Đo Đạc, Đánh giá chất lượng hệ thống treo trên xe mô tô

TÓM TẮT Đề tài tập trung vào việc đo lường và phân tích các thông số kỹ thuật của hệ thống treo xe mô tô bằng cách sử dụng cảm biến gia tốc và vị trí.. Đầu tiên, cảm biến gia tốc được gắ

TỔNG QUAN

Lý do chọn đề tài

Xe mô tô đã trở thành một phương tiện di chuyển quen thuộc được nhiều người ưa chuộng vì sự tiện lợi cũng như tính đa dụng của nó Với nhu cầu sử dụng xe mô tô ngày càng cao, các hãng xe cũng liên tục nghiên cứu, phát triển, trang bị các công nghệ hiện đại mới lên các dòng xe của mình Bên cạnh đó sự an toàn của khách hàng khi tham gia giao thông cũng như sự thoải mái là một trong những tiêu chí đặt lên hàng đầu

Trong kỹ thuật mô tô và các phương tiện giao thông, hệ thống treo đóng một vai trò quan trọng, không chỉ liên quan đến sự thoải mái và an toàn của hành khách mà còn ảnh hưởng đến hiệu suất và độ bền của phương tiện Với xu hướng phát triển của các dòng xe hiện đại, yêu cầu về một hệ thống treo tối ưu là rất cao Đồng thời với công nghệ cảm biến và phương pháp phân tích dữ liệu tiên tiến cho phép chúng ta thu thập và xử lý thông tin một cách chính xác hơn, từ đó đưa ra các giải pháp cải tiến kỹ thuật hiệu quả Việc cải thiện hệ thống treo không chỉ là vấn đề kỹ thuật mà còn góp phần vào việc bảo vệ môi trường thông qua việc giảm thiểu tiếng ồn và khí thải, do đó nâng cao chất lượng sống và bảo vệ sức khỏe cộng đồng

Qua những vai trò quan trọng trên và nhận thấy tầm quan trọng của việc đánh giá hiệu quả của hệ thống treo nhóm chọn đề tài: “Đo đạc, đánh giá chất lượng hệ thống treo trên xe mô tô”.

Tình hình nghiên cứu hoạt động hệ thống treo xe máy

Tại Việt Nam, nghiên cứu hệ thống treo xe máy tập trung vào tối ưu hóa lò xo và giảm xóc để phù hợp với điều kiện đường xá phức tạp Các phương pháp chính gồm mô hình toán học, mô phỏng phần mềm và thử nghiệm thực tế để thu thập dữ liệu về động học và lực tác động Các trường đại học và viện nghiên cứu hợp tác với doanh nghiệp sản xuất để phát triển hệ thống treo mới, kết hợp nghiên cứu khoa học và ứng dụng thực tiễn nhằm nâng cao chất lượng và đáp ứng nhu cầu người tiêu dùng Tuy nhiên, thách thức vẫn còn ở việc tối ưu chi phí và đảm bảo tính bền vững Áp dụng công nghệ tiên tiến và vật liệu mới là hướng đi quan trọng để cải thiện hiệu suất và tuổi thọ hệ thống treo

Trên thế giới, nghiên cứu hệ thống treo xe mô tô tập trung vào cải thiện hiệu suất, an toàn và sự thoải mái Các phương pháp chính gồm mô hình toán học, mô phỏng phần mềm và thử nghiệm thực tế Công nghệ tiên tiến như cảm biến và trí tuệ nhân tạo được sử dụng để thu thập dữ liệu và tối ưu hóa thiết kế Xu hướng hiện nay là phát triển hệ thống treo thông minh tự điều chỉnh và sử dụng vật liệu mới như hợp kim nhẹ và composite Sự hợp tác giữa các trường đại học, viện nghiên cứu và hãng xe lớn đã mang lại nhiều tiến bộ, nhưng thách thức vẫn ở việc tối ưu hóa chi phí và đảm bảo tính bền vững.

Mục tiêu nghiên cứu

Sử dụng các cảm biến thu thập dữ liệu về tần số dao động, thời gian dập tắt giao động của phuộc cũng như gia tốc lớn nhất, gia tốc trung bình của hệ thống treo và các thành phần được treo, phân tích so sánh dữ liệu thu thập được để đánh giá hoạt động của hệ thống treo trên các trường hợp mặt đường khác nhau, cũng như đánh giá hiệu quả của hệ thống.

Đối tượng nghiên cứu

- Hệ thống treo xe máy

- Tiêu chuẩn về độ êm dịu, dao động

- Vi điều khiển và linh kiện điện tử

Phương pháp nghiên cứu

- Phương pháp thu thập số liệu

- Sử dụng các nguồn tài liệu trên internet.

Giới hạn của đề tài

Đề tài chủ yếu nghiên cứu thử nghiệm trên một dòng xe, cụ thể là Wave RSX bản

2020 Vì vậy, đánh giá của đề tài chỉ giới hạn bởi một dòng xe không thể áp dụng với dòng xe khác cũng như không so sánh được sự êm dịu của từng loại xe với nhau

Hạn chế của đề tài

Đề tài chỉ có thể đưa ra những đánh giá về tính hoạt động của hệ thống Kiểm nghiệm hệ thống có thực sự dập tắt dao động truyền lên thân xe hay không Đánh giá tình trạng mặt đường thông qua so sánh dữ liệu

Do giới hạn kiến thức cũng như ngân sách nên không thể thực hiện những thử nghiệm với độ chính xác cao hơn cho dữ liệu thu thập và không thể tránh khỏi những sai số trong các thông số đánh giá

CƠ SỞ LÝ THUYẾT HỆ THỐNG TREO TRÊN XE MÁY

Lý thuyết hệ thống treo trên xe gắn máy

2.1.1 Giới thiệu chung về hệ thống treo trên xe máy

Hình 2.1 Hệ thống treo trên xe máy

Hệ thống treo của xe là một bộ phận không thể thiếu, đóng vai trò quan trọng trong việc đảm bảo sự an toàn và thoải mái khi lái xe Khi xe di chuyển trên đường, hệ thống treo đảm nhận nhiều nhiệm vụ quan trọng

Khi bánh xe di chuyển qua các địa hình không đồng đều, hệ thống treo làm nhiệm vụ giảm chấn động và rung động từ mặt đường lên khung xe và người lái Điều này giúp tạo ra trải nghiệm lái xe mềm mại và thoải mái hơn, giảm sự mệt mỏi và căng thẳng cho người lái và người ngồi trên xe

Hệ thống treo cũng có vai trò quan trọng trong việc duy trì lực bám của xe trên mặt đường Bằng cách giảm thiểu sự dao động của bánh xe, hệ thống treo giúp xe duy trì lực bám tốt hơn, cải thiện khả năng kiểm soát và giảm nguy cơ mất lái, đặc biệt là trong điều kiện đường trơn trượt hoặc địa hình khó khăn

Ngoài ra, hệ thống treo cũng đóng vai trò quan trọng trong việc kiểm soát và ổn định xe Bằng cách giảm thiểu sự lắc lư và chuyển động không mong muốn của khung xe, hệ thống treo giúp xe duy trì đường đi ổn định và dễ dàng kiểm soát, giảm nguy cơ tai nạn và tăng cảm giác an toàn cho người lái và hành khách Hệ thống treo không chỉ là một bộ phận của xe, mà còn là một yếu tố quan trọng quyết định đến sự an toàn, thoải mái và kiểm soát của phương tiện trên đường

Hệ thống treo xe máy có thể được phân loại theo nhiều tiêu chí khác nhau, bao gồm cấu trúc, vị trí lắp đặt, và cơ chế hoạt động Dưới đây là một phân loại dựa trên cấu trúc và vị trí lắp đặt của hệ thống treo:

❖ Treo phía trước: Ống lồng (Telescopic Forks): Loại treo phổ biến nhất, bao gồm hai ống lồng đối xứng nhau Mỗi ống lồng chứa giảm xóc và lò xo, được lắp ở phía trước xe để hấp thụ các va đập và chấn động từ mặt đường

