Trang 1 TRƯỜNG ĐẠI HỌC CÔNG NGHIỆP HÀ NỘI KHOA CÔNG NGHỆ Ô TÔ --- BÀI TẬP LỚN VI ĐIỀU KHIỂN VÀ ỨNG DỤNG TRÊN ÔTÔ ĐỀ TÀI: ỨNG DỤNG VI ĐIỀU KHIỂN ATMEGA328P TRONG MÔ PHỎNG HỆ THỐNG TÚI KHÍ
TỔ NG QUAN Ứ NG D ỤNG VI ĐỀ U KHI Ể N TRONG H Ệ
Lý do ch ọn đề tài
Cùng với sự tiến bộ của khoa học kỹ thuật, ngành công nghiệp ô tô đã thiết kế rất nhiều hệ thống như ABS (Anti-lock Braking System), (cân bằng điện tử ESC (Electronic Stability Program) , hỗ trợ phanh khân cấp BA (Brake Assist) đềtăng tính năng an toàn cho xe Nhưng khi đã xảy ra tai nạn, các hệ thống trên sẽ không còn tối ưu đề bảo vệ an toàn cho người trên ô tô Nhiều giải pháp đã được đưa ra, trong số đó thành công nhất là hệ thống túi khí an toàn Hệ thống này ngày cảng được thiết kế nhỏ gọn độ chính xác cao, an toàn và hiệu quả vì vậy đã nâng cao được tính năng an toàn, giảm thiểu thiệt hại về người trong các vụ va chạm giao thông Với mục đính củng cố và mở rộng kiến thức chuyên môn chúng em đã làm đề tài nghiên “HỆ THỐNG TÚI KHÍ TRÊN Ô
TÔ (AIRBAG)” Với sựhướng dẫn của thầy Lê Đức Hiếu.
Ki ế n th ứ c, k ỹ năng
Tài liệu kiến thức chuyên ngành về hệ thống túi khí (Giáo trình hệ thống điện điện tử trên ô tô hiện đại-PGS.TS ĐỗVănDũng)
Kiến thức linh kiện điện tử, vi điều khiển atmega 328, arduino (giáo trình linh kiện điện tử, tài liệu web vi điều khiển, arduino)
Kĩnăng lập trình cơ bản (hiểu biết ngôn ngữ c++)
Kĩnăng sử dụng phần mềm mô phỏng proteus
Kĩnăng phân tích kết quả mô phỏng
M ục tiêu đề tài
Tìm hiểu về vi điều khiển
Nắm được các định nghĩa cơ bản, phân loại (tên, công dụng, yêu cầu) từng loại họ vi điều khiển
Tìm hiểu các ứng dụng của vi điều khiển trong lĩnh vực ngành công nghiệp ô tô Ứng dụng của vi điều khiển trên ô tô nói chung và trong điều khiển hệ thống túi khí nói riêng
Nêu được ứng dụng cụ thể của vi điều khiển cũng như mạch điều khiển hệ thống kích nổ bộ thổi khí đối với ngành công nghiệp ô tô hiện nay
Xây dựng được thuật toán, chương trình điều khiển cơ bản
Phân tích được đặc điểm cấu tạo, chức năng và nguyên lý làm việc của từng bộ phận
Kết quả đạt được dự kiến bao gồm: báo cáo bài tập lớn + mô phỏng.
KẾ T QU Ả NGHIÊN C Ứ U
Nhiệm vụ của túi khí
Công dụng của túi khí như là một hệ thống kèm giữ bổ sung (SRS) kết quả là làm giảm những chấn thương do mảnh kính vỡ, do lực va đập với các bộ phận bên trong xe và giảm các chấn thương vùng đầu, cổ và bả vai
Túi khí SRS được trang bịđể bảo vệ bổ sung cho người lái và hành khách khi họđã được bảo vệ bằng đai an toàn Đối với những va đập nghiêm trọng ở phía trước và sườn xe, túi khí SRS cùng với đai an toàn sẽngăn ngừa hoặc giảm thiểu chấn thương.
