đồ án tốt nghiệp ngiên cứu thiết kệ hệ thống gạt mưa rửa kính tự động trên xe ô tô

đồ án bao gồm bản thuyết minh, sline trình chiếu, bản vẽ cad 2d. và mô hình gạt mưa tự dộng thật trên ô tô. b nào có nhu cầu thì có thể liên hệ qua tin nhắn

MỤC LỤC

LỜI NÓI ĐẦU 3

CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN VỀ HỆ THỐNG GẠT MƯA- RỬA KÍNH TRÊN Ô TÔ 4

1.1 Lịch sử phát triển của hệ thống gạt mưa – rửa kính trên ô tô 4

1.1.1 Đôi nét về chiếc gạt nước đầu tiên trên xe hơi 4

1.2 Vai trò nhiệm vụ của hệ thống gạt mưa – rửa kính 6

1.3 Phân loại hệ thống gạt mưa – rửa kính 6

1.4 Yêu cầu của hệ thống gạt nước 6

1.5 Sơ đồ bố trí gạt nước rửa kính 7

1.6 Cấu tạo và hoạt động của hệ thống gạt mưa - rửa kính 7

1.6.1 Cấu tạo chung của hệ thống 7

1.6.2 Cần gạt nước/thanh gạt nước 8

1.6.3 Gạt nước được che một nửa và gạt nước được che hoàn toàn: 10

1.6.4 Một số cách bố trí lưỡi gạt nước thường gặp: 11

1.6.5 Công tắc gạt nước và Relay điều khiển gạt nước gián đoạn 12

1.6.6 Motor rửa kính 15

1.6.7 Motor gạt nước 16

1.7 Nguyên lý hoạt động 18

1.8.Hệ thống gạt nước dải rộng 19

1.8.1 Khái quát 19

1.8.2 Cấu tạo bộ gạt nước 20

1.9 Gạt nước tự động khi trời mưa 24

1.9.1 Cảm biến nước mưa 24

1.9.2 Chức năng an toàn khi có sự cố 25

1.10 Một số mạch gạt mưa – rửa kính trên xe ô tô hiện nay 25

CHƯƠNG 2: CƠ SỞ LÝ THUYẾT CỦA HỆ THỐNG ĐIỀU KHIỂN GẠT MƯA RỬA KÍNH TRÊN Ô TÔ 27

2.1 Sơ đồ khối hệ thống điều khiển gạt mưa rửa kính tự động 27

2.2 Nguyên lý hoạt động chung của hệ thống gạt nước tự động 28

2.3 Ứng dụng phần mềm Proteus thiết kế mạch điều khiển gạt mưa rửa kính tự dộng 29

2.3.1 Giới thiệu chung về phần mềm Proteus 29

2.3.2 Phạm vi ứng dụng 30

2.3.3 Khả năng phân tích 30

2.3.4 Phương pháp sử dụng 31

2.4 Khối cấp nguồn 31

2.4.1 Nguồn chuyển đổi DC 12V 32

2.5 Khối các tín hiệu đầu vào hệ thống điều khiển gạt mưa tự động 33

2.5.1 Module cảm biến mưa 33

2.6 Bộ điều khiển điện tử 35

2.7 Khối cơ cấu chấp hành hệ thống điều khiển gạt mưa tự động 37

2.7.1 Module 1 relay với opto cách ly kích H/L 37

2.7.2 Màn hình LCD thể hiện trạng thái 38

2.8 Tính toán một số thông số cơ bản 39

CHƯƠNG 3: THIẾT KẾ CHẾ TẠO MÔ HÌNH MÔ PHỎNG HỆ THỐNG ĐIỀU KHIỂN GẠT MƯA RỬA KÍNH 44

3.1 Ý tưởng thiết kế 44

3.2 Xây dựng thuật toán hệ thống điều khiển gạt mưa rửa kính tự động 44

3.3 Mô phỏng mạch trên phầm mềm Proteus 46

3.3.1 Vẽ mạch mô phỏng trên phần mềm proteus 46

3.3.2 Tiến hành lập trình cho mô hình 46

3.4 Tiến hành nạp code vào Arduino 48

3.5 Sơ đồ kết nối chân linh kiện 53

3.6 Thiết kế chế tạo khung giá cho mô hình 54

3.7 Chọn công tắc điều khiển của mô hình 54

3.8 Chọn moto gạt mưa của mô hình 55

3.9 Xác định các chân của công tắc gạt mưa 56

3.10 Xác định các chân của mô tơ gạt mưa 58

3.11 Tiến hành lắp mạch và đấu dây 59

3.12 Mạch sau khi hoàn thành 60

3.13 Hướng dẫn sử dụng mô hình 61

3.13.1 Khởi động 61

KẾT LUẬN 63

TÀI LIỆU THAM KHẢO 64

LỜI NÓI ĐẦU

Ngành ô tô thế giới nói chung và Việt Nam nói riêng đang pháttriển mạnh mẽ với việc ứng dụng ngày càng nhiều những thành tựucông nghệ thông tin vào sản xuất và lắp đặt các linh kiện ô tô Hiệnnay thì vấn đề trang bị trên ô tô là tiêu chí chính để đánh giá một chiếc

xe hơi cao cấp Hệ thống gạt mưa – rửa kính của ô tô là một bộ phậnkhông thể thiếu khi xe vận hành trên đường, nhằm đảm bảo tính antoàn cho người và phương tiện khi tham gia giao thông

