Một trong những hệ thống điện tử hữu ích và mới nhất hiện nay là hệ thống theo dõi áp suất lốp Tyre Pressure Monitoring System - TPMS Trên xe, lốp xe là một trong những bộ phận quan trọ
M CL C Trang tựa TRANG Quy t định giao đề tài Lý lịch cá nhân i Lời cam đoan ii Cảm tạ iii Tóm t t iv M cl c v Danh sách ch vi t t t vi Danh sách hình vii Danh sách bảng viii Chư ng 1: TỔNG QUAN 1.1 Giới thiệu tổng quát 1 1.1.1 Khái niệm TPMS 1.1.2 Sự đời lịch s phát triển TPMS Nh ng nghiên cứu TPMS nghiên cứu công bố 1.1.3 Các lí nên trang bị TPMS 1.3 M c đích đề tài 1.4 Nhiệm v c a đề tài giới hạn đê tài 1.4 Phương pháp nghiên cứu 2.1 Hướng Nghiên Cứu Chư ng 2: C SỞ LÍ THUYẾT 2.1 Cơ sở lí thuy t truyền d liệu khơng dây 10 10 2.1.1 Các cách thức truyền d liệu không dây 10 2.1.2 K t lu n 14 2.1.3 Cơ sở lí thuy t việc phát sóng RF 14 2.2 Giới thiệu hệ thống TPMS 18 2.3 Đánh giá, so sánh hệ thống TPMS 21 trang bị hãng xe Chư ng 3: NGHIÊN CỨU CHẾ TẠO HỆ THỐNG TPMS 23 3.1 Cơ sở thi t k 23 3.2 Hệ thống điều khiển 23 3.2.1 Ph n cứng 23 3.2.1.1 Cảm bi n áp su t 23 3.2.1.2 Module truyền d liệu nRF24L01+ 24 3.2.1.2.1 Module phát d liệu qua sóng RF 26 3.2.1.2 Module thu d liệu qua sóng RF 27 3.2.1.3 Board mạch x lí hiển thị tín hiệu 28 3.2.1.3.1 Module x lí tín hiệu 28 3.2.1.3.2 Module hiển thị-LCD 45 3.2.2 Ph n mềm 54 3.3 Ch tạo hệ thống TPMS 55 Chư ng 4: THỰC NGHIỆM MƠ HÌNH 58 4.1 M c tiêu 58 4.2 Thi t k 58 4.3 Qui trình 58 4.4 K t 59 Chư ng 5: KẾT LUẬN 62 TÀI LIỆU THAM KHẢO 63 HDKH: PGS.TS Đỗ Văn Dũng Tire Pressure Monitoring System DANH M C CH STT CH VI T T T TPMS VĐK RF PIC ADC HVTH: Hàng Lê Anh Minh VIẾT T T CH VI T Đ Y Đ Tire Pressure Monitoring System Vi Điều Khiển Radio Frequency Programeable Inteled Computer Analog to Digital Converter vi HDKH: PGS.TS Đỗ Văn Dũng Tire Pressure Monitoring System DANH M C HÌNH STT 10 11 12 13 14 15 16 17 18 HÌNH 2.1 2.2 2.3 2.4 2.5 2.6 2.7 2.8 2.9 2.10 2.11 3.1 3.2 3.3 3.4 3.5 3.6 3.7 19 20 21 22 23 24 25 3.8 3.9 3.10 3.11 3.12 4.1 4.2 26 4.3 TÊN Truyền d liệu hồng ngoại trực ti p Truyền d liệu hồng ngoại gián ti p Ngun lí phát sóng RF Sơ đồ bố trí TPMS tơ Cảm bi n áp su t loại g n Cảm bi n áp su t loại g n Màn hình hiển thị thơng số cabin TPMS hãng General Motor TPMS hãng Honda TPMS hãng Mercedes-Benz TPMS hãng Toyota Cảm bi n áp su t BMP085 Module nRF24L01+ Sơ đồ nguyên lí nRF24L01+ Sơ đồ nguyên lí module phát RF Sơ đồ nguyên lí module thu/x lí hiển thị Sơ đồ chân vi điều khiển PIC 16F877A Sơ đồ khối miêu tả chức VĐK Sơ đồ khối Timer0 Sơ đồ khối Timer1 Sơ đồ khối Timer2 LCD thông d ng 16x2 Sơ đồ chân c a LCD Thông số áp su t, nhiệt