Nghiên cứu thuật toán điều khiển túi khí bằng mô hình con lắc đơn

TRƢỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA HÀ NỘI LUẬN VĂN THẠC SĨ KHOA HỌC NGHIÊN CỨU THUẬT TOÁN ĐIỀU KHIỂN TÚI KHÍ BẰNG MƠ HÌNH CON LẮC ĐƠN ĐÀO CƠNG TRUYỀN truyendc@hactech.edu.vn Ngành Kỹ thuật ô tô Giảng viên hƣớng dẫn: PGS TS Đàm Hoàng Phúc Chữ ký GVHD Viện: Cơ khí động lực HÀ NỘI, 04/2020 i CỘNG HỊA XÃ HỘI CHỦ NGHĨA VIỆT NAM Độc lập – Tự – Hạnh phúc BẢN XÁC NHẬN CHỈNH SỬA LUẬN VĂN THẠC SĨ Họ tên tác giả luận văn : Đào công Truyền Đề tài luận văn: Nghiên cứu thuật tốn điều khiển túi khí mơ hình lắc đơn Chuyên ngành: kỹ thuật ô tô Mã số SV: CA18018 Tác giả, Người hướng dẫn khoa học Hội đồng chấm luận văn xác nhận tác giả sửa chữa, bổ sung luận văn theo biên họp Hội đồng ngày 24/6/2020 với nội dung sau: - Bổ sung kết luận phần nghiên cứu - Làm rõ số kết khảo sát,chỉ rõ phân tích kết đạt Ngày 25 tháng 06 năm 2020 Giáo viên hƣớng dẫn Tác giả luận văn CHỦ TỊCH HỘI ĐỒNG ii Lời cảm ơn Để hoàn thành luận văn thạc sĩ với đề tài: “ Nghiên cứu thiết kế hệ thống điều khiển túi khí” yêu cầu tập trung, cố gắng độc lập nghiên cứu Bản thân sau năm tháng học tập vất vả tìm tịi nghiên cứu cố gắng để hoàn thành luận văn Tôi ghi nhận giúp đỡ, ủng hộ, hỗ trợ nhiệt tình người bên cạnh mình, tơi xin gửi lời cảm ơn sâu sắc tới họ Trước tiên, xin trân trọng gửi lời cảm ơn chân thành sâu sắc đến giảng viên hướng dẫn - PGS.TS Đàm Hoàng Phúc tận tình hướng dẫn, dạy cho tơi suốt q trình làm luận văn, nhiệt tình định hướng thầy giúp tự tin nghiên cứu vấn đề giải vấn đề cách khoa học Đồng thời, xin trân trọng cảm ơn thầy cô Ban giám hiệu, Sau Đại học, Giảng viên môn tạo điều kiện cho học tập làm luận văn cách thuận lợi Cuối cùng, xin gửi lời cảm ơn đến gia đình bạn bè ln theo dõi tơi khuyến khích liên tục suốt năm học tập qua trình nghiên cứu viết luận văn Thành tựu khơng thể có khơng có họ Trong luận văn, hẳn tránh khỏi hạn chế thiếu sót Tơi mong muốn nhận nhiều đóng góp quý báu đến từ quý thầy cô, ban cố vấn bạn đọc để đề tài hồn thiện có ý nghĩa thiết thực áp dụng thực tiễn sống iii Tóm tắt nội dung luận văn Nghiên cứu sử dụng mô hình va chạm tơ dạng lắc đơn để nghiên cứu va chạm thiết kế thử nghiệm túi khí nhằm khắc phục nhược điểm trình thử nghiệm hệ thống túi khí Mơ hình lắc đơn sử dụng báo thay đổi độ cứng, khối lượng, vận tốc va chạm đo gia tốc, lực va chạm Bài báo tiến hành khảo sát phụ thuộc lực gia tốc theo yếu tố khối lượng, vận tốc va chạm, độ cứng tương đương xe để đánh giá mơ hình Các kết sử dụng nghiên cứu để xác định thuật toán điều khiển túi khí cho xe điều kiện va chạm khác HỌC VIÊN Ký ghi rõ họ tên iv MỤC LỤC DANH MỤC HÌNH VẼ DANH MỤC BẢNG BIỂU TÀI LIỆU THAM KHẢO Chƣơng I Nghiên cứu tổng quan hệ thống túi khí xe 1.1 Đặt vấn đề 1.2 Thực trạng định hƣớng nghiên cứu túi khí Việt Nam 1.3 Công dụng yêu cầu túi khí 1.3.1 Cơng dụng túi khí 1.3.2 Yêu cầu túi khí 1.4 Phân loại