Xuất phát từ tình hình thực tế trên thế giới, bộ điều khiển gạt nước tựđộng đã được nghiên cứu và phát triển khá thành công ở nước ngoài,

và được trang bị trên một số hãng xe lớn như BMW, Mercedes… Tuynhiên căn cứ vào tình hình trong nước thì đa số người dân có thu nhậptrung bình nên phần lớn người dân chưa có cơ hội sở hữu cho mìnhnhững chiếc xe cao cấp được trang bị hệ thống gạt nước và rửa kính tựđộng mà các hệ thống gạt nước mưa đa số vẫn làm việc trên nguyêntắc chuyển đổi bằng tay Điều này đôi lúc gây bất lợi cho người lái xe,

đó là luôn mất thời gian bật công tắc gạt nước trong khi lái xe trongđiều kiện thời tiết xấu (mưa, bão…), điều này gây mất tập trung và ảnhhưởng đến việc lái xe an toàn Xuất phát từ những lý do trên em đã lựachọn đề tài: “Thiết kế hệ thống điều khiển gạt nước mưa và rửa kính”

để tìm hiểu, nghiên cứu và định hướng phát triển ứng dụng trong tươnglai

Em xin trân thành cảm ơn thầy hướng dẫn, cùng các thầy cô trongkhoa và các bạn sinh viên cùng khóa đã giúp tôi hoàn thành tốt đề tàitheo yêu cầu và đúng thời hạn được giao

Do thời gian nghiên cứu có hạn nên không thể tránh khỏi những saisót, em rất mong nhận được sự góp ý, chỉ dẫn thêm của thầy cô cũngnhư ý kiến đóng góp của các bạn sinh viên để đề tài của chúng emhoàn thiện hơn, đáp ứng đầy đủ các mục tiêu đã đặt ra

Em xin chân thành cảm ơn!

Sinh viên thực hiện Huỳnh

Trần Xuân Huỳnh

CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN VỀ HỆ THỐNG GẠT

MƯA-RỬA KÍNH TRÊN Ô TÔ1.1 Lịch sử phát triển của hệ thống gạt mưa – rửa kính trên ô tô 1.1.1 Đôi nét về chiếc gạt nước đầu tiên trên xe hơi

Năm 1905, chiếc cần gạt nước xe ô tô đầu tiên trên thế giới đượcphát minh bởi một người phụ nữ 39 tuổi có tên là Mary Anderson

Mọi chuyện bắt đầu năm 1903, khi đi trong thành phố New York,Mary Anderson nhận ra rằng thỉnh thoảng, tài xế lại phải dừng xe, cầmchiếc khăn để lau hơi nước và tuyết phủ trên mặt kính Thậm chí, cónhững người chẳng buồn gạt tuyết vì quá dày mà ló đầu ra cửa sổ đếlái Dưới con mắt của một phụ nữ, bà thấy cần phải tạo ra một cái gì đểgiúp họ không cần dừng xe mà vẫn gạt được tuyết và giữ tầm nhìn

Về nhà, Anderson thiết kế hệ thống cần gạt nước đầu tiên Nhưngkhi đưa ra ý tưởng đó, bà bỗng trở thành là trò cười của người xungquanh bởi theo họ, đấy là việc của đàn ông và sẽ chẳng có ai quan tâmtới “sự điên rồ” ấy Tuy nhiên, sự dè bỉu chấm dứt năm 1905 và tìnhthế đảo ngược khi Anderson nhận bằng sáng chế tại Mỹ Đó là minhchứng cho sức mạnh trí tuệ của phái nữ Vào thời điểm nhận bằng phátminh, Anderson tròn 39 tuổi

Cơ cấu hoạt động của thiết bị này hết sức đơn giản Andersondùng hai chiếc cần gắn vào thân xe và tiếp xúc với mặt kính bằngchiếc “lưỡi” cao su Khi cần, người lái xe quay tay nắm đặt trong ca-bin Qua cơ cấu truyền động, hai chiếc cần gạt nước sẽ chuyển độnglên xuống để gạt tuyết và hơi nước, tạo tầm nhìn cho người lái

Thế nhưng, dù chiếc cần gạt nước đã chính thức ra đời, nhưngcác nhà sản xuất xe vẫn không áp dụng thiết bị này vào những chiếc

xe của họ

Khi giới thiệu thiết bị của mình cho một hãng Canada, Andersonnhận được câu trả lời: "Chúng tôi không nhận thấy bất cứ lợi ích nào từsản phẩm này Vì vậy, tốt nhất bà hãy mang nó về nhà" Phải tới 1916,tức 11 năm sau, cần gạt nước mới trở thành thiết bị tiêu chuẩn trên tất

cả các xe ở Mỹ Anderson phải cảm ơn Henry Ford bởi nhờ công nghệsản xuất hàng loạt Model T, ôtô trở nên "bình dân" trong cho người tiêudùng và phát minh của bà mới được biết đến Tại thời điểm ấy, các xe

hơi chạy bằng động cơ hơi nước nên hầu hết các thiết bị đều hoạt độngthủ công và cần gạt nước cũng không ngoại lệ Thật khó khăn và bấttiện khi lái xe phải dùng một tay quay thiết bị điều khiển cần gạt nướcliên tục, tay còn lại để lái vô lăng, điều khiển hộp số, điều khiển phanhtay.

