Luận văn thạc sĩ Kỹ thuật Ô tô, máy kéo: Thiết kế chế tạo hộp đen Ô tô

Đây chính là thiết bị khởi tổ của loại thiết bị theo dõi hành trình có kết cấu như một chiếc đồng hồ “Autorex –Uhr” được lắp trên các xe ô tô sau này.. QuyTheo định EEC 561/2006 có hiệu

DẪN NHẬP

Đặt vấn đề

Ngày nay, chúng ta đang tiến bước vào thế kỷ mới, thế kỷ của nền kinh tế tri thức Với tốc độ phát triển nhanh chóng của khoa học kỹ thuật, nhiều sản phNm công nghệ cao được tích hợp với mật độ ngày càng nhỏ và tinh vi đã ra đời Ngành công nghệ ôtô cũng không đứng ngoài sự phát triển đó Ô tô trở thành phương tiện giao thông chính và phổ biến nhất Hầu hết ôtô ngày nay đều trang bị các hệ thống điện - điện tử hiện đại và khá phức tạp với sự có mặt của các bộ vi xử lý để điều khiển quá trình hoạt động của hệ thống như hệ thống phun xăng, hệ thống phanh chống hãm cứng, hệ thống kiểm soát khí thải, hệ thống an toàn lái xe vào ban đêm, hệ thống cảnh báo khoảng cách Giá thành của các hệ thống điện và điện tử đã chiếm 30 – 40% giá thành của xe

Ngoài ra, do ngành công nghệ ô tô Việt Nam ngày càng phát triển nên có nhiều xe lưu thông trên đường làm số tai nạn giao thông ngày càng cao là điều không thể tránh khỏi nhất là vào các dịp tết, lễ hội, … Nguyên nhân chủ yếu là do tài xế chạy quá tốc độ, vượt Nu, quay vòng không đúng với luật định, … Hơn nữa, cảnh thường gặp tại khu vực xung quanh các bến xe là tình trạng xe khách dừng đỗ, đón trả khách tùy tiện trên đường gây nguy hiểm cho chính hành khách cũng như người tham gia giao thông là nguyên nhân trực tiếp dẫn đến các vụ ùn tắc giao thông, nhất là vào giờ cao điểm

Trong thực tế, việc lưu thông trên đường ngày càng nhiều tai nạn là không thể tránh khỏi Hơn nữa, khi có tai nạn xãy ra thì các cơ quan điều tra các vụ tai nạn cũng không có đủ thông tin xác nhận hiện trường tai nạn lỗi do người lái hay do trục trặc kỹ thuật N goài ra, các nhà quản lý muốn quản lý đội xe của mình tốt hơn

Thấy được vấn đề này kèm với sự hướng dẫn của thầy PGS-TS Đỗ Văn Dũng và

TS Phan Trung Hiếu, tác giả quyết định chọn đề tài “Thi ế t k ế , ch ế t ạ o h ộ p đ en cho ô tô”

“Thiết kế, chế tạo hộp đen cho ô tô”

Trong phạm vi thời gian thực hiện đề tài tương đối ngắn cũng như những kinh nghiệm về lập trình vi điều khiển nên đề tài chỉ giới hạn trong nhiệm vụ ghi lại ba thông số sau:

- Số lần đạp phanh trong hộp đen

Thực hiện đề tài “ Thi ế t k ế , ch ế t ạ o h ộ p đ en cho ô tô” nhằm các mục đích chính sau:

- Giúp công tác nghiên cứu điều tra xe bị tai nạn dễ dàng

- Giúp các công ty vận tải quản lý và điều hành tốt hơn

- Công tác kiểm tra tốc độ xe và lái xe của người tài xế đúng với luật định

- Giảm thiểu số lần vi phạm hoặc giảm tai nạn giao thông

- Đề tài được nghiên cứu dựa trên các loại thiết bị ghi thông tin trên xe

- Nghiên cứu lý thuyết về vi điều khiển, mạch điều khiển và viết chương trình giao diện vẽ đồ thị bằng phần mềm Visual C++

1.5 Phương pháp và phương tiện nghiên cứu:

− Tham khảo tài liệu: đọc nhiều tài liệu của các tác giả khác nhau, các tài liệu trên mạng, tạp chí điện tử, sách báo, … Ngoài ra, để thực hiện có hiệu quả, tác giả còn trao đổi với bạn bè, học tập kinh nghiệm ở thầy cô và những người đi trước

− Thực nghiệm: thiết kế bo mạch, viết chương trình đọc dữ liệu và ghi dữ liệu từ các tín hiệu, thực nghiệm kiểm tra, so sánh kết quả kiểm tra với thiết bị khác và hoàn tất chương trình điều khiển

GVHD: PGS-TS Đỗ Văn Dũng HVTH: Huỳnh Trung Đức

− Phương tiện sử dụng để thu thập tài liệu: mạng Internet, máy tính PC, …

− Phương tiện phục vụ thí nghiệm: máy tính PC, mạch nạp vi điều khiển, máy đo xung, thẻ nhớ SD/MMC và một số linh kiện khác

1.6 Kế hoạch nghiên cứu: Đề tài được thực hiện theo trình tự thời gian như sau:

Chọn đề tài, chính xác hóa đề tài

Thu thập tài liệu, xác định nhiệm vụ, đối tượng nghiên cứu, xác định mục tiêu thực hiện, phân tích tài liệu liên hệ

− Lập đề cương chi tiết

− Triển khai, thực hiện đề tài

Thiết kế, chế tạo hộp đen

Thử nghiệm, kiểm tra trên xe cụ thể

So sánh kết quả và hoàn thiện đề tài

Chương 2: Tổng quan vấn đề nghiên cứu

Chương 3: Thiết kế chế tạo hộp đen

Chương 4: Thử nghiệm hộp đen ô tô

Chương 5: Kết luận và đề nghị

Mục đích nghiên cứu

Thực hiện đề tài “ Thi ế t k ế , ch ế t ạ o h ộ p đ en cho ô tô” nhằm các mục đích chính sau:

- Giúp công tác nghiên cứu điều tra xe bị tai nạn dễ dàng

- Giúp các công ty vận tải quản lý và điều hành tốt hơn

- Công tác kiểm tra tốc độ xe và lái xe của người tài xế đúng với luật định

- Giảm thiểu số lần vi phạm hoặc giảm tai nạn giao thông.

Đối tượng nghiên cứu

- Đề tài được nghiên cứu dựa trên các loại thiết bị ghi thông tin trên xe

- Nghiên cứu lý thuyết về vi điều khiển, mạch điều khiển và viết chương trình giao diện vẽ đồ thị bằng phần mềm Visual C++

1.5 Phương pháp và phương tiện nghiên cứu:

− Tham khảo tài liệu: đọc nhiều tài liệu của các tác giả khác nhau, các tài liệu trên mạng, tạp chí điện tử, sách báo, … Ngoài ra, để thực hiện có hiệu quả, tác giả còn trao đổi với bạn bè, học tập kinh nghiệm ở thầy cô và những người đi trước

− Thực nghiệm: thiết kế bo mạch, viết chương trình đọc dữ liệu và ghi dữ liệu từ các tín hiệu, thực nghiệm kiểm tra, so sánh kết quả kiểm tra với thiết bị khác và hoàn tất chương trình điều khiển

− Phương tiện sử dụng để thu thập tài liệu: mạng Internet, máy tính PC, …

− Phương tiện phục vụ thí nghiệm: máy tính PC, mạch nạp vi điều khiển, máy đo xung, thẻ nhớ SD/MMC và một số linh kiện khác

1.6 Kế hoạch nghiên cứu: Đề tài được thực hiện theo trình tự thời gian như sau:

Chọn đề tài, chính xác hóa đề tài

Thu thập tài liệu, xác định nhiệm vụ, đối tượng nghiên cứu, xác định mục tiêu thực hiện, phân tích tài liệu liên hệ

− Lập đề cương chi tiết

− Triển khai, thực hiện đề tài

Thiết kế, chế tạo hộp đen

Thử nghiệm, kiểm tra trên xe cụ thể

So sánh kết quả và hoàn thiện đề tài

Bố cục luận văn

TỔNG QUAN VẤN ĐỀ NGHIÊN CỨU

Tình hình nghiên cứu ngoài nước

Thiết bị giám sát đầu tiên được biết tới đã được trang bị và sử dụng trên các phương tiện giao thông đường sắt vào năm 1835 Ý tưởng thiết kế và chế tạo thiết bị này được nghĩ ra bởi Max.

Maria von Weber Đến năm 1902, một kỹ sư người Đức là Otto Schulze đã đăng ký bằng sáng chế cho loại thiết bị ghi tốc độ dựa trên hiệu ứng của dòng điện Phu-cô

Loại thiết bị này được sử dụng trên các xe của hãng ô tô E Seignol ở

Từ chiếc đồng hồ "Autorex –Uhr" mang tính cách mạng của kỹ sư Paul Riegger vào những năm 1920, thiết bị giám sát hành trình đã phát triển vượt bậc Thiết bị Kienzle, tiền thân của đồng hồ Autorex, đã ghi lại hành trình xe dưới dạng đồ thị quãng đường - thời gian Năm 1952, Luật An toàn giao thông Đức bắt buộc xe tải trên 7,5 tấn phải lắp đặt "Thiết bị giám sát" Ngày nay, quy định này mở rộng cho xe tải trên 3,5 tấn và xe khách trên 9 chỗ ngồi kinh doanh vận tải.