Các túi khí được phân loại dựa trên kiểu hệ thống kích nổ bộ thổi khí, số lượng túi khí và số lượng cảm biến túi khí a Hệ thống kích nổ bộ thổi khí:
- Loại cơ khí hoàn toàn (loại M) b Số lượng túi khí:
- Hai túi khí: cho lái xe và hành khách trước (chỉ loại E) c Số lượng cảm biến túi khí: (chỉ loại E) - Một cảm biến: Cảm biến túi khí
- Ba cảm biến: Cảm biến túi khí trung tâm và hai cảm biến trước
- Cảm biến túi khí trung tâm
Hình 1: Sơ đồ hệ thống túi khí loại M
Hình 2: Sơ đồ hệ thống túi khí loại E
- Nguyên lý hoạt động của túi khí về cơ bản khá đơn giản: Bộ điều khiển điện tử sẽ nhận tín hiệu từ các cảm biến đểxác định gia tốc giảm dần của xe Khi bộ điều khiển nhận được tín hiệu gia tốc giảm dần đủ lớn (bị va chạm) sẽ cung cấp dòng điện kích nổ túi khí tương ứng Tốc độ nổ túi khí là rất nhanh (khoảng từ 10 đến 40 phần nghìn giây) nên sẽ tạo ra một túi đệm khí tránh cho phần đầu và ngực cửa hành khách va đập trực tiếp vào các phần cứng của xe Sau khi đã đỡ được hành khách khỏi va chạm, túi khí sẽ tự động xả hơi nhanh chóng để không làm kẹt hành khách trong xe
Sự kích nổ túi khí phụ thuộc vào 2 yếu tố cơ bản sau:
- Lực va đập của xe (gây nên gia tốc giảm dần của xe)
- Vùng và hướng va đập (điểm và hướng va chạm xuất phát đầu tiên)
- Khi va chạm, cảm biến túi khí xác định mức độ va chạm và khi mức độ này vượt quá giá trịqui định của cụm cảm biến túi khí trung tâm, thì ngòi nổ nằm trong bộ thổi túi khí sẽ bịđánh lửa
- Ngòi nổ đốt chất mồi lửa và hạt tạo khí và tạo ra một lượng khí lớn trong thời gian ngắn Khí này bơm căng túi khí để giảm tác động lên người trên xe đồng thời ngay lập tức thoát ra ở các lỗ xả phía sau túi khí Điều này làm giảm lực tác động lên túi khí và cũng đảm bảo cho người lái có một không gian cần thiết để quan sát
- Hệ thống túi khí SRS phía trước được thiết kế để kích hoạt ngay nhằm đáp ứng với những va đập nghiêm trọng phía trước trong khu vực mầu đỏ giới hạn bởi các mũi tên như trong hình vẽ
Hình 3: Cung tác dụng phía trước của hệ thống SRS
- Túi khí SRS phía trước sẽ nổ nếu mức độ va đập phía trước vượt quá giới hạn thiết kế Tương đương với vận tốc va đập khoảng 20 - 25 km/h khi va đập trực diện vào vật thể cố định không biến dạng
- Nếu mức độva đập thấp hơn giới hạn thiết kếthì các túi khí SRS phía trước có thể không nổ
- Tuy nhiên, tốc độ ngưỡng này sẽ cao hơn đáng kể nếu xe đâm vào vật thể như xe đang đỗ, cột mốc tức là những vật thể có thể dịch chuyển hoặc biến dạng khi va đập hoặc khi xe va đập vào những vật thể nằm dưới mũi xe và sàn xe hoặc khi xe đâm vào gầm xe tải
- Túi khí SRS phía trước sẽ không nổ, nếu xe va đập ở bên sườn hoặc phía sau, hoặc xe bị lật, hoặc va đập phía trước với tốc độ thấp Trường hợp (1) hình 1.4
- Túi khí SRS phía trước có thể nổ nếu xảy ra va đập nghiêm trọng ở phía gầm dưới xe như được chỉ ra trên hình vẽ Trường hợp (2) hình 1.4
Hình 4: Sự hoạt động của hệ thống SRS khi va chạm
