Thiết kế, mô phỏng và chế tạo mô hình xe điện sử dụng năng lượng mặt trời

Một trong những phương pháp để giải quyết những vấn đề này là chúng ta phải chế tạo được những mẫu xe sử dụng nguồn nhiên liệu sạch, và tái tạo chúng em đã quyết định chọn đề tài: “Thi

ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP

THIẾT KẾ, MÔ PHỎNG VÀ CHẾ TẠO

MÔ HÌNH XE ĐIỆN SỬ DỤNG NĂNG LƯỢNG MẶT TRỜI

Ngành: Công Nghệ Kỹ Thuật Ô Tô

Giảng viên hướng dẫn: Th.S Nguyễn Đỗ Minh Triết

TP Hồ Chí Minh, 2021

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO

TRƯỜNG ĐẠI HỌC CÔNG NGHỆ TP HỒ CHÍ MINH

ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP

THIẾT KẾ, MÔ PHỎNG VÀ CHẾ TẠO

MÔ HÌNH XE ĐIỆN SỬ DỤNG NĂNG LƯỢNG MẶT TRỜI

Ngành: Công Nghệ Kỹ Thuật Ô Tô

Giảng viên hướng dẫn: Th.S Nguyễn Đỗ Minh Triết

Trương Văn Chu Toàn 1711252008 17DOTA5

TP Hồ Chí Minh, 2021

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO

TRƯỜNG ĐẠI HỌC CÔNG NGHỆ TP HỒ CHÍ MINH

LỜI CẢM ƠN

Trước hết, em xin trân trọng cảm ơn thầy Th.S Nguyễn Đỗ Minh Triết,

người trực tiếp hướng dẫn, sửa bài và chỉ bảo em về nội dung, phương pháp để

em hoàn thành tốt bài báo cáo đồ án tốt nghiệp này Em cũng xin gửi lời cảm ơn sâu sắc, chân thành nhất tới ban lãnh đạo Trường Đại Học Công Nghệ TP.HCM cùng toàn thể các thầy, cô trong trường đã tận tình hỗ trợ em suốt thời gian thực hiện đồ án

Mặc dù em đã rất cố gắng để có một bài báo cáo hoàn chỉnh và tận dụng tối

ưu các tài liệu được cung cấp Tuy nhiên trong quá trình viết báo cáo khó tránh khỏi những thiếu sót do áp lực về thời gian và sự hiểu biết giới hạn của mình Rất mong nhận được sự góp ý từ thầy

Cuối cùng, em xin chân thành cảm ơn gia đình và bạn bè, đã luôn tạo điều kiện, quan tâm, giúp đỡ, động viên em trong suốt quá trình học tập và hoàn thành khóa luận tốt nghiệp

Một lần nữa em xin chân thành cảm ơn!