Hình 2.2 Hệ thống treo kiểu ống lồng

USD Forks (Upside Down Forks): Loại treo này có thiết kế ngược lại so với ống lồng thông thường, với ống lớn ở phía trên và ống nhỏ hơn ở dưới Đây thường là lựa chọn trong các dòng xe thể thao và đua

Hình 2.3 Hệ thống treo kiểu Upside Down

Giảm xóc đơn (Mono-shock): Loại treo này chỉ sử dụng một giảm xóc đặt ở phía sau, thường là gắn trực tiếp vào khung xe Đây thường là lựa chọn của các dòng xe thể thao và đua, mang lại tính linh hoạt và hiệu suất cao

Hình 2.4 Hệ thống treo giảm xóc đơn

Dual-shock: Sử dụng hai giảm xóc đặt ở hai bên của bánh xe sau Loại này thường được sử dụng trong các dòng xe cổ điển hoặc xe cruiser để cung cấp sự ổn định và thoải mái

Hình 2.5 Hệ thống treo giảm xóc kép

❖ Treo có thể điều chỉnh:

Hình 2.6 Hệ thống treo có thể điều chỉnh

Treo có thể điều chỉnh độ cứng: Cho phép người lái điều chỉnh độ cứng của giảm xóc để phù hợp với điều kiện lái xe và phong cách lái riêng của họ

Treo có thể điều chỉnh độ cao: Cho phép người lái điều chỉnh chiều cao của xe để tăng tính linh hoạt hoặc tối ưu hóa khả năng điều khiển

❖ Treo không dùng lò xo:

Treo khí nén: Sử dụng khí nén thay vì lò xo để giảm xóc, thường được sử dụng trong các dòng xe cao cấp hoặc xe đua

Hình 2.7 Hệ thống treo khí nén

Treo thủy lực: Sử dụng chất lỏng thay vì lò xo, cung cấp khả năng điều chỉnh cao và hiệu suất ổn định trong nhiều điều kiện đường khác nhau

Một số sơ đồ hệ thống treo thường gặp

Hình 2.8 Hệ thống treo thủy lực

Hệ thống treo xe máy bao gồm các thành phần chính sau:

❖ Ống lồng (Telescopic Forks) hoặc Càng Treo (Swingarm): Phần này chịu trách nhiệm chịu lực từ bánh xe và truyền đến hệ thống giảm xóc Ở phía trước, hệ thống treo thường sử dụng ống lồng, trong khi ở phía sau sử dụng càng treo

❖ Giảm Xóc (Shock Absorbers): Là thành phần chính trong việc hấp thụ và giảm chấn động từ mặt đường Có thể là giảm xóc thủy lực hoặc khí nén, tuỳ thuộc vào thiết kế và yêu cầu của xe

❖ Lò Xo (Springs):Lò xo làm nhiệm vụ hấp thụ và lưu trữ năng lượng từ các va đập và chấn động Thường được sử dụng kết hợp với giảm xóc để tạo ra tính thoải mái và ổn định cho xe

Cơ sở lý thuyết để đánh giá hoạt động của hệ thống treo

Nội dung lĩnh vực nghiên cứu hệ thống treo xe máy có thể thấy là bao hàm các vấn đề như: các chỉ tiêu đánh giá dao động xe máy, các yếu tố gây dao động, thí nghiệm dao động

2.2.1 Các chỉ tiêu đánh giá dao động xe máy

Có nhiều chỉ tiêu khác nhau để đánh giá dao động xe máy: chỉ tiêu về độ êm dịu chuyển động, chỉ tiêu về an toàn chuyển động

2.2.1.1 Chỉ tiêu đánh giá độ êm dịu chuyển động Để đánh giá được độ êm dịu của chuyển động ta có thể sử dụng nhiều tiêu chí Trong đó gia tốc dao động đồng thời biên độ, tần số dao động có ảnh hưởng trực tiếp đến người lái, hành khách và hàng hóa Vì vậy, gia tốc dao động là chỉ tiêu quan trọng có tính chất quyết định đến độ êm dịu chuyển động Do giới hạn về kiến thức và phạm vi của đồ

10 án nên nhóm chỉ tập trung nghiên cứu đánh giá độ êm dịu chuyển động thông qua chỉ tiêu gia tốc dao động

Thông số cơ bản đánh giá độ êm dịu chuyển động là giá trị bình phương trung bình gia tốc RMS   m s/ 2   hay tỷ lệ so với gia tốc trọng trường g ( 9.81 m s / 2 ) được tính theo công thức sau:

Trong đó: n : khoảng thời gian đo ( đơn vị: s ) a i : biên độ gia tốc thẳng đứng tại thời điểm thứ i

Tùy thuộc vào điều kiện và mục đích nghiên cứu, có thể đánh giá độ êm dịu chuyển động theo giá trị bình phương trung bình của gia tốc người lái, gia tốc thẳng đứng thân xe, gia tốc lắc dọc hoặc có thể đánh giá theo giá trị bình phương trung bình của cả ba gia tốc trên

2.2.1.2 Chỉ tiêu đánh giá an toàn chuyển động

Tải trọng động thẳng đứng là một trong những chỉ tiêu đánh giá an toàn chuyển động và cũng là nguyên nhân chính gây mất an toàn chuyển động (mất khả năng điều khiển)

Khi xe chuyển động trên đường có biên dạng mang đặc tính ngẫu nhiên thì dáng điệu của tải trọng thẳng đứng của bánh xe F t Z ( ) cũng mang đặc tính ngẫu nhiên Các giá trị của F t Z ( ) dao động xung quanh vị trí giá trị trung bình F t Z ( ) (gọi là kỳ vọng toán học), theo kết quả thử nghiệm thì giá trị này bằng giá trị tải trọng tĩnh đặt trên bánh xe

2.2.2 Thí nghiệm dao động xe máy

❖ Thí nghiệm dao động tự do nhằm xác định các đặc tính tự nhiên như tần số dao động tự nhiên và hệ số giảm chấn

❖ Thí nghiệm dao động cưỡng bức để xác định phản ứng của hệ thống dưới các điều kiện dao động khác nhau

❖ Thí nghiệm đường gồ ghề kiểm tra khả năng giảm xóc

❖ Thí nghiệm động lực học kiểm tra hệ thống treo trong các điều kiện lái xe thực tế như phanh gấp hoặc vào cua

❖ Thí nghiệm trên bệ kiểm tra cho phép kiểm tra hệ thống treo dưới các dạng dao động được kiểm soát chặt chẽ

❖ Thí nghiệm đo độ cứng lò xo được tiến hành để xác định mối quan hệ giữa lực và độ dịch chuyển của lò xo

❖ Thí nghiệm mô phỏng trên máy tính cho phép thử nghiệm trong nhiều điều kiện khác nhau mà không cần thiết bị vật lý

❖ Thí nghiệm bền mỏi xác định độ bền của các thành phần trong hệ thống treo Để thuận lợi cho việc thực hiện đồ án cũng như phù hợp với tài chính của mình, nhóm chỉ thực hiện các thí nghiệm về đường gồ ghề và động lực học.

Cơ sở lý thuyết về mặt đường

Để đánh giá hoạt động của hệ thống treo của phương tiện giao thông, cần phải hiểu rõ về cơ sở lý thuyết của mặt đường và cách nó ảnh hưởng đến hệ thống này Dưới đây là một số khía cạnh cơ bản:

2.3.1 Đặc tính của mặt đường Độ nhám: Độ nhám của mặt đường là một yếu tố quan trọng ảnh hưởng đến khả năng làm việc của hệ thống treo Đường càng nhám thì hệ thống treo càng phải hoạt động mạnh mẽ để duy trì sự êm ái và ổn định cho phương tiện Độ bằng phẳng: Độ bằng phẳng của mặt đường quyết định mức độ xóc nảy của phương tiện Các mặt đường phẳng sẽ ít gây ra rung động hơn so với mặt đường gồ ghề, không bằng phẳng

Vật liệu mặt đường: Loại vật liệu sử dụng để làm mặt đường (như bê tông, nhựa đường, đất) ảnh hưởng đến độ bền và khả năng chịu lực của mặt đường, từ đó ảnh hưởng đến hệ thống treo Điều kiện môi trường: Thời tiết và điều kiện môi trường (như mưa, tuyết, nhiệt độ cao) có thể làm thay đổi đặc tính bề mặt của đường, ảnh hưởng đến ma sát và độ bám của lốp xe, do đó ảnh hưởng đến hoạt động của hệ thống treo