Hình 1.1: Cơ cấu hoạt động của cần gạt nước do bà Anderson nghĩ ra

Năm 1917, một nha sĩ người Hawaii là Dr Ormand Wall phát minh

ra động cơ điện điều khiển cần gạt nước tự động Cần gạt nước khôngcòn gắn ở thân xe nữa là được gắn ở kính trước xe hơi Bộ phận rửakính được trang bị thêm một vòi nước nhỏ có tác dụng phun nước rửakính lên kính lái thông qua những lỗ nhỏ nằm trên nắm capo Tuynhiên, nước bơm liên tục và cần gạt hoạt động liên tục không ngơi nghỉkhiến hao phí mất một phần điện năng

Không dừng tại đó, năm 1962 Bo Kearns sáng chế ra bộ gạt nướckhông liên tục cho phép tài xế thay đổi được tốc độ quét và thời giannghỉ giữa mỗi lần quét Còn đến năm 1980, người ta có thể làm cả gạtnước cho đèn pha và kết hợp cả hệ thống chiếu sáng, hệ thống phunrửa và gạt nước

Từ thời điểm 1990 đến nay, cần gạt nước đã phát triển hoàn thiệntheo từng mẫu thiết kế xe hơi, chúng được gắn ở kính lái, có bộ điều

khiển cảm ứng vi mạch giúp nhận biết trời mưa, tần suất mưa, từ đó tựđộng gạt nước phù hợp.

Có thể thấy cần gạt nước đã mất gần 80 năm để hoàn thiện vàhữu dụng như ngày hôm nay Điều đó thể hiện những phát minh củacon người luôn dần dần được cải tiến, tiện dụng hơn

Hình 1.2: Môtơ điện được đặt phía trên và nằm giữa kính lái

1.2 Vai trò nhiệm vụ của hệ thống gạt mưa – rửa kính

Gạt nước ô tô hay còn gọi là gạt mưa ô tô tuy là bộ phận nhỏnhưng lại hết sức quan trọng đối với xe hơi Nó đảm bảo cho người láinhìn được rõ rang bằng cách gạt nước mưa trên kính trước và kính saukhi trời mưa

Hệ thống có thể làm sạch bụi bẩn trên kính chắn gió phía trước nhờthiết bị rủa kính.Vì vậy đây là thiết bị cần thiết cho sự an toàn của xekhi tham gia giao thông

1.3 Phân loại hệ thống gạt mưa – rửa kính

Có 3 loại mô tơ gạt nước chủ yếu:

- mô tơ gạt nước được truyền động từ động cơ ô tô

- mô tơ gạt nước chạy bằng khí nén

-mô tơ gạt nước được truyền động từ động cơ điện ( hiện nay tất

cả các xe ô tô đều dung loại này)

1.4 Yêu cầu của hệ thống gạt nước

Hệ thống gạt nước và rửa kính là một hệ thống đảm bảo chongười lái nhìn được rõ rang bằng cách gạt nước mưa trên kính trước vàkính sau khi trời mưa Hệ thống có thể làm sạch bụi bẩn trên kính chắngió phía trước nhờ thiết bị rửa kính vì vậy đây là thiết bị cần thiết cho

sự an toàn của xe khi di chuyển Gần đây một số kiểu xe có thể thayđổi tốc độ gạt nước theo tốc độ xe và tự động gạt nước khi trời mưa

Hệ thống gạt nước trên ô tô phải hoạt động nhẹ nhàng, linh hoạt

ổn định với từng trường hợp ổn định với điều kiện trời mưa, ngoài racòn phải đảm bảo việc sửa chữa dễ dàng

1.5 Sơ đồ bố trí gạt nước rửa kính

Hình 1.3: Sơ đồ bố trí tỏng quan

1.6 Cấu tạo và hoạt động của hệ thống gạt mưa - rửa kính

1.6.1 Cấu tạo chung của hệ thống

Hệ thống gạt nước – rửa kính bao gồm các bộ phận sau:

1.Cần gạt nước phía trước/Lưỡi gạt nước phía trước

2.Motor và cơ cấu dẫn động gạt nước phía trước

3.Vòi phun của bộ rửa kính trước

4.Bình chứa nước rửa kính (có motor rửa kính)

5.Công tắc gạt nước và rửa kính (Có relay điều khiển gạt nướcgián đoạn)

