Đồ án tốt nghiệp: Tính toán, thiết kế hệ thống bơm lốp xe tự động

Sản phẩm của chúng em được tạo ra với mong muốn hỗ trợ các người dùng không cần phải đến các ga-ra ô tô để có thể bơm hơi lốp xe của mình, xa hơn nữa là hỗ trợ các xe ô tô tải và các phư

TỔNG QUAN VỀ ĐỀ TÀI

Lý do chọn đề tài

Hiện nay, hệ thống khung gầm của ô tô đã có nhiều cải tiến, thay đổi đáng kể để đáp ứng tiện nghi và an toàn cho người điều khiển phương tiện Trong đó, bánh xe và lốp xe ô tô đóng một vai trò vô cùng quan trọng trong vấn đề đảm bảo êm dịu cho người ngồi trên xe cũng như vấn đề đảm bảo lực động để xe có thể di chuyển một cách ổn định và an toàn Tuy nhiên, lốp xe ô tô vẫn gặp những điểm yếu khi có thể bị thủng do đâm vào dị vật hoặc hoặc có thể bị nổ do nhiều nguyên nhân khác nhau Những vụ tai nạn liên quan đến lốp xe ô tô làm một hồi chuông cảnh báo đặt ra vấn đề đảm bảo an toàn và ổn định và lốp xe ô tô Theo thống kê của Cục Cảnh sát giao thông (Bộ Công an), tính từ năm 2021 đến nay, trên tuyến cao Hồ Chí Minh – Trung Lương và Hồ Chí Minh – Long Thành – Dầu Giây, số vụ tai nạn giao thông đã xảy ra là 106 vụ, làm tử vong 10 người, bị thương

36 người Trong số những vụ tai nạn đó, tai nạn liên quan đến lốp xe chiếm khoảng 0.94

% Ngày 12/04/2017, một chiếc xe ô tô hiệu Toyota Innova do bị nổ lốp đã đâm vào dải phân cách làm 7 người trên xe thương vong Mới đây nhất, vào ngày 07/04/2024, một xe tải đang lưu thông trên đường Tỉnh lộ 8 hướng về cầu vượt Củ Chi bị nổ nốp và đâm vào dải phân cách, sau đó đi sang làn đường đối diện và đâm thêm 2 phương tiện khác, gây móp méo và hư hỏng các phương tiện Có thể thấy, các xe ô tô ngày nay cần phải trang bị một hệ thống có khả năng vừa giám sát áp suất lốp xe vừa phải kiểm soát áp suất lốp để đảm bảo an toàn và ổn định cho xe ô tô

Chính vì những lý do trên, nhóm chúng em quyết định chọn đề tài “Tính toán, thiết kế hệ thống bơm lốp xe tự động” với mong muốn tạo ra một sản phẩm có khả năng giám sát áp suất lốp xe cũng như kiểm soát áp suất lốp xe ở mọi lúc, mọi nơi, góp phần đảm bảo an toàn và ổn định cho xe ô tô.

Mục tiêu nghiên cứu

Mục tiêu tổng quát: Tính toán, thiết kế hệ thống bơm lốp xe tự động, góp phần đảm bảo an toàn, ổn định cho xe ô tô và kiểm soát áp suất lốp xe một cách liên tục, không cần phụ thuộc vào máy bơm hơi tại các ga-ra

- Về thiết kế phần cứng và các chi tiết cơ khí:

+ Thiết kế các chi tiết cơ khí bao gồm hộp đựng các thiết bị, linh kiện điện tử của hệ thống bơm hơi tự động, giá đỡ hộp đựng, giá đỡ khớp xoay bằng phần mềm SolidWorks, gia công cơ khí chính xác các chi tiết cơ khí

+ Bố trí các thiết bị và cải thiện hệ thống một cách nhỏ gọn và phải đảm bảo độ bền cũng như giảm khối lượng cho hệ thống bơm hơi tự động

+ Cắt giảm và tinh gọn đường dây điện lẫn đường ống dẫn khí bên trong hệ thống

+ Lựa chọn khớp xoay với có tốc độ xoay phù hợp với điều kiện vận hành của hệ thống, tạo ra hệ thống bơm hơi tự động có khả năng tự động duy trì áp suất lốp xe ngay cả khi xe đang di chuyển

+ Thiết kế bộ phận giúp cho xe vừa chạy vừa bơm lốp xe mà không ảnh hưởng tới khả năng di chuyển của xe

- Về lập trình giao diện Web Server và lập trình điều khiển hệ thống bơm:

+ Tính toán các công thức thể hiện mối liên hệ giữa giá trị analog của vi điều khiển nhận được và giá trị áp suất lốp xe hiển thị trên màn hình

- Lập trình giao diện Web Server với các tính năng lựa chọn áp suất tiêu chuẩn, lựa chọn chế độ điều khiển, hiển thị dữ liệu động của áp suất lốp xe để theo dõi liên tục, điều khiển thủ công hệ thống bơm hơi tự động bằng hai nút nhấn ON và OFF

- Lập trình điều khiển hệ thống bơm hơi tự động với hai chế độ điều khiển tự động và thủ công Ứng dụng điều khiển không dây thông qua mạng WiFi.

Đối tƣợng nghiên cứu

- Bánh xe ô tô Ford Ranger 2004

- Điều khiển không dây thông qua WiFi trên Web Server

Phạm vi nghiên cứu

- Phạm vi không gian: Đề tài được thực hiện và áp dụng trên xe Ford Ranger 2004 tại Bộ môn Ô tô, Khoa Cơ Khí Động Lực trường Đại học Sư Phạm Kỹ Thuật Thành Phố

- Phạm vi nội dung thực hiện:

+ Hệ thống bơm hơi tự động được thiết kế cho các xe ô tô chạy trên đường trường, với tốc độ chạy đến 65 km/h

+ Giới hạn áp suất bơm đến 2.2 Kgf/cm 2 (31 psi)

+ Không được khoan đục hoặc có tác động làm ảnh hưởng đến hệ thống khung gầm trên xe ô tô.

Phương pháp nghiên cứu

- Phương pháp phân tích, tổng hợp, nghiên cứu các tài liệu liên quan đến áp suất lốp xe và điều khiển áp suất lốp xe, vận dụng cơ sở lý thuyết cũng như các kiến thức đã có để xây dựng và hoàn thiện hệ thống bơm hơi tự động dành cho lốp xe

- Phương pháp kiểm tra bằng thực nghiệm, phân tích các số liệu cụ thể thu thập được từ quá trình vận hành hệ thống

- Tìm hiểu và nghiên cứu các tài liệu, giáo trình, các nguồn tham khảo từ mạng xã hội để xây dựng giao diện hiển thị và điều khiển hệ thống bơm hơi tự động trên ngôn ngữ lập trình Arduino.

Tổng quan các nghiên cứu trong và ngoài nước

1.6.1 Các nghiên cứu trong nước

Tính đến thời điểm thực hiện đề tài, hiện chưa có những nghiên cứu và phân tích nhất định về đề tài hệ thống bơm hơi tự động dành cho ô tô Những sản phẩm hiện tại đang tồn tại trên thị trường chủ yếu là bơm hơi loại bơm được cho một bánh xe và có khả

4 năng tự ngắt khi đạt đủ áp suất của lốp xe đó Tuy nhiên, chúng em vẫn chưa thấy sản phẩm nào có khả năng điều khiển không dây thông qua mạng WiFi hoặc các sóng vô tuyến khác

1.6.2 Các nghiên cứu ở nước ngoài

Design of a prototype of an adaptive tire pressure system [1] Đề tài được nghiên cứu bởi tác giả Julien Brondex thuộc Khoa Kỹ thuật Hàng không và Ô tô, Viện Công Nghệ Hoàng Gia KTH Đề tài được thiết kế nhằm mục đích duy trì áp suất lốp xe ô tô ở một áp suất nhất định, nguồn hơi được lấy thông qua bình nén khí của xe ô tô Trong nghiên cứu này, tác giả đã trình bày hai hướng để bơm hơi cho xe ô tô là hướng bơm hơi bằng đường dẫn khí nén nằm bên trong xe ô tô, hoặc bơm hơi bằng đường dẫn khí nén nằm bên ngoài xe ô tô Hệ thống bơm hơi này được điều khiển thông qua ECU điều khiển bơm, tuy nhiên tác giả không có những đề cập cụ thể về loại ECU điều khiển bơm cũng như thuật toán điều khiển và cách thức lập trình điều khiển bơm

TIREMAAX - Tire pressure control systems [2]

Hệ thống kiểm soát áp suất lốp xe TIREMAAX là một sản phẩm nổi bật của công ty Hendrickson – Công ty chuyên cải tiến và sản xuất hệ thống treo và linh kiện hàng đầu cho ngành công nghiệp xe hạng trung và hạng nặng trên toàn cầu Sản phẩm thương mại TIREMAAX được tạo ra để phục vụ cho việc kiểm soát áp suất lốp của các xe rơ móc luôn được duy trì ở mức hợp lý và tối ưu Mục đích của sản phẩm TIREMAAX là giúp tiết kiệm nhiên liệu cho xe, giảm chi phí bảo trì và thay thế lốp cũng như ngăn ngừa việc mòn, hỏng lốp do không được kiểm tra kịp thời.

