i

NHẬN XÉT CỦA CÁN BỘ HƯỚNG DẪN
Họ và tên sinh viên: PHẠM QUỐC DŨNG
Lớp: 50CKCD
Chuyên ngành: Công nghệ cơ điện tử
Đề tài: "Thiết kế và chế tạo mạch điều khiển mô hình ô tô điện”
Số trang: 101 Số chương: 04 Tài liệu tham khảo: 17
Hiện vật: 02 quyển báo cáo + 02CD, 01 ô tô điện, 02 bộ điều khiển.
NHẬN XÉT

Kết luận
Nha Trang, ngày tháng năm 2012
Cán bộ hướng dẫn
( ký và ghi rõ họ tên )

ii

PHIẾU ĐÁNH GIÁ CHẤT LƯỢNG ĐỀ TÀI
Họ và tên sinh viên: PHẠM QUỐC DŨNG
Lớp: 50CKCD
Chuyên ngành: Công nghệ cơ điện tử


iii LỜI CẢM ƠN
Sau một thời gian nghiên cứu tìm hiểu về đề tài với sự nỗ lực của bản thân cùng
với sự giúp đỡ tận tình của quý thầy cô trong nhà trường và các bạn trong lớp em đã
hoàn thành đồ án tốt nghiệp “Thiết kế và chế tạo mạch điều khiển mô hình ô tô điện”
với thời gian đúng quy định.
Em xin chân thành cảm ơn quý thầy cô trong nhà trường, các thầy cô trong
khoa Cơ Khí đã tận tình giúp đỡ chúng em trong suốt những năm qua, thầy cô đã trang
bị cho chúng em những kiến thức quý báu nhất để làm hành trang bước vào đời. Và
đặc biệt em xin gửi tới các thầy trong bộ môn Cơ Điện Tử lời cảm ơn chân thành nhất,
các thầy đã và đang ngày đêm miệt mài nghiên cứu, lao động để truyền đạt cho chúng
em những kiến thức vô cùng quý báu. Các thầy đã tạo cho chúng em những điều kiện
tốt nhất để chúng em được học tập, được sử dụng thiết bị bộ môn để hoàn thành đồ án
tốt và nhanh nhất.
Em xin chân thành cảm ơn thầy Trần Văn Hùng đã tận tình chỉ bảo, giúp đỡ
chúng em trong suốt quá trình thực hiện đồ án để chúng em hoàn thành được đồ án với
đúng quy định.
Xin cảm ơn tập thể các bạn lớp 50CKCD đã đóng góp những ý kiến quý báu
cho đồ án.
Cuối cùng em xin chân thành cảm ơn và xin gửi tới quý thầy cô trong nhà
trường, các bạn bè người thân đã giúp đỡ em trong suốt thời gian qua lời chúc
tốt
đẹp nhất!

Sinh Viên

PHẠM QUỐC DŨNG

2.3.1. Động lực học bánh xe và khái niệm về sự trượt 15
2.3.2. Các lực cản chuyển động của ô tô 19
2.3.2.1. Lực cản lên dốc 19
2.3.2.2. Lực cản lăn 20
2.3.2.3. Lực cản không khí 20
v

2.3.2.4. Lực quán tính 21
2.3.3. Xác định công suất của động cơ điện và nguồn acquy 21
2.3.3.1. Xác định các thông số của động cơ điện 21
2.3.3.2. Xác định các thông số cho bộ nguồn ắc quy 24
2.3.3.3. Chọn ổ bi 24
2.3.3.4. Vật liệu chế tạo xe 25
2.3.3.5. Dụng cụ thực hiện 27
2.3.3.6. Chế tạo khung xe 30
2.4. THIẾT KẾ, CHẾ TẠO PHẦN ĐIỀU KHIỂN 37
2.4.1. Động cơ Brushless DC Mortor 37
2.4.2. Khối LCD hiển thị 42
2.4.3. Khối giao tiếp bàn phím 43
2.4.4. Khối chân ga điều khiển 43
2.4.5. Giới thiệu về Vi điều khiển AVR 44
2.4.6. Sơ lược các linh kiện dùng trong mạch 56
2.4.7. Thiết kế mạch. 62
2.4.8. Qui trình chế tạo mạch điều khiển 72
2.5. GIẢI THUẬT ĐO LƯỜNG VÀ ĐIỀU KHIỂN 79
2.5.1. Giải thuật khối điều khiển trung tâm 79
2.5.2. Giải thuật khối điều khiển động cơ 80
CHƯƠNG 3: THỰC NGHIỆM VÀ PHÂN TÍCH KẾT QUẢ 81
3.1. CHUẨN BỊ 82
3.2. THI CÔNG VÀ LẮP RÁP 83