6.Cần gạt nước phía sau/lưỡi gạt nước phía sau

7.Motor gạt nước phía sau

8 Relay điều khiển bộ gạt nước phía sau

9 Bộ điều khiển gạt nước (ECU J/B phía hành khách)

10 Cảm biến nước mưa

Hình 1.4: cấu tạo chung của hệ thống gạt nước mưa

Hình 1.5: Mô hình tổng thể hệ thống gạt nước trên ô tô

1.6.2 Cần gạt nước/thanh gạt nước

Hình 1.6: Hình ảnh cần gạt nước trên ô tô

Cấu trúc của cần gạt nước là một lưỡi cao su được lắp vào thanhkim loại gọi là thanh gạt nước Gạt nước được dịch chuyển tuần hoànnhờ cần gạt

Hình 1.7: Cấu tạo cần gạt nước

Ta có thể hình dung lưỡi gạt tương tự như những cái chổi cao sudài Bề mặt tiếp xúc giữa lưỡi gạt và mặt kính chắn gió được phủ lênmột lớp cao su mỏng Vì lưỡi gạt nước được ép vào kính trước bằng lò

xo nên gạt nước có thể gạt được nước mưa nhờ dịch chuyển thanh gạtnước Chuyển động tuần hoàn của gạt nước được tạo ra bởi motor và

cơ cấu dẫn động Vì lưỡi cao su lắp vào thanh gạt nước bị mòn do sửdụng và do ánh sáng mặt trời và nhiệt độ môi trường vv… nên phảithay thế phần lưỡi cao su này một cách định kỳ

Hình 1.8: Cơ cấu truyền động của cần gạt nước

1.6.3 Gạt nước được che một nửa và gạt nước được che hoàn toàn:

Gạt nước thông thường có thể nhìn thấy từ phía trước của xe Tuynhiên để đảm bảo tính khí động học, bề mặt lắp ghép phẳng và tầmnhìn rộng nên những gạt nước gần đây được che đi dưới nắp ca pô.Gạt nước có thể nhìn thấy một phần gọi là gạt nước che một nửa, gạtnước không nhìn thấy được gọi là gạt nước che hoàn toàn

Với gạt nước che hoàn toàn nếu nó bị phủ băng tuyết hoặc ởtrong các điều kiện khác, thì gạt nước không thể dịch chuyển được.Nếu cố tình làm sạch tuyết bằng cách cho hệ thống gạt nước hoạtđộng cưỡng bức có thể làm hỏng motor gạt nước Để ngăn ngừa hiệntượng này, phần lớn các mẫu xe có cấu trúc chuyển chế độ gạt nướcche hoàn toàn sang chế độ gạt nước che một phần bằng tay Sau khibật sang gạt nước che một nửa, cần gạt nước có thể đóng trở lại bằngcách dịch chuyển nó theo hướng mũi tên được chỉ ra trên hình vẽ

Hình 1.9: Gạt nước che một nửa và che hoàn toàn.

1.6.4 Một số cách bố trí lưỡi gạt nước thường gặp:

Hình 1.10: Một số cách bố trí của lưỡi gạt

Phần lớn các mẫu xe hơi sẽ có hai lưỡi gạt Khi hoạt động, hai lưỡigạt sẽ cùng nhau di chuyển để làm sạch bề mặt kính Thật ra, hai lưỡigạt được đặt tại hai điểm lệch về một bên của kính chắn gió (như hìnhminh họa) Cách sắp xếp này gọi là gạt nước theo kiểu tăng đem(tandem systems) Đây là kiểu được sử dụng rất phổ biến do có thể vệsinh được diện tích rộng trên kính chắn gió và tạo ra trường nhìn tốtnhất cho người lái.

Ngoài ra còn có một số kiểu bố trí gạt nước khác như hai lưỡi đốidiện nhau lệch về hai bên kính, kiểu một lưỡi gạt, Tuy nhiên, các cơcấu này có cấu trúc phức tạp nhưng lại làm việc kém hiệu quả hơn

1.6.5 Công tắc gạt nước và Relay điều khiển gạt nước gián đoạn

Công tắc gạt nước:

Công tắc gạt nước được bố trí trên trục trụ lái, đó là vị trí màngười lái có thể điều khiển bất kỳ lúc nào khi cần Công tắc gạt nước cócác vị trí OFF (dừng), LO (tốc độ thấp) và HI (tốc độ cao) và các vị tríkhác để điều khiển chuyển động của nó Một số xe có vị trí MIST (gạtnước chỉ hoạt động khi công tắc gạt nước ở vị trí MIST (sương mù), vịtrí INT (gạt nước hoạt động ở chế độ gián đoạn trong một khoảng thờigian nhất định) và một công tắc thay đổi để điều chỉnh khoảng thờigian gạt nước