Từ năm 1985, theo Quy định EEC 3821/85 thì việc trang bị thiết bị giám sát đã trở thành yêu cầu bắt buộc đối với tất cả các nước thành viên thuộc Liên hiệp châu Âu (EU)

Tuy nhiên, cũng theo quy định trên, một số loại xe dưới đây không bắt buộc phải trang bị thiết bị giám sát:

- Xe chở khách theo tuyến có chiều dài tuyến không lớn hơn 50 km;

- Xe có vận tốc lớn nhất không lớn hơn 40 km/h;

- Xe vận chuyển vì mục đích nhân đạo, xe cứu thương, xe cứu hộ, xe cứu hỏa;

- Xe phục vụ mục đích an ninh, quốc phòng;

- Xe chạy thử phục vụ nghiên cứu, phát triển mẫu xe mới

Thiết bị giám sát có 2 loại chính là thiết bị giám sát cơ khí và thiết bị giám sát điện tử a Thiết bị giám sát cơ khí:

Thiết bị giám sát cơ khí có kết cấu giống như một chiếc đồng hồ Bộ phận chính của loại thiết bị này gồm một tấm giấy hình tròn (đĩa giấy) có thể quay theo trục đồng hồ thời gian, một đầu ghi có khả năng dịch chuyển trong phạm vi đĩa giấy; Độ dịch chuyển của đầu ghi tùy thuộc vào tốc độ chạy xe Khi đĩa giấy quay hết một vòng thì tương đương với một khoảng thời gian là 24 giờ Việc kiểm chuNn và niêm phong đối với thiết bị này được thực hiện 2 năm một lần Ngoài ra, khi có sự thay đổi về cỡ lốp hoặc tiến hành sửa chữa các bộ phận khác có liên quan tới thông số đầu vào của thiết bị thì đều phải kiểm chuNn lại

Hình 2.1 Thiết bị giám sát bằng cơ khí

Nhược điểm cơ bản của loại thiết bị này dễ bị làm sai lệch các thông tin hiển thị so với thực tế Một số cách thức làm sai lệch kết quả ghi hay được lái xe áp dụng như: làm cong thanh gắn đầu ghi hoặc đặt một vật mềm cản trở khả năng dịch chuyển của đầu ghi nhằm giảm bớt tốc độ ghi trên giấy; làm sai lệch điện áp cấp cho đồng hồ để thay đổi về thời gian; tráo đổi đĩa giấy khác… Ngoài ra, việc lưu trữ, tra cứu dữ liệu chạy xe khi cần thiết cũng rất khó khăn và tốn nhiều thời gian

“Thiết kế, chế tạo hộp đen cho ô tô” b Thiết bị giám sát điện tử:

Ngày nay, trên hầu hết các xe lưu hành ở châu Âu đều lắp thiết bị giám sát điện tử Với loại thiết bị này, về cơ bản đã loại trừ được các nhược điểm nêu ở trên của loại thiết bị giám sát cơ khí

Theo định EEC 561/2006 có hiệu lực thi hành từ ngày 1-5-2006 thì tất cả các xe thuộc đối tượng phải trang bị thiết bị giám sát, khi đăng ký lưu hành mới đều phải lắp loại thiết bị giám sát điện tử; Loại thiết bị này phải có khả năng lưu trữ được thông tin của tối thiểu 365 ngày và cho phép kết xuất dữ liệu theo yêu cầu quản lý Các thông tin chính được lưu trữ trong thiết bị giám sát gồm: Ngày sản xuất của thiết bị và của đầu cảm biến tốc độ; Số khung/số nhận dạng (VIN) của xe ô tô; Các bộ phận an toàn; Các sự cố đặc biệt như: quá số vòng quay, các lần làm sửa đổi số liệu; Thống kê các lỗi trong thiết bị hoặc trong thẻ truy cập cấp cho lái xe;

Nhận dạng người lái và việc vận hành xe của người lái (thời gian lái, nghỉ, dừng…);

Tốc độ chạy xe; Quãng đường chạy xe; Thông tin về cơ sở sửa chữa và các lần hiệu chỉnh thiết bị; Thông tin về các lần bị kiểm tra, kết xuất dữ liệu Một số yêu cầu chính về kỹ thuật đối với thiết bị giám sát như:

- Có thể chỉnh đặt được giờ theo giờ gốc quốc tế; chỉnh

- Việc tự lại thời gian chỉ cho phép tối đa là 1 phút/mỗi tuần Trường hợp cần điều chỉnh lớn hơn mức trên thì phải đưa tới cơ sở hiệu chỉnh được cơ quan có thNm quyền đánh giá công nhận;

Hình 2.2 Thiết bị giám sát điện tử

Hãng General Motors đã dùng thiết bị ghi dữ liệu (gọi là EDR) vào những năm 1990 Đặc trưng của việc ghi dữ liệu này là định vị vị trí hành khách trên xe giống như hộp đen của máy bay Thiết bị EDR ghi thông tin về hệ thống túi khí và dữ liệu khác có liên quan đến tai nạn xe Thông tin được ghi có thể thay đổi, nhưng thông thường thì ghi lại tốc độ xe trước khi xảy ra tai nạn, ghi lại quá trình phanh và vị trí bướm ga

Từ năm 1998, tập đoàn General Motor cùng với tập đoàn Vetronix và cơ quan an toàn giao thông quốc tế (NHTSA) đã đồng ý phối hợp thành lập bộ phận tìm lại dữ liệu Gần đây, Vetronix đã đưa ra hệ thống tìm lại dữ liệu đụng xe (CDR) và đang làm giấy chứng nhận sử dụng

“Thiết kế, chế tạo hộp đen cho ô tô” Ở thời điểm này, khoảng 95% xe GM dùng hệ thống tìm lại dữ liệu Mặc dù dữ liệu này có thể không có giá trị trên tất cả các xe, nhưng hầu hết chúng có ích như một bộ phận chứng cứ để đánh giá trong việc tìm lại tình hình xảy ra tai nạn

Hình 2.3 Sơ đồ hệ thống tìm lại dữ liệu đụng xe CDR của Vetronix

Hiện nay, các loại hộp đen được chế tạo ngày càng nhiều nhằm phục vụ tốt cho việc quản lý, điều hành của các nước và được bán ra thị trường thế giới Các tính năng kinh tế kỹ thuật rất tốt phù hợp với mục đích, yêu cầu và luật định Các nước đã sản xuất như: Thái Lan, Trung Quốc, Nhật, Mỹ, Úc, … Các hộp đen của họ sản xuất ra với mục đích chính là góp phần làm giảm thiểu số lần tai nạn, góp phần thúc đNy nền kinh tế của đất nước họ phát triển

Chẳng hạn cách hành xử hộp đen của hãng GM: dữ liệu sẽ được ghi trong khoảng 20 giây khi có tai nạn xảy ra (thường 10 giây trước khi đụng và 10 giây sau khi đụng) Ngoài ra, hộp đen còn ghi lại sự thay đổi vận tốc xe như khi xe giảm tốc đột ngột mà không bị đụng thì được ghi lại hoặc sẽ được xóa trong bộ nhớ sau khi khởi động lại 250 lần (khoảng 60 ngày chạy thông thường) Dữ liệu sẽ được ghi lại như sau:

− Tốc độ xe (5 giây trước khi đụng)

− Tình trạng phanh (5 giây trước khi đụng)

− Trạng thái công tắc dây đai của tài xế (mở/tắt)

− Tình trạng túi khí của khách (làm việc/không làm việc)

− Thời gian từ xe đụng đến khi túi khí làm việc

− Tốc độ động cơ (5 giây trước khi đụng)

− Vị trí bướm ga (5 giây trước khi đụng)

− Trạng thái đèn báo SIR (mở/tắt)

− Thời gian từ xe đụng đến thời gian thay đổi vận tốc lớn nhất

− Đếm chu trình đánh lửa vào lúc điều tra

Sau đây là mô hình sử dụng hộp đen ô tô ở nước Anh sẽ áp dụng vào năm

Hình 2.4 Hộp đen ôtô ở Anh sẽ áp dụng vào năm 2013

Tình hình nghiên cứu trong nước

Hộp đen thực chất là bộ phận cảm ứng, là thiết bị ghi lại các thông số kỹ thuật trong quá trình hoạt động của phương tiện giao thông Chẳng hạn, đối với máy bay hộp đen có thể giúp trung tâm điều khiển biết được độ cao bay, tốc độ, toạ độ và vật cản Đối với phương tiện ô tô, hộp đen ghi lại tốc độ, thời gian, số lần mở cửa, số lần dừng và tình trạng hành khách trên xe Với tác dụng đó hộp đen đã được các nước phát triển đưa vào sử dụng, quản lý các phương tiện giao thông rất hữu hiệu

Thông qua hộp đen chủ doanh nghiệp, các nhà chức trách không cần cử người đi cùng nhưng vẫn biết được việc chấp hành các quy định của lái xe Đặc biệt khi có sự cố tai nạn bất thường người ta có thể mở hộp đen để biết nguyên nhân xảy ra, phục vụ rất tốt cho công tác điều tra Thực tiễn còn khẳng định, hộp đen còn góp phần tăng cường công tác giám sát hoạt động của lái xe, của phương tiện giao thông giúp Luật giao thông đường bộ thực hiện nghiêm túc hơn, hạn chế tai nạn đáng tiếc xảy ra Vì thế không ít tổ chức cá nhân coi đó là một trong những công cụ cực kỳ quan trọng và không thể thiếu được trong quản lý các phương tiện giao thông hàng không, đường bộ và đường thuỷ Đến thời điểm này rất nhiều nước trên thế giới đã

“Thiết kế, chế tạo hộp đen cho ô tô” đưa vào luật, quy định các phương tiện giao thông khi đưa vào hoạt động bắt buộc phải gắn "hộp đen" Nếu phương tiện nào chưa gắn "hộp đen" chưa cho lưu hành.

