Báo cáo cơ lưu chất Đề tài hệ thống giám sát Áp suất lốp Ô tô (tpms)

ii LỜI CẢM ƠN Trong thời gian tìm hiểu và nghiên cứu để hoàn thành báo cáo cho đề tài “hệ thống giám sát áp suất lốp ô tô TPMS”, nhóm em đã nhận được rất nhiều những sự giúp đỡ của thầy

TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA ĐẠI HỌC QUỐC GIA THÀNH PHỐ HỒ CHÍ MINH

-o0o -

BÁO CÁO CƠ LƯU CHẤT

ĐỀ TÀI: HỆ THỐNG GIÁM SÁT

ÁP SUẤT LỐP Ô TÔ (TPMS)

GVHD: T.S Hà Phương

Nhóm: 07

Tp Hồ Chí Minh, tháng 11/2020

i

ĐẠI HỌC QUỐC GIA THÀNH PHỐ HỒ CHÍ MINH

ĐẠI HỌC BÁCH KHOA KHOA CƠ KHÍ

BỘ MÔN KỸ THUẬT HỆ THỐNG CÔNG NGHIỆP

-o0o -

BÁO CÁO CƠ LƯU CHẤT

ĐỀ TÀI: HỆ THỐNG GIÁM SÁT

ÁP SUẤT LỐP Ô TÔ (TPMS)

GVHD: T.S Hà Phương

Nhóm: 07

Tp Hồ Chí Minh, tháng 12/2020

ii

LỜI CẢM ƠN

Trong thời gian tìm hiểu và nghiên cứu để hoàn thành báo cáo cho đề tài “hệ thống giám sát áp suất lốp ô tô (TPMS)”, nhóm em đã nhận được rất nhiều những sự giúp đỡ của thầy cô cũng như các bạn học để có thể hoàn thành bài báo cáo này tốt nhất

nhóm xin đặc biệt cảm ơn thầy Hà Phương vì những hướng dẫn chi tiết của thầy

về chủ đề và những điều cần lưu ý khi làm một bài báo cáo Nhờ có những hướng dẫn của thầy, bài báo cáo của nhóm đã được hoàn thành dễ dàng và chuyên nghiệp hơn rất nhiều so với các bài báo cáo trước đây

Mặc dù nhóm đã rất cố gắng để hoàn thành bài báo cáo tốt nhất, tuy nhiên giới hạn về kinh nghiệm, thời gian và kiến thức nên vẫn còn sót lại nhiều thiếu sót Nhóm rất mong được nhận sự thông cảm và góp ý cải thiện từ thầy cũng như các bạn để có thể hoàn thành báo cáo cá nhân tốt hơn cho các bài tập sau Nhóm xin chân thành cảm ơn

Tp Hồ Chí Minh, tháng 11 , năm 2021

iii

MỤC LỤC

DANH SÁCH HÌNH ẢNH iv

CHƯƠNG 1 KHÁI NIỆM VÀ PHÂN LOẠI TPMS 1

1.1 Khái niệm 1

1.2 Phân loại 1

1.2.1 Hệ thống giám sát áp suất lốp ô tô trực tiếp (Direct TPMS) 1

1.2.2 Hệ thống giám sát áp suất lốp ô tô gián tiếp (Indirect TPMS) 2

CHƯƠNG 2 CẤU TẠO VÀ NGUYÊN LÝ HOẠT ĐỘNG CỦA TPMS 3

2.1 Cấu tạo 3

2.1.1 Cảm biến lốp xe 3

2.1.2 Initiator 5

2.1.3 ECU TPMS 6

2.1.4 Đèn báo 6

2.2 Nguyên lý hoạt động của TPMS 6

2.2.1 Sơ đồ trực quan nguyên lý hoạt động 6

2.2.2 Đối vối Direct TPMS 7

2.2.3 Đối với Indirect TPMS 7

CHƯƠNG 3 ỨNG DỤNG CỦA HỆ THỐNG TPMS 9

3.1 Mục đích của hệ thống TPMS 9 TÀI LIỆU THAM KHẢO

iv

DANH SÁCH HÌNH ẢNH

Hình 2-1 Cấu tạo hệ thống TPMS 3

Hình 2-2 Cấu tạo cảm biến lốp xe 4

Hình 2-3 Cấu tạo Initiator 5

Hình 2-4 Sơ đồ nguyên lý hoạt động cơ bản của hệ thống TPMS 7

1

CHƯƠNG 1 KHÁI NIỆM VÀ PHÂN LOẠI TPMS

1.1 Khái niệm

- Hệ thống giám sát áp suất lốp ô tô hay TPMS (Tire Pressure Monitoring

System) được sử dụng với mục đích theo dõi áp suất lốp ô tô

- Là thiết bị được đánh giá rất hữu ích và phù hợp với mọi dòng xe hơi Hệ thống giám sát áp suất lốp ô tô là thiết bị được thiết kế vô cùng nhỏ gọn Hệ thống được thiết lập với chất lượng chuẩn xác

