TỔNG QUAN
Lý do chọn đề tài
Cùng với sự phát triển bùng nổ của nền kinh tế thế giới, hoạt động giao thông vận tải và vận chuyển hành khách cũng ngày càng lớn mạnh và là nhu cầu thiết yếu hàng đầu đối với mỗi một cá nhân, tổ chức Bởi lẽ đó mà ô tô ngày nay đã trở thành phương tiện vận tải chủ yếu, phổ biến để chuyên chở hàng hóa và hành khách, được sử dụng rộng rãi trong mọi lĩnh vực đời sống, kinh tế, xã hội.
Khi số lượng ô tô ngày càng nhiều, mật độ giao thông trên đường cũng ngày càng dày đặc, do đó để giảm bớt các thao tác phức tạp cho người lái xe, các nhà sản xuất ô tô trên toàn thế giới đã cho ra đời các dòng xe được trang bị với hộp số tự động giúp tăng hiệu quả truyền động, giúp người lái xe vận hành xe một cách đơn giản và nhanh chóng hạn chế tình trạng ùn tắc và ảnh hưởng đến khác phương tiện khác đang tham gia giao thông Xe số tự động đã trở thành sự lựa chọn phổ biến hơn cho người tiêu dùng do tính tiện dụng và dễ sử dụng Nhiều hãng xe đã tập trung phát triển và cung cấp nhiều mẫu xe số tự động hơn, đồng thời giảm dần số lượng mô hình xe số sàn. Song, ở một số thị trường vẫn có sự ưa chuộng đối với xe số sàn Việc di chuyển trên xe số sàn còn gặp nhiều khó khăn như xe dễ tắt máy khi khởi hành và đặc biệt khi khởi hành ngang những con dốc xe có thể tuột dốc nếu người lái không điều khiển được và gây ra những tai nạn không đáng có, kèm theo ùn tắc giao thông Để khắc phục tình trạng này một số nhà sản xuất đã trang bị hệ thống khởi hành ngang dốc cho cả những xe số sàn như Hill Strart Assist (HAS), Hill Hold Control (HHC), Hill
Launch Assist (HLA), …Tuy nhiên, nhóm chúng em nhận thấy mặc dù xe đã được trang bị các hệ thống này, nhưng người lái vẫn còn thực hiện khá nhiều thao tác.Chính vì thế, để giảm bớt các thao tác cho người lái và để dồn toàn bộ sự tập trung cho việc điều hướng xe của mình, nhóm chúng em đã đưa ra ý tưởng thiết kế “Hệ thống hỗ trợ khởi hành ngang dốc thông minh dành cho xe số sàn”.
Tình hình nghiên cứu trong và ngoài nước
1.2.1 Tình hình nghiên cứu trong nước
Hệ thống hỗ trợ khởi hành ngang dốc là một tính năng ngày càng trở nên phổ biến, có thể được coi là một tính năng an toàn và được hầu hết các nhà sản xuất áp dụng lên các dòng xe của họ, do đó việc nghiên cứu về hệ thống này cũng đang được chú trọng hơn rất nhiều tại các trường đại học cũng như các trung tâm nghiên cứu và phát triễn công nghệ ô tô trong nước Trong quá trình thực hiện đề tài này nhóm đã có tham khảo đề tài như sau:
Bài nghiên cứu: “Nghiên cứu đề xuất mô hình hệ thống hỗ trợ khởi hành ngang dốc dựa trên hệ thống phanh khí nén có ABS” do nhóm Lê Anh Vũ, Trần Văn Thoan
(thuộc trường Đại học Sư phạm kỹ thuật Hưng Yên), Phan Doãn Thuần (thuộc trường Cao đẳng giao thông vận tải đường bộ) và Trần Văn Chinh (thuộc trường Trung cấp nghề giao thông công chính Hà Nội) đồng nghiên cứu Bài nghiên cứu đề xuất cấu trúc hệ thống khởi hành ngang dốc dựa trên hệ thống phanh khí nén có ABS và xây dựng mô hình mô phỏng bằng Matlab/Simulink Kết quả khảo sát hoạt động của hệ thống ở xe tải thử nghiệm có công thức bánh xe 4x2 trên dốc 10 % cho thấy sự biến thiên áp suất khí nén tại bầu phanh bánh xe phù hợp với quy luật vật lý, hệ thống đã đề xuất có thể sử dụng để điều khiển hỗ trợ khởi hành ngang dốc giúp cho người lái điều khiển xe dễ dàng.
