Nghiên cứu, thiết kế chế tạo thiết bị giả lập Âm thanh Động cơ Đốt trong cho xe Ô tô Điện

THÀNH PHỐ HỒ CHÍ MINHBỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO TRƯỜNG ĐẠI HỌC SƯ PHẠM KỸ THUẬT ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP NGÀNH CÔNG NGHỆ KỸ THUẬT Ô TÔ S K L 0 1 3 1 2 7 NGHIÊN CỨU, THIẾT KẾ CHẾ TẠO THIẾT BỊ

TỔNG QUAN VỀ ĐỀ TÀI

Lý do chọn đề tài

Để đáp ứng nhu cầu giáo dục hiện đại, việc đào tạo sinh viên ngày càng trở nên quan trọng Sinh viên không chỉ tiếp thu kiến thức lý thuyết mà còn được rèn luyện kỹ năng áp dụng vào thực tiễn Qua nghiên cứu, chúng tôi nhận thấy rằng sự vận hành êm ái của ô tô điện đã gây ra một số vấn đề cần được xem xét.

Xe điện hoạt động ở tốc độ thấp không phát ra tiếng ồn từ động cơ, nhưng vẫn tạo ra tiếng ồn từ lốp xe ma sát với mặt đường giống như xe động cơ đốt trong Điều này gây ra mối nguy hiểm cho người đi bộ, người đi xe đạp, và đặc biệt là những người khiếm thị, trẻ em và động vật, vì họ có thể không nghe thấy xe điện khi nó tiến lại gần Theo điều tra của Bộ Giao thông Vận tải Canada, từ 2013 đến 2017, đã có khoảng

Trong năm qua, đã ghi nhận 19 trường hợp tử vong và 991 trường hợp bị thương do va chạm giữa xe hybrid, xe ô tô điện và người đi bộ Đồng thời, có 3 trường hợp tử vong và 523 trường hợp bị thương liên quan đến người đi xe đạp Một nghiên cứu của Cơ quan An toàn Giao thông Đường bộ Mỹ (NHTSA) chỉ ra rằng xe hybrid và ô tô điện có nguy cơ va chạm với người đi bộ cao hơn khoảng 20% và với người đi xe đạp cao hơn 50% so với xe sử dụng động cơ xăng.

Một số người dùng hiện nay không ưa chuộng xe điện do động cơ quá êm ái, thiếu cảm giác phấn khích khi lái và âm thanh động cơ không rõ ràng, dẫn đến việc họ có xu hướng lái xe nhanh hơn nhu cầu thực tế, gây nguy hiểm cho những người tham gia giao thông xung quanh Hơn nữa, mặc dù có một số cửa hàng cung cấp thiết bị giả lập âm thanh động cơ với giá cao, nhưng vẫn rất khó tiếp cận đối với nhiều người sở hữu ô tô điện.

Việc trang bị thiết bị giả lập âm thanh động cơ đốt trong cho ô tô điện là cần thiết để khắc phục những khó khăn hiện tại Do đó, nhóm chúng em đã quyết định chọn đề tài này.

“Nghiên cứu, thiết kế chế tạo thiết bị giả lập âm thanh động cơ đốt trong cho xe ô tô điện”

Tình hình đề tài trong và ngoài nước

Hiện tại, nhiều mẫu xe điện VinFast tại Việt Nam chưa có hệ thống giả lập âm thanh động cơ đốt trong, do việc nghiên cứu và thiết kế vẫn chưa được thực hiện Tuy nhiên, để thương mại hóa tại châu Âu và châu Mỹ, có thể cần điều chỉnh bổ sung để tuân thủ quy định về tiếng ồn Bên cạnh đó, một số cửa hàng phụ kiện ô tô tại Việt Nam đã cung cấp thiết bị giả lập âm thanh động cơ cho ô tô điện nhập khẩu từ nước ngoài.

Hình 1.1 Pô điện được sản xuất bởi hãng Thor của Nga

Hình 1.2 Pô điện Thor được lắp đặt trên thị trường

Vào năm 2021, Liên minh châu Âu (EU) và Anh đã chính thức áp dụng quy định bắt buộc lắp thiết bị phát tiếng ồn cho các phương tiện xe điện, nhằm giải quyết vấn đề chúng không phát ra âm thanh khi di chuyển Việc này giúp tăng cường khả năng nhận biết của người tham gia giao thông và các phương tiện khác, từ đó giảm thiểu nguy cơ tai nạn nghiêm trọng và tử vong Quy định này là một phần trong Điều 8 của Quy định Mức độ tiếng ồn phương tiện, được ban hành bởi Hội đồng châu Âu và Nghị viện châu Âu vào tháng 4 năm 2014.

Vào năm 2022, Chính phủ Canada đã quy định rằng tất cả xe hybrid và xe điện phải lắp đặt thiết bị phát tiếng ồn khi di chuyển ở tốc độ thấp Các loại xe như ô tô, SUV, bán tải và xe buýt có trọng lượng dưới 4.536 kg đều phải tuân thủ quy định này Mặc dù các hãng xe có thể tự chọn âm thanh và trang bị cho xe, nhưng âm lượng và cao độ phải được điều chỉnh tương tự như xe động cơ đốt trong, nhằm giúp người xung quanh nhận biết khi phương tiện tăng tốc hoặc giảm tốc độ Quy định này của Canada cũng phù hợp với các tiêu chuẩn quốc tế và quy định tại Hoa Kỳ.

Trên thị trường ô tô toàn cầu hiện nay, nhiều hãng xe điện như Tesla, Porsche, Audi, Mercedes-Benz và Hyundai đã trang bị thiết bị giả lập âm thanh động cơ để tuân thủ các quy định chung.

Hình 1.3 Hệ thống giả lập âm thanh động cơ trên Porsche Taycan

Hình 1.4 Hệ thống giả lập âm thanh động cơ trên Hyundai Ioniq 5 N

Hình 1.5 Hệ thống giả lập âm thanh động cơ trên Hyundai Genesis G80

Giới hạn chọn đề tài

- Tìm hiểu lý thuyết, nguyên lý hoạt động của thiết bị

- Nghiên cứu, chế tạo thiết bị tương ứng với các chức năng hiện có trên thị trường

- Lập trình điều khiển bằng phần mềm Arduino.

Mục tiêu và nhiệm vụ nghiên cứu

- Xây dựng thiết bị giả lập âm thanh động cơ đốt trong cho ô tô điện bằng phần mềm lập trình Arduino

- Nhiệm vụ: Nghiên cứu cơ sở lý thuyết về tiếng ồn ô tô từ đó xây dựng lập trình code trên phần mền Arduino đưa về thiết bị thực nghiệm.

Phương pháp thực nghiệm

- Tham khảo nhiều nguồn tài liệu từ trên mạng và sách liên quan đến đề tài và phần mềm

- Triển khai lập trình trên phần mềm Arduino

- Nghiên cứu, chế tạo sản phẩm thực nghiệm

CƠ SỞ LÝ THUYẾT

Tìm hiểu về cường độ âm thanh và tiếng ồn

2.1.1 Khái niệm về cường độ âm

Cường độ âm thanh được xác định bởi năng lượng mà sóng âm mang theo trong một khoảng thời gian nhất định qua một diện tích vuông góc với hướng truyền âm, đo bằng đơn vị Watt trên mét vuông (W/m²) Đối với con người, giá trị tuyệt đối của cường độ âm I không quan trọng bằng giá trị tương đối so với giá trị chuẩn I₀ Mức cường độ âm L được định nghĩa là logarit thập phân của tỷ số I/I₀.

