I. THÍ NGHIỆM KHẢO SÁT ĐẶC TÍNH VAN ABS
4.3. Thiết kế mạch đo
Để phục vụ quá trình đo đạc số liệu thí nghiệm, đề tài đã thiết kế chế tạo bộ thu thập dữ liệu có chức năng đo đạc, lƣu trữ các thông số hoạt động của mô hình. Các thông số này bao gồm:
- Áp suất tại bầu phanh
- Thời gian thay đổi áp suất tại bầu phanh
Nguyên lý đo áp suất
Trên mô hình sử dụng cảm biến áp suất để đo áp suất trong bầu phanh. Sơ đồ đo áp suất đƣợc thể hiện nhƣ hình 4.5
Hình 4.5. Sơ đồ đo áp suất bầu phanh.
Cảm biến đo áp suất đƣợc lắp đặt trên đƣờng ống dẫn khí từ bộ chấp hành ABS tới bầu phanh bánh xe. Cảm biến áp suất đo áp suất khí trong ống dẫn, gửi tín hiệu điện về mạch xử lý tín hiệu (mạch phân áp). Tín hiệu từ cảm biến sau khi đƣợc xử lý sẽ đƣợc đƣa về vi điều khiển. Vi điều khiển đƣợc lập trình tính toán áp suất tại bầu phanh dựa trên tín hiệu nhận đƣợc và gửi về máy tính.
Trên cơ sở nguyên lý làm việc đã phân tích, đề tài đã thiết kế mạch điện điều khiển điện tử có thể dùng chung cho cả bộ thu thập dữ liệu và bộ điều khiển, chế tạo thành công và lắp trên mô hình.
Để đo áp suất phanh, có thể dùng phƣơng án sử dụng cảm biến kiểu hiệu ứng áp điện hoặc biến trở kết hợp với kết cấu cơ khí. Trên mô hình phanh ABS, ta chọn phƣơng án sử dụng biến trở kết hợp với kết cấu cơ khí với các ƣu điểm sau:
46 Gọn nhẹ, dễ lắp đặt.
Độ chính xác cao và độ nhạy cao
Hình 4.6.Cảm biến đo áp suất lắp trên mô hình
Hình 4.7. Mạch xử lý tín hiệu cảm biến áp suất.
R1,R2-Giá trị điện trở; GND- Chân đất
Điện áp đầu ra cảm biến lớn không thể cấp cho vi điều khiển (mức điện áp 0- 5V) cho nên phải dùng mạch phân áp để giảm điện áp của cảm biến xuống trƣớc khi đƣa vào bộ vi xử lý. Công thức tính điện áp đầu ra của cảm biến trên hình 4.7
2 1 2 R V V out R R in Thiết kế mạch vi xử lý
Nhƣ đã đề cập ở trên, đề tài đã thiết kế mạch điện điều khiển điện tử có thể dùng chung cho cả bộ thu thập dữ liệu và bộ điều khiển, chế tạo thành công và lắp trên mô hình.
Các linh kiện của mạch đƣợc tính toán dựa trên các phƣơng án và sơ đồ nguyên lý đã chọn, đảm bảo làm việc tin cậy, giá thành thấp và sẵn có trên thị trƣờng.
47
Hiện tại trên lĩnh vực điều khiển có rất nhiều họ vi điều khiển có thể dùng để thiết kế tuy nhiên họ vi điều khiển hãng Atmel, trong đó dòng Atmega nổi trội hơn cả bởi kích thƣớc bộ nhớ lớn và mạnh hơn so với các dòng khác. Atmega 8 có các chức năng sau:
- Vi điều khiển Atmega AVR có công suất cao, 32 thanh ghi đa mục đích 8 bít, bộ dao động RC bên trong có thể lập trình các mức, có khả năng Reset khi bật nguồn, có nguồn ngắt trong và ngắt ngoài.
- Bộ nhớ chƣơng trình Flash có thể lập trình lại rất nhiều lần và dung lƣợng lớn, có SRAM (Ram tĩnh) lớn, và đặc biệt có bộ nhớ lƣu trữ lập trình đƣợc EEPROM.
