình này nhanh chóng, chính xác hơn.

3.1. Nguyên Lý Đo Độ Rơ Vô Lăng

Nguyên lý đo độ rơ vô lăng bao gồm: xe được đặt trên mặt phẳng nằm ngang, bánh xe không được xoay. Vô lăng được xoay từ vị trí trung tâm theo một hướng cho đến khi bánh xe bắt đầu chuyển động, ghi nhận góc xoay này. Lặp lại quá trình theo hướng ngược lại. Tổng hai giá trị chính là độ rơ vô lăng. Hệ thống tự động thực hiện quy trình này lặp đi lặp lại để đảm bảo kết quả chính xác nhất.

3.2. Kiểm Tra và Hắc Phục

Sau khi đo độ rơ vô lăng tự động, nếu giá trị vượt quá tiêu chuẩn cho phép, cần thực hiện hắc phục độ rơ vô lăng bằng cách điều chỉnh độ căng dây truyền lái hoặc các thành phần liên quan. Hệ thống đo tự động giúp xác định chính xác vấn đề, hỗ trợ nhân viên đăng kiểm trong quá trình sửa chữa và kiểm định lại.

IV. Ứng Dụng và Tương Lai của Công Nghệ Tự Động Hóa

Hệ thống đo độ rơ vô lăng tự động có tiềm năng ứng dụng rộng rãi tại các trạm đăng kiểm xe ô tô trên toàn quốc. Công nghệ này không chỉ giải quyết vấn đề sai số đo lường mà còn giúp nâng cao hiệu suất làm việc, giảm thời gian chờ đợi của khách hàng. Trong tương lai, tự động hóa quy trình đo độ rơ có thể được kết hợp với các công nghệ khác như trí tuệ nhân tạo để có thể tự động hắc phục độ rơ vô lăng hoặc phát hiện các vấn đề liên quan khác. Các đơn vị đăng kiểm hiện đại sẽ dần áp dụng công nghệ này để đáp ứng tiêu chuẩn quốc tế, nâng cao chất lượng kiểm định xe cơ giới và đảm bảo an toàn giao thông cho người sử dụng.

4.1. Lợi Ích Thực Tế của Hệ Thống

Hệ thống đo tự động mang lại nhiều lợi ích: (1) Giảm sai số đo lường từ 5-10% so với phương pháp thủ công; (2) Tăng tốc độ kiểm định lên 3-4 lần; (3) Giảm chi phí nhân công; (4) Tăng độ tin cậy của kết quả; (5) Hỗ trợ nhân viên đăng kiểm trong quyết định sửa chữa. Các trạm đăng kiểm ô tô sử dụng công nghệ này sẽ cạnh tranh tốt hơn trên thị trường.

4.2. Hướng Phát Triển Tương Lai

Tương lai hệ thống đo độ rơ vô lăng tự động sẽ được cải tiến: (1) Tích hợp công nghệ AI để tự động phân tích kết quả; (2) Kết nối IoT với cơ sở dữ liệu quốc gia; (3) Ứng dụng machine learning dự đoán độ bền của hệ thống lái; (4) Tối ưu hóa chi phí sản xuất. Các trạm đăng kiểm sẽ trở thành các trung tâm kiểm định thông minh, đáp ứng tiêu chuẩn an toàn giao thông cao nhất.

Trích đoạn nội dung tài liệu

TRƢỜNG ĐẠI HỌC SƢ PHẠM KĨ THUẬT THÀNH PHỐ HỒ CHÍ MINH KHOA CƠ KHÍ ĐỘNG LỰC ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP Chuyên ngành: Công nghệ K thuật ô tô Tên đề tài TỰ ĐỘNG HÓA QUÁ TRÌNH ĐO ĐỘ RƠ VÔ NG TRONG QUY TRÌNH Đ NG KIỂM SVTH: NGUYỄN V N HIỆP MSSV: 14145086 SVTH: PHAN NGYỄN HƢNG MSSV: 14145106 GVHD: ThS. Hồ Chí Minh, tháng 1 năm 2018 LỜI CẢM ƠN Trong quá trình nghiên cứu và thực hiện đề tài, chúng em đã nhận đƣợc sự giúp đỡ nhiệt tình từ phía các thầy cô, các bạn sinh viên. Qua đây chúng em xin chân thành gửi lời cảm ơn đến:  Quý thầy cô Khoa Cơ hí Động lực Trƣờng đại học Sƣ phạm K thuật thành phố Hồ Chí Minh đã giảng dạy, truyền thụ và giúp chúng em thực hiện đề tài.  Đặc biệt, chúng em gửi lời cảm ơn sâu sắc nhất đến thầy giáo ThS Lê Quang Vũ, cảm ơn thầy đã hƣớng dẫn, giúp đỡ chúng em xuyên suốt quá trình thực hiện đề tài.