Sinh Viên Thực Hiện

NGUYỄN QUỐC TRẦM TRƯƠNG VĂN CHU TOÀN PHẠM ĐÌNH GIA HUY

MỤC LỤC

LỜI CẢM ƠN i

DANH MỤC HÌNH ẢNH VÀ SƠ ĐỒ v

DANH MỤC BẢNG BIỂU viii

LỜI MỞ ĐẦU ix

CHƯƠNG I: TỔNG QUAN VỀ ĐỀ TÀI 1

1.1 Tính cấp thiết của đề tài 1

1.2 Lý do chọn đề tài 1

1.3 Mục tiêu nghiên cứu 1

1.4 Nhiệm vụ đề tài 1

1.5 Phương pháp thiết kế 1

1.5.1 Phương pháp thiết kế 1

1.5.2 Phương pháp chế tạo 2

1.5.3 Phương pháp thiết kế và chế tạo 2

1.6 Kế hoạch nghiên cứu 2

CHƯƠNG II: GIỚI THIỆU VỀ XE CHẠY BẰNG NĂNG LƯỢNG MẶT TRỜI VÀ HỆ THỐNG GIỮ LÀN ĐƯỜNG 3

2.1 Năng lượng mặt trời 3

2.2 Giới thiệu về xe chạy bằng năng lượng mặt trời 4

2.2.1 Ưu - nhược điểm của xe điện chạy bằng năng lượng mặt trời 6

2.2.2 Nguyên lý chung của xe sử dụng năng lượng mặt trời 7

2.2.3 Các mẫu xe hiện có 7

2.2.4 Ô tô điện chạy bằng năng lượng mặt trời tại Việt Nam 8

2.3 Giới thiệu về hệ thống giữ làn đường 9

2.3.1 Hệ thống giữ làn đường là gì 9

2.3.2 Ưu và nhược điểm của hệ thống giữ làn đường 10

2.3.3 Vì sao cần trang bị hệ thống giữ làn đường 11

2.3.4 Cấu tạo của hệ thống giữ làn đường 12

CHƯƠNG III: CƠ SỞ LÝ THUYẾT 14

3.1 Giới thiệu về các phần mềm thiết kế 14

3.1.1 Giới thiệu về phần mềm Solidworks 14

3.1.2 Giới thiệu về phần mềm proteus 15

3.1.3 Giới thiệu phần mềm Arduino ide 16

3.1.4 Giới thiệu về phần mềm pycharm 17

3.2 Các thiết bị và linh kiện trên xe 19

3.2.1 Pin năng lượng mặt trời 250W 19

3.2.2 Ắc quy 21

3.2.3 Bộ điều khiển sạc pin năng lượng mặt trời GV-YJSS-10A 21

3.2.4 Bộ Inverter biến tần cho năng lượng mặt trời 22

3.2.5 Motor giảm tốc DC 24V 250W 23

3.2.6 Motor giảm tốc 12V 100W 23

3.2.7 Bộ mã hóa quay quang điện 100 / 200 / 360 / 400 / 500 / 600p / r (encoder) 24

3.2.8 Webcam HD Logitech C270 720P 30FPS 25

3.2.9 Cảm biến vật cản hồng ngoại E3F-DS30C4 NPN 6-36V 26

3.2.10 Động cơ SERVO SG90 180 độ 26

3.2.11 Domino, cầu đấu điện 12P 25A TB-2512 27

3.2.12 Arduino 28

3.2.13 Mạch điều khiển động cơ DC BTS7960 43A (1 động cơ) 29

3.2.14 Mạch giảm áp XL4016 8A 30

3.2.15 Mạch giảm áp DC LM2596 3A 31

3.2.16 Mạch opto cách ly 2 kênh PC817 32

CHƯƠNG IV: QUY TRÌNH THIẾT KẾ VÀ THI CÔNG MÔ HÌNH XE ĐIỆN CHẠY BẰNG NĂNG LƯỢNG MẶT TRỜI 33

4.1 Ý tưởng cơ khí 33

4.1.1 Khung xe: 33

4.1.2 Thân vỏ: 33

4.1.3 Hệ thống treo trước: 34

4.1.4 Hệ thống treo sau: 34

4.1.5 Hệ thống lái: 35

4.1.6 Động cơ: 36

4.1.7 Hệ thống truyền lực: 36

4.1.8 Cầu sau và vi sai: 36

4.2 Cơ cấu chi tiết khung xe: 37

4.2.1 Bản vẽ chi tiết xe 37

4.2.2 Bản vẽ, thông số chi tiết các bộ phận trên xe, phương pháp gia công: 38

4.3 Thiết kế phần vỏ 44

4.3.1 Quy trình làm phần vỏ của xe 44

4.4 Thiết kế hệ thống 46

4.4.1 Giới thiệu 46

4.4.3 Thiết kế mạch 48

4.4.4 Toàn bộ sơ đồ nguyên lý 57

4.5 Lập trình hệ thống 61

CHƯƠNG V: THỰC NGHIỆM VÀ ĐÁNH GIÁ 71

5.1 Kết quả thực nghiệm: 71

5.2 Hiệu chỉnh 73

CHƯƠNG VI: KẾT LUẬN VÀ HƯỚNG PHÁT TRIỂN 74

6.1 Kết luận 74

6.3 Những hạn chế: 74

6.2 Hướng phát triển 75

TÀI LIỆU THAM KHẢO

PHỤ LỤC 1

PHỤ LỤC 2

DANH MỤC HÌNH ẢNH VÀ SƠ ĐỒ

Hình 2.1: Thành phần tổng xạ và nhiễu xạ trong 1 ngày trong sáng 3

Hình 2.2: Bản đồ bức xạ nhiệt của việt nam 4

Hình 2.3 Mẫu thử nghiệm ô tô điện chạy bằng năng lượng mặt trời Lightyear One 5

Hình 2.4 Nội thất bên trong xe 5

Hình 2.5 Mẫu ô tô điện chạy bằng năng lượng mặt trời 6

Hình 2.6 Xe chạy bằng năng lượng mặt trời 8

Hình 2.7 Xe điện chạy bằng năng lượng mặt trời tại Việt Nam 9

Hình 2.8 Hệ thống hỗ trợ giữ làn đường 9

Hình 2.9 Hệ thống giữ làn đường bị ảnh hưởng bởi điều kiện thời tiết bất lợi 11

Hình 2.10 Mô phỏng khi xe bị chệch làn đường 11

Hình 2.11 Hệ thống cảnh báo chệch làn đường 12

Hình 2.12 Hệ thống camera cảnh báo làn đường 12

Hình 2.13 Hệ thống cảnh báo sai lệch làn đường 13

Hình 3.1 Giới thiệu về phần mềm Solidworks 14

Hình 3.2 Solidworks có nhiều ưu điểm vượt trội 15

Hình 3.3 Giao diện chờ của phần mềm proteus 15

Hình 3.4 Phần mềm proteus 16

Hình 3.5 Giao diện chờ của phần mềm arduino 17

Hình 3.6 Giao diện chờ của phần mềm pycharm 18

Hình 3.7 Các tính năng của pycharm 18

Hình 3.8 Tấm pin năng lượng mặt trời 19

Hình 3.9 Cấu tạo một module pin mặt Trời (EVA là: Ethylene Vinyl Acetate) 20

Hình 3.10 Bình ắc quy 21

Hình 3.11 Bộ điều khiển sạc pin năng lượng mặt trời GV-YJSS-10A 22

Hình 3.13 Motor giảm tốc DC 24V 250W 23

Hình 3.14 Motor giảm tốc 12V 100W 24

Hình 3.15 Bộ encoder 24

Hình 3.16 Cấu tạo encoder 25

Hình 3.17 Webcam HD Logitech C270 720P 30FPS 25

Hình 3.18 Cảm biến vật cản hồng ngoại E3F-DS30C4 NPN 6-36V 26

Hình 3.19 Động cơ servo SG90 180 độ 27

Hình 3.20 Domino, Cầu đấu điện 12P 25A TB-2512 28

