b. Ý tưởng thiết kế hệ thống tự động chuyển pha cốt:
4.2.3.1 Thiết kế hệ thống chiếu sáng gĩc cua tĩnh
a. Thiết kế mơ hình:
Như các phương án thiết kế đã được trình bày trong phần 4.1.2.1 – Ý tưởng thiết kế hệ thống chiếu sáng gĩc cua tĩnh. Trên mơ hình như hình vẽ ở phía dưới, bên cạnh 2
đèn cốt được bố trí lắp thêm 2 đèn phụ để chiếu sáng bổ sung cho đèn cốt khi xe vào cua.
Hình 4.22: Bố trí đèn chiếu phụ khi xe vào cua trên mơ hình
Hai đèn chiếu này được điều khiển bởi bộ điều khiển trung tâm, dựa theo các tín hiệu cảm biến tốc độ, cảm biến gĩc lái, và các tín hiệu bật đèn xi nhan đưa về.
b. Nguyên lý điều khiển đèn liếc tĩnh:
Đèn liếc tĩnh hoạt động dựa trên các tín hiệu cảm biến gĩc lái, cảm biến tốc độ và các tín hiệu đèn xi nhan trái, phải, tín hiệu đèn cốt bật.
Nguyên lý hoạt động của hệ thống chiếu sáng gĩc cua tĩnh trên mơ hình như sau: - Đèn liếc tĩnh được kích hoạt khi cĩ tín hiêu đèn cốt bật, tín hiệu tốc độ cho thấy xe đang
chạy với tốc độ dưới 40 Km/h, và cảm biến gĩc lái cho thấy gĩc vơlăng quay được 1/3 vịng trở lên (ứng với cung đường cĩ bán kính cua vịng nhỏ hơn 40 m – vơ lăng trên mơ hình được thiết kế đánh lái hết cỡ về một phía được 2 vịng ứng với gĩc quay vịng β của bánh dẫn hướng bên trong khoảng 32o).
- Đèn liếc tĩnh được kích hoạt ngay lập tức khi đèn cốt đang bật mà cĩ tín hiệu đèn xi nhan được bật. Đèn xi nhan bên nào sáng thì đèn chiếu sáng gĩc cua tĩnh bên đĩ sẽ sáng.
c. Thiết kế mạch điện nguyên lý điều khiển đèn liếc tĩnh:
Bộ điều khiển trung tâm thực chất là một board mạch điều khiển relay cĩ nhiệm vụ đĩng, mở các relay điều khiển 2 đèn chiếu sáng gĩc cua. Mạch điều khiển relay này
bao gồm một vi điều khiển AVR và các linh kiện khác, được lập trình sẵn để xử lý thơng tin các tín hiệu cảm biến đưa về và xuất tín hiệu điều khiển relay điều khiển 2 đèn chiếu sáng gĩc cua.
Board mạch điều khiển trung tâm được thiết kế theo nguyên lý như sau:
Hình 4.23: Mạch nguyên lý điều khiển đèn liếc tĩnh
d. Hoạt động
Việc điều khiển đĩng ngắt các đèn chiếu sáng gĩc cua được thực hiện theo các nguyên lý :
• Hệ thống đèn chiếu sáng gĩc cua tĩnh được kích hoạt khi đèn cốt bật, Tín hiệu tốc độ dưới 40 Km/h và gĩc đánh lái lớn hơn 20o
Giống như hệ thống đèn liếc tĩnh trong thực tế, hệ thống đèn chiếu sáng gĩc cua của mơ hình cũng được kích hoạt khi cĩ tín hiệu đèn cốt bật, tín hiệu tốc độ cho thấy “xe chạy” dưới 40 Km/h và gĩc đánh lái đủ lớn.