TÀI LIỆU THAM KHẢO
PHỤ LỤC
vii

DANH MỤC HÌNH
Hình 1.1. Ô tô điện cổ điển 3
Hình 1.2. Ô tô điện hiện đại 4
Hình 1.3. Ô tô điện của hãng Nissan 5
Hình 1.4. Ô tô điện sử dụng ở Chicago 6
Hình 1.5. Xe đạp điện của Trung Quốc sản xuất 6
Hình 1.6. Tàu điện tự hành tốc độ cao tuyến Paris - Lyon 7
Hình 1.7. Tàu điện ngầm tiện dụng nhất ở Pháp 7
Hình 1.8. Xe điện của hãng Mai Linh ở Đà Lạt 8
Hình 1.9. Xe điện sử dụng trong sân golf 9
Hình 2.1. Sơ đồ tổng quát 11
Hình 2.2. Mô hình thiết kế 1 ô tô điện 12
Hình 2.3. Mô hình thiết kế 2 ô tô điện 13
Hình 2.4. Mô hình thiết kế 3 ô tô điện 14
Hình 2.5: Chuyển động thẳng của xe trên dốc 15
Hình 2.6. Mô hình một bánh 15
Hình 2.7. Lực tác dụng lên bánh xe và góc lăn lệch 16
Hình 2.8. Quan hệ giữa hệ số cản lăn và góc lăn lệch 17
Hình 2.9. Sự ảnh hưởng của độ chụm bánh xe 17
Hình 2.10. Góc doãng của bánh xe dẫn hướng 18
Hình 2.11. Tác dụng của trọng lực ô tô trên đường dốc 19
Hình 2.12. Khái niệm độ dốc của đường 19
Hình 2.13. Các lực tác dụng lên ô tô khi lên dốc 21

Hình 2.42. Nguyên lý của Hall Sensor khi có từ trường 40
Hình 2.43. Sơ đồ thể hiện sự đảo pha ở 3 đầu dây động cơ 40
Hình 2.44. Chiều của 6 trạng thái đảo pha của BLDC 41
Hình 2.45. Trạng thái của Hall sensor và 3 dây pha của BLDC 41
Hình 2.46. Khối LCD hiển thị 42
Hình 2.47. bàn phím keypad 4x4 43
Hình 2.48. chân ga điều khiển 43
Hình 2.49. Cấu trúc bộ nhớ của AVR 45
Hình 2.50. Thanh ghi 8 bit 46
Hình 2.51. Register file 46
Hình 2.52. Cấu trúc bên trong của AVR 48
Hình 2.53. Cấu trúc chân trong PORT của Vi điều khiển AVR 48
Hình 2.54. Thanh ghi DDRA 49
Hình 2.55. Thanh ghi PORTA 49
ix

Hình 2.56. Thanh ghi PINA 49
Hình 2.57. Sơ đồ khối bộ Timer/Counter 8bit 50
Hình 2.58. Sơ đồ khối bộ Timer/Counter 16 bit 51
Hình 2.59. Thanh ghi TCCR0 51
Hình 2.60. Thanh ghi TCNT0 52
Hình 2.61. Thanh ghi 0CR0 52
Hình 2.62. Thanh ghi mặt nạ ngắt 53
Hình 2.63. Thanh ghi cờ ngắt 53
Hình 2.64. Sơ đồ thời gian của chế độ so sánh 54
Hình 2.65. Sơ đồ chân của ATMEGA 32 54
Hình 2.66. Hình dạng bên ngoài của ATMEGA32 55
Hình 2.67. Cấu tạo và hình dáng của DIODE bán dẫn. 56
Hình 2.68. Điện trở 56
Hình 2.69. Biểu diễn điện trở 57

Hình 2.98. Linh kiện sau khi đã được lấy ra 75
Hình 2.99. Thay đổi tên linh kiện 76
Hình 2.100. Sơ đồ mạch in 77
Hình 2.101. Sau khi gỡ bỏ lớp giấy in 77
Hình 2.102. Mạch in sau khi rửa 78
Hình 2.103. Lưu đồ giải thuật khối ĐK trung tâm 79
Hình 2.104. Lưu đồ giải thuật khối điều khiển BLDC 80
Hình 3.1. Vẽ mạch in trên Layout 83
Hình 3.2. In mạch lên mạch đồng 84
Hình 3.3. Hàn linh kiện vào mạch 84
Hình 3.4. Lắp mạch lên khung 85
Hình 3.5. Kiểm tra mạch 85
Hình 3.6. Mạch đảo chiều động cơ 86
Hình 3.7. Mạch công suất điều khiển BLDC 86
Hình 3.8. Bộ điều khiển trung tâm 87
Hình 3.9. Tổng quát bộ điều khiển trung tâm 87
Hình 3.10a. Bu lông ren mịn 88
Hình 3.10b. Bu lông SUS 88
Hình 3.11a. Vòng bi đỡ 88
Hình 3.11b. Ổ bi côn 88
Hình 3.12. Ốc vít 89
Hình 3.13. Bát chữ U 89
Hình 3.14. Khớp các đăng 90
Hình 3.15. Hệ thống treo trước và bộ đánh lái 90
xi