độ thu So sánh độ xác c a TPMS với đồng hồ học Mơ hình th nghiệm thực t xe máy HVTH: Hàng Lê Anh Minh vii TRANG 12 12 17 18 20 20 20 21 21 22 22 23 24 25 26 27 31 32 39 40 41 45 46 59 60 61 HDKH: PGS.TS Đỗ Văn Dũng Tire Pressure Monitoring System DANH M C BẢNG STT 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21 B NG 3.1 3.2 3.3 3.4 3.5 3.6 3.7 3.8 3.9 3.10 3.11 3.12 3.13 3.14 3.15 3.16 3.17 3.18 3.19 3.20 4.1 TÊN Thanh ghi Status Thanh ghi OPTION_REG Thanh ghi INTCON Thanh ghi PIE1 Thanh ghi PIE2 Thanh ghi PIR2 Thanh ghi PCON Thanh ghi trạng thái cổng A Thanh ghi trạng thái cổng A Thanh ghi lựa chọn tương tự Thanh ghi trạng thái cổng B Thanh ghi trạng thái cổng B Thanh ghi lựa chọn tương tự Thanh ghi cổng B để hở Thanh ghi trạng thái cổng C Thanh ghi trạng thái cổng C Chức chân LCD T p lệnh c a LCD Đặc tính điện chân LCD Miền làm việc bình thường Giá trị đo từ trình thực nghiệm HVTH: Hàng Lê Anh Minh viii TRANG 33 34 34 34 34 35 35 37 37 37 37 37 38 38 39 39 46 48 52 53 60 HDKH: PGS.TS Đỗ Văn Dũng Tire Pressure Monitoring System CH NG 1: TỔNG QUAN 1.1 Giới thi u t ng quát Từ thập kỉ trước, ô tô phương tiện di chuyển phổ biến nước phát triển Ngày nay, kinh tế phát triển, đ i sống ngư i dân Việt Nam ngày nâng cao, nhu cầu sử d ng phương tiện lại xe ô tô điều khơng thể thiếu, lại cịn cần thiết Ô tô không đơn giản khối tổ hợp c m chi tiết bao gồm: bánh xe động tạo chuyển động, hệ thống lái, hệ thống treo, v.v Mà cịn xem máy tình, robot thơng minh tự động điều chỉnh để thìch nghi với điều kiện hoạt động Ngày nay, ô tô trang bị nhiều hệ thống điện tử tự động nhằm tăng tình tiện nghi độ an tồn cho ngư i sử d ng Một hệ thống điện tử hữu ích hệ thống theo dõi áp suất lốp ( Tyre Pressure Monitoring System - TPMS) Trên xe, lốp xe phận quan trọng có lẽ ìt Ủ Tăng tốc nhanh, phanh gấp, vào góc cua hẹp làm lốp nhanh mòn Lốp xe bị rạn nứt, bơm căng non làm cho xe hoạt động không ổn định Nếu mặt lốp bị mịn, di chuyển ngồi tr i mưa đư ng ướt dễ bị trơn trượt Đặc biệt ngày nắng nóng, phải di chuyển quãng đư ng dài, nhiệt độ c a mặt đư ng cao cộng với ma sát, làm cho mặt lốp nóng lên nhanh chóng Khơng khí bên n ra, tăng áp suất lên bề mặt Lốp mòn không đảm bảo chất lượng mà áp suất cao cịn dễ bị nổ gây an tồn Lốp non (áp suất thấp) làm tăng bề mặt tiếp xúc với mặt đư ng làm tăng độ ma sát, dẫn đến động phải hoạt động nhiều hơn, giảm tình tiết kiệm nhiên liệu gây tượng biến dạng bề mặt lốp méo, phính mịn khơng Ngồi ra, lái xe tính trạng lốp căng (áp suất cao), lái cho cảm giác không thoải mái giống xe bị nẩy lên Lốp căng làm cho phần lốp nhanh bị mòn phải