L(B) = log(I/I0) Đơn vị của mức cường độ âm là Ben (B) Một mức cường độ âm tương ứng với 1, 2,

3, 4 B cho thấy cường độ âm I gấp 10, 100, 1000, 10000 lần so với cường độ âm chuẩn I₀

Trong thực tế, đơn vị decibel (dB), bằng 1/10 của một ben, thường được sử dụng Mức cường độ âm đo bằng decibel lớn gấp 10 lần mức đo bằng ben:

Khi L = 1 dB, cường độ âm I gấp khoảng 1.26 lần I₀, đây là mức âm thanh thấp nhất mà tai người có thể nhận biết bằng máy đo Âm thanh được sinh ra từ sự dao động của vật chất, gây nén và loãng không khí xung quanh, tạo ra sóng âm Tần số, định nghĩa là số lần dao động của sóng âm trong một giây, giúp xác định phạm vi dao động của âm thanh Tai người thường có khả năng nghe âm thanh với tần số từ

Dải âm thanh nghe được nằm trong khoảng từ 20 đến 20.000 Hz, trong khi âm thanh có tần số trên 20.000 Hz được gọi là sóng siêu âm và âm thanh dưới 20 Hz là sóng hạ âm Ngoài tần số, âm thanh còn khác nhau về cường độ; âm thanh quá nhỏ không thể được cảm nhận, trong khi âm thanh quá lớn có thể gây đau tai và mất thính lực Cường độ âm thanh được sử dụng để mô tả độ mạnh yếu của âm thanh.

Trong vật lý, cường độ âm thanh thường được đo bằng đơn vị decibel (dB) thay vì năng lượng trực tiếp do con số lớn và không tiện dụng Decibel được sử dụng để đo cấp độ công suất, điện áp, dòng điện và cường độ âm thanh, với 1 dB tương đương 1/10 ben Vì ben là đơn vị quá lớn trong nhiều ứng dụng âm thanh, decibel trở thành lựa chọn phổ biến Khái niệm decibel đã trở nên quen thuộc với nhiều người trong lĩnh vực âm thanh.

Decibel được định nghĩa là mức âm thanh nhỏ nhất mà con người có thể nghe thấy trong phòng cách âm, tương đương với 10⁻¹² W/cm² Các cường độ âm thanh khác được so sánh với mức chuẩn này thông qua logarit và đơn vị decibel Khi cường độ âm thanh tăng gấp 10 lần, mức decibel sẽ tăng thêm 10 dB; cụ thể, tăng 10 lần là 10 dB, 100 lần là 20 dB, 1000 lần là 30 dB và 10000 lần là 40 dB.

Decibel là đơn vị đo cường độ âm thanh, giúp dễ dàng tính toán và biểu đạt, vì mỗi khi cường độ âm thanh tăng gấp 10 lần, chỉ cần tăng 10 decibel Thính giác con người tỷ lệ thuận với decibel, nghĩa là khi số decibel tăng hoặc giảm một mức, cảm nhận âm thanh của con người cũng thay đổi tương ứng Do đó, decibel rất phù hợp với cảm nhận thực tế của con người.

Âm thanh có cường độ khác nhau, ví dụ như tiếng gió thổi và lá cây xào xạc chỉ đạt 0 dB, trong khi tiếng nổ của đạn pháo có cường độ lên tới 130 dB Cường độ âm thanh càng lớn thì tác động đến con người càng mạnh mẽ.

Khi sử dụng loa có công suất 100W, âm thanh phát ra có thể rất lớn Tuy nhiên, việc thêm một loa có công suất tương tự không làm âm thanh tăng gấp đôi, mà chỉ tạo ra sự gia tăng nhỏ trong độ lớn âm thanh.

Khi công suất âm thanh đạt 100W, mức cường độ âm thanh là 20 dB Nếu công suất tăng lên 200W, mức cường độ sẽ đạt 23 dB Để tăng cường độ âm thanh lên 3 dB, cần phải tăng gấp đôi công suất.

Nếu +- 3 dB tạo ra khác biệt nhỏ về âm lượng,

Nếu +- 6 dB tạo ra thay đổi rõ rệt, và

Nếu +- 10 dB làm âm thanh cảm nhận lớn gấp đôi hoặc giảm một nửa

Mỗi ngành nghề đều có những đơn vị đo lường đặc trưng, và trong lĩnh vực âm thanh, công suất loa (Watt) và độ lớn âm thanh (decibel) là hai yếu tố quan trọng Khái niệm decibel phức tạp hơn các đơn vị khác vì mức cường độ âm thanh thay đổi theo khoảng cách; ví dụ, âm thanh nghe ở khoảng cách 1 mét sẽ khác so với khoảng cách 10 mét Khả năng chịu đựng âm thanh cũng khác nhau giữa các cá nhân, với một số người có thể chịu được mức âm thanh lên đến 130-140 dB, trong khi đa số chỉ nghe được âm thanh dưới 125 dB.

Hình 2.1 Các mức độ Decibel phổ biến

Cường độ âm thanh từ loa thay đổi tùy thuộc vào khoảng cách giữa nguồn phát và người nghe hoặc thiết bị đo Thông thường, cường độ âm thanh được quy định đo ở khoảng cách 1 mét.

Một số chỉ số cường độ âm thanh phổ biến mà con người hay bắt gặp:

Bảng 2.1 Các mức độ ồn phổ biến xung quanh con người

Decibel (dB) Âm thanh môi trường xung quanh con người

0 Tai không nghe thấy gì cả

10 Âm thanh hơi thở của con người

20 Âm thanh lá rơi chậm chạp, nhẹ nhàng

30 Âm thanh lá rơi xào xạc

40 Âm thanh nói xì xào, thì thầm với nhau

50 Lượng mưa vừa phải hoặc âm thanh trong rạp phim cách âm

60 Cuộc nói chuyện bình thường, tiếng con người gõ bàn phím, v.v

70 Văn phòng ồn ào đang làm việc, trung tâm thương mại, v.v

80 Âm thanh hội trường ồn ào, tiếng động cơ ô tô, xe máy, v.v

90 Tiếng máy trộn công nghiệp, nhà máy sản xuất công nghiệp, v.v

120 – 140 Tiếng còi xe cứu thương, tiếng động cơ máy bay cất cánh, v.v

• Độ suy giảm của âm thanh theo khoảng cách đo đạc:

Bảng 2.2 Mức độ suy giảm âm thanh theo khoảng cách

Khoảng cách (m) 1 2 4 8 16 32 64 Độ suy giảm (dB) 0 -6 -12 -18 -24 -30 -36

2.1.2 Khái niệm về tiếng ồn

Tiếng ồn, được định nghĩa là những âm thanh không mong muốn, gây khó chịu cho người nghe và ảnh hưởng tiêu cực đến quá trình làm việc cũng như nghỉ ngơi của con người Tiếng ồn vật lý là sự dao động của sóng âm với cường độ và tần số khác nhau, lan truyền ngẫu nhiên trong môi trường đàn hồi Đơn vị đo tiếng ồn là decibel (dB).

Cường độ âm thanh từ 90 đến 140 decibel có thể gây hại nghiêm trọng cho thính giác Ở trong môi trường có tiếng ồn từ 100 đến 120 decibel trong một phút có thể dẫn đến mất thính lực tạm thời, trong khi tiếng ồn ở mức 140 decibel có khả năng gây mất thính lực vĩnh viễn.

20 viễn Vì lý do này, các nhà khoa học đã xác định 100 decibel là giới hạn cao nhất cho cường độ âm thanh an toàn

Khi đo tiếng ồn ô tô, khoảng cách thường được sử dụng là từ 1 đến 3 mét.

Quy định về tiếng ồn trên ô tô

2.2.1 Quy định về tiếng ồn trên ô tô động cơ đốt trong

Tiêu chuẩn quốc gia TCVN 7880:2008 về Phương tiện giao thông đường bộ - Tiếng ồn phát ra từ ô tô (quy định ở tốc độ 20 – 40km/h, khoảng)

Bảng 2.3 Tiêu chuẩn tiếng ồn về phương tiện giao thông Việt Nam

TT Loại xe Giới hạn độ ồn cho phép (dB)

2 Ô tô khách có khối lượng cho phép lớn nhất lớn hơn 3500 kg và công suất:

Công suất động cơ < 150 kW 78

Công suất động cơ không < 150 kW 80

3 Ô tô khách và ô tô tải với tải trọng:

Tải trọng cho phép lớn nhất ≤ 2000 kg 76

2000 kg < tải trọng cho phép lớn nhất ≤ 3500 kg 77

4 Ô tô tải có tải trọng cho phép lớn nhất lớn hơn

Công suất động cơ < 75 kW 77

75 kW ≤ Công suất động cơ < 150 kW 78

Công suất động cơ ≥ 150 kW 80

2.2.2 Quy định về tiếng ồn trên ô tô điện

Quy định về tiếng ồn của xe điện tại EU:

Kể từ ngày 1/7/2021, các phương tiện điện và lai điện trong Liên minh châu Âu (EU) phải trang bị thiết bị phát tiếng ồn để nâng cao an toàn cho người đi bộ và xe đạp, nhằm giảm thiểu nguy cơ tai nạn do xe điện không phát ra âm thanh.

Theo quy định, 21 thống cảnh báo phương tiện bằng âm thanh (AVAS) cần phát ra tiếng ồn liên tục khi xe di chuyển lùi hoặc khi tốc độ dưới 19 km/h Mục tiêu của quy định này là để cảnh báo sự hiện diện của xe cho người tham gia giao thông, nhằm tăng cường an toàn trên đường.

Kể từ năm 2021, tất cả các phương tiện sử dụng năng lượng điện, bao gồm cả những xe đã lưu hành, bắt buộc phải lắp đặt hệ thống phát tiếng ồn Quy định này nằm trong Điều 8 của Quy định Mức độ tiếng ồn phương tiện, được Nghị viện châu Âu và Hội đồng châu Âu thông qua vào tháng 4/2014.

Một số tổ chức toàn cầu đã đồng ý với sự thay đổi này và kêu gọi lắp đặt thiết bị phát tiếng ồn giả cho xe di chuyển ở mọi tốc độ Tiếng ồn giả này có thể dao động từ 56 đến 75 decibel, tương đương với âm thanh hoạt động của một chiếc điều hòa, theo thông tin từ trang công nghệ New Atlas.

Quy định về tiếng ồn xe điện ở Canada và Mỹ:

Chính phủ Canada yêu cầu tất cả xe hybrid và xe điện phải được trang bị thiết bị phát tiếng ồn khi di chuyển ở tốc độ thấp nhằm bảo đảm an toàn cho người đi bộ, người khiếm thị và động vật Quy định này áp dụng cho các loại xe như ô tô, SUV, bán tải và xe buýt có trọng lượng tối đa 4.536 kg.

Tại Mỹ, Cơ quan An toàn Giao thông Quốc gia đã nhận thấy rủi ro từ sự im lặng của xe điện và đã ban hành tiêu chuẩn an toàn liên bang từ năm 2016, yêu cầu các phương tiện điện mới phải phát ra âm thanh có thể nghe được khi di chuyển dưới 30 km/h Giới chức Mỹ cho rằng, ở tốc độ cao hơn, âm thanh từ lốp và gió đã đủ để người đi đường nhận biết sự hiện diện của xe, do đó không cần phát thêm tiếng ồn.

2.2.3 Đo đạc độ ồn ô tô trong thực tế

- Thiết bị đo độ ồn: có đa dạng như TOTAL, HABOTEST,…

- Chúng em chọn dòng HABOTEST để thực hiện đo đạc số liệu cho đề tài

Hình 2.2 Máy đo độ ồn HABOTEST

Thông số kỹ thuật HABOTEST HT622A:

- Độ chính xác áp suất âm thanh: ± 1.5dB (94dB @ 1KHz) ” ± 5dB (94dB @ 8KHz

- Đáp ứng tần số: 30Hz ” 8KHz

- Đặc điểm động: NHANH 125ms, CHẬM 1 giây

- Phạm vi: 30 ” 80dB “40 ” 90dB“ 50 ” 100dB ” 60 ” 110dB “70 ” 120dB ” 80 ” 130dB

• Tiến hành đo đạc đồ ồn ô tô ngoài thực tế: khoảng cách từ 1 – 2m so với xe

Xe động cơ đốt trong:

Hình 2.3 Đo đạc âm thanh động cơ ô ô đốt trong trong thực tế

Hình 2.6 Đo đạc âm thanh động cơ ô tô điện Vfe34

Hình 2.7 Đo đạc âm thanh động cơ ô tô điện Tesla Model 3

Bảng số liệu đo đạc: (Âm thanh môi trường tại điểm đo 50 - 55 dB)

Bảng 2.4 Thông số âm thanh động cơ ô tô đốt trong trong thực tế

Loại động cơ Tên xe Độ ồn (dB) Đốt trong

Xe điện hầu như không phát ra tiếng động lớn khi di chuyển, âm thanh của chúng thường hòa lẫn với âm thanh xung quanh.

Công suất điện và công suất âm thanh

Công suất loa, đo bằng đơn vị Watt (W), là thông số kỹ thuật quan trọng phản ánh độ lớn âm lượng mà loa có khả năng phát ra Công thức tính công suất loa giúp người dùng hiểu rõ hơn về hiệu suất hoạt động của thiết bị âm thanh này.

Công suất Peak, hay còn gọi là công suất đỉnh, là mức công suất tối đa mà thiết bị âm thanh có thể đạt được trong thời gian ngắn Thông số này thường được đo bằng watt và được ghi rõ trong thông số kỹ thuật của thiết bị âm thanh.

Công suất RMS (Root Mean Square) là giá trị trung bình của bình phương căn tín hiệu âm thanh, được sử dụng để đo lường công suất trung bình một cách chính xác Để tính công suất RMS, ta tính giá trị bình phương trung bình của tín hiệu âm thanh và sau đó lấy căn bậc hai của giá trị đó.

Sự khác biệt chính giữa công suất RMS và công suất Peak là thời gian đo lường Công suất RMS phản ánh công suất trung bình của tín hiệu âm thanh trong khoảng thời gian dài, trong khi công suất Peak chỉ ghi nhận công suất tối đa trong khoảng thời gian ngắn.