túi khí nguyên lí hoạt động 1.4.1 Phân loại túi khí 1.4.2 Nguyên lí hoạt động a, Cụm túi khí trước b, Cụm túi khí người lái c, Cụm túi khí hành khách phía trước d, Cụm túi khí bên 10 e, Túi khí phía 11 1.5 Cấu tạo chi tiết hệ thống túi khí tô 11 1.5.1 Túi khí 11 1.5.2 Bộ sinh khí đánh lửa 12 1.5.3 Cổ góp điện 13 1.5.4 Cảm biến va chạm cảm biến gia tốc 14 1.5.5 Cảm biến an toàn 16 1.5.6 Bộ căng đai phía trước 16 1.5.7 Cảm biến áp lực ghế ngồi 18 1.5.8 Công tắc ngắt hoạt động túi khí hành khách 18 1.5.9 Bộ điều khiển nguồn điện dự phòng 19 a, Bộ điều khiển túi khí 19 b, Nguồn điện dự phòng 20 1.5.10 Sơ đồ tổng quát hệ thống túi khí 20 1.6 Một số hướng nghiên cứu túi khí 21 1.6.1 Nghiên cứu đánh giá hệ thống túi khí phương pháp đâm va với tường cứng 21 1.6.2 Nghiên cứu thuật tốn điều khiển túi khí 22 v a, Sự biến đổi thuật toán 25 b, Ngưỡng phát hành túi khí 32 1.7 Đối tượng mục tiêu phương pháp nghiên cứu 36 1.7.1 Đối tượng nghiên cứu 36 1.7.2 Mục tiêu nghiên cứu 36 1.7.3 Phương pháp nghiên cứu 36 Chƣơng II: Nghiên cứu thiết kế mơ hình bệ thử túi khí lựa chọn biến để xây dựng mơ hình thử nghiệm 37 2.1 Xây dựng mơ hình lắc đơn 37 2.2 Lựa chọn cảm biến 39 2.2.1 Lựa chọn cảm biến lực 39 2.2.2 Lựa chọn cảm biến gia tốc 42 2.3 Lựa chọn vi xử lý 43 2.3.1 Công dụng: 43 2.3.2 Yêu cầu: 43 2.3.3 IC khuếch đại INA128 45 2.4 Mơ hình tổng qt 46 2.5 Xây dựng giao diện 47 2.6 Xây dựng sơ đồ thuật toán 47 Chƣơng III: Khảo sát mối quan hệ lực, gia tốc xây dựng thử nghiệm q trình kích hoạt túi khí 50 Khảo sát lực gia tốc trình va chạm 50 1.1 Đánh giá độ xác ổn định mơ hình vật lý 50 1.2 Khảo sát lực gia tốc va chạm theo thông số 52 Khảo sát q trình điều khiển kích hoạt túi khí 53 Kết luận kiến nghị 55 vi DANH MỤC HÌNH VẼ Hình 1.1: Thời gian vụ tai nạn với việc triển khai túi khí Hình 1.2: Vùng va chạm phía trước Hình 1.3: Các va chạm làm túi khí kích hoạt Hình 1.4: Cấu tạo cụm túi khí người lái Hình 1.5: Cấu tạo cụm túi khí hành khách phía trước Hình 1.6: Cấu tạo cụm túi khí bên 10 Hình 1.7: Cấu tạo cụm túi khí 11 Hình 1.8: Đường cắt định trước 12 Hình 1.9: Các loại túi khí xe 12 Hình 1.10: Cấu tạo sinh khí đánh lửa 13 Hình 1.11: Nguyên lí hoạt động sinh khí đánh lửa 13 Hình 1.12: Cấu tạo cáp cuộn 14 Hình 1.13: Cảm biến lực………………………………………………………15 Hình 1.14: Cảm biến gia tốc………………………………………………… 16 Hình 1.15: Căng đai phía trước kiểu 17 Hình 1.16: Căng đai trước loại kiểu bi 18 Hình 1.17: Cấu tạo cảm biến áp lực ghế ngồi 18 Hình 1.18: Đèn báo túi khí hành khách 19 Hình 1.19: Sơ đồ tổng quát hệ thống túi khí 20 Hình 1.20: Quá trình thử va đập với tường cứng 21 Hình 1.21: Hình nộm sử dụng trình thử hệ thống túi khí 21 Hình 1.22: Sơ đồ nghiên cứu thuật tốn điều khiển túi khí 22 Hình 1.23: Biểu đồ dịng thuật tốn cho sáng chế Hoa Kỳ……………… 24 Hình 1.24: Biểu đồ dịng thuật tốn từ Hussain……………………………….24 Hình 1.25: Mơ hình động học chuyển động xe…………………………… 26 Hình 1.26: Mơ hình động học chuyển động bên xe………………………27 Hình 1.27: Hệ tọa độ hình chuyển động xe……………………………….29 Hình 1.28: Chuyển động xe hệ tọa độ định……………………….31 Hình 1.29: Đặc trưng gia tốc thay đổi vận tốc…………………………32 Hình 2.1: Mơ hình lắc đơn 37 Hình 2.2: Cảm biến Loadcell 39 Hình 2.3: Bộ điều khiển Arduino Due 44 Hình 2.4: IC khuếch đạin INA128 45 Hình 2.5: Mơ hình thí nghiệm túi khí dạng lắc đơn 46 Hình 2.6: Giao diện phần mềm thu thập liệu cảm biến 47 vii Hình 2.7: Sơ đồ thuật tốn thí nghiệm cảm biến 48 Hình 2.8: Sơ đồ thuật tốn thí nghiệm điều khiển hệ thống túi khí 48 Hình 2.9: Mơ mơ hình phần mềm 49 Hình 3.1: Giá trị gia tốc bị nhiễu ……………………………… ………… 51 Hình 3.2: Giá trị lực bị nhiễu………………………………………………….51 Hình 3.3: Lực gia tốc va chạm theo thời gian 52 Hình 3.4: Khảo sát quan hệ giữ lực gia tốc va chạm 53 Hình 3.5: Khảo sát quan hệ giữ lực gia tốc va chạm 53 Hình 3.6: Khảo sát lực va chạm theo thông số độ cứng khối lượng va chạm 53 Hình 3.7: Khảo sát gia tốc va chạm theo thông số độ cứng khối lượng va chạm 54 Hình 3.8: Góc va chạm nhỏ 54 viii DANH MỤC BẢNG BIỂU Bảng 1: Các biến động học sử dụng thuật tốn kích hoạt túi khí 23 Bảng 2: Các sáng chế tiêu chí thuật toán 25 Bảng 3: Phạm vi triển khai túi khí 34 Bảng 4: Lực gia tốc vật chịu tác dụng lắc dựa tính tốn lí thuyết theo cơng thức 46 ix Chƣơng I Nghiên cứu tổng quan hệ thống túi khí xe 1.1 Đặt vấn đề Trong năm gần đây, kinh tế Việt Nam có phát triển vượt bậc, đời sống nhân dân nâng cao Cùng với nhu cầu phương tiện di chuyển ngày tăng thể qua việc số lượng ô tô phục vụ cho vận chuyển hàng hóa hành khách tăng lên đáng kể năm gần Trên đà phát triển đó, phủ ngày quan tâm đầu tư cho sở hạ tầng giao thông Với thuận lợi vận tốc di chuyển phương tiện giao thông đường ngày cao kèm với rủi tai nạn giao thông ngày tăng Để giảm thiểu hậu tai nạn giao thông gây ra, giới có nhiều nghiên cứu nhằm nâng cao tính tiện nghi, cảnh báo phịng tránh tai nạn giao thơng Tuy nhiên nhiều lý do, tai nạn điều khó tránh khỏi Một tai nạn xảy hậu nghiêm trọng nên nghiên cứu để phịng tránh tai nạn cịn có nhiều nghiên cứu nhằm giảm thiểu trấn thương tai nạn xảy Một nghiên cứu thiếu chế tạo phát triển mẫu xe nghiên cứu hệ thống túi khí Theo thống kê cục quản lý an tồn giao thơng quốc gia Hoa Kỳ, từ năm 1987 đến năm 2015, túi khí cứu sống 44869 mạng người tính riêng cho nước Hiệu mà hệ thống mang lại khơng thể phủ nhận Vì vậy, hãng trường đại học nước ngày quan tâm đẩy mạnh nghiên cứu hệ thống túi khí nhằm nâng cao tính an tồn thụ động xe, đáp ứng yêu cầu mức độ an tồn hành khách q trình chế tạo thử nghiệm tương đối tốn Tuy có nhiều nghiên cứu hệ thống túi khí công bố chi tiết kết nghiên cứu chưa nhiều vấn đề quyền cạnh tranh hãng Ở Việt Nam chưa có nghiên cứu sâu vấn đề Chính cần đẩy mạnh nghiên cứu việc xây dựng hệ thống túi khí nghiên cứu tối ưu hóa hệ thống song song với việc xây dựng ngành công nghiệp ô tô Việt Nam 1.2 