1.2.1 Tình hình nghiên cứu ngoài nước
Một số bài nghiên cứu về hệ thống hỗ trợ khởi hành ngang dốc mà nhóm đã tìm hiểu và tham khảo:
- Bài báo: “INNOVATIVE HILL START ASSISTANCE DEVICE” do nhóm nghiên cứu gồm Paulo Burger, Claudinei Buzinaro, Alberto Bucci đến từ công ty Magneti Marelli Powertrain India Private Limited của Ấn độ Trang bị này cung cấp một giải pháp đơn giản hỗ trợ người lái trong tình huống khởi hành ngang dốc Nguyên lý chung của hệ thống này là kích hoạt van dẫn hướng trên đường ống dầu phanh để giữ xe dừng lại khi tài xế nhả chân phanh, dựa vào tín hiệu gửi về từ một gia tốc kế để xác định chính xác độ nghiêng của con dốc từ đó tính toán momen xoắn động cơ cần thiết để khởi động an toàn Thiết bị này sẽ đảm bảo công dụng của nó từ các loại xe từ thấp đến cao cấp nhất, cho phép lắp ráp trên cả xe số sàn và số tự động kể cả những dòng xe không được trang bị hệ thống phanh chống bó cứng.
- Bài nghiên cứu: “Research on the Hill Start Assist of Commercial VehiclesBased on Electronic Parking Brake System” do nhóm sinh viên gồm Pai Peng –Hongliang Wang– Xianhui Wang – Dawei Pi – Tianle Jia (thuộc NanjingUniversity of Science & Technology, Department of Mechanical Engineering,China) và Weihua Wang (thuộc Nanjing University of Posts &Telecommunications, School of Electronic Science & Engineering, China) đồng nghiên cứu Mục đích của bài nghiên cứu này là phát triển khung kiểm soát ngưỡng logic để cải thiện chất lượng hổ trợ khởi hành ngang dốc của các dòng xe thương mại được trang bị với phanh tay điện tử (EPB) Nhóm nghiên cứu đã xây dựng mô hình áp suất điều khiển van điện từ thông qua điều chế tần số và độ rộng xung(PWM-PFM) Sau đó đánh giá bộ điều khiển ở nhiều độ dốc khác nhau, chẳng hạn như 8%, 13% và 18% và so sánh kết quả với bộ điều khiển chuẩn hiện có trong môi trường mô phỏng liên quan đến Matlab/Simulink và Trucksim.
Mục đích đề tài
Thiết kế được một hệ thống hỗ trợ khởi hành ngang dốc thông minh giúp người lái xe số sàn khởi hành xe qua những con dốc một cách nhanh chóng, an toàn và hiệu quả mà thực hiện ít thao tác nhất có thể.
Đối tượng và phạm vi nghiên cứu
1.4.1 Đối tượng nghiên cứu Đề tài: “Hệ thống hỗ trợ khởi hành ngang dốc thông minh dành cho xe số sàn” được thực hiện với đối tượng nghiên cứu là xe Toyota Camry XLI 1997
- Tính toán lực cần thiết để tác dụng vào bàn đạp phanh và ly hợp từ đó chọn trục vít-me bi với thông số phù hợp, motor bước có momen xoắn phù hợp
- Thiết kế và chạy mô phỏng hệ thống.
- Lắp đặt và chạy thực nghiệm trên xe Toyota Camry XLI 1997
- Đánh giá kết quả thực nghiệm và đưa ra giải pháp hoàn thiện và hướng phát triển của đề tài.
Phương pháp nghiên cứu
- Nghiên cứu các tài liệu về hệ thống hỗ trợ khởi hành ngang dốc được các nhà sản xuất ô tô lớn như Mercedes-Benz, BMW, Toyota, Ford… công bố trên các tạp chí, internet, các bài báo, bài nghiên cứu khoa học về hệ thống hỗ trợ khởi hành ngang dốc của các Trung tâm nghiên cứu và phát triển về công nghệ ô tô…
- Nghiên cứu mô phỏng
- Nghiên cứu thực thực nghiệm
Nội dung thực hiện
- Tìm hiểu về cấu tạo, nguyên lý làm việc của hệ thống phanh và ly hợp trên xe Toyota Camry XLI 1997.
- Tìm hiểu về hệ thống hỗ trợ khởi hành ngang dốc được trang bị trên các dòng xe hiện nay.
- Tính toán lực cần thiết tác dụng lên bàn đạp phanh và ly hợp.
- Tính toán chọn các thông số cho cơ cấu bộ trục vít me bi.
- Tính toán chọn động cơ bước có momen xoắn phù hợp.
- Thiết kế và mô phỏng cơ cấu chấp hành trên AutoCAD.
- Thi công cơ cấu chấp hành và lắp đặt lên xe.
- Đọc và hiểu được sơ đồ mạch điện của xe.
- Xây dựng sơ đồ giải thuật.
- Thu thập và xử lý các tín hiệu từ các cảm biến tốc độc động cơ (Ne), tốc độ xe (SPD) và vị trí bướm ga (TPS).