Trong nhiều trường hợp công tắc gạt nước được kết hợp với côngtắc điều khiển đèn Vì vậy, đôi khi người ta gọi là công tắc tổ hợp Ởnhững xe có trang bị gạt nước cho kính sau, thì công tắc gạt nước saucũng nằm ở công tắc gạt nước và được bật về giữa các vị trí ON vàOFF Một số xe có vị trí INT cho gạt nước kính sau Ở những kiểu xegần đây, ECU được đặt trong công tắc tổ hợp cho MPX (hệ thống thôngtin đa chiều)

1.11: Công tắc gạt nước

Relay điều khiển gạt nước gián đoạn:

Relay này kích hoạt các gạt nước hoạt động một cách gián đoạn.Phần lớn các kiểu xe gần đây các công tắc gạt nước có relay này được

sử dụng rộng rãi Một relay nhỏ và mạch transistor gồm có tụ điện vàđiện trở cấu tạo thành relay điều khiển gạt nước gián đoạn Dòng điệntới motor gạt nước được điều khiển bằng relay theo tín hiệu đượctruyền từ công tắc gạt nước làm cho motor gạt nước chạy gián đoạn

Rơ le gạt gián đoạn có tên: Intermitten Wipers relay

1.12: Rơ le mạch gián đoạn trên xe ô tô

Thông thường relay gạt nước gián đoạn ở các hangx xe nhật và hàn như Toyota, kia,hyundai thường được bố trí tich hợp nằm trong cụm công tắc luôn Còn các hang xe đứcnhư BMW, Mer thì thường bố trí phía ngoài cụm công tắc tổ hợp,

Hình 1.13: Mạch tự chế relay gạt nước gián đoạn

Công tắc rửa kính:

Công tắc bộ phận rửa kính được kết hợp với công tắc gạt nước.Khi bật công tắc này thì motor rửa kính hoạt động và phun nước rửakính

Hình 1.14: Hệ thống phun nước

1.6.6 Motor rửa kính

Hình 1.15: Motor bơm nước

Đổ nước rửa kính vào bình chứa trong khoang động cơ Bình chứanước rửa kính được làm từ bình nhựa mờ và nước rửa kính được phun

từ motor rửa kính đặt trong bình chứa

Motor rửa kính có dạng cánh quạt được sử dụng trong bơm nhiênliệu

Có hai loại hệ thống rửa kính đối với oto có rửa kính sau: một loại

có bình chứa chung cho cả bộ phận kính trước và sau

Ngoài ra còn có một loại điều chỉnh vòi phun cho cả kính trước vàkính sau nhờ motor rửa kính điều khiển các van và một loại khác có haimotor riêng cho bộ phận rửa kính trước và bộ phận rửa kính sau đượcđặt trong bình chứa

Vận hành kết hợp với bộ phận rửa kính:

Loại này tự động điều khiển cơ cấu gạt nước khi phun nước rửakính sau khi bật công tắc rửa kính một thời gian nhất định đó là “sựvận hành kết hợp với bộ phận rửa kính đó là sự vận hành để gạt nướcrửa kính được phun trên bề mặt kính trước

Hình 1.16: Chức năng kết hợp gạt nước và rửa kính

1.6.7 Motor gạt nước

Khái quát chung:

Motor gạt nước là dạng động cơ điện một chiều kích từ bằng namchậm vĩnh cửu Motor gạt nước gồm có motor và bộ truyền bánh răng

để làm giảm tốc độ ra của motor Motor gạt nước có 3 chổi than tiếpđiện: chổi tốc độ thấp, chổi tốc độ cao và một chổi dùng chung (để tiếpmát) Một công tắc dạng cam được bố trí trong bánh răng để gạt nướcdừng ở vị trí cố định trong mọi thời điểm

Hình 1.17: Cấu tạo motor gạt nước và cấu tạo cuộn dây của moto

Chuyển đổi tốc độ motor:

Một sức điện động ngược được tạo ra trong cuộn dây phần ứng khi motor quay để hạn chế tốc độ quay của motor

Hoạt động ở tốc độ thấp: Khi dòng điện đi vào cuộn dây phần ứng

từ chổi than tốc độ thấp, một sức điện động ngược lớn được tạo ra Kếtquả là motor quay với vận tốc thấp

Hoạt động ở tốc độ cao: Khi dòng điện đi vào cuộn dây phần ứng

từ chổi tiếp điện tốc độ cao, một sức điện động ngược nhỏ được tạo ra.Kết quả là motor quay với tốc độ cao

ắc quy được đặt vào mạch điện và dòng điện đi vào motor gạt nướcqua công tắc gạt nước làm cho motor gạt nước quay

Tuy nhiên ở thời điểm công tắc gạt nước OFF, nếu tiếp điểm P2 ở

vị trí tiếp xúc mà không phải ở vị trí rãnh thì điện áp của ắc quy vẫnđược đặt vào mạch điện và dòng điện đi vào motor gạt nước tới tiếpđiểm P1 qua tiếp điểm P2 làm cho motor tiếp tục quay Sau đó bằngviệc quay đĩa cam làm cho tiếp điểm P2 ở vị trí rãnh do đó dòng điệnkhông đi vào mạch điện và motor gạt nước bị dừng lại Tuy nhiên, doquán tính của phần ứng motor không dừng lại ngay lập tức và tiếp tụcquay một ít Kết quả là tiếp điểm P3 vượt qua điểm dẫn điện của đĩacam