Thực trạng định hƣớng nghiên cứu túi khí Việt Nam Trong sách phát triển kinh tế Việt Nam, phủ ln quan tâm đến công nghiệp ô tô, thể qua hàng loạt sách nhằm khuyến khích hỗ trợ doanh nghiệp sản xuất ô tô nước Qua chiến - Cân góc cân thực thiết bị Thay đổi, sửa lỗi Loadcell không ảnh hưởng đến Loadcell khác Công việc thực dễ dàng đơn giản, tiết kiệm thời gian - Với hệ thống yêu cầu độ xác vừa thấp tự động chỉnh định mà khơng cần tải chết - Loadcell thay mà không cần chỉnh định lại - Các thiết bị theo chuẩn RS485/422 tham gia vào hệ thống - Nhiều hệ thống kết nối điều khiển trạm Chỉ đơn giản mở rộng đường dây cable Tiết kiệm phần cứng, phần mềm dễ dàng phát triển Những ưu điểm hệ Loadcell số cho phép ứng dụng độ xác cao chống chịu nhiễu tốt, đặc biệt ứng dụng yêu cầu điểm đo nằm phân tán phạm vi rộng 2.2.2 Lựa chọn cảm biến gia tốc Công dụng: đo gia tốc chậm dần xe chịu va đập Gia tốc yếu tố khiến cho người lái lao phía trước giảm tốc đột ngột Yêu cầu cảm biến gia tốc: + Thời gian lấy mẫu nhanh + Dải đo đủ lớn + Tín hiệu vào vi điều khiển dễ xử lý Một số loại cảm biến gia tốc dùng: MPU6050, ADXL 335, … ADXL 335: tín hiệu analog, dễ dàng sử dụng, nhiên tần số hoạt động thấp (50Hz) nên không đáp ứng yêu cầu Các loại cảm biến lại sử dụng tín hiệu I2C, truyền thơng nối tiếp, khó sử dụng tần số hoạt động cao MPU-6050 cảm biến hãng InvenSense MPU-6050 giải pháp cảm biến chuyển động giới đo bậc tự chip MPU-6050 sử dụng công nghệ độc quyền MotionFusion InvenSense Thông số hoạt động:  Có thể lựa chọn gia trị đo tuyệt đối 2/ / / 16g  Có thể lựa chọn + - 250/500/1000/2000 độ/s  16 bit đầu 42  Tần số hoạt động 1000Hz  Giá trị Acceleration khoảng: +/- 2g, +/- 4g, +/- 8g, +/- 16g MPU-6050 cảm biến hãng InvenSense MPU-6050 giải pháp cảm biến chuyển động giới có tới trục cảm biến (mở rộng tới trục) tích hợp chip MPU-6050 sử dụng công nghệ độc quyền MotionFusion InvenSense chạy thiết bị di động, tay điều khiển, Ngồi ra, MPU-6050 cịn có đơn vị tăng tốc phần cứng chuyên xử lý tín hiệu (Digital Motion Processor - DSP) cảm biến thu thập thực tính tốn cần thiết Điều giúp giảm bớt đáng kể phần xử lý tính tốn vi điều khiển, cải thiện tốc độ xử lý cho phản hồi nhanh Đây điểm khác biệt đáng kể MPU-6050 so với cảm biến gia tốc gyro khác Các cảm biến bên MPU-6050 sử dụng chuyển đổi tương tự - số (Analog to Digital Converter - ADC) 16-bit cho kết chi tiết góc quay, tọa độ Với 16-bit bạn có 2^16 = 65536 giá trị cho cảm biến Tùy thuộc vào yêu cầu bạn, cảm biến MPU-6050 hoạt động chế độ tốc độ xử lý cao chế độ đo góc quay xác (chậm hơn) MPU-6050 kết hợp với cảm biến từ trường (bên ngồi) để tạo thành cảm biến góc đầy đủ thông qua giao tiếp I2C Hơn nữa, MPU-6050 có sẵn đệm liệu 1Kb cho phép vi điều khiển phát lệnh cho cảm biến, nhận liệu sau MPU-6050 tính tốn xong Hơn nữa, MPU-6050 có sẵn đệm liệu 1024 byte cho phép vi điều khiển phát lệnh cho cảm biến, nhận liệu sau MPU-6050 tính