(1): Túi khí SRS phía trước sẽ không nổ; (2): Túi khí SRS phía trước có thể nổ
Các túi khí SRS và túi khí bên phía trên được thiết kếđể hoạt động khi phần khoang xe bịđâm từbên sườn xe hoặc tai sau của xe Khi xe bịva đập trực diện hoặc chéo vào thành bên như được chỉ ra ở hình vẽ bên trái nhưng không thuộc khu vực khoang hành khách, thì túi khí bên và túi khí bên phía trên có thể không nổ Túi khí bên và túi khí bên phía trên sẽ không nổ, khi va đập từphía trước hoặc phía sau, hoặc bị lật, hoặc va đập bên với tốc độ thấp
2.1.1 Cấu trúc và linh kiện
Một vài thông số của KIT Arduino UNO R3
Vi điều khiển ATmega328 họ 8bit Điện áp hoạt động 5V DC (chỉđược cấp qua cổng
Tần số hoạt động 16 MHz
Dòng tiêu thụ Khoảng 30mA Điện áp vào khuyên dùng 7-12V DC Điện áp vào giới hạn 6-20V DC
Số chân Digital I/O 14 (6 chân hardware PWM)
Số chân Analog 6 (độ phân giải 10bit)
Dòng tối đa trên mỗi chân I/O 30 mA
Dòng ra tối đa (5V) 500 mA
Dòng ra tối đa (3.3V) 50 mA
Bộ nhớ flash 32 KB (ATmega328) với
Arduino UNO có thể sử dụng 3 vi điều khiển họ 8bit AVR là ATmega8,
ATmega168, ATmega328 Bộ não này có thể xử lí những tác vụ đơn giản như điều khiển đèn LED nhấp nháy, xử lí tín hiệu cho xe điều khiển từ xa, làm một trạm đo nhiệt độ - độẩm và hiển thị lên màn hình LCD, … hay những ứng dụng khác
Thiết kế tiêu chuẩn của Arduino UNO sử dụng vi điều khiển ATmega328 với giá khoảng 90.000đ Tuy nhiên nếu yêu cầu phần cứng của bạn không cao hoặc túi tiền không cho phép, bạn có thể sử dụng các loại vi điều khiển khác có chức năngtươngđươngnhưng rẻ hơn như ATmega8 (bộ nhớ flash 8KB) với giá khoảng 45.000đ hoặc ATmega168 (bộ nhớ flash 16KB) với giá khoảng 65.000đ
Ngoài việc dùng cho board Arduino UNO, bạn có thể sử dụng những IC điều khiển này cho các mạch tự chế
Hình 7: Các chân năng lượng
Arduino UNO có thể được cấp nguồn 5V thông qua cổng USB hoặc cấp nguồn ngoài với điện áp khuyên dùng là 7-12V DC và giới hạn là 6-20V
Thường thì cấp nguồn bằng pin vuông 9V là hợp lí nhất nếu bạn không có sẵn nguồn từ cổng USB Nếu cấp nguồn vượt quá ngưỡng giới hạn trên, bạn sẽ làm hỏng Arduino UNO
GND (Ground): cực âm của nguồn điện cấp cho Arduino UNO Khi bạn dùng các thiết bị sử dụng những nguồn điện riêng biệt thì những chân này phải được nối với nhau
5V: cấp điện áp 5V đầu ra Dòng tối đa cho phép ở chân này là 500mA
3.3V: cấp điện áp 3.3V đầu ra Dòng tối đa cho phép ở chân này là 50mA
Vin (Voltage Input): để cấp nguồn ngoài cho Arduino UNO, bạn nối cực dương của nguồn với chân này và cực âm của nguồn với chân GND
QUY TRÌNH THIẾ T K Ế MÔ PH Ỏ NG M ẠCH SƠ ĐỒ H Ệ
Hình 42: Mạch proteus mô phỏng hệ thống túi khí
#define indt 7 int pos = 0; int aa = 0; int a = 0;
Serial.begin(9600); lcd.init(); lcd.backlight(); pinMode(indt, INPUT);
Serial.println("Start"); lcd.setCursor(6, 0); lcd.print("SRS"); pinMode(13, OUTPUT);
{ lcd.setCursor(2, 1); lcd.print("binh thuong "); digitalWrite(13, LOW);