Công suất RMS thường bằng 0,7 lần Công suất Peak

Ví dụ nếu ta sử dụng loa 50w thì đó là công suất Peak, loa sẽ hoạt động ổn định nhất ở mức công suất 0,7 x 50 = 35W

Tính toán công suất trong trường hợp này có thể dẫn đến sai số lớn do tín hiệu âm thanh thường xuyên biến đổi Vì vậy, kết quả chỉ có thể coi là tham khảo Để đạt được độ chính xác cao hơn, cần sử dụng các thiết bị phức tạp như máy phát sóng âm, voltmeter điện tử và điện trở mẫu.

Mọi thiết bị tiêu thụ điện, bao gồm cả amply, đều có một hiệu suất nhất định, thường nhỏ hơn 100% Hiệu suất của amply bị ảnh hưởng bởi chế độ hoạt động của mạch công suất như class A, B hoặc AB Đặc biệt, công suất điện có thể tăng gần gấp đôi khi số lượng loa được nhân đôi.

Các thông số kỹ thuật của loa:

Độ nhạy của loa là chỉ số quan trọng phản ánh mức âm lượng mà loa có thể đạt được dựa trên công suất từ amply, mà không làm ảnh hưởng đến chất lượng âm thanh Đơn vị đo cho độ nhạy này là dB/watt/m.

Kích thước và trọng lượng của loa là những yếu tố quan trọng có thể nhận biết dễ dàng bằng mắt thường Thông thường, loa có kích thước lớn và trọng lượng nặng sẽ mang lại âm thanh sâu và chất lượng tốt hơn.

• Dải tần đáp ứng của loa : Thông số này dùng để đánh giá khả năng của loa trong việc tái tạo âm thanh ở các dải tần số khác nhau

+ Bass: Tần số thấp, thường từ khoảng 20Hz đến 250Hz Âm bass giúp tái hiện các âm trầm, mang lại độ sâu và độ mạnh mẽ cho âm thanh

Tần số trung (mid) nằm trong khoảng từ 250Hz đến 2000Hz, đóng vai trò quan trọng trong việc tái tạo giọng hát và các nhạc cụ chính, mang lại sự rõ ràng và chi tiết cho âm thanh.

Treble là dải tần số cao, nằm trong khoảng từ 2000Hz đến 20kHz Âm treble đóng vai trò quan trọng trong việc tái hiện các âm thanh cao, mang đến độ sáng và chi tiết cho chất lượng âm thanh tổng thể.

Công suất cực đại là thông số quan trọng giúp xác định mức công suất tối đa mà loa có thể chịu đựng mà không bị hỏng khi kết nối với amply.

• Trở kháng của loa : Đây là một yếu tố quan trọng, giúp đảm bảo loa hoạt động hiệu quả và tương thích tốt với amply

Mối liên hệ giữa công suất loa và mức cường độ âm thanh có thể diễn đạt như sau:

• Khi nhân đôi (x2) công suất loa, âm lượng sẽ tăng thêm 3 dB

• Khi công suất tăng gấp 10 lần, cường độ âm sẽ tăng thêm 10 dB, nghĩa là âm thanh sẽ lớn gấp đôi.

Cảm biến chân ga

Cảm biến chân ga, hay Accelerator Pedal Sensor, là thiết bị quan trọng trong hệ thống điều khiển phương tiện giao thông, giúp đo lường vị trí và mức độ mở của bàn đạp ga khi người lái nhấn Sau khi xác định mức độ mở, cảm biến gửi tín hiệu đến bộ điều khiển động cơ (ECU), cho phép ECU điều chỉnh hoạt động của động cơ Hệ thống này không chỉ cải thiện hiệu suất và phản ứng của động cơ mà còn mang lại trải nghiệm lái xe mượt mà và an toàn hơn.

2.4.2 Cấu tạo và nguyên lý hoạt động

Hiện nay, ô tô sử dụng hai loại cảm biến chân ga phổ biến là cảm biến tuyến tính và cảm biến Hall Mặc dù cả hai đều là cảm biến cho bàn đạp chân ga, nhưng chúng có cấu trúc và nguyên lý hoạt động hoàn toàn khác nhau.

Cảm biến bàn đạp ga loại tuyến tính:

Cảm biến bàn đạp ga tuyến tính có cấu tạo tương tự như cảm biến bướm ga, bao gồm một con trượt, mạch trở than và lưỡi quét Để đảm bảo an toàn và tin cậy, hầu hết các xe ô tô sử dụng hai tín hiệu từ cảm biến bàn đạp ga để gửi thông tin đến bộ phận ECU.

Cảm biến bàn đạp ga tuyến tính hoạt động dựa trên nguyên lý chiết áp, được cấp nguồn 5V Tín hiệu đến module điều khiển chiết áp 1 luôn gấp đôi so với chiết áp 2 Khi trục bàn đạp ga thay đổi vị trí trên mạch trở than, lưỡi quét xoay làm thay đổi điện áp đầu ra, từ đó gửi thông tin về ECU, tăng cường độ tin cậy cho cảm biến.

Hình 2.8 Cảm biến chân ga loại tuyển tính

Cảm biến bàn đạp ga loại Hall (loại mới):

Cảm biến bàn đạp ga loại Hall khác với cảm biến bàn đạp ga tuyến tính, bao gồm ba bộ phận chính: điện trở, hai dây tín hiệu và điện áp của hai chân tín hiệu.

Cảm biến chân ga loại Hall hoạt động với nguồn cấp 5V và Mass, và nó thay đổi theo mức độ mở của bướm ga dựa trên nguyên lý hiệu ứng Hall, bao gồm hai loại là thuận và nghịch.

Hiệu ứng Hall là hiện tượng vật lý xảy ra khi một từ trường vuông góc tác động lên một thanh Hall có dòng điện chạy qua, dẫn đến sự xuất hiện của điện áp ngang.

- Khi dòng điện chạy qua vật liệu dẫn điện, các electron di chuyển theo một đường thẳng

- Đặt vật liệu trong từ trường, một lực tác động lên chúng, làm chúng lệch khỏi đường thẳng ban đầu, gọi là lực Lorentz

Sự chênh lệch điện thế giữa hai mặt của vật liệu tạo ra hiệu ứng điện tử, tỷ lệ thuận với cường độ dòng điện và từ trường.

Cảm biến bàn đạp ga loại Hall hoạt động dựa trên nguyên lý hiệu ứng Hall, chuyển đổi sự thay đổi vị trí của bàn đạp ga thành tín hiệu điện một cách hiệu quả.

2.4.3 Cảm biến chân ga trên ô tô điện

Theo tài liệu sơ đồ mạch điện các dòng ô tô điện, thì cảm biến vị trí bàn đạp ga trên ô tô điện thường dùng loại tuyến tính:

Hình 2.10 Sơ đồ mạch điện cảm biến bàn đạp chân ga trên Vfe34

Trên ô tô điện Tesla Model X:

Hình 2.11 Sơ đồ mạch điện cảm biến bàn đạp chân ga trên Tesla Model X

Giao tiếp mạng CAN trên ô tô

2.5.1 Khái niệm giao tiếp mạng CAN

Mạng Điều Khiển Cục Bộ (CAN) là một hệ thống truyền dữ liệu nối tiếp, được thiết kế cho các ứng dụng thời gian thực với tốc độ truyền cao và khả năng phát hiện lỗi Hệ thống CAN sử dụng hai dây truyền là CAN-H (CAN High) và CAN-L (CAN Low) để thực hiện việc truyền thông qua sự chênh lệch điện áp Các ECU và cảm biến trên xe có khả năng giao tiếp và chia sẻ thông tin hiệu quả thông qua mạng CAN.