tốn xong Chính lý đó, đề tài lựa chọn MPU6050 làm cảm biến đo gia tốc 2.3 Lựa chọn vi xử lý 2.3.1 Công dụng: Vi điều khiển nhận giá trị từ cảm biến, tính tốn đưa tín hiệu điều khiển cho cấu chấp hành cung giao tiếp với máy tính 2.3.2 Yêu cầu: + Tốc độ xử lý cao + Khả lưu trữ tốt + Tính ổn định làm việc + Dễ dàng kết nối với máy tính Một số loại vi điều khiển dùng: Atemega, Arduino,… Atmega: lập trình AVR, ngôn ngữ C, tần số cao,… nhiên khó lưu trữ khó kết nối nhanh với thiết bị khác 43 Arduino: Hỗ trợ nhiều cho lập trình, dễ dàng thử nghiệm, kết nối với máy tính Để đáp ứng tốc độ xử lý, độ xác, để đưa tín hiệu xử lý nhanh ổn đinh, cần phải chọn vi điều khiển có tốc độ xử cao, khả lưu trữ lớn dễ dàng kết nối với máy tính thơng qua cổng USB để điều chỉnh thông số ngưỡng cho phù hợp Hiện nay, thị trường có nhiều dòng vi điều khiển khác từ cách sử dụng đến công dụng, chức loại Sau tham khảo số dòng vi điều khiển khác nhau, đề tài định sử dụng Arduino cho chương trình điều khiển Tuy nhiên, để đảm bảo tính xác ổn định, nhóm chọn sử dụng Arduino Due Hình 16: Bộ điều khiển Arduino Due Arduino due sử dụng vi điều khiển dựa chip SAM3X8E ARM – M3 Atmel với lõi ARM 32 bit Nó có tổng cộng 54 chân I/O, 12 chân Analog, UART, chạy với xung clock 84MHz, DAC, TWI, header SPI, header JTAG Chú ý: không giống board Arduino khác, board chạy 3.3V Điện áp max cấp vào chân I/O chịu 3.3V cao cháy phá hủy board Các thuận lợi lõi ARM: Board sử dụng chip lõi ARM 32 bit tốt so với loại vi điều khiển bit thông thường Sự khác biệt cụ thể sau:  Lõi ARM 32 bit  CPU chạy tần số 84MHz  96 Kbytes SRAM 44  512Kbytes nhớ Flash  Bộ điều khiển DMA bên hỗ trợ cho CPU Thông số kỹ thuật:  Vi điều khiển: AT91SAM3X8E  Điện áp hoạt động: 3.3V  Điện áp cung cấp: 5-9V  Số chân Digital: 54  Số chân ngõ vào Analog: 12  Số chân ngõ Analog: (DAC)  Tổng dòng ngõ chân I/O: 130mA  Bộ nhớ Flash: 512KB  SRAM: 96KB, Xung clock: 84MHz 2.3.3 IC khuếch đại INA128 Do cảm biến lực có điện áp nhỏ nên khơng thể đưa trực tiếp tín hiệu vào ECU Tín hiệu từ cảm biến lực cần khuếch đại trước đưa ECU khuếch đại INA128 Hình 17: IC khuếch đạin INA128 INA128 IC khuếch đại điện áp với đầu vào thấp, cung cấp điện áp đầu với độ xác tuyệt đối Với thiết kế đa linh hoạt, cho phép INA128 sử dụng phổ biến cho hàng loạt ứng dụng Với đầu vào tối ưu hóa, thơng tin phản hồi đươc cung cấp với băng thông rộng dải tần số cao (2000Khz – G = 100) 45 Với điện trở đặt khoảng trống từ đến 10,000 INA128 đáp ứng yêu cầu theo tiêu chuẩn công nghiệp INA128/INA129 hoạt động điện áp thấp (50uV) Có thể chịu điện áp 40V mà không xảy cố 2.4 Mơ hình tổng qt Sau lựa chọn cảm biến ECU nhóm tác giả tiến hành mơ phần mềm sau xây dựng mơ hình thực với dạng sau: Hình 18: Mơ hình thí nghiệm túi khí dạng lắc đơn : Cảm biến lực 2: Cảm biến gia tốc 3: ECU 4: Bộ khuếch đại tín hiệu lực 5: Lị xo có độ cứng k = 10 N/m 6: Con lắc = Kg Từ mơ hình xây dựng ta tính