Nhiệm vụ của đề tài

Nhiệm vụ tổng quát: Tính toán và thiết kế được một hệ thống bơm hơi tự động có khả năng bơm hơi khi xe đứng yên và khi xe di chuyển Hệ thống được điều khiển thông qua WiFi và điều khiển bằng Web Server với các chức năng được tích hợp trên giao diện Web

- Về thiết kế phần cứng và các chi tiết cơ khí:

+ Đo đạc, tính toán để thiết kế hộp đựng các chi tiết của hệ thống, đảm bảo gọn, nhẹ, chính xác, có thể lắp đặt các linh kiện và thiết vào hộp một cách vừa vặn Thiết kế giá đỡ hộp đựng phù hợp với kích thước của hộp đựng, đồng thời có có khả năng

+ Tìm hiểu, nghiên cứu và lựa chọn loại khớp xoay khí nén phù hợp với những yêu cầu đặt ra của đề tài, đảm bảo kín khí khi bơm và xoay được ở nhiều dải tốc độ khác nhau

+ Thiết kế cơ khí giá đỡ khớp xoay để có thể gắn vào mâm xe, đồng thời tính toán và thiết kế hộp đựng các thiết bị, linh kiện nhỏ gọn, tối ưu hóa được diện tích, đảm bảo độ bền và có tính thẩm mỹ

- Về lập trình giao diện Web Server và lập trình điều khiển hệ thống bơm:

+ Đo các giá trị analog của các cảm biến tương ứng với các giá trị áp suất nhất định, từ đó tiến hành dùng phương trình hồi quy tuyến tính để xây dựng công thức thể hiện mối liên hệ giữa giá trị analog mà vi điều khiển nhận được và giá trị áp suất hiển thị trên màn hình

+ Lập trình giao diện Web Server đảm bảo phù hợp về bố cục cũng như điều khiển được ESP 32 thông qua WiFi, đảm bảo không bị nhiễu sóng, mất sóng khi điều khiển, có khả năng gửi tín hiệu giá trị áp suất lốp xe một cách liên tục lên Web Server, không bị ngắt kết nối kể cả khi người dùng đang ngồi trong xe ô tô

+ Lập trình điều khiển hệ thống bơm lốp xe tự động với chức năng tự động bơm lốp phải đảm bảo đóng và ngắt các van điện từ và bơm chính xác, áp suất bơm tại các lốp xe phải bám sát và đáp ứng được giá trị áp suất tiêu chuẩn mà người dùng chọn

+ Giao diện điều khiển hệ thống bơm hơi tự động phải đảm bảo các chức năng cần thiết để người dùng có thể dễ dàng sử dụng, bao gồm chức năng chọn chế độ sử dụng, chọn bật hoặc tắt hệ thống, chức năng hiển thị áp suất lốp xe

TỔNG QUAN VỀ LỐP XE VÀ ẢNH HƯỞNG CỦA ÁP SUẤT LỐP 6 2.1 Tổng quan về bánh xe và các ảnh hưởng từ áp suất lốp

Ảnh hưởng của áp suất lốp đối với lốp xe

Một thực tế mà người lái xe thường ít chú ý đến là việc kiểm tra và cân bằng áp suất lốp xe phù hợp với điều kiện vận hành như tải trọng phân bố, loại lốp, và các yếu tố khác Điều này không chỉ ảnh hưởng đến khả năng lái xe mà còn tác động trực tiếp đến tuổi thọ và hiệu suất của lốp, đồng thời tăng tiêu thụ nhiên liệu không cần thiết Nghiên cứu cho thấy rằng khi áp suất lốp thấp hơn mức đề xuất khoảng 20% sẽ dẫn đến việc tiêu thụ thêm 10% nhiên liệu Đối với các phương tiện sử dụng động cơ đốt trong, điều này tương đương với việc tăng lượng khí thải gây ảnh hưởng đến môi trường Khi áp suất lốp không đồng đều, diện tích tiếp xúc giữa lốp và mặt đường cũng sẽ thay đổi, tăng khi áp suất giảm và giảm khi áp suất tăng Điều này có thể gây ra một số vấn đề như mòn không đồng đều của lốp và tăng ma sát giữa mặt gai lốp và mặt đường Việc ma sát tăng có thể gây ra lốp quá nhiệt, làm hỏng lốp nhanh hơn và dẫn đến nguy cơ nổ lốp Tất cả những điều này đều ảnh hưởng đến cảm giác lái, khả năng kiểm soát xe và an toàn của người lái và hành khách Tương tự, áp suất lốp quá cao cũng có thể gây ra mòn không đồng đều của lốp, giảm tuổi thọ lốp và làm giảm cảm giác lái và khả năng kiểm soát của xe.[8]

Hình 2.4 Lốp xe dưới các điều kiện áp suất

Trong các trường hợp khác nhau, áp suất lốp không đúng yêu cầu có thể gây ra nhiều vấn đề Khi áp suất quá cao, diện tích tiếp xúc giữa lốp và đường giảm, tập trung chủ yếu ở giữa mặt gai và làm tăng cao thành lốp Ngược lại, áp suất thấp làm giảm độ cao của thành lốp và làm tăng diện tích tiếp xúc, gây mài mòn mép lốp và xuất hiện vết nứt, gây mất an toàn Những vấn đề này không chỉ ảnh hưởng đến tuổi thọ và chất lượng lốp mà còn có tác động tiêu cực đến môi trường Vật liệu lốp thường không chỉ là cao su mà còn chứa các kim loại như Mg, Zn, Pb để tăng độ cứng, vì vậy việc mài mòn lốp có thể gây ra ô nhiễm môi trường.[9]

Xử lý lốp hỏng cũng là một thách thức do chúng không phải là vật liệu thân thiện với môi trường Tái sử dụng hoặc chất đống lốp hỏng cũng có thể gây ra vấn đề ô nhiễm Với lượng lốp hỏng khổng lồ trên thế giới, việc không xử lý chúng cẩn thận sẽ tạo ra nhiều vấn đề môi trường.

Ảnh hưởng của áp suất lốp đối với hệ thống treo

Hệ thống treo là một phần quan trọng của xe ô tô, đóng vai trò quan trọng trong việc cải thiện khả năng điều khiển, thoải mái và an toàn của xe Vai trò chính của hệ thống treo:

Giảm rung và va đập: Hệ thống treo giúp giảm rung và va đập từ đường bộ, giúp cải thiện sự thoải mái cho hành khách và bảo vệ các thành phần khác của xe khỏi hỏng hóc do rung động mạnh.[10] Ổn định xe: Hệ thống treo giúp tạo ra một hành trình ổn định và dễ dàng điều khiển, đặc biệt là trong các tình huống cần phản ứng nhanh nhạy như tránh vật hoặc phanh gấp.[10]

Tăng độ bám đường: Hệ thống treo đóng vai trò quan trọng trong việc tăng độ bám đường của xe, giúp cải thiện khả năng lái và kiểm soát đường.[10]

Bảo vệ các bộ phận khác: Hệ thống treo cũng có vai trò bảo vệ các bộ phận khác của xe như hộp số, động cơ và hệ thống lái khỏi những cú sốc và va đập mạnh.[10] Đánh giá chất lượng của một hệ thống treo thường dựa trên ba tiêu chí chính: độ êm dịu, cảm giác lái và tính ổn định của xe.[10]

14 Để đạt được độ êm dịu, cần xem xét đến mức độ gia tốc tuyệt đối của khối lượng treo Giảm điều này có thể được thực hiện bằng cách giảm gia tốc thân xe.[10]

Cảm giác lái thường phụ thuộc vào khoảng cách tương đối giữa thân xe và lốp.[10]

Tính ổn định của xe thường được xác định bởi mức độ tiếp xúc giữa lốp và mặt đường.[10]

Tóm lại, để đánh giá chất lượng của hệ thống treo, cần xem xét các yếu tố như độ êm dịu, cảm giác lái và tính ổn định, và điều chỉnh các thành phần tương ứng để đảm bảo hiệu suất tối ưu Và áp suất lốp xe có thể ảnh hưởng đến tất cả các yếu tố như độ êm dịu, cảm giác lái và tính ổn định của xe

Lốp xe là một phần không thể thiếu của xe ô tô, tình trạng lốp xe ảnh hưởng đến hoạt động của nhiều hệ thống khác nhau, từ truyền lực đến điều khiển và chuyển động Lốp xe là điểm tiếp xúc trực tiếp với mặt đường, nhiệm vụ của lốp không chỉ là tạo ra ma sát để đảm bảo lực bám giữa xe và mặt đường, mà còn làm vai trò quan trọng như một bộ giảm chấn để hấp thụ các chấn động truyền lên Bánh xe, hay cụ thể là lốp xe, chịu trách nhiệm truyền các lực như lực động cơ truyền ra, lực lái và lực phanh qua phần bề mặt tiếp xúc để xe có thể di chuyển một cách ổn định và an toàn Điều này đòi hỏi lốp phải có khả năng chịu tải, đồng thời cung cấp độ bám đường tối ưu và khả năng hấp thụ va đập, giảm rung động để cung cấp một trải nghiệm lái xe tốt nhất có thể Chạy xe với áp suất lốp quá cao có thể dẫn đến mòn không đều ở bề mặt lốp, làm giảm cảm giác lái và tạo cảm giác không thoải mái cho hành khách trong xe, đồng thời tăng nguy cơ tai nạn Tương tự, áp suất lốp thấp cũng có thể gây ra hiện tượng mòn không đều trên bề mặt lốp, gây tiêu hao nhiên liệu Vì vậy việc thay đổi áp suất trong lốp ảnh hưởng đến hệ số bám và hệ số ma sát, hiệu xuất của hệ thống treo, khả năng truyền lực…

Khối lượng được treo M: gồm những cụm, những chi tiết mà trọng lượng của chúng tác động lên hệ thống treo như: khung, cabin, động cơ và một số chi tiết gắn liền với chúng Trong hệ dao động tương đương, khối lượng được treo được xem như là một vật thể đồng chất, cứng hoàn toàn, được biểu diễn như một thanh AB có khối lượng M tập trung vào trọng tâm T Các điểm A,B ứng với vị trí cầu trước và cầu sau của xe Khối lượng phân bố lên cầu trước là M1, lên cầu sau là M2 [3]

Hình 2.5 Mô hình hóa khối lượng được treo

Khối lượng không được treo m: gồm những cụm và chi tiết mà trọng lượng của chúng không tác dụng lên hệ thống treo Chúng ta coi phần không được treo là một vật thể đồng nhất cứng hoàn toàn và có khối lượng m tập trung vào tâm bánh xe.[3]