{ lcd.setCursor(2, 1); lcd.print("va cham nhe "); digitalWrite(13, LOW);
Kết quả và thử nghiệm
Qua thử nghiệm trên mô hình, trong đề tài này nhóm thực hiện với vốn hiểu biết đã được học đã thực hiện việc cung cấp cái nhìn cơ bản nhất vềứng dụng vi điều khiển ứng dụng trong hệ thống túi khí Hệ thống hoạt động tốt trong các điều kiện khác nhau, khi hệ thống không hoạt động cần kiểm tra nguồn vào Nguyên lí làm việc của hệ thống túi khí trên xe đúng với thử nghiệm mô phỏng trên cơ sở lí thuyết đã đưa ra
Hệ thống đem lại an toàn cho người sử dụng xe trong các trường hợp khẩn cấp, đem lại sự tiện nghi hiện đại của xe Thời gian túi khí nổ diễn ra rất nhanh chóng cho người dùng chỉ khoảng từ 10 đến 40 phần nghìn giây nên sẽ tạo ra một túi đệm khí tránh cho phần đầu và ngực cửa hành khách va đập trực tiếp vào các phần cứng của xe …
Với ưuđiểm này, khiến hệ thống này đem lại sự tiện lợi và ưu việt cho người sử dụng Hệ thống túi khí trên ô tô đã trở tiêu chuẩn bắt buộc phải có trong tất cả các dòng xe mới, chính thức được thương mại hóa trên thịtrường xe hơi từ năm 1998 Đây một trong những đặc điểm nổi bật của hệ thống túi khí Nó bảo vệ bạn một cách chủ động khi có va chạm, nhỏ gọn, hiệu quả cao nên đã trở thành hệ thống an toàn cơ bản, bắt buộc phải có trên xe hơi Với ưuđiểm này, khiến mô hình này đem lại sự tiện lợi và ưu việt cho người sử dụng
Các cảm biến đươc đặt ở vị trí quan trọng truyền tín hiệu chuẩn tới trung tâm xử lý để kích hoạt hệ thống chính xác Đây một trong những đặc điểm nổi bật của hệ thống túi khí
Hệ thống cơ điện tử trên ô tô là một trong những hệ thống rất quan trọng của một chiếc xe Hệ thống điện chỉ chiếm khoảng 20% nhưng được ví như “hệ thần kinh” của cả chiếc xe, đảm bảo khả năng hoạt động và điều khiển đến 80% các hệ thống khác trên xe Để việc đọc hiểu được các sơ đồ mạch điện cũng như nguyên lí làm việc hay cấu tạo các thiết bị điện trên ô tô một cách nhanh chóng và hiệu quả chúng ta cần sự trợ giúp của máy tính thông qua các phần mềm chuyên nghiệp
Phần mềm Arduino và Proteus là một trong những phần mềm đáp ứng yêu cầu đó không chỉ có vậy hai phần mềm Arduino và Proteus còn cho phép chúng ta chọn lựa, thay đổi, can thiệp sâu hơn vào hệ thống điện để phù hợp hơn khi ra thực tế, đem lại hiệu quả nhanh chóng và chính xác
Mục tiêu đề tài cũng nhằm tìm hiểu làm quen đọc hiểu sơ đồ mạch về nguyên lí làm việc, cấu tạo của hệ thống túi khí an toàn trên ô tô Áp dụng ứng dụng phần mềm công nghệ cao vào trong việc kiểm tra thông qua việc mô phỏng
Tiết kiệm được quỹ thời gian vì việc ứng dụng phần mềm mang tính chính xác và chuẩn hoá cao hơn mà cũng không kém phần trực quan Từ đó có thể phát hiện các sai hỏng về hệ thống điện
Do điều kiện thời gian có hạn, trình độ, kinh nghiệm còn hạn chế nên chất lượng bài tập lớn còn nhiều thiếu sót Rất mong được sự đóng góp ý kiếm của các thầy(cô) để bài tập lớn của nhóm em hoàn thiện hơn.
Em xin chân thành cảm ơn!