Trên mỗi hệ thống điều khiển đều có một chương trình kiểm tra lỗi, trong hệ thống phanh cơ điện cũng vậy. Khi phát hiện ra trong hệ thống có lỗi thì đèn phanh sẽ được bật lên màu đỏ sẽ báo có sự cố trong hệ thống phanh cần kiểm tra và khắc phục.
Trên xe sẽ có một màn hình hiển thị vị trí các bánh xe và kèm theo cụm phanh của bánh xe đó, nếu bánh xe nào bị hư hỏng hay có sự cố thì sẽ hiển thì màn hình sẽ hiển thị màu đỏ ở cụm phanh đó để dễ kiểm tra và sữa chửa …
Chương 4: THI CÔNG MÔ HÌNH 4.1 Ý tưởng thiết kế
Với sự phát triển không ngừng nghỉ của cuộc cách mạng khoa học sáng tạo đã làm thay đổi bộ mặt ngành ôtô. Và ngày nay ôtô đã trở nên phổ biến ở hầu hết các quốc gia. Những yêu cầu về sự an toàn, thoải mái, linh hoạt và hiện đại của ôtô cũng được đặt lên hàng đầu trong đó có hệ thống phanh - hệ thống vô cùng quan trọng liên quan đến an toàn và tính mạng của người lái cũng như những người xung quanh. Gần đây, hãng Siemens đã và đang nghiên cứu về phanh điện với tên gọi là phanh nêm điện EWB (Electronic Wedge Brake) đang được mong chờ là hệ thống phanh tốt cho tương lai, tăng tính an toàn và góp phần giảm tai nạn giao thông. Nhận thấy đây là hệ thống phanh tiềm năng và chưa được nghiên cứu nhiều ở Việt Nam nên nhóm em muốn thiết kế một mô hình mô phỏng hệ thống này. Sử dụng motor để kéo phanh, không dùng hệ thống thủy lực. Kết hợp tín hiệu từ cảm biến với lập trình Adurno điều khiển quá trình phanh.
4.2 Bố trí
Mô hình phanh cơ điện-phanh nêm điện tử EWB .
Hình 4.2: Mô hình phanh cơ điện-phanh nêm điện tử EWB
Trong đó:
1. Đĩa phanh cơ điện 2. Bàn đạp phanh điện tử 3. Cảm biến bánh xe
4. Hộp điều khiển hệ thống phanh 5. Cảm biến xoay xe
6. Công tắc đèn phanh
7. Cơ cấu phanh (má phanh, mô tơ điện, nêm …) 8. Bình Accu
Tuy nhiên do trình độ và thời gian nghiên cứu còn hạn chế, cơ cấu phanh nêm điện vô cùng đắt tiền do đó chưa thể chế tạo mô hình thật được. Chỉ chế tạo mô hình mô phỏng.
4.3 Mô hình mô phỏng
Căn cứ theo thông tin về lý thuyết phanh và lý thuyết phanh cơ điện- phanh nêm điện. Chúng em thiết kế mô hình mô phỏng hình 4.3
Hình 4.3: Mô hình mô phỏng phanh cơ điện. Trong đó : 1.Cực bình (cấp nguồn) 2. Công tắc nguồn 3. Bàn đạp phanh 4. Biến trở 5. Bánh xe
6. Má phanh dãi 7. Đĩa phanh 8. Vi sai 9. Cảm biến 10. Servo motor 11. Motor 12. Dây đai
Hình 4.4: Mạch điều khiển mô hình mô phỏng.
4.4 Công việc chuẩn bị thi công mô hình
Các thiết bị, vật liệu, dụng cụ chuẩn bị để thi công mô hình :
4 cơ cấu phanh
4 servo motor làm cơ cấu dẫn động phanh
4 bánh xe
4 cảm biến tốc độ vòng quay ở các bánh xe
4 bánh xe nhỏ để ép giữ đĩa phanh
2 biến trở để tạo tín hiệu cảm biến
1 motor làm động cơ
2 mạch giảm áp
1 bàn đạp phanh
1 tấm nhôm
Các bulong , ốc ít , các thanh sắt chữ L …
Cơ cấu phanh
i. Sử dụng phanh cơ xe đạp làm cơ cấu phanh.