Hình 2.6 Mô hình hóa khối lượng không được treo

Hình 2.7 Mô phỏng hệ thống treo và lốp

Như đã đề cập, lốp xe có thể được biểu diễn dưới dạng các thành phần của cụm hệ thống treo, bao gồm lò xo và bộ giảm chấn Trong đó, "ms" thể hiện khối lượng treo (sprung mass), còn "mu" biểu diễn cho phần trục hệ thống treo (unsprung mass) Khoảng cách tương đối giữa hệ thống treo và mặt đường, được thể hiện qua biến dạng của lốp xe theo phương dọc (Zu - Zr) Quãng đường di chuyển dọc của hệ thống treo, tức khoảng cách tối đa mà bánh xe có thể di chuyển khi hệ thống treo ở trạng thái giãn hoàn toàn và nén hoàn toàn (khoảng cách tương đối giữa thân xe và bánh) được gọi là Zs - Zu Gia tốc của thân xe cũng ảnh hưởng đến cảm nhận chuyển động của người trong xe Đạt được giá trị tối thiểu cho các tham số này có thể đảm bảo chất lượng về các tiêu chí đã nêu Theo tiêu chuẩn ISO: 2631-1-1997, các giá trị phù hợp cho các tham số trên lần lượt là 0.0508 (m), tối thiểu 0.127 (m), và để duy trì cảm giác thoải mái cho hành khách trên xe, giá trị hiệu dụng của gia tốc thân xe phải dưới 0.315 (m/s2).[3]

Dưới đây là biểu đồ sau khi tiến hành mô phỏng một mô hình trên phần mềm Matlab, sử dụng một đoạn đường thử nghiệm với một gờ dốc hình sin Trong mô phỏng này, áp suất lốp tiêu chuẩn được đặt là 2.3 (bar) Mục tiêu của nghiên cứu này là để đánh giá tổng quan hơn về cách mà lốp xe ảnh hưởng đến hiệu suất và tính ổn định của hệ thống treo trên xe.[3]

Hình 2.8 Biến dạng của lốp xe theo áp suất

Biểu đồ thể hiện sự thay đổi khoảng cách tương đối giữa hệ thống treo và mặt đường do sự thay đổi áp suất lốp ở các áp suất khác nhau và tải trọng khác nhau.[3]

Hình 2.9 Quãng đường nhún của hệ thống treo

Hình 2.10 Gia tốc thân xe hiệu dụng

Biểu đồ dưới đây minh họa giá trị hiệu dụng của gia tốc thân xe trong các điều kiện áp suất lốp khác nhau Mặc dù áp suất lốp ảnh hưởng đến các giá trị (Zu - Zr) và (Zs

- Zu) khi mô phỏng xe chạy trên đường có một gờ dốc (xem hình 2.8 và hình 2.9), tuy nhiên, tác động của nó đối với cảm giác lái do hệ thống treo mang lại không nhiều.[3]

Tuy nhiên, từ hình 2.10 ta dễ dàng nhận thấy sự tăng cao của giá trị hiệu dụng của gia tốc thân xe khi áp suất lốp giảm Điều này chỉ ra rằng khi áp suất lốp càng thấp, ảnh hưởng tiêu cực đến tính êm dịu do hệ thống treo mang lại càng nhiều.[3] Áp suất lốp xe được xem xét là một yếu tố chủ chốt ảnh hưởng đến dao động và tiếng ồn trên xe Theo nghiên cứu, khi áp suất lốp lớn, độ cứng của lốp cũng lớn, thì tần số dao động tự do của lốp lớn Khi xe vượt qua các gờ dốc, mặt gai của lốp tiếp xúc với bề mặt dốc, tạo ra một dao động đàn hồi và tiếng ồn Trái lại, Trong trường hợp áp suất lốp thấp, độ cứng của lốp cũng thấp, giúp hấp thụ năng lượng dao động tốt hơn, làm giảm tiếng ồn và dao động

Ảnh hưởng của áp suất lốp đối với tính ổn định của ô tô

Tính ổn định của ô tô là khả năng đảm bảo giữ cho quỹ đạo chuyển động theo yêu cầu trong mọi điều kiện chuyển động khác nhau Tùy thuộc điều kiện sử dụng, ô tô có thể đứng yên, chuyển động trên đường dốc (đường có góc nghiêng dọc hoặc nghiêng ngang) có thể phanh hoặc quay vòng ở các loại đường khác nhau (đường xấu, đường tốt…) Trong những điều kiện phức tạp như vậy, ô tô phải giữ được quỹ đạo của nó sao cho không bị lật đổ, không bị trượt hoặc thùng xe không bị nghiêng, cầu xe bị quay lệch trong giới hạn cho phép để đảm bảo chúng chuyển động an toàn, nâng cao vận tốc chuyển động của xe có nghĩa là tăng tính kinh tế và tính ổn định của ô tô trong mọi điều kiện làm việc

Hệ số bám định nghĩa mức độ ma sát phù hợp giữa mặt gai lốp và bề mặt đường, đảm bảo cảm giác lái và tính ổn định của xe trong các điều kiện vận hành khác nhau, đặc biệt là khi đối mặt với tình huống đánh lái khó khăn Hệ số này phụ thuộc vào nhiều yếu tố, trong đó có các thông số của lốp, trong đó có áp suất bên trong lốp

Các thông số của lốp như kích thước và tỷ lệ thành lốp (chiều cao của thành lốp so với chiều rộng của lốp) có ảnh hưởng đến hệ số bám Tăng kích thước và giảm tỷ lệ thành lốp sẽ tăng hệ số bám Ngược lại, tăng áp suất trong lốp sẽ làm giảm hệ số bám do giảm diện tích tiếp xúc giữa lốp và đường Vân mặt gai lốp cũng ảnh hưởng đến hệ số bám bởi khả năng loại bỏ độ ẩm giữa mặt gai và bề mặt đường, tuy nhiên, lốp với áp suất không đạt chuẩn có thể gây mòn không đều trên bề mặt vỏ gai, làm giảm hệ số bám Áp suất lốp cũng ảnh hưởng đến momen hoàn lực khi xe quay vòng Giảm áp suất làm tăng diện tích tiếp xúc giữa lốp và đường, làm tăng momen hoàn lực khi xe quay vòng, có thể gây mất cảm giác lái ổn định

Hệ số độ cứng lốp: một chỉ số cho biết độ đàn hồi của lốp, cũng chịu ảnh hưởng từ áp suất lốp Tăng áp suất làm tăng độ cứng lốp, tăng lực ngang lên lốp Trong khi đó, áp suất lốp giảm làm giảm hệ số ma sát, nhưng làm tăng nhiệt độ lốp, cảm giác lái kém và

20 gây mất đều đặn về vết lốp Nếu áp suất lốp cao, lực chuyển hướng, gia tốc và phanh có thể bị ảnh hưởng xấu

Tóm lại, áp suất lốp có ảnh hưởng đáng kể đến hệ số bám, độ cứng của lốp và tính ổn định của xe Điều này cần được quan tâm và duy trì trong ngưỡng phù hợp để đảm bảo an toàn và hiệu suất vận hành của xe, đặc biệt là trong các tình huống đánh lái khó khăn.

Ảnh hưởng của áp suất lốp đối với quãng đường phanh

Lốp xe đóng vai trò quan trọng trong quãng đường phanh của xe Các yếu tố như độ bám đường, trọng lượng và kiểu dáng của lốp có thể ảnh hưởng đến khả năng phanh của xe Dưới đây là một số ảnh hưởng chính:

Bám đường: Lốp cung cấp sự tiếp xúc giữa xe và mặt đường Nếu lốp không có độ bám đường tốt, thậm chí trong điều kiện đường ẩm ướt hoặc trơn trượt, thì quãng đường phanh có thể tăng lên đáng kể Những điều này đều phụ thuộc vào hình dạng phần gai lốp và áp suất lốp

Tình trạng lốp: Lốp phải được bảo dưỡng đúng cách và thường xuyên kiểm tra để đảm bảo chúng còn đủ độ sâu và không bị hỏng Lốp mòn có thể làm giảm hiệu suất phanh Áp lực lốp: Áp lực lốp không đúng có thể làm ảnh hưởng đến khả năng phanh của xe Lốp cần được bơm đúng áp lực theo hướng dẫn của nhà sản xuất để đảm bảo hiệu suất tối ưu

Kiểu lốp: Có nhiều loại lốp khác nhau, từ lốp mịn cho tới lốp có rãnh sâu (lốp địa hình) Kiểu lốp cũng ảnh hưởng đến hiệu suất phanh trên các loại địa hình khác nhau

Mô phỏng cho thấy rằng khi áp suất lốp cao hơn yêu cầu 20%, quãng đường phanh sẽ dài hơn Tuy nhiên, quãng đường phanh ngắn nhất được đạt khi lốp có áp suất thấp hơn yêu cầu 20%, nhưng đi kèm với đó là sự mất tính ổn định khi phanh ở tốc độ thấp và thậm chí trên mặt đường phẳng Diện tích tiếp xúc giữa lốp và mặt đường thay đổi khi áp suất lốp thay đổi Khi áp suất lốp giảm, diện tích tiếp xúc tăng lên, làm tăng ma sát và cải

21 thiện khả năng phanh Tuy nhiên, điều này cũng có thể gây ra sự mất ổn định khi phanh ở tốc độ thấp

Ma sát chiếm phần lớn trong số các lực được truyền trong hệ này, và nó phụ thuộc vào nhiều yếu tố như lực pháp tuyến tác động lên lốp, khoảng cách giữa hai bề mặt và bề mặt tiếp xúc của chúng Độ lớn của diện tích tiếp xúc không ảnh hưởng trực tiếp đến ma sát Nhìn chung, điều này nhấn mạnh tầm quan trọng của việc duy trì áp suất lốp đúng cách để đảm bảo an toàn và hiệu suất lái xe.