Hệ thống CAN thường sử dụng hai điện trở 120Ω để duy trì liên lạc hiệu quả trên đường truyền chính.

CAN cho phép các module và máy tính trên xe giao tiếp qua một mạng lưới đường dẫn tốc độ cao, giúp truyền dữ liệu và lệnh giữa các hệ thống khác nhau Ví dụ, hệ thống ECU động cơ, hệ thống ABS, ESC và kiểm soát tay lái có thể kết nối và hoạt động đồng bộ nhờ vào công nghệ CAN.

Hình 2.12 Mạng giao tiếp CAN trên ô tô

Hệ thống điện tử trên xe bắt đầu xuất hiện từ những năm 1970 với việc sử dụng điều khiển đánh lửa bằng IC Sự ra đời của hộp điều khiển động cơ ECM đã thúc đẩy công nghệ điện tử nhanh chóng thay thế các hệ thống cơ khí truyền thống nhờ vào những ưu điểm vượt trội mà nó mang lại.

Công nghệ điện tử đã có những bước tiến vượt bậc, tạo ra nhiều hệ thống tiên tiến như ESP, immobilizer, Smart Key, và Parking Assist Hiện nay, hầu hết các hệ thống trên xe đều dựa vào điều khiển điện tử và tự động, nâng cao hiệu suất và sự tiện lợi cho người sử dụng.

Trong những ngày đầu, việc kết nối các hộp điều khiển trên xe thường diễn ra trực tiếp và từng điểm một do số lượng hộp còn ít Tuy nhiên, hiện nay, một chiếc xe thông thường có khoảng 30 hộp điều khiển, trong khi các dòng xe cao cấp có thể lên đến hàng trăm Mỗi hệ thống, từ điều khiển ghế ngồi đến mở cốp và âm thanh, đều có hộp điều khiển riêng, và tất cả cần được kết nối để truyền tín hiệu hiệu quả.

Việc sử dụng kết nối truyền thống bằng dây điện từng điểm một trên ô tô sẽ dẫn đến sự phức tạp và xung đột trong hệ thống dây dẫn Do đó, cần có giải pháp tối ưu hơn để kết nối các hộp điều khiển mà không làm tăng số lượng dây dẫn Hệ thống mạng giao tiếp CAN đã ra đời và trở thành giải pháp phổ biến cho vấn đề này.

2.5.2 Phân loại mạng giao tiếp CAN

Có hai loại đường truyền CAN phổ biến, bao gồm HS-CAN và MS-CAN, được phân biệt theo tốc độ truyền tín hiệu HS-CAN là đường truyền tốc độ cao, thường hoạt động ở khoảng 500 kbps, được sử dụng cho việc liên lạc giữa các hệ thống truyền lực, gầm và một số hệ thống điện khác trên xe Điện trở cho đường truyền HS-CAN được đặt trong ECU trung tâm và CAN No.2 J/C, nhưng không thể đo được từ giắc DLC3 Ngược lại, MS-CAN là đường truyền tốc độ trung bình, hoạt động ở khoảng 250 kbps, chủ yếu dùng để liên lạc giữa các hệ thống điện khác trên xe, với điện trở được đặt trong ECU thân xe chính và ECU chứng nhận, cũng không thể đo được từ giắc DLC3.

Hình 2.13 Phân loại mạng giap tiếp CAN

2.5.3 Các loại giao tiếp nối tiếp CAN khác nhau

Giao thức CAN Serial Communication là một công nghệ truyền thông linh hoạt và mạnh mẽ, đã thay đổi cách thức hoạt động trong ngành công nghiệp ô tô và công nghiệp Nó cho phép truyền dữ liệu liên tục giữa các thiết bị khác nhau, trở thành một yếu tố thiết yếu trong các hệ thống hiện đại.

Có nhiều loại giao tiếp nối tiếp CAN với các đặc điểm và ứng dụng khác nhau CAN 2.0A là loại phổ biến nhất, sử dụng mã định danh 11 bit để phân biệt các thông báo Loại giao tiếp này thường được áp dụng trong ngành ô tô, nơi nhiều mô-đun cần tương tác một cách hiệu quả.

CAN 2.0B là một loại giao thức sử dụng mã định danh 29bit, giúp phân biệt thông báo một cách chính xác hơn Loại giao thức này thường được áp dụng trong các hệ thống tự động hóa công nghiệp, nơi yêu cầu truyền tải dữ liệu phức tạp với độ chính xác cao.

CAN FD (Tốc độ dữ liệu linh hoạt) mang lại tốc độ dữ liệu cao hơn so với các giao thức CAN truyền thống, cho phép giao tiếp nhanh hơn và tăng kích thước tải trọng Điều này làm cho CAN FD trở thành lựa chọn lý tưởng cho các ứng dụng yêu cầu khả năng đáp ứng thời gian thực.

J1939 là một biến thể của giao thức CAN, được sử dụng chủ yếu trong các phương tiện hạng nặng như xe tải và xe buýt Giao thức này quy định các tham số như định dạng tin nhắn và quy tắc quản lý mạng, được thiết kế đặc biệt cho các loại phương tiện này.

Mỗi loại giao tiếp nối tiếp CAN được thiết kế để phục vụ mục đích cụ thể và có thể được triển khai dựa trên yêu cầu của hệ thống hiện tại Dù là trong ô tô hay trong ngành công nghiệp, luôn có những tùy chọn phù hợp để đáp ứng nhu cầu liên lạc.

Hiểu biết về các loại giao tiếp nối tiếp CAN khác nhau giúp tối ưu hóa khả năng truyền dữ liệu, đặc biệt trong các lĩnh vực như kỹ thuật ô tô và hệ thống tự động hóa công nghiệp.

Hình 2.14 Các loại giao tiếp nối tiếp CAN

2.5.4 Đặc điểm của mạng giao tiếp CAN

- Đây là loại công nghệ mạng nối tiếp sử dụng cho các giải pháp nhúng (IOT)

- Với chỉ hai dây có tên CAN-H và CAN-L

- Mức điện áp CAN-H (1,5V – 2,5V) CAN-L (2,5V-4,5V) tùy từng loại xe

- Chúng hoạt động với tốc độ dữ liệu có thể lên tới 1 Megabit trên giây

- Hỗ trợ tối đa lên tới 8byte cho mỗi khung giao tiếp

- Không hỗ trợ ID nút, chỉ ID thông báo Một ứng dụng có thể hỗ trợ nhiều ID tin nhắn

- Hỗ trợ mức độ ưu tiên của tin nhắn, tức là ID tin nhắn mà càng thấp thì mức độ ưu tiên của nó sẽ càng cao

- Hỗ trợ hai độ dài ID tin nhắn, 11-bit (tiêu chuẩn) và 29-bit (mở rộng)

- Không gặp xung đột tin nhắn (vì chúng có thể xảy ra trong các công nghệ nối tiếp khác)

- Không đòi hỏi khắt khe về yêu cầu cáp Hệ thống dây xoắn đôi là đủ

Hình 2.15 Đặc điểm của mạng giao tiếp CAN

2.5.5 Phần cứng giao diện CAN

NGHIÊN CỨU THUẬT TOÁN GIẢ LẬP ÂM THANH ĐỘNG CƠ ĐỐT

Sơ lược ý tưởng

Sử dụng đoạn âm thanh giả lập động cơ đốt trong tương ứng với một chu kỳ động cơ, mã hóa và đưa vào ECU (Arduino Mega2560 R3 CH340) giúp ECU nhận các tín hiệu đầu vào để xử lý và phát lại đoạn âm thanh với tốc độ thực tế.

