Do board mạch đồng hồ nguyên bản không hỗ trợ chân cắm bus 5 pin và các chân của board mạch nguyên bản cũng quá lớn không phù hợp để kết nối với hộp thông tin nên nhóm quyết định làm thêm một board mạch nối tiếp với board mạch nguyên bản nhằm phục vụ cho việc dễ dàng kết nối với hộp thông tin cũng như dễ dàng cấp xung cho hiển thị tốc độ trên bảng đồng hồ.
Hình 3.38 Mạch in board mạch đồng hồ
Mô tả board mạch
Bus 5 pin (D+ D- B+ GND CLK) được kết nối thông qua dây bus nối với hộp thông tin đảm nhận vai trò cung cấp nguồn điện và lấy xung tín hiệu cho bảng đồng hồ.
Bus 2 pin (D+ D-) kết nối với đèn led túi khí trên bảng đồng hồ.
Ba chân “B” “C” “E” được dùng để cắm transistor ngược NPN (ở đây sử dụng C1815).
71
Hình 3.39 Board mạch bảng đồng hồ khi hoàn thành
Nguyên lý hoạt động
Khi được kết nối với board mạch nguyên bản trên đồng hồ, nguồn cấp từ hộp thông tin sẽ cấp điện 12V cho bảng đồng hồ. Chân CLK khi có xung từ hộp thông tin sẽ liên tục tác động vào chân B của transistor ngược NPN c1815 làm cho transistor này liên tục thay đổi giữa trạng thái đóng và cắt vì thế tạo được một dải xung vuông đúng với số xung phát ra từ vi điều khiển nằm trong hộp thông tin.
72 3.2.4. Thiết kế board mạch hộp chấp hành
3.2.4.1. Các linh kiện điện tử được sử dụng trong hộp chấp hành a. Mạch tăng áp DC – DC converter 150W a. Mạch tăng áp DC – DC converter 150W
Do sử dụng van solenoid 24V nên cần phải có một thiết bị chuyển đổi điện áp từ 12V lên 24V để cung cấp cho van solenoid hoạt động.
Mạch tăng áp DC - DC 150W với điện áp đầu vào 10V đến 32V tăng điện áp lên từ 12V đến 35V với điện áp đầu ra luôn lớn hơn điện áp đầu vào và có thể điều chỉnh điện áp đầu ra bằng biến trở để công suất có thể đạt tới 150W.
Hình 3.41 Board mạch tăng áp 150W
Thông số kỹ thuật
Điện áp ngõ vào: 10-32V. Điện áp ngõ ra: 12-35V.
Điện áp được điều chỉnh bằng biến trở. Dòng vào: 10A (Max).
Dòng ra: 6A (Max).
Dòng tiêu thụ không tải (25mA).
Module hoạt động ổn định ở 100W, nếu dùng 150W cần thêm quạt tản nhiệt. Kích thước: 65x23x56.5MM (LRH) Bao Gồm Cả Tản Nhiệt.
Lưu ý
- Module không có Diode bảo vệ ngược cực nên lưu ý khi cấp nguồn. - Không bảo vệ ngắn mạch.
73 b. Relay 2 kênh 12V có cách ly bằng opto
Module 2 Relay kích H/L (12VDC) sử dụng nguồn 12VDC để nuôi mạch, tín hiệu kích có thể tùy chọn kích mức cao (High - 12VDC) hoặc mức thấp (Low - 0VDC) qua Jumper trên mỗi relay. Thích hợp cho các thiết bị sử dụng mức tín hiệu 12VDC.
Thông số kỹ thuật sản phẩm Điện áp nuôi mạch: 12VDC.
Dòng tiêu thụ: khoảng 200mA/1Relay.
Tín hiệu kích: High (12VDC) hoặc Low (0VDC) chọn bằng Jumper. Relay trên mạch:
Nguồn nuôi: 12VDC.
Tiếp điểm đóng ngắt max: 250VAC-10A hoặc 30VDC-10A Kích thước: 52 (L) * 41(W) * 19 (H) mm.
74 3.2.4.2. Board mạch in hộp chấp hành
Hình 3.43 Board mạch in hộp chấp hành
Mô tả board mạch
Chân IN1 IN2 COM được kết nối với chân xuất ra từ hộp điều khiển trung tâm. Các chân này được nối với chân IN1 IN2 của relay nằm bên trong hộp chấp hành.
Chân 12V GND được nối với nguồn điện riêng cấp từ bình acquy và được nối với chân 12+ và 12- của mạch tăng áp DC - DC 150W.
Chân COM xuất ra điện áp 24V+ cấp cho van solenoid.
NO1 NO2 nói với chân còn lại của solenoid. Nó quyết định việc valve sẽ cho hay ngăn dòng khí chạy qua.