Công thức và thông số tính toán

1.2.1 Công thức và thông số tính toán bán kính lốp xe

Trên lốp xe hiện nay, có rất nhiều thông số được in nổi trên lốp Đó là những thông số rất quan trọng giúp chúng có thể lựa chọn đúng lốp với kính thước mâm xe và phù hợp đặc tính địa hình mà xe sẽ đi qua

Hình 3.12 Những thông số thường gặp trên bánh xe

Hình trên là một ví dụ cụ thể về các thông số sẽ xuất hiện trên 1 lốp xe Trong đó:

- P: Loại lốp dành cho xe ( trong ví dụ trên thì loại lốp này dành cho xe oto con)

- 215: Chiều rộng mặt lốp (mm)

- 60 (%): Tỷ lệ % giữa chiều cao thành lốp so với chiều rộng mặt lốp (chiều cao hông = 215 x 0,6 = 129 mm)

- R: Cấu trúc bố thép tỏa tròn Radial ( thông dụng nhất là R, ngoài ra còn có B, D, E)

- 15: Đường kính vành xe (inch)

- 96: Chỉ số tải trọng (LI) tối đa cho phép ( chi tiết xem bảng … )

- H: chỉ số tốc độ tối đa (SSI) cho phép ( chi tiết xem bảng … )

Bảng 2.1 Bảng khối lượng (kg) dựa theo chỉ số tải trọng LI

Bảng 2.2 Bảng tốc độ tối đa cho phép theo ký hiệu tốc độ

Công thức tính tỷ lệ (%) chiều cao thành lốp so với chiều rộng mặt lốp như sau:

AR: Tỷ lệ chiều cao thành lốp so với chiều rộng mặt lốp (%)

H: Chiều cao thành lốp (mm)

S: Chiều rộng mặt lốp (mm)

Từ đó, công thức chiều cao thành lốp được suy ra như sau:

Sau khi có chiều cao thành lốp ta áp dụng công thức sau để tính được bán kính thiết kế của bánh xe:[4]

: Bán kính thiết kế của bánh xe (mm)

: Đường kính vành bánh xe (mm) ( phải đổi đơn vị inch thành đơn vị mm để tính toán)

Nhưng chiếc xe của chúng ta được đặt trên mặt đất và chịu tác dụng của trọng lực nên tải trọng của xe sẽ làm lốp xe biến dạng một phần nhỏ dẫn đến bán kính bánh xe lúc này sẽ thay đổi Bán kính bánh xe thay đổi đó là bán kính tĩnh của xe:[4]

: Bán kính tĩnh của xe (mm)

: Hệ số biến dạng của lốp

( cho lốp có áp suất thấp )

( cho lốp có áp suất cao )

1 Tính toán số vòng quay của bánh xe

Ta sẽ tìm được vận tốc góc của bánh xe dựa trên công thức như sau:[4]

: Vận tốc của xe khi đang di chuyển (m/s)

: Quãng đường lý thuyết mà bánh xe lăn được (m)

: Thời gian bánh xe lăn (s)

: Tổng số vòng quay của bánh xe ( vòng/s)

1.2.2 Công thức tính toánchênh lệch áp suất trong hệ thống

Vì hệ thống đặt cảm biến tại hộp chứa của hệ thống, nên sẽ có sự chênh lệch giữa áp suất tại bánh xe và áp suất tại cảm biến hệ thống Sự chênh lệch này là do dòng khí nén cọ xát vào thành ống gây ra sự hỗn loạn, đặc biệt trong các ống dài sẽ tạo ra nhiều sự hỗn loạn hơn Khi ống càng dài thì sự hỗn loạn càng tang lên dẫn đến làm giảm áp suất khi không khí dẫn ra đến các dụng cụ phía sau Ngoài ra, nhiệt độ không khí và bán kính của đường ống cũng là những nguyên nhân ảnh hưởng đến sự chênh lệch áp suất bên trong hệ thống Để có thể tính toán được sự chênh lệch áp suất trong đường ống ta áp dụng phương trình Darcy-Weisbach cho khối chất khí:[5]

- Độ chênh lệch áp suất tại hai điểm (Pa)

- Hệ số ma sát Darcy trong đường ống ( đối với chất khí hệ số )

L – Chiều dài của đường ống (m)

– Khối lượng riêng của không khí ( )

CÁC THÀNH PHẦN VÀ KẾT CẤU CỦA HỆ THỐNG

Hệ thống bơm lốp tự động

Hệ thống bơm lốp tự động là một thiết bị tích hợp trên xe ô tô để tự động kiểm tra và điều chỉnh áp suất trong lốp Khi áp suất trong lốp không đạt mức cài đặt, hệ thống sẽ tự động bơm thêm khí vào các lốp để đảm bảo an toàn khi lái xe Điều này giúp giảm nguy cơ tai nạn do lốp hơi mềm hoặc quá cứng, cũng như tăng tuổi thọ của lốp và tiết kiệm nhiên liệu Mặc dù hiện nay đã xuất hiện các loại hệ thống giúp kiểm soát áp suất ở lốp xe (TPMS)

Bảo dưỡng tối ưu lốp: Bằng cách duy trì áp suất lốp trong mức độ khuyến nghị của nhà sản xuất, hệ thống giúp gia tăng tuổi thọ và hiệu suất của lốp Lốp được bơm đúng áp suất giúp tránh tình trạng mòn không đều và tiêu hao nhiên liệu không cần thiết

An toàn giao thông: Lốp bơm đúng áp suất giúp cải thiện khả năng lái xe và kiểm soát, đặc biệt là trong điều kiện đường trơn trượt hoặc khó khăn Điều này có thể giúp giảm nguy cơ tai nạn giao thông

Tiết kiệm nhiên liệu: Lốp được bơm đúng áp suất giúp giảm tiêu hao nhiên liệu Khi lốp thiếu áp suất, khả năng cản trở của chúng trên đường bề mặt tăng, làm tăng lực cản và tiêu tốn nhiều nhiên liệu hơn

Tiện lợi và tiết kiệm thời gian: Người dùng không cần phải thường xuyên kiểm tra áp suất lốp thủ công, mà chỉ cần dựa vào hệ thống tự động để duy trì áp suất lốp Điều này giúp tiết kiệm thời gian và công sức

Kết nối và theo dõi từ xa: Một số hệ thống có khả năng kết nối với điện thoại di động qua Wi-Fi, cho phép người dùng theo dõi thông tin áp suất lốp từ xa và nhận cảnh báo khi cần thiết

*Yêu cầu Độ chính xác: Hệ thống phải có khả năng đo áp suất lốp chính xác và đáng tin cậy, đảm bảo rằng người dùng nhận được thông tin chính xác về tình trạng áp suất của lốp

Tự động hóa: Hệ thống cần có tính năng tự động bơm lốp khi áp suất thấp hơn mức đã được thiết lập Điều này giúp người dùng không cần phải can thiệp thủ công để bơm lốp

Kết nối với điện thoại di động: Một số hệ thống có tính năng kết nối với điện thoại di động, cho phép người dùng theo dõi tình trạng áp suất lốp từ xa và nhận cảnh báo qua ứng dụng di động

Tương thích với nhiều loại xe ô tô: Hệ thống cần được thiết kế để tương thích với nhiều loại xe ô tô khác nhau, từ xe phổ thông đến cao cấp

Tiết kiệm năng lượng: Hệ thống cần được thiết kế để tiết kiệm năng lượng, bao gồm việc sử dụng năng lượng từ ắc quy có hiệu quả và có khả năng tắt nguồn điều khiển van điện từ và rơ le khi không có nhu cầu sử dụng Độ bền: Đặc biệt trong môi trường lái xe ngoài trời, hệ thống cần được bảo vệ chống lại nước và bụi… để đảm bảo hoạt động ổn định

Tính năng cài đặt cá nhân hóa: Cho phép người lái xe có thể cài đặt các mức áp suất lốp ưa thích của mình và nhận thông báo khi áp suất không đạt yêu cầu Điều này giúp tăng cường sự thoải mái và an toàn cho người lái

3.1.2 Các thiết bị, thành phần và nguyên lý hoạt động

Máy nén khí bơm hơi mini 12V là một thiết bị nhỏ gọn được thiết kế để nén khí và bơm hơi từ không khí xung quanh vào trong các vật phẩm như bánh xe xe đạp, bánh xe hơi và các thiết bị khác yêu cầu hơi

Hình 3.1 Máy bơm được tích hợp đồng hồ đo áp suất (đơn vị : PSI, bar, Pa)

- Thông số kỹ thuật Điện áp: DC 12V-13.5V Điện áp định mức: 12V

Cường độ dòng điện tối đa: 15Amp Áp suất tối đa: 100PSI

Chiều dài ống dẫn khí: 0,6m / 1,97ft

Chiều dài dây nguồn: 2,8m / 9,19ft

Máy bơm có khả năng tạo ra luồng khí nhanh để đáp ứng các yêu cầu về tốc độ hoạt động của hệ thống, nhưng chỉ có thể hoạt động liên tục trong một khoảng thời gian cụ thể, khoảng từ 12 đến 15 phút Do đó, quản lý và vận hành máy bơm cần được thực hiện một cách cẩn thận và chặt chẽ

- Cấu tạo Động cơ: Động cơ là trái tim của máy nén khí, tạo ra sức mạnh cần thiết để nén khí Trong trường hợp này, máy nén khí bơm hơi mini hoạt động trên nguồn điện 12V

DC, thường là từ pin xe hơi hoặc nguồn điện tương tự.[11]

Tính toán, thiết kế hệ thống bơm

3.2.1 Tính toán bán kính lốp xe

Vì khớp xoay của hệ thống sẽ được thiết kế gắn vào bánh xe nên khi bánh xe lăn bao nhiêu vòng thì khớp xoay sẽ xoay bấy nhiêu vòng Việc tính toán số vòng quay của bánh xe để biết được số vòng quay tối đa trong một giây nhằm mục đích lựa chọn khớp xoay có tốc độ góc phù hợp với tốc độ góc của bánh xe Áp dụng các công thức trên vào chiếc xe Ford Ranger 2004 thực tế để tính toán:

Hình 3.13 Bánh xe Ford Ranger 2004 trong xưởng khung gầm

Theo thông số trên lốp xe, ta tính được chiều cao thành lốp như sau:

( ) ( ) Bán kính thiết kế của bánh xe Ford Range:

Bán kính tĩnh của xe :

Chọn để dễ dàng quan sát thực nghiệm trong trường hợp bơm lốp xe ở áp suất thấp đến khi đạp áp suất tiêu chuẩn của lốp xe

