Các thí nghiệm trong điều kiện phòng thí nghiệm

a. Hình dáng; b sơ đồ khối

4.2. Các thí nghiệm trong điều kiện phòng thí nghiệm

Các thí nghiệm trong điều kiện phòng thí nghiệm gồm có:

1- Các thí nghiệm đánh giá độ nhạy của cảm biến MQ3 với hơi cồn, đồng thời so sánh đánh giá độ nhạy của cảm biến đối với các môi trường khác như khói thuốc lá, hơi xăng, dầu;

2- Thí nghiệm đánh giá các đặc tính khác của cảm biến như thời gian tác động, thời gian hồi phục, tính ổn định điểm làm việc;

3- Thí nghiệm khảo sát, hiệu chỉnh chế độ làm việc của hệ thống cảnh báo; 4- Thí nghiệm khảo sát, hiệu chỉnh chế độ làm việc của hệ thống khóa khởi động;

5- Thí nghiệm khảo sát, hiệu chỉnh mạch phát tín hiệu cảnh báo về thiết bị giám sát GPS.

 Các trang thiết bị, phòng thí nghiệm.

Các thí nghiệm 1 và 2 được thực hiện tại phòng thí nghiệm về các cảm biến khí TIMIS, Đại học BK Hà Nội và phòng thí nghiệm Cơ điện tử ô tô, Khoa Cơ điện tử, Đại học Kinh doanh và Công nghệ Hà Nội. Sử dụng các trang thiết bị đo nồng độ cồn, bình đong chuẩn (hình 5.1) để tiến hành các thí nghiệm đo đặc tính của cảm biến MQ3 ứng với các nồng độ cồn khác nhau (từ 0,1mg đến 0,6 mg trong thể tích chuẩn 2 litres). Sử dụng hệ thống đo lường kết nối máy tính để tự động ghi các kết quả trong quá trình thí nghiệm (hình 5.2, 5.3). Số lượng các cảm biến sử dụng trong mỗi thí nghiệm từ 3 đến 5 để xem xét độ phân tán của các số liệu đo do ảnh hưởng các sai số trong chế tạo của các cảm biến.

Hình 8.8. Các trang bị định lượng nồng độ cồn cấp vào bình khí chuẩn (TIMIS)

Hình 8.9. Mạch thu thập dữ liệu từ cảm biến

Hình 9.0. Các cảm biến đo nồng độ cồn lắp vào bình đo

 Kết quả thí nghiệm

Một số kết quả đo đặc tính làm việc của cảm biến MQ3 trong các môi trường nồng độ cồn khác nhau trình bày trong các hình 5.4 ... 5.7. Kết quả đánh giá so sánh độ nhạy của cảm biến MQ3 với các môi trường hơi cồn, hơi xăng, khói thuốc lá trình bày trong hình 5.8, 5.9. Các thí nghiệm đánh giá ảnh hưởng của giai đoạn sấy nóng cảm biến ban đầu đến đặc tính điện áp đầu ra của cảm biến được trình bày trong hình 5.10, 5.11.

Hình 9.2. Đặc tính điện áp ra của cảm biến trong môi trường cồn 0,2 ml/2lit Hình 9.1. Đặc tính điện áp ra của cảm biến trong môi trường cồn 0,1 ml/2lit

Hình 9.3. Đặc tính điện áp ra của cảm biến trong môi trường cồn 0,4 ml/2lit

Hình 9.5. Độ nhạy của cảm biến với cồn (đường mầu trắng, đường bên trên) và độ nhạy của cảm biến với khói thuốc lá (đường mầu đỏ, đường bên dưới)

Hình 9.6. So sánh độ nhạy cảm biến với cồn (đường mầu trắng, nằm trên) với độ nhạy cảm biến với xăng (đường đỏ, nằm dưới)

Hình 9.8. Đặc tính cảm biến khi chưa được sấy trước (đánh giá ảnh hưởng của nhiệt độ cảm biến). Trong thí nghiệm, cảm biến bố trí sẵn trong môi trường có nồng độ cồn trước khi bắt đầu quá trình đo.