Hình 4.4.1:Phanh cơ xe đạp.
ii. Servo motor
Cấu tạo của một động cơ Servo bao gồm các thành phần chính: Động cơ một chiều (motor), biến trở (potentiometer), hộp giảm tốc (gear box), mạch điều khiển (Electronic board), vỏ (cover) và dây tín hiệu (signal wire). Động cơ servo là thiết bị được điều khiển bằng chu trình kín. Từ tín hiệu hồi tiếp vận tốc/vị trí, hệ thống điều khiển số sẽ điều khiển hoạt động của một động cơ servo. Với lý do nêu trên nên sensor đo vị trí hoặc tốc độ là các bộ phận cần thiết phải tích hợp cho một động cơ servo.
Cảm biến
a.Cảm biến tốc độ bánh xe – encoder RF
Hình 4.4.3: Module Encoder 20 Xung.
Module Encoder 20 xung[6] được thiết kế để sử dụng với dĩa Encoder mica đi kèm có 20 lỗ, tương thích với động cơ giảm tốc V1, nếu muốn có số xung nhiều hơn có thể thiết kế đĩa Encoder lớn hơn với số lỗ lớn hơn.
Nguyên tắc hoạt động của mạch bao gồm một mắt phát và một mắt thu hồng ngoại đặt cách nhau qua một khe hở, khi ánh sáng từ mắt phát đi được tới mắt thu (xuyên qua lỗ của dĩa Encoder) thì sẽ có tín hiệu mức cao (5V) phát ra khỏi chân out, khi bị che lại thì chân out phát ra tín hiệu ở mức thấp (0V).
Thông số kỹ thuật:
Điện áp sử dụng: 3.3-5V
Dòng sử dụng: 15mA
Mức tín hiệu suất ra Digital: TTL
Ngõ ra: Analog và Digital
Sơ đồ chân:
VCC: cấp nguồn 3.3-5V
GND: cấp nguồn mass 0V
DO: xuất Digital Low (0V) hoặc High (3.3-5V)
A0: xuất Analog từ 0 đến 1023
b.Cảm biến xoay xe Sử dụng biến trở
Hình 4.4.4: Biến trở.
Mạch giảm áp
Mạch giảm áp DC nhỏ gọn có khả năng giảm áp từ 30V xuống 1.5V mà vẫn đạt hiệu suất cao (92%). Thích hợp cho các ứng dụng chia nguồn, hạ áp, cấp cho các thiết bị như camera, motor…
Thông số kỹ thuật :
Điện áp đầu vào : từ 3V đến 30V
Điện áp đầu ra : điều chỉnh được trong khoảng 1.5V đến 30V
Dòng đáp ứng tối đa là 3A
Hiệu suất : 92%
Công suất : 15W
Kích thước : 45(dài)*20(rộng)*14(cao)mm Trên mô hình có 2 mạch giảm áp :
Mạch giảm áp thứ nhất giảm từ nguồn bình 12V DC xuống còn 5V DC 3A dùng để cấp nguồn cho servo motor, các cảm biến và bàn đạp phanh .
Mạch giảm áp thứ hai giảm từ nguồn bình 12V DC xuống còn 9V DC 3A dùng để cấp nguồn cho arduino Mega 2560 .
Arduino Mega 2560
Arduino Mega 2560 là một vi điều khiển hoạt động dựa trên chip Atmega 2560. Bao gồm:
Hình 4.4.6 : Arduino Mega 2560.
54 chân digital (trong đó có 15 chân có thể được sử dụng như những chân PWM là từ chân số 2 → 13 và chân 44 45 46).
