a. Hình dáng; b sơ đồ khối
3.8. Một số nhận xét chung
Trong chương này đã nghiên cứu thiết kế, xây dựng chọn phương pháp phát hiện và cảnh báo nồng độ cồn trong hơi thở người lái xe cao quá mức quy định với các đặc điểm chính như sau:
- Hệ thống có chức năng phát hiện, cảnh báo và ngăn chặn, không cho phép người lái xe khởi động động cơ khi phát hiện nồng độ cồn trong hơi thở người lái vượt quá mức quy định.
- Hệ thống có chức năng cảnh báo cả khi phát hiện nồng độ cồn trong vùng không gian thở của người lái đạt mức tương đương với nồng độ cồn trong hơi thở người lái xe cao quá mức quy định. Với chức năng này, hệ thống có thể theo dõi kiểm tra nồng độ cồn liên tục trong quá trình vận hành xe.
- Chức năng cảnh báo bao gồm cảnh báo bằng tín hiệu ánh sáng (đen báo trạng thái nguy hiểm mầu đỏ), bằng âm thanh (còi hú) và thông tin truyền về trung tâm giám sát, quản lý giao thông.
- Các chức năng ngăn chặn và cảnh báo của hệ thống đã đảm bảo không làm ảnh hưởng đến thao tác vận hành của người lái cũng như các quy định chung về an toàn giao thông.
- Hệ thống bao gồm các thiết bị, module chức năng đảm bảo thực hiện các nhiệm vụ đã đặt ra là phát hiện, cảnh báo, ngăn chặn khi nồng độ cồn trong hơi thở người lái (ở chế độ khởi động động cơ) hoặc nồng độ cồn trong vùng không gian thở của người lái (chế độ xe vận hành) vượt quá giới hạn cho phép.
- Các thuật toán được xem xét đầy đủ các tình huống, trạng thái làm việc đảm bảo cho việc lập trình bộ vi xử lý chính xác.
- Hệ thống hoàn toàn có thể lắp ráp, chế tạo trong nước. Các linh kiện, mạch điện tử, các chíp và bộ vi xử lý không có yêu cầu đặc biệt hoặc chuyên dụng, các linh kiện điện tử này đều có sẵn ở thị trường trong nước.
- Tiêu hao năng lượng của hệ thống thấp, không ảnh hưởng đến kết cấu của xe cũng như không can thiệp vào các mạch điện tử trên xe.
- Hệ thống bao gồm các cụm thiết bị, các module chức năng được ghép nối với nhau. Phương pháp chế tạo này là đơn giản, phù hợp với giai đoạn thiết kế, chế tạo thử nghiệm.
- Có một thao tác mới, bắt buộc với người lái xe là phải thực hiện quá trình kiểm tra nồng độ cồn trong hơi thở trước mỗi lần khởi động động cơ. Trong trường hợp phát hiện nồng độ cồn trong hơi thở vượt quá mức quy định, lần khởi động tiếp sau chỉ có thể thực hiện sau thời gian 30 phút. Trong thời gian này, một đen cảnh báo màu đỏ sẽ bật sáng trên thân của thiết bị thổi kem theo còi hú mỗi khi người lái cố tình sử dụng thiết bị thổi sớm hơn thời gian ngắt mạch đã định (30 phút).
Chương 4 – CÁC THÍ NGHIỆM KHẢO SÁT SỰ LÀM VIỆC CỦA HỆ THỐNG PHÁT HIỆN VÀ CẢNH BÁO NỒNG ĐỘ CỒN 4.1. Mục đích tiến hành các thí nghiệm khảo sát.
Các thí nghiệm khảo sát đối với hệ thống phát hiện và cảnh báo nồng độ cồn trong vùng làm việc của người lái nhằm mục đích:
- Khảo sát các đặc tính của cảm biến đo nồng độ cồn để đánh giá tính nhạy của cảm biến với hơi cồn, thời gian trễ của quá trình phát hiện.
- Đánh giá khả năng phát hiện nồng độ cồn của hệ thống trong không gian làm việc người lái.
- Đánh giá khả năng làm việc của hệ thống khóa khởi động động cơ khi phát hiện nồng độ cồn trong hơi thở người lái cao quá mức qui định.
- Đánh giá chung chất lượng làm việc của hệ thống phát hiện và cảnh báo về nồng độ cồn trong vùng không gian làm việc của người lái cao quá mức qui định.
Các thí nghiệm được tiến hành trong các điều kiện phòng thí nghiệm và thí nghiệm trên xe.
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