Hình 9.9. Thí nghiệm xác định các điểm tác động của mạch khóa khởi động và mạch cảnh báo.

Hình 10.0. là hình ảnh thí nghiệm hiệu chỉnh sự làm việc của mạch kết nối thiết bị GPS. Tín hiệu gửi về GPS tương ứng với khi mạch cảnh báo nồng độ cồn cao quá mức cho phép của người lái được phát hiện qua thiết bị thổi khi khởi động động cơ.

Hình 10.0: Hiệu chỉnh điểm tác động tới GPS  Nhận xét.

Phân tích các kết quả thí nghiệm trong phòng thí nghiệm, đề tài đưa ra các nhận xét và kết luận sau:

- Cảm biến làm việc theo hai giai đoạn: giai đoạn sấy nóng và giai đoạn đo. Trong giai đoạn sấy nóng đầu tiên điện áp đầu ra của cảm biến tăng rồi ổn định ở một mức trung bình 2±0,5 vol (độ phân tán của giá trị trong dải từ 1,5 đến 2,4 vol).

Khi đặt vào môi trường có cồn, điện áp đầu ra của cảm biến tăng lên và giữ giá trị ổn định trong môi trường có nồng độ cồn không thay đổi. Trong thí nghiệm (hình 5.4) điện áp ra của các cảm biến ổn định trong khoảng 3,8±0,5 vol ứng với nồng độ 0,1 mg/2 litre). Thời gian phản ứng trung bình của cảm biến MQ3 (khoảng thời gian từ lúc bắt đầu xuất hiện khí thử đến khi điện áp đầu ra của cảm biến đạt giá trị ổn định) dao động trong khoảng 7 đến 10 sec. Đây là cơ sở để xác định chế độ làm việc của hệ thống kiểm tra nồng độ cồn ở chế độ khởi động động cơ ô tô.

- Điện áp đầu ra của cảm biến tăng tỷ lệ với độ tăng nồng độ cồn trong môi trường: trong khoảng 3,8±0,5 vol (ứng với nồng độ 0,1 mg/2 litre) tới 4,5 ±0,3 vol (ứng với nồng độ cồn 0,6 mg/2 lít ).

- Các thí nghiệm cho thấy điện áp đầu ra của cảm biến thay đổi phụ thuộc thời gian sấy kéo dài. Để khắc phục nhược điểm này, cần điều chỉnh sự làm việc của mạch sấy bằng cách cấp điện áp cho mạch không liên tục mà cấp theo chu kỳ để duy trì nhiệt độ bề mặt cảm biến ổn định trong quá trình vận hành xe.

- Cảm biến MQ3 có độ nhạy cao trong môi trường có nồng độ cồn và độ nhạy thấp trong môi trường khói thuốc lá, xăng, dầu. Vì vậy, sử dụng cảm biến MQ3 để đo nồng độ cồn là hợp lý, có độ chính xác cao.

- Qua các thí nghiệm và hiệu chỉnh, hệ thống cảnh báo, hệ thống điều khiển mạch khởi động đã làm việc theo đúng các yêu cầu và tính toán thiết kế. Mức cảnh báo và tác động khóa khởi động là 0,6 mg/2 lít khí tương đương với qui định 0,3 mg/lít khí thở. Trong thí nghiệm, ngưỡng hiệu chỉnh này còn được theo dõi qua màn hình chỉ thị của thiết bị cầm tay đo nồng độ cồn trong hơi thở (hình 5.12).

- Các thí nghiệm cũng hiệu chỉnh để hệ thống cảnh báo qua GPS hoạt động tương ứng với trạng thái cảnh báo trên trong quá trình khởi động.