chịu trọng tải cao dẫn đến giảm tuổi thọ sử d ng Trên lốp xe có ghi thơng số tiêu chuẩn để phù hợp với vành nhà cung cấp đưa Vì d : Lốp sau xe Honda Lead 125: 100/90-10 56J Trong đó: 100 bề rộng c a lốp tình mm; 90 % chiều cao c a lốp so với bề rộng c a lốp: 90%*100 = 90 mm; 10 HVTH: Hàng Lê Anh Minh HDKH: PGS.TS Đỗ Văn Dũng Tire Pressure Monitoring System đư ng kình danh nghĩa c a vành tình inch; 56 kỦ hiệu c a khả chịu tải; J kỦ hiệu c a tốc độ tối đa cho phép Áp xuất bơm lốp xe ảnh hư ng trực tiếp đến hoạt động c a xe Tùy thuộc vào loại xe, điều kiện hoạt động mà nhà sản xuất lựa chọn loại lốp xe áp suất bơm phù hợp Việc trì áp suất bơm lốp quy định giúp lốp xe đảm bảo tốt chức năng, đảm bảo an tồn tình hoạt động c a xe Các chuyên gia khuyến cáo, nên thư ng xuyên kiểm tra lốp xe trước lái áp suất lốp, độ mòn bất thư ng, nứt vết chém hông lốp độ dày c a bề mặt lốp Kiểm tra định kỳ 4.000 km/lần s sửa chữa bảo dưỡng Khi thay lốp nên kiểm tra thông số lốp tiêu chuẩn mà nhà sản xuất đề Đảm bảo áp suất lốp theo yêu cầu kỹ thuật quan trọng việc giữ cho lốp xe trạng thái kỹ thuật tốt nhất, đảm bảo tối ưu hóa tác d ng c a lốp xe kéo dài tuổi thọ c a lốp Áp suất lốp nhân tố chình đảm bảo tính an tồn khả chịu lực c a lốp xe vật liệu hay kết cấu c a lốp Áp suất lốp theo yêu cầu kỹ thuật nhân tố chình đảm bảo việc vận hành an toàn đảm bảo khả bám đư ng, hoạt động hoàn hảo c a hệ thống lái, hệ thống phanh 1.1 Khái ni m TPMS Hệ thống theo dõi áp suất lốp - TPMS hệ thống theo dõi áp suất lốp xe cách liên t c chình xác mà khơng cần đến đồng hồ đo áp suất Quan trọng giúp nâng cao hệ số an toàn, hạn chế v nổ lốp gây thiệt hại ngư i tài sản 1.1.2 S đ i lịch s phát triển TPMS Hệ thống TPMS lần sử d ng xe khách lắp cho Porsche 959 đ i 1986 sau TPMS hãng xe hạng sang BMW, Audi, Mercedes trang bị cho dịng xe c a mính TPMS liên t c phát triển, cải tiến cột mốc cho phát triển c a TPMS vào năm cuối thập niên 90 Năm 1996 Renault sử d ng hệ thống PAX Michelin năm 1999, PSA Peugeot Citroën định áp d ng TPMS tình tiêu chuẩn Peugeot 607 HVTH: Hàng Lê Anh Minh HDKH: PGS.TS Đỗ Văn Dũng Tire Pressure Monitoring System Năm sau (2000), Renault tung Laguna II, xe ch khách cỡ trung giới trang bị TPMS tình tiêu chuẩn Trước thực trạng hàng trăm mạng sống hàng năm tai nạn lật xe ví nổ lốp, chình quyền Bill Clinton thông qua luật kể từ 1/09/2007 tr đi, 100% xe có tải trọng từ 4,5 tr xuống bán Mỹ bắt buộc phải trang bị TPMS Giai đoạn đầu tháng 10/2005 mức 20%, đạt 100% cho mơ hính sản xuất sau 1/9/2007 Tiếp nối Mỹ, Liên minh châu Âu, tình đến ngày 1/ 11/ 2012, tất mẫu xe du lịch phát hành