3.2.2 Tính toán tốc độ của xe tối đa để thoả điều kiện bền của khớp xoay

Khớp xoay chất lưu xoay 360 độ SNS NRL8-M5 có vận tốc quay tối đa là 500 RPM Nghĩa là khi gắn khớp xoay lên bánh xe, khớp xoay và bánh xe sẽ quay cùng tốc độ góc với nhau

– Quãng đường lý thuyết mà bánh xe đã lăn t – Thời gian bánh xe đã lăn

– Tổng số vòng quay của bánh xe

Như vậy, tốc độ tối đa mà xe có thể chạy được khi gắn thêm hệ thống bơm tự động là 68,21 (km/h)

3.2.3 Tính toán chênh lệch áp suất trong hệ thống

*Chênh lệch áp suất từ hộp chứa tới hai bánh trước

Vị trí đặt hộp chứa ở cuối xe nên chiều dài đường ống từ hộp chứa đến bánh trước sẽ là Ngoài ra đường ống sử dụng trong hệ thống là đường ống nhưa trong suốt có đường kính Đại lượng của khối lượng riêng của không khí sẽ thay đổi dựa trên nhiệt độ của không khí Sau đây là bảng đại lượng khối lượng riêng không khí qua từng mức nhiệt độ khác nhau:

Bảng 3.3 Bảng giá trị của khối lượng riêng phụ thuộc vào nhiệt độ không khí t ( )

Trong quá trình thực nghiệm nhận thấy rằng nhiệt độ không khí bên trong đường ống có thể tăng lên đến 50 độ C Chính vì vậy, chúng ta lựa chọn khối lượng riêng

Lại có vận tốc không khí bên trong đường ống được tính theo công thức:

A – Diện tích mặt cắt của đường ống ( )

Sau khi có tất cả các đại lượng cần thiết chúng ta áp dụng phương trình Darcy- Weisbach bên trên để tính độ chênh lệch áp suất :

*Chênh lệch áp suất từ hộp chứa tới hai bánh sau

Chiều dài đường ống từ bánh sau đến hộp chứa theo thiết kế là Ngoài ra, các đại lượng khác như đường kính đường ống D, nhiệt độ không khí T, khối lượng riêng không khí và vận tốc dòng khí V đều tương tự như trên

Từ đó xác định được chênh lệch áp suất từ hộp đến hai bánh sau dựa trên phương trình Darcy-Weisbach như sau:

Thiết kế hộp chứa và bảo vệ các thiết bị bơm

3.3.1 Mục đích làm hộp chứa

Mục tiêu của đề tài là thiết kế lại hệ thống bơm sao cho nhỏ gọn và tiện dụng đối với người sử dụng Nên khi thiết kế hộp chứa ta phải thiết kế một cách vừa vặn với các thiết bị bên trong hệ thống, không được quá lớn vì sẽ tăng thêm sự cồng kềnh cho hệ thống, không được làm quá nhỏ vì sẽ khó khăn trong việc sắp xếp các thiết bị bên trong hệ thống Ngoài ra để bảo vệ được các thiết bị của hệ thống phải chọn một vật liệu vừa nhẹ, bền cứng và có tính thẩm mỹ cao

3.3.2 Cấu tạo của hộp chứa Để đáp ứng được các mục đích vừa nếu trên, hộp sẽ được gia công bằng chất liệu inox 304 để đáp ứng mục đích bảo vệ và thẩm mỹ cho hệ thống

Hộp đựng các thiết bị được chia làm ba phần:

- Phần chứa các thiết bị điện tử và vi mạch điều khiển

- Phần chứa các van đóng ngắt trong hệ thống

Hình 3.15 Ảnh các phần bên trong hộp chứa

Hình 3.16 Ảnh hộp chứa ở một góc nhìn khác

Bên trong hộp sẽ có những lỗ khoan hình tròn và hình vuông để dẫn đường ống và dây từ phần này sang phần khác hoặc dẫn ra bên ngoài hộp Đối với phần chứa bơm, chúng ta thiết kế thêm các khớp cứng để cố định máy bơm bên trong

Hình 3.17 Ảnh các khớp cứng cố định bơm

Kích thước của hộp được thiết kế vừa vặn và đủ chỗ chứa cho các thiết bị bên trong hệ thống

Hình 3.18 Hình chiếu đứng của hộp chứa

Hình 3.19 Hình chiếu bằng của hộp chứa

Hình 3.20 Hình chiếu cạnh của hộp chứa

Thiết kế khớp xoay gắn trên bánh xe

3.4.1 Mục đích thiết kế khớp xoay

Mục đích thiết kế khớp xoay nhằm làm cho đường ống dẫn đến van bánh xe không bị xoắn trong quá trình xe di chuyển Ngoài ra, khớp xoay phải có độ bền cao và không gây cản trở trong quá trình xe di chuyển trong khu vực hẹp

3.4.2 Cấu tạo của khớp xoay

Cấu tạo của khớp xoay gồm một giá đỡ bằng inox để giữ khớp xoay cố định vào bánh xe Một đầu của khớp xoay được gắn với van bơm của bánh xe Khi xe di chuyển, đầu nối này sẽ quay cùng chiều và tốc độ với bánh xe Đầu còn lại sẽ cố định để gắn với đường ống bơm của hệ thống

Hình 3.21 Ảnh khớp xoay được gắn lên bánh xe

*Bản vẽ thiết kế giá đỡ khớp xoay

Hình 3.22 Ảnh bản vẽ 3D của giá đỡ

Hình 3.23 Ảnh bản vẽ 2D của giá đỡ Để thiết kế được giá đỡ khớp xoay ta cần biết được thông số của mâm xe Quan trong nhất là khoảng cách giữa hai tâm lỗ gắn ốc đối diện nhau trên bánh xe Sau đó ước lượng chiều cao của giá đỡ để giúp cho đường ống không va chạm nhau lúc bánh xe quay vừa làm cho bề rộng của xe không tăng lên đáng kể

Bố trí đường ống dưới gầm xe

Đường ống dưới gầm xe sẽ đi dọc theo trục các đăng của xe sau đó đi đến các bộ phận giảm chấn của xe để dẫn tới hốc bánh xe Tại hốc bánh xe ta gắn một đầu nối ống khí dạng chữ L để treo đường ống bơm vào hốc xe Đầu còn lại của đầu nối sẽ gắn với đầu cố định của khớp xoay để hoàn chỉnh đường ống bên trong hệ thống

Hình 3.24 Ảnh đường ống bên dưới khung gầm

Hình 3.25 Ảnh đường ống và đầu nối khí chữ L được gắn trong hốc bánh xe

Thiết kế hệ thống điện bên trong hộp chứa

3.6.1 Cấu tạo và vai trò của hệ thống điện

Hệ thống điện của bơm tự động bao gồm một bộ rơ le, một bộ biến áp từ 12V xuống 5V và một vi mạch điều khiển Arduino ESP 32 được đặt bên trong phần chứa vi mạch điện tử của hộp chứa Ngoài ra 4 van điện từ được đặt trong phần chứa van bơm có tác dụng đóng ngắt dòng khí trong đường ống Các cảm biến áp suất sẽ được đặt bên ngoài hộp và được nối dây điện vào bên trong hộp chứa Mục đích việc đặt cảm biến bên ngoài hộp chứa nhằm dễ dàng quan sát áp suất thay đổi bên trong 4 bánh xe

Vai trò của hệ thống điện là điều khiển máy bơm và đóng ngắt các van để có thể bơm khí vào các những bánh xe mong muốn Ngoài ra còn hiển thị áp suất trên từng bánh xe

3.6.2 Nguyên lý làm việc cơ bản của hệ thống điện

Khi một bánh xe giảm áp suất xuống ngưỡng cho phép bơm, cảm biến áp suất sẽ gửi tín hiệu về ESP32 Vi điều khiển ESP32 sẽ gửi tín hiệu để điều khiển đến rơ le, cho phép

52 kích rơ le để cung cấp điện cho van điện từ tương ứng tại bánh xe đó mở ra và bơm hoạt động Khi này áp suất bơm sẽ được cấp trực tiếp vào bánh xe tương ứng đó

Hình 3.26 Sơ đồ nối dây trong hệ thống điện

 Giải thích sơ đồ mạch điện:

Trong sơ đồ mạch điện, các đầu mút được đánh ký hiệu trùng nhau nghĩa là được nối dây với nhau Sơ đồ mạch điện được chúng em thiết kế bao gồm nguồn điện 12V từ ắc quy, vi điều khiển ESP 32, rơ le và mô đun rơ le, biến áp 12V/5V, bơm hơi, 4 cảm biến áp suất, 4 van điện từ Trong đó, các chân được nối với dương nguồn bao gồm: Chân VCC của rơ le và mô đun rơ le, các chân chung (chân C) của rơ le và mô đun rơ le, các chân dương nguồn của cảm biến, chân dương của biến áp Các chân cần được nối với âm nguồn (GND) bao gồm: Chân GND của vi điều khiển ESP 32, chân GND của rơ le và mô đun rơ le, các chân âm nguồn của cảm biến, các chân âm nguồn của van điện từ, các chân âm của biến áp Cân lưu ý rằng điện áp hoạt động của vi điều khiển ESP 32 là 5V nên cần dùng một biến áp 12V/5V để cấp nguồn điện cho chân Vin của vi điều khiển

Các chân tín hiệu của cảm biến áp suất sẽ được nối lần lượt với các chân 34, 35,

36, 39 của vi điều khiển ESP 32 để cung cấp tín hiệu analog cho vi điều khiển Các chân

53 còn lại của van điện từ được nối lần lượt với các chân thường mở (NO) của mô đun rơ le Chân dương nguồn của bơm sẽ được nối vào chân thường mở (NO5) của rơ le.