- Khả năng đáp ứng dẫn truyền nhanh nhạy Vì vậy với mọi thay đổi áp suất tại lốp xe cho dù nhỏ nhất Hệ thống giám sát vẫn nhận ra và đưa ra hiệu lệnh thông báo Hệ thống này được xem như là một hệ thống đảm bảo an toàn cho người lái khi đang điều khiển xe

1.2 Phân loại

1.2.1 Hệ thống giám sát áp suất lốp ô tô trực tiếp (Direct TPMS)

- Là loại giám sát áp suất lốp hoạt động bằng nguyên tắc vật lý Để hoạt động phải gắn đầu van giám sát vào lốp để đo lượng khí bên trong lốp

- Ngoài ra, các cảm biến trực tiếp còn có thể cung cấp thêm thông tin nhiệt độ tại lốp Đối với loại giám sát áp suất trực tiếp được chia làm 2 loại:

a) Hệ thống giám sát áp suất ô tô van trong

- Đặc điểm là có đầu cảm biến gắn trong lốp ô tô, các van cảm biến dùng để thay thế cho những van xe ban đầu

- Ưu điểm:

• Tạo cảm giác an tâm không lo bị mất trộm do cảm biến gắn bên trong lốp xe

• Phần đầu van tiếp xúc với cảm biến có dạng đầu tròn, giúp phần đầu van có thể xoay lên xuống linh hoạt hơn, hạn chế việc gãy phần đầu tiếp xúc này

- Nhược điểm:

• Khi lắp đặt phải tháo lốp và cân bằng động bánh xe

• Không thể tự lắp đặt hay sửa chữa nếu không có dụng cụ chuyên dụng và chuyên môn

• Có thể gây ra các sai lệch của bánh xe hoặc sai cảm biến nếu tay nghề của thợ kém

2

b) Hệ thống giám sát áp suất ô tô van ngoài

- Van cảm biến gắn vào đầu van của lốp xe

- Ưu điểm:

• Dễ dàng lắp đặt, không cần tháo lốp hay cân bằng động

• Tiện lợi trong việc thay thế, sửa chữa hoặc thay pin

• Không phải động chạm vào hệ thống của xe

- Nhược điểm:

• Có nguy cơ bị kẻ gian phá hoại hoặc lấy cắp

• Tuổi thọ pin ngắn hơn (xấp xỉ 2 năm) do kích thước đầu van nhỏ không chứa được viên pin quá lớn

• Khi bơm lốp cần dụng cụ mở van cảm biến chuyên dụng đi kèm

1.2.2 Hệ thống giám sát áp suất lốp ô tô gián tiếp (Indirect TPMS)

- Là loại giám sát áp suất lốp không dùng phương pháp đo áp suất bằng phương pháp vật lý mà áp dụng cách đo phụ thuộc vào tốc độ quay của bánh xe Sau đó dẫn truyền đến hệ thống chủ để báo hiệu cho chủ xe

- Ưu điểm:

• Tương đối rẻ so với TPMS trực tiếp

• Yêu cầu ít lập trình/bảo trì hơn trong nhiều năm so với TPMS trực tiếp

• Bảo trì cài đặt tổng thể ít hơn so với TPMS trực tiếp

- Nhược điểm:

• Hiệu quả kém chính xác hơn so với loại trực tiếp

• Dễ bị báo động sai và không phát hiện được bất thường nếu cả bốn lốp đồng thời bị non

• Nó chỉ thông báo mỗi khi lốp cần phải bơm hơn

• Ngoài ra khi lốp đã được bơm hơi, các tài xế phải thực hiện reset lại cảm biến và chờ đợi khoảng 20 – 60 phút để cảm biến tính toán lại thông số