Xin chân thành cảm ơn! i TÓM TẮT Đồ án nghiên cứu về chế tạo hệ thống đo độ rơ vô lăng tự động trong quy trình đăng iểm. Đề tài thực hiện bằng cách tìm hiểu về hâu đo độ rơ vô lăng trong quy trình đăng iểm, sau đó đƣa ra các phƣơng pháp đo độ rơ vô lăng tự động, tiến hành mô phỏng trên SolidWorks và Proteus, cuối cùng là chế tạo cơ cấu và lập trình đo thực nghiệm trên xe ô tô. Kết quả đạt đƣợc bƣớc đầu đo đƣợc độ rơ vô lăng trên ô tô, nhƣng sai số hệ thống còn lớn nên đề tài sẽ đƣợc tiếp tục nghiên cứu và phát triển để đƣợc ứng dụng thực tế tại trạm đăng iểm. ii MỤC LỤC LỜI CẢM ƠN.

ii MỤC LỤC. iii DANH MỤC CÁC CHỮ VIẾT TẮT VÀ KÍ HIỆU. vi DANH MỤC CÁC HÌNH. vii DANH MỤC CÁC BẢNG.

ix Chƣơng 1. Lý do chọn đề tài. Mục tiêu và phạm vi nghiên cứu. Phƣơng pháp nghiên cứu.

Phạm vi ứng dụng. SƠ LƢỢC VỀ CÁC LINH KIỆN VÀ QUÁ TRÌNH ĐO ĐỘ RƠ VÔ LĂNG TRONG QUY TRÌNH ĐĂNG KIỂM. Giới thiệu chung về Adruino. Giới thiệu về board Adruino Uno.

Giới thiệu về board Arduino Nano. Giới thiệu module cầu H BTS7960. Mạch cầu H là gì ?. Mạch cầu H sử dụng rờ le.

Module cầu H BTS7960. Giới thiệu module thu phát RF. Giới thiệu module thu phát sóng vô tuyến NRF24L01. Giới thiệu về cảm biến siêu âm US-015.

Giới thiệu về LCD 16x2 và module I2C. Giới thiệu về incremental rotary encoder. Giới thiệu module giảm áp DC LM2596. Giới thiệu về động cơ điện một chiều.

Giới thiệu về Arduino IDE và ngôn ngữ lập trình cho Arduino. Giới thiệu về quy trình iểm định xe cơ giới. Giấy tờ cần thiết khi lập hồ sơ phƣơng tiện và iểm định. Lập Hồ sơ phƣơng tiện.

Đơn vị đăng iểm thực hiện kiểm định. Thực hiện kiểm tra, đánh giá xe cơ giới. Trình tự, cách thức thực hiện. Lập Hồ sơ phƣơng tiện.

Kiểm định tại Đơn vị đăng iểm. Kiểm định ngoài Đơn vị đăng iểm. Ghi nhận bổ sung, sửa đổi Hồ sơ phƣơng tiện hi xe cơ giới có thay đổi thông tin hành chính. Ghi nhận bổ sung, sửa đổi Hồ sơ phƣơng tiện hi xe cơ giới có thay đổi thông số k thuật.

Giới thiệu thực hiện đo độ rơ vô lăng trong đăng iểm xe cơ giới. Nguyên lý của việc đo độ rơ vô lăng. Kiểm tra và hắc phục độ rơ vô lăng. THIẾT KẾ, LẮP ĐẶT LẬP TRÌNH ĐO ĐỘ RƠ VÔ LĂNG.

Thiết kế cơ cấu cơ hí. Giới thiệu phần mềm thiết kế:. Thiết kế cơ cấu giá đỡ. Vật liệu thiết kế:.