4.3. Các thí nghiệm khảo sát trên xe.

Các thí nghiệm trên xe bao gồm:

- Khảo nghiệm chọn vị trí lắp đặt các cảm biến tại vùng không gian làm việc của lái xe.

- Thí nghiệm đánh giá sự làm việc của hệ thống điều khiển khởi động động cơ được kết nối với hệ thống phát hiện và cảnh báo nồng độ cồn được chế tạo.

- Thí nghiệm đánh giá chất lượng làm việc của hệ thống phát hiện nồng độ cồn tại vùng không gian làm việc của lái xe.

- Thí nghiệm đánh giá chất lượng làm việc của hệ thống cảnh báo.  Trang thiết bị, các thí nghiệm

Đề tài đã tiến hành các thí nghiệm trên 2 xe tải của trường CĐNGTVTTƯ1 là các xe tải Cửu Long 29C-122-07 và xe tải của Trung tâm đào tạo lái xe 30T-7850 (hình 514a và 514b). Để ứng dụng kịp thời các kết quả nghiên cứu của đề tài luận văn, sau khi khảo nghiệm, các thiết bị của hệ thống phát hiện và cảnh báo nồng độ

cồn do đề tài nghiên cứu xây dựng và thiết kế chế tạo đã được lắp cố định lên xe tập lái biển số 30T-7850 của Trung tâm Đào tạo lái xe của nhà trường.

Hình 10.1. Xe thí nghiệm

Các thiết bị lắp trên xe bao gồm: các cảm biến, hộp điều khiển, thiết bị thổi, thiết bị GPS, bộ điều khiển mạch khởi động, hệ thống máy tính để điều khiển, thu thập, lưu trữ dự liệu đo trong quá trình thí nghiệm (các hình 10.2...10.5)

Hình 10.2: Lắp cảm biến đo nồng độ cồn ở vị trí trụ vành lái xe tải Cửu

Long

Hình 10.3: Lắp 2 cảm biến đo nồng độ cồn ở tựa đầu ghế ngồi người lái xe Cửu

Long

Hình 10.4: Lắp 2 cảm biến đo nồng độ cồn ở tựa đầu ghế ngồi người lái tập lái 30T-7805

Hình 10.5: Lắp cảm biến đo nồng độ cồn ở vị trí trụ vành lái xe tải Cửu Long30T- 7805

Hình 10.7. Trình bày bố trí thí nghiệm đo thời gian phát hiện nồng độ cồn trong khu vực quanh ghế ngồi người lái khi cửa buồng lái mở (xe cửu Long)

Hình 10.8: Trình bày bố trí thí nghiệm đo thời gian phát hiện nồng độ cồn trong khu vực quanh ghế ngồi

người lái khi cửa buồng lái đóng kín (xe Cứu Long)

Hình 10.9. Người lái phải thổi vào thiết bị cầm tay đo nồng độ cồn trong hơi thở trước khi bật khóa điện sang nấc ST để khởi động động cơ

Hình 10.10. Khi nồng độ cồn trong hơi thở nhỏ dưới mức quy định, người lái có thể khởi động động cơ

Hình 10.11. Khi nồng độ cồn trong hơi thở quá giới hạn cho phép, hệ thống cảnh báo hoạt động, hệ thống khóa khởi động tác động ngắt mạch khởi động, không cho phép người lái khởi động động cơ

Trên hình 10.12 trình bày tín hiệu nhận được từ các cảm biến đo nồng độ cồn ở các vị trí khác nhau trong trường hợp buồng lái đóng kín. Thí nghiệm trong trường hợp người lái có nồng độ cồn trong hơi thở là 0,4 mg/litre khí thở. Thời gian sớm nhất mà cảm biến có thể phát hiện nồng độ cồn là 24 phút (tương ứng thời điểm tín hiệu điện áp của cảm biến tăng đột ngột từ mức điện áp của giai đoạn sấy ổn định). Hai đường đỏ và xanh là tín hiệu bố trí ở phần tựa đầu ghế ngồi người lái

phát hiện sớm hơn đường trắng (đường thấp nhất) là tín hiệu cảm biến bố trí ở vành lái.