3

CHƯƠNG 2 CẤU TẠO VÀ NGUYÊN LÝ HOẠT ĐỘNG CỦA TPMS

2.1 Cấu tạo

- Hiện nay, có rất nhiều hệ thống TPMS (cảm biến áp suất lốp) hiện đại, với độ phức tạp cao cùng tính năng vô cùng đa dạng Tuy nhiên, hầu hết tất cả các hệ thống TPMS từ cơ bản đến hiện đại đều có cấu tạo gồm 4 bộ phận chính: Cảm biến lốp xe (Tire Pressure Sensor), TPMS ECU, Initiator, Đèn báo áp suất

Hình 2-1 Cấu tạo hệ thống TPMS

2.1.1 Cảm biến lốp xe (Tire Pressure Sensor)

- Cấu tạo: tạo gồm: 1 bộ sensor và 1 van lắp vào van của lốp xe có trọng lượng khoảng: 36-45g Pin của sensor cảm biến này có thể cung cấp năng lượng tới khoảng 10 năm

4

Hình 2-2 Cấu tạo cảm biến lốp xe

- Cảm biến áp suất lốp sẽ có ba loại hoạt động, chính vì thế nó sẽ có ba nguyên lý khác nhau, được cấu tạo khác nhau, mỗi môi trường sẽ có cách thức sử dụng khác nhau Nhưng bên trong mỗi van cảm biến áp suất lốp sẽ được cấu tạo tương đối giống nhau

- Bên ngoài mỗi van cảm biến được làm từ chất liệu thép không rỉ, bên trong mỗi van cảm biến được kết cấu bởi lớp màng, lớp màng này sẽ thay đổi khi các các lực tác động khác nhau, sở dĩ có sự thay đổi này là do một mạch vi mạch điện

tử sẽ khuếch đại nó thành một tín hiệu điện

Hình 2-3 Màng van cảm biến lốp xe

5

- Bên trong mỗi lớp màng sẽ chứa đựng các cảm biến rất nhỏ, chính cảm biến này sẽ cảm nhận lực căng của màng tương đương với áp suất đầu vào Các cảm biến trên lớp màng sẽ tự so sánh sự thay đổi ban đầu và hiện tại, từ đó biết được

sự thay đổi là bao nhiêu phần trăm, các vi xử lý sẽ giải mã các tín hiệu điện và đưa tín hiệu điện tương đương với áp suất lốp ban đầu

- Thông qua lớp mang cảm biến đọc các thông số áp suất lốp, nhiệt độ, gia tốc và điện áp pin Sau đó gửi các thông tin này bằng đến ECU TPMS thông qua tín hiệu RF(tần số vô tuyến)

2.1.2 Initiator

- Initiator là một cảm thiết bị thu và phát điện tử sử dụng tần số RF và LF để thu

và phát tín hiệu Thường được lắp đặt gần vị trí các cảm biến áp suất lốp

- Initiator được sử dụng để tự động cảm nhận áp lực lốp xe Initiator thường nằm phía trên mỗi bánh xe và một xe có thể có từ 2-4 Initiator tùy thuộc vào từng

mô hình

- Initiator có nhiệm vụ giao tiếp với các cảm biến áp suất lốp thông qua tín hiệu tần số thấp (LF,12KHz)

Hình 2-4 Cấu tạo Initiator

6

2.1.3 ECU TPMS

- Recceiver thực hiện cảnh báo đèn, đầu vào là tín hiệu tốc độ xe, chức năng là chẩn đoán và nhận tín hiệu RF (433MHz) từ các cảm biến áp suất lốp ECU phần tích áp suất lốp và đọc thông tin từ các tín hiệu cảm biến

2.1.4 Đèn báo

- Các ECU sau khi tiến hành tính toán và phân tích dữ liệu, nếu áp suất tại một trong các lốp xe giảm xuống dưới mức quy định (dưới 25psi) Thông tin sẽ được truyền qua hệ thống dây điện trên xe và đèn sáng báo vị trí bánh xe bị giảm áp suất

- Với một số hệ thống TPSM cao cấp đèn sẽ thông các tình trạng hiện tại của lốp

và cảnh báo các trường hợp xấu

2.2 Nguyên lý hoạt động của TPMS

2.2.1 Sơ đồ trực quan nguyên lý hoạt động

Sơ đồ sau cho thấy các thông số các cảm biến thu thập đo đạc và các loại tín hiệu sử dụng cho các thiết bị thu phát trong hệ thống TPMS

7

Hình 2-5 Sơ đồ nguyên lý hoạt động cơ bản của hệ thống TPMS

2.2.2 Đối vối Direct TPMS

- Cảm biến áp suất lốp trực tiếp truyền tín hiệu giữa các đầu giám sát đến bộ điều khiển trung tâm

