CHƯƠNG 1: NGHIÊN CỨU TỔNG QUAN ĐỀ TÀI 1.1 Lý do chọn đề tài. Ngành ô tô thế giới nói chung và Việt Nam nói riêng đang phát triển mạnh mẽ với việc ứng dụng ngày càng nhiều những thành tựu công nghệ thông tin vào sản xuất và lắp đặt các linh kiện ô tô. Việc đánh giá chất lượng của một chiếc xe ô tô không chỉ nằm ở một khối động cơ với khả năng vận hành vượt trội kèm theo đó là một ngoại hình với nhiều điểm nổi bật gây thích mắt. Việc đánh giá này còn dựa vào chính những tiêu chí về an toàn.
Từ đó các hệ thống, chế độ an toàn thông minh được dần thiết lập và hình thành nhằm đảm bảo khả năng an toàn tuyệt đối nhất cho người lái xe cũng như người ngồi trên xe. Để đáp ứng nhu cầu an toàn cho người sử dụng, những tính năng cũng như hệ thống an toàn lần lượt được nghiên cứu và được đưa vào sử dụng. Không là ngoại lệ, hệ thống gạt mưa tự động trên ô tô đã được nghiên cứu đưa vào sử dụng khá rộng rãi và một phần không thể thiếu của một chiếc xe ô tô hiện đại. Hệ thống gạt mưa tự động có tác dụng gạt nước mưa, phun nước rửa bụi bẩn bám trên kính giúp bảo đảm tầm nhìn tốt nhất cho người lái, góp phần tăng tính an toàn trong quá trình lưu thông trên đường có điều kiện thời tiết xấu chẳng hạn như mưa, bão, bụi bẩn bám vào làm mờ kính chắn gió.
Hệ thống này giúp cho người lái xe tập trung tuyệt đối vào việc lái xe hơn là phải sử dụng phương pháp đơn thuần với nguyên tắc chuyển đổi bằng tay. Từ đó tránh gặp phải những tai nạn đáng tiếc không mong muốn xảy ra do mất tập trung khi lái xe. Để tìm hiểu, mở rộng thêm hiểu biết cũng như ứng dụng những gì đã học được tại trường vào thực tế. Nhóm chúng em đã lên ý tưởng và cuối cùng chọn thực hiện đề tài “Nghiên cứu, thực hiện mô hình hệ thống gạt mưa trên ô tô” này với mục đích tạo ra mô hình sản phẩm để phục vụ cho công việc giảng dạy cũng như học tập trực quan hơn cho sinh viên tại Trường Đại học Sư Phạm Kỹ Thuật TPHCM.2 Mục tiêu đề tài.
Từ nhiệm vụ chính mà đề tài đặt ra là “Nghiên cứu, thực hiện mô hình gạt mưa trên ô tô phục vụ giảng dạy”. Nội dung thực hiện đề tài với những mục đích như sau: - Nghiên cứu tổng quan về lý thuyết của hệ thống gạt mưa trên ô tô. - Thay thế được hệ thống gạt mưa hoạt động trên nguyên lí điều khiển bằng tay bằng một hệ thống gạt mưa tự động. 1 - Lập trình, tính toán vi điều khiển.
- Với mục đích phục vụ cho việc giảng dạy, mô hình ngoài việc phải đầy đủ các tính năng thì phải thể hiện tính sư phạm, thẩm mỹ.3 Đối tượng nghiên cứu. - Lý thuyết về hệ thống gạt mưa trên xe ô tô. - Các thiết bị sử dụng cho hệ thống gạt mưa trên ô tô. - Phần mềm lập trình Visual Studio Code, Android Studio.
- Phần mềm thiết kế AutoCAD, Creo.4 Giới hạn đề tài. - Nghiên cứu lý thuyết của hệ thống gạt mưa trên ô tô. - Tính toán, thiết kế và lập trình vi điều khiển. - Ứng dụng phần mềm thiết kế.
- Thi công mô hình và đưa ra hướng phát triển. - Nghiên cứu lý thuyết về hệ thống gạt mưa trên xe ô tô - Tổng quan về phương pháp nghiên cứu, thiết kế và xây dựng mô hình hệ thống gạt mưa rửa kính trên xe ô tô - Tính toán, thiết kế và lập trình các vi điều khiển. - Tạo pan lỗi bằng cơ kết hợp điều khiển từ xa bằng SmartPhone. - Thực hiện mô hình hoạt động ổn định phục vụ giảng dạy.