Tại Việt Nam hiện nay, việc sản xuất “hộp đen” phục vụ cho ngành công nghệ ô tô với mục đích kiểm soát an toàn giao thông là một vấn đề mới nên chưa có đơn vị, công ty nào sản xuất mà chỉ có một ít đơn vị nhập linh kiện, thiết bị từ nước ngoài về lắp cho vài đơn vị kinh doanh vận tải để họ quản lý và điều hành đội xe của họ

Cho đến thời điểm hiện tại, cả nước có khoảng 10 nhà cung cấp thiết bị hộp đen Tuy nhiên, các nhà sản xuất vẫn phải nhập linh kiện từ nước ngoài và tự viết phần mềm sử dụng thiết bị theo điều kiện giao thông của Việt Nam

Mặt khác, các thiết bị hộp đen trên thị trường chưa được kiểm định bởi một tổ chức, đơn vị nào Hầu như các nhà sản xuất tự đưa ra thông số kỹ thuật như thiết bị đảm bảo không ảnh hưởng đến nguồn điện của xe, tự động hoạt động được khi máy xe đã tắt, thích ứng trong điều kiện môi trường nóng Nm của Việt Nam, truyền tin

15 giây với giá thành 300 – 400 USD/hộp đen/xe

Tuy nhiên, theo một số chủ doanh nghiệp vận tải thì có nhiều công ty đến

"chào giá" hộp đen với giá rất mềm, chỉ khoảng 3 đến 5 triệu đồng/chiếc Từ đó cho thấy, chất lượng của các hộp đen sẽ rất khác nhau, cũng giống như mũ bảo hiểm, nếu không quản lý được thì người dân sẽ chỉ thực hiện để đối phó

Chẳn hạn như hộp đen của công ty Vecom

Hình 2.5: Hộp đen thông minh quản lý ô tô – XBX-A

Thiết bị này có những tính năng cực mạnh giúp hỗ trợ chủ phương tiện quản lý xe của mình mọi lúc mọi nơi Không chỉ giúp thông báo vị trí xe, thiết bị còn cho phép chủ phương tiện kiểm soát số km đi trong ngày của xe, thời gian đến và đi cũng như thông báo khi xe chạy quá tốc độ cho phép Hiện nay, thiết bị này được nhiều công ty như công ty taxi Mailinh, tập đoàn đa quốc gia Unilever và các cá nhân lựa chọn và sử dụng

Smart Black Box là thiết bị ghi dữ liệu về tình trạng của ô tô phục vụ điều tra tai nạn như hộp đen của máy bay Thiết bị được lắp sau kính chắn gió phía trên đầu người lái, có tính năng của GPS, lưu trữ tốc độ, âm thanh, hình ảnh, quãng đường và đo lực va chạm Smart Black Box lưu dữ liệu 15 giây trước và 5 giây sau tai nạn theo chu kỳ Sau 15 giây, dữ liệu cũ sẽ tự xóa và chu kỳ ghi nhớ mới được khởi động.

“Thiết kế, chế tạo hộp đen cho ô tô” xảy ra tai nạn, một cảm biến va chạm sẽ chuyển chế độ ghi/xóa theo chu kỳ này sang chế độ lưu trữ liên tục, kéo dài thêm 5 giây nữa Theo KCI Communications

(USA), mọi thông tin được lưu trữ trong một thẻ nhớ dạng SD Một bộ phận quan trọng khác trong Smart Black Box là hệ thống GPS Chính thiết bị này giúp các điều tra viên có cái nhìn rõ về diễn biến của vụ tai nạn, nếu xảy ra, gồm các thông tin: vị trí, thời gian Ngoài ra trong Smart Black Box còn có các bộ phận như ghi âm, ghi hình (camera), cảm biến va chạm, cảm biến tốc độ Đặc điểm như sau:

Hình 2.6: Thiết bị Smart Black Box

− Camera màu với độ phân giải cao (640x480)

− Mẫu mã đẹp, nhỏ gọn, chắc chắn

− Hỗ trợ nhiều phụ kiện lắp đặt

− Hệ thống ghi tín hiệu video an toàn, 30FPS

− Tích hợp cảm biến va chạm 3 chiều của hãng Axis

− Lưu hình ảnh 15 giây trước khi có tai nạn một cách chính xác

− Hỗ trợ software để có thể truy xuất dữ liệu từ xe như: thời gian, tốc độ, hướng chạy, toạ độ GPS

− Tín hiệu hình ảnh dễ dàng chuyển sang định dạng AVI để có thể xem trên các thiết bị nghe nhìn thông dụng (Mobile)

− Khi không cần ghi tín hiệu video nhưng các thông số như: va chạm, tốc độ, vị trí sẽ được lưu lại trong suốt quãng đường đã đi

− Hỗ trợ phần mềm có tích hợp bản đồ vệ tinh của Google để theo dõi được lộ trình của xe

− Có thể in ra được các thông số về tai nạn

− Hướng dẫn cài đặt bằng nhiều thứ tiếng: Anh, Pháp, Tây Ban Nha, Bồ Đào

− Kèm theo thẻ nhớ SD 2GB, hỗ trợ mở rộng card lên đến 16GB

Hệ thống quản lý phương tiện giao thông ứng dụng công nghệ GPS – GSM của công ty điện tử Bình Anh như sau:

Hệ thống gồm 2 phần chính

Hình 2.7: Tổng quan hệ thống

Hộp đen đa năng: là một thiết bị điện tử chuyên biệt (gọi là hộp đen đa năng) được lắp đặt trên các xe cần giám sát Thiết bị này sẽ thu thập thông tin về tọa độ của xe qua hệ thống định vị vệ tinh GPS, thu thập nhiều thông tin trạng thái khác của xe như: vận tốc, quãng đường, nhiệt độ, tình trạng đóng/mở cửa, tắt bật điều hòa, tắt bật động cơ, tình trạng nhiêu liệu,… qua các cảm biến được lắp trên xe

Các thông tin này sau đó được hộp đen đa năng truyền lên mạng Internet thông qua mạng viễn thông di động GSM bằng dịch vụ GPRS

Hình 2.8: Các thông tin trạng thái của xe

Ngoài các chức năng chính trên, hộp đen đa năng còn có các chức năng mở rộng khác:

- Chức năng phát ra âm thanh chào mừng hành khách khi lên và xuống xe trên xe taxi; phát các bài hát, các lời giới thiệu về địa danh, vùng miền mà xe đang đi qua trên xe khách đường dài, xe du lịch (thay hướng dẫn viên du lịch); hoặc phát âm thanh về điểm dừng đỗ cho hành khách xe buýt

- Chức năng cảnh báo tại chỗ cho lái xe khi xe đi quá tốc độ cho phép, mức nhiên liệu thấp, hoặc cửa mở khi chạy, …

- Có khả năng kết nối với camera trên xe để truyền hành ảnh của xe về trung tâm

- Nút phát tín hiệu khNn cấp cho lái xe khi xảy ra sự cố

Do ngành công nghệ ô tô Việt Nam ngày càng phát triển nên có nhiều xe lưu thông trên đường làm số tai nạn giao thông ngày càng cao là điều không thể tránh khỏi nhất là vào các dịp tết, lễ hội, … Nguyên nhân chủ yếu là do tài xế chạy quá tốc độ, vượt Nu, quay vòng không đúng với luật định, … Hơn nữa, cảnh thường gặp tại khu vực xung quanh các bến xe là tình trạng xe khách dừng đỗ, đón trả khách tùy tiện trên đường gây nguy hiểm cho chính hành khách cũng như người tham gia giao thông là nguyên nhân trực tiếp dẫn đến các vụ ùn tắc giao thông, nhất là vào giờ cao điểm Có thể thấy rõ nhất của tình trạng trên tại các tuyến đường xung quanh bến xe Miền Tây, bến xe chợ Lớn và bến xe Miền Đông

Trước thực trạng trên, Luật Giao thông đường bộ mới đã có quy định phương tiện kinh doanh vận tải phải gắn thiết bị giám sát hành trình (thường gọi “hộp đen”) trên xe khách theo quy định Mục đích trước hết của hộp đen là thiết bị giúp tài xế lái xe an toàn, giúp định vị vị trí xe đang ở đâu, trên tuyến đường nào, điều kiện kỹ thuật của xe có đảm bảo không, xe chở bao nhiêu khách, … Đồng thời cảnh báo cho tài xế nếu xe chạy quá tốc độ, tình trạng kỹ thuật của xe đảm bảo, …

Tính cấp thiết, tính mới và khả năng áp dụng thực tế của đề tài

Hiện nay, hoạt động vận tải hành khách trên toàn quốc có sự tham gia của 1.036 doanh nghiệp, trong đó có khoảng 800 doanh nghiệp là thành viên của Hiệp hội Vận tải Hành khách Các doanh nghiệp này sở hữu và vận hành khoảng 32.000 phương tiện các loại, phục vụ nhu cầu đi lại của người dân trên khắp các tuyến đường Bắc - Nam.