Hình 3.21 Mạch arduino 28

Hình 3.22 Mạch điều khiển động cơ BTS7960 43A 30

Hình 3.23 Mạch hạ áp XL4016 8A 31

Hình 3.24 Mạch giảm áp DC LM2596 3A 31

Hình 3.25 Mạch Opto cách ly 2 kênh PC817 32

Hình 4.1 Cơ cấu bố trí chi tiết trên khung xe 37

Hình 4.2 Bản vẽ xe 38

Hình 4.3 Mô hình thực tế khung xe 39

Hình 4.4 Hình ảnh mô phỏng hệ thống treo phía trước 40

Hình 4.5 Hình ảnh mô phỏng hệ thống treo sau 40

Hình 4.6 Hình ảnh mô phỏng hệ thống lái 41

Hình 4.7 Hình ảnh mô hình thực tế hệ thống lái 41

Hình 4.8 Hình ảnh mô phỏng hệ thống dẫn động cầu sau 43

Hình 4.9 Hình ảnh mô hình thực tế hệ thống dẫn động cầu sau 43

Hình 4.10 Hình ảnh mô phỏng tấm pin năng lượng mặt trời 43

Hình 4.11 Quá trình định định hình khung xe 45

Hình 4.12 Hình dáng ban đầu của xe 45

Hình 4.13 Khung vỏ của xe sau khi composite đã đông cứng lại 46

Hình 4.14 Sơ đồ nối pin 47

Hình 4.14 Sơ đồ khối hệ thống điều khiển 47

Hình 4.15 Bộ sạc ắc quy 52

Hình 4.16 Arduino Uno R3 52

Hình 4.17 Khối cảm biến vật cản kết nối với Arduino 53

Hình 4.18 Khối rẽ trái phải kết nối với Arduino 55

Hình 4.19 Khối di chuyển tiến lùi kết nối với Arduino 56

Hình 4.20 Khối manual 57

Hình 4.21 Khối encoder 57

Hình 4.22 Sơ đồ nguyên lý toàn mạch 1 58

Hình 4.23 Sơ đồ nguyên lý toàn mạch 2 58

Hình 4.24 Sơ đồ nguyên lý toàn mạch 3 59

Hình 4.25 Sơ đồ nguyên lý toàn mạch 4 59

Hình 4.26 Mạch điều khiển tiến lùi và thu thập tín hiệu cảm biến 60

Hình 4.27 Mạch điều khiển bánh lái 61

Hình 4.28 Lưu đồ hệ thống 62

Hình 4.29 Lựa chọn chế độ hoạt động 63

Hình 4.30 Chọn chế độ điều khiển tự động 63

Hình 4.31 Lưu đồ xác định khoảng lệch vạch đường 64

Hình 4.32 Hình ảnh thu thập từ Camera 64

Hình 4.33 Tạo vùng xét 65

Hình 4.34 Lọc lấy màu trắng đen 65

Hình 4.35 Tách biên hình ảnh 65

Hình 4.36 Tìm tọa độ giao điểm giữa biên và trục đo 66

Hình 4.37 Tính toán giá trị khoảng lệch 66

Hình 4.38 Tạo vùng xét hình chữ nhật để xác định line đỏ 67

Hình 4.39 Tách lấy phần màu đỏ 67

Hình 4.40 Lưu đồ xác định phần trăm xuất hiện vạch đỏ 68

Hình 4.41 Xe dừng lại khi % vạch màu đỏ lớn hơn 50% 68

Hình 4.42 Lưu đồ giải thuật trên arduino 69

Hình 5.1 Mô hình xe thực tế 71

Hình 5.2 Mô hình xe thực tế 71

DANH MỤC BẢNG BIỂU

Bảng 2.1: Số liệu về bức xạ mặt trời tại Việt Nam 4

Bảng 3:1 Thông số kỹ thuật của tấm pin 20

Bảng 3:2 Thông số kỹ thuật của arduino 28

Bảng 4.1 Ý tưởng khung xe 33

Bảng 4.2 Ý tưởng thân vỏ 33

Bảng 4.3 Ý tưởng hệ thống treo trước 34

Bảng 4.4 Ý tưởng hệ thống treo sau 34

Bảng 4.5 Ý tưởng hệ thống lái 35

Bảng 4.6 Ý tưởng chọn động cơ 36

Bảng 4.7 Ý tưởng chọn hệ thống truyền lực 36

Bảng 4.8 Ý tưởng chọn hệ thống truyền lực 36

Bảng 4.9 Chi tiết khung xe 38

Bảng 4.10 Chi tiết hệ thống treo trước 39

Bảng 4.11 Chi tiết hệ thống treo sau 40

Bảng 4.12 Chi tiết hệ thống lái 40

Bảng 4.13 Chi tiết hệ thống dẫn động cầu sau 42

Bảng 4.14 Ưu nhược điểm của các loại vật liệu 44

Bảng 4.15 Linh kiện điện tử và công dụng 48

Bảng 4.16 Tên các thiết bị trong hệ thống 50

Bảng 4.17 Chọn Pin năng lượng mặt trời phù hợp 51

Bảng 4.18 Vị trí nối chân tín hiệu 54

Bảng 4.19 Vị trí các chân tín hiệu 60

Bảng 5.1 Bảng đánh giá tiêu chí 72

LỜI MỞ ĐẦU

Sự phát triển của ngành công nghiệp ô tô hiện tại luôn phải đối mặt với hai vấn đề lớn là sự cạn kiệt của nguồn nhiên liệu truyền thống và ô nhiễm môi trường Một trong những phương pháp để giải quyết những vấn đề này là chúng

ta phải chế tạo được những mẫu xe sử dụng nguồn nhiên liệu sạch, và tái tạo

chúng em đã quyết định chọn đề tài: “Thiết kế, mô phỏng và chế tạo mô hình

xe điện sử dụng năng lượng mặt trời” làm đề tài tốt nghiệp

Tuy nhiên hiện nay thế giới và Việt Nam đang phải đối mặt với đại dịch COVID 19 nên nhóm đã cố gắng phát triễn thêm công nghệ xử lý ảnh vào xe Công nghệ này sẽ giúp xe có thể di chuyển trong các khu vực nhất định như khu cách ly, trường học Nó có thể giải quyết các vấn đề như: giao các hàng hóa có tải trọng nhẹ trong các khu vực đó nhằm hạn chế đối đa mọi người tiếp xúc với nhau

Là một sinh viên trườsng Đại Học Công Nghệ TP.HCM, chúng em sẽ cố gắng hết sức Nhưng do kiến thức có giới hạn, thiếu kinh nghiệm, đồ án tốt nghiệp lần này sẽ không tránh khỏi những thiếu sót Chúng em xin chân thành cảm ơn

thầy Th.S Nguyễn Đỗ Minh Triết đã hướng dẫn và chỉ bảo chúng em trong thời

gian thực hiện đề tài

CHƯƠNG I:

TỔNG QUAN VỀ ĐỀ TÀI

1.1 Tính cấp thiết của đề tài

Ô tô chạy bằng năng lượng mặt trời góp phần giải quyết vấn đề ùn tắc giao thông Ùn tắc giao thông tại Việt Nam đang là một vấn nạn, sự bùng nổ về số lượng xe