Nguyên lý làm việc của hệ thống bơm tự động

Trong quá trình vận hành của hệ thống bơm, ESP32 sẽ đọc tín hiệu gửi đến từ các cảm biến áp suất tại mỗi bánh xe Nếu có bất kì giá trị nào thấp hơn ngưỡng cho phép bơm, ESP32 sẽ đóng rơ le bơm và rơ le van điện từ tương ứng với bánh xe giảm áp Lúc này máy bơm sẽ hoạt động và van điện từ tương ứng với bánh xe giảm áp cũng sẽ mở, dòng khí nén sẽ đi từ bơm đến bộ chia khí của hệ thống Vì lúc này chỉ có van điện từ tại bánh xe giảm áp mở còn các van điện từ tại các bánh xe khác lại đóng, nên dòng khí sẽ được bơm đưa tới van điện từ và van một chiều của bánh xe giảm áp để đến với đầu nối khí tại khớp xoay và cuối cùng đi vào van bơm của bánh xe giảm áp tương ứng Khi áp suất tại bánh xe đã tăng lên thì lập tức ESP32 sẽ ngắt rơ le tại bơm và van điện từ tương ứng Khi này, bơm sẽ ngưng hoạt động và dòng khí từ đến bánh xe cũng bị ngắt Bánh xe sẽ luôn duy trì áp suất ổn định cho đến khi có một bánh xe nào đó lại giảm áp thì quá trình trên lại được lặp lại tự động một lần nữa

Hình 3.27 Sơ đồ đường khí đi trong hệ thống bơm

LẬP TRÌNH ĐIỀU KHIỂN HỆ THỐNG BƠM BƠM HƠI TỰ ĐỘNG DÀNH CHO LỐP XE

Sơ đồ thuật toán

Hình 4.1 Sơ đồ thuật toán điều khiển hệ thống bơm hơi tự động

Trong sơ đồ thuật toán, chúng em sẽ tiến hành xây dựng một Web Server để điều khiển các thông số về áp suất bơm tiêu chuẩn, chọn chế độ bơm tự động (Auto Mode) hoặc chế độ bơm thủ công (Manual Mode), các nút bấm ON/OFF để điều khiển bật hoặc tắt các rơ le điều khiển van điện từ và rơ le điều khiển bơm Đồng thời, Web Server cũng thực hiện chức năng giám sát áp suất lốp xe (Tire Pressure Monitoring System – TPMS)

55 và hiển thị giá trị của áp suất của từng lốp xe lên Web Server để chúng ta có thể theo dõi được tình trạng áp suất của lốp xe Đối với thuật toán điều khiển, hệ thống bơm hơi tự động nhờ vào các giá trị áp suất lốp tiêu chuẩn được chọn từ Web Server, giá trị analog của các cảm biến áp suất ở từng lốp xe, từ đó thực hiện tính toán, so sánh với các giá trị áp suất cận trên (h) và giá trị áp suất cận dưới (l) Arduino ESP 32 sẽ thực hiện việc tính toán, so sánh các giá trị trên, nếu giá trị của bất kỳ cảm biến nào nhỏ hơn giá trị áp suất cận dưới thì ESP 32 sẽ kích hoạt các rơ le điều khiển van điện từ tương ứng và rơ le bơm hoạt động để điều chỉnh áp suất lốp xe về đúng với giá trị áp suất tiêu chuẩn đã chọn ban đầu Nếu giá trị của cảm biến áp suất lớn hơn hoặc bằng giá trị áp suất cận trên (h) thì ESP 32 điều khiển cho các rơ le điều khiển van điện từ tương ứng và bơm sẽ ngắt Trong trường hợp tất cả các cảm biến áp suất điều có giá trị lớn hơn hoặc bằng giá trị áp suất cận trên thì ESP 32 sẽ điều khiển ngắt tất cả các rơ le van điện từ và rơ le bơm, hệ thống ở chế độ chờ và thực hiện chức năng giám sát áp suất lốp xe.

Xây dựng công thức cho các cảm biến áp suất

Các giá trị tín hiệu của cảm biến áp suất gửi tới Arduino ESP 32 là các giá trị điện áp 0 - 3.3 V tương ứng với giá trị analog hiển thị trên ESP 32 là 0 - 4095 Các giá trị này là các giá trị thô, để chuyển đổi các giá trị này sang giá trị áp suất ở đơn vị psi, chúng ta cần tiến hành xây dựng các công thức cho từng cảm biến áp suất

Nhóm chúng em sẽ tiến hành đọc các giá trị analog từ cảm biến gửi đến ESP 32 thông qua đoạn code sau, trong đó chân tín hiệu của cảm biến áp suất cần được kết nối với chân D13 của ESP 32

Hình 4.2 Đọc giá trị analog của cảm biến áp suất

Sau khi đọc được các giá trị analog từ cảm biến áp suất, chúng ta có các bảng sau:

Bảng 4.1 Giá trị áp suất của cảm biến và giá trị analog đo được từ cảm biến 1

Giá trị áp suất (psi) Giá trị analog

Bảng 4.2 Giá trị áp suất từ cảm biến và giá trị analog đo được từ cảm biến 2

Bằng cách sử dụng phương trình hồi quy tuyến tính, chúng em xây dựng được các công thức thể hiện mối liên hệ giữa giá trị analog nhận được từ cảm biến áp suất và giá trị áp suất hiển thị lên Web Server

Công thức thể hiện mối liên hệ giữa giá trị áp suất hiển thị lên Web Server và giá trị analog của cảm biến số 1 là: y 1 4x + 1137

Chương trình điều khiển hệ thống bơm hơi tự động

4.3.1 Khai báo các thƣ viện, các biến và các chân điều khiển

Hình 4.3 Các khai báo trong chương trình điều khiển Để sử dụng được chức năng WiFi của ESP32, chúng ta cần khai báo thư viện

,đồng thời cần khai báo các thư viện và

để tạo Web Server Các chân của cảm biến sẽ được kết nối với lần lượt các chân 34, 35, 36, 39 của ESP 32, các chân của rơ le sẽ được kết nối lần lượt với các chân 15, 2, 4, 12, 18 của arduino

Trong các khai báo trên, hai biến h và l dùng để thể hiện hai giá trị áp suất cận trên và áp suất cận dưới, đây là các giá trị để xác định thời điểm đóng hoặc ngắt các rơ le van điện từ và rơ le bơm Chúng ta cũng sử dụng biến relayPinState để quy định trạng thái của các rơ le, biến sliderValue dùng để lưu trữ giá trị áp suất được chọn từ thanh trượt trên Web Server, biến autoMode dùng để quy định chế độ tự động bơm của hệ thống

Trong thiết lập PWM, nhóm chúng em đã lựa chọn cài đặt tần số PWM là 5000

Hz, kênh 0 với độ phân giải là 8 bit

Hai tham số ssid và password dùng để thể hiện tên và mật khẩu của mạng WiFi dùng để ESP 32 có thể kết nối Tham số PARAM_INPUT và PARAM_MODE dùng để nhận các giá trị từ Web Server

4.3.2 Lập trình giao diện Web Server

Hình 4.4 Khai báo máy chủ và khai báo HTML Ở đây, chúng em sẽ tạo một đối tượng AsyncWebServer chạy trên cổng 80 của Server, cổng mặc định cho các dịch vụ của HTTP Đối tượng này sẽ thực hiện các câu yêu cầu HTTP không đồng bộ được gửi xuống từ Web Server Đối tượng index_html là một chuỗi những hằng số lưu trữ các nội dung của Web HTTP và các chuỗi hằng số này được lưu trong bộ nhớ chương trình của vi điều khiển PROGMEM nhằm mục đích tiết kiệm bộ nhớ có RAM Cú pháp R"rawliteral( HTML content )rawliteral" cho phép chuỗi hằng số chưa nhiều dòng mà không phải sử dụng ký tự thoát, đối tượng DOCTYPE HTML dùng để thể hiện loại tài liệu, cụ thể ở đây là tài liệu HTML5, là thẻ gốc của tài liệu HTML, là phần mở đầu để chứa các tài liệu và các thông tin của Web Server

Hình 4.5 Các thiết lập cho giao diện Web

Thiết lập dùng để cho phép chế độ xem trên các thiết bị điện thoại di động, SELECT TIRE

PRESSURE (psi) là phần tiêu đề của Web Server, chúng ta sẽ thấy được dòng chữ SELECT TIRE PRESSURE (psi) trên thanh tiêu đề của Web

Các dòng lệnh trong cấu trúc dùng để thiết lập giao diện cho Web, bao gồm kiểu cỡ, cỡ chữ, các thức dùng con trỏ …

Hình 4.7 Các thiết lập cho giao diện Web Đối tượng thể hiện phần thân của tài liệu HTML, chưa nội dung hiển thị giao diện để người dùng có thể sử dụng,

SELECT TIRE PRESSURE (psi)

%SLIDERVALUE%

62 thanh trượt đến giá trị mong muốn, là ngưỡng giá trị tối thiểu và tối đa của thanh trượt mà người dùng có thể chọn Đối tượng

Tire 1 (psi): %ANALOGVALUE1%

Manual Mode dùng để hiển thị nút Auto Mode và Manual Mode lên giao diện Web

Cấu trúc chứa các đoạn lệnh JavaScript xử lý các yêu cầu từ người dùng Trong đó, hàm function updateSliderPWM(element) được gọi khi giá trị của thanh trượt bị thay đổi, lệnh var sliderValue document.getElementById("pwmSlider").value dùng để lấy giá trị hiện tại của thanh trượt, lệnh nhập và hiển thị giá trị thanh trượt lên Web là document.getElementById("textSliderValue").innerHTML = sliderValue, chúng ta cần tạo một đối tượng XMLHttpRequest để gửi yêu cầu của HTTP GET đến vi điều khiển ESP 32 Lệnh xhr.open("GET", "/slider?value=" + sliderValue, true) cho phép mở yêu cầu GET đến đường dẫn „/slider‟ với giá trị của thanh trượt, cuối cùng cần phải có lệnh xhr.send() để gửi yêu cầu đến vi điều khiển

Ngoài ra, trong đoạn code trên, chúng ta sử dụng hàm function controlRelay(state) khi người dùng nhấn nút ON/OFF trên Web, trong đó cần phải tạo một đường dẫn đến

„/relay‟ để điều khiển trạng thái rơ le đóng hoặc ngắt thông qua lệnh xhr.open("GET",