Người dùng có thể lựa chọn âm thanh động cơ đa dạng và trực quan, phù hợp với nhu cầu của mọi người, đồng thời vẫn đảm bảo tuân thủ quy định về tiếng ồn trên ô tô tại Việt Nam.

Nguyên lý điều khiển

Hình 3.1 Sơ đồ nguyên lý điều khiển

Bo mạch Arduino Mega2560 CH340 hoạt động như một ECU, nhận tín hiệu từ các nút nhấn StartStop, nút chọn âm thanh động cơ và cảm biến chân ga, vận tốc xe qua giao tiếp mạng CAN ECU xử lý thông tin và điều khiển bộ chấp hành LCD để hiển thị âm thanh và loa, tạo ra âm thanh giả lập động cơ đốt trong cho ô tô điện trong các chế độ như khởi động, cầm chừng và tăng tốc, nhằm đáp ứng quy định về tiếng ồn cho ô tô điện.

EngineOn = 1 : công tắc StartStop bật

OCR1A = fixedSmpleRate : Thanh ghi tốc độ mẫu cố định

OCR2B = pgm_read_byte(&start_data[curStartSample]) : Thanh ghi mã hóa dữ liệu âm thanh

Sơ đồ thuật toán chung

Sơ đồ thuật toán khi khởi động

Sơ đồ thuật toán khi động cơ hoạt động

Sơ đồ thuật toán động cơ dừng lại

Nguyên lý xử lý tốc độ âm thanh

currentSmpleRate: Tốc độ âm thanh curEngineSample: thứ tự byte âm thanh

OCR1A: Thiết lập thanh ghi so sánh

OCR2B: sử dụng để lưu trữ mẫu âm thanh

Chương trình sử dụng nguyên lý PWM (Pulse Width Modulation) để tạo tín hiệu âm thanh Cách hoạt động của chương trình:

1 Thiết lập Timer 2 để tạo PWM, lưu trữ âm thanh: Timer 2 được sử dụng để tạo ra tín hiệu PWM Chế độ này được thực hiện bằng cách thiết lập chế độ Fast PWM trên chân OC2B của Arduino Trong trường hợp này, giá trị OCR2B được sử dụng để lưu trữ mẫu âm thanh (1 byte âm thanh) OCR2B = pgm_read_byte(&idle_data1[0]) ý nghĩa là lưu trữ byte âm thanh đầu tiên của tiếng số 1 vào thanh ghi OCR2B

2 Thiết lập Timer 1 để gửi mẫu âm thanh: Timer 1 được cấu hình để gửi một mẫu âm thanh mới mỗi khi đạt đến giá trị so sánh với thanh ghi OCR1A Điều này tạo ra một ngắt với thời gian tùy chỉnh dựa vào giá trị được truyền vào thanh ghi OCR1A currentSmpleRate ý nghĩa là khi bộ đếm đạt giá trị tương ứng với tốc độ sẽ tạo ra tín hiệu ngắt

3 Xử lý byte âm thanh và phát âm thanh: Các byte âm thanh được lưu trữ trong một mảng dữ liệu như idle_data1, khi có tín hiệu ngắt ở trên thì chân OC2B sẽ truyền tín hiệu âm thanh ra ngoài, qua bộ khuếch đại

Mỗi vòng lặp sẽ làm tăng giá trị curEngineSample lên 1, cho phép các byte âm thanh phát ra tuần tự và tạo thành một dãy âm thanh động cơ Khi curEngineSample đạt giá trị tối đa (idle_length), nó sẽ quay trở lại giá trị 0, giúp âm thanh lặp lại một cách mượt mà.

Tóm lại, chương trình sử dụng Timer 1 để tạo ra một ngắt thời gian tùy chỉnh và Timer

2 để tạo ra tín hiệu xung âm thanh, kết hợp để tái tạo âm thanh từ mẫu dữ liệu được lưu trữ trong mảng idle_data

THIẾT KẾ CHẾ TẠO THIẾT BỊ GIẢ LẬP ÂM THANH ĐỘNG CƠ ĐỐT

Giới thiệu về ngôn ngữ lập trình của Arduino

Hiện nay, các ngôn ngữ lập trình như C, C++, C#, Java, Python và Ruby đang trở nên phổ biến toàn cầu Tuy nhiên, chúng chỉ chiếm khoảng 10% trong lĩnh vực lập trình, trong khi phần lớn còn lại là các bộ mã được sử dụng trên nhiều thiết bị điện tử khác nhau.

Arduino là một bo mạch xử lý lý tưởng để tương tác với các thiết bị phần cứng như cảm biến và động cơ Ngôn ngữ lập trình của Arduino nổi bật nhờ tính dễ học, giúp người dùng nhanh chóng nắm bắt Với thiết kế chuẩn hóa của các ngoại vi trên bo mạch, ngay cả những người không có kiến thức sâu về điện tử cũng có thể lập trình một cách dễ dàng.

Ngôn ngữ lập trình chuẩn hóa trên Arduino đã dẫn đến sự phát triển của nhiều bo mạch mở rộng, được gọi là shield Những shield này được cắm chồng lên bo mạch Arduino, tương tự như "thư viện" trong các ngôn ngữ lập trình khác trên toàn cầu.

Khi kết nối Internet, bạn có thể sử dụng Ethernet shield; để điều khiển động cơ, Arduino có Motor shield; và để nhận tin nhắn, có thể dùng GSM shield Từ đó, chúng ta chỉ cần tập trung vào việc "lắp ghép" các thành phần này để phát triển những ứng dụng hữu ích cho cuộc sống hàng ngày.

Các linh kiện của thiết bị

Arduino MEGA2560 R3 CH340 là bo mạch điều khiển vi mô dựa trên ATmega2560, sở hữu 54 chân đầu vào/đầu ra kỹ thuật số, trong đó 15 chân hỗ trợ đầu ra PWM Bo mạch này còn có 16 đầu vào tương tự, 4 cổng UART cho giao tiếp nối tiếp phần cứng, bộ dao động tinh thể 16 MHz, kết nối USB, giắc cắm nguồn, ICSP và nút đặt lại.

Mega2560 R3 CH340 khác với các phiên bản trước vì không sử dụng chip FTDI USB-to-serial Thay vào đó, nó tích hợp chip CH340, được lập trình làm bộ chuyển đổi USB-to-Serial.

