CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN 1.1 Lý do chọn đề tài Cùng với sự phát triển bùng nổ của nền kinh tế thế giới, hoạt động giao thông vận tải và vận chuyển hành khách cũng ngày càng lớn mạnh và là nhu cầu thiết yếu hàng đầu đối với mỗi một cá nhân, tổ chức. Bởi lẽ đó mà ô tô ngày nay đã trở thành phương tiện vận tải chủ yếu, phổ biến để chuyên chở hàng hóa và hành khách, được sử dụng rộng rãi trong mọi lĩnh vực đời sống, kinh tế, xã hội. Khi số lượng ô tô ngày càng nhiều, mật độ giao thông trên đường cũng ngày càng dày đặc, do đó để giảm bớt các thao tác phức tạp cho người lái xe, các nhà sản xuất ô tô trên toàn thế giới đã cho ra đời các dòng xe được trang bị với hộp số tự động giúp tăng hiệu quả truyền động, giúp người lái xe vận hành xe một cách đơn giản và nhanh chóng hạn chế tình trạng ùn tắc và ảnh hưởng đến khác phương tiện khác đang tham gia giao thông. Xe số tự động đã trở thành sự lựa chọn phổ biến hơn cho người tiêu dùng do tính tiện dụng và dễ sử dụng.
Nhiều hãng xe đã tập trung phát triển và cung cấp nhiều mẫu xe số tự động hơn, đồng thời giảm dần số lượng mô hình xe số sàn. Song, ở một số thị trường vẫn có sự ưa chuộng đối với xe số sàn. Việc di chuyển trên xe số sàn còn gặp nhiều khó khăn như xe dễ tắt máy khi khởi hành và đặc biệt khi khởi hành ngang những con dốc xe có thể tuột dốc nếu người lái không điều khiển được và gây ra những tai nạn không đáng có, kèm theo ùn tắc giao thông. Để khắc phục tình trạng này một số nhà sản xuất đã trang bị hệ thống khởi hành ngang dốc cho cả những xe số sàn như Hill Strart Assist (HAS), Hill Hold Control (HHC), Hill Launch Assist (HLA), …Tuy nhiên, nhóm chúng em nhận thấy mặc dù xe đã được trang bị các hệ thống này, nhưng người lái vẫn còn thực hiện khá nhiều thao tác.
Chính vì thế, để giảm bớt các thao tác cho người lái và để dồn toàn bộ sự tập trung cho việc điều hướng xe của mình, nhóm chúng em đã đưa ra ý tưởng thiết kế “Hệ thống hỗ trợ khởi hành ngang dốc thông minh dành cho xe số sàn”.2 Tình hình nghiên cứu trong và ngoài nước 1.1 Tình hình nghiên cứu trong nước Hệ thống hỗ trợ khởi hành ngang dốc là một tính năng ngày càng trở nên phổ biến, có thể được coi là một tính năng an toàn và được hầu hết các nhà sản xuất áp dụng lên các dòng xe của họ, do đó việc nghiên cứu về hệ thống này cũng đang được chú trọng hơn rất nhiều tại các trường đại học cũng như các trung tâm nghiên cứu và phát triễn công nghệ ô tô trong nước. Trong quá trình thực hiện đề tài này nhóm đã có tham khảo đề tài như sau: Bài nghiên cứu: “Nghiên cứu đề xuất mô hình hệ thống hỗ trợ khởi hành ngang dốc dựa trên hệ thống phanh khí nén có ABS” do nhóm Lê Anh Vũ, Trần Văn Thoan 1 (thuộc trường Đại học Sư phạm kỹ thuật Hưng Yên), Phan Doãn Thuần (thuộc trường Cao đẳng giao thông vận tải đường bộ) và Trần Văn Chinh (thuộc trường Trung cấp nghề giao thông công chính Hà Nội) đồng nghiên cứu. Bài nghiên cứu đề xuất cấu trúc hệ thống khởi hành ngang dốc dựa trên hệ thống phanh khí nén có ABS và xây dựng mô hình mô phỏng bằng Matlab/Simulink. Kết quả khảo sát hoạt động của hệ thống ở xe tải thử nghiệm có công thức bánh xe 4x2 trên dốc 10 % cho thấy sự biến thiên áp suất khí nén tại bầu phanh bánh xe phù hợp với quy luật vật lý, hệ thống đã đề xuất có thể sử dụng để điều khiển hỗ trợ khởi hành ngang dốc giúp cho người lái điều khiển xe dễ dàng.1 Tình hình nghiên cứu ngoài nước Một số bài nghiên cứu về hệ thống hỗ trợ khởi hành ngang dốc mà nhóm đã tìm hiểu và tham khảo: - Bài báo: “INNOVATIVE HILL START ASSISTANCE DEVICE” do nhóm nghiên cứu gồm Paulo Burger, Claudinei Buzinaro, Alberto Bucci đến từ công ty Magneti Marelli Powertrain India Private Limited của Ấn độ.