75
Hình 3.44 Board mạch hộp chấp hành khi hoàn thành
Nguyên lý hoạt động
Khi có nguồn điện 12V cấp vào chân 12V và GND, mạch tăng áp 12V – 24V hoạt động cấp nguồn 24V+ ra chân COM, chân này được nối với hai chân 24+ của van solenoid. Hai chân 24V- còn lại của van solenoid được nối lần lượt với chân NO1 và NO2. Hai chân này sẽ quyết định việc đóng hay ngắt van solenoid. Chân NO1 sẽ cho dòng điện đi qua khi có tín hiệu điều khiển từ hộp điều khiển trung tâm cung cấp điện áp đến chân IN1, tương tự cho chân NO2 và IN2.
76 3.3. Sơ đồ mạch điện
77 3.4. Lập trình điều khiển
Hình 3.47 Lưu đồ thuật toán hộp thông tin
Hộp thông tin đóng vai trò đọc nút nhấn reset và núm xoay cũng như tạo xung cho bảng đồng hồ hiển thị tốc độ được cài đặt sau đó chuyển các dữ liệu này về hộp điều khiển trung tâm để tính toán việc bung hay không bung túi khí.
Chương trình xử lý núm xoay của hộp thông tin như sau:
Đầu tiên hộp thông tin sẽ kiểm tra giá trị biến flag có đang được thiết đặt là “true” hay không. Nếu “true” tức là hộp điều khiển thông tin đã khởi động xong và sẵn sàng hoạt động. Lúc này hộp thông tin sẽ chuyển sang bước đọc núm xoay và thực hiện chương trình núm xoay. Nếu biến flag vẫn ở trạng thái “false” tức là hộp điều khiển trung tâm chưa sẵn sàng. Hộp thông tin sẽ tiếp tục chờ cho đến khi biến flag được chuyển sang giá trị “true” mới tiếp tục thực hiện chương trình tiếp theo.
Đ
78 Khi núm xoay được vặn tức là người điều khiển đang muốn thiết đặt vận tốc cho mô hình. Khi đó hộp thông tin sẽ đọc giá này này dưới dạng xung vuông sau đó biến đổi thành số rồi chuyển thông tin này đến hộp điều khiển trung tâm.
Khi nút nhấn được nhấn xuống biểu thị việc người điều khiển muốn reset lại chương trình, hộp thông tin sẽ ghi nhận và chuyển biến RST sang giá trị 1 và gửi thông tin này sang cho hộp điều khiển trung tâm bằng giao tiếp I2C
Hình 3.48 Lưu đồ chương trình núm xoay
Hộp điều khiển trung tâm có vai trò xử lý tín hiệu gia tốc, đọc và lấy giá trị tốc độ cũng như tín hiệu reset lấy từ giao tiếp I2C. Đồng thời nó xử lý, so sánh dữ liệu gia tốc, tốc độ cài đặt với gia trị được cài đặt để quyết định có bung túi khí hay không.
Hoạt động của hộp điều khiển trung tâm như sau:
Khi bắt đầu hoạt động hộp điều khiển trung tâm sẽ bật đèn tín hiệu tự kiểm tra, sau đó kiểm tra các kết nối với hộp thông tin và cảm biến gia tốc MPU-6050. Nếu việc kết nối
79 các hộp và cảm biến không xảy ra lỗi hộp điều khiển trung tâm sẽ gửi tín hiệu yêu cầu hộp thông tin chờ đến khi quá trình tự kiểm tra và cân chỉnh hoàn thành. Gửi tín hiệu xong hộp điều khiển trung tâm sẽ tiến hành cài đặt thông số offset cho cảm biến gia tốc MPU-6050. Tiếp đến ra lệnh tắt đèn tín hiệu tự kiểm tra, khi đèn tắt nó bắt đầu đọc giá trị từ cảm biến gia tốc và tín hiệu tốc độ lấy từ giao tiếp I2C nếu các giá trị này vượt ngưỡng được cài đặt sẽ gửi tín hiệu đến hộp chấp hành để bung túi khí. Dữ liệu túi khí đã bung được đưa lên LCD và lặp lại đến khi người dùng nhấn nút Reset trên hộp thông tin.
80
CHƯƠNG 4: VẬN HÀNH MÔ HÌNH VÀ CÁC KẾT QUẢ ĐẠT ĐƯỢC
4.1. Vận hành mô hình
4.1.1. Vận hành mô hình với tốc độ giả lập dưới 30km/h
Mô hình chỉ giả lập một vụ va chạm trực diện của ô tô với một vật đứng yên.
Trên ô tô túi khí được thiết kế hoạt động với một lực tương đương khi xe va chạm phía trước vào bức tường cố định không di chuyển và không biến dạng hoặc cột bê tông ở tốc độ 30 km/h đến 35 km/h.