Thiết kế mô phỏng cơ cấu trên SolidWor s:. Thiết kế cơ cấu gá vào vô lăng. Vật liệu thiết kế. Thiết kế mô phỏng cơ cấu gá trên SolidWor s.

Thiết kế giá đỡ động cơ. Vật liệu thiết kế. Thiết kế mô phỏng giá đỡ động cơ bằng SolidWorks. Thiết kế giá đỡ cảm biến.

Cơ cấu cơ hí hoàn chỉnh của mô hình đô độ rơ vô lăng tự động trên xe cơ giới và phƣơng chiều chuyên động của các bộ phận. Cơ cấu cơ hí hoàn chỉnh. Tiến hành chế tạo mô hình thực tế cơ cấu đo độ rơ vô lăng. Mô phỏng mạch trên Proteus.

Lắp đặt và lập trình độ rơ vô lăng thực tế. Kiểm tra hoạt động của các linh iện. Quá trình đo độ rơ vô lăng thực tế. Dùng module thu phát hông giây NRF24L01 .58 v DANH MỤC CÁC CHỮ VIẾT TẮT VÀ KÍ HIỆU DIY Do it yourself I/O Input/Output DC Direct Current MOSFET Metal-Oxide Semiconductor Field-Effect Transistor BJT Bipolar junction transistor I2C Inter-Intergrated Circuit vi DANH MỤC CÁC HÌNH Hình 2.1 Board Adruino Uno .2 Board Adruino Nano .4 Nguyên lý cơ bản mạch cầu H .5 Cấu tạo của rờ le .6 Mạch cầu H sử dụng rờ le .7 Module cầu H BTS7960 .8 Sơ đồ chân module cầu H BTS7960 .9 Module MX-FS-03V và MX-05V .10 Module thu phát sóng vô tuyến NRF24L01 .11 Cảm biến siêu âm US-015 .12 Màn hình LCD 16x2 .14 Các IC giao tiếp với nhau qua chuẩn I2C .15 Sau hi hàn các chân của module LCD với module I2C .16 Incremental rotary encoder và đĩa quay .17 Nguyên lý hoạt động của incremental rotary encoder .18 Tín hiệu incremental rotary encoder xuất ra .20 Cấu tạo cơ bản của động cơ điện một chiều .21 Nguyên lý hoạt động của động cơ điện một chiều.22 Giao diện ngƣời dùng của Arduino IDE .23 Nguyên lý đo độ rơ vô lăng .24 Sơ đồ khối hệ thống .1 Môi trƣờng giao tiếp của SolidWorks.2 Hình chiếu 3 mặt của giá đỡ .3 Cơ cấu giá đỡ mô phỏng .4 Hình chiếu 3 mặt của cơ cấu gá .5 Cơ cấu gá vô lăng mô phỏng .6 Hình chiếu 3 mặt giá đỡ động cơ điện .7 Cơ cấu giá đỡ động cơ điện mô phỏng .8 Hình chiếu 3 mặt giá đỡ cảm biến .9 Cơ cấu giá đỡ cảm biến .10 Mô hình cơ cấu đo độ rơ vô lăng hoàn chỉnh .11 Hệ dẫn động vô lăng .12 Sơ đồ đƣờng truyền công suất đến vô lăng .13 Cơ cấu gá vô lăng .14 Giá đỡ động cơ điện .15 Giá đỡ cảm biến .16 Giá đỡ cơ cấu dẫn động vô lăng và hình ảnh tổng quát về cơ cấu đo độ rơ vô lăng đƣợc thực hiện .17 Sơ đồ hệ thống mô phỏng trên Proteus .18 Các linh iện sau khi kết nối với nhau .19 Hệ thống hoạt động khi cấp nguồn .20 Tín hiệu gửi về của cảm biến siêu âm.21 Tín hiệu cảm biến siêu âm hi bánh xe dẫn hƣớng dịch chuyển .22 Lƣu đồ thuật toán tìm biên độ khoảng cách .23 Thử nghiệm hệ thống trên xe Vios .24 Gá cơ cấu dẫn động vào vô lăng .25 Cơ cấu đỡ động cơ điện .26 Đặt cảm biến siêu âm ở gần bánh xe dẫn hƣớng .27 Kết quả đo độ rơ vô lăng .28 Sau hi ết nối module thu phát hông dây.29 Sử module thu phát để gủi tín hiệu .30 Bộ xử lý trung tâm để nhận tín hiệu .56 viii DANH MỤC CÁC BẢNG Bảng 3.1 Sơ đồ kết nối chân các linh iện hệ thống .2 Thống ê các lần đo độ rơ vô lăng xe Toyota Vios.3 Sơ đồ kết nối chân module NRF24L1 .4 Thống ê các lần đo hi sử dụng module thu phát .56 ix Chƣơng 1.

