LỜI MỞ ĐẦU Những năm gần đây, công nghệ thông tin kỹ thuật điện tử hiện đại đã đƣợc ứng dụng rộng rãi trong thực tế. Một trong những ứng dụng của nó là điều khiển và giám sát các quá trình hoạt động và chuyển động. Cảm biến này đƣợc ứng dụng trong y học cũng nhƣ giao thông. Trong quá trình mô tả và thực nghiệm, cảm biến này đƣợc đƣa vào thực tế và đã thực hiện thành công các nhiệm vụ trong một môi trƣờng năng động.
Ứng dụng của cảm biến là giám sát té ngã của ngƣời già, hỗ trợ nhịp đập ở tim, điều khiển máy bay không ngƣời lái, bung túi hơi trên xe ô tô khi va chạm,…. Các ADXRS6050 chính là một cảm biến tốc độ góc đầy đủ (con quay) sử dụng các thiết bị, bề mặt vi xử lý để thực hiện chức năng cảm biến tích hợp với tất cả các thiết bị điện tử cần thiết trên một chíp. Kỹ thuật sản xuất cho sản phẩm này là những thiết bị cao cấp có khối lƣợng xử lý trong nhiều lĩnh vực, với độ tin cậy đã đƣợc chứng minh. Các con quay hồi chuyển cấp công nghiệp là 100% pin gói, nhiệt độ và chức năng tƣơng thích với các liên quan cấp chuyển động ADXRS620 và ADXRS622 ADXR6050 con quay hồi chuyển.
Với nội dung “Hệ thống theo dõi chuyển động của xe ôtô sử dụng cảm biến gia tốc”. Luận văn của tôi gồm các phần sau: Chƣơng I: Giới thiệu nghiên cứu theo dõi chuyển động của xe ô tô Chƣơng II: Vi cảm biến gia tốc IMU công nghệ chế tạo các sản phẩm MEMS Chƣơng III: Thiết kế phần cứng Chƣơng IV:Phần mền điều khiền Chƣơng V: Thí nghiệm hoạt động hệ thống Chƣơng VI: Kết luận TIEU LUAN MOI download : skknchat@gmail.com -9- CHƢƠNG I. GIỚI THIỆU NGHIÊN CỨU THEO DÕI CHUYỂN ĐỘNG CỦA Ô TÔ 1. Theo dõi chuyển động ô tô Chắc rằng trong chúng ta, ai cũng đã có dịp ngắm nhìn những chiếc xe đủ kiểu dáng, đủ màu sắc chen chúc trong “dòng sông ôtô” khi đƣờng tắc hoặc thấy chúng bám đuôi nhau lao vun vút trên đƣờng cao tốc.
Nhƣng có lẽ ít ai hiểu rõ, khi chuyển động, nhất là ở tốc độ cao, ôtô đã chịu tác động của những lực nào. Theo lý thuyết thì khi chuyển động, ôtô phải khắc phục nhiều loại lực cản: lực cản lăn, lực quán tính, lực ma sát và nhất là lực cản của gió khi xe lao nhƣ bay về phía trƣớc. Lực cản lăn liên quan đến chất lƣợng mặt đƣờng, chất lƣợng săm lốp. Lực quán tính liên quan đến khối lƣợng và gia tốc của xe.
Lực ma sát liên quan đến vật liệu, công nghệ chế tạo và dầu mỡ bôi trơn. Còn lực cản của gió lại liên quan đến hình dạng khí động học và tốc độ của xe. Đây cũng là loại lực cản phức tạp nhất mà chúng tôi muốn đề cập đến trong bài này. Hiệu quả khí động học của một chiếc xe đƣợc xác định bởi hệ số cản (Cd) của nó.
Nói một cách đơn giản, hệ số cản là ảnh hƣởng của hình dạng chiếc xe đối với sức cản của không khí khi xe chạy. Theo lý thuyết, một mặt cầu kim loại có Cd bằng 1.0, nhƣng nếu tính đến hiệu ứng nhiễu loạn của không khí phía sau nó thì giá trị đó xấp xỉ 1. Hệ số khí động học thấp nhất là đối