Arduino MEGA2560 R3 CH340 sở hữu bộ nhớ Flash lớn lên đến 256KB, rất lý tưởng cho việc lập trình với nhiều thư viện âm thanh Với khả năng sử dụng khoảng 10 thư viện âm thanh cùng các thư viện khác, chương trình chính chỉ chiếm khoảng 30% bộ nhớ Flash, giúp người dùng dễ dàng phát triển các dự án phức tạp.

Thông số kỹ thuật Arduino Mega2560 R3 CH340:

- Vi điều khiển chính: ATmega2560

- IC nạp và giao tiếp UART: CH340

Nguồn nuôi mạch nên sử dụng 5VDC từ cổng USB hoặc nguồn ngoài qua giắc tròn DC Để đảm bảo mạch hoạt động ổn định, khuyến nghị cấp nguồn từ 6 đến 9VDC và tránh sử dụng nguồn 12VDC nhằm ngăn ngừa tình trạng nóng IC ổn áp và giảm nguy cơ hỏng mạch.

- Số chân Digital I/O: 54 (trong đó 15 chân có khả năng xuất xung PWM)

- Dòng điện DC Current trên mỗi chân I/O: 20mA

- Dòng điện DC Current chân 3.3V: 50mA

- Flash Memory: 256 KB, trong đó có 8 KB được sử dụng cho bootloader

- 54 chân kỹ thuật số và 16 chân analog

Hình 4.2 Kích thước Arduino Mega 2560 R3 CH340

Hình 4.3 Sơ đồ chân kết nối Arduino Mega 2560 R3 CH340

Hình 4.4 Điện áp các chân Arduino Mega 2560 R3 CH340

Chức năng của các chân:

Bảng 4.1 Thông số chân ATMEGA16U2 ICSP1

1 CIPO Internal Controller In Peripheral Out

4 COPI Internal Controller Out Peripheral In

Bảng 4.2 Thông số chân ATMEGA16U2 JP5

Bảng 4.3 Thông số chân Analog

1 PB4 Internal Serial Wire Debug

2 IOREF IOREF Reference for digital logic V - connected to 5V

Bảng 4.4 Thông số chân Digital

1 D21/SCL Digital Input/I2C Digital input 21/I2C Dataline

2 D20/SDA Digital Input/I2C Digital input 20/I2C Dataline

3 AREF Digital Analog Reference Voltage

5 D13 Digital/GPIO Digital input 13/GPIO

17 D1/TX0 Digital/GPIO Digital input 1 /GPIO

18 D0/Tx1 Digital/GPIO Digital input 0 /GPIO

19 D14 Digital/GPIO Digital input 14 /GPIO

Bảng 4.5 Thông số chân Digital Pins D22 – D53 LHS

MCP2515 là một module mở rộng CAN cho vi điều khiển không có chuẩn giao tiếp CAN tích hợp Module này sử dụng giao tiếp SPI, cho phép tương tác với bất kỳ vi điều khiển nào thông qua các chân SPI hoặc chân IO thông thường.

CAN-BUS là chuẩn giao tiếp phổ biến trong các thiết bị hiện đại, bao gồm hệ thống điện ô tô OBD II, hệ thống điện công nghiệp, máy phát điện và tàu thủy Các vi điều khiển mới như STM32, LPC, PIC32 và ESP32 đều hỗ trợ giao tiếp CAN, cho thấy tầm quan trọng của công nghệ này trong các ứng dụng hiện nay.

Mạch MCP2515 CAN Giao Tiếp SPI có thiết kế nhỏ gọn và hoạt động ổn định, cho phép bạn dễ dàng điều khiển các thiết bị CAN Bus thông qua giao diện SPI với MCU như Arduino UNO.

- Tốc độ độ truyền dữ liệu: 1 Mb/giây

- Điện trở phối hợp trở kháng: 120 ohm

- Đường truyền đài, chống nhiễu tốt

- Dòng làm việc: 5mA, dòng tĩnh 1uA

Hình 4.6 Sơ đồ các chân kết nối Module MCP2515

4.2.3 Mạch tăng áp DC Boost Converter XL6009

Mạch chuyển đổi tăng áp DC Boost Converter XL6009 là giải pháp hiệu quả để nâng cao điện áp DC với hiệu suất chuyển đổi lên tới 94% Với khả năng cung cấp dòng đầu ra tối đa 4A (10W), mạch này trở thành lựa chọn lý tưởng cho các ứng dụng cần tăng áp.

Hình 4.7 Mạch tăng áp DC Boost Converter XL6009

- Dòng khi không tải: 18mA

- Dòng ra 4A, hiệu suất làm việc đạt 94%

- Kích thước: 43mm x 21mm x 14mm

Hình 4.8 Sơ đồ các chân kết nối Mạch tăng áp DC Boost Converter XL6009

4.2.4 Mạch Khuếch Đại Âm Thanh TPA3116D2 2x120W

Mạch khuếch đại âm thanh TPA3116D2 là một giải pháp kỹ thuật số hiện đại, được thiết kế để mang lại hiệu suất cao và chất lượng âm thanh vượt trội Với công nghệ lõi mới nhất, bộ khuếch đại công suất âm thanh lớp D của TPA3116D2 hoạt động tối ưu, mang lại trải nghiệm âm thanh hoàn hảo Đây là lựa chọn lý tưởng cho những ai muốn lắp đặt và sử dụng hệ thống âm thanh chất lượng cao trong thực tế.

Mạch khuếch đại âm thanh này hoạt động hiệu quả với dải điện động từ 12V đến 24V và dòng điện tĩnh nhỏ Nó được trang bị các chức năng bảo vệ hoàn hảo như bảo vệ quá áp và giới hạn dòng điện đầu ra Tại mức 12V, công suất mạch khuếch đại đạt 50%, trong khi ở 24V, công suất tối đa có thể đạt 100%.

Hình 4.9 Mạch Khuếch Đại Âm Thanh TPA3116D2 2x120W

- Điện áp làm việc: 12-24VDC

- Công suất đầu ra: 120W*2(MAX)

- Tỷ lệ tín hiệu / nhiễu: 100dB

Hình 4.10 Sơ đồ các chân kết nối Mạch Khuếch Đại Âm Thanh TPA3116D2 2x120W

4.2.5 Mạch XH-M802 điều Chỉnh âm HIFI

XH-M802 là mạch điều chỉnh âm thanh HIFI, giúp tối ưu hóa âm thanh trước khi đưa vào bộ khuếch đại Với thiết kế đơn giản, mạch có một đầu vào và một đầu ra R-G-L, cho phép kết nối trực tiếp với bộ khuếch đại Sản phẩm này không chỉ cải thiện chất lượng âm thanh mà còn cho phép người dùng điều chỉnh các thông số âm thanh theo sở thích.

Hình 4.11 Mạch XH-M802 điều Chỉnh âm HIFI

- Có thể tinh chình: âm lượng tổng, bass, treble

- Kích thước mạch: 55mm x 28mm x 13mm

Loa 4 Ohm 50W là một sản phẩm chất lượng với hoàn thiện tốt, được sử dụng phổ biến trong các mô hình âm thanh cá nhân của bạn Với thiết kế dễ dàng lắp đặt, loa này mang lại sự thuận tiện cho việc sử dụng

Loa này lý tưởng cho việc chế tạo loa hộp, máy nghe nhạc, chuông cửa, máy tính, và loa đa phương tiện Với khả năng ứng dụng đa dạng, loa trở thành lựa chọn linh hoạt cho các dự án cảnh báo âm thanh, âm ly đơn giản, hoặc chế tạo robot.

