B: ĐIỀU KHIỂN TẢI ĐỘNG CƠ
VWR=(VWRL +VWRR) VWF=(VWFL +VWFR)
VWF=(VWFL +VWFR)
Với VWF :Vận tốc trung bình của cầu trước ,
VWR: Vận tốc trung bình của cầu sau, VWRL : vận tốc bánh trái cầu sau , VWRR: vận tốc bánh phải cầu sau .
Cách tính này ngược lại khi xe phanh, vì khi phanh bánh xe cầu sau bị lết, vận tốc nhỏ hơn bánh xe cầu trước.
Khi hệ số trượt vượt qua ngưỡng trên thì hệ thống sẽ điều khiển cơ cấu điều chỉnh dây ga hoạt động, nhả dây ga làm cho lượng nhiên liệu đi vào động cơ giảm xuống . Mômen do động cơ truyền tới bánh xe chủ động giảm xuống , vận tốc bánh xe chủ động giảm và khi độ trượt nằm trong giới hạn cho phép thì hệ thống sẽ điều chỉnh cơ cấu kéo dây ga về vị trí ban đầu.
Với các cảm biến đặt ở 4 bánh xe gửi về bộ xử lý trung tâm của hệ thống để đưa về thông số vận tốc của các bánh nhờ đó ta tính ra được độ trượt của xe khi đang hoạt động. Ngoài ra với cảm biến encoder gửi về để tính toán độ dài dịch chuyển của dây ga .
Sơ đồ khối điều khiển hệ thống. Đề xuất mạch điều khiển hệ thống :
Với việc sử dụng động cơ có công suất nhỏ và cần lấy nhiều các giá trị để xử lý và tính toán nên em chọn vi xử lý Atmega32 làm bộ xử lý trung tâm .
Đặc điểm của VXL:
• Sử dụng kiến trúc RISC AVR.
• AVR kiến trúc RISC có chỉ tiêu chất lượng cao và tiêu thụ ít năng lượng. • 118 lệnh mạnh, hầu hết được thực hiện trong 1 chu kỳ xung nhịp.
• 32 kbytes RAM flash lập trình được ngay trên hệ thống. điều này cho phép ta có thể thay đổi chương trình điều khiển mà không cần lấy chip ra khỏi mạch.
• Giao diện nối tiếp SPI để lập trình ngay trên hệ thống. • Chịu được 100.000 lần ghi/ xoá.
• Bộ nhớ EEPROM 512 byte.
• Bộ biến đổi ADC 8 kênh, 10 bit tăng độ phân giải khi xử lý các biến tương tự • 32x8 thanh ghi làm việc đa năng.
• 32 đường vào ra lập trình được. • UART nối tiếp lập trình được. • Điện thế hoạt động: 2,7V- 5,5V. • Vùng tốc độ làm việc: 0 – 16 MHz. • Có mạch Power- On reset.
• Tốc độ xử lý lệnh lên đến 8MIPS ở 8MHz.
• Bộ đếm thời gian thực (RTC) với bộ dao động và chế độ đếm tách biệt. • Hai bộ đếm/ bộ định thời 8 bit với chế độ so sánh và chia tần số tách biệt.
• Một bộ đếm/ bộ định thời 16 bit với chế độ so sánh và chia tần số tách biệt và chế độ bắt mẫu (Capture).
• Ba kênh PWM (biến điệu độ rộng xung). • Các nguồn ngắt ngoài và trong.
• Bộ định thời watchdog lập trình được với bộ dao động trên chip. • Bộ so sánh tương tự có sẵn trên chip.
• Có ba chế độ ngủ: nghỉ (Idle), tiết kiệm năng lượng (Power save) và Power down.
• Khoá bảo mật phần mềm lập trình được.
Trên vi xử lý Atmega32 có 3 chân ngắt tràn INT0, INT1, INT2 và 3 chân TIMER-COUNTER (bộ đếm ) T0, T1, T2 .
Mạch điều khiển hệ thống.
Ta sẽ sử dụng 5 chân để lấy tín hiệu đầu vào cho vi xử lý , bao gồm 4 cảm biến tốc độ của 4 bánh xe và tín hiệu của encoder . Với V1, V2,V3,V4 lần lượt là chân tín hiệu cảm biến vận tốc bánh cầu trước trái, cầu trước phải, cầu sau trái, cầu sau phải tương đương với các chân PB0 ,PB1, PD2,PD3 của vi xử lý.
Do tín hiệu tốc độ từ bánh xe gửi về là xung vuông nên không cần phải xử lý tín hiệu, tín hiệu của encoder rất nhỏ nên qua bộ khuyếch đại thuật toán sử dụng LM358 để đưa tín hiệu vào vi xử lý. Tín hiệu sau khi qua LM358 đưa vào chân PB2 ( ngắt ngoài INT2) của vi xử lý để đếm số xung và qua đó có thể tính ra được đoạn dịch chuyển của dây ga.