Thực hiện đóng mạch như sau:

Hình 1.18 Hoạt động của công tắc dạng cam

Phần ứng → Cực (+)1 của motor → công tắc gạt nước → cực S củamotor gạt nước → tiếp điểm P1 → P3 → phần ứng Vì phần ứng tạo rasức điện động ngược trong mạch đóng này, nên quá trình hãm motorbằng điện được tạo ra và motor được dừng lại tại điểm cố định

Hình 1.19 Hoạt động của đĩa cam khi cần gạt chưa ở điểm dừng

1.7 Nguyên lý hoạt động

Gồm 2 chế độ: Bình thường và tự động

Chế độ bình thường: Công tắc gạt ở vị trí OFF

Hệ thống gạt nước hoạt động theo các chế độ có sẵn (tùy theoxe) Bao gồm các chế độ điều khiển motor gạt nước: HIGH, LOW vàSTOP dựa trên sự thay đổi vị trí của cụm công tắc gạt nước

Hình 1.20 Mạch nguyên lý của bộ gạt nước rửa kính phía trước

Chế độ tự động: Công tắc gạt ở vị trí ON

Bộ vi xử lí dựa trên tín hiệu của cảm biến để điều khiển các chế

độ của motor gạt nước bao gồm các chế độ tương ứng sau:

Không mưa: STOP

1.8.2 Cấu tạo bộ gạt nước

Hình 1.22: Cấu tạo hệ thống gạt nước rửa kính dải rộng

Về cơ bản, bộ phận gạt nước được hợp thành từ 2 hệ thống cơ khíchính là:

Một hệ thống motor điện và trục vít để giảm bớt lực truyền từmotor ra tới lưỡi gạt nước (cần gạt)

Một cơ cấu đòn bẩy biến chuyển động quay từ motor đưa rathành chuyển động tịnh tiến (qua lại) của lưỡi gạt nước trên kính chắngió

Ở hệ thống gạt nước dải rộng mô tơ được đặt cạnh mô tơ gạt nướcthông thường và vị trí của cơ cấu dẫn động gạt nước thay đổi được Trong kết cấu này khi

mô tơ gạt nước dải rộng hoạt động, trục vít quay và sau đó bánh vít quay Kết quả vì cầnkhông tải hoạt động nên vị trí của cơ cấu điều khiển thay đổi

Vị trí INT, LO của công tắc gạt nước:

Bộ phận điều khiển gạt nước làm cho mô tơ gạt nước dải rộngthường quay tới vị trí LO, vị trí trung tâm của cần không tải thay đổi (atới a’) và cánh tay đòn thay đổi (b tới b’ c tới c’) đồng thời kết quả làthanh gạt nước dịch chuyển từ vị trí dừng dưới kính tới vị trí Lo, sau đógạt nước hoạt động ở gián đoạn hoặc tốc độ thấp

Vị trí HIGHT của công tắc gạt nước:

Khi bật công tắc tới vị trí HIGHT mô tơ gạt nước dải rộng thườngquay tiếp từ vị trí LO và vị trí tâm của cần không tải và cánh tay đòn

thay đổi (a’ tới a’’ b; tới b’’ c’ tới c’’) kết quả là góc gạt đối với vị trídừng và vị trí quay đảo chiêu cũng giảm xuống Ở thời điểm này tấmgạt bị ảnh hưởng bởi lực quán tính nên nó thậm chí vượt qua cả vị trídừng và vị trí quay đảo chiều Khu vực gạt thực tế được duy trì khi hoạtđộng gián đoạn và tốc độ thấp.

Chức năng INT điều chỉnh khoảng thời gian theo tốc độ xe:

Chức năng này điều khiển khoảng thời gian của gạt nước theo tốc

độ xe khi công tắc gạt nước ở vị trí INT dải điều chỉnh khoảng thời giangạt gồm 3 vị trí và được lựa chọn bởi bộ điều chỉnh Khoảng thời giangạt có thể điều khiển vô cấp trong mỗi dải

Hình 1.23: Chức nang INT theo tốc độ xe

Chức năng bật theo tốc độ xe:

Chức nâng này cho phép tự động bật sang chế độ hoạt động giánđoạn khi công tắc gạt nước ở vị trí LO và xe đứng yên Để thực hiệnchức năng này trạng thái dừng và chạy của xe được xác định như sau:

xác định trạng thái xe chạy khi tốc độ của xe khác 0 hoặcđèn phanh và đèn phanh đỗ tắt hoặc cần số ở ngoài vị trí

“P” và “N”

xác định trạng thái xe dừng khi trạng thái khác với các trạngthái xe chạy được xác định