"/relay?state=" + state, true) Hàm function selectMode(mode) được thực hiện khi người dùng nhấn nút „Auto Mode‟ hoặc „Manual Mode‟ trên giao diện Web, chúng ta cần phải tạo một đường dẫn đến đến „/mode‟ để thực hiện chế độ tự động hoặc chế độ thủ công thông qua lệnh xhr.open("GET", "/mode?mode=" + mode, true) Mỗi hàm con sẽ được chạy trong 1000ms thông qua hàm setInterval(function() { }, 1000), trong hàm này, việc xử lý những phản hồi nhận được từ ESP 32 sẽ thực hiện thông qua lệnh xhr.onreadystatechange = function() { }, chúng ta cần tạo một đường dẫn đến „/analog‟ để lấy giá trị của cảm biến thông qua lệnh xhr.open("GET", "/analog", true) Để kết thúc chuỗi, chúng ta sẽ sử dụng dòng lệnh „)rawliteral"‟

Hình 4.9 Xử lý các biến nhúng trong trang HTML

Các giá trị hiện tại trên Web Server đều là các giá trị thô, vì vậy chúng ta cần xử lý các giá trị này theo các công thức đã được xây dựng như trên Để xử lý các giá trị thô đó, chúng ta cần gọi hàm String processor(const String &var), hàm này cho phép trả về một chuỗi (String) tương ứng với giá trị của biến mà nó đã nhận vào, chuỗi ở đây được thiết lập là một chuỗi hằng số, sử dụng &var để tránh sao chép không đáng có Biến đầu vào sẽ được in ra màn hình Serial thông qua dòng lệnh Serial.println("var in processor: " + var)

Nếu giá trị là thanh trượt SLIDERVALUE, chương trình sẽ kiểm tra biến này thông qua „var‟ và trả về đúng giá trị của thanh trượt lên giao diện Web Server Trường hợp các giá trị nhận được là giá trị analog của các cảm biến áp suất, chương trình cũng sẽ tiến hành kiểm tra thông qua „var‟ và trả về đúng giá trị của cảm biến áp suất Cần lưu ý rằng các giá trị trả về đã được xử lý và trả về giá trị áp suất, đơn vị psi lên giao diện Web Server, kiểu dữ liệu trả về là kiểu số thực Các giá trị áp suất sẽ được chuyển lại thành chuỗi để có thể trả về Trong trường hợp „var‟ được kiểm tra và nhận thấy không trùng khớp với bất kỳ giá trị nào, chuỗi được trả về sẽ là một chuỗi rỗng

4.3.3 Thiết lập các dòng lệnh chỉ chạy một lần

Hình 4.10 Thiết lập các chân nhận hoặc xuất tín hiệu, trạng thái và thiết lập thông số bơm

Các câu lệnh chỉ chạy một lần sẽ được đặt trong hàm void setup( ) Chúng ta cần khởi tạo Serial.begin(9600) để tạo giao tiếp Serial với tốc độ truyền 9600, thông qua giao tiếp này để chúng ta có thể kiểm tra các giá trị analog của cảm biến, cũng như các giá trị khác trong chương trình Các chân của cảm biến sẽ được thiết lập là các chân nhận tín hiệu (INPUT), các chân rơ le sẽ được thiết lập thành các chân xuát tín hiệu (OUTPUT) Để đảm bảo an toàn và ổn định cho hệ thống, ở trạng thái ban đầu, các rơ le sẽ được thiết lập ở mức thấp Chúng ta cũng cần cài đặt PWM bằng cách dùng hàm pumpcSetup với kênh, tần số và độ phân giải đã được khai báo ở đầu chương trình

Hình 4.11 Thiết lập kết nối WiFi

Trong đoạn code này, chúng ta sẽ bắt đầu kết nối với WiFi đã được thiết lập trước đó, chương trình sẽ in dòng "Connecting to WiFi " lên màn hình Serial mỗi giây cho đến khi kết nối với WiFi thành công Quá trình kết nối WiFi hoàn tất, chương trình sẽ in ra địa chỉ IP của thiết bị phát ra sóng WiFi, đây cũng chính là địa chỉ Web để chúng ta có thể truy cập và điều khiển hệ thống bơm hơi tự động

Hình 4.12 Thiết lập điểm kết cho trang chính và thanh trượt

Chúng ta cần phải thiết lập các điểm kết (End Point) cho các thành phần trong chương trình Đối với trang chính của Web, chúng em đã đặt điểm kết "/" để xử lý các

67 yêu cầu từ HTTP GET, gửi đến trang „index_html‟ thông qua bộ xử lý „processor‟ Đối với tanh trượt, chúng ta cần thiết lập điểm kết "/slider" để xử lý các yêu cầu từ HTTP GET, cập nhật các giá trị của thanh trượt „sliderValue‟ cũng như điều chỉnh kênh PWM tương ứng

Hình 4.13 Thiết lập điểm kết cho rơ le

KẾT QUẢ THỰC HIỆN VÀ ĐÁNH GIÁ SẢN PHẨM

Giao diện, các nút chức năng của Web Server và sản phẩm hệ thống bơm hơi tự động dành cho lốp xe

Sau khi tiến hành nạp code vào vi điều khiển ESP 32 và kết nối WiFi thành công, vi điều khiển sẽ trả về một địa chỉ IP 192.168.11.170, đây chính là địa chỉ IP của thiết bị phát sóng WiFi Địa chỉ IP này cũng chỉ là địa chỉ để chúng ta có thể truy cập vào giao diện điều khiển hệ thống bơm hơi tự động dành cho lốp xe

Hình 5.1 Giao diện của Web Server điều khiển hệ thống bơm hơi tự động

Trong phần giao diện chính của Web Server, chúng em đã thiết kế các nút chức năng đáp ứng các yêu cầu của hệ thống bơm hơi tự động Bốn giá trị Tire 1 (psi), Tire 2 (psi), Tire 3 (psi), Tire 4 (psi) lần lượt thể hiện cho giá trị hiện tại của áp suất lốp xe phía trước bên trái, áp suất lốp xe phía trước bên phải, áp suất lốp xe phía sau bên trái, áp suất lốp xe phía sau bên phải Các giá trị này đều được đo ở đơn vị psi Dưới dòng chữ SELECT TIRE PRESSURE (psi) là thanh trượt ngang có chức năng giúp người dùng có

73 thể lựa chọn áp suất bơm tiêu chuẩn theo mong muốn bằng cách kéo thanh trượt sang bên phải hoặc bên trái Khoảng giá trị được phép lựa chọn là từ 2 psi đến 40 psi Phía dưới cùng của màn hình sẽ có hai nút chức năng là Auto Mode và Manual Mode, khi chúng ta muốn hệ thống bơm hơi tự động bơm hơi cho lốp xe theo giá trị áp suất mà chúng ta chọn, chúng ta sẽ lựa chọn chế độ Auto Mode Nếu chúng ta muốn điều khiển hệ thống theo chế độ thủ công, chúng ta sẽ lựa chọn chế độ Manual Mode và lựa chọn nút ON để bật tất cả các rơ le điều khiển bơm và van điện từ hoặc chọn nút OFF để tắt tất cả các rơ le điều khiển bơm và van điện từ

Cần lưu ý rằng chế độ Manual Mode được thiết kế để đảm bảo an toàn cho hệ thống và chỉ nên sử dụng khi xảy ra các sự cố hoặc phát sinh lỗi từ hệ thống, không nên lạm dụng chế độ này vì có thể gây giảm tuổi thọ cho hệ thống và các thiết bị điện tử

Hình 5.2 Sản phẩm máy bơm hơi tự động dành cho lốp xe

Hình 5.3 Bên trong hệ thống bơm hơi tự động dành cho lốp xe

Sau quá trình tính toán, thiết kế, chế tạo và lập trình điều khiển, chúng em đã sắp xếp tất cả các thiết bị, đường ống, vi điều khiển vào trong một hộp nhỏ gọn, bền bỉ và có tính thẩm mĩ, đi đường dây điện ở bên trong hộp để tạo nên sự an toàn cho hệ thống.

Thực nghiệm hệ thống bơm hơi tự động dành cho lốp xe

5.2.1 Thực nghiệm khi xe ô tô đứng yên

Bước 1: Kết nối các đường ống từ hệ thống bơm hơi đến khớp xoay, sau đó tiến hành nối van bơm của hệ thống với van bơm của lốp xe ô tô Cần đảm van bơm của hệ thống được nối với van bơm của lốp xe một cách chắc chắn và kín khí

Hình 5.4 Kết nối các đường ống của hệ thống bơm hơi tự động với van bơm của lốp xe

Bước 2: Lựa chọn chế độ bơm hơi thủ công (Manual Mode) để kiểm tra các rơ le điều khiển van điện từ và bơm hoạt động Khi chọn nút ON, vi điều khiển sẽ kích hoạt tất cả các rơ le điều khiển van điện từ và bơm đồng loạt hoạt động, áp suất lốp xe tăng dần theo thời gian

Bước 3: Lựa chọn chế độ bơm hơi tự động (Auto Mode) để kiểm tra tính chính xác cũng như khả năng đáp ứng trong quá trình tự động bơm hơi của hệ thống Ở thời điểm trước khi bơm, áp suất của lốp xe số 1, số 2, số 3 và số 4 lần lượt là 16.85 psi, 16.62 psi, 20.35 psi, 20.18 psi Chúng em sẽ lựa chọn áp suất tiêu chuẩn là 18 psi và chọn chế độ Auto Mode để đánh giá khả năng đáp ứng của hệ thống Sau quá trình hệ thống bơm hơi tự động, giá trị áp suất đo được ở các lốp xe số 1, số 2, số 3 và số 4 lần lượt là 17.79 psi, 18.00 psi, 20.50 psi và 20.61 psi, các giá trị áp suất của lốp xe số 1 và số 2 đã tiệm cận với mức áp suất tiêu chuẩn là 18 psi đã được lựa chọn lúc ban đầu, chứng tỏ hệ thống hoạt động được ổn định và hiệu quả khi xe đứng yên

Hình 5.5 Kết quả áp suất của các lốp xe sau khi hệ thống bơm hơi tự động được kích hoạt