Trang bị này cung cấp một giải pháp đơn giản hỗ trợ người lái trong tình huống khởi hành ngang dốc. Nguyên lý chung của hệ thống này là kích hoạt van dẫn hướng trên đường ống dầu phanh để giữ xe dừng lại khi tài xế nhả chân phanh, dựa vào tín hiệu gửi về từ một gia tốc kế để xác định chính xác độ nghiêng của con dốc từ đó tính toán momen xoắn động cơ cần thiết để khởi động an toàn. Thiết bị này sẽ đảm bảo công dụng của nó từ các loại xe từ thấp đến cao cấp nhất, cho phép lắp ráp trên cả xe số sàn và số tự động kể cả những dòng xe không được trang bị hệ thống phanh chống bó cứng. - Bài nghiên cứu: “Research on the Hill Start Assist of Commercial Vehicles Based on Electronic Parking Brake System” do nhóm sinh viên gồm Pai Peng – Hongliang Wang– Xianhui Wang – Dawei Pi – Tianle Jia (thuộc Nanjing University of Science & Technology, Department of Mechanical Engineering, China) và Weihua Wang (thuộc Nanjing University of Posts & Telecommunications, School of Electronic Science & Engineering, China) đồng nghiên cứu.
Mục đích của bài nghiên cứu này là phát triển khung kiểm soát ngưỡng logic để cải thiện chất lượng hổ trợ khởi hành ngang dốc của các dòng xe thương mại được trang bị với phanh tay điện tử (EPB). Nhóm nghiên cứu đã xây dựng mô hình áp suất điều khiển van điện từ thông qua điều chế tần số và độ rộng xung (PWM-PFM). Sau đó đánh giá bộ điều khiển ở nhiều độ dốc khác nhau, chẳng hạn như 8%, 13% và 18% và so sánh kết quả với bộ điều khiển chuẩn hiện có trong môi trường mô phỏng liên quan đến Matlab/Simulink và Trucksim.3 Mục đích đề tài Thiết kế được một hệ thống hỗ trợ khởi hành ngang dốc thông minh giúp người lái xe số sàn khởi hành xe qua những con dốc một cách nhanh chóng, an toàn và hiệu quả mà thực hiện ít thao tác nhất có thể.4 Đối tượng và phạm vi nghiên cứu 1.1 Đối tượng nghiên cứu Đề tài: “Hệ thống hỗ trợ khởi hành ngang dốc thông minh dành cho xe số sàn” được thực hiện với đối tượng nghiên cứu là xe Toyota Camry XLI 1997 1.2 Phạm vi nguyên cứu - Tính toán lực cần thiết để tác dụng vào bàn đạp phanh và ly hợp từ đó chọn trục vít-me bi với thông số phù hợp, motor bước có momen xoắn phù hợp - Thiết kế và chạy mô phỏng hệ thống. - Lắp đặt và chạy thực nghiệm trên xe Toyota Camry XLI 1997 - Đánh giá kết quả thực nghiệm và đưa ra giải pháp hoàn thiện và hướng phát triển của đề tài.5 Phương pháp nghiên cứu - Nghiên cứu các tài liệu về hệ thống hỗ trợ khởi hành ngang dốc được các nhà sản xuất ô tô lớn như Mercedes-Benz, BMW, Toyota, Ford… công bố trên các tạp chí, internet, các bài báo, bài nghiên cứu khoa học về hệ thống hỗ trợ khởi hành ngang dốc của các Trung tâm nghiên cứu và phát triển về công nghệ ô tô… - Nghiên cứu mô phỏng - Nghiên cứu thực thực nghiệm - Phân tích số liệu 1.6 Nội dung thực hiện - Tìm hiểu về cấu tạo, nguyên lý làm việc của hệ thống phanh và ly hợp trên xe Toyota Camry XLI 1997.