phải trang bị TPMS Từ 1/1/ 2014, tất xe ch khách bán Liên minh châu Âu phải trang bị TPMS Nh ng nghiên c u h th ng TPMS đư c nghiên c u vƠ công b TPMS tr c ti p: 1/ Air Pressure Monitoring System of Vehicle Tire and Identification Method of Vehicle Tire (LI Wei, & Chen Hongling., 2005) Sáng chế này, thông qua cơng nghệ mã hố xác định lại vị trí c a lốp xe, cài đặt lại mã ID cảm biến cho bánh xe sau đảo vị trí thay Nó cho giải pháp đơn giản hiệu việc chuyển đổi vị trí lốp xe với Việc áp d ng công nghệ giúp cho hệ thống TPMS hoạt động dễ dàng, hiệu tin cậy sau lần chuyển đổi lốp xe thay cảm biến 2/ Tyre Pressure Monitoring (TPM) System (R Lourens,& C Kell, 2009) Đề tài này, giải thìch hệ thống TPM điển hính sử d ng dành riêng tơ Nó xem tài liệu tham khảo làm s cho việc thiết kế vi mạch khác sử d ng cho việc chế tạo TPM Có hàng loạt phương pháp thiết kế để tiếp cận đưa Một hệ thống tự động nhận biết vị trì, thơng số mà cảm biến đo chúng quay với bánh xe Trái tim c a hệ thống TPM là: Sensor / Transmitter dựa chip vi điều khiển rfPIC12F675 3/ Tyre Pressure Monitoring System (Matsumura, & T.Chiyoda-ku., 2008) Đề tài nêu lên cấu tạo hệ thống TPMS bao gồm: module đo áp suất lốp Module đo áp suất bao gồm micocomputer, mạch điều kích hoạt điều khiển, cảm biến áp suất, cảm biến nhiệt độ, chia tần số, mạch truyền pin HVTH: Hàng Lê Anh Minh HDKH: PGS.TS Đỗ Văn Dũng Tire Pressure Monitoring System microcompter có phát xung clock, mạch chuyển đổi analog sang digital điều khiển Mạch truyền có mạch dao động, việc chia tần số tần số sóng mang đầu c a mạch dao động để tạo tín hiệu clock tín hiệu clock đầu điều khiển b i microcomputer Các tín hiệu clock sử d ng cho việc đo th i gian xuất liệu đến đư ng tín hiệu Các tín hiệu clock tạo để truyền liệu có độ xác cao mà khơng cần phải có dao động đắt tiền microcomputer TPMS gián ti p: 1/ Supervision of Vehicle’s Tyre Pressures By Measurement of Body Accelerations (C Halfmann, M.Ayoubi, & H.Holzmann., 1997) Đề tài đưa phương pháp đo áp suất gián tiếp cách sử d ng tín hiệu gia tốc bánh xe Bằng việc phân tích phổ tần số c a hàm truyền ảo gia tốc bánh xe phìa trước phía sau xe Qua đó, có can thiệp xử lí từ hệ thống bên ngồi vào quang phổ phân tích ảnh hư ng c a áp suất đến gia tốc c a bánh xe th i điểm tăng tốc 2/ Indirect Tyre Pressure Monitoring Using Sensor Fusion (N Persson, & F Gustafsson., 2002) Đề tài nói TPMS gián tiếp, TPMS gián tiếp sử d ng cảm biến có ABS/ESP thuật tốn phần mềm để xác định lốp điều kiện (dưới / áp suất tiêu chuẩn) Có nhiều nghiên cứu dự án phát triển phương pháp phân thành hai nhóm chình Nhóm cách