Trong khi đó, mỗi năm cả nước xảy ra khoảng 15.000 vụ tai nạn giao thông làm khoảng 11.000 người chết, thiệt hại về tài sản ước tính khoảng gần 900 triệu

USD Trong số đó, tai nạn giao thông do xe khách chiếm tỷ lệ rất lớn, gây thiệt hại nghiêm trọng về người và tài sản

Việc lắp đặt thiết bị hộp đen trên các phương tiện vận tải hành khách là vô cùng thiết yếu Thiết bị này giúp chủ doanh nghiệp quản lý hoạt động của xe, phát hiện các hành vi nguy hiểm như đón trả khách sai tuyến, phóng nhanh vượt ẩu, không đóng cửa khi xe chạy, Đặc biệt đối với xe buýt, hộp đen góp phần nâng cao hiệu quả quản lý nhờ khả năng theo dõi lộ trình, tốc độ và hành vi lái xe Bên cạnh đó, hộp đen còn đóng vai trò là bằng chứng trong quá trình điều tra tai nạn, khi cần thiết sẽ giúp xác định chính xác nguyên nhân và ngăn ngừa những vụ tai nạn đáng tiếc.

Tác giả nghiên cứu đề tài luận văn có những điểm mới so với các thiết bị ghi dữ liệu của các công ty trong và ngoài nước như:

- Chế độ ghi dữ liệu liên tục và thời gian lấy mẫu nhanh (100ms) làm tăng độ chính xác của thiết bị

- Thiết bị làm việc ổn định và phù hợp với điều kiện giao thông, điều kiện khí hậu nóng Nm ở Việt Nam

- Giá thành rẻ hơn so với các doanh nghiệp trong và ngoài nước

- Có thể ứng dụng rộng rãi cho các doanh nghiệp vừa và nhỏ

“Thiết kế, chế tạo hộp đen cho ô tô” Đây là một đề tài nghiên cứu có khả năng áp dụng cho nhu cầu thực tiễn xã hội, nhằm khắc phục tình trạng giảm thiểu số lần tai nạn giao thông Đây là điều được nhiều người mong đợi Đồng thời, tạo tiền đề cơ sở cho nghiên cứu phát triển hoàn thiện thêm các chức năng cho hộp đen để góp phần thúc đNy nền kinh tế nước nhà phát triển

THIẾT KẾ CHẾ TẠO HỘP ĐEN

Thiết kế khối điều khiển

Do mạch thiết kế có đoạn chương trình xử lý với thuật toán khác nhau, hao tốn nhiều bộ nhớ khi hiển thị… do đó các yêu cầu điều khiển đặt ra là:

Tùy thuộc vào tín hiệu đầu vào, mạch tự động thiết lập các thông số ban đầu, tiếp nhận tín hiệu, chuyển đổi tín hiệu tương tự sang tín hiệu số (ADC), lưu trữ dữ liệu, so sánh dữ liệu, tạo tín hiệu xung và hiển thị kết quả trên máy tính xách tay PC hoặc ghi vào thẻ nhớ.

- Nguồn 5V cấp cho vi mạch phải ổn định và chống nhiễu tốt, có chức năng bảo vệ khi quá áp hoặc các xung điện cảm ứng

- Sử dụng AVR vì nó có giao thức nạp nối tiếp Người lập trình có thể thử nghiệm nạp trực tiếp nhiều lần trên bo mạch mà không cần tháo lắp vi điều khiển sang mạch khác để nạp chương trình

3.1.2.1 Giới thiệu tổng quát về họ vi điều khiển AVR

3.1.2.1.1 Đặc điểm họ vi điều khiển AVR

AVR là tên của một loạt các bộ vi điều khiển do công ty Atmel sản xuất, có kiến trúc RISC (Reduced Instruction Set Computer) là một kiến trúc phổ biến trong của các bộ xử lý hiện đại với những đặc tính sau:

1 Kiến trúc RISC với hầu hết các lệnh có chiều dài cố định, truy nhập bộ nhớ nạp, lưu trữ và 32 thanh ghi đa năng

2 Kiến trúc bộ nhớ kiểu đường ống cho phép làm tăng tốc độ xử lý lệnh

3 Có chứa bộ phận ngoại vi ngay trên chip bao gồm các cổng I/O số, các bộ biến đổi ADC, bộ nhớ EEFROM, bộ định thời UART, bộ định thời RTC, bộ điều chế độ rộng xung PWM,.v.v Đặc điểm này được xem là nổi bật so với nhiều vi điều khiển khác vì trong khi các bộ vi xử lý khác phải tự tạo ra bộ

“Thiết kế, chế tạo hộp đen cho ô tô” truyền nhận UART hoặc giao diện SPI bằng phần mềm thì trên vi điều khiển AVR đã được tích hợp sẵn:

− Có 48 đường dẫn I/O lập trình được

− Bộ truyền nhận UART lập trình được

− Một giao diện SPI đồng bộ

− Một bộ timer/Counter 16 bit với chức năng so sánh và bắt mẫu

− Gồm bốn lối ra điều biến độ rộng xung PWM

− Một đồng hồ thời gian thực (RTC-Timer)

− Một bộ biến đổi ADC 10 bit có đến 8 kênh lối vào

− Một bộ phát hiện trạng thái sụt điện áp nguồn nuôi

− Một bộ so sánh Analog

− Một bộ định thời Watchdog

4 Hầu hết các lệnh chỉ trừ lệnh nhảy và nạp/lưu trữ đều được thực hiện trong một chu kì xung nhịp

5 Hoạt động với tốc độ đồng hồ đến 20 MHz So với các họ vi điều khiển khác thì vi điều khiển họ ATMEL có tần số xung nhịp cho phép tương đối cao, cụ thể là từ 0 đến 20MHz tùy theo từng loại cụ thể Xung nhịp do bộ dao động tạo ra cũng chính là xung nhịp của hệ thống, không phải qua bộ chia tần như trong trường hợp các vi điều khiển ra đời trước đó, nên kéo theo tốc độ xử lý lệnh cao

6 Khả năng thực hiện lệnh trong một chu kì xung nhịp AVR có khả năng đạt đến tốc độ xử lý 20 MPIS (triệu lệnh trong một giây) Các vi điều khiển SX cũng có tần số xung nhịp cao hơn ở các vi điều khiển AVR nhưng lại có dòng tiêu thụ tương đối lớn, ngoài ra lại không có các bộ phận ngoại vi trên chíp rất tiện dụng cho người dùng như vi điều khiển AVR Chính các bộ phận ngoại vi tích hợp đã góp phần làm tăng tốc độ xử lý lệnh tính chung cho cả hệ thống

Hình 3.1 So sánh thời gian thực thi lệnh giữa các bộ vi xử lý

7 Bộ nhớ chương trình và dữ liệu được tích hợp ngay trên chíp AVR có tới 3 công nghệ bộ nhớ khác nhau:

Bộ nhớ EPROM xóa được kiểu Flash (luôn luôn lập trình mới được) dùng cho mã chương trình mà người dùng có thể lập trình được

Bộ nhớ EPROM hay PROM xóa được bằng điện, nhưng nội dung bộ nhớ vẫn giữ nguyên sau khi tắt điện áp nguồn Chương trình người dùng có thể được lập trình trong thời gian thực, khi hệ thống đang hoạt động

Bộ nhớ RAM tĩnh (SRAM) dùng cho các biến, nội dung của bộ nhớ sẽ mất đi khi tắt điện áp nguồn Ngoài ra, vi điều khiển AVR có tới 32 thanh ghi làm việc đa năng, tất cả đều được nối trực tiếp với khối ALU (đơn vị logic số học) và được trao đổi trực tiếp trên vùng địa chỉ bộ nhớ, cụ thể là 32 ô đầu tiên của bộ nhớ (0x00 đến 0xFF) tương ứng với thanh ghi làm việc đa năng R0-R31

8 Khả năng lập trình được trong hệ thống Do cách thiết kế và công nghệ bộ nhớ được sử dụng mà các vi điều khiển có thể được lập trình ngay khi đang còn cấp nguồn trên bản mạch Không cần phải nhấc vi điều khiển ra ngoài bản mạch như nhiều họ vi điều khiển khác Các cổng giao tiếp RS-232 và SPI cho phép thao tác dễ dàng thực hiện trên hệ thống