6 ngắt ngoài: chân 2 (interrupt 0), chân 3 (interrupt 1), chân 18 (interrupt 5), chân 19 (interrupt 4), chân 20 (interrupt 3), and chân 21 (interrupt 2).
16 chân vào analog (từ A0 đến A15).
4 cổng Serial giao tiếp với phần cứng
1 thạch anh với tần số dao động 16 MHz.
1 cổng kết nối USB.
1 giắc cắm điện.
1 đầu ICSP.
1 nút reset.
4.5 Quy trình thi công mô hình
Bước 1: Gắn các 4 chân cho tấm nhôm để tạo mặt phẳng nâng đỡ mô hình.
Bước 2: Sau khi tính toán vị trí lắp đặt hệ thống truyền lực trên mặt phẳng tấm nhôm hợp lý, bắt đầu khoan lỗ bắt ốc lắp giá đỡ các hệ thống truyền lực (gồm motor, vi sai, dây đai) lên mặt phẳng.
Bước 3: Lắp đặt đĩa cảm biến lên trục của 4 bánh xe, sau đó lắp thêm cảm biến tốc độ lên mặt phẳng tấm nhôm cho phù hợp để cảm biến nhận được tín hiệu, khoan lỗ cho các dây điện xuống dưới tấm nhôm.
Bước 4: Gắn các đĩa phanh lên các trục dẫn động bánh xe và má phanh gắn lên mặt phẳng nhôm một cách phù hợp và phanh hiệu quả nhất (tiếp xúc giữa má phanh và đĩa phanh là nhiều nhất ).
Bước 5: Gắn các servo motor để dẫn động phanh, sao cho 2 bên đối xứng nhau và khoảng cách từ servo motor đến phanh đều bằng nhau. Sau đó dùng dây dù nối servo motor với phanh để servo motor dẫn động phanh, sau đó khoan lỗ cho các dây điện servo xuống phía dưới mặt phẳng.
Bước 6: Gắn bánh xe lên 4 trục dẫn động bánh xe
Bước 7: Gắn cảm biến xoay xe và bàn đạp phanh lên mặt phẳng tấm nhôm ở vị trí phù hợp, khoan lỗ gắn công tắc nguồn cho motor đẫn động hệ thống truyền lực.
Bước 8: Lật mặt dưới của mô hình lên gắn bộ điều khiển arduino Mega 2560 và các bộ mạch hạ áp, sau đó nối dây cấp nguồn cho motor đẫn động hệ thống truyền lực. Cấp nguồn
5V từ mạch giảm áp cho các cảm biến và servo motor, cấp nguồn 9V từ mạch hạ giảm thứ hai cho arduino .
Bước 9: Kết nối các dây tín hiệu vào arduino, nối dây tín hiệu của servo motor vào các chân 8, 9, 10, 11 trên arduino tương ứng với các bánh xe số 1, 2, 3,4. Nối dây cảm biến tốc độ bánh xe số 1, 2, 3, 4, tương ứng với các chân 19, 18, 20, 21 trên arduino, chân A4 nối với cảm biến xoay xe và chân A5 nối với cảm biến bàn đập phanh.
Bước 10: Tính toán góc quay cho servo motor để tạo ra lực kéo phù hợp để dẫn động phanh với 3 chế độ tăng lực, giữ lực và giảm lực. Sau khi tính toán xong phần lực và góc quay của servo motor thì đến công đoạn viết code điều khiển mô hình.
Bước 11: Nạp code vào arduino chạy thử và điều chỉnh cho phù hợp với yêu cầu của đề tài mà giáo viên hướng dẫn đặt ra trước khi thi công mô hình và sơn lại mô hình, gắn bảng tên mô hình…
4.6 Ưu nhược điểm của mô hình
Ưu điểm
Đã mô phỏng được hệ thống dẫn động phanh bằng điện, cụ thể là sử dụng servo motor tạo lực phanh bánh xe .