- Thi công hộp điều khiển và lắp đặt mạch điện.
- Lập trình điều khiển các cơ cấu chấp hành.
- Vận hành thực nghiệm và phân tích đánh giá kết quả đạt được.
1.7 Kế hoạch thực hiện đồ án
Bảng 1.1 Kế hoạch thực hiện đồ án
Thời gian Nội dung thực hiện
- Nhận đề tài: “Hệ thống hỗ trợ khởi hành ngang dốc 13/02/2023 thông minh dành cho xe số sàn”.
14/02 – 26/02/2023 - Tìm, đọc hiểu tài liệu lý thuyết về hệ thống hỗ trợ khởi hành ngang dốc
27/02 – 12/03/2023 - Khảo sát xe Camry XLI 1997
- Nghiên cứu, đọc hiểu sơ đồ mạch điện
- Đưa ra ý tưởng thiết kế
13/03 – 02/04/2023 - Mô phỏng mô hình thiết kế trên AUTO CAD
- Đo đạc, tính toán và chọn vật liệu 03/04 – 07/05/2023 - Thiết kế mô hình về mặt cơ khí và lắp ráp lên xe
08/05 – 04/06/2023 - Hoàn thành chương trình thuật toán
- Lắp đặt cố định, bố trí hệ thống dây điện
- Xây dựng chương trình điều khiển 05/06 – 18/06/2023 - Chạy thực nghiệm và đưa ra giải pháp hoàn thiện 19/06 – 25/05/2023 - Tổng hợp nội dung, thiết kế power point
26/06 – 30/06/2023 - Chỉnh sửa, nghiên cứu lại kiến thức và luyện tập thuyết trình
CƠ SỞ LÝ THUYẾT
Tổng quan về hệ thống hỗ trợ khởi hành ngang dốc
Hệ thống hỗ trợ khởi hành ngang dốc ra đời vào năm 1936, ban đầu được gọi là hệ thống hỗ trợ lái xe đường dốc Hill Holder Đến năm 1937, hãng xe Studebaker President áp dụng vào các mẫu xe của hãng Đến nay, hầu hết mọi ô tô đều được trang bị hệ thống này.[3]
2.1.2 Công dụng và nguyên lý hoạt động
Công dụng: Hệ thống hỗ trợ khởi hành ngang dốc (HSA) là một hệ thống được trang bị trên ô tô rất phổ biến hiện nay Hệ thống này tạo cảm giác an toàn, thoải mái hơn cho người lái khi điều khiển ô tô qua các đoạn đường dốc, đèo HSA giúp ô tô khởi hành khi xe đang lưng chừng trên dốc mà người lái không giữ chân phanh, nhưng vẫn đảm bảo không bị tụt dốc.[3]
Nguyên lý hoạt động của hệ thống khởi hành ngang dốc trên xe số sàn: Hệ thống phát hiện khi xe đang dừng trên một dốc thông qua tín hiệu từ các cảm biến trên xe như cảm biến góc nghiêng, cảm biến tốc độ xe hoặc gia tốc kế khi xe dừng trên dốc, hệ thống giữ phanh tự động sau khi người lái nhả chân khỏi bàn đạp phanh Hệ thống này giữ cho phanh chặt chẽ trong một khoảng thời gian ngắn để ngăn xe lùi xuống Khoảng thời gian này cho phép người lái di chuyển chân từ bàn đạp phanh sang bàn đạp ga mà không lo xe bị lùi xuống Khi người lái di chuyển chân sang bàn đạp ga và tác dụng lực lên bàn đạp ga, hệ thống khởi động ngang dốc giảm áp lực trên bàn đạp phanh để cho phép xe di chuyển tiếp mà không bị lùi xuống Điều này giúp người lái dễ dàng kiểm soát quá trình khởi động và tiến lên dốc.
2.1.3 Ưu điểm và nhược điểm Ưu điểm:
- Tiện ích và an toàn: HSA cung cấp sự tiện lợi và an toàn cho người lái khi khởi động từ một địa hình dốc Nó giúp ngăn xe lăn ngược dốc và giữ cho xe ổn định trong quá trình chuyển từ chân phanh sang chân ga.
- Hỗ trợ người lái: HSA là một tính năng hữu ích cho người lái, đặc biệt là trong những tình huống khởi động trên đường dốc Nó giúp giảm căng thẳng và sự lo lắng của người lái, đồng thời cung cấp sự hỗ trợ và độ tin cậy trong quá trình khởi động.
- Tăng khả năng kiểm soát: HSA tương tác với hệ thống phanh, hệ thống cân bằng điện tử và hệ thống chống trượt để tăng khả năng kiểm soát của xe Nó giúp người lái duy trì sự ổn định và cân bằng trong quá trình khởi động, đồng thời giảm nguy cơ trượt bánh xe.