- Thực nghiệm đánh giá tính khả thi và đưa ra kết luận.6 Bố cục đồ án Chương 1: Nghiên cứu tổng quan đề tài. Chương 2: Cơ sở lý thuyết về hệ thống gạt mưa trên ô tô. Chương 3: Thiết kế, thực hiện mô hình. Chương 4: Hướng dẫn sử dụng, thực hành Chương 5: Kết quả và đánh giá.
Chương 6: Kết luận và hướng phát triển. 2 CHƯƠNG 2: CƠ SỞ LÝ THUYẾT 2.1 Lịch sử ra đời của hệ thống gạt mưa. Ngày nay, mỗi khi trời mưa, bất cứ người lái xe nào cũng nhận ra tầm quan trọng của đôi cần gạt mưa, bởi không có nó, tốt nhất là nên dừng xe, đợi cho trời tạnh nếu không muốn đâm vào đâu đó. Mặc dù thiết bị này đã được điện tử hóa như tự động gạt mưa khi trời mưa, dừng khi tạnh hay có nhiều kiểu khác nhau, nhưng nó vẫn hoạt động và cấu tạo theo nguyên lý được phát minh hơn 100 năm trước.
Thật khó để tưởng tượng ra một thế giới không có cần gạt mưa, nhưng đã từng có một thế giới như thế, và Mary Anderson sống ở thế giới đó. Mọi chuyện bắt đầu năm 1903, Mary Anderson đến thăm thành phố New York, khi đó bà ngồi trên xe và trời có tuyết rơi. Bà để ý người lái xe phải dừng xe, cầm chiếc khăn để lau hơi nước và tuyết phủ trên mặt kính. Đương nhiên điều này đã khiến cho chuyến tàu của bà bị chậm trễ, và Mary Anderson đã tự hỏi: “Nếu có loại lưỡi gạt để lau kính chắn gió giúp người lái xe thuận tiện hơn thì sao?” Hình 2.
1 Marry Anderson với phát minh cần gạt mưa Anderson quay trở về lại Birmingham, vẽ một bản phác thảo thiết bị rồi viết cả một bản mô tả. Nhưng khi đưa ra ý tưởng này thì bà bỗng trở thành trò cười cho mọi người xung quanh và họ cho đó là một việc điên rồ. Vượt qua mọi sự dè bỉu đó, Mary Anderson quyết định nộp đơn xin cấp bằng sáng chế. Mãi đến năm 1905, phát minh của bà đã được công nhận, Mary Anderson nhận bằng sáng chế tại Mỹ.
Từ đó dập tắt mọi sự hoài nghi, dè bỉu từ xung quanh khi Mary Anderson vừa tròn 39 tuổi. Trong đơn xin cấp bằng sáng chế, Mary Anderson có mô tả cần gạt mưa được vận hành bởi là dùng hai chiếc cần gắn vào thân xe và tiếp xúc với kính bằng lưỡi 3 cao su, khi cần người lái xe quay tay nắm đạt trong cabin qua cơ cấu truyền động, hai chiếc cần gạt mưa sẽ chuyển động lên xuống để gạt tuyết và hơi nước, tạo tầm nhìn cho người lái tay cầm đặt bên trong cabin, và có thể dễ dàng tháo rời. Bà cho rằng như vậy sẽ không phá hỏng vẻ ngoài của xe vào những ngày thời tiết thuận lợi. 2 Marry Anderson và cơ cấu hoạt động của cần gạt mưa Mary Anderson đã rất cố gắng thu hút sự quan tâm của các công ty sản xuất trong việc chế tạo thiết bị này cho ngành công nghiệp ô tô con mới nổi, nhưng không có ai tiếp nhận cả dù đã được cấp bằng sáng chế.