Khi xe dừng việc điều khiển công tắc gạt nước ở vị trí INT hoặc HI

về vị trí LO làm cho gạt nước hoạt động 3 lần ở tốc độ thấp và sau đó

tự động chuyển về chế độ hoạt đọng gián đoạn với khoảng thời gianxấp xỉ 2,5 giây khi xe đang chạy và công tác ở vị trí LO việc dừng xe sẽlàm cho gạt nước làm việc 2 lần và sau đó chuyển về hoạt động giánđoạn với khoảng thời gian xấp xỉ 2,5 giây

Rửa kính kết hợp với gạt nước có chức năng ngăn đọng nước trênkính:

Với chức năng này khi vị trí ở vị trí OFF hoặc INT bật công tắc rửakính khoảng 0,2 giây hoặc lâu hơn sẽ làm cho bộ rửa kính hoạt dộng vàsau khi công tác rửa kính bị ngắt thì cơ cáu gạt nước sẽ cùng hoạtdộng 3 lần ở tốc dộ thấp

Tùy theo thốc độ xe sau khi gạt nước hoạt động ở tốc độ thấp kếtthúc khoảng 3 tới 7 giây thì nó hoạt động trở lại để gạt hết nước rửakính còn sót lại

Hình 1.24: gạt nước kết hợp rủa kính có chức năng ngăn đọng nước trên kính

Cơ chế hệ thống điện và trục vít:

Trong quá trình sử dụng gạt nước, đặt biệt là khi trời mưa to, cácbạn sẽ nhận thấy rằng cần phải có một lức khá lớn để di chuyển nhanhlưỡi gạt qua lại trên kính chắn gió, đồng thời loại bỏ lượng lớn nướcmưa cứ liên tục đổ xuống Nguồn lực này sẽ được cung cấp bởi mộtmotor và truyền qua trục vít Trục vít có chức năng tăng cường mômen 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 chuyểnđộng 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 tíchhợp một bảng mạch điện tử có khả năng nhận biết được khi nào lưỡigạt đang bung ra hết cỡ Khi đó, bảng mạch này sẽ duy trì sự hoạtđộng của motor cho tới khi lưỡi gạt đã được xếp lại hoàn toàn Đồngthời, bảng mạch này cũng chịu trách nhiệm điều khiển hoạt động củalưỡi gạt ở các chế độ gạt liên tục hay cách nhau một khoảng thời giannhất định

Cơ cấu đòn bẩy:

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 tiếncủa thanh truyền Như hình động minh họa bên trên, các bạn sẽ thấythanh truyền tiếp tục đẩy một thanh dài khác nối với lưỡi gạt làm nóchuyển động qua lại liên tục.

1.9 Gạt nước tự động khi trời mưa

Khi công tắc gạt nước ở vị trí AUTO, chức năng này dùng một cảm biến mưa, nóđược lắp ở kính trước để phát hiện lượng mưa và điều khiển thời gian gạt nước tối ưutương ứng theo lượng mưa

1.9.1 Cảm biến nước mưa

Cảm biến nước mưa gồm có 1 điốt phát tia hồng ngoại (LED) và một điốt quang đểnhận các tia này Phương pháp phát hiện lượng nước mưa dựa trên lượng tia hồng ngoạiđược phản xạ bởi kính trước của xe Ví dụ nếu không có nước mưa trên khu vực phát hiện,các tia hồng ngoại được phát ra từ LED đều được kính trước phản xạ và điốt quang sẽ nhậncác tia phản xạ này Một dải của cảm biến nước mưa sẽ điền vào khe hở giữa thấu kính vàkính trước Nếu có mưa ở khu vực phát hiện, thì một phần tia hồng ngoại phát ra sẽ bị xuyênthấu ra ngoài do sự thay đổi hệ số phản xạ của kính xe do mưa Do đó lượng tia hồng ngoại

do điốt quang nhận được giảm xuống Đây là tín hiệu để xác định lượng mưa Vì vậy đây làchức năng điều khiển chế độ hoạt động của gạt nước ở tốc độ thấp, tốc độ cao và gián đoạncũng như thời gian gạt nước tối ưu

Hình 1.25: Cảm biến nước mưa.

1.9.2 Chức năng an toàn khi có sự cố.

Nếu bộ phận điều khiển gạt nước phát hiện có sự cố trong bộ phận cảm nhận nướcmưa nó sẽ điều khiển gạt nước hoạt động một cách gián đoạn phù hợp với tốc độ xe Đâychính là chức năng an toàn khi có sự cố trong hệ thống cảm biến nước mưa Ngoài ra, gạtnước cũng có thể được điều khiển một cách thông thường bằng công tắc gạt nước ở các

vị trí LO và HI

1.10 Một số mạch gạt mưa – rửa kính trên xe ô tô hiện nay

Hình 1.26: Sơ đồ mạch điện gạt mưa tự động trên camry 2014

CHƯƠNG 2: CƠ SỞ LÝ THUYẾT CỦA HỆ THỐNG ĐIỀU KHIỂN GẠT MƯA RỬA KÍNH TRÊN Ô TÔ

2.1 Sơ đồ khối hệ thống điều khiển gạt mưa rửa kính tự động

Hình 2.1: Sơ đồ khối hệ thống.