- Chất liệu: nhôm, nhựa, nam châm

Màn hình LCD 2004 với module I2C và driver HD44780 có khả năng hiển thị 4 dòng, mỗi dòng 20 ký tự Sản phẩm này nổi bật với độ bền cao và sự phổ biến trong cộng đồng, đi kèm nhiều mã mẫu dễ sử dụng, đặc biệt phù hợp cho người mới bắt đầu và các dự án DIY.

Module giao tiếp I2C được hàn sẵn giúp việc kết nối trở nên đơn giản và nhanh chóng Người dùng không cần phải lo lắng về việc hàn các chân I2C, tiết kiệm thời gian và giảm chi phí Giá thành của màn hình này rất hợp lý so với việc mua từng linh kiện riêng lẻ.

Thông số kỹ thuật của LCD 2004 kèm module I2C:

- Điện áp hoạt động là 5 V

- Địa chỉ I2C: 0x27 (có thể là 0X3F thay đổi theo đơn hàng của nhà sản xuất)

- Kích thước lỗ bắt ốc: 74mm x 30mm

- Kích thước của mạch: 80mm x 36mm x 19m

Hình 4.14 Bàn đạp chân ga

Hình 4.15.Sơ đồ chân bàn đạp chân ga

Hình 4.17 Nút nguồn có led

4.2.11 Bộ đầu nối 2 chân chống nước IP68

Hình 4.18 Bộ đầu nối 2 chân chống nước IP68

4.2.12 Bản mạch hàn 2 mặt 9x15cm sợi thủy tinh

Hình 4.19 Bản mạch hàn 2 mặt 9x15cm sợi thủy tinh

4.2.13 Hàng rào đực và cái

Hình 4.20 Hàng rào đực và cái

4.2.14 Trụ đồng 0,5cm kèm ốc

Hình 4.21 Trụ đồng 0,5cm kèm ốc

Hình 4.22 Dây điện kết nối

Hình 4.23 Dây loa chống nhiễu

4.2.17 Hộp nhựa chịu nhiệt, chịu va đập

Hình 4.24 Hộp nhựa chịu nhiệt, chịu va đập

Tính toán thiết kế thiết bị

4.3.1 Dải tần âm thanh thực tế động cơ đốt trong

Tiến hành đo đạc dải tần âm thanh động cơ đốt trong thực tế

Hình 4.25 Đo đạc dải tần âm thanh thực tế của động cơ đốt trong

Hình 4.26 Đo đạc dải tần âm thanh thực tế của động cơ đốt trong

Sau khi đo đạc cho thấy dải tần âm thanh dao động trong khoảng 159 – 234 Hz thuộc dải Bass nên ưu tiên chọn loa MidBass để âm thanh hay nhất

4.3.2 Tính toán công suất loa

Ban đầu sử dụng loa 5W (mức âm lượng 50%) thì độ ồn cho ra 56dB

Hình 4.27 Đo đạc độ ồn loa 5W với mức âm lượng 50%

Theo nguyên tắc tính công suất loa, khi tăng công suất lên 10 lần, độ ồn sẽ tăng thêm 10dB Vì vậy, khi chọn loa có công suất 50W, độ ồn ở mức âm lượng khoảng 50% sẽ đạt 66dB, đáp ứng tiêu chuẩn về độ ồn và tương đương với âm thanh của xe thực tế.

Hình 4.28 Loa khi đã lắp đặt theo tính toán

4.3.3 Tính toán chọn mạch khuếch đại

Để đảm bảo loa 50W hoạt động ổn định và lâu dài, cần chọn mạch khuếch đại có công suất lớn hơn, khuyến nghị là mạch 120W Theo tài liệu, khi cấp nguồn 12V, mạch chỉ đạt 50% công suất (60W), do đó hiện tượng cháy loa sẽ không xảy ra.

Sơ đồ mạch điện

Hình 4.29 Sơ đồ mạch điện của thiết bị

Thiết bị lắp hoàn chỉnh

Hình 4.30 Thiết bị khi lắp hoàn chỉnh

Hình 4.31 Thiết bị khi lắp hoàn chỉnh

Bao gồm một hộp điều khiển, hai box loa kèm ống xả, dây nguồn và bộ dây loa kết nối chống nhiễu

Khảo sát vị trí lắp đặt thiết bị trên ô tô điện

• Trên Vfe34: Thanh đỡ đường dây điện từ pin (gần cầu sau)

Hình 4.32 Vị trí lắp đặt khả quan trên Vfe34

• Trên VF8: Thanh nhôm đỡ phần đuôi xe (gần cầu sau)

Hình 4.33 Vị trí lắp đặt khả quan trên VF8

• Trên Tesla Model X: Thanh nhôm đỡ đuôi xe (gần cầu sau xe)

Hình 4.34 Vị trí lắp đặt khả quan trên Tesla Model X

 Dựa vào các vị trí trên ta có thể chế tạo một giá đỡ để lắp đặt vào các vị trí đã khảo sát

THỰC NGHIỆM VÀ ĐÁNH GIÁ KẾT QUẢ

Chức năng đọc tín hiệu cảm biến bàn đạp chân ga

Bằng cách đọc tín hiệu CAN qua cổng OBD2 trên ô tô thông qua Module MCP2515 hoặc từ giắc cảm biến bàn đạp chân ga, Arduino có thể hiển thị thông tin trên màn hình LCD và điều chỉnh tốc độ âm thanh tương ứng với vị trí của bàn đạp chân ga.

Hình 5.1 Chức năng đọc tín hiệu cảm biến bàn đạp chân ga bằng CAN

Chức năng tạo độ trễ như âm thanh động cơ đốt trong thực tế

Tùy thuộc vào vị trí số thực tế, cần điều chỉnh độ nhạy phù hợp Khi ở số N, độ trễ thấp giúp âm thanh phản ứng nhanh hơn khi đạp ga, trong khi ở số D, âm thanh tăng tốc với độ trễ tương tự như động cơ đốt trong.

Chức năng chuyển đổi âm thanh động cơ đốt trong

Hình 5.2 Chức năng chuyển đổi âm thanh động cơ đốt trong

So sánh độ ồn so với quy định và động cơ đốt trong

Tiến hành đo đạc các âm thanh ở mức ga 10 – 25% tương đương tốc độ 20 – 40 km/h

Hình 5.3 Đo đạc đồ ồn bên ngoài sau khi hoàn thành thiết bị

Hình 5.4 Đo đạc đồ ồn bên trong sau khi hoàn thành thiết bị

Sau khi tiến hành đo đạc, thiết bị cho thấy đáp ứng đầy đủ tiêu chuẩn về độ ồn cho ô tô điện, cả bên trong lẫn bên ngoài xe, phù hợp với quy định TCVN (

Tiêu đề	Nghiên Cứu, Thiết Kế Chế Tạo Thiết Bị Giả Lập Âm Thanh Động Cơ Đốt Trong Cho Xe Ô Tô Điện
Tác giả	Huỳnh Quốc Khang, Nguyễn Phúc Hưng
Người hướng dẫn	Th.S. Vũ Đình Huấn
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	115
Dung lượng	12,87 MB