2.3.2 Tương tác giữa mặt đường và hệ thống treo

Lực tác động: Khi phương tiện di chuyển, mặt đường tác động lực lên bánh xe, và hệ thống treo có nhiệm vụ hấp thụ và giảm thiểu các lực này để duy trì sự êm ái và ổn định

Tần số rung động: Tần số và biên độ rung động từ mặt đường sẽ ảnh hưởng trực tiếp đến hệ thống treo Hệ thống treo cần được thiết kế để giảm thiểu các rung động không mong muốn này

2.3.3 Mô hình hóa mặt đường Để đánh giá chính xác hoạt động của hệ thống treo, các mô hình mặt đường thường được sử dụng trong các mô phỏng và thử nghiệm:

❖ Mô hình phổ tần số: Mô hình này phân tích mặt đường dựa trên phổ tần số của các độ nhám và rung động Nó giúp dự đoán phản ứng của hệ thống treo đối với các tần số khác nhau

❖ Mô hình không gian: Mô hình này xem xét mặt đường dưới dạng không gian ba chiều, bao gồm các đặc điểm như độ cao, độ dốc, và các bất thường trên bề mặt

❖ Mô hình thống kê: Sử dụng các số liệu thống kê để mô tả các đặc tính của mặt đường và dự đoán phản ứng của hệ thống treo

Hiểu rõ về các đặc tính và mô hình của mặt đường là nền tảng quan trọng để đánh giá và cải thiện hiệu suất của hệ thống treo Sự tương tác phức tạp giữa mặt đường và hệ thống treo đòi hỏi phải có các phương pháp đánh giá chính xác và toàn diện để đảm bảo sự êm ái, an toàn và độ bền của phương tiện

CƠ SỞ LÝ THUYẾT CÁC LINH KIỆN ĐIỆN TỬ

Arduino

Arduino là một nền tảng mã nguồn mở về điện tử và lập trình, được thiết kế để giúp những người không chuyên về điện tử có thể tạo ra các dự án tương tác với thế giới xung quanh thông qua các cảm biến và thiết bị điều khiển Dưới đây là tổng quan về Arduino:

❖ Lịch sử và Nền tảng

• Xuất xứ: Arduino được phát triển tại Ivrea, Ý vào đầu những năm 2000 bởi Massimo Banzi và một số người khác

• Mục tiêu: Cung cấp một nền tảng dễ tiếp cận và giá cả phải chăng cho học sinh, sinh viên, nhà nghiên cứu và những người đam mê điện tử

• Boards: Arduino có nhiều loại bo mạch, nhưng phổ biến nhất là Arduino Uno Các bo mạch khác bao gồm Arduino Mega, Arduino Nano, Arduino Leonardo,

• Vi điều khiển: Hầu hết các bo mạch Arduino sử dụng vi điều khiển từ họ AVR của Atmel (hiện là Microchip), như ATmega328P (trong Arduino Uno)

• Cổng kết nối: Các bo mạch Arduino thường có nhiều chân GPIO (General Purpose Input/Output) để kết nối với các cảm biến và thiết bị điều khiển Các

14 cổng này bao gồm cổng số (digital), cổng tương tự (analog), cổng I2C, SPI, UART

❖ Phần mềm Arduino (Arduino IDE)

• Arduino IDE: Một môi trường phát triển tích hợp (Integrated Development Environment) mã nguồn mở Bạn có thể viết mã (sketch), biên dịch và tải lên bo mạch Arduino từ đây

• Ngôn ngữ lập trình: Dựa trên C/C++, với một thư viện đơn giản giúp việc viết mã dễ dàng hơn

• Thư viện: Có hàng nghìn thư viện mã nguồn mở có sẵn cho các cảm biến và mô-đun phổ biến

❖ Các dự án và ứng dụng

• Arduino có thể được sử dụng cho nhiều loại dự án khác nhau, từ cơ bản đến phức tạp:

❖ Dự án đơn giản: Đèn LED nhấp nháy, cảm biến nhiệt độ, công tắc điều khiển từ xa

❖ Dự án phức tạp: Robot tự hành, hệ thống nhà thông minh, máy in 3D, các thiết bị IoT (Internet of Things)

❖ Cộng đồng và Hỗ trợ

• Cộng đồng lớn: Arduino có một cộng đồng lớn và rất năng động Có nhiều diễn đàn, nhóm mạng xã hội, và tài liệu hướng dẫn trực tuyến

• Hỗ trợ phong phú: Nhiều trang web, sách, video hướng dẫn và các khóa học trực tuyến giúp người mới bắt đầu dễ dàng tiếp cận và học hỏi

• Dễ sử dụng: Thiết kế thân thiện với người mới bắt đầu

• Giá cả phải chăng: Phù hợp với học sinh, sinh viên và người đam mê điện tử

• Mã nguồn mở: Người dùng có thể tùy chỉnh phần cứng và phần mềm theo nhu cầu

• Linh hoạt: Có thể sử dụng cho nhiều loại dự án và ứng dụng khác nhau

• Hiệu năng: Các vi điều khiển của Arduino có thể không đủ mạnh cho các ứng dụng yêu cầu xử lý phức tạp hoặc tốc độ cao

• Bộ nhớ hạn chế: Vi điều khiển có dung lượng bộ nhớ hạn chế so với các nền tảng mạnh hơn.

Cảm biến gia tốc MPU6050

Cảm biến MPU6050 dùng thư viện MPU6050.h Được cấu hình với mức độ nhạy  2 Đơn vị gia tốc cảm biến đo được là: Lbs g/

Hình 3.2 Cảm biến gia tốc MPU6050

Cảm biến gia tốc MPU6050 là một module tích hợp cảm biến gia tốc và cảm biến gia tốc xoay trong một chip đơn và là một trong những cảm biến phổ biến được sử dụng trong nhiều ứng dụng như xe tự lái, máy bay không người lái, robot, điện thoại thông minh, Dưới đây là một số lý thuyết cơ bản về cảm biến gia tốc và cảm biến gia tốc xoay và cách chúng hoạt động trong MPU6050:

Cảm biến gia tốc đo lường gia tốc của một vật thể theo các trục không gian (x, y, z) Gia tốc được đo bằng các cảm biến đo lường biến đổi điện trở dựa trên nguyên lý dao động cơ học hoặc nguyên lý điện từ

Trong MPU6050, cảm biến gia tốc sử dụng nguyên lý dao động cơ học Khi vật thể chuyển động hoặc thay đổi vận tốc, ma sát giữa các thành phần cảm biến sẽ thay đổi, dẫn đến thay đổi trong dòng điện hoặc điện áp, từ đó cho phép đo lường gia tốc

❖ Cảm biến gia tốc xoay:

Cảm biến gia tốc xoay đo lường tốc độ góc xoay của một vật thể quanh các trục không gian Tốc độ góc được đo bằng cách đo biến đổi của lực tác dụng lên một cảm biến, được gọi là gia tốc xoay

Trong MPU6050, cảm biến gia tốc xoay sử dụng nguyên lý lực inerti, trong đó đo lường được sự biến đổi của quỹ đạo góc của một khối khả năng chịu lực ly tâm khi vật thể quay Sự biến đổi này được chuyển đổi thành tín hiệu điện tương ứng với tốc độ góc

Dữ liệu từ cả hai loại cảm biến được xử lý bởi một bộ xử lý số (Digital Motion Processor - DMP) tích hợp sẵn trên chip, giúp tính toán các thông số như góc quay và vị trí của vật thể

Thông qua giao tiếp I2C hoặc SPI, dữ liệu từ MPU6050 có thể được truyền đến các vi điều khiển như Arduino hoặc Raspberry Pi để sử dụng trong các ứng dụng nhúng, robot hoặc xe tự lái.