- Mức độ đơn giản hóa: Các hệ thống HSA dành cho xe số sàn hiện có trên thị trường vẫn chưa tối giản được các thao tác của người lái Cụ thể đối với những lái mới, thì việc nhả ly hợp như thế nào để không dẫn đến tình trạng tắt máy khi khởi hành ngang những con dốc cũng là một điều rất áp lực và gây mất sự tập trung cho người lái, dẫn đến không xử lý kịp thời các tình huống bất ngờ và có thể gây ra tai nạn không đáng có.
- Phụ thuộc vào điều kiện đường: HSA hoạt động hiệu quả trên địa hình dốc, nhưng nó có thể không cung cấp hiệu quả tương tự trên đường phẳng hoặc đường nghiêng ngang Do đó, tính năng này chỉ hữu ích trong những tình huống cụ thể.
- Giới hạn tốc độ: HSA thường chỉ hoạt động ở tốc độ thấp khi khởi động từ một địa hình dốc Khi xe đạt tốc độ cao hơn, HSA sẽ không còn hoạt động và người lái phải tự điều khiển xe.
- Khả năng sự cố: Như bất kỳ hệ thống tự động nào, HSA cũng có thể gặp sự cố hoặc hỏng hóc Nếu HSA gặp vấn đề kỹ thuật, nó có thể ảnh hưởng đến khả năng khởi động của xe và đòi hỏi sửa chữa hoặc bảo trì.
Các hệ thống và chi tiết liên quan
Hệ thống khởi hành ngang dốc (HSA) phát triển và tích hợp nhiều công nghệ tiên tiến HSA bao gồm nhiều hệ thống và các cảm biến khác nhau như: phanh, ly hợp, cảm biến tốc độ, cảm biến áp suất phanh, cảm biến vị trí bướm ga, cảm biến áp suất giảm chấn, kiểm soát momen xoắn…
- Trong hệ thống hổ trợ khởi hành ngang dốc, hệ thống phanh đóng vai trò quan trọng trong việc đảm bảo an toàn và kiểm soát và giữ cho phương tiện không bị tuột dốc.
- Kiểm soát tốc độ xuống dốc: Khi xe đi xuống đường dốc, trọng lực có thể đẩy xe đi nhanh hơn tốc độ an toàn Hệ thống phanh giúp kiểm soát tốc độ của xe bằng cách tạo lực phanh, giảm tốc độ và đảm bảo an toàn cho hành khách và lái xe.
- Kiểm soát tốc độ lên dốc: Khi xe đi lên đường dốc, hệ thống phanh có thể được sử dụng để hạn chế tốc độ và ngăn xe lùi lại Điều này đảm bảo rằng xe không bị lăn ngược trở lại khi đỗ xe ở nơi có địa hình dốc.
- Phân phối lực phanh: Trong hệ thống hỗ trợ khởi hành ngang dốc, hệ thống phanh cũng có thể được thiết kế để phân phối lực phanh tối ưu giữa các bánh xe Điều này giúp duy trì sự cân bằng và độ bám đường tốt, đặc biệt khi phương tiện phải vận chuyển hàng hoặc có tải trọng cao.
- Hỗ trợ phanh: Một số hệ thống khởi hành ngang dốc được cung cấp với các tính năng hỗ trợ phanh bổ sung để tăng khả năng kiểm soát và an toàn Các tính năng này có thể bao gồm hệ thống chống bó cứng phanh (ABS), hệ thống phân phối lực phanh điện tử (EBD), hệ thống kiểm soát ổn định (ESC) và hệ thống hỗ trợ phanh khẩn cấp (EBA).
Hình 2.1 Hệ thống phanh trên ô tô
- Xy lanh chính - Bầu trợ lực
- Má phanh và càng phanh - Van điều áp
- Bình chứa dầu phanh - Xy lanh bánh xe
- Đường dầu - Trống phanh và guốc phanh
Hình 2.2 Hệ thống li hợp trên ô tô
1.Ống dẫn dầu 2.Xy lanh công tác 3.Càng mở.
4.Bi T 5.Đĩa ép 6.Đĩa bị động.
7.Lò xo ép 8.Lò xo hồi vị bi T 9.Họng hút.
10.Bàn đạp 11.Lò xo hồi vị bàn đạp 12.Bộ trợ lực.