Mô phỏng được hoạt động của xe khi phanh bị xoay xe, bánh xe tại một thời điểm nào đó trong lúc phanh bị bó cứng sẽ xảy ra hiện tượng trượt dẫn đến xe mất cân bằng và xe bị xoay.
Nhược điểm
Chưa mô phỏng được hệ thống phanh khi vào cua.
Mô hình còn đơn giản, chưa mô phỏng được hoàn toàn hệ thống ABS, ESP, còn thiếu nhiều trường hợp và hệ thống cân bằng lực phanh điện tử EBD…
Chưa thể hiện được nguồn dự phòng khi hệ thống phanh mất nguồn cấp điện chính.
4.7 Cách sử dụng mô hình
Hình 4.7: Mô hình mô phỏng phanh cơ điện. Trong đó, FW: Front Wheel
Bước 1: Đầu tiên đặt mô hình lên mặt phẳng không có vật cứng trồi lên phía dưới để tránh va chạm vào các thiết bị ở dưới hư hỏng, hoạch làm lỏng các giắc cấm điện sẽ làm tín hiệu không chính xác. Tiếp theo bật công tắc nguồn về chế độ OFF, cấp nguồn cho mô hình lấy sợi dây màu vàng có giắc kẹp màu đỏ đấu và cực dương của bình ắc quy 12V và sợi dây điện màu xanh có giắc kẹp màu đen nối với cực âm của bình. Khi cấp nguồn cho mô hình đúng các đèn ở cảm biến sẽ sáng .
Bước 2 : Trước khi bật công tắt nguồn về chế độ ON để khởi động động cơ (motor) chạy kéo các trục và vi sai hoạt động để dẫn động các bánh xe cần chú ý :
Không có rác hay vật gì đề lên động cơ và mô hình.
Không được đụng vào các bánh răng truyền động.
Khi động cơ đang quay không được đưa tay đụng vào các chi tiết chuyển động. Sau khi kiểm tra xong thì bật công tắc về vị trí ON để khởi động.
Bước 3: Khi đạp bàn đạp phanh, bàn đạp phanh sẽ gửi tín hiệu về bộ sử lý trung tâm (arduino mega 2560) điều khiển servo ở các bánh xe kéo phanh, phanh các bánh xe lại,
sau khi sử lý xong bộ sử lý trung tâm sẽ gửi tín tăng áp hay giữ áp hoặc giảm áp lực đến các servo của từng bánh xe để điều khiển một cách hợp lý nhất cho đến khi bánh xe dừng hẳn.
Bước 4 : Nhả bàn đạp phanh ra. Sau đó tạo tín hiệu xoay xe khi phanh bằng cách chọn 1 trong 2 điều kiện sau :
Điều kiện 1: Xoay biến trở trên bàn qua trái có nghĩa là đang tạo tín hiệu cho cảm biến xoay xe, lúc này xe đang bị xoay qua bên phải cần tạo một lực làm xe xoay lại vị trí cân bằng.
Điều kiện 2: Xoay biến trở trên bàn qua phải có nghĩa là đang tạo tín hiệu cho cảm biến xoay xe, lúc này xe đang bị xoay về bên trái cần tạo một lực làm xe xoay lại vị trí cân bằng.
Bước 5 : Tiếp tục đạp bàn đạp phanh, mô hình sẽ mô phỏng hiện tượng khi xe bị xoay qua phải hay qua trái về vị trí cân bằng :
Khi thực hiện điều kiện 1: hệ thống sẽ tự động tạo lực phanh vào bánh đầu bên trái lớn hơn các bánh còn lại để tạo momen đối trọng với momen xoay xe.
Khi thực hiện điều kiện 2: hệ thống sẽ tự động tạo lực phanh vào bánh đầu bên phải lớn hơn các bánh còn lại để tạo momen đối trọng với momen xoay xe.