Hình 10.12. Kết quả thí nghiệm trong trường hợp buồng lái đóng kín

Hình 10.13 trình bày tín hiệu nhận được từ các cảm biến đo nồng độ cồn ở các vị trí khác nhau trong trường hợp buồng lái mở, có gió nhẹ thổi ngang.

Hình 10.13. Kết quả thí nghiệm trong trường hợp buồng lái mở, có gió ngang Điều kiện tiến hành thí nghiệm trong trường hợp hình 10.13 là người lái có nồng độ cồn trong hơi thở là 0,3 mg/litre khí thở. Thời gian sớm nhất mà cảm biến có thể phát hiện nồng độ cồn là ∼28 phút (tương ứng thời điểm tín hiệu điện áp của cảm biến tăng đột ngột từ mức điện áp của giai đoạn sấy ổn định). Cảm biến bố trí ở tựa đầu ghế người lái, phía bên xuôi theo chiều gió thổi (đường mầu đỏ, trên cùng) phát hiện nồng độ cồn sớm hơn các cảm biến ở các vị trí khác.

Luận văn cũng đã tiến hành các thí nghiệm để kiểm tra, hiệu chỉnh sự làm việc của hệ thống cảnh báo trong trường hợp có lắp thêm cảm biến thứ tư ở phía trước mặt người ngồi bên ghế phụ. Các hiệu chỉnh đảm bảo loại trừ được khả năng cảnh báo sai khi tín hiệu về nồng độ cồn báo về từ cảm biến thứ tư cao hơn các tín hiệu từ 3 cảm biến còn lại (lắp ở tựa đầu người lái và ở vành lái)

 Nhận xét đánh giá

Phân tích các kết quả thí nghiệm trên xe, đề tài đưa ra các kết luận sau:

- Để phát huy độ nhạy của hệ thống phát hiện nồng độ cồn, nên lắp các cảm biến phát hiện nồng độ cồn tại 3 vị trí: vị trí giáp nối giữa vành lái và trục lái, 2 vị trí tựa đầu của người lái.

- Để tăng độ tin cậy làm việc của hệ thống, nên lắp thêm cảm biến thứ tư để phát hiện nồng độ cồn trong không gian thở của người ngồi bên ghế phụ. Sử dụng thuật toán thích hợp để vi xử lý có thể loại trừ trường hợp do người ngồi bên phụ uống rượu, có nồng độ cồn cao (người ngồi lái không uống rượu) để tránh hệ thống phát tín hiệu cảnh báo sai.

- Hệ thống điều khiển mạch khởi động làm việc theo đúng các yêu cầu và tính toán thiết kế. Ngưỡng ngăn chặn không cho hệ thống khởi động hoạt động là mức nồng độ cồn trong hơi thở người lái vượt quá 0,05 mg/1 lít khí thở. Mức nồng độ này là rất thấp đảm bảo tín hiệu ra của cảm biến có thể phát hiện được.

- Khi nồng độ cồn trong hơi thở người lái là 0,3 mg/litre khí thở, thời gian để các cảm biến bố trí trong vùng không gian thở của người lái có thể phát hiện nồng độ cồn là ∼24 phút trong trường hợp buồng lái đóng kín và ∼ 28 phút trong trường hợp buồng lái mở thoáng. Trị số điện áp mà cảm biến gửi về vi xử lý đạt ngưỡng tác động cảnh báo trong trường hợp này là 3,1 ±0,2 vol.