- Tại bộ điều khiển trung tâm nó được phân tích, giải thích Và nếu áp suất lốp thấp hơn mức cần thiết, được truyền trực tiếp đến bảng điều khiển của bạn nơi đèn chỉ báo sáng

- Hệ thống này đo áp suất theo thời gian thực Vì vậy chỉ cần muốn kiểm tra áp suất hiện tại của lốp chỉ cần bật bộ điều khiển trung tâm là kiểm tra được

2.2.3 Đối với Indirect TPMS

- Hệ thống giám sát áp suất lốp ô tô gián tiếp hoạt động theo nguyên lý: Khi xuất hiện một bánh xe nào đó bị non, đường kính của bánh nhỏ lại

8

- Bánh xe bị non sẽ quay với vận tốc nhanh hơn Điều này tạo ra sự chênh lệch với các lốp còn lại

- Những chỉ số này được đo nhờ bộ cảm biến đã tích hợp trên hệ thống phanh ABS và hệ thống ESC

9

CHƯƠNG 3 ỨNG DỤNG CỦA HỆ THỐNG TPMS

3.1 Mục đích của hệ thống TPMS

- Bảo vệ lốp xe luôn an toàn: Khi đã trang bị cho ô tô thiết bị này, bạn luôn luôn

có thể theo dõi tình trạng áp suất và nhiệt độ Giúp cho người lái luôn biết được lốp xe đang ở trạng thái như thế nào Có cần bơm thêm hơi hay không? Giúp cho lốp xe luôn ở trạng thái hoạt động tốt nhất

- Tiết kiệm nhiên liệu tối đa: Áp suất lốp thấp làm tăng lực ma sát giữa lốp với mặt đường gây ra tình trạng tốn xăng Chúng ta có thể tiết kiệm khoảng 1-3%

số nhiên liệu nếu lốp xe hoạt động trong trạng thái áp suất lốp trong khoảng giới hạn Hệ thống giám sát áp suất lốp xe sẽ giúp bạn đáp ứng điều kiện này

- Mang lại cảm giác thoải mái, an toàn khi lái xe: Luôn luôn theo dõi được áp suất lốp chỉ bằng những cái nhìn

- Tránh được sự hao mòn bất thường của các bộ phận: Lốp xe quá căng sẽ làm cho phản lực mặt đường tăng theo, vô tình làm tăng sự dằn sóc quá độ Điều này sẽ gây ra nhiều tác hại cho hệ thống giảm sóc cũng như các chi tiết chịu lực của hệ thống khung gầm Để hạn chế tình trạng này bạn có thể trang bị cảm biến lốp xe giúp nhận biết và phòng tránh rủi ro dễ dàng hơn

- Nâng cao giá trị của chiếc xe: Chiếc xe ô tô của bạn sẽ trở nên đặc biệt và giá trị hơn rất nhiều khi trang bị hệ thống cảm biến áp suất lốp xe ô tô Trước khi lắp máy cảm biến áp suất lốp, lái xe muốn kiểm tra được chính xác áp suất của lốp xe thì phải quỳ gối xuống nền đất và nắn lốp Điều này không những làm bạn bẩn quần áo mà cũng không hề sang trọng Nhưng với hệ thống cảm biến

áp suất lốp xe thì việc này hoàn toàn không cần thiết Bạn chỉ cần ngồi trên xe cũng có thể biết lốp xe có hoạt động ổn định hay không Tạo cho người lái cảm giác thoải mái hơn Khi di chuyển trong mỗi chặng đường sẽ tự tin vào tay lái hơn, an toàn hơn

10

TÀI LIỆU THAM KHẢO

[1] S V Levent Guvenc, “Tire Pressure Monitoring [Applications of Control],” IEEE control system, 2008

[2] , M A A D R M M Lukman Medriavin Silalahi, “DESIGN OF TIRE

PRESSURE MONITORING SYSTEM,” SINERGI, 2019

[3] P D D B Š L Jacek CABAN, “VEHICLE TIRE PRESSURE MONITORING

SYSTEMS,” DIAGNOSTYKA, 2014

[4] "So sánh ưu và nhược điểm của cảm biến áp suất lốp van trong và van ngoài", MalaideVietnam.< https://malide.vn/2021/03/06/so-sanh-uu-va-nhuoc-diem-cua-cam-bien-ap-suat-lop-van-trong-va-van-ngoai/>