Để cĩ tín hiệu tốc độ và tín hiệu gĩc đánh lái đưa về cho mạch điều khiển trung tâm xử lý tín hiệu và kích hoạt hệ thống đèn chiếu sáng gĩc cua tĩnh, Mơ hình được thiết kế theo phương án sau:
+ Tạo tín hiệu của cảm biến tốc độ xe:
Như đã nĩi ở trên Hệ thống đèn chiếu sáng gĩc cua trong thực tế chỉ được kích hoạt khi tốc độ xe dưới 40 Km/h, vì vậy cần phải tạo ra tín hiệu cảm biến tốc độ đưa về mạch điều khiển trung tâm xử lý thơng tin, để tạo ra tín hiệu cảm biến tốc độ, trên mơ hình được bố trí một động cơ DC và sử dụng encoder để đo tốc độ quay của động cơ. Tốc độ của động cơ DC cĩ thể thay đổi được nhờ mạch điều xung IC 555, mạch điều xung sử dụng một biến trở để thay đổi độ dài của xung, từ đĩ điều khiển được tốc độ động cơ.
Hình 4.24: Mạch điều xung động cơ
Sử dụng một encoder để xác định tốc độ quay của động cơ DC (tốc độ của động cơ DC được điều chỉnh bằng một biến trở được thiết kế trên mơ hình), và giả định tốc độ của xe tỉ lệ với tốc độ quay của động cơ DC. Số xung nhiều nhất mà encoder đếm được trong một giá trị thời gian sẽ ứng với tốc độ lớn nhất của xe, vì vậy ta hồn tồn cĩ thể thiết kế một board mạch hiển thị tốc độ giả định này bằng led.
Trên mơ hình được thiết kế một “đồng hồ cơng tơ mét” hiển thị tốc độ xe bằng led.
Biến trở IC 555 5V Động cơ DC 12 V Q D C T H C V T R G N D V C C
Hình 4.25: Đồng hồ cơng tơ mét trên mơ hình
Nhờ giải thuật này, khi đồng hồ cơng tơ mét hiển thị tốc độ xe là 40 Km/h, vi điều khiển lúc đĩ sẽ nhận biết được và cho kích hoạt hệ thống chiếu sáng gĩc cua tĩnh.
Trong thực tế đề tài sử dụng động cơ DC cĩ tốc độ cao nhất là 360 vịng / phút. Biến trở để điều xung động cơ cĩ giá trị điện trở cao nhất là 10 K Ohm. Đĩa encoder cĩ 60 rãnh.
Khi vặn biến trở về 0 Ohm, thì tốc độ động cơ đo được là 360 vịng / phút – tương ứng 6 vịng/ 1s, nên trong một giây số xung tối đa mà encorde đếm được và đưa về cho vi điều khiển là 360 xung.
Mơ hình đề tài bố trí 2 led 7 đoạn để giả đồng hồ cơng tơ mét nên giá trị lớn nhất mà “đồng hồ cơng tơ mét” này hiển thị được là 99 km/h.Vì vậy ứng với số xung lớn nhất mà encorde cĩ thể đếm được trong một giá trị thời gian sẽ được mặc định là tốc độ tối đa 99 km/h.
Sau khi tính tốn ta thấy khi tốc độ giả định được hiển thị trên led 7 đoạn là 40 km/h thì số xung encorde đếm được vào khoảng là 160 xung/ giây, ở tốc độ này tính ngược lại sẽ biết được giá trị biến trở lúc đĩ vào khoảng 4.44 K Ohm.
Hình 4.26: Động cơ DC trang bị Encorde để giả tín hiệu tốc độ trên mơ hình
Hệ thống đèn liếc tĩnh của mơ hình được thiết kế theo các tiêu chuẩn của hệ thống đèn liếc tĩnh trong thực tế, vì vậy chỉ khi vi điều khiển đếm được số xung nhỏ hơn 160 xung / giây thì hệ thống mới hoạt động, tương ứng với giá trị điện trở của biến trở điều xung động cơ DC lớn hơn 4.44 K Ohm.