sử d ng phân tìch độ rung Nó xử lý lốp xe lị xo kích thích b i bất thư ng từ mặt đư ng Khái niệm để theo dõi tần số cộng hư ng mà có tương quan với áp suất lốp Lớp thứ hai cách sử d ng bánh xe phân tích bán kính dựa thực tế áp suất lốp ảnh hư ng đến bán kính lăn hiệu c a lốp HVTH: Hàng Lê Anh Minh HDKH: PGS.TS Đỗ Văn Dũng Tire Pressure Monitoring System 1.1.3 Các lý nên trang bị TPMS 1.1.3.1 TPMS giúp kiểm soát gi đư c áp su t l p xe tr ng thái tiêu chuẩn, đ m b o an toàn không x y tai n n đáng ti c bể l p xe Thực tế nhìn mắt gõ vào lốp phát bất thư ng áp suất, nhiệt độ, trừ lốp xẹp 25% tr lên Thống kê Mỹ cho thấy: năm 2002 quốc gia có tới 260.000 tai nạn giao thông bể lốp xe, chiếm 70% tổng số tai nạn xe Mỹ Nguyên nhân nổ lốp xe chạy gây tai nạn 57% lốp xe mềm, 20% lốp xe căng, lại th ng lốp b i vật nhọn gây Khi lốp xe mềm: diện tích tiếp xúc lốp xe với mặt đư ng tăng lên, ma sát với mặt đư ng tăng dẫn tới nhiệt độ lốp xe cao gây phá h y liên kết lớp bố kết bể lốp Ngược lại lốp căng, liên kết lớp sợi bố chịu lực kéo giãn lớn lực cực lớn chỗ lốp tiếp xúc với mặt đư ng chạy vào mặt đư ng lồi lõm, không phẳng gây bể lốp xe 1.1.3.2 TPMS kiểm soát áp su t giúp l p xe không bị hư h i vi c ch y xe tình tr ng không tiêu chuẩn Lốp xe mềm: áp suất lốp xe nhỏ khoảng 0.40 đến 0.60 bar so với áp suất tiêu chuẩn th i gian dài tuổi thọ c a lốp giảm từ 25% đến 50%.Tương tự, khả chịu tải c a xe giảm khoảng 100kg áp suất lốp s t giảm 0.50 bar Lốp xe căng:Khi áp suất cao 25% so với tiêu chuẩn tuổi thọ lốp giảm tương ứng khoảng 15-20% Thực tế cho thấy có đến 45% số xe có tình trạng lốp không chuẩn Nguyên nhân kiểm tra mắt, tay khơng chình xác dùng đồng hồ bất tiện th i gian nên việc lái xe không kiểm tra áp suất lốp thư ng xun văn hóa chung tồn cầu (trừ xe trang bị TPMS) 1.1.2.4 TPMS giúp ti t ki m nhiên li u Áp suất lốp thấp làm tăng ma sát mặt đư ng gây tổn hao lượng TPMS giúp theo dõi để giữ cho áp suất lốp ln tình trạng tiêu chuẩn, tiết kiệm 1-2% tiêu HVTH: Hàng Lê Anh Minh ... hoàn hảo c a hệ thống lái, hệ thống phanh 1.1 Khái ni m TPMS Hệ thống theo dõi áp suất lốp - TPMS hệ thống theo dõi áp suất lốp xe cách liên t c chình xác mà không cần đến đồng hồ đo áp suất Quan... qua sóng RF, nghiên cứu chế tạo hệ thống theo dõi áp suất lốp TPMS - Giới hạn đề tài: hệ thống TPMS hệ thống nhỏ gọn, đơn giản phát huy ưu điểm c a cách mạnh mẽ TPMS nghiên cứu chế tạo rộng rãi... " Nghiên cứu chế tạo hệ thống theo dõi áp suất lốp" với mong muốn chế tạo thành cơng hệ thống "TPMS made in Viet Nam" HVTH: Hàng Lê Anh Minh HDKH: PGS.TS Đỗ Văn Dũng Tire Pressure Monitoring System