tốn lực gia tốc Bảng 4: Lực gia tốc vật chịu tác dụng lắc dựa tính tốn lí thuyết theo cơng thức Góc 450 0 F (J) 5√2 5√3 10 v (m/s) 6-3√3 6-3√2 √3 a (m/ ) 1.27 2.78 4.6 9.48 46 Với kết cấu trên, mơ hình dễ dàng thay đổi độ cứng, khối lượng va chạm, vận tốc va chạm quy đổi mơ tương đương q trình va chạm Tuy nhiên qua nhiều lần thực nghiệm lắc gây sóng xung kích tác động đột ngột lên cảm biến lực dẫn đến cảm biến bị chết, khó khăn việc phân tích data Do đó, nhóm tác giả thêm cao su vào đầu cảm biến lắc, biến va chạm cứng thành va chạm đàn hồi Qua tăng độ xác cho q trình thí nghiệm 2.5 Xây dựng giao diện Để dễ dàng cho việc quan sát theo dõi kiểm chứng, cần phải xây dựng phần mềm theo giá trị trả cảm biến Đặc biệt yếu tố thời gian xảy nhanh tính ms Do phần cần phải đáp ứng nhu cầu cách xử lý hiển thị cách xác Phần mềm tự setup để đưa yêu cầu tiến hành thí nghiệm vẽ biểu đồ để phân tích giá trị ngưỡng mà cảm biến gửi data Ngồi cịn có thêm tính lưu trữ data vào máy tính thuận tiện cho trình khảo sát phân tích Hình 19: Giao diện phần mềm thu thập liệu cảm biến 2.6 Xây dựng sơ đồ thuật toán Để đảm bảo hoạt động hệ thống, nhóm tiến hành nghiên cứu viết chương trình điều khiển để khảo sát biến đổi thông số lực gia tốc va chạm nhằm đánh giá mơ hình vật lý xác định ngưỡng cho thuật toán điều khiển hệ thống theo sơ đồ thuật tốn sau 47 Hình 20: Sơ đồ thuật tốn thí nghiệm cảm biến Hình 21: Sơ đồ thuật tốn thí nghiệm điều khiển hệ thống túi khí Hình 2.8 dùng để đo khảo sát mối quan hệ lực gia tốc Hình 2.9 dùng lập trình điều khiển kích hoạt túi khí Sơ đồ mạch điện mô phần mềm trước lắp đặt thực tế 48 Hình 22: Mơ mơ hình phần mềm Sau có sơ đồ mơ đề tài tiến hành viết Code để nạp vào ECU thực trình khảo sát trình va chạm 49 Chƣơng III: Khảo sát mối quan hệ lực, gia tốc xây dựng thử nghiệm trình kích hoạt túi khí Khảo sát lực gia tốc trình va chạm Từ trình khảo sát này, lực gia tốc va chạm lần thí nghiệm lưu vào máy tính sau phân tích nhằm đưa mối quan hệ thông số lực gia tốc va chạm với yếu tố khảo sát 1.1 Đánh giá độ xác ổn định mơ hình vật lý Để đánh giá độ xác mơ hình nhóm tiến hành thí nghiệm nhiều lần thông số c,m2 vận tốc va chạm sau phân tích biến thiên thơng số đầu ra, kết cho thấy lần đo không thay đổi thông số khối lượng, độ cứng vận tốc thí nghiệm kết có tương đồng giá trị max lẫn biên dạng đồ thị lực gia tốc Tuy nhiên, bắt đầu mơ xây dựng mơ hình kết thu gia tốc lực bị nhiễu nhiều ảnh hưởng đến kết xác định ngưỡng kích hoạt túi khí hình 3.1 3.2 Hình 3.1: Giá trị gia tốc bị nhiễu Hình 3.2: Giá trị lực bị nhiễu 50 Để giải vấn đề, nhóm tác giả nghiên cứu thuật toán sử dụng lọc karmal để lọc tín hiệu nhiễu cảm biến, thu kết tương đối xác hình 3.3 Hình 3.3: Lực gia tốc va chạm theo thời gian Ngoài để nghiên cứu lực gia tốc qúa trình nhóm tác giả tiến hành thí nghiệm khảo sát mối quan hệ hai thơng số theo góc va chạm lắc, độ cứng lò xo khối lượng va chạm