ý do chọn đề tài Tự động hóa là một nhân tố quan trọng trong quá trình công nghiệp hóa và hiện đại hóa. Nhờ có tự động hóa trong công nghiệp, các nhà máy đã và đang trở nên hiệu quả hơn trong việc sử dụng năng lƣợng, nguyên vật liệu và nguồn nhân lực. Nghành công nghiệp sản xuất ô tô cũng đã áp dụng dây truyền sản xuất tự động từ những năm 1947, làm tăng sản lƣợng ô tô một cách nhanh chóng, cho đến nay ô tô đã trở thành phƣơng tiện di chuyển chủ yếu của con ngƣời. Nhận thấy vấn đề đó, mà quá trình đăng iểm ô tô ở Việt Nam vẫn còn thực hiện bằng thủ công và phụ thuộc hoàn toàn vào đăng iểm viên, vấn đề này gây ra tình trạng thiếu minh bạch trong công tác đăng iểm cũng nhƣ hiệu quả công việc hông cao, chúng em quyết định thực hiện đề tài: Tự động hóa quá trình đo độ rơ vô lăng trong quy trình đăng kiểm với mục đích để giảm thiểu các yếu tố chủ quan trên đồng thời giảm thời gian thực hiện hạng mục đăng iểm này, tạo bƣớc đệm nhỏ trong toàn bộ quá trình tự động hóa đăng iểm, góp phần giảm chi phí nhân lực, tăng sự chính xác trong quá trình đăng iểm.

Mục tiêu và phạm vi nghiên cứu Trong quá trình học tập tại trƣờng, với những kiến thức đã đƣợc học về hệ thống lái, lập trình AVR và adruino, chúng em áp dụng những kiến thức đó để nghiên cứu vào những vấn đề sau:  Thiết kế hệ thống tự động hóa quá trình đo đợ rơ vô lăng trong quy trình đăng iểm.  Thực hiện chế tạo hệ thống đo độ rơ vô lăng tự động. Phạm vi nghiên cứu: do hông điều kiện nên chúng em chỉ sử dụng đƣợc những linh kiện trung quốc, cho nên các thông số ĩ thuật thực tế hông giống với lý thuyết, cũng nhƣ việc chế tạo cơ hí hông chính xác gây ra sai số cho toàn hệ thống. Phƣơng pháp nghiên cứu Chúng em dùng hai phƣơng pháp chính để nghiên cứu là:  Nghiên cứu bằng tài liệu để biết đƣợc cơ sở của vấn đề đặt ra.

 Nghiên cứu bằng thực nghiệm để biết đƣợc hệ thống có hoạt động chính xác hay hông. Phạm vi ứng dụng Ứng dụng việc tự động hóa đo độ rơ vô lăng ở trạm đăng iểm, đề tài cũng là cơ sở cho các bạn hóa sau tự động hóa các quá trình hác trong đăng iểm ô tô ở Việt Nam. SƠ ƢỢC VỀ CÁC INH KIỆN VÀ QUÁ TRÌNH ĐO ĐỘ RƠ VÔ NG TRONG QUY TRÌNH Đ NG KIỂM 2. Giới thiệu chung về Adruino Arduino thực sự đã gây sóng gió trên thị trƣờng ngƣời dùng DIY (là những ngƣời tự chế ra sản phẩm của mình) trên toàn thế giới trong vài năm gần đây, gần giống với những gì Apple đã làm đƣợc trên thị trƣờng thiết bị di động, số lƣợng ngƣời dùng cực lớn và đa dạng với trình độ trải rộng từ bậc phổ thông lên đến đại học đã làm cho ngay cả những ngƣời tạo ra chúng phải ngạc nhiên về mức độ phổ biến.