Cảm biến thanh trượt 10k (biến trở dạng thanh trượt 10k)

Hình 3.3 Cảm biến thanh trượt

Biến trở thanh trượt 10k, hay còn gọi là biến trở thanh trượt 10k, là một loại biến trở (điện trở có thể thay đổi giá trị) được điều chỉnh bằng cách di chuyển một thanh trượt dọc theo chiều dài của nó Loại biến trở này được sử dụng phổ biến trong nhiều ứng dụng khác nhau như điều chỉnh âm lượng, độ sáng, hoặc các giá trị đầu vào trong các mạch điện tử

❖ Cấu tạo và Nguyên lý hoạt động

- Dải điện trở: Đây là dải điện trở cố định dọc theo chiều dài của biến trở

- Thanh trượt: Phần này di chuyển dọc theo dải điện trở và thay đổi giá trị điện trở

- Các chân kết nối: Thường có 2 chân: Chân 1 và Chân 3 (đầu cuối): Nối với hai đầu của dải điện trở Chân 2 (chân wiper): Nối với thanh trượt và cung cấp giá trị điện áp biến đổi

Khi bạn di chuyển thanh trượt, nó thay đổi vị trí trên dải điện trở, dẫn đến thay đổi giá trị điện trở giữa chân wiper (chân 2) và các chân đầu cuối (chân 1 và chân 3) Điều này làm thay đổi điện áp đầu ra tại chân wiper dựa trên vị trí của thanh trượt

• Điều khiển âm lượng: Trong các thiết bị âm thanh như máy trộn âm thanh, radio, và amplifier

• Điều chỉnh độ sáng: Trong các mạch điện chiếu sáng

• Thiết bị đo lường và điều khiển: Trong các ứng dụng công nghiệp và thí nghiệm

• Dự án DIY và Arduino: Để điều chỉnh giá trị đầu vào trong các dự án điện tử

• Điện trở danh định: 10kΩ (10,000 ohm)

• Công suất định mức: Tùy thuộc vào thiết kế cụ thể, thường là khoảng 0.1W đến 0.5W

• Độ tuyến tính: Độ chính xác của giá trị điện trở thay đổi theo vị trí của thanh trượt

• Chiều dài hành trình trượt: Khoảng cách mà thanh trượt có thể di chuyển, thường từ 20mm đến 100mm hoặc hơn

• Chân 1: Nối với nguồn điện áp (Vcc)

• Chân 2 (chân wiper): Là đầu ra tín hiệu (Output voltage), giá trị điện áp thay đổi khi thanh trượt di chuyển

• Chân 3: Nối với đất (GND)

• Cẩn thận khi điều chỉnh: Di chuyển thanh trượt nhẹ nhàng để tránh hỏng hóc

• Kiểm tra thông số kỹ thuật: Đảm bảo biến trở phù hợp với yêu cầu của mạch điện về điện áp và công suất

• Chống nhiễu: Trong một số ứng dụng nhạy cảm, cần phải bảo vệ biến trở khỏi nhiễu điện từ.

Module microSD card

Một module microSD card là một thiết bị nhỏ gọn được thiết kế để đọc và ghi dữ liệu vào thẻ nhớ microSD Thẻ nhớ microSD là một loại thẻ nhớ nhỏ được sử dụng rộng rãi trong các thiết bị di động, máy ảnh, máy quay video, và các thiết bị điện tử khác để lưu trữ dữ liệu như hình ảnh, video, và tập tin âm nhạc

Module microSD card thường bao gồm một khe cắm microSD và các thành phần điện tử điều khiển, bao gồm các chân kết nối với vi điều khiển hoặc các thiết bị khác Các module này thường được kết nối với vi điều khiển như Arduino hoặc Raspberry Pi thông qua giao tiếp SPI hoặc giao tiếp serial UART để đọc và ghi dữ liệu vào thẻ nhớ microSD

Hình 3.5 Sơ đồ mạch điện Module microSD card

❖ Cấu trúc của module microSD card:

Khe cắm microSD: Module microSD card thường có một khe cắm microSD, nơi mà thẻ nhớ microSD có thể được chèn vào để đọc và ghi dữ liệu

Giao diện kết nối: Module này thường được kết nối với vi điều khiển hoặc các thiết bị khác thông qua giao tiếp như SPI (Serial Peripheral Interface) hoặc giao tiếp UART (Universal Asynchronous Receiver-Transmitter), cung cấp khả năng truy cập vào dữ liệu trên thẻ nhớ

Các linh kiện điện tử: Bên trong module microSD card có các linh kiện điện tử như bộ chuyển đổi cấp điện, bộ đọc thẻ microSD, và các linh kiện khác để điều khiển và truyền dữ liệu giữa thẻ nhớ microSD và vi điều khiển

Các LED chỉ báo (tuỳ chọn): Một số module microSD card có thể đi kèm với các LED chỉ báo để hiển thị trạng thái hoạt động của module, chẳng hạn như chỉ báo nguồn hoặc chỉ báo hoạt động đọc/ghi dữ liệu

❖ Ứng dụng của module microSD card:

Lưu trữ dữ liệu: Module microSD card được sử dụng để lưu trữ dữ liệu trong các ứng dụng nhúng, như thu thập dữ liệu từ các cảm biến, ghi lại dữ liệu trong các ứng dụng ghi âm hoặc ghi video, và lưu trữ tập tin cấu hình và dữ liệu trong các thiết bị điều khiển Ghi dữ liệu nhật ký: Module microSD card thường được sử dụng trong các ứng dụng ghi nhật ký (data logging), trong đó dữ liệu từ các cảm biến hoặc thiết bị được ghi lại vào thẻ nhớ microSD để phân tích và xử lý sau này

Tải và lưu trữ tập tin firmware: Trong các ứng dụng nhúng, module microSD card có thể được sử dụng để tải và lưu trữ các tập tin firmware và cập nhật phần mềm cho thiết bị

Lưu trữ và chia sẻ dữ liệu: Module này cũng có thể được sử dụng trong các ứng dụng di động để lưu trữ và chia sẻ dữ liệu giữa các thiết bị, như chép nhạc hoặc hình ảnh từ điện thoại di động sang thẻ nhớ microSD.

Phần mềm LabVIEW

Hình 3.6 Mẫu giao diện hiển thị và code LabVIEW

LabVIEW (Laboratory Virtual Instrument Engineering Workbench) là một nền tảng phát triển hệ thống và môi trường lập trình đồ họa được phát triển bởi National Instruments LabVIEW được sử dụng rộng rãi trong các lĩnh vực khoa học, kỹ thuật và công nghiệp để thiết kế, kiểm tra và điều khiển các hệ thống phần cứng và phần mềm phức tạp Dưới đây là tổng quan về LabVIEW:

❖ Lịch sử và Nguồn gốc

• Phát triển: Được phát triển bởi National Instruments từ năm 1986

• Mục đích: Ban đầu được thiết kế để giúp các kỹ sư và nhà khoa học phát triển các hệ thống đo lường và kiểm tra mà không cần phải viết mã nguồn phức tạp

• Ngôn ngữ G: LabVIEW sử dụng một ngôn ngữ lập trình đồ họa được gọi là G, nơi các hàm và hoạt động được biểu diễn dưới dạng các khối biểu đồ

• Block Diagram: Là nơi lập trình viên thiết kế và lập trình các thuật toán bằng cách kết nối các khối biểu đồ

• Front Panel: Là giao diện người dùng, nơi các điều khiển và hiển thị dữ liệu được đặt để tương tác với hệ thống

• Đo lường và Tự động hóa: Hỗ trợ các ứng dụng đo lường, tự động hóa kiểm tra và điều khiển quá trình

• Thu thập dữ liệu: Có khả năng thu thập và xử lý dữ liệu từ các cảm biến và thiết bị ngoại vi thông qua các giao thức và phần cứng khác nhau

• Giao tiếp phần cứng: Tương thích với nhiều thiết bị phần cứng như DAQ (Data Acquisition), GPIB (General Purpose Interface Bus), PXI (PCI eXtensions for Instrumentation), và nhiều giao thức truyền thông như TCP/IP, USB, và Serial

• Phân tích và xử lý tín hiệu: Cung cấp các công cụ mạnh mẽ để phân tích dữ liệu và xử lý tín hiệu

• Giao diện người dùng: Dễ dàng tạo giao diện người dùng trực quan để giám sát và điều khiển hệ thống