Chân điều khiển động cơ giống như một công tắc đóng ngắt cho động cơ, và để đảo chiều quay của động cơ tương ứng với quá trình nhả ga hay thu dây ga về . Động cơ được nối với một mạch cầu tranzito để có thể đảo chiều quay, mạch cầu này được điều khiển qua 4 chân L1, L2,R1,R2 tương ứng với các chân PC0, PC1,
PC2, PC3 của vi xử lý. Muốn động cơ quay theo chiều thuận ta cấp điện vào các chân L1 và R2 của mạch cầu , còn muốn động cơ quay ngược lại chỉ cần cấp điện cho hai chân L2 và R1.
Nguyên lý làm việc của hệ thống :
Dựa vào các tín hiệu từ các cảm biến gửi về, Atmega 32 sẽ xử lý các tín hiệu đó, tính toán , so sánh với giá trị ngưỡng trượt .Nếu xảy ra hiện tượng trượt quay của bánh xe, vi xử lý sẽ đồng thời cấp điện vào hai chân PC0 và PC3, động cơ được cấp điện làm quay bánh răng bị động , cùng lúc này mắt đọc cảm biến encoder phát ra tín hiệu gửi về vi xử lý. Qua việc đếm xung mà encoder gửi về thì vi xử lý sẽ tính ra độ dịch chuyển của dây ga ( cứ 8 xung bánh răng bị động quay được 1 vòng và dây ga dịch chuyển 0,5mm) . Khi dây ga dịch chuyển được một đoạn 1mm thì vi xử lý sẽ ngắt điện chân điều khiển động cơ, cơ cấu ngừng hoạt động. Và vi xử lý lại tiếp tục tính toán độ trượt và so sánh với ngưỡng điều khiển nếu như độ trượt nhỏ hơn giá trị cho phép thì lúc này vi xử lý sẽ mở hai chân PC1, PC2 để điều khiển cơ cấu kéo dây ga về vị trí ban đầu.
Với những thông số trên em đưa ra khoảng dịch chuyển của dây ga trong quá trình làm việc là 12mm và được chia ra thành 6 khoảng bằng nhau, mỗi khoảng điều khiển tương ứng với 2mm và 32 xung của cảm biến encoder. Khi xảy ra hiện tượng trượt quay , bộ xử lý sẽ điều khiển động cơ và làm dây ga giãn ra đồng thời cảm biến encoder cũng gửi tín hiệu về bộ xử lý và khi vi xử lý đếm đủ 32 xung thì sẽ ngừng cấp điện cho động cơ. Với việc điều khiển như vậy thì dây ga sẽ được nhả ra mỗi lần 2mm cho tới khi bánh xe không còn trượt quay nữa , lúc này bộ xử lý sẽ điều khiển động cơ kéo dây ga về với vị trí ban đầu.
Thử nghiệm cơ cấu điều chỉnh dây ga
Sau khi gia công chế tạo và hoàn thành cơ cấu , em tiến hành thử nghiệm tại phòng thí nghiệm khoa Cơ Khí Động Lực – Đại học Sư Phạm Kỹ Thuật Hưng Yên.
Động cơ tiến hành thử nghiệm là động cơ diesel của dòng xe KIA Besta 96/98 , động cơ có nhiều nét tương đồng đối với động cơ Model :YC4F115-20 của xe tải cần thiết kế.
Do công nghệ gia công còn nhiều hạn chế và để dẽ dàng trong quá trình thử nghiệm nên em chế tạo một mẫu thử đơn giản để có thể lắp lên động cơ để kiểm tra hoạt động của cơ cấu.
Thử nghiệm trực tiếp trên động cơ nên không thể lấy được các thông số tốc độ của các bánh xe để điều khiển hệ thống, do đó quá trình thử nghiệm thì động cơ điện được điều khiển để nhả dây ga ra từng khoảng 2mm và thu hồi dây ga lại về vị trí ban đầu.
Cơ cấu điều chỉnh dây ga lắp trên động cơ thử nghiệm. Các bước thử nghiệm :
- Gắn cơ cấu điều chỉnh lên cần điều chỉnh nhiên liệu của bơm cao áp, một đầu dây
ga gắn vào khớp cầu trên trục vít của cơ cấu,
- Khởi động động cơ, chỉnh lại độ căng dây ga để đưa động cơ về quá trình không tải,
- Sau khi động cơ nổ ổn định, từ từ nhấn bàn đạp ga xem sự thay đổi tải của động cơ
trước và sau khi lắp cơ cấu lên,
- Giữ nguyên vị trí bàn đạp ga, sau đó điều khiển cơ cấu để nhả dây ga 2mm, nhả 6
lần và cách đều nhau.
- Điều khiển cơ cấu kéo dây ga về vị trí ban đầu.
Kết quả : Với những thử nghiệm ban đầu cho kết quả khả quan về khả năng làm việc của cơ cấu , cơ cấu đáp ứng khá nhanh trong quá trình làm việc. Do điều
kiện thử nghiệm còn hạn chế nên chưa thể đưa ra được các thông số về sự thay đổi về tốc độ và công suất của động cơ và tần số đáp ứng của hệ thống. Nhưng đây cũng là tiền đề để nghiên cứu và phát triển để hoàn thiện hệ thống điều chỉnh công suất của động cơ trong quá trình trượt quay của bánh xe .