m2 Các kết thể đồ thị hình 3.4 Để đánh giá tổng quát mối quan hệ lực gia tốc va chạm, báo tiến hành sếp số liệu theo giá trị lực tăng dần Gia tốc va chạm (m/s2) thể hình 3.5 180 160 140 120 100 80 60 40 20 c1,m21 c1,m22 c2,m21 c2,m22 10 15 20 25 30 35 40 45 Lực va chạm (N) Hình 3.4: Khảo sát quan hệ giữ lực gia tốc va chạm theo độ cứng khối lượng va chạm 51 Gia tốc va chạm (m/s2) 180 160 140 120 100 80 60 40 20 0 10 15 20 25 30 Lực va chạm (N) 35 40 45 Hình 3.5: Khảo sát quan hệ giữ lực gia tốc va chạm xếp giá trị lực tăng dần Từ đồ thị hình 3.4 hình 3.5 thấy giá trị gia tốc phụ thuộc gần tuyến tính với giá trị lực va chạm Một số điểm vùng lực gia tốc lớn khơng hồn tồn tn theo quy luận không đáng kể Các kết cho cho thấy mối quan hệ lực gia tốc không phụ thuộc vào m2 c Kết cho thấy mơ hình vật lý phản ánh xác q trình vsa chạm 1.2 Khảo sát lực gia tốc va chạm theo thông số Lực gia tốc va chạm tiến hành khảo sát thay đổi thông số độ cứng khối lượng va chạm sau đo góc va chạm khách Sau xây dựng đồ thị lực, kết đồ thị hình 3.6 cho thấy nhìn chung lực khối lượng tăng lực va chạm tăng lên độ cứng tăng lực va chạm thay đổi không đáng kể, ảnh hưởng khối lượng đến lực va chạm lớn nhiều ảnh hưởng độ cứng tới lực va chạm Ở góc va chạm nhỏ ảnh hưởng khối lượng va chạm độ cứng đến lực va chạm nhiều góc va chạm lớn 52 45 40 35 Lực (N) 30 25 c1,m21 20 15 c1,m22 10 c2,m21 c2,m22 0 10 15 20 25 Góc va chạm (Độ) Hình 3.6: Khảo sát lực va chạm theo thông số độ cứng khối lượng va chạm 180 160 (m/s2) 120 Gia tốc 140 80 c1,m21 100 c1,m22 60 c2,m21 40 c2,m22 20 0 10 15 Góc va chạm 20 25 Hình 3.7: Khảo sát gia tốc va chạm theo thông số độ cứng khối lượng va chạm Kết hình 3.7 cho thấy gia tốc va chạm có biến đổi tương đồng với lực va chạm, khối lượng va chạm ảnh hưởng đến gia tốc nhiều độ cứng ảnh hưởng giảm dần góc va chạm lớn tốc độ giảm lớn lực va chạm Với kết cho thấy ngưỡng điều khiển lực gia tốc đạt ngưỡng Với xe có giá trị lực khác kích hoạt Khảo sát trình điều khiển kích hoạt túi khí Khi giả định ngưỡng ứng với xe xác định đưa giá trị vào thuật toán điều khiển kích hoạt túi khí Đề tài dùng mơ hình để điều 53 khiển kích hoạt túi khí thực tế với góc thả roi lắc khác Kết hệ thống điều khiển túi khí thời gian yêu cầu giá trị lực gia tốc đạt ngưỡng Kết trình thử nghiệm trình bày hình 3.8 hình 3.9 Hình 3.8: Góc va chạm nhỏ Hình 3.9: Góc va chạm lớn 54 KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ Các nghiên cứu túi khí địi hỏi nhiều u cầu phức tạp cần có nguồn tài lớn, không gian rộng Để đáp ứng yêu cầu khó đặc biệt trường trung tâm có nguồn tài hạn hẹp Mơ hình nghiên cứu túi khí dạng lắc đơn sử dụng để nghiên cứu túi khí với thông số dễ dàng thay đổi, đặc biệt phù hợp với nghiên cứu trường đại học địi hỏi kinh phí thấp, bước thử nghiệm thay đổi thông số đơn giản Tôi xây dựng mơ hình nghiên cứu túi khí dạng lắc đơn Mơ hình phản ánh quan hệ lực gia tốc trình va