- Hệ thống cảnh báo truyền tín hiệu tới thiết bị GPS hoạt động tương ứng với các thời điểm ngăn chăn khởi động (nồng độ cồn trong hơi thở người lái vượt quá 0,05 mg/1 lít khí thở) và cảnh báo khi xe đang hoạt động ứng với trị số điện áp của một trong số các cảm biến lắp ở vùng không gian thở của người lái đạt mức 3,1 ± 0,2 vol

4.4. Đánh giá chung chất lượng làm việc của hệ thống qua các thí nghiệm

Qua kết quả các thí nghiệm trong phòng thí nghiệm và thí nghiệm trên xe có thể có các kết luận chung về chất lượng làm việc của hệ thống như sau:

- Thông qua 2 biện pháp: đo trực tiếp nồng độ cồn trong hơi thở người lái trước khi cho phép khởi động động cơ và kiểm tra thường xuyên nồng độ cồn trong

vùng không gian quanh ghế ngồi người lái, hệ thống mà đề tài nghiên cứu thiết kế chế tạo có khả năng phát hiện nồng độ cồn hiệu quả và tin cậy.

- Việc bố trí các cảm biến và số lượng các cảm biến để phát hiện nồng độ cồn trong vùng không gian thở của người lái là hợp lý. Việc bố trí thêm cảm biến thứ tư sẽ tăng độ chính xác, tin cậy của hệ thống cảnh báo.

- Các chức năng ngăn chặn và cảnh báo của hệ thống được thiết kế chế tạo là hợp lý và phát huy hiệu quả tốt qua các thí nghiệm kiểm chứng.

- Hệ thống làm việc ổn định và đã được lắp khảo nghiệm trên xe thường xuyên sử dụng của đơn vị.

Kết luận và kiến nghị :

- Qua các nội dung trình bày ở trên, luận văn đã hòan thành đúng các mục tiêu nghiên cứu cơ bản đưa ra:

1- Nghiên cứu chọn phương pháp phát hiện nồng độ cồn ở vùng không gian người lái (vị trí không gian quanh ghế ngồi người lái trong buồng điều khiển) cao quá mức quy định qua hai biện pháp kết hợp: đo trực tiếp nồng độ cồn trong hơi thở người lái trước khi cho phép khởi động động cơ và kiểm tra thường xuyên nồng độ cồn trong

vùng không gian quanh ghế ngồi người lái. Phương pháp này hiện đang được nhiều quốc gia sử dụng và nhiều hãng xe trên thế giới cũng đã chế tạo hệ thống lắp trên xe của hãng.

2- Xây dựng thiết kế, chế tạo thử nghiệm thiết bị phát hiện nồng độ cồn (bao gồm các việc chính là chọn lắp cảm biến báo nồng độ cồn, thiết kế chế tạo các mạch điện tử điều khiển, các thiết bị gá lắp…). các thiết bị của hệ thống làm việc chính xác, ổn định, tin cậy, phù hợp với điều kiện công nghệ chế tạo trong nước, có giá thành rẻ hơn các hệ thống nhập ngoại.

3- Đã sử dụng các biện pháp ngăn chặn và cảnh báo. Với các biện pháp này sẽ nâng cao tính an toàn giao thông cho xe cũng như ngăn chặn các hành vi lái xe trong tình trạng say rượu bia. Hệ thống phát hiện và cảnh báo đã được thiết kế, chế tạo trên cơ sở các linh kiện thiết bị mua trong nước. Kết quả thử nghiệm cho thấy hệ thống phát hiện, cảnh báo về nồng độ cồn cao quá mức cho phép mà luận văn thiết kế, chế tạo đã làm việc chính xác và hiệu quả. Các biện pháp ngăn chặn và cảnh báo này cho phép theo dõi, phát hiện trong suốt quá trình lái xe về tình trạng lái xe đã sử dụng các đồ uống có cồn; cung cấp thông tin về tình trạng lái xe có nồng độ cồn trong hơi thở kịp thời về trung tâm giám sát giao thông.

- Hệ thống phát hiện và cảnh báo nồng độ cồn đã được chế thử và hoạt động có hiệu