Công dụng của bộ ly hợp ô tô:
- Dẫn động cho hộp số bằng cách đóng (hợp) và mở (ly) tùy theo sự điều khiển của người lái Từ đó, momen lực sẽ được nối hoặc ngắt, giúp xe có thể chuyển động tiến, lùi hoặc dừng lại Cụ thể là khi xe đang ở số tiến, ly hợp ô tô được mở ra tại số tương ứng, giúp truyền momen lực từ động cơ tới trục dẫn động của hộp số và làm bánh xe chuyển động Và khi phanh xe hay khi xe về số lùi thì ly hợp đóng lại, động cơ sẽ bị tách ra khỏi hệ thống truyền động. Vào lúc này momen lực sẽ bị ngắt hoặc đổi chiều, giúp xe dừng lại hoặc về số lùi theo điều khiển của người lái.[6]
- Đảm bảo là an toàn cho các chi tiết của hệ thống truyền lực khi gặp quá tải như trong trường hợp phanh đột ngột mà không nhả ly hợp.
- Cho phép người lái thay đổi số trên hộp số mà không gây ra xóc động hoặc tổn hao công suất của động cơ Khi người lái nhả bàn đạp li hợp, ly hợp sẽ được kết nối lại và động cơ sẽ truyền động tới hộp số, giúp xe tiếp tục di chuyển.
2.2.3 Cảm biến vị trí bướm ga (TPS)
Cảm biến vị trí bướm ga (TPS) bố trí trên thân bướm ga và được điều khiển bởi trục bướm ga Cảm biến TPS giúp hệ thống điều khiển động cơ kiểm soát vị trí bướm ga Cảm biến chuyển góc mở bướm ga thành tín hiệu điện áp, ECU dùng tín hiệu này để nhận biết tải động cơ, từ đó hiệu chỉnh lượng nhiên liệu phun, góc đánh lửa sớm, tốc dộ cầm chừng.[1]
Cảm biến bướm ga có các kiểu sau:
Loại cảm biến này thường được sử dụng cho động cơ cũ, thông dụng là kiểu hai tiếp điểm 3 cực.
- IDL : Xác định cầm chừng
- PSW : Xác định tải lớn
Hình 2.3 Hình dạng thực tế cảm biến bướm ga kiểu 2 tiếp điểm 3 cực
Hình 2.4 Đồ thị góc mở bướm ga kiểu 2 tiếp điểm 3 cực
- Tiếp điểm E2 bố trí ở giữa Ở tốc độ cầm chừng tiếp điểm E2 nối tiếp điểm IDL, điện áp tại cực IDL = 0, điện áp tại cực PWS = 5 vôn Tín hiệu IDL còn kết hợp với tín hiệu Ne để cẳ nhiên liệu khi giảm tốc.
- Khi bướm ga mở, trục bướm ga xoay (lớn hơn 8 0 ), tiếp điểm E2 nối tiếp điểm IDL, điện áp tại cực IDL và PSW đều là 5 vôn, đây chính là chế độ tải trung bình.
- Khi bướm ga mở lớn, rãnh cam điều khiển tiếp điểm E2 nối tiếp điểm đầu tải PSW, điện áp tịa cực IDL = 5v và điện áp tại cực PWS = 0 vôn
2.2.3.2 Kiểu tuyến tính có tiếp điểm IDL
Kiểu tuyến tính có tiếp điểm IDL: gồm 4 chân VC, VTA, IDL, E2
Hình 2.5 Cảm biến bướm ga kiểu tuyến tính có tiếp điểm IDL
- Nguồn điệu từ ECU cung cấp cho cảm biến qua 2 cực: 12 vôn cho cực IDL,
5 vôn cho cực VC Hai com trượt chuyển động trên các điện trở như hình trên. Ở vị trí cầm chừng com trượt phía trên nối cực IDL và E2 nên điện áp tại cực IDL = 0 vôn.[4]
Hình 2.6 Đồ thị và nguyên lý hoạt động của cảm biến bướm ga kiểu tiếp điểm IDL
Khi bướm ga mở, hai con trượt xoay theo ngược chiều kim đồng hồ, con trượt ở trên không còn kết nối với cực E2 nên điện áp tại cực IDL = 10 vôn, con trượt phía dưới di chuyển về phía cực VC nên điện áp tại cực VTA tăng dần.[1]
Khi điện áp tại cực IDL = 10 vôn, ECU xác định góc mở bướm ga qua cực VTA. [4] 2.2.3.3 Kiểu tuyến tính không có tiếp điểm IDL
Kiểu tuyến tính không có tiếp điểm IDL: gồm 3 chân VC, VTA, E2 ở kiểu này cực IDL được bỏ đi Ecu xác định các chế độ tải qua cực VTA, ở tốc độ cầm chừng điện áp cực VTA = 0.45-0.65 vôn.