Vì vậy trên mô hình túi khí khi xét tốc độ giả lập của xe dưới 30 km/h, cụ thể là 21 km/h hệ thống sẽ không kích hoạt túi khí khi có xảy ra va chạm.
Hình 4.1 Cài đặt tốc độ của xe mô hình ở vận tốc 21km/h
81
Hình 4.3 Khi xe mô hình va chạm
Xe ở tốc độ thấp và xảy ra va chạm khi đó chỉ cần đai an toàn hoạt động là đủ để bảo vệ người lái và hành khách trên xe.
4.1.2. Vận hành mô hình với tốc độ giả lập từ 31km/h đến 60km/h
Xét vận tốc giả lập của xe từ 31 km/h đến 60 km/h và phải dùng một lực đẩy thật mạnh để có thể kích hoạt hệ thống túi khí, vì xe mô phỏng gần giống với các vụ va chạm ở dải tốc độ thấp, tạo cho người ngồi trên xe có cảm giác thật nhất về một vụ va chạm thực tế, nhằm giúp người sử dụng hiểu được nguyên lý kích hoạt hệ thống túi khí và tầm quan trọng của hệ thống túi khí và dây đai an toàn trên xe.
82
Hình 4.5 Sử dụng lực đẩy nhẹ
Hình 4.6 Hệ thống không kích hoạt khi lực đẩy nhẹ
83
Hình 4.8 Hệ thống kích hoạt khi lực đẩy đủ lớn
4.1.3. Vận hành mô hình với tốc độ giả lập từ 61km/h đến 100km/h
Khi xét tốc độ giả lập của xe ở dãy tốc độ từ 61km/h đến 100km/h thì chỉ cần lực đẩy vừa đủ để có thể kích hoạt hệ thống túi khí.
Hình 4.9 Túi khí bung ra khi va chạm
4.1.4. Vận hành mô hình với tốc độ giả lập từ 101 km/h đến 220km/h
Khi xét tốc độ giả lập của xe ở dãy tốc độ từ 101km/h đến 200km/h thì chỉ cần lực đẩy nhẹ khi xe vừa chạm vào đường ray cố định thì hệ thống túi khí sẽ được kích hoạt.
84
Hình 4.10 Hệ thống kích hoạt khi lực đẩy nhẹ
4.2. Các kết quả đạt được
Trong thực tế khi xe ở tốc độ 31km/h đến 60km/h khi xảy ra va chạm, lực va đập trực diện lúc ban đầu không đáng kể khi xe va chạm với vật thể dễ biến dạng, hoặc có khối lượng không lớn để tạo ra gia tốc tức thời lớn hơn 2G (VD: va chạm với xe máy khi cả hai xe dưới 60km/h, đâm vào các vật dễ biến dạng…) thì ACU sẽ không gửi tín hiệu kích hoạt hệ thống, vì chỉ cần đai an toàn giữ cố định người ngồi trên xe là đủ. Mặc khác với tốc độ như vậy nhưng xe va chạm trực tiếp vào bức tường đứng yên hoặc đâm trực diện với xe đi ngược chiều, thì lúc đó cảm biến gia tốc sẽ xác định độ giảm tốc tức thời lớn hơn 2G thì ACU sẽ gửi tín hiệu kích hoạt túi khí.
Để giả lập một vụ va chạm như vậy với tốc độ 31km/h đến 60km/h, thì xe phải đạt đúng tốc độ như trên mới có thể kích hoạt hệ thống túi khí, nhưng vì là xe mô hình nên việc đạt được tốc độ lớn là điều rất khó, vì vậy việc điều chỉnh ngưỡng gia tốc ở mỗi dãy tốc độ khác nhau là điều cần thiết, sau nhiền lần thử nghiệm thực tế trên mô hình nhóm nhận thấy rằng nên chia tốc độ xe thành 4 dãy tốc độ khác nhau:
Dưới 30km/h
Khi ở tốc độ thấp dưới 30km/h giống như trên xe thực tế thì hệ thống túi khí sẽ không hoạt động khi có xảy ra va chạm.
85
Từ 31km/h đếm 60km/h
Ở dãy tốc độ trung bình này, các vụ va chạm phải đạt mức độ nghiêm trọng liên quan đến tính mạng thì hệ thống túi khí sẽ được kích hoạt cùng với đai an toàn trên xe, vì vậy muốn hệ thống túi khí trên xe mô hình được kích hoạt thì phải dùng một lực đẩy mạnh mới có thể kích hoạt hệ thống.