Họ cho rằng hệ thống gạt mưa của bà phát minh ra không đủ đảm bảo cam kết về giá trị thương mại. Mãi đến năm 1911, hệ thống gạt mưa mới trở thành thiết bị tiêu chuẩn trên các ôtô của Mỹ. Kể từ đó, bộ gạt mưa liên tục được các thế hệ nhà phát minh tiếp theo cải tiến, bổ sung chức năng để cho đến ngày nay, nó trở thành công cụ quan trọng và tiện ích trên tất cả những chiếc xe ô tô.2 Vai trò và yêu cầu của hệ thống gạt mưa 2.1 Vai trò của hệ thống gạt mưa Hệ thống gạt mưa, rửa kính ô tô tuy là bộ phận nhỏ nhưng lại hết sức quan trọng đối với xe ô tô. Nó sẽ giữ nhiệm vụ loại bỏ, làm sạch những bụi bẩn và hạt mưa bám trên kính chắn gió, đem lại cho lái xe tầm nhìn thông thoáng và tốt nhất.
Chỉ với 2 thanh cần có khả năng hoạt động liên tục, sự an toàn của chủ xe và các phương tiện khác sẽ 4 được đảm bảo tối ưu. Gần đây ở một số kiểu xe, tốc độ gạt mưa của hệ thống còn có thể thay đổi theo tốc độ của xe và tự động gạt mưa khi trời mưa. 3 Vai trò hoạt động của hệ thống gạt mưa 2.2 Yêu cầu của hệ thống. - Hệ thống gạt mưa phải đảm báo các yêu cầu sau: - Kết cấu đơn giản, dễ dàng cho việc tháo lắp và sửa chữa.
- Đảm bảo độ tin cậy tối đa của hệ thống. - Có độ bền cơ khí cao đảm bạo chịu rung và chịu sóc tốt. - Đảm bảo thời hạn phục vụ lâu dài.3 Vị trí, nguyên lí hoạt động và cấu tạo của hệ thống. 4 Vị trí của các motor trong hệ thống gạt mưa 2.2 Cơ chế hoạt động của hệ thống.
Về cơ bản, bộ phận gạt mưa được tạo thành từ 2 hệ thống cơ khí chính: - Một hệ thống motor điện và trục vít để giảm bớt lực truyền từ motor ra tới cần gạt (lưỡi gạt mưa). - Một cơ cấu đòn bẩy biến chuyển động quay từ motor đưa ra thành chuyển động tịnh tiến (qua lại) của lưỡi gạt mưa trên kính chắn gió. 5 Cơ chế hoạt động của hệ thống gạt mưa 6 - Cơ chế hệ thống điện và trục vít. Trong quá trình sử dụng gạt mưa, đặc biệt là khi trời mưa to, ta sẽ nhận thấy rằng cần phải có một lực khá lớn để di chuyển nhanh lưỡi gạt qua lại trên kính chắn gió, đồng thời loại bỏ lượng lớn nước mưa cứ liên tục đổ xuống.
Lực này sẽ được cung cấp bởi một motor và truyền qua trục vít. Trục vít có chức năng tăng cường mô men xoắn của động cơ lên gấp 50 lần đồng thời, nó cũng làm giảm tốc độ quay của động cơ 50 lần. Do đó, bộ phận này đã tạo nên chuyển động hoàn hảo và mạnh mẽ của các lưỡi gạt ở bên ngoài. Bên cạnh đó, bên trong của cơ cấu motor - trục vít còn được tích hợp một bảng mạch điện tử có khả năng nhận biết được khi nào lưỡi gạt đang bung ra hết cỡ.
Khi đó, bảng mạch này sẽ duy trì sự hoạt động của motor cho tới khi lưỡi gạt đã được xếp lại hoàn toàn. Đồng thời, bảng mạch này cũng chịu trách nhiệm điều khiển hoạt động của lưỡi gạt ở các chế độ gạt liên tục hay cách nhau một khoảng thời gian nhất định. Một vấu cam nhỏ được lắp vào trục của bánh răng nối với trục vít. Khi trục vít xoay, bánh răng cũng xoay và làm cho vấu cam này xoay.
Đầu còn lại của vấu cam sẽ được nối tới một thanh truyền. Cơ cấu này sẽ biến chuyển động quay của vấu cam thành chuyển động tịnh tiến của thanh truyền.4 Nguyên lý hoạt động của hệ thống.