❖ Ứng dụng và Sử dụng

• Nghiên cứu và Phát triển: Thường được sử dụng trong các phòng thí nghiệm và viện nghiên cứu để phát triển và kiểm tra các hệ thống mới

• Công nghiệp: Sử dụng rộng rãi trong các ngành công nghiệp để kiểm tra và kiểm soát chất lượng sản phẩm, tự động hóa quá trình sản xuất và quản lý hệ thống

• Giáo dục: Nhiều trường đại học và tổ chức giáo dục sử dụng LabVIEW để giảng dạy về các hệ thống đo lường và điều khiển

• Dễ học và sử dụng: Giao diện lập trình đồ họa giúp người mới dễ dàng tiếp cận

• Tích hợp mạnh mẽ: Khả năng tích hợp với nhiều loại phần cứng và phần mềm khác nhau

• Mã nguồn rõ ràng: Các khối biểu đồ giúp dễ dàng hiểu và duy trì mã nguồn

• Phân tích và xử lý dữ liệu: Cung cấp nhiều công cụ phân tích và xử lý dữ liệu mạnh mẽ

• Chi phí: LabVIEW và các mô-đun phần cứng của nó có thể khá đắt đỏ

• Hiệu năng: Đối với các ứng dụng yêu cầu hiệu năng cao, các ngôn ngữ lập trình cấp thấp hơn như C/C++ có thể là lựa chọn tốt hơn

• Phụ thuộc vào GUI: Lập trình đồ họa có thể không phù hợp với tất cả các loại ứng dụng, đặc biệt là những ứng dụng yêu cầu logic phức tạp

THIẾT KẾ VÀ THI CÔNG HỆ THỐNG ĐO ĐẠC

Ý tưởng thiết kế

Từ hoạt động của hệ thống treo cụ thể là phuộc giúp kiểm soát mối liên hệ giữa dao động của bánh xe và thân xe bằng cách giảm thiểu sự truyền tải dao động từ bánh xe lên thân xe làm tăng sự êm dịu và thoải mái cho người lái nhóm lên ý tưởng thiết kế một thiết bị đo gồm các cảm biến gia tốc được lắp đặt ở bánh xe và thân xe để thấy được độ dao động của bánh xe cũng như thân xe và từ đó có thể so sánh để đánh giá hoạt động của hệ thống treo Đồng thời sử dụng cảm biến vị trí kiểu biến trở thanh trượt để có thể quy đổi, tính toán lấy được số liệu về độ dịch chuyển của phuộc so với vị trí cân bằng của chính nó theo thời gian hoạt động thực của hệ thống từ đó sử dụng các công thức vật lý cũng như toán học ta có thể xác định được tần số dao động của phuộc, thiết lập được đồ thị xung dao động tự do có giảm chấn, cũng như phân bố tải trọng theo phương thẳng đứng, dao động lắc dọc của thân xe Tất cả các thông số về gia tốc tại các vị trí bánh xe và thân xe cũng như ĐDCCP sẽ được các cảm biến đưa về đưa cho mạch điều khiển (ở đây nhóm chọn Arduino Uno làm mạch điều khiển cho thiết bị đo của mình), mạch điều khiển sẽ ghi dữ liệu vào thẻ nhớ microSD thông qua Module microSD Card Các giá trị thô, thông số có trong thẻ nhớ sẽ được xử lý và quy đổi thành các giá trị như: gia tốc, gia tốc trung bình, tần số, biên độ dao động, được biểu diễn dưới dạng số học hoặc đồ thị thông qua phần mềm LabVIEW

Hình 4.1 Sơ đồ khối hệ thống thu thập dữ liệu

Mô hình thiết bị đo bao gồm các cảm biến gia tốc đặt ở những vị trí sao cho đảm bảo rằng các cảm biến này có thể tiếp nhận trực tiếp dao động theo phương thẳng đứng của bánh xe cũng như thân xe trong suốt quá trình hoạt động của xe Đồng thời các cảm biến vị trí (dạng biến trở trượt) được lắp đặt cùng với các thanh gá với kích thước đo đã được tính toán và xác định sao cho phù hợp với thiết kế của xe mẫu khảo sát (ở đây là

24 wave RSX 2020), vị trí lắp đặt của cảm biến lên phuộc xe cũng được tính đoán để phù hợp với ĐDCCP cũng như đảm bảo rằng các thông số tính toán được chính xác nhất.

Thiết kế và thi công

4.2.1 Các linh kiện sử dụng

❖ Cảm biến gia tốc MPU6050

Hình 4.3 Cảm biến gia tốc MPU6050

Hình 4.5 Biến trở thanh trượt

Hình 4.8 Điện trở than chì

❖ Giắc cắm công tắc phanh

Hình 4.9 Giắc cắm loại cái và công tắt phanh

❖ Nguồn sạc dự phòng (điện áp 5.2V)

4.2.2 Bản vẽ thiết kế và thi công thiết bị đo đạc trong thực tế

Thiết kế thiết bị đo sao cho đáp ứng tiêu chí không quá cồng kềnh gây khó khăn trong việc vận hành xe khi thực hiện các tình huống thử nghiệm (đặc biệt với hạng mục thử nghiệm trên đường trường), nhỏ nhẹ mà vẫn đảm bảo sự chắc chắn trong kết cấu, có kích thước phù hợp với thiết kế của mẫu xe đang thử nghiệm

Thiết bị đo bao gồm: Cảm biến vị trí kiểu thanh trượt, thanh gá cảm biến, cùm cố định giữa cảm thanh gá và ống lồng

Hình 4.11 Thiết bị đo ĐDCCPT

• Cảm biến vị trí kiểu thanh trượt

Hình 4.12 Cảm biến vị trí kiểu biến trở thanh trượt

Hình 4.13 Bản vẽ thiết kế thiết bị đo ĐDCCPT

Hình 4.14 Thiết bị đo ĐDCCPT

Cũng tương tự như công cụ đo phuộc trước, ở phuộc sau cũng bao gồm 3 thành phần chính: Cảm biến vị trí kiểu thanh trượt, thanh gá cảm biến, thanh liên kết giữa piston và đuôi thân xe

Hình 4.15 Thiết bị đo ĐDCCPS

• Thanh gá cảm biến thiết kế dạng piston

Hình 4.16 Bản vẽ thiết kế thiết bị đo ĐDCCPS

Hình 4 17 Thiết bị đo ĐDCCPS

❖ Bệ đỡ cảm biến gia tốc đo dao động bánh xe phuộc trước

Bệ đỡ phải đảm bảo tiêu chí thiết kế sao cho nhỏ gọn có kích thước vừa đủ để đỡ cho cảm biến gia tốc và bề mặt của bệ đỡ mà tiếp xúc với cảm biến phải có độ phẳng tốt nhất để đảm bảo độ sai số của cảm biến nhỏ nhất có thể

Hình 4.18 Bệ đỡ cảm biến gia tốc đo dao động thẳng đứng bánh xe

Bộ điều khiển hay là hộp nút nhấn có vai trò đóng ngắt nguồn đến mạch điều khiển Arduino và các cảm biến, đồng thời thiết lập cho thẻ nhớ đọc dữ liệu cảm biến tại các chế độ tải trọng tác động lên thân xe để lấy các giá trị ban đầu của hệ thống treo nhằm phục vụ việc tính toán quy đổi các giá trị của cảm biến về các thông số đánh giá hoạt động của hệ thống Có tất cả 3 chế độ tải trọng cần thiết lập để lấy giá trị: không tải, có tải và xe vận hành có tải

Hình 4.19 Bộ điều khiển thiết bị thu thập dữ liệu

Bảng 4.1 Thông tin nút nhấn của bộ điều khiển

Tên nút nhấn Chức năng Nhận diện

Nút POWER Đóng/ngắt nguồn điện vận hành đến Arduino và các cảm biến

Xanh-Hàng 1 (nút nhấn giữ)

Nút STEP1 Thiết lập chế độ không tải để lấy được giá trị của biến trở lúc xe không tải Đỏ-Hàng 2 ( nút nhấn nhả)

Nút STEP2 Thiết lập chế độ có tải để lấy được giá trị của biến trở lúc xe có tải

Vàng-Hàng 2 ( nút nhấn nhả)