- Tìm hiểu về hệ thống hỗ trợ khởi hành ngang dốc được trang bị trên các dòng xe hiện nay. - Tính toán lực cần thiết tác dụng lên bàn đạp phanh và ly hợp. - Tính toán chọn các thông số cho cơ cấu bộ trục vít me bi. - Tính toán chọn động cơ bước có momen xoắn phù hợp.
- Thiết kế và mô phỏng cơ cấu chấp hành trên AutoCAD. - Thi công cơ cấu chấp hành và lắp đặt lên xe. - Đọc và hiểu được sơ đồ mạch điện của xe. - Xây dựng sơ đồ giải thuật.
3 - Thu thập và xử lý các tín hiệu từ các cảm biến tốc độc động cơ (Ne), tốc độ xe (SPD) và vị trí bướm ga (TPS). - Thi công hộp điều khiển và lắp đặt mạch điện. - Lập trình điều khiển các cơ cấu chấp hành. - Vận hành thực nghiệm và phân tích đánh giá kết quả đạt được.7 Kế hoạch thực hiện đồ án Bảng 1.1 Kế hoạch thực hiện đồ án Thời gian Nội dung thực hiện - Nhận đề tài: “Hệ thống hỗ trợ khởi hành ngang dốc 13/02/2023 thông minh dành cho xe số sàn”.
14/02 – 26/02/2023 - Tìm, đọc hiểu tài liệu lý thuyết về hệ thống hỗ trợ khởi hành ngang dốc 27/02 – 12/03/2023 - Khảo sát xe Camry XLI 1997 - Nghiên cứu, đọc hiểu sơ đồ mạch điện - Đưa ra ý tưởng thiết kế 13/03 – 02/04/2023 - Mô phỏng mô hình thiết kế trên AUTO CAD - Đo đạc, tính toán và chọn vật liệu 03/04 – 07/05/2023 - Thiết kế mô hình về mặt cơ khí và lắp ráp lên xe 08/05 – 04/06/2023 - Hoàn thành chương trình thuật toán - Lắp đặt cố định, bố trí hệ thống dây điện - Xây dựng chương trình điều khiển 05/06 – 18/06/2023 - Chạy thực nghiệm và đưa ra giải pháp hoàn thiện 19/06 – 25/05/2023 - Tổng hợp nội dung, thiết kế power point 26/06 – 30/06/2023 - Chỉnh sửa, nghiên cứu lại kiến thức và luyện tập thuyết trình 4 CHƯƠNG 2: CƠ SỞ LÝ THUYẾT 2.1 Tổng quan về hệ thống hỗ trợ khởi hành ngang dốc 2.1 Lịch sử ra đời Hệ thống hỗ trợ khởi hành ngang dốc ra đời vào năm 1936, ban đầu được gọi là hệ thống hỗ trợ lái xe đường dốc Hill Holder. Đến năm 1937, hãng xe Studebaker President áp dụng vào các mẫu xe của hãng. Đến nay, hầu hết mọi ô tô đều được trang bị hệ thống này.2 Công dụng và nguyên lý hoạt động Công dụng: Hệ thống hỗ trợ khởi hành ngang dốc (HSA) là một hệ thống được trang bị trên ô tô rất phổ biến hiện nay. Hệ thống này tạo cảm giác an toàn, thoải mái hơn cho người lái khi điều khiển ô tô qua các đoạn đường dốc, đèo.
HSA giúp ô tô khởi hành khi xe đang lưng chừng trên dốc mà người lái không giữ chân phanh, nhưng vẫn đảm bảo không bị tụt dốc.[3] Nguyên lý hoạt động của hệ thống khởi hành ngang dốc trên xe số sàn: Hệ thống phát hiện khi xe đang dừng trên một dốc thông qua tín hiệu từ các cảm biến trên xe như cảm biến góc nghiêng, cảm biến tốc độ xe hoặc gia tốc kế khi xe dừng trên dốc, hệ thống giữ phanh tự động sau khi người lái nhả chân khỏi bàn đạp phanh.