- Hỗ trợ lập trình trên nền ngôn ngữ ASM, C với nhiều công cụ hỗ trợ lập trình nhƣ codevision, avr studio.
- Thiết kế mạch nạp khá đơn giản.
- Nhiều ngõ vào ra (I/O PORT) 2 hƣớng (bi-directional).
- Giao diện nối tiếp USART (tƣơng thích chuẩn nối tiếp RS-232). - Tốc độ xử lý cao và tiêu thụ năng lƣợng thấp.
- Dễ dàng nỗi ghép với các thiết bị ngoại vi khác. - 8 bits, 16 bits timer/counter tích hợp PWM.
- Các bộ chuyển đối Analog – Digital phân giải 10 bits, nhiều kênh. - Chức năng Analog comparator.
- Giao diện nối tiếp Two –Wire –Serial (tƣơng thích chuẩn I2C) Master và Slaver. - Giao diện nối tiếp Serial trội trên kết hợp với nhiệm vụ của luận văn đã chọn vi điều khiển Atmega 8 để thiết kế.Peripheral Interface (SPI)
48
Hình 4.8. Sơ đồ nguyên lý của bộ thu thập dữ liệu
Phân tích nguyên lý mạch: Atmega8 làm nhiệm vụ xử lý tín hiệu đọc đƣợc từ cổng ADC0 cấp lên. Sau khi xử lý xong sẽ gửi tín hiệu lên màn hình máy tính qua cổng COM. Max232 làm nhiệm vụ giao tiếp giữa máy tính và vi xử lý.
49
.
Hình 4.9. Bộ điều khiển ABS lắp trên mô hình.
Do vi điều khiển chỉ cấp tín hiệu 5V nên không đủ dòng điều khiển hoạt động van với công suất tiêu thụ lớn. Do vậy, ta thiết kế mạch điều khiển công suất để điều khiển van ABS. Sơ đồ nguyên lý mạch đƣợc thể hiện hình 4.10
Phân tích mạch: mạch gồm 2 opto làm nhiệm vụ cách ly giữa mach vi điều khiển Atmega 8 và mạch điều khiển van 1 và van 2; 2 Mosfet Q1 và Q3 làm nhiệm vụ đóng mở 2 van tƣơng ứng; 2 transitor Q2 và Q4 làm nhiệm vụ kích dòng cho Mosfet.
50
Hình 4.10. Sơ đồ nguyên lý của mạch công suất điều khiển tín hiệu van ABS
Khi vi xử lý cấp điện áp mức thấp ra các chân điều khiển PB0 thì tại DK_Van1 có điện từ VCC qua opto, khi có dòng nhỏ di qua 2 đầu của led có trong opto làm cho led phát sáng. Khi led phát sáng làm thông 2 cực của photo diot, mở cho dòng điện chạy qua. Dòng điện chạy tới cực B transitor Q2 làm nối thông cực C và B của transitor, cấp điện áp tới cực G của Mosfet, kết quả làm nối thống cực D và S của mosfet, điều khiển hoạt động của van
51
Hình 4.11. Khối công suất lắp trên mô hình
Lựa chọn phần mềm viết code cho chƣơng trình điều khiển.
Hiện tại có rất nhiều phần mềm viết code nhƣng xuất phát từ yêu cầu, nhiệm vụ của đề tài ta chọn phần mềm Codevision để lập trình. Phần mềm Codevision là công cụ phần mềm sử dụng cho việc soạn thảo và biên dịch chƣơng trình dành cho các vi điều khiển thuộc họ AVR bằng ngôn ngữ C. Phần mềm đƣợc viết chuyên nghiệp hƣớng tới ngƣời sử dụng bởi sự đơn giản, sự hỗ trợ cao của các thƣ viện có sẵn.
Các thông số thiết lập trên phần mềm phục vụ cho luận văn: - Sử dụng điện áp tham chiếu nội; Tần số thạch anh: 8Mhz; - Timer1 có 16 bit: dùng để định thời gian
- Sử dụng bộ ADC 10 bit với độ chính xác cao.
4. 4 Các thí nghiệm, kết quả, nhận xét.