Nút STEP3 Thiết lập chế độ có tải và xe vận hành Xanh-Hàng 2

(nút nhấn nhả) Nút SETUP Cho thẻ nhớ ngừng ghi và đóng file Xanh-Hàng 3

4.2.4 Sơ đồ mạch điện của hệ thống đo đạc

Mạch điện bao gồm bộ điều khiển để khởi động cũng như thiết lập cho thẻ nhớ đọc giá trị các cảm biến ở những trạng thái tải trọng khác nhau và hai mạch Arduino ghi giá trị thu nhập được từ các cảm biến vào hai thẻ nhớ Mỗi mạch điều khiển và thẻ nhớ tương ứng sẽ thu nhập và ghi nhận giá trị cụm cảm biến gắn ở phuộc trước và phuộc sau Mỗi mạch arduino đọc giá trị 2 cảm biến gia tốc và một cảm biến vị trí kiểu biến trở trượt

Hình 4.20 Sơ đồ mạch điện hệ thống thu thập dữ liệu

Mạch điều khiển arduino và các cảm biến cũng như module thẻ nhớ được cấp dương và mass chung

Bảng 4.2 Thông số chân kết nối Arduino

Chân Arduino Chân cảm biến và bộ điều khiển Chức năng

A0 Chân WIPER (Biến trở trượt) Đọc giá trị biến trở dưới dạng Analog

A4 Chân SDA (Module thẻ nhớ) Truyền dữ liệu giữa microSD và vi điều khiển

A5 Chân SCL (Module thẻ nhớ)

Cung cấp xung nhịp để đồng bộ hóa truyền dữ liệu giữa microSD và vi điều khiển

D1 Công tắc phanh Tín hiệu để biết hoạt động của phanh

D2 Chân SETUP (Bộ điều khiển) Tín hiệu cho mạch điều khiển ngừng đọc dữ liệu

D3 Chân STEP1 (Bộ điều khiển) Tín hiệu để thẻ nhớ đọc giá trị biến trở khi không tải

D4 Chân CS Chọn thiết bị để bắt đầu giao tiếp SPI với vi điều khiển

D5 Chân STEP2 (Bộ điều khiển) Tín hiệu để thẻ nhớ đọc giá trị biến trở khi có tải (xe chưa vận hành)

D6 Chân STEP3 (Bộ điều khiển) Tín hiệu để thẻ nhớ đọc giá trị biến trở khi có tải theo thời gian xe vận hành

D11 Chân MOSI TRuyền dữ liệu từ vi điều khiển đến microSD

D12 Chân MISO Truyền dữ liệu từ microSD đến vi điều khiển

D13 Chân SCK Cung cấp xung nhịp để đồng bộ hóa truyền dữ liệu trong giao tiếp SPI

4.2.5 Bố trí lắp đặt các thiết bị đo

Sau khi lên ý tưởng, tiến hành phác thảo bản vẽ cơ khí, mạch điện cho hệ thống cũng như là thi công các thiết bị cơ khí phụ trợ cho hệ thống, nhóm tiến hành xác định các vị trí lắp đặt cho các cảm biến

❖ Bố trí lắp đặt các thiết bị đo ở phía trước

• Lắp đặt cảm biến gia tốc xác định dao động thẳng đứng của bánh trước

Hình 4.21 Vị trí cảm biến gia tốc đặt tại bánh xe trước

• Lắp đặt cảm biến gia tốc xác định dao động thẳng đứng tác động lên tay lái:

Hình 4.22 Vị trí cảm biến gia tốc đặt tại tay lái

• Lắp đặt biến trở trượt xác định ĐDCCPT

Hình 4.23 Vị trí biến trở trượt đo phuộc trước

❖ Bố trí lắp đặt các thiết bị đo ở phía sau

• Lắp đặt cảm biến gia tốc xác định dao động của bánh sau

Hình 4.24 Vị trí cảm biến gia tốc đặt tại bánh xe sau

• Lắp đặt cảm biến gia tốc xác định dao động thẳng đứng tác động lên thân xe:

Hình 4.25 Vị trí cảm biến gia tốc đặt tại yên xe

• Lắp đặt biến trở trượt xác định ĐDCCPS:

Hình 4.26 Vị trí biến trở trượt đo phuộc sau

❖ Lắp đặt bộ điều khiển

Hình 4.27 Vị trí bộ điều khiển

❖ Lắp đặt giắc cắm nhận tín hiệu phanh

Hình 4.28 Vị trí đặt giắc cắm công tắc phanh

Tiến hành đo đạc thu thập dữ liệu

Việc tiến hành đo đạc bao gồm 4 bước và được mô tả như bên dưới:

❖ Bước 1: Khởi động thiết bị đo

Hình 4.29 Những kích thước cần xác định trước khi đo

Sau khi bố trí và lắp đặt các thiết bị đo ta cần xác định trước khi đo những thông số có thể bị thay đổi do sai số trong quá trình lắp đặt gây nên Những vị trí cần xác định bao gồm:

• Khoảng cách giữa tâm bạc đạn xylanh thiết bị đo phuộc sau với trục xoay càng sau

• Khoảng cách giữa tâm bạc đạn xylanh thiết bị đo phuộc sau với khớp nối phuộc sau với thân xe

Sau khi xác định được những thông số trên ta khởi động thiết bị đo bằng việc Nhấn nút công tắc nguồn ở bộ điều khiển Cấp nguồn điện cho các cảm biến, biến trở thanh trượt, module microSD card hoạt động Nhấn nút công tắc nguồn cho Arduino hoạt động

❖ Bước 2: Trạng thái không tải

Việc thực hiện bước 2 phải đảm bảo để xe ở trạng thái thẳng đứng và không có ngoại lực tác động Đồng thời thực hiện đo kích thước của xylanh-piston thiết bị đo phuộc sau

Hình 4.30 Vị trí kích thước của xylanh piston thiết bị đo phuộc sau

Nhấn nút STEP1 Nhấn nút SETUP

❖ Bước 3: Trạng thái có tải Đảm bảo toàn bộ tải trọng của tải đều tác dụng lên thân xe (không chống chân ) Nhấn nút STEP2 Nhấn nút SETUP

❖ Bước 4: Trạng thái vận hành Đảm bảo tải trọng lúc vận hành xe giống như ở BƯỚC 3

Nhấn nút STEP 3 để bắt đầu đo

Vận hành xe để đo các thí nghiệm:

• Thí nghiệm 1: Gờ giảm tốc

• Thí nghiệm 4: Độ êm dịu của đường xá

- Đường Kha Vạn Cân -> Đường Võ Văn Ngân -> Trường Đại học Sư phạm

- Đường Kha Vạn Cân -> Đường Hoàng Diệu 2 -> Trường Đại học Sư phạm

Nhấn nút SETUP để ngừng đo lưu dữ liệu vào thẻ nhớ

LẬP TRÌNH LABVIEW XỬ LÝ DỮ LIỆU VÀ ĐÁNH GIÁ

Lập trình LabVIEW

5.1.1 Tính toán bình phương trung bình gia tốc

Sau khi thu thập được dữ liệu gia tốc ở các vị trí lắp đặt, ta thực hiện xác định bình phương trung bình gia tốc tại các vị trí trên để đánh giá độ êm dịu của xe thông qua công thức (2.1)

5.1.2 Tính toán phân tách lấy các thông số đánh giá từ dữ liệu thu thập

5.1.2.1 Quy đổi tín hiệu số ADC của biến trở tương ứng với giá trị độ dịch chuyển của công cụ đo (ĐDCCCCĐ) Để đảm bảo điều kiện thực hiện thí nghiệm phù hợp với hoạt động của phuộc và bố trí lắp đặt trước đó của công cụ đo, ta thực hiện ghép hai biến trở, mỗi biến trở có hành trình 6cm và dãy điện trở từ 0 → 10k 

Hình 5.1.Sơ đồ mạch ghép hai biến trở 10k

Sau khi thực hiện ghép nối ta được một con biến trở 20k với hành trình của núm trượt 12cm Giá trị của biến trở thanh ( ) R phụ thuộc vào khoảng cách giữa hai núm ( ) L

Biết khi L = 12 cm thì R =  0 và L = 0 cm thì R = 20  Từ đó ta thiết lập được công thức :