chạm mà thơng số có quan hệ gần tuyến tính Đề tài khảo sát mối quan hệ lực gia tốc va chạm với yếu tố khảo sát như: khối lượng va chạm, độ cứng vận tốc va chạm Có thể sử dụng mơ hình để mơ hình hóa theo tỷ lệ trình va chạm để khảo sát phụ thuộc lực gia tốc va chạm theo yếu tố độ cứng khung xe, khối lượng xe vận tốc va chạm qua góc thả rơi lắc, nghiên cứu túi khí nhằm xác định thơng số đưa vào thuật tốn điều khiển túi khí cho xe cụ thể Một số hạn chế hƣớng mở rộng đề tài Do điều kiện sở vật chất giới hạn trình độ nên mơ hình xây dựng cịn số kết cấu chưa hợp lý Mơ hình cần cải tiến nhằm giảm bớt sai số ảnh hưởng điều kiện ngoại cảnh ma sát rung động Cần tiếp tục nghiên cứu sâu va chạm thơng số xe trình va chạm phải quy đổi tương đương với xe cụ thể 55 TÀI LIỆU THAM KHẢO [1] Kwanghyun Cho, Seibum B Choi, Hyeongcheol Lee, Design of an Airbag Deployment Algorithm Based on Precrash Information, IEEE Transactions on Vehicular Technology,60-4 (2011) 1438-1452 [2] Mane Archana Rajendra, Puranik V G, Airbag Deployment System Based on Precrash Information, International Journal of Innovative Research in Science, Engineering and Technology, 3-4 (2014) 365-371 [3] P.Vinay, Ch Venkata Satya Sri Vamsi, M.Hemanth, A.Saiteja, Mohammad Abid Ali, Design and Simulation of Mems Based Accelerometer for Crash Detection and AirBag Deployment in Automobiles, International Journal of Mechanical Engineering and Technology,8-4 (2017) 424-434 [4] Katkar A.D, Dr Bagi J.S, Bumper Design Enhancement through Crash Analysis, International Journal of Engineering Technology, Management and Applied Sciences,32 (2015) 272-279 [5] CH Lin, P Erb, T Kiefer, S Frik “Development of Simulation Based Side Airbag Algorithm”, LS-Dyna Forum, (2008) E-II-1 – E-II-12 [6] Y Ahmad, K A Abu Kassim, M H Md Isa1, S Mustaffa, “Comparing Occupant Injury in Vehicles Equipped with and without Frontal Airbag”, Journal of the Society of Automotive Engineers Malaysia Vol 1, Issue 1, (January 2017) 55-62 [7] Dr Irving O Ojalvo, Dr Oren Masory, “Proposed Extensions to Federally Mandated Bumper Testing”, 1998 SAE International Congress & Exposition, Feb (1998) 23-26 [8] Gordon Mccomb, “Arduino Robot Bonanza”,416, McGraw-Hill Education TAB, 1-2013 [9] Matthew Mckinnon, ARDUINO, 102, Createspace Independent Publishing Platform, Apr 12 2016 56 ... pháp nghiên cứu 1.7.1 Đối tƣợng nghiên cứu Đối tượng nghiên cứu đề tài mơ hình thử dạng lắc đơn thuật tốn điều khiển túi khí 1.7.2 Mục tiêu nghiên cứu Mục đích đề tài xây dựng mơ hình lắc đơn. .. túi khí 20 1.6 Một số hướng nghiên cứu túi khí 21 1.6.1 Nghiên cứu đánh giá hệ thống túi khí phương pháp đâm va với tường cứng 21 1.6.2 Nghiên cứu thuật toán điều khiển túi khí. .. toán điều khiển túi khí Các nghiên cứu thuật tốn điều khiển thường tập trung vào nghiên cứu biến đổi lực gia tốc trình va chạm nhằm xác định ngưỡng điều khiển Các nghiên cứu thường sử dụng mơ hình