ô tô là một trong những nguyên nhân chính của vấn đề này Ô tô điện có thể góp một phần nhỏ vào vấn đề này Các công nghệ trợ lái điện, điều khiển độc lập 4 bánh, cho phép người lái điều khiển ô tô điện ở con đường nhỏ và hẹp ở Việt Nam

Ô tô chạy bằng năng lượng mặt trời thân thiện với môi trường Ô nhiễm không khí do khí thải từ các xe ô tô chạy xăng và dầu diesel gây tổn hại cho môi trường và sức khỏe của người dân Ô tô điện với lượng khí thải hoàn toàn bằng không là giải pháp lý tưởng

1.2 Lý do chọn đề tài

Đề tài " Chế tạo xe chạy bằng năng lượng mặt trời" với mục đích là tận dụng tối

đa nguồn năng lượng thiên nhiên mà cụ thể ở đây là năng lượng mặt trời, góp phần giải quyết tình trạng ô nhiễm môi trường và tình hình cạn kiệt nguồn nhiên liệu Trong tương lai xa hơn khi mà ngành công nghiệp Việt Nam phát triển thì ta có thể sản xuất

ô tô điện mang thương hiệu Việt

1.3 Mục tiêu nghiên cứu

Chế tạo thành công xe chạy bằng năng lượng mặt trời và vận chuyển hàng có tải trọng nhẹ

1.4 Nhiệm vụ đề tài

- Nghiên cứu tổng quan

- Thiết kế sơ bộ

- Lắp đặt, thử nghiệm hệ thống năng lượng mặt trời

- Chế tạo và cơ khí hệ thống khung gầm

- Lắp đặt hệ thống điện (điều khiển, tín hiệu, hệ thống xử lý ảnh, nạp bổ sung,…)

- Chạy thử nghiệm ô tô sử dụng năng lượng mặt trời

1.5 Phương pháp thiết kế

1.5.1 Phương pháp thiết kế

- Sử dụng phương pháp nghiên cứu lý thuyết:

+ Tham khảo ý kiến của một số chuyên gia về thiết kế ô tô cũng như hệ thống năng lượng mặt trời

+ Áp dụng lý thuyết tính toán chế tạo ô tô, phương pháp thiết kế chi tiết máy và máy trong việc chọn nguyên lý làm việc và nguyên lý cấu tạo cho ô tô điện

- Chế tạo theo dạng sản xuất đơn chiếc

- Các chủng loại thiết bị theo tiêu chuẩn lắp ráp

1.5.3 Phương pháp thiết kế và chế tạo

- Thiết kế trên máy tính

- Chế tạo tại xưởng hàn với các thiết bị: máy hàn, máy cắt Plasma, máy mài, máy khoan bàn, máy khoan tay,…

- Máy tiện, máy cắt sắt, máy cưa,…

1.6 Kế hoạch nghiên cứu

- Tìm hiểu tài liệu

- Đọc và chọn lọc tài liệu

- Viết và hoàn thành cuốn tiểu luận

- Triển khai nghiên cứu

- Chế tạo khung gầm và gia công cơ khí thân xe

- Hoàn thành hệ thống điện và điện tử

- Tiến hành chạy thử ô tô sử dụng năng lượng mặt trời

CHƯƠNG II:

GIỚI THIỆU VỀ XE CHẠY BẰNG NĂNG LƯỢNG MẶT TRỜI VÀ HỆ THỐNG GIỮ LÀN ĐƯỜNG

2.1 Năng lượng mặt trời

- Sự phát triển năng lượng mặt trời tại Việt Nam

Việt Nam có tiềm năng lớn về nguồn năng lượng tái tạo song cho tới nay nguồn này chỉ chiếm 1% tổng công suất điện cả nước Phát triển mạnh năng lượng tái tạo sẽ góp phần đa dạng hóa nguồn điện, đảm bảo an ninh năng lượng trong tương lai

- Số liệu về bức xạ mặt trời tại Việt Nam

Hình 2.1: Thành phần tổng xạ và nhiễu xạ trong 1 ngày trong sáng

Hình 2.2: Bản đồ bức xạ nhiệt của việt nam

Bảng 2.1: Số liệu về bức xạ mặt trời tại Việt Nam

Vùng Giờ nắng trong năm Cường độ BXMT

Nhận xét: Số liệu về lượng tổng bức xạ mặt trời trên cho thấy, TP HCM là một

trong những thành phố có lượng bức xạ mặt trời cao nhất nước, đặt biệt là vào các tháng 6, 7, 8 thuộc vào kỳ hè, có lượng nắng cao Do đó, đây là cơ sở khoa học chứng

tỏ Hồ Chí Minh có tiềm năng lớn trong việc ứng dụng năng lượng mặt trời và sự phát triển ô tô năng lượng mặt trời tại đây

2.2 Giới thiệu về xe chạy bằng năng lượng mặt trời

Mẫu thử nghiệm ô tô chạy bằng năng lượng mặt trời đầu tiên trên thế giới đã được công ty khởi nghiệp EV (Hà Lan) – Lightyear đã cho ra mắt Chiếc xe này với tên gọi là Lightyear One

Hình 2.3 Mẫu thử nghiệm ô tô điện chạy bằng năng lượng mặt trời Lightyear One

Mẫu ô tô chạy bằng năng lượng mặt trời được trang bị các tấm pin mặt trời được đặt trên mái, với diện tích tới hơn 5m2 Trong mỗi lần sạc đầy, chiếc xe có thể di chuyển lên tới quãng đường 725km, Lightyear One có thể tăng tốc từ 0 km – 100 km/h chỉ trong 10 giây

Hình 2.4 Nội thất bên trong xe

Hình 2.5 Mẫu ô tô điện chạy bằng năng lượng mặt trời

2.2.1 Ưu - nhược điểm của xe điện chạy bằng năng lượng mặt trời

Xe điện chạy bằng năng lượng mặt trời sử dụng nguồn điện được chuyển hóa từ ánh sáng mặt trời để vận hành Vì thế, bên cạnh những ưu điểm cũng sẽ còn nhiều hạn chế, hãy cùng tìm hiểu xem đó là gì