9 Có tốc độ xử lý lớn hơn 12 lần so với các vi điều khiển CISC thông thường

10 Hỗ trợ cho việc lập trình bằng ngôn ngữ bậc cao, chẳng hạn như ngôn ngữ C

11 Tất cả các vi điều khiển đang lưu hành trên thị trường đều được chế tạo bằng công nghệ CMOS 0.6 μm

12 Điện áp làm việc cho phép từ 2.7V đến 6V

13 Một kiến trúc đơn giản và hợp lý sẽ giúp người dùng tìm hiểu dễ dàng trong thời gian ngắn

14 Tập lệnh AVR có tới 113 lệnh cho phép lập trình một cách dễ dàng và đơn giản bằng hợp ngữ, nhưng cấu trúc của bộ xử lý Atmel còn cho phép lập trình bằng ngôn ngữ C

3.1.2.1.2 Cấu trúc phần cứng của họ vi điều khiển AVR a Tổng quan về kiến trúc:

Các thanh ghi đa năng truy cập nhanh gồm 32 thanh ghi 8 bit được truy cập trong một chu kì xung nhịp Điều này có nghĩa là trong 1 chu kì xung nhịp ALU thực hiện được một phép toán: hai toán hạng được xuất từ các thanh ghi đa năng, phép toán được thực hiện và kết quả được lưu trở lại vào tập các thanh ghi 6 trong số 32 thanh ghi này có thể dùng làm con trỏ địa chỉ gián tiếp 16 bit để định địa chỉ không gian dữ liệu và cho phép tính địa chỉ hiệu dụng Một trong 3 con trỏ địa chỉ cũng được dùng làm con trỏ địa chỉ cho chức năng tìm kiếm bảng hằng số Các thanh ghi có chức năng bổ xung này là các thanh ghi 16 bit X, Y, Z

ALU: Hỗ trợ các chức năng số học và chức năng logic giữa các thanh ghi Các phép toán trong thanh ghi cũng được thực hiện trong ALU

Hình 3.2: Kiến trúc của bộ xử lý AVR

Ngoài chế độ định địa chỉ gián tiếp thanh ghi, chế độ định địa chỉ bộ nhớ thông thường vẫn có thể áp dụng trong tập thanh ghi đa năng do các thanh ghi này được gán 32 địa chỉ thấp nhất trong 0x10000 địa chỉ của không gian dữ liệu.

$00 đếm $1F nên chúng được truy cập những vị trí thông thường

Không gian bộ nhớ vào ra chứa 64 bit địa chỉ cho các chức năng ngoại vi của CPU như các thanh ghi điều khiển, bộ Timer/Counter, bộ ADC và chức năng I/O khác Bộ nhớ I/O có thể truy cập trực tiếp hoặc như các vị trí trong không gian dữ liệu ngay sau các vị trí của tập các thanh ghi đa năng từ địa chỉ $20 đến $5F

AVR sử dụng kiến trúc Harvard, tách biệt bộ nhớ và bus cho chương trình và dữ liệu Bộ nhớ chương trình thực hiện với đường ống hai tầng: lệnh đang thực thi và lệnh tiếp theo được nạp vào đồng thời, cho phép thực thi lệnh trong mỗi chu kỳ xung nhịp Bộ nhớ chương trình này là bộ nhớ Flash có thể lập trình được.

Hình 3.3: Sơ đồ tổ chức bộ nhớ

Hầu hết các lệnh gọi AVR có dạng từ đơn 16 bit Mỗi địa chỉ của bộ nhớ chương trình chứa một lệnh 16 hoặc 32 bit

Chức năng của hộp

Thiết bị ghi dữ liệu được sử dụng với nhiều mục đích như:

• Giúp chạy xe an toàn trên đường

• Xây dựng lại tai nạn

• Giúp nhà quản lý, nhà chức trách quản lý tốt đội xe

• Đảm bảo ghi, thu dữ liệu có giá trị trong việc điều tra tai nạn và phân tích độ an toàn của thiết bị

• Giúp hiểu đúng những tình huống xảy ra tai nạn khi không có đầu mối hay chứng cứ

Thiết kế mạch điều khiển

Thi công một hệ thống điều khiển là một quá trình gồm 2 giai đoạn: tính toán chế tạo phần cứng và thực hiện phần mềm Hai giai đoạn này thực hiện thống nhất chặt chẽ với nhau, phần mềm được lập trình phù hợp theo thiết kế phần cứng hoặc thay đổi cấu trúc phần cứng trong phạm vi chức năng của phần mềm

Hình 3.13: Sơ đồ khối của mạch điều khiển

- Các tín hi ệ u : được nối với các port của vi điều khiển với mạch bảo vệ có tác dụng truyền dữ liệu đến vi xử lý

Khối xử lý có chức năng nhận tín hiệu từ các cảm biến hoặc dữ liệu dạng byte sau khi chuyển đổi ADC để điều khiển ghi dữ liệu vào thẻ nhớ SD hoặc MMC.

- Kh ố i hi ể n th ị : có thể hiển thị trực tiếp lên máy tính PC hoặc từ thẻ nhớ với máy tính PC

PB6/XTAL1/TOSC1 PB7/XTAL2/TOSC2

PB0/ICP PB1/OC1A PB2/SS/OC1B PB3/MOSI/OC2 PB4/MISO PB5/SCK

PC0/ADC0 PC1/ADC1 PC2/ADC2 PC3/ADC3 PC4/ADC4/SDA PC5/ADC5/SCL

PD0/RXD PD1/TXD PD2/INT0 PD3/INT1 PD4/XCK/T0 PD5/T1 PD6/AIN0

Hình 3.14a: Sơ đồ thiết kế hộp đen ô tô.

Hình 3.14b: Sơ đồ thiết kế hộp đen ô tô

Hình 3.15: Sơ đồ bố trí linh kiện

Hình 3.16: Sơ đồ mạch in lớp dưới

“Thiết kế, chế tạo hộp đen cho ô tô” ơ đồ mạch in lớp trên Hình 3.17: S

Hình 3.18: Sơ đồ cấu tạo vi mạch hộp đen

3 Các chân nhận tín hiệu

4 Cổng COM giao tiếp máy tính

- Mạch cấp nguồn: dùng LM2576 để tạo ra nguồn ổn áp 3.3V nuôi cho mạch, có công suất lớn hơn (có thể kéo được dòng 7A) các loại IC nguồn khác như 7833,

7805, L1117… Vì nó là nguồn switching power nên không tải nhiệt Một ưu điểm khác của bộ nguồn là tự động ngắt khi quá dòng (bảo vệ được mạch)

Hình 3.19: Sơ đồ mạch điện nguồn của hộp đen

Diode D2 (1N4148) làm nhiệm vụ chống ngược cực, bảo vệ mạch khi mắc sai cực Cuộn L1 lọc nguồn là phẳng dòng

- Dùng PCF8583 để chạy realtime, có thể chạy mức áp từ 3V – 5V

+ Có Ram 240*8 bit để lưu trữ

+ Có thể lưu trữ tới phần trăm giây

+ Có thể cài đặt báo giờ

Hình3.20: Sơ đồ mạch điện realtime

- Mạch giao tiếp RS232: Dùng Max3232 để có thể chạy từ 3V – 5V, Max3232 có thể truyền tới 1Mbit Đồng thời Max3232 giúp chuyển tín hiệu từ vi xử lý lên máy tính để hiển thị Nguyên lý là chuyển mức áp thấp của vi xử lý lên mức áp cao của máy tính để nhận ra mức 0,1

Hình 3.21: Sơ đồ mạch điện giao tiếp RS232

Sơ đồ giao tiếp có thể giao tiếp được cho cả thẻ nhớ SD và MMC

Hình 3.22: Sơ đồ mạch điện giao tiếp thẻ nhớ

ChuNn giao tiếp của thẻ nhớ là SPI

+ Tốc độ SPI khá cao có thể lên tới cả vài Megabit

+ Giao thức SPI là cho và nhận nên rất tin cậy

Hình 3.23: Sơ đồ chuẩn giao tiếp thẻ nhớ

+ Với việc mỗi lần ghi 1 sector 512 byte thì phải ghi 1Mbyte hết 2^11 lần (mà chúng ta chỉ ghi cỡ 16 byte – 32 byte, nên việc ghi dữ liệu vào thẻ nhớ đủ để lưu trữ thông tin liên tục cho xe cả tháng mà không sao)

- Mạch cảm biến gia tốc

Hình 3.24: Sơ đồ mạch điện cảm biến gia tốc.

Cảm biến MMA7361I nổi bật là cảm biến gia tốc 3 trục XYZ, sử dụng giao thức I2C để truyền thông số đo gia tốc đến bộ vi xử lý Đặc điểm này cho phép MMA7361I thu thập dữ liệu về gia tốc theo cả ba hướng, bao gồm trục X, Y và Z, mở rộng khả năng điều khiển và phản hồi chính xác trong các ứng dụng đòi hỏi độ nhạy cao về chuyển động.