Hình 3.16. Hệ thống treo sau 91
Hình 3.17. Toàn bộ hệ thống 92
Hình 3.18. Kiểm tra ắc quy 93
Hình 3.19. Kiểm tra bộ điều khiển 94


LỜI NÓI ĐẦU
Ở các nước phát triển cuộc chạy đua tìm nguồn năng lượng sạch cho ô tô nói
chung đã từ lâu. Theo xu thế chung, đứng đầu danh sách là ô tô chạy điện tiếp theo là
ô tô lai, ô tô chạy bằng pin nhiên liệu là ứng viên thứ ba của cuộc chạy đua. Về mặt
nhiên liệu cho động cơ nhiệt, chất lượng của các loại nhiên liệu lỏng truyền thống sẽ
được nâng cao, các loại nhiên liệu khí sẽ được áp dụng rộng rãi trên ô tô, nhiên liệu
khí hydro cho ô tô chưa có triển vọng ứng dụng do công nghệ và giá thành.
Sự phát triển của ô tô sử dụng điện và pin nhiên liệu phụ thuộc vào khả năng
phát triển, hoàn thiện các loại động cơ truyền thống và sử dụng các nguồn nhiên liệu
sạch thay thế các nguồn nhiên liệu lỏng hiện nay để làm giảm ô nhiễm môi trường.
Các yếu tố cần quan tâm để xem xét gồm dự báo chất lượng của hệ thống vận chuyển
khách công cộng và giá thành của pin nhiên liệu với các loại nhiên liệu thay thế khác
để đạt cùng mức độ giảm khí thải độc hại.
Theo xu hướng đó, việc nghiên cứu, thiết kế và chế tạo ô tô điện là một việc vô
cùng cấp thiết, để giảm mức độ ô nhiễm môi trường ngày càng lớn trên thế giới hiện nay.

Đề tài
‘‘Thiết kế và chế tạo mạch điều khiển mô hình ô tô điện’’
là một đề
tài nhằm mục đích khảo sát thiết kế ô tô chạy hoàn toàn bằng năng lượng điện, đặt nền
tảng cho việc thiết kế và sản xuất một kiểu ô tô mang nhãn hiệu Việt Nam phù hợp với
điều kiện giao thông trong nước, giá thành vừa phải, có hiệu suất sử dụng năng lượng
cao và mức độ phát ô nhiễm thấp,gần như bằng không, góp phần thực hiện nhiệm vụ
cấp bách nói trên nhằm đẩy nhanh tiến trình công nghiệp hóa, hiện đại hóa đất nước.
Đề tài này có ý nghĩa trong công cuộc đổi mới và sáng tạo để thiết kế hoàn
chỉnh và chế tạo một ô tô sinh thái tại Việt Nam với mục tiêu hướng tới là:
-

Nâng cao điều kiện sống của người dân.

trong, chẳng hạn như không phát thải khí ô nhiễm, hiệu suất cao, độc lập với nguồn
năng lượng từ dầu mỏ, yên tĩnh và hoạt động trơn tru. Các nguyên tắt hoạt động cơ bản
giữa ô tô điện và phương tiện sử dụng động cơ đốt trong tương tự nhau.Tuy nhiên, một
số khác biệt giữa phương tiện sử dụng động cơ đốt trong và ô tô điện, chẳng hạn như
sử dụng một bồn chứa xăng so với nguồn pin, động cơ đốt trong so với động cơ điện,
và khác nhau về yêu cầu truyền dẫn.
1.2. CẤU HÌNH CỦA Ô TÔ ĐIỆN
Trước đây, các xe điện chủ yếu được chuyển đổi từ các ô tô thông thường bằng
cách thay thế động cơ đốt trong và thùng nhiên liệu với một động cơ điện và pin trong
khi giữ lại tất cả các thành phần khác, như trong hình 1.1. Nhược điểm như: khối
lượng lớn, tính linh hoạt và hiệu suất thấp là những nguyên nhân làm cho xe điện khó
áp dụng rộng rãi. Hiện nay, ô tô hiện đại được tạo ra có chủ ý dựa vào nguyên bản của
thân và khung sườn được thiết kế riêng. Điều này đáp ứng các yêu cầu về cấu trúc duy
nhất cho ô tô và làm cho các nguồn động lực đẩy bằng điện được sử dụng linh hoạt
hơn.