- Ưu điểm của xe điện chạy bằng năng lượng mặt trời

+ Xe năng lượng mặt trời giúp giảm khí thải ra môi trường Chúng chuyển đổi

quang năng thành năng lượng điện Điều đó có nghĩa là chúng có thể hoạt động mà không thải khí độc hại ra môi trường

+ Tiết kiệm tài nguyên thiên nhiên Sử dụng năng lượng mặt trời giúp giảm sự

phụ thuộc vào dầu mỏ Xe ô tô điện năng lượng mặt trời không cần bảo dưỡng nhiều như xe chạy bằng khí đốt Do đó, chúng ta có thể tiết kiệm chi phí bảo hành và bảo dưỡng

+ Xe điện năng lượng mặt trời rất an toàn, tiết kiệm và bền bỉ Các tấm pin được trang bị trên xe rất bền bỉ, tuổi thọ có thể kéo dài tận 30 năm

- Nhược điểm của xe điện chạy bằng năng lượng mặt trời:

+ Xe năng lượng mặt trời có giá rất cao

+ Phụ thuộc vào thời tiết Xe chạy bằng năng lượng mặt trời cần có ánh sáng mặt trời chiếu trực tiếp, và khi trời mưa, năng lượng không đáp ứng đủ

+ Sau một thời gian sử dụng, các tấm pin hư hỏng thải ra môi trường nếu không

có biện pháp xử lý sẽ gây hại cho bầu khí quyển

==> Tại Việt Nam, công nghệ sản xuất xe điện mặt trời vẫn chưa được đầu tư bài bản nên chưa có thương hiệu nào sản xuất được Tuy nhiên, VinFast là một trong những số ít thương hiệu theo đuổi con đường sản xuất xe ô tô điện

2.2.2 Nguyên lý chung của xe sử dụng năng lượng mặt trời

Sơ đồ nguyên lý xe điện mặt trời gồm: động cơ điện, bộ điều khiển motor bằng điện tử, tấm pin mặt trời, bộ điều khiển sạc, bộ nguồn, hệ thống cáp, vỏ xe, khung xe,

hệ thống phanh, treo, lái và các hệ thống điện trên xe

Nguyên lý làm việc: Động cơ điện được cung cấp nguồn từ ắc quy, thông qua hệ thống truyền lực truyền momen tới bánh xe chủ động Động cơ được điều khiển bởi một bộ điều khiển động cơ riêng biệt, nó lấy tín hiệu từ bàn đạp ga để xác định tốc độ tương ứng, để lùi xe dùng mạch đảo chiều dòng điện để đảo chiều quay động cơ Ắc quy được nạp điện từ hai nguồn: tấm pin năng lượng mặt trời và nguồn điện dân dụng

Bộ điều khiển sạc: Là một thiết bị trung gian giữa hệ các tấm pin mặt trời và hệ các bình ắc quy lưu trữ Nhiệm vụ chính của nó là điều khiển việc sạc bình ắc quy từ nguồn điện sinh ra từ pin mặt trời

Động cơ điện: Cung cấp mô men cho bánh xe chủ động Có hai loại động cơ điện: Động cơ điện xoay chiều (AC) và động cơ điện một chiều (DC)

Bình điện (Ắc quy): Trên xe điện ắc quy là nguồn năng lượng chính, dùng để cung cấp năng lượng cho động cơ điện và cung cấp năng lượng cho tất cả các phụ tải khác ngay cả khi động cơ điện không làm việc

Pin mặt trời: Là loại pin phát sinh điện áp khi được chiếu sáng, nguồn điện để nạp cho ắc quy

Bộ điều khiển motor bằng điện tử: Mạch này có chức năng cấp dòng điều khiển động cơ điện chuyển động theo tốc độ mong muốn, đảm bảo đổi chiều động cơ điện cho trường hợp lùi xe, đảm bảo tương quan vận tốc của 2 bánh xe chủ động trong và ngoài khi xe quay vòng

2.2.3 Các mẫu xe hiện có

Hình 2.6 Xe chạy bằng năng lượng mặt trời

Chiếc xe mang phong cách tương lai được thiết kế bằng các vật liệu nhẹ, mang lại khả năng làm mát và tính khí động học thấp Chiếc xe được tích hợp các tấm pin năng lượng Mặt Trời có thể chạy tối đa 72 km mỗi ngày Chiếc xe này trở thành loại xe đầu tiên không cần cung cấp nhiên liệu hàng ngày

Chiếc xe cũng được trang bị một loại pin có thể hoạt động trong phạm vi 1.600

km, vượt xa đáng kể so với xe Tesla Model S có phạm vi hoạt động 595 km

2.2.4 Ô tô điện chạy bằng năng lượng mặt trời tại Việt Nam

Trong vài năm trở lại đây, một số sản phẩm xe điện mang tính thử nghiệm đã được nghiên cứu chế tạo bởi các nhà khoa học và những nhà sáng chế không chuyên Một số sản phẩm mang tính sao chép đơn thuần, chế tác lại về mẫu mã và sau đó cũng không tiếp tục phát triển Có thể kể ra một số sản phẩm do người Việt tự thiết kế và chế tạo:

Hình 2.7 Xe điện chạy bằng năng lượng mặt trời tại Việt Nam

Tháng 3 - 2012, các sinh viên Bộ môn Công nghệ Kỹ thuật Ô tô bắt đầu nghiên cứu chế tạo mô hình ô tô sử dụng ánh sáng mặt trời kết hợp với năng lượng điện với tổng chi phí hơn 40 triệu đồng Các thông số kỹ thuật của ô tô như sau:

- Trên xe có động cơ điện 1100 W

- Xe sử dụng hai tấm pin năng lượng mặt trời (mỗi tấm có kích thước 1200 x 540

x 35 mm), công suất pin 85 Wp

- Xe sử dụng ắc quy loại 12V - 35Ah

- Xe chở được 2 người

- Có thể chạy với tốc độ tối đa 30 km/h

2.3 Giới thiệu về hệ thống giữ làn đường

2.3.1 Hệ thống giữ làn đường là gì

Hình 2.8 Hệ thống hỗ trợ giữ làn đường

Hệ thống hỗ trợ hay còn gọi là cảnh báo chệch làn đường là hệ thống giúp đảm bảo an toàn cho xe ô tô khi tham gia giao thông giúp giảm thiểu đáng kể những tai nạn

do lái xe lơ đãng di chuyển chệch làn đường

Hệ thống cảnh báo chệch làn đường hoạt động dựa trên các camera, radar thu phát tính hiệu hoặc các cảm biến hồng ngoại được phân bố dọc theo kính chắn gió, bảng taplo, trần xe hoặc cản trước Các thiết bị này sẽ giúp xe ghi nhớ được hành trình

di chuyển, đồng thời quét các vạch kẻ đường, vân cảnh báo trên đường Sau khi thu thập hệ thống sẽ phân tích và đánh giá đồng thời phác họa về hành trình di chuyển của

xe

Nếu xe phát hiện tài xế có dấu hiệu di chuyển chệch khỏi làn đường, bánh xe giẫm phải các vạch kẻ đường hoặc xe không di chuyển theo hành trình ban đầu thì hệ thống sẽ phát tín hiệu cho lái xe biết bằng cách rung vô lăng hoặc ghế lái Nếu xe di chuyển lệch về bên trái thì hệ thống sẽ nhấp nháy đèn và rung ở phía bên trái, và ngược lại

2.3.2 Ưu và nhược điểm của hệ thống giữ làn đường

* Ưu điểm:

- Một trong những ưu điểm lớn nhất của hệ thống an toàn cảnh báo chệch làn đường chính là đảm bảo an toàn cho người tham gia giao thông và giảm thiểu đáng kể

số vụ tai xảy ra do lái xe mất tập trung hoặc ngủ gật khi điều khiển phương tiện

- Hệ thống an toàn này cũng giúp cho lái xe có thể hạn chế được việc lấn lề, lái

xe lệch làn đường,…

* Nhược điểm:

- Nhược điểm của hệ thống an toàn này nằm ở camera và thời tiết Camera quan sát có thể bị mờ nếu di chuyển vào những vùng thời tiết xấu, các vạch kẻ đường quá mỏng khiến cho camera không thể ghi nhớ được và những điều này sẽ khiến cho hiệu suất hoạt động của hệ thống giảm đi đáng kể hoặc hoạt động không chính xác

Hình 2.9 Hệ thống giữ làn đường bị ảnh hưởng bởi điều kiện thời tiết bất lợi

2.3.3 Vì sao cần trang bị hệ thống giữ làn đường

Hệ thống hỗ trợ giữ làn đường là một trong những hệ thống cơ bản bắt buộc phải

có trên những dòng xe từ bình dân đến cao cấp hiện nay, trang bị này giúp ích rất nhiều cho cánh tài xế, giúp giảm thiểu tai nạn giao thông đáng kể so với lúc những xe

ô tô chưa được trang bị tính năng này

Hình 2.10 Mô phỏng khi xe bị chệch làn đường

Hình 2.11 Hệ thống cảnh báo chệch làn đường

2.3.4 Cấu tạo của hệ thống giữ làn đường

Hệ thống giữ làn đường tự động có cấu tạo bao gồm các phần tử chính như: Camera, hệ thống hỗ trợ đánh lái, hệ thống điều khiển đánh lái, vô lăng đa chức năng, nút nhấn thiết lập hệ thống, màn hình hiển thị và đèn báo hệ thống

2.3.4.1 Hệ thống camera cảnh báo làn đường:

Hình 2.12 Hệ thống camera cảnh báo làn đường

Camera trong mô-đun cảnh báo làn đường khởi hành là một phần quan trọng của

hệ thống nhận dạng làn đường Đây là Camera để hệ thống có thể nhận biết làn đường

và từ đó tính toán ra được làn đường ảo cho xe

2.3.4.2 Hệ thống điều khiển cảnh báo sai lệch làn đường:

Hình 2.13 Hệ thống cảnh báo sai lệch làn đường

2.3.4.3 Bộ điều khiển trợ lực lái:

Bộ điều khiển trợ lực lái được gắn trực tiếp vào mô tơ điện

Bộ điều khiển tính toán từng mức độ của lực đánh lái để hỗ trợ Cường độ của dòng kích thích được tính toán dùng để vận hành mô tơ Nếu nhiệt độ tăng lên quá nhiều, tính hiệu quả của trợ lực lái bị giảm đáng kể

Nếu thông số của trợ lực lái giảm xuống dưới 60% thì chuông cảnh báo trợ lực lái cơ điện tử sẽ nhảy màu vàng và trở thành một lỗi trên bộ nhớ

CHƯƠNG III:

CƠ SỞ LÝ THUYẾT

3.1 Giới thiệu về các phần mềm thiết kế

3.1.1 Giới thiệu về phần mềm Solidworks

3.1.1.1 Solidworks là gì

Solidworks là phần mềm được phát triển bởi hãng Dassault Systèmes Solidworks Corp, một công ty con của Dassault Systemes (Vélizy, Pháp)

Hình 3.1 Giới thiệu về phần mềm Solidworks

3.1.1.2 Ưu điểm của Solidworks

+ Giao diện trực quan

Phần mềm thiết kế này có giao diện khá trực quan, hỗ trợ người thiết kế làm quen

ngay từ các thao tác nhỏ nhất

+ Xử lý nhanh

Điều này còn tùy thuộc vào cấu hình máy tính của các bạn Nhưng nếu như so sánh với một số phần mềm khác cùng chức năng thì theo mình cảm giác là solidworks