Hình 2.7 Hình dạng và sơ đồ mạch điện cảm biến kiểu tuyến tính 3 cực
KHẢO SÁT THỰC TRẠNG XE CAMRY XLI 1997 VÀ LỰA CHỌN PHƯƠNG ÁN THIẾT KẾ
Thực trạng xe Camry XLI 1997
Mô hình đồ án được thiết kế lắp đặt cho xe Toyota Camry XLI 1997 hiện có tại xưởng động cơ của trường Toyota Camry XLI 1997 là một mẫu xe ô tô thuộc phân khúc sedan hạng trung được sản xuất bởi hãng xe Toyota Xe được trang bị nhiều hệ thống cảm biến: cảm biến tốc độ xe, cảm biến vị trí bướm ga, cảm biến tốc độ động cơ,…
Xe được sản xuất cách đây 26 năm nên tình trạng xe đã khá cũ Hệ thống dây điện ởkhoang động cơ đã được tháo rời và chiết ra để sử dụng với mục đích giảng dạy và làm đồ án Một số dây của các cảm biến bị cắt hở ra và được nối lại bằng mối hàn Xe không được trang bị với hệ thống phanh chống bó cứng (ABS), không có cảm biến góc nghiêng, không sử dụng giao thức mạng CAN (Controller Area Network) và tiêu chuẩn chẩn đoán sự số OBD II trong hệ thống điện tử ô tô mà thay vào đó xe sử dụng chuẩn OBD I.
- Cảm biến vị trí bướm ga trên xe là kiểu tuyến tính không có tiếp điểm
IDL gồm 3 chân: VTA, E2, VC.
Hình 3.1 Vị trí cảm bướm bướm ga trên xe
- Các chân cảm biến vị trí bướm ga xe đã bị chiết ra để thu thập tín hiệu nên ta có thể thu thập tín hiệu từ chân tín hiệu trên cảm biến.
- Cảm biến tốc độ động cơ trên xe Camry XLI 1997 là loại điện từ gồm 2 chân tín hiệu NE+, NE- Hai chân tín hiệu trên cảm biến này cũng được chiết ra trong quá trình thu thập tín hiệu cho mục đích giảng dạy nên quá trình lấy tín hiệu ta có thể lấy tín hiệu trực tiếp tại vị trí này.
Hình 3.2 Cảm biến tốc độ động cơ xe Camry XLI 1997
- Cảm biến tốc độ xe trên xe camry 1997 là loại cảm biến từ được lắp tại vị trí đầu ra của trục thứ cấp trong hộp số.
Hình 3.3 Vị trí cảm biến tốc độ xe
ECU được đặt ngay bên cạnh quạt lồng sóc hệ thống điều hòa.
Hình 3.4 Vị trí hộp ECU
ECU trên xe camry 1997 gồm 3 bộ giắc cắm Gồm E10, E11, E12 kí hiệu lần lượt là
A, B, C trong đó giắc A gồm 16 chân, giắc B gồm 26 chân và giắc C gồm 22 chân.
Đề xuất phương án và phân tích ưu và nhược điểm của từng phương án 22
Ýtưởng : Hệ thống sử dụng cảm biến đo độ nghiêng để thu thập tín hiệu Khi xe lên dốc cảm biến góc nghiêng nhận biết phương tiện đang ở góc nghiêng bao nhiêu phần trăm Tín hiệu góc nghiêng sẽ được gửi đến ECU ABS ECU ABS tính toán và điều khiển đóng/mở van dẫn hướng trên đường dầu phanh để hãm hoặc nhả phanh,giúp xe không bị tuột dốc Lúc này, người lái có một khoảng thời gian để di chuyển chân từ bàn đạp phanh sang bàn đạp ga để xe có thể lên dốc một cách an toàn và tối ưu nhất. Ưu điểm :
- ECU có thể dễ dàng nhận biết và xử lý thông qua cảm biến góc nghiêng để điều khiển nhả phanh ở từng ngưỡng tốc độ động cơ tương ứng với mỗi giá trị góc nghiêng cụ thể, giúp xe khởi hành mượt mà và tiết kiệm nhiên liệu, hạn chế ảnh hưởng đến tuổi thọ động cơ.
- Cảm biến góc nghiêng có khả năng đo góc nghiêng với độ chính xác cao và gửi tín hiệu đến ECU nhanh chóng.
- Đảm bảo ổn định và an toàn trong quá trình khởi hành ngang dốc.
- Không khả thi vì chỉ thực hiện được với những xe được trang bị với hệ thống phanh chống bó cứng ABS.
- Kinh phí trang bị cảm biến góc nghiêng cho xe là khá đắt đỏ.