- Mạch đọc ADC: Dùng biến trở hạ áp xuống bảo vệ an toàn cho mạch

Hình 3.25: Sơ đồ mạch đọc ADC.

Việc đọc ADC được thực hiện bởi Atmega8 Với đọc 8 bit ADC thì 3.3V được chia cho 256 (2^8) ta được độ phân giải 3.3/256 = 0.013V (13mV)

Dùng 1 ngắt và 1 timer để tính toán tốc độ xe Trong đó timer để tính toán định 1 khoảng thời gian xác định (t) Còn ngắt để xác định có bao nhiêu xung (N) trong thời gian đó

Ta có công thức tính như sau: t = N*T trong đó: + N là số xung trong khoảng thời gian t;

Vậy ta tính được tần số: t

Theo cấu hình phần cứng, phần mềm được lập trình theo mục đích đọc dữ liệu và ghi dữ liệu vào thẻ nhớ Người thực hiện soạn thảo trên phần mềm CodeVision AVR và mạch nạp AVR 910 để biên dịch, chuyển các câu lệnh sang mã HEX nạp cho vi điều khiển

CodeVision AVR cho Atmega8 Hình 3.26: Khởi động chương trình

Lập chương trình cho vi điều khiển xử lý là khâu quyết định thành công của đề tài bởi tính phức tạp của nó Việc lập trình được thực nghiệm nhiều lần và kiểm tra, so sánh với tốc độ thực của động cơ nằm trong khoảng sai số không được vượt quá giới hạn cho phép Trình tự các bước thi công phần mềm cho hộp đen ô tô được thực hiện như sau:

Hình 3.27: Lưu đồ thực hiện lập trình cho hộp đen ô tô

Chương trình xử lý đọc dữ liệu và ghi dữ liệu lên thẻ nhớ cho biết chính xác chế độ làm việc của hộp đen ô tô, thông báo các lỗi cụ thể hoặc nhận biết lỗi khi quan sát trên LED hay hoạt động thực tế của chúng Hầu hết các kết quả ghi dữ liệu đều cho kết quả nằm trong khoảng cho phép với sai số không vượt quá 5% kết quả thực tế chạy được của xe nhưng không quá 1km/h/ngày

THỬ NGHIỆM HỘP ĐEN Ô TÔ

Mục đích thử nghiệm

- Kiểm tra, đánh giá lại thiết bị hộp đen

- So sánh kết quả của thiết bị hộp đen với thiết bị đo chuẩn.

Thiết bị thử nghiệm

- Thiết bị chuẩn: máy chẩn đoán X-431tool, do hãng Launch của Trung Quốc sản xuất

- Thiết bị cần kiểm tra là hộp đen

- Đối tượng thử nghiệm: xe Toyota Innova

- Thiết bị phụ: đồng hồ VOM dùng để đo dòng và áp.

Cách lắp đặt và an toàn sử dụng hộp đen trên xe

- Đấu dây đúng theo sơ đồ chân của hộp đen

- Sử dụng nguồn điện một chiều 12V, tránh đấu sai cực tính và các cực tín hiệu

- Trong quá trình đấu tránh làm chạm chập các dây với nhau

- Do hộp đen là các thiết bị điện tử, thiết bị đọc và ghi dữ liệu nên cần chú ý đến nơi đặt cho tốt nhất không bị rung xóc và ẩm ướt Hơn nữa phải đặt hộp cho cân bằng và cố định để xác định đồ thị gia tốc theo các trục được chính xác hơn

Thử nghiệm kiểm tra hộp đen có thể làm theo hai cách sau:

+ Kết nối hộp đen với xe và xem kết quả vẽ đồ thị trực tiếp trên máy tính Sau đó lưu lại thành file để quản lý

+ Kết nối hộp đen với xe và lưu các dữ liệu vào thẻ nhớ Sau đó dùng máy tính để đọc và vẽ đồ thị từ các dữ liệu thẻ nhớ đã lưu

Thiết bị hộp đen dùng để ghi lại dữ liệu xe gồm các thông số như: thông số gia tốc theo ba trục XYZ, vị trí bướm ga, tốc độ động cơ, tốc độ xe và số lần đạp phanh Sau đây là đặc tính kỹ thuật của hộp đen:

Sản phẩm có kích thước nhỏ gọn (12cmx8cmx3cm)

Nguồn điện sử dụng: 12V DC

Chế độ ghi: ghi liên tục trong quá trình hoạt động

Cảm biến gia tốc: tích hợp cảm biến gia tốc 3-Axis XYZ

Thẻ nhớ: hỗ trợ thẻ nhớ SD hoặc MMC

Công suất tiêu thụ trung bình: 0.5W – 1.0W

Phần mềm dễ sử dụng và rất tiện lợi.

Hình 4.1: Thiết bị hộp đen

3 Kết nối với cổng COM/USB của máy tính

5 Dây tín hiệu tốc độ động cơ

6 Dây tín hiệu tốc độ xe

7 Dây tín hiệu vị trí bướm ga

Thiết bị được lắp đặt cực kỳ đơn giản và nhanh chóng trong 30 phút theo các bước sau:

+ Bước 1: Nối dây thiết bị hộp đen với hộp ECU của xe

- Dây cấp nguồn dương nối với chân BATT của hộp ECU

- Dây cấp nguồn âm nối với chân E1 của hộp ECU

- Dây tín hiệu phanh màu vàng nối với chân STP của hộp ECU

- Dây tín hiệu tốc độ động cơ màu cam nối với chân TACH của hộp ECU

- Dây tín hiệu tốc độ xe màu xanh cây nối với chân SPD của hộp ECU

- Dây tín hiệu vị trí bướm ga màu xám nối với chân VTA1 của hộp ECU

+ Bước 2: Kết nối hộp đen với máy tính thông qua cổng COM

Hình 4.2: Sơ đồ khối kết nối hộp đen

4.6 Giao diện vẽ đồ thị:

Sau khi kết nối thiết bị hộp đen xong ta chạy giao diện vẽ đồ thị như sau:

- Giao diện vẽ đồ thị được mặc định sẽ mở ra đầu tiên khi chương trình chạy Trên cửa sổ này được chia làm bốn đồ thị như hình 4.3

Hình 4.3: Giao diện vẽ đồ thị

Trong giao diện vẽ đồ thị có các nút sau:

- Nút : dùng để save dữ liệu ghi được thành file text

- Nút : dùng để thoát khỏi chương trình

- Nút : khi ta nhấn chuột vào nút này để xem những chú thích về màu nét vẽ của đồ thị như hình 4.4

Hình 4.4: Giao diện vẽ đồ thị khi nhấn nút xem chú thích ễn tả sự thay đổi của các giá trị tương đồ được nh khác nhau

- Công suất tiêu thụ ở chế độ standby: (0.5 ÷ 0.6)W độ operating: khoảng (0.9 ÷ 1.0) W

Với trục x để diễn tả thời gian, trục y để di ứng với các thị

4.7 Tiến hành thử nghiệm trên xe Toyota Innova:

Thử nghiệm được thực hiện tại trường Cao đẳng nghề An Giang Quá trình tiến hành nhiều lần với các chế độ hoạt động vận hà

7.1 Đo công suất tiêu thụ của thiết bị hộp đen ở 2 chế độ standb

- Công suất tiêu thụ ở chế

Hình 4.5: Đồ thị kết quả thử nghiệm ắ í y như rẽ trái, rẽ p hi tăng tốc hay giảm tốc thì trên đồ thị gia tốc trục y sẽ có biến thiên như hình 4.6 ra hoặc có va chạm mạnh làm cho xe lật thì trên đồ thị gia tốc t á được độ mở của bướm ga ứng với số lần đạp ồ thị phanh có thể đánh giá được số lần đạp phanh của người tài xế như hình 4.9 nghĩa đồ thị:

- Dựa vào đồ thị gia tốc ta có thể xác định được trạng thái xe chạ hải thông qua sự biến thiên trên đồ thị gia tốc trục x như hình 4.6

- Khi có tai nạn xảy rục z sẽ biến thiên

- Từ đồ thị bướm ga ta có thể đánh gi ga và nhả ga của tài xế như hình 4.7

Hình 4.6: Đồ thị gia tốc

Hình 4.7: Đồ thị bướm ga

Hình 4.8: Đồ thị tốc độ xe và tốc độ động cơ

Sau đây là dạng file dữ liệu ghi được từ thẻ

Hình 4.10: File dữ liệu thu được từ thẻ nhớ

Muốn biết được ý nghĩa các thông số từ file dữ liệu dạng HEX ta phải giải mã sang dạng thập phân Ý nghĩa các thông số:

- Chữ A: tượng trưng cho thông số gia tốc trục z

- Chữ B: tượng trưng cho thông số gia tốc trục y

- Chữ C: tượng trưng cho thông số gia tốc trục x

- Chữ D: tượng trưng cho thông số vị trí bướm ga

- Chữ E: tượng trưng cho thông số tốc độ động cơ

- Chữ F: tượng trưng cho thông số tốc độ xe

Các bước giải mã như sau:

Từ thông số giải mã ta được số liệu và vẽ lại các đồ thị đặc tuyến gia tốc, đặc tuyến vị trí bướm ga, phanh, tốc độ động cơ và tốc độ xe bằng Excel

Hình 4.14: Đồ thị tốc độ xe

Do thời gian ghi liên tục là quá nhiều thông số nên các đồ thị trên khó có thể đánh giá chính xác được độ sai số Vì vậy, tác giả chỉ xét khoảng thời gian 5 giây ứng với vị trí bướm ga ở mức cao nhất trong đồ thị bướm ga

Bảng 4.1: Số liệu khi chạy ở tốc độ 80 km/h

(km/h) Tốc độ động cơ

(rph) Độ mở bướm ga

-5 -4 -3 -2 -1 thời gian (s) tốc độ xe (km/h) tốc độ động cơ (rph/100) độ mở bướm ga (%) phanh (ON/OFF)

Hình 4.15: Đồ thị xe khi đạp phanh ắ Nhận xột:

Dựa vào đặc tuyến của bướm ga làm chuẩn ta có một số nhận xét như sau:

Khi nhả bàn đạp ga, bướm ga sẽ bắt đầu đóng dần, làm giảm lưu lượng hỗn hợp khí nạp vào động cơ Tuy nhiên, do lực quán tính của xe, tốc độ động cơ và tốc độ xe vẫn tiếp tục tăng trong một khoảng thời gian ngắn, ngay cả khi người lái xe đã nhả chân ga.

- Khi đạp phanh: bướm ga giảm nhanh làm tốc độ động cơ giảm mạnh và tốc độ xe giảm nhẹ

- Tiếp tục giữ bàn đạp phanh: bướm ga giảm ổn định làm tốc độ động cơ giảm theo và tốc độ xe lúc này giảm nhiều

GVHD: PGS-TS Đỗ Văn Dũng HVTH: Huỳnh Trung Đức Để kiểm tra được độ chính xác của các thông số, tác giả so sánh thiết bị đo hộp đen với máy đo thông số X-431 tool

Bảng 4.2: Số liệu tốc độ xe

Tốc độ xe của máy X-431

Tốc độ xe của hộp đen

-5 -4 -3 -2 -1 thời gian (s) tốc độ xe của máy X-431 (km/h) tốc độ xe của hộp đen (km/h)

Bảng 4.3: Số liệu tốc độ động cơ

-5 -4 -3 -2 -1 thời gian (s) tốc độ động cơ của máy X-431 (rph) tốc độ động cơ của hộp đen (rph)

Hình 4.17: Đồ thị tốc độ động cơ

Bảng 4.4: Số liệu độ mở bướm ga

-5 -4 -3 -2 -1 thời gian (s) độ mở bướm ga của máy X-431 (%) độ mở bướm ga của hộp đen (%)

Hình 4.18: Đồ thị độ mở bướm ga

4.7.3 Đánh giá các kết quả thử nghiệm:

Sau khi kiểm tra thử nghiệm trên xe, ta có được dữ liệu đem so sánh với số liệu thực tế chạy của xe ta thấy có sai số Sở dĩ có sai số là do:

- Giữa thiết bị hộp đen với thiết bị đo chuẩn có thời gian ghi dữ liệu là khác nhau nên sẽ có độ sai số Độ sai số trên là nhỏ (không lớn hơn 5%) có thể chấp nhận được

- Do thời gian ghi của thiết bị hộp đen nhanh hơn nên cho hình ảnh đồ thị thực hơn

GVHD: PGS-TS Đỗ V ă n D ũ ng HVTH: Hu ỳ nh Trung Đứ c

CHƯƠNG 5: KẾT LUẬN VÀ ĐỀ NGHN

Trong suốt thời gian thực hiện đề tài, với tinh thần kiên nhẫn, nỗ lực của bản thân và sự hướng dẫn của Thầy hướng dẫn, tác giả đã hoàn thành đề tài “Thi ế t k ế , ch ế t ạ o h ộ p đ en cho ô tô” Đề tài đã giới thiệu tổng quan về tình hình nghiên cứu hộp đen ở trong và ngoài nước, vi điều khiển AVR, ngôn ngữ lập trình C, giao tiếp giữa vi điều khiển với máy tính, thẻ nhớ Từ đó xây dựng lưu đồ thuật toán điều khiển, viết chương trình xử lý, thu thập tín hiệu và chế tạo thành công hộp đen ô tô Ngoài ra, tác giả còn thiết kế ngõ để có thể kết nối với thiết bị GPS và GSM

Sau khi chế tạo, tác giả đã tiến hành thử nghiệm trên xe cụ thể đồng thời cũng được kiểm tra với thiết bị chNn đoán chuyên dùng khác Kết quả thử nghiệm đề tài đã đưa ra một ứng dụng mới - ứng dụng vi điều khiển để nhận tín hiệu và ghi vào thẻ nhớ SD/MMC hoặc giao tiếp trực tiếp với máy tính Hơn nữa, dữ liệu được ghi được truyền trên mạng internet cho một máy tính khác Đây là một đề tài thiết thực có tính thương mại có thể ứng dụng chế tạo phục vụ cho nhu cầu hiện nay cho các doanh nghiệp vận tải, các nhà quản lý, điều hành xe và các nhà chức trách

Với kết quả đạt được như đã nêu trên, việc ứng dụng hộp đen cho nhu cầu hiện nay là điều hoàn toàn thích hợp Nếu được áp dụng "hộp đen" vào thực tế trên quy mô rộng, thì sẽ thuận tiện cho cả cơ quan quản lý và doanh nghiệp vận tải

"Hộp đen" sẽ góp phần giảm bớt tình trạng xe dù, tình trạng phóng nhanh vượt Nu của lái xe và đặc biệt sẽ là biện pháp hữu hiệu ngăn chặn những tai nạn đáng tiếc có thể xảy ra Vì vậy, tác giả có một số đề nghị với cơ quan chức năng như sau:

Kết nối thiết bị

Thiết bị được lắp đặt cực kỳ đơn giản và nhanh chóng trong 30 phút theo các bước sau:

+ Bước 1: Nối dây thiết bị hộp đen với hộp ECU của xe

- Dây cấp nguồn dương nối với chân BATT của hộp ECU

- Dây cấp nguồn âm nối với chân E1 của hộp ECU

- Dây tín hiệu phanh màu vàng nối với chân STP của hộp ECU

- Dây tín hiệu tốc độ động cơ màu cam nối với chân TACH của hộp ECU

- Dây tín hiệu tốc độ xe màu xanh cây nối với chân SPD của hộp ECU

- Dây tín hiệu vị trí bướm ga màu xám nối với chân VTA1 của hộp ECU

+ Bước 2: Kết nối hộp đen với máy tính thông qua cổng COM

Hình 4.2: Sơ đồ khối kết nối hộp đen

Giao diện vẽ đồ thị

Sau khi kết nối thiết bị hộp đen xong ta chạy giao diện vẽ đồ thị như sau:

- Giao diện vẽ đồ thị được mặc định sẽ mở ra đầu tiên khi chương trình chạy Trên cửa sổ này được chia làm bốn đồ thị như hình 4.3

Hình 4.3: Giao diện vẽ đồ thị

Trong giao diện vẽ đồ thị có các nút sau:

- Nút : dùng để save dữ liệu ghi được thành file text

- Nút : dùng để thoát khỏi chương trình

- Nút : khi ta nhấn chuột vào nút này để xem những chú thích về màu nét vẽ của đồ thị như hình 4.4

Hình 4.4: Giao diện vẽ đồ thị khi nhấn nút xem chú thích ễn tả sự thay đổi của các giá trị tương đồ được nh khác nhau

- Công suất tiêu thụ ở chế độ standby: (0.5 ÷ 0.6)W độ operating: khoảng (0.9 ÷ 1.0) W

Với trục x để diễn tả thời gian, trục y để di ứng với các thị.

Tiến hành thử nghiệm trên xe Toyota Innova

Thử nghiệm được thực hiện tại trường Cao đẳng nghề An Giang Quá trình tiến hành nhiều lần với các chế độ hoạt động vận hà

7.1 Đo công suất tiêu thụ của thiết bị hộp đen ở 2 chế độ standb

- Công suất tiêu thụ ở chế

Hình 4.5: Đồ thị kết quả thử nghiệm ắ í y như rẽ trái, rẽ p hi tăng tốc hay giảm tốc thì trên đồ thị gia tốc trục y sẽ có biến thiên như hình 4.6 ra hoặc có va chạm mạnh làm cho xe lật thì trên đồ thị gia tốc t á được độ mở của bướm ga ứng với số lần đạp ồ thị phanh có thể đánh giá được số lần đạp phanh của người tài xế như hình 4.9 nghĩa đồ thị:

- Dựa vào đồ thị gia tốc ta có thể xác định được trạng thái xe chạ hải thông qua sự biến thiên trên đồ thị gia tốc trục x như hình 4.6

- Khi có tai nạn xảy rục z sẽ biến thiên

- Từ đồ thị bướm ga ta có thể đánh gi ga và nhả ga của tài xế như hình 4.7

Hình 4.8: Đồ thị tốc độ xe và tốc độ động cơ

Sau đây là dạng file dữ liệu ghi được từ thẻ

Hình 4.10: File dữ liệu thu được từ thẻ nhớ

Muốn biết được ý nghĩa các thông số từ file dữ liệu dạng HEX ta phải giải mã sang dạng thập phân Ý nghĩa các thông số:

- Chữ A: tượng trưng cho thông số gia tốc trục z

- Chữ B: tượng trưng cho thông số gia tốc trục y

- Chữ C: tượng trưng cho thông số gia tốc trục x

- Chữ D: tượng trưng cho thông số vị trí bướm ga

- Chữ E: tượng trưng cho thông số tốc độ động cơ

- Chữ F: tượng trưng cho thông số tốc độ xe

Các bước giải mã như sau:

Từ thông số giải mã ta được số liệu và vẽ lại các đồ thị đặc tuyến gia tốc, đặc tuyến vị trí bướm ga, phanh, tốc độ động cơ và tốc độ xe bằng Excel

Do dữ liệu ghi liên tục quá nhiều thông số nên đồ thị đưa ra khó có thể đánh giá chính xác độ sai số Vì vậy, tác giả chỉ xét khoảng thời gian 5 giây tương ứng với vị trí bướm ga cao nhất trong đồ thị bướm ga.