2013 nhanh và mượt mà hơn

+ Tuyệt vời trong việc thiết kế khuôn

Với solidworks, việc chia lõi khuôn, tách khuôn, hay lắp ráp và mô phỏng khuôn

không còn là vấn đề cần hỏi làm khó được các bạn Thậm chí, nếu mọi người biết chính xác quy trình và có kinh nghiệm xử lý, thì có thể làm nhiều khuôn khác nhau mà chỉ cần các thao tác thay đổi nhỏ từ khuôn khác

Hình 3.2 Solidworks có nhiều ưu điểm vượt trội

3.1.2 Giới thiệu về phần mềm proteus

Proteus là phần mềm mô phỏng hoạt động của mạch điện tử bao gồm phần thiết

kế mạch và viết chương trình điều khiển cho các họ vi điều khiển

Hình 3.3 Giao diện chờ của phần mềm proteus

Proteus là phần mềm mô phỏng mạch điện tử của Lancenter Electronics, mô

phỏng cho hầu hết các linh kiện điện tử thông dụng, đặc biệt hỗ trợ cho cả các MCU như PIC, 8051, AVR, Motorola

Hình 3.4 Phần mềm proteus

Những đặc điểm nổi bật của proteus:

- Có khả năng mô phỏng hầu hết trình điều khiển cho vi điều khiển

- Chọn đối tượng và thiết lập thông số cho đối tượng dễ dàng

- Xuất ra file Netlist tương thích với các chương trình làm mạch in thông dụng

- Xuất file thống kê linh kiện cho mạch

- Thiết kế theo cấu trúc (hierachical design)

- Khả năng tự động đánh số linh kiện

3.1.3 Giới thiệu phần mềm Arduino ide

Hình 3.5 Giao diện chờ của phần mềm arduino

Arduino tương tác với thế giới thông qua các cảm biến điện tử, đèn, và động cơ Arduino gồm:

- Phần cứng gồm một board mạch mã nguồn mở (thường gọi là vi điều khiển): có thể lập trình được

3.1.3.2 Ứng dụng của Arduino trong đời sống:

- Làm Robot, điều khiển động cơ,…

- Game tương tác: như Tetris, phá gạch, Mario…

- Máy bay không người lái

- Điều khiển đèn tín hiệu giao thông, làm hiệu ứng đèn Led nhấp nháy trên các biển quảng cáo…

3.1.4 Giới thiệu về phần mềm pycharm

3.1.4.1 PyCharm là gì?

PyCharm là một nền tảng hybrid được JetBrains phát triển cho Python Nó thường được sử dụng để phát triển ứng dụng Python Một số tổ chức lớn như Twitter, Facebook, Amazon và Pinterest cũng sử dụng PyCharm làm IDE Python của họ!

Hình 3.6 Giao diện chờ của phần mềm pycharm

3.1.4.2 Các tính năng của PyCharm

+ Trình sửa code thông minh

+ Điều hướng mã

+ Tái cấu trúc

+ Hỗ trợ cho nhiều công nghệ web khác

+ Hỗ trợ cho các web framework Python phổ biến

+ Hỗ trợ cho Thư viện Khoa học Python

Hình 3.7 Các tính năng của pycharm

3.2 Các thiết bị và linh kiện trên xe

3.2.1 Pin năng lượng mặt trời 250W

3.2.1.1 Cấu tạo pin mặt trời

Pin mặttrời là bộ phận chính yếu của hệ thống năng lượng mặt trời Tấm pin mặt trời có nhiệm vụ thu nhận năng lượng mặt trời và chuyển hóa thành năng lượng điện

và tạo ra dòng điện một chiều để cung cấp cho bình ắc quy Pin mặt trời được cấu tạo bởi những phân tử làm bằng vật liệu bán dẫn Silicon (Si) có hóa trị 4 được gắn nối tiếp hay song song với nhau Từ tinh thể Si tinh khiết, để có vật liệu tinh thể bán dẫn Si loại n, người ta pha tạp chất Donor là Photpho (P) có hóa trị 5

Hình 3.8 Tấm pin năng lượng mặt trời

Hiện nay người ta cũng đã đưa ra thị trường các loại pin mặt Trời bằng vật liệu Si vô định hình (a-Si) Pin mặt Trời a-Si có ưu điểm là tiết kiệm được vật liệu trong sản xuất do đó có thể có giá thành rẻ hơn Tuy nhiên, so với pin mặt Trời tinh thể thì hiệu suất biến đổi quang điện của nó thấp và kém ổn định khi làm việc

Hình 3.9 Cấu tạo một module pin mặt Trời (EVA là: Ethylene Vinyl Acetate)

3.2.1.2 Thông số kỹ thuật

Bảng 3:1 Thông số kỹ thuật của tấm pin

MSP-100W – M100M36

Điện áp hở mạch Voc 37.37V

Dòng ngắn mạch Isc 8.45A

Điện áp danh định Vmp 31.65V

Dòng danh định Imp 7.9A

Hệ số suy giảm công suất -0.5075%/°C

Hệ số suy giảm điện áp -0.3659%/°C

Hệ số suy giảm dòng điện 0.0559%/°C

Yêu cầu của bình ắc quy chọn cho xe:

+ Bình ắc quy phải có mật độ năng lượng cao, năng lượng cung cấp ổn định cho động cơ điện

+ Ắc quy phải có tuổi thọ cao, ít bảo trì, bảo dưỡng và có độ an toàn cơ học cao

3.2.3 Bộ điều khiển sạc pin năng lượng mặt trời GV-YJSS-10A

sạc và xả của bộ điều khiển GV-YJSS 10A cho phép người dùng có thể hoạt động trong thời gian dài Với màn hình LCD lớn để người sử dụng có thể theo dõi hệ thống hoạt động như thế nào tốt hơn

Hình 3.11 Bộ điều khiển sạc pin năng lượng mặt trời GV-YJSS-10A

3.2.3.1 Tính năng bộ sạc pin năng lượng mặt trời YJSS-10A

- Các mạch chuyên dụng có thể bảo vệ quá dòng, ngắn mạch, hở mạch, bảo vệ khi kết nối ngược