+ Cảm biến gĩc lái:
Trong thực tế Hệ thống đèn chiếu sáng gĩc cua trên xe sử dụng cảm biến lực ly tâm để xác định gĩc cua của xe, khi xe cua vịng sẽ xuất hiện lực ly tâm, gĩc cua càng gấp lực ly tâm xuất hiện càng lớn, nhờ vậy cĩ thể xác định được bán kính cong của cung đường xe đang chạy. Trên mơ hình, vì chỉ cĩ gĩc xoay vơ lăng là thể hiện gĩc đánh lái nên khơng thể sử dụng cảm biến lực ly tâm để xác định gĩc đánh lái, thay vào đĩ mơ hình được bố trí một biến trở cơng nghiệp (loại 10 Kohm, cĩ thể xoay được 10 vịng) gắn trên vơ lăng để xác định gĩc xoay của vơ lăng, giá trị điện trở của biến trở thay đổi theo gĩc xoay tương ứng.
Hình 4.27: Biến trở cơng nghiệp Hình 4.28: Biến trở được bố trí dưới gầm của mơ hình
Ở vị trí gĩc đánh lái là 0 thì giá trị điện trở là 5K Ohm, khi đánh lái hết cỡ về bên phải thì giá trị điện trở là 10 K Ohm, khi đánh lái hết cỡ về bên trái thì giá trị điện trở là 0 Ohm.
Hình 4.29: Cấu tạo biến trở
Vơ lăng trên mơ hình được thiết kế đánh lái hết cỡ về một phía được 2 vịng, trong thực tế thì số vịng quay lớn nhất của vơ lăng trên từng loai xe là khác nhau, cĩ xe vơ lăng đánh hết cỡ về một phía được 1,5 vịng, cĩ xe được 2.5 vịng. Khi vơ lăng đánh lái hết cỡ giả thiết là lúc đĩ gĩc quay vịng β của bánh dẫn hướng bên trong khi đĩ đạt khoảng 320 (đối với các xe du lịch thì gĩc quay vịng lớn nhất của bánh phía trong dao động trong khoảng này). Từ đĩ ta cĩ thể tính tốn với từng gĩc quay của vơ lăng tương ứng với mỗi gĩc quay vịng của bánh xe, và tính ra bánh kính cong của cung đường mà xe đang chay.
Khi sử dụng biến trở để xác định gĩc quay của vơ lăng, giá trị điện trở của biến trở thay đổi theo gĩc đánh lái làm cho giá trị điện áp rơi trên nĩ cũng thay đổi, tín hiệu điện áp này được đưa về bộ chuyển đổi xung – số ADC của vi điều khiển.
Nhờ vậy vi điều khiển cĩ thể nhớ được các giá trị điện áp ứng với vị trí vơ lăng ở chính giữa và các vị trí vơ lăng cho phép kích hoạt đèn chiếu sáng gĩc cua.
• Hệ thống chiếu sáng gĩc cua tĩnh được kích hoạt ngay lập tức khi đèn cốt bật và cĩ tín hiệu đèn xi nhan.
+
Biến trở
- Giống như hệ thống đèn liếc tĩnh trong thực tế hệ thống chiếu sáng gĩc cua tĩnh của mơ hình được thiết kế bật đèn chiếu sáng gĩc cua ngay lập tức khi cĩ tín hiệu đèn xi nhan và tín hiệu đèn cốt đang bật.
- Khi đèn xi nhan được bật sẽ cĩ tín hiệu điện áp đưa về vi điều khiển và vi điều khiển sẽ ngay lập tức đĩng relay điều khiển đèn chiếu sáng gĩc cua trái nếu xi nhan bên trái bật, hoặc relay điều khiển đèn chiếu sáng gĩc cua phải nếu xi nhan bên phải được bật
Hình 4.30: Đèn chiếu sáng gĩc cua bên trái bật cùng đèn xi nhan trái