Nhiệm vụ - chức năng các khối chức năng của hệ thống:

Khối nguồn (Power): Cung cấp điện áp ổn định cho tất cả các khối trong hệ thống,khối nguồn được sử dụng để ổn định và cấp điện áp 12V DC cho khối điều khiển(arduino) và động cơ giảm tốc DC cũng như cấp nguồn cho mạch hoạt động

Khối cảm biến (Cảm biến mưa): Khối này có nhiệm vụ lấy mẫu tín hiệu mưa vàchuyển thành giá trị điện áp để đưa đến vi điều khiển để xử lý Ở đề tài này em sử dụngcảm biến mưa để phát hiện khi trời có mưa và lưu lượng nước mưa Senor được cố địnhtrong kính xe Khi có mưa rơi trên board cảm biến sẽ tạo ra môi trường dẫn điện và tạo

ra tín hiệu đưa đến bộ điều khiển Cảm biến sẽ cảm nhận lượng mưa và cho ra tín hiệuđiều khiển tới bộ điều khiển Bộ phận điều khiển sẽ tự động kích hoạt động cơ gạt nướchoạt động cũng như hoạt động ở tốc độ cao hoặc tốc độ thấp dựa trên lượng mưa đượcphát hiện từ khối cảm biến

Khối điều khiển: Khối này làm nhiệm vụ giao tiếp, nhận và xử lý dữ liệu từ cảm

biến, điều khiển các thiết bị ngoại vi Ở đây khối điều khiển đóng vai trò rất quan trọng,nhận tín hiệu từ khối cảm biến (cảm biến mưa) và xử lí thông tin để từ đó đưa tín hiệuđến khối chấp hành (để tác động điều khiển động cơ gạt nước hoạt động theo yêu cầu).

Động cơ gạt nước: Ở đây sử dụng động cơ giảm tốc DC trên xe ô tô, động cơ nàyđược liên kết với hệ thống cần gạt nước qua cơ cấu dẫn động cơ khí để gạt nước khi cómưa Động cơ nhận tín hiệu điều khiển từ bộ điều khiển để từ đó hoạt động theo yêucầu

2.2 Nguyên lý hoạt động chung của hệ thống gạt nước tự động

Động cơ sẽ tự động ON trong suốt thời gian có mưa Senor được gắn cố định trênkính xe Khi có mưa rơi trên board cảm biến sẽ tạo ra môi trường dẫn điện và tạo ra tínhiệu điện áp để đưa đến đầu vào ADC của bộ điều khiển Cảm biến mưa sẽ cảm nhậnlượng mưa ít hay nhiều để từ đó xuất ra tín hiệu điện áp cao hay thấp để đưa tới tới bộđiều khiển Từ đó bộ phận điều khiển sẽ tự động kích hoạt động cơ gạt nước quay nhanhhay chậm Hoạt động này được gọi là "hệ thống gạt nước mưa tự động"

Cảm biến mưa được sử dụng để phát hiện mưa và lượng nước trên kính chắn giósau đó gửi tín hiệu cho bộ điều khiển Tín hiệu từ chân A0 của cảm biến được đưa đếnchân đầu vào ADC của bộ điều khiển, bộ điều khiển sẽ kích hoạt động cơ hoạt động vàđộng cơ hoạt động ở tốc độ cao hay thấp dựa trên lượng mưa trên mặt kính Nếu lượngnước ít thì động cơ gạt nước được kích hoạt ở tốc độ thấp, còn nếu lượng nước mưa lớnthì động cơ gạt nước kích hoạt ở tốc độ cao

Hình 2.2 Sơ đồ mạch điện của hệ thống gạt nước mưa tự động ứng dụng trên ô tô

Nguyên lý kết nối như sau:

Động cơ gạt nước thực tế trên ô tô sử dụng loại động cơ DC 12V loại 5 chân Sauđây là kí hiệu và chức năng các chân của động cơ gạt nước trên ô tô:

Chân H: là chân tốc độ caoChân L: là chân tốc độ thấp Chân E: là chân mass

Chân S: là chân OFF Chân P: là chân dươngCác chân H và chân L của động cơ được nối với vi điều khiển thông qua cácRelay Relay có chức năng đóng mở cấp nguồn tín hiệu cho động cơ dựa vào tín hiệu từ

Không mưa: STOP Mưa nhỏ: LOW Mưa lớn: HIGHLúc này ta để cụm công tắc gạt nước ở vị trí OFF để tắt chức năng điều khiển bằngtay Khi đó động cơ gạt nước được điều khiển bằng vi điều khiển dựa vào tín hiệu mưathu được bằng cảm biến mưa Tín hiệu thu được từ bộ cảm biến được đưa đến đầu vàocủa vi điều khiển để xử lý, tín hiệu sau khi được xử lý sẽ tác động đóng mở các Relay

để động cơ hoạt động và ở tốc độ cao hay thấp tùy thuộc vào lượng mưa Nếu mưanhiều thì vi điều khiển sẽ tác động Relay đóng động cơ gạt nước ở chế độ cao và ngượclại