Từ 61km/h đến 100km/h
Ở dãy tốc độ tương đối cao này, các vụ va chạm thường nghiêm trọng hoặc rất nghiêm trọng trên xe thực tế, khi có xảy ra va chạm ở phía trước đầu xe thì hệ thống túi khí sẽ được kích hoạt, vì vậy hệ thống túi khí trên xe mô hình sẽ được kích hoạt khi xét ở dãy tốc độ từ 61km/h đến 100km/h với lực đẩy vừa đủ.
Từ 101km/h đến 220km/h
Ở dãy tốc độ cao này, các vụ va chạm xảy ra thường đặc biệt nghiêm trọng và trong thời gian rất nhanh, nên khi vừa xảy ra va chạm ở phía trước xe thì hệ thống túi khí trên ô tô sẽ được kích hoạt để đảm bảo an toàn tính mạng cho người ngồi trên xe, vì thế khi xét ở dãy tốc độ cao từ 101km/h đến 220km/h thì chỉ cần lực đẩy nhẹ khi xe vừa chạm ray cố định thì hệ thống túi khí sẽ được kích hoạt.
86 CHƯƠNG 5: KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ
5.1.KẾT LUẬN
Qua thời gian nghiên cứu và thực hiện đồ án cùng với sự giúp đỡ tận tình của thầy Lê Quang Vũ về cơ bản nhóm em đã hoàn thành xong mô hình túi khí, tự tích lũy cho bản thân khả năng tìm kiếm và sử dụng tài liệu và khả năng sử dụng các chương trình thiết kế, mô phỏng, cũng như nâng cao khả năng lập trình.
Về cơ bản, sau nhiều lần cải tiến mô hình đã hoạt động đúng với chức năng của một hệ thống túi khí thực tế trên ô tô. Sản phẩm có thể được ứng dụng vào công tác giảng dạy giúp các bạn sinh viên có thể hiểu hơn về cấu tạo, hoạt động và tầm quan trọng của hệ thống túi khí trên ô tô.
Tuy nhiên mô hình còn tồn tại một số hạn chế như: Công tác xử lý nhiễu chưa tốt dẫn đến các board mạch vi điều khiển nằm trong các hộp vẫn còn xảy ra treo khi đang hoạt động.
5.2.KIẾN NGHỊ
Hướng phát triển tiếp theo cần phát triển hệ thống lọc nhiễu nguồn để có thể sử dụng chung một nguồn điện trên mô hình, thay vì hai nguồn cách ly như hiện tại.
Thay thế đường ống dẫn khí nén và bình khí nén lớn hơn, chịu được áp suất cao hơn để rút ngắn thời gian bung túi khí.
87 Phụ lục
Hướng dẫn sử dụng mô hình
- Sinh viên thực hiện các thao tác theo tuần tự để sử dụng mô hình hiệu quả: Bước thứ 1
Mô hình hệ thống túi khí sử dụng hai nguồn điện riêng biệt (sử dụng 2 ACCU khác nhau) nên khi cấp nguồn cho mô hình cần chú ý cấp đúng các cặp dây :
Cặp dây: Đỏ (+) - Xanh lá (-) là hai dây cấp nguồn cho đồng hồ táplô, ACU trung tâm, hộp giả lập tín hiệu tốc độ xe.
Cặp dây: Vàng (+) - Xanh dương (-) là hai dây cấp nguồn cho hộp chấp hành điều khiển van khí nén.
Bước thứ 2
Sau khi kiểm tra và cấp nguồn theo đúng bước thứ 1 thì chuyển qua bước thứ 2 là cấp hơi cho bình khí nén, áp suất yêu cầu của hệ thống là từ 5kg/𝒄𝒎𝟐 -> 7kg/𝒄𝒎𝟐 .Vì bình khí nén được làm bằng ống PVC nên để đảm bảo an toàn thì sinh viên chỉ được nên bơm khí nén tối đa 7kg/𝒄𝒎𝟐 tương đương 100 Psi hiển thị trên đồng hồ đo áp suất đặt ở bình khí nén.
Bước thứ 3
Sau khi cấp nguồn và khí nén sinh viên cần kiểm tra màn hình báo túi khí đặt ở bên trái vô lăng đã sẵn sàng hay chưa, trình tự khởi động của hệ thống:
Nếu hệ thống không hoạt động như trình tự nêu trên, sinh viên cần kiểm tra các jack cắm giữa hai hộp ACU và hộp thông tin.
Kiểm tra nguồn điện (ACCU) có bị sụt áp khi khởi động hệ thống bằng đồng hồ VOM, nếu ACCU bị sụt áp nên thay thế ACCU mới, vì hệ thống chỉ hoạt động khi nguồn điện (ACCU) ổn định từ 11V -> 12V.
Sau khi hệ thống hoàn toàn bình thường, sinh viên cần thắt dây đai an toàn để đảm bảo không có tổn thương gì xảy ra khi sử dụng mô hình.