5.2.2 Thực hiện khi xe ô tô di chuyển

Khi xe ô tô di chuyển, hệ thống bơm hơi sẽ được chia ra làm 2 phần Phần tĩnh của hệ thống bao gồm co nối đường ống bơm, đường ống hơi từ bơm đến đầu nối của khớp xoay, một phần khớp xoay đứng yên, phần đồng quay đồng tốc với bánh xe bao gồm giá đỡ khớp xoay, một phần khớp xoay, co nối đường ống bơm, van bơm Yêu cầu cần có đối với hệ thống bơm hơi tự động là phải đảm bảo các đường ống nối đến các khớp xoay phải vừa đủ để đảm bảo giữ các khớp xoay đứng yên, đồng thời khi xe đánh lái sang các hướng khác nhau thì đường ống không được quá căng làm ảnh hưởng đến khả năng bơm hơi của hệ thống Đồng thời, yêu cầu quan trọng hơn hết đối với hệ thống là phải đảm bảo kín khí từ đầu hệ thống bơm hơi cho đến van bơm vào lốp xe, trong đó khớp xoay phải kín khí tuyệt đối ngay cả khi xoay với tốc độ cao

Hình 5.6 Hệ thống bơm hơi tự động khi xe di chuyển

Bước 1: Trước khi xe ô tô chạy, chúng ta cần kiểm tra các đường ống đã được kết nối với nhau một cách chắc chắn, cần đảm bảo không có vật cản hoặc các dị vật cản trở quá trình xoay của khớp xoay

Bước 2: Lựa chọn chế độ điều khiển thủ công (Manual Mode) và chọn nút ON để kiểm tra sự hoạt động của vi điều khiển, mô đun rơ le, van điện từ và bơm Vi điều khiển ESP 32 sẽ liên tục gửi giá trị áp suất của các lốp xe lên Web Server để người dùng có thể liên tục theo dõi áp suất lốp xe Dữ liệu áp suất hiển thị trên giao diện Web được coi là dữ liệu động (Live Data) và là giá trị thực của áp suất lốp xe Sau khi kiểm tra các thiết bị đều hoạt động bình thường, chúng ta chọn nút OFF để ngắt các van điện từ và bơm, đảm bảo an toàn cho hệ thống

Bước 3: Vì giá trị áp suất lốp xe hiện tại của 4 lốp xe lần lượt là 18.53 psi, 17.44 psi, 21.03 psi, 21.06 psi nên chúng em lựa chọn mức áp suất tiêu chuẩn là 20 psi bằng thanh trượt ngang Sau khi lựa giá trị áp suất tiêu chuẩn, chúng ta tiến hành chọn chế độ bơm tự động Auto Mode và chờ cho đến khi áp suất đạt đến giá trị mong muốn Sau

78 khoảng thời gian gần 2 phút, giá trị áp suất của các bánh xe đã tiệm cận mức mong muốn lúc ban đầu, giá trị áp suất của 4 bánh xe lần lượt là 19.68 psi, 20.00 psi, 21.32 psi, 21.09 psi Chúng ta có thể thấy rằng hai lốp xe số 1 và số 2 lúc ban đầu thiếu áp suất lốp, sau khi chúng ta chọn áp suất mong muốn và chọn chế độ bơm tự động thì hệ thống đã thực hiện kích hoạt rơ le điều khiển van điện từ và rơ le điều khiển bơm hoạt động để đảm bảo duy trì áp suất luôn ở tiệm cận mức mong muốn của người dùng

Hình 5.7 Giá trị áp suất lốp xe khi sau khi chọn áp suất tiêu chuẩn

5.2.3 Kiểm tra tính năng chia sẻ kết nối-điều khiển

Một ưu điểm của hệ thống là tính năng có thể chia sẻ kết nối đối với các thiết bị khác để điều khiển hệ thống bơm hơi tự động Khi người nắm quyền điều khiển hệ thống cung cấp tên và mật khẩu của router WiFi mà ESP 32 sử dụng, các thiết bị có khả năng kết nối với mạng WiFi như điện thoại thông minh, laptop hoặc thậm chí là ti vi thông

79 minh kết nối vào cùng mạng WiFi mà ESP 32 đang sử dụng Sau đó, người được chia sẻ quyền kết nối sẽ nhập địa chỉ IP 192.168.11.170 và tiến hành các thao tác điều khiển tương tự như người nắm quyền điều khiển lúc ban đầu thực hiện Cần lưu ý rằng tại một thời điểm, chỉ có một thiết bị điều khiển hệ thống để tránh xảy ra các xung đột trong việc xử lý tín hiệu của ESP 32 cũng như đảm bảo an toàn cho các thiết bị trong hệ thống bơm hơi tự động

Hình 5.8 Tính năng chia sẻ kết nối-điều khiển

Đánh giá sản phẩm

5.3.1 Bảng số liệu và biểu đồ áp suất thực tế của các lốp xe so với áp suất tiêu chuẩn khi xe đứng yên

Sau quá trình kiểm tra và thực hiện hàng loạt các chức năng, nhóm chúng em đã tiến hành đo kiểm và thu thập số liệu về áp suất tiêu chuẩn và áp suất thực tế ở các bánh xe khi xe đứng yên

Bảng 5.1 Bảng số liệu giá trị áp suất tiêu chuẩn và giá trị áp suất thực tế ở các lốp xe

Lần thực hiện Áp suất tiêu chuẩn (psi)

Từ bảng số liệu trên, chúng em tiến hành vẽ biểu đồ thể hiện các giá trị áp suất tiêu chuẩn và giá trị áp suất thực tế ở từng bánh xe

Hình 5.9 Biểu đồ giá trị áp suất tiêu chuẩn và giá trị áp suất của các lốp xe

Thông qua bảng số liệu thu thập được từ thực tế hoạt động của hệ thống khi xe đứng yên cũng như biểu đồ thể hiện sự tương quan giữa áp suất tiêu chuẩn và áp suất thực tế giữa các lốp xe, chúng ta có thể khẳng định rằng hệ thống có khả năng liên tục điều khiểm bơm và các van điện từ hoạt động để duy trì mức áp suất thực tế ở các lốp xe luôn tiệm cận và gần với mức áp suất tiêu chuẩn mà người dùng mong muốn Theo bảng số liệu thu thập được, giá trị thực tế của áp suất các lốp xe có xu hướng đáp ứng tốt khả năng duy trì áp suất theo áp suất tiêu chuẩn khi áp suất tiêu chuẩn ở mức thấp và trung bình, tức dưới 27 psi Khi áp suất tiêu chuẩn càng tăng cao thì khả năng đáp ứng việc duy trì áp suất của các lốp xe có sự giảm nhẹ, tuy nhiên hệ thống vẫn đảm bảo áp suất của các lốp xe luôn được duy trì ở mức tiệm cận với giá trị áp suất tiêu chuẩn

5.3.2 Đánh giá khả năng duy trì áp suất của các lốp xe theo áp suất tiêu chuẩn khi xe đứng yên

Bảng 5.2 Độ chênh lệch áp suất thực tế giữa các lốp xe so với áp suất tiêu chuẩn

Lần thực hiện Áp suất tiêu chuẩn Delta 1 Delta 2 Delta 3 Delta 4

Chúng ta sẽ tiến hành tính độ chênh lệch của áp suất lốp xe so với áp suất tiêu chuẩn, các độ lệch của lốp xe số 1, số 2, số 3, số 4 tương ứng với Delta 1, Delta 2, Delta

3, Delta 4 Theo thống kê từ bảng số liệu, độ chênh lệch áp suất của lốp xe so với áp suất tiêu chuẩn nhỏ nhất là 0.01 psi, lớn nhất là 0.77 psi Như vậy, hệ thống bơm hơi tự động đã hoạt động và điều chỉnh áp suất lốp xe một cách liên tục và gần như không có sự chênh lệch nhiều so với áp suất tiêu chuẩn mà người dùng lựa chọn, giá trị chênh lệnh so với áp suất tiêu chuẩn nằm trong khoảng 0.01 psi-0.77 psi, giá trị chênh lệch này vẫn đảm bảo các lốp xe vẫn hoạt động tốt trong các điều kiện khác nhau và không ảnh hưởng nhiều đến khả năng vận hành của xe

5.3.3 Đánh giá độ chính xác của giá trị áp suất hiển thị trên Web Server và đồng hồ đo áp suất sau quá trình xe di chuyển

Sau khi xe di chuyển trên đường trường và thực hiện các chức năng để duy trì áp suất của các lốp xe tiệm cận với mức áp suất tiêu chuẩn 20 psi, hai lốp xe phía trước đã được duy trì áp suất ở mức 19.68 psi và 20.00 psi Để kiểm tra tính chính xác cũng của cảm biến đo tại hệ thống, chúng ta sẽ tiến hành dùng một đồng hồ đo áp suất khác để so sánh với giá trị áp suất mà cảm biến đo được

Hình 5.10 Giá trị áp suất tại lốp xe số 1

Hình 5.11 Giá trị áp suất tại lốp xe số 2

Giá trị áp suất đo bởi đồng hồ áp suất cho thấy giá trị áp suất tại lốp xe số 1 là 23 psi, áp suất của lốp xe số 2 là 22 psi Chúng ta có thể thấy rằng giá trị áp suất đo được tại cảm biến có độ chênh lệch so với giá trị áp suất tại lốp xe là 2-3 psi, nguyên nhân của sự chênh lệch này là do có sự chênh lệch áp suất trong hệ thống như nội dung đã giải thích trong Chương 3

Tiêu đề	Tính toán, thiết kế hệ thống bơm lốp xe tự động
Tác giả	Huỳnh Vũ Trần An, Đỗ Đăng Quang, Phạm Huỳnh Hiếu Tài
Người hướng dẫn	ThS. Văn Ánh Dương
Trường học	Trường Đại học Sư phạm Kỹ thuật Thành phố Hồ Chí Minh
Chuyên ngành	Công nghệ Kỹ thuật Ô tô
Thể loại	Đồ án tốt nghiệp
Năm xuất bản	2024
Thành phố	Tp. Hồ Chí Minh

Định dạng
Số trang	113
Dung lượng	10,88 MB