Mục đích thí nghiệm: Sau khi lắp đặt hoàn chỉnh các cụm chi tiết trên mô hình hệ thống phanh, ta đi tiến hành các thí nghiệm xác định các đặc tính van ABS. Các thí nghiệm bao gồm:
52
- Thí nghiệm xác định độ trễ của van trong quá trình tăng áp. - Thí nghiệm xác định độ trễ của van trong quá trình giảm áp.
Thí nghiệm xác định mối liên hệ giữa áp suất và giá trị adc thu về
Hình 4.12. Mối liên hệ giữa áp suất và giá trị adc thu về
Kết quả thu đƣợc biểu diễn phƣơng trình sau:
y = - 0,0007x2 + 0,1202x + 1,2174 (4.1) với x biểu thị giá trị adc
y biểu thị giá trị áp suất (bar)
Thí nghiệm xác định độ trễ của van trong pha giảm áp từ 5 atm tới 3 atm
Sau khi tiến hành thí nghiệm trên mô hình ta thu đƣợc kết quả giá trị adc (bảng phụ lục 3), kết quả thu đƣợc biểu diễn dƣới hình 4.13
53
Hình 4.13. Diễn quá trình giảm áp trong bầu phanh từ 5 atm tới 3 atm
Diễn biến quá trình giảm áp
Khi ECU cấp tín hiệu điều khiển tại điểm a, do có hành trình mở của van màng xả (9), và hành trình đóng của van màng nạp (8) (pha giảm áp chƣơng 2) nên áp suất trong bầu phanh không giảm ngay lập tức mà tới điểm b mới bắt đầu giảm. Thời gian t1 là thời gian trễ do đóng mở van màng gây ra
Khi ECU cấp tín hiệu điều khiển thực hiện pha giữ áp tại điểm c, do hành trình đóng mở các màng van trong van ABS, nên áp suất trong bầu phanh vẫn giảm cho tới khi tới điểm d mới kết thúc pha giảm áp. Thời gian t2 là thời gian trễ hệ thống do van ABS gây ra.
54
Tiến hành thí nghiệm 3 lần, ta có kết quả thu đƣợc ở bảng 4.2
Bảng 4.2. Bảng kết quả thí nghiệm pha giảm áp van ABS.
Số lần đo t1 t2 t3
1 5 10 75
2 2 8 70
3 4 8 72
Giá trinh trung bình 3 8 72
Thí nghiệm xác định độ trễ của van trong quá trình tăng áp từ 3 atm tới 5 atm
Sau khi tiến hành thí nghiệm trên mô hình ta thu đƣợc kết quả giá trị adc (bảng phụ lục 4), kết quả thu đƣợc biểu diễn dƣới hình 4.14
Hình 4.14. Diễn biến quá trình tăng áp từ 3 atm tới 5 atm
Khi ECU cấp tín hiệu điều khiển tại điểm a, do có hành trình đóng của van màng xả 9, và hành trình mở của van màng nạp 8 (xem nguyên lý hoạt động pha tăng
55
áp) nên áp suất trong bầu phanh không tăng ngay lập tức mà tới điểm b mới bắt đầu tăng. Thời gian t4 là thời gian trễ do van ABS gây ra.
Khi ECU cấp tín hiệu điều khiển thực hiện pha giữ áp tại điểm c, do hành trình đóng mở các màng van trong van ABS, nên áp suất trong bầu phanh vẫn tăng cho tới khi tới điểm d mới kết thúc pha tăng áp. Thời gian t5 là thời gian trễ hệ thống do van ABS gây ra.
Tiến hành thí nghiệm 3 lần, ta có kết quả thu đƣợc ở bảng 4.3
Bảng 4.3 Bảng kết quả thí nghiệm pha tăng áp van ABS.
Van ABS thực hiện hết 1 chu kỳ bao gồm thời gian tăng áp, giảm áp và giữ áp là 159+72+20 = 251 ms. Vậy trong 1s van ABS có thể thực hiện đƣợc 4-5 lần. Kết quả thu đƣợc, ta sẽ dùng để phân tích và ứng dụng trong mô phỏng.