3.2.2 Sử dụng motor bước – Vít me bi- Arduino Ý tưởng : Khi người lái cần sự hỗ trợ từ hệ thống lái, người lái chỉ cần gạt ON công tắc nguồn để kích hoạt hệ thống Arduino sẽ gửi tín hiệu điều khiển motor bước quay để trục vít ép bàn đạp phanh và li hợp để hỗ trợ ngưới lái, người lái có thể bỏ chân ra khỏi bàn đạp phanh và ly hợp Khi người lái cần lên dốc thì chỉ cần đạp vào bàn đạp ga. Tín hiệu VTA sẽ gửi đến Arduino, Arduino sẽ điều khiển motor bước tại bàn đạp li hợp quay ngược lại cho trục vít nhả bàn đạp li hợp ra Cùng thời điểm li hợp từ từ nhả ra, Arduino sẽ thu nhập tín hiệu tín hiệu từ tốc độ động cơ, khi tốc độ vòng tua động cơ lớn hơn một ngưỡng lập trình (sao cho momen xoắn của động cơ đủ để vượt qua dốc) Arduino sẽ điều khiển giữ nguyên mức ly hợp hiện tại gửi tín hiệu nhả hết hành trình phanh để xe bắt đầu khởi hành qua dốc Người lái có thể đẩy nhanh quá trình lên dốc bằng cách đạp bàn đạp ga khi hệ thống đã nhả hết phanh. Ưu điểm :
- Dễ dàng thiết kế, lắp đặt mà không cản trở không gian lái, không ảnh hưởng đến sự vận hành bình thường của toàn bộ hệ thống.
- Có thể lắp đặt trên bất cứ xe nào từ cao cấp cho đến những xe phổ thông hoặc cả trên những xe cũ có tuổi thọ đã cao, không yêu cầu xe có được trang bị hệ thống phanh chống bó cứng hay không.
- Không yêu cầu xe phải có cảm biến góc nghiêng.
- Motor bước dễ dàng kiểm soát và điều chỉnh, độ chính xác cao.
- Motor bước có thể gây ra rung động và tiếng ồn trong quá trình hoạt động.
- Dòng tải của một motor bước khá cao, gây tổn hao năng lượng.
Lựa chọn và triển khai phương án thiết kế
Nguyên tắc của việc khởi hành ngang dốc đối với xe số sàn là người lái sẽ đạp phanh và côn cho xe dừng lại trên dốc Khi người có muốn lên dốc thì người lái cần nhả chân côn từ từ, khi nhận thấy tốc độ động cơ trên ngưỡng cho phép và cảm thấy xe đủ độ rướn thì thả hoàn toàn chân phanh cho xe lên dốc Sau khi xe đã có khả năng lên được dốc từ từ thì người lái có thể đạp ga để đẩy nhanh quá trình lên dốc của xe.
Dựa vào nguyên tắc trên và sau khi phân tích ưu, nhược điểm của từng phương án, kết hợp cân nhắc các điều kiện hiện có trên xe và khả năng thực hiện của nhóm nên nhóm chúng em chọn phương án sử dụng motor bước và vít me bi kết hợp vớiArduino để điều khiển.
KẾ CƠ CẤU CHẤP HÀNH VÀ GIẢI THUẬT ĐIỀU KHIỂN
Đo đạc và tính toán
4.1.1 Đo đạc Để chọn được trục vít me bi có các thông số phù hợp và động cơ bước có momen xoắn đủ để ép quay trục vít ép bàn đạp phanh và bàn đạp ly hợp thì đầu tiên ta cần phải xác định được các thông số đầu vào Đó chính là lực tác dụng cực đại để ép bàn đạp phanh và ly hợp dịch chuyển đến cuối hành trình.
Ta có thể đo lực cực đại tác dụng vào từng bàn đạp bằng cách dùng một lực kế ép vào bàn đạp và đọc giá trị hiển thị trên lực kế Tuy nhiên, hiện tại trường chưa trang bị dụng cụ này và điều kiện kinh tế hạn hẹp của nhóm không đáp ứng để mua dụng cụ này
Vì lý do trên, nhóm chúng em đã chọn phương án sử dụng lò xo để gián tiếp đo lực tác dụng lên bàn đạp phanh và ly hợp Nguyên lý của phép đo như sau: Đầu tiên, ta xác định độ biến dạng cụ thể của lò xo, sau đó tìm độ cứng K, từ hai dữ kiện này ta suy ra được lực F theo công thức của định luật Hooke:
Với F là lực tác dụng vào lò xo (N)
K là độ cứng của lò xo (N/m)
| | = | − 0 : độ biến dạng( độ dãn hay nén) của lò xò(m)
Hình 4.1 Lò xo có chiều dài 20cm
4.1.1.1 Đo độ biến dạng của lò xo
Các bước tiến hành đó đạc như sau:
-Chọn một lò xo nén có bước xoắn đều, có chiều dài vừa phải (20cm) và có độ cứng K vừa phải (chưa xác định).