Chân ADC có chức năng đọc giá trị điện áp của biến trở dưới dạng Analog có khoảng giá trị từ 0 → 1023 tương ứng với 0 V → 5 V Để bảo vệ biến trở khỏi hiện tượng ngắn mạch cũng như tăng độ chính xác của dữ liệu, giảm thiểu sai số ADC ta cần thực hiện nối tiếp biến trở thanh với một điện trở và được thể hiện thông qua sơ đồ mạch điện dưới đây:

Hình 5.2 Sơ đồ mạch nối tiếp điện trở và biến trở thanh

Lúc này tín hiệu chân ADC được xác định như sau:

Ta có thể thấy điện áp hai đầu biến trở thanh lúc này là một hàm tính theo giá trị điện trở của chính nó, để xác định nên chọn loại điện trở nào ta tiến hành khảo sát đồ thị hàm số hàm điện áp

Hình 5.3 Đồ thị điện áp theo giá trị biến trở với R resistor = 1k

Khi R resistor = 1k , ta thấy khi giá trị biến trở thay đổi nhiều thì điện áp thay đổi rất chậm (cụ thể thấy rõ khi biến trở thay đổi giá trị trong khoảng từ 8 k  → 20 k  )

Hình 5.4 Đồ thị điện áp theo giá trị biến trở với R resistor = 5k

Khi R resistor = 5k , ta thấy tốc độ thay đổi giá trị tương ứng của biến trở và điện áp là tương đối đối đồng đều, đồng thời đạt điện áp đỉnh tương đối ổn trong khoảng biến thiên của biến trở ( U max =4V )

Hình 5.5 Đồ thị điện áp theo giá trị biến trở với R resistor k

Khi R resistor k, ta thấy đồ thị đáp ứng tốt về tốc độ thay đổi của biến trở và điện áp Tuy nhiên, điện áp đỉnh đạt giá trị khá thấp ( U max =3.333V )

Thực hiện thay đổi giá trị R resistor và khảo sát đồ thị nhiều lần ta thấy với resistor 5

R = k đồ thị đạt yêu cầu và phù hợp nhất Chọn R resistor = 5k

Với R resistor = 5k , điện áp dao động từ 0 → 4 V (tương ứng với tín hiệu ADC từ

0 → 818 ) Thế vào công thức , ta xác định được giá trị biến trở theo tín hiệu số ADC:

Từ công thức (5.1) và (5.3) ta tính toán và quy đổi lại thông số ĐDCCCCĐ:

5.1.2.2 Quy đổi độ dịch chuyển của công cụ đo sang phuộc

Công cụ đo độ dịch chuyển của phuộc trước được bố trí song song với phuộc nên ta lấy giá trị ĐDCCCCĐ tương ứng với ĐDCCP Đối với với phuộc sau do công cụ đo bố trí không song song nên ta cần thực hiện một số phép toán để quy đổi

Khi có chiều dài của công cụ đo ĐDCCP sau ta thực hiện tính toán và quy đổi bằng phương pháp hình học để chuyển đổi lấy thông số độ dịch chuyển của phuộc

Hình 5.6 Các kích thước dùng để quy đổi ĐDCCPS theo thời gian

Dựa vào phương pháp hình học ta xác định được các kích thước được dùng để quy đổi tính toán ĐDCCP được thể hiện cụ thể như hình trên

Theo đó xác định được thông số  , :

Từ hai thông số góc  , ,ta quy đổi được hàm giá trị ĐDCCP theo ĐDCCCCĐ :

Trong đó các kích thước L L 1 , 2 là những giá trị không đổi Vì mỗi lần lắp công cụ đo sẽ làm thay đổi kích thước a b, nên đây là hai giá trị cần thực hiện đo lại mỗi lần lắp đặt tiến hành thử nghiệm

Trong đó: y x , lần lượt là ĐDCCP và ĐDCCCCĐ theo thời gian

(x có dạng là một tín hiệu ADC)

5.1.2.3 Quy đổi giá trị gia tốc và ĐDCCP sang tần số dao động

Từ các giá trị ĐDCCP theo từng khoảng thời gian ta xác định được:

• Vận tốc của phuộc là: ( ) ( ) ( 0.02 )

• Gia tốc của phuộc là: ( ) ( ) ( 0.02 )

(khoảng thời gian giữa hai lần đo là 0.02)

❖ Phương trình giao động của phuộc lò xo:

Dùng các khối lệnh trong thư viện LabVIEW Report Generation Tookit để đọc dữ liệu từ file Excel (.xlsx)

Dùng khối lệnh Decimal String to Number để chuyển đổi dữ liệu kiểu String đọc từ file Excel sang kiểu Number

Hình 5.7 Các khối lệnh đọc file Excel trên LabVIEW

Quy đổi đơn vị cảm biến gia tốc từ đơn vị Lbs g/ sang m s/ 2 biết:

Tính toán thông số bình phương trung bình gia tốc thông qua công thức (2.1):

Hình 5.8 Khối lệnh tính giá trị trung bình

Quy đổi giá trị ADC của biến trở thanh sang chiều dài của biến trở thanh từ công thức (5.4):

Quy đổi chiều dài của biến trở thanh phía sau sang chiều dài của phuộc sau từ công thức (5.7):

Lấy các giá trị ban đầu lúc xe không tải và xe có tải khi chưa vận hành

Hình 5.9 Khối case structures trên LabVIEW

❖ Khi i = 0 (xe không tải): chiều dài của thiết bị đo phía trước, chênh lệch chiều dài xy lanh-piston với biến trở thanh của thiết bị đo phía sau

❖ Khi i = 1 (xe có tải): chiều dài của thiết bị đo phía trước, chiều dài phuộc sau

❖ Khi i từ 2 về sau: giữ các giá trị lấy được lúc i bằng 0 và 1 cho các vòng lặp sau Tính toán tần số dao động của phuộc từ công thức (5.10):

47 Đưa các giá trị cần thiết để hiển thị về khối Waveform Chart thông qua khối Bundle

Hình 5.10 Khối Bundle và Waveform Chart

Sử dụng khối Active Plot, Visible Plot để bật tắt hiển thị từng đồ thị

Hình 5.11 Khối lệnh bật/tắt hiển thị đồ thị trên Waveform Chart

Đánh giá thông số đo đạc

Dựa vào mẫu số liệu thu thập được tao quy đổi về các thông số để đánh giá và hiển thị các thông số một cách trực quan trên LabVIEW

Hình 5.12 Thông số đánh giá hiển thị trên LabVIEW

■ Gia tốc thân xe phía trước

■ Gia tốc thân xe phía sau

Thực hiện thử nghiệm với 2 loại gờ giảm tốc thường gặp: gờ giảm tốc cao và gờ giảm tốc thấp Tốc độ xe là 30 km/h Ta thu thập dữ liệu về độ dịch chuyển, gia tốc, tần số dao động của phuộc trước và sau Từ đó có thể kiểm nghiệm hoạt động của phuộc thông qua quan sát và so sánh đặc tuyến ĐDCCP cũng như đặc tuyến gia tốc trước và sau

Hình 5.13 Gờ giảm tốc thấp

Hình 5.14 Đồ thị hành trình phuộc gờ thấp

Quan sát đồ thị hành trình phuộc trước (màu ■) khi xe qua gờ ta có thể dễ dàng thấy được ngay khi bánh xe tiếp xúc với gờ, bánh xe bị nhấc lên Lực từ bánh xe tác động lên phuộc làm cho phuộc bị nén và phuộc tác động lên thân xe Năng lượng va đập của bánh xe với mặt đường truyền qua phuộc và đến thân xe Bộ giảm sốc của xe hấp thụ một phần năng lượng và chuyển sang nhiệt năng để giảm lực tác động lên thân xe Đồng thời biên độ hành trình phuộc cũng đạt giá trị cao nhất khi đi qua gờ và giảm dần về 0 sau khi đã đi qua gờ Δh = 4 cm 130 cm

Với đồ thị hành trình phuộc sau (màu ■), biên độ dao động nhỏ hơn do xe bị nhấc lên khi bánh xe trước qua gờ và thời gian phuộc dao động trễ hơn (0,2s) so với phuộc trước Tuy nhiên, trước khi bánh xe tiếp xúc với gờ ta thấy phuộc đã bị nén trước một đoạn do ảnh hưởng bởi dao dộng của phần trước xe thông qua liên kết thân xe