4.8 Phát hiện hư hỏng
Trên mỗi cảm biến tốc độ bánh xe đều có đèn sáng, nếu đèn ở cảm biến nào không sáng thì cảm biến cần phải kiểm tra:
Kiểm tra xem các đường dây có bị hư hỏng hay bị rớt ra không và các dây cấp nguồn cho cảm biến tốc độ bánh xe.
Nếu khi đạp phanh mà tại bánh xe đó không phanh lại thì có thể hư cảm biến hoặc servo motor.
Trên mô hình nếu khi phanh mà không thấy servo hoạt động thì sẽ có các trường hợp :
Kiểm tra các dây nguồn cấp điện cho servo motor .
Kiểm tra dây tín hiệu từ arduino mega 2560 đến servo motor có bị đứt không hay cấm có sai chân điều khiển .
Nếu kiểm tra 2 bước trên không có bị lỗi thì kiểm tra dây cảm biến tốc độ bánh xe coi có bị cấm sai chân hay bị đứt lõi .
Khi đạp phanh thấy các servo motor không kéo phanh thì kiểm tra :
Dây cấp nguồn cho cho biến trở bàn đạp phanh, kiểm tra đèn của các mạch giảm áp và đèn nguồn trên arduino Mega 2560 xem có sáng không.
Khi tạo tín hiệu cho cảm biến xoay xe và đạp phanh mà hệ thống phanh không thực hiện mô phỏng thì cần xem dây cấp nguồn xem có nguồn cấp đến cảm biến xoay xe (biến trở) và dây tín hiệu có cấp đúng chân lên arduino.
Khi động cơ không quay cần kiểm tra công tắc xem coi có bị hư hay nguồn điện cấp đến động cơ (motor), nếu nguồn điện vẫn cấp đến động cơ (motor) thì động cơ (motor) bị cháy cần thay thế.
4.9 Mục đích của nghiên cứu và thi công mô hình
Kiểm nghiệm hệ thống phanh cơ điện hoạt động như thế nào.
Mô phỏng hệ thống phanh xem có tốt hơn các loại phanh thủy lực và khí nén.
Đây cũng là một xu hướng mà các nhà nghiên cứu đang hướng đến chế tạo trên xe trong tương lai.
Tạo tiền đề nghiên cứu và phát triển hệ thống phanh cơ điện .
Để cho thấy hệ thống phanh cơ điện gọn và nhẹ hơn các hệ thống phanh khác và hiệu quả phanh không thua kém hoặc hơn các loại phanh khác như phanh thủy lực, phanh khí nén, phanh từ …
Chương 5 : KẾT LUẬN 5.1 Kết luận
Trong suốt quá trình tìm hiểu và nghiên cứu, thi công mô hình chúng em đã đạt được những thành công sau :
Đã ứng dụng được lý thuyết nghiên cứu của hệ thống phanh EWB lên trên mô hình.
Đã sử dụng được động cơ điện dẫn động phanh thay cho dẫn động bằng thủy lực hay khí nén …
Tạo được tiền đề cho sự nghiên cứu hệ thống phanh mới trên ô tô.
Đã chỉ ra được điểm mạnh và hạn chế của phanh điện.
Đã làm ra được mô hình mô phỏng để giới thiệu về một hệ thống phanh mới để cho các bạn hiểu thêm về hệ thống phanh điện, tiếp tục nghiên cứu cải thiện hệ thống để ngày càng hoàn thiện và đạt hiệu quả cao hơn .
Do thời gian và kiến thức của chúng em còn hạn chế nên chưa làm được :
Kết hợp một số hệ thống hỗ trợ phanh như ESP, EBD, TRC…
Cảm biến sai số lớn dẫn đến mô phỏng không được chính xác và chưa kết hợp được cảm biến góc lái, cảm biến G-sensor…