-Đặt lò xo lần lượt vào vị trí chân bàn đạp của li hợp và phanh Để cố định cho lò xo không bị uốn cong, nhóm em sử dụng 1 ống nhựa dài 10 cm để giữ lò xo tương đối thẳng trong quá trình ép Sau đó, sẽ dùng lực cánh tay ép lò xo lần vào bàn đạp phanh và li hợp cho đến khi 2 bàn đạp dịch chuyển đến cuối hành trình rồi dùng thước cuộn để tiến hành đo độ biến dạng của lò xo và ghi chú lại kết quả đo.
Hình 4.2 Đo lực tác dụng cực đại lên bàn đạp li hợp
Hình 4.3 Đo lực tác dụng cực đại lên bàn đạp phanh
- Sau khi đo được hành trình bàn đạp phanh và li hợp Nhóm đã thu được độ biến dạng khi dùng lò xo ép bàn đạp đến cuối hành trình lần lượt là 4cm cho bàn đạp phanh và 4cm cho bàn đạp ly hợp đều là 4cm.
4.1.1.2 Đo độ cứng K của lò xo Đề xuất phương án xác định độ cứng của lò xo:
- Dùng máy đo độ cứng chuyên dùng để trực tiếp xác định độ cứng K của lò xo.
+Ưu điểm: thực hiện nhanh chóng, độ chính xác cực kỳ cao
+ Nhược điểm: chi phí để trang bị thiết bị đo này vô cùng đắt đỏ, dao động từ 60 đến 100 triệu đồng hoặc một triệu đồng cho một lần thuê sử dụng thiết bị đo.
- Dùng máy đo lực F có tại xưởng khung gầm:
+Ưu điểm: Có thể suy ra độ cứng của lò xo từ giá trị hiển thị trên lực kế và hành trình dịch chuyển của thiết bị ép dựa trên định luật Hooke.
+Nhược điểm: thiết bị chỉ đo chỉ thực hiện được đối với những lò xo có độ dài bé hơn hoặc bằng 7cm Bề ngoài của thiết bị đo đã có dấu hiệu gỉ sét do không được bảo quản ở môi trường có nhiệt độ thích hợp và không được sự dụng trong một khoảng thời gian dài Các nguyên nhân nêu trên có thể dẫn đến những sai số đáng kể khi thực hiện phép đo.
- Dùng máy khoan bàn để ép lò xo vào bề mặt của cân điện tử, đọc giá trị hiển thị trên cân điện tử và hành trình ép của máy khoan, từ đó suy ra giá trị độ cứng của lò xo theo định luật Hooke.
+Ưu điểm: dễ dàng thực hiện, không tốn kém chi phí, kết quả phép đo có độ chính xác tương đối cao.
+ Nhược điểm: phép đo có sai số nhưng vẫn nằm trong khoảng chấp nhận được.
Lựa chọn phương án tối ưu nhất:
- Sau khi cân nhắc ưu và nhược điểm của từng phương án, nhóm chúng em quyết định triển khai theo phương án dùng máy khoan bàn để ép lò xo vào mặt cân điện tử.
Hình 4.4 Cân điện tử để xác định lực ép lò xo
Các bước thực hiện phép đo:
- Đầu tiên, nhóm chế tạo chi tiết gá bằng một ống nhựa tròn có đường kính nhỏ hơn đường kính của lò xo trụ và được dán vào một mặt phẳng bằng nhựa. Chi tiết này có tác dụng giữ cho lò xo chỉ dịch chuyển theo một phương thẳng đứng mà không bị uốn cong trong suốt quá trình ép.
Hình 4.5 Chi tiết gá lò xo
- Tiếp theo, ta tiến hành bố trí các dụng cụ đo như hình bên dưới.
Hình 4.6 Bố trí dụng cụ đo
-Sau khi bố trí các dụng cụ xong, ta tiến hành thực hiện phép đo Ta bắt đầu ép hành trình lò xo 1cm và sau mỗi lần ép ta ghi lại giá trị hiển thị trên cân điện tử và tăng hành trình ép lên 1cm nữa Cứ thực hiện lần lượt như thế cho đến 10cm.Nhóm sẽ tiếp tụp thực hiện thêm 2 lần đo nữa để thu được kết quả đo có sai số nhỏ nhất Với phép đo này nhóm đã thực hiện tổng cộng 30 lần đo.
Hình 4.7 Hành trình dịch chuyển máy khoan
Bảng 4.1 Khối lượng sau mỗi lần ép
Sai số tuyệt đối ứng với mỗi lần đo
Sai số tuyệt đối trung bình ̅
Sai số tuyệt đối phép đo
Bảng 4.2 Giá trị sai số ̅ ̅
Sai số của kết quả đó cao nhất là 4.7609%