Thời gian dập tắt dao động: 0,86 s

Hình 5.15 Đồ thị gia tốc phía trước gờ thấp

Hình 5.16 Đồ thị gia tốc phía sau gờ thấp

Thông qua đồ thị gia tốc ở bánh xe trước (màu ■ )/bánh xe sau (màu ■) và thân xe trước (màu ■)/thân xe sau (màu ■), ta có thể so sánh và thấy biên độ dao động của bánh xe khi đi qua gờ có xu hướng luôn cao hơn so với thân xe, điều đó chứng tỏ hệ thống treo đang hoạt động bình thường Đồng thời ta thấy rằng trong quá trình bánh xe đang tiếp xúc với gờ và sau đó một khoảng thời gian ngắn thì bánh xe và thân xe có xu hướng dao động đồng pha

Hình 5.17 Gờ giảm tốc cao

Hình 5.18 Đồ thị hành trình phuộc gờ cao

Lực va đập thẳng đứng mặt đường tác dụng lên bánh xe quá lớn kéo theo hình thành dao động mạnh ở cả hai phuộc và sự cộng hưởng dao động giữa phía trước và sau xe Độ trễ dao động phuộc sau so với phuộc trước: 0,18 s

Thời gian dập tắt dao động: 2,32 s

Hình 5.19 Đồ thị gia tốc phía trước gờ cao

Hình 5.20 Đồ thị gia tốc phía sau gờ cao Đối với gờ cao đường đặc tuyến gia tốc tương đối không đổi so với gờ thấp Tuy nhiên, biên độ và tần số dao động lớn hơn nhiều so với gờ thấp đã được thể hiện rõ qua đồ thị

5.2.1.3 Đánh giá gờ giảm tốc

Bảng 5.1 Thông số đánh giá gờ giảm tốc

Gờ giảm tốc thấp Gờ giảm tốc cao

Thời gian dập tắt dao động

Biên độ lớn nhất (cm) 2,34603 1,15669 3.24758 2.65432

Thời gian dập tắt dao động

Bình phương trung bình gia tốc bánh xe (m/s 2 ) 4,42814 4,20869 6,66454 5,26397

Bình phương trung bình gia tốc thân xe (m/s 2 ) 2,41318 2,77085 3,15509 3,36668 Độ giảm gia tốc (%) 47,06 34,16 52,66 36,04

Gờ giảm tốc càng cao thì biên độ các thông số hoạt động của hệ thống treo có giá trị càng lớn Thời gian dập tắt dao động dài hơn khi va chạm mạnh hơn Độ giảm gia tốc của phuộc gần giống nhau

Thời gian dập tắt dao động tương đối phù hợp với độ lớn gia tốc giúp xe không quá sốc khi va chạm

Hệ thống treo hoạt đồng bình thường và tương đối tốt khi mặt đường thay đổi

Xe tăng tốc từ 0 lên 50 km/h trên cùng một đường

Hình 5.21 Đồ thị tăng tốc chậm

54 Đường đặc tuyến thể hiện rõ các mức tăng tốc khi xe chuyển số Khi xe bắt đầu tăng tốc phuộc trước có xu hướng giãn ra và phuộc sau có xu hướng nén lại do lực quán tính khi tăng tốc Khi đó xe có hiện tượng chúi đuôi

Hình 5.22 Đồ thị sự thay đổicủa phuộc khi tăng tốc nhanh

Khi tăng tốc nhanh đặc tuyến hành trình phuộc hầu như không có gì thay đổi Chỉ thay đổi về ĐDCCP lớn hơn và chu kì dao động nhanh hơn Tăng tốc nhanh hơn làm cho lực quán tính sinh ra lớn hơn so với tăng tốc chậm

Bảng 5.2 Thông số đánh giá tăng tốc

Thời gian tăng tốc từ 0 lên 50 km/h

(giây) 12,42 7,2 Độ dịch chuyển phuộc trung bình

Bình phương trung bình gia tốc bánh xe (m/s 2 ) 4,28471 3,88431 5,64331 4,95662 Bình phương trung bình gia tốc thân xe (m/s 2 ) 3,53787 4,0045 4,53797 5,57791

Xe tăng tốc càng nhanh:

- Phuộc trước càng giãn ra

- Phuộc sau càng nén nhiều hơn

- Bình phương trung bình gia tốc ở bánh xe chủ động lớn hơn

Giữ phanh liên tục với cùng một lực phanh giảm tốc từ 50km/h cho đến khi xe dừng hẳn trên cùng một đường

Hình 5.23 Đồ thị sự thay đổi của phuộc khi phanh nhẹ

Khi bắt đầu phanh (quãng thời gian màu ■) phuộc trước có xu hướng nén lại do chịu tác động của lực quán tính và quãng thời gian sau đó liên tục dao động điều hòa với biên độ nhỏ Trong khi đó phuộc sau có xu hướng giãn ra và liên tục giao động điều hòa do thân xe phía sau bị nhấc lên và bánh xe va chạm với mặt đường

Hình 5.24 Đồ thị sự thay đổi của phuộc khi phanh mạnh

Khi phanh mạnh đồ thị đặc tuyến sẽ có giá trị lớn hơn và thời gian phanh nhanh hơn Thân xe phía sau có xu hướng nhấc lên cao hơn Phuộc sau giãn ra nhiều hơn

Bảng 5.3 Thông số đánh giá phanh

Thời gian giảm tốc từ 50 km/h về 0

(giây) 7,64 2,88 Độ nén của phuộc (cm) 3,2598 0,5703 4,4553 -0,8303

Với cùng tốc độ, thời gian giảm tốc càng ngắn (lực phanh càng mạnh)

- Phuộc trước bị nén nhiều hơn (mạnh: 4,4553 > nhẹ: 3,2598)

- Phuộc sau giãn ra nhiều hơn (mạnh: 0,8303 > nhẹ: -0,5703)

Độ êm dịu của đường xá

Các quãng đường thực hiện thử nghiệm gồm 2 đoạn đường: Đường 1: Đường Kha Vạn Cân -> Đường Võ Văn Ngân -> Trường Đại học Sư phạm Kỹ thuật TpHCM (Tọa độ 10.857276, 106.757055 -> 10.849850, 106.772104)

Hình 5.25 Hành trình đường 1 Đường 2: Đường Kha Vạn Cân -> Đường Hoàng Diệu 2 -> Trường Đại học Sư phạm Kỹ thuật TpHCM (Tọa độ 10.857276, 106.757055 -> 10.849850, 106.772104)

Hai đoạn đường thử nghiệm có chiều dài quãng đường là như nhau khoảng 3𝑘𝑚, tốc độ duy trì ở 40 km h / và thời gian chạy trung bình khoảng 6 phút

Bảng 5.4 Kết quả giá trị RMS của thử nghiệm đường

Bình phương trung bình gia tốc bánh xe phía trước (m/s 2 )

Bình phương trung bình gia tốc thân xe phía trước (m/s 2 )

Bình phương trung bình gia tốc bánh xe phía sau (m/s 2 )

Bình phương trung bình gia tốc thân xe phía sau (m/s 2 ) Đường 1 Lần 1 4,4753 3,00093 3,65084 2,30836

Bảng 5.5 Độ giảm sốc của phuộc Độ giảm gia tốc của phuộc

Sau 2 lần thử nghiệm ta thấy kết quả các thông số đánh giá sự êm dịu mặt đường, cụ thể là thông số RMS của đường 2 qua Hoàng Diệu là lớn hơn so với đường 1 qua Võ

Từ đó có thể kết luận rằng mặt đường của Võ Văn Ngân cho cảm giác lái êm dịu hơn so với Hoàng Diệu Và điều này đúng với thực tế rằng đường Hoàng Diệu hiện tại vào tháng 6/2024 đang trong quá trình tu sửa và Võ Văn Ngân đã hoàn thiện việc sửa chữa đoạn đường vào cuối tháng 4/2024 sau quãng thời gian kéo dài hơn 4 năm sửa chữa