Hình 1.1. Ô tô điện cổ điển
4

Một ô tô điện cơ bản được minh họa trong hình 1.2. Nó bao gồm ba hệ thống
chủ yếu: hệ động lực điện, hệ thống năng lượng, và hệ thống phụ trợ.
Hệ động lực điện bao gồm: Hệ thống điều khiển xe, bộ chuyển đổi điện, các
động cơ điện, truyền động cơ khí, và bánh chủ động.
Hệ thống năng lượng bao gồm nguồn năng lượng bộ phận quản lý năng lượng,
và bộ phận tiếp năng lượng điện.
Hệ thống phụ trợ bao gồm trợ lực lái, điều hòa, nguồn cung cấp năng lượng phụ trợ.
Dựa trên các yếu tố đầu vào điều khiển từ chân ga và bàn đạp phanh, hệ thống
điều khiển xe cung cấp tín hiệu điện thích hợp cho bộ chuyển đổi năng lượng điện có
chức năng điều chỉnh dòng điện giữa điện động cơ và nguồn năng lượng. Những
nguồn năng lượng được tái sinh trong quá trình phanh có thể được nạp vào nguồn năng

Hình 1.3. Ô tô điện của hãng Nissan

6 Hình 1.4. Ô tô điện sử dụng ở Chicago

+ Xe máy điện và xe đạp điện: Là loại phương tiện đang có xu hướng phát triển
mạnh. Hình 1.5. Xe đạp điện của Trung Quốc sản xuất
7 1.3.2. Các phương tiện công cộng:
+ Tàu điện : Tàu điện được ứng dụng từ rất lâu là loại phương tiện dùng chở
khách trong thành phố và khá phổ biến ở các nước trên thế giới cũng như nước ta.

Hình 1.6. Tàu điện tự hành tốc độ cao tuyến Paris - Lyon

+ Mê trô : Là loại phương tiện vận chuyển hành khách trong thành phố cũng
như đường dài, như các tuyến metro trong các thành phố lớn ở châu Âu, và tuyến
Metro đường dài từ Paris đến London.

Hình 1.7. Tàu điện ngầm tiện dụng nhất ở Pháp.

8

1.3.3. Các phương tiện dùng chuyên biệt trong các lĩnh vực giải trí thể thao, các


PHƯƠNG PHÁP VÀ NỘI DUNG
NGHIÊN CỨU 11 2.1. PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CÚU

Hình 2.1. Sơ đồ tổng quát
Phương pháp nghiên cứu thiết kế chế tạo mô hình ô tô điện dựa trên tính toán lý
thuyết kết hợp dựa vào những mô hình đã có sẵn trong thực tế. Cụ thể:
- Phân tích các yếu tố chuyển động của ô tô điện, các yếu tố gồm có: lực cản
chuyển động, tải trọng, vận tốc, gia tốc, tính ổn định …từ đó xác định kích thước và
kết cấu của ô tô điện và vị trí đặt nguồn động lực cho phù hợp
- Xây dựng phương án và tiến hành thiết kế chế tạo hệ thống cơ khí và điều
khiển: Nhằm lựa chọn được kết cấu tốt nhất, một số phương án thiết kế sẽ được xây
dựng. Mỗi phương án sẽ được phân tích kỹ lưỡng, nêu cụ thể ưu nhược điểm của từng
phương án để chọn phương án thích hợp. Sau khi lựa chọn phương án thiết kế, nhóm
tác giả sẽ tiến hành thiết kế kỹ thuật, công việc này bao gồm: lựa chọn loại trục vít –


Dễ dàng trong quá trình chế tạo.
–

Có chỗ để đồ dùng cho người sử dụng.
Nhược điểm:
–

Ít có tính thẩm mỹ.
–

Xe cồng kềnh, tính tự động không cao.
–

Hệ thống lái chưa hiệu quả.

13

2.2.1.2. Phương án 2:

Hình 2.3. Mô hình thiết kế 2 ô tô điện.
Hoạt động:
Xe sử dụng bốn bánh, hai bánh trước là hai bánh lái điều chỉnh hệ thống xe, hai
động cơ được bố trí nằm trong bánh xe sau, hai bánh trước được gắn với hệ thống lại
bánh răng thanh răng để đảm bảo góc cua của bánh lái không bị rơ và an toàn cho
người sử dụng. Xe sử dụng vô lăng lái điều khiển góc rẽ của xe.

Ưu điểm:
–