- Có thể chống cháy, tăng hiệu suất cách điện khi lắp đặt, đồng thời giảm điện áp mạch, giảm sự tổn thất

3.2.3.2 Thông số kĩ thuật

- Điện áp: 12/24V tự động điều chỉnh

- Dòng sạc: 10A

- Dòng xả: 10A

- Đầu vào solar tối đa: hệ thống 12-25V/ hệ thống 24-50V

- Dòng tiêu thụ ở trạng thái chờ: <10mA

3.2.4 Bộ Inverter biến tần cho năng lượng mặt trời

Là một trong những thiết bị quan trọng nhất của hệ thống điện mặt trời nó giúp

ổn định điện áp nhận được từ tấm pin năng lượn mặt trời

Hình 3.12 Bộ Inverter

3.2.5 Motor giảm tốc DC 24V 250W

Động cơ xe điện 24V-250W chổi than hộp số giảm tốc là sản phẩm có phần nhỏ gọn, tuy nhiên không kém phần mạnh mẽ, Động cơ có thể được ứng dụng để chế tạo các loại xe và robot cần cơ cấu có momen quay cao chổi than to cho lực kéo mạnh, mô-men xoắn lớn thích hợp cho mô hình học tập, robot dò đường…

3.2.7 Bộ mã hóa quay quang điện 100 / 200 / 360 / 400 / 500 / 600p / r (encoder)

Encoder hay còn gọi là Bộ mã hóa quay hoặc bộ mã hóa trục, là một thiết bị cơ điện chuyển đổi vị trí góc hoặc chuyển động của trục hoặc trục thành tín hiệu đầu ra analog hoặc kỹ thuật số Encoder được dùng để phát hiện vị trí, hướng di chuyển, tốc

độ… của động cơ bằng cách đếm số vòng quay được của trục

Hình 3.15 Bộ encoder

3.2.7.1 Cấu tạo encoder

Encoder cấu tạo chính gồm:

- Đĩa quang tròn có rãnh nhỏ quay quanh trục: Trên đĩa được đục lỗ (rãnh), khi đĩa này quay và chiếu đèn led lên trên mặt đĩa thì sẽ có sự ngắt quãng xảy ra Các rãnh trên đĩa chia vòng tròn 360o thành các góc bằng nhau

- Bộ cảm biến thu (photosensor)

- Nguồn sáng (Light source)

Hình 3.16 Cấu tạo encoder

- Độ phân giải tối đa: 720p/30fps

- Loại tiêu cự: tiêu cự cố định

- Loại thấu kính: nhựa

- Micrô tích hợp: Đơn hướng

- Tầm nhìn chéo (dFoV): 55°

3.2.9 Cảm biến vật cản hồng ngoại E3F-DS30C4 NPN 6-36V

Cảm biến vật cản hồng ngoại E3F-DS30C4 NPN 6-36V dùng ánh sáng hồng ngoại để nhận biết vật cản cho độ phản hồi nhanh và rất ít nhiễu do sử dụng mắt nhận

và phát tia hồng ngoại theo tần số riêng biệt

Hình 3.18 Cảm biến vật cản hồng ngoại E3F-DS30C4 NPN 6-36V

3.2.9.1 Thông số kỹ thuật

- Model: E3F-DS30C4

- Số dây tín hiệu: 3 dây (2 dây cấp nguồn DC và 1 dây tín hiệu)

- Chân tín hiệu ngõ ra: dạng Transistor NPN đã được kéo nội trở 10k lên VCC, khi có vật cản sẽ ở mức thấp (Low-GND), khi không có vật cản sẽ xuất ra mức cao (High-VCC)

xung PPM) với góc quay nằm trong khoảng bất kì từ 0° - 180° Mỗi loại servo có kích thước, khối lượng và cấu tạo khác nhau

- Động Cơ Servo SG90 góc quay 180 độ

3.2.11 Domino, cầu đấu điện 12P 25A TB-2512

Domino Cầu đấu điện 12P 25A Cầu đấu điện là cầu nối trung gian, nối liền nhiều mạch điện lại với nhau giúp chúng ta tiết kiệm nguồn dây

3.2.11.1 Thông số kỹ thuật: domino đấu điện 12p 25v

- Điện áp định mức: 600V

- Số cổng: 12 Cổng

- Dòng điện định mức: 25A / 45A

Hình 3.20 Domino, Cầu đấu điện 12P 25A TB-2512

3.2.12 Arduino

3.2.12.1 Giới thiệu về arduino uno

Arduino Uno là một bảng mạch vi điều khiển nguồn mở dựa trên vi điều khiển Microchip ATmega328 được phát triển bởi Arduino.cc Bảng mạch được trang bị các

bộ chân đầu vào/ đầu ra Digital và Analog có thể giao tiếp với các bảng mạch mở rộng khác nhau Mạch Arduino Uno thích hợp cho những bạn mới tiếp cận và đam mê về điện tử, lập trình…

Chip điều khiển ATmega328P

Điện áp đầu vào (khuyên dùng) 7-12V

Điện áp đầu vào (giới hạn) 6-20V

Số chân Digital 14 (of which 6 provide PWM output)

Dòng điện DC trên mỗi chân I/O 20 mA

Dòng điện DC trên chân 3.3V 50 mA

Flash Memory 32 KB (ATmega328P) of which 0.5 KB used

3.2.13 Mạch điều khiển động cơ DC BTS7960 43A (1 động cơ)

Mạch điều khiển động cơ DC BTS7960 43A dễ dàng giao tiếp với vi điều khiển

với driver tích hợp sẵn trong IC với đầy đủ các tính năng current sense (kết hợp với điện trở đo dòng), tạo dead time, chống quá nhiệt, quá áp, quá dòng, sụt áp và ngắn mạch

Thông số kỹ thuật

- Điện áp đầu vào: 6~27V

- Dòng điện tải mạch: 43A

- Tín hiệu logic điều khiển: 3.3 ~ 5V

- Tần số điều khiển tối đa: 25KHz

- Kích thước: 40 x 50 x12mm