Bảng 4.1: Số liệu khi chạy ở tốc độ 80 km/h

(km/h) Tốc độ động cơ

(rph) Độ mở bướm ga

-5 -4 -3 -2 -1 thời gian (s) tốc độ xe (km/h) tốc độ động cơ (rph/100) độ mở bướm ga (%) phanh (ON/OFF)

Hình 4.15: Đồ thị xe khi đạp phanh ắ Nhận xột:

Dựa vào đặc tuyến của bướm ga làm chuẩn ta có một số nhận xét như sau:

- Khi nhả bàn đạp ga: bướm ga bắt đầu giảm nhẹ lúc này tốc độ động cơ và tốc độ xe vẫn tăng là do lực quán tính của xe

- Khi đạp phanh: bướm ga giảm nhanh làm tốc độ động cơ giảm mạnh và tốc độ xe giảm nhẹ

- Tiếp tục giữ bàn đạp phanh: bướm ga giảm ổn định làm tốc độ động cơ giảm theo và tốc độ xe lúc này giảm nhiều

GVHD: PGS-TS Đỗ Văn Dũng HVTH: Huỳnh Trung Đức Để kiểm tra được độ chính xác của các thông số, tác giả so sánh thiết bị đo hộp đen với máy đo thông số X-431 tool

Bảng 4.2: Số liệu tốc độ xe

-5 -4 -3 -2 -1 thời gian (s) tốc độ xe của máy X-431 (km/h) tốc độ xe của hộp đen (km/h)

Bảng 4.3: Số liệu tốc độ động cơ

-5 -4 -3 -2 -1 thời gian (s) tốc độ động cơ của máy X-431 (rph) tốc độ động cơ của hộp đen (rph)

Hình 4.17: Đồ thị tốc độ động cơ

Bảng 4.4: Số liệu độ mở bướm ga

-5 -4 -3 -2 -1 thời gian (s) độ mở bướm ga của máy X-431 (%) độ mở bướm ga của hộp đen (%)

Hình 4.18: Đồ thị độ mở bướm ga

4.7.3 Đánh giá các kết quả thử nghiệm:

Sau khi kiểm tra thử nghiệm trên xe, ta có được dữ liệu đem so sánh với số liệu thực tế chạy của xe ta thấy có sai số Sở dĩ có sai số là do:

- Giữa thiết bị hộp đen với thiết bị đo chuẩn có thời gian ghi dữ liệu là khác nhau nên sẽ có độ sai số Độ sai số trên là nhỏ (không lớn hơn 5%) có thể chấp nhận được

- Do thời gian ghi của thiết bị hộp đen nhanh hơn nên cho hình ảnh đồ thị thực hơn

CHƯƠNG 5: KẾT LUẬN VÀ ĐỀ NGHN

Kết luận

Trong suốt thời gian thực hiện đề tài, với tinh thần kiên nhẫn, nỗ lực của bản thân và sự hướng dẫn của Thầy hướng dẫn, tác giả đã hoàn thành đề tài “Thi ế t k ế , ch ế t ạ o h ộ p đ en cho ô tô” Đề tài đã giới thiệu tổng quan về tình hình nghiên cứu hộp đen ở trong và ngoài nước, vi điều khiển AVR, ngôn ngữ lập trình C, giao tiếp giữa vi điều khiển với máy tính, thẻ nhớ Từ đó xây dựng lưu đồ thuật toán điều khiển, viết chương trình xử lý, thu thập tín hiệu và chế tạo thành công hộp đen ô tô Ngoài ra, tác giả còn thiết kế ngõ để có thể kết nối với thiết bị GPS và GSM

Sau khi chế tạo, tác giả đã tiến hành thử nghiệm trên xe cụ thể đồng thời cũng được kiểm tra với thiết bị chNn đoán chuyên dùng khác Kết quả thử nghiệm đề tài đã đưa ra một ứng dụng mới - ứng dụng vi điều khiển để nhận tín hiệu và ghi vào thẻ nhớ SD/MMC hoặc giao tiếp trực tiếp với máy tính Hơn nữa, dữ liệu được ghi được truyền trên mạng internet cho một máy tính khác Đây là một đề tài thiết thực có tính thương mại có thể ứng dụng chế tạo phục vụ cho nhu cầu hiện nay cho các doanh nghiệp vận tải, các nhà quản lý, điều hành xe và các nhà chức trách.

Đề nghị

Với kết quả đạt được như đã nêu trên, việc ứng dụng hộp đen cho nhu cầu hiện nay là điều hoàn toàn thích hợp Nếu được áp dụng "hộp đen" vào thực tế trên quy mô rộng, thì sẽ thuận tiện cho cả cơ quan quản lý và doanh nghiệp vận tải

"Hộp đen" sẽ góp phần giảm bớt tình trạng xe dù, tình trạng phóng nhanh vượt Nu của lái xe và đặc biệt sẽ là biện pháp hữu hiệu ngăn chặn những tai nạn đáng tiếc có thể xảy ra Vì vậy, tác giả có một số đề nghị với cơ quan chức năng như sau:

- Xây dựng và ban hành văn bản quy định về việc quản lý thiết bị hộp đen và cơ sở dữ liệu Trong đó cần quy định cụ thể cách thức quản lý, nhiệm vụ và trách nhiệm của các cơ quan, tổ chức, cá nhân có liên quan

Ban hành quy định thống nhất về yêu cầu kỹ thuật đối với thiết bị hộp đen giúp tiêu chuẩn hóa trong quá trình kiểm tra, chứng nhận, mua sắm và lắp đặt thiết bị này.

Hướng phát triển của đề tài

Do hạn chế về thời gian, kiến thức về vi điều khiển và phần mềm đồ họa, chưa thể khai thác hết chức năng của vi điều khiển để đáp ứng các nhu cầu cụ thể như xác định điểm đỗ, vẽ lại lộ trình di chuyển của xe,

Vì vậy, tác giả đưa ra hướng phát triển như sau:

- Không chỉ ghi dữ liệu mà còn chức năng thu nhận tín hiệu GPS và gửi tin

GSM từ thiết bị định vị toàn cầu

- Theo dõi quá trình hoạt động của xe bằng camera gắn thiết bị định vị

Tiêu đề	Thiết kế chế tạo hộp đen Ô tô
Tác giả	Huỳnh Trung Đức
Người hướng dẫn	PGS.TS Đỗ Văn Dũng, TS. Phan Trung Hiếu
Trường học	Trường Đại Học Bách Khoa
Chuyên ngành	Kỹ thuật Ô tô-Máy kéo
Thể loại	Luận văn thạc sĩ
Năm xuất bản	2009
Thành phố	Tp. Hồ Chí Minh

Định dạng
Số trang	113
Dung lượng	1,68 MB

Tài liệu tham khảo	Loại	Chi tiết
13. EDR Vehicle List. http://www.harristechnical.com/cdr21.htm, viewed September 22, 2003. http://www.harristechnical.com/cdr2.htm, viewed September 25, 2003	Link
14. N HTSA EDR Working Group. Summary of Findings. N ational Highway Traffic Safety Administration. Washington, D.C., August 2001.http://www-nrd.nhtsa.dot.gov/edr-site/uploads/edrs-summary_of_findings.pdf, viewed September 25, 2003	Link
16. N eale, V.L., et al. 100 Car N aturalistic Driving Study Phase I - Experimental Design Intertim Report. DOT HS 808 536, U.S. Department of Transportation, N ational Highway Traffic Safety Administration, Washington, D.C., December, 2002. http://www-nrd.nhtsa.dot.gov/pdf/nrd-12/100CarPhase1Report.pdf,viewed October 6, 2003	Link
17. Các website như: - http://www.atmel.com- http://www.ATmega8 datasheet .com - http://Hocdelam.org	Link
12. Use of Event Data Recorder (EDR) Technology for Highway Crash Data Analysis - Michael E. O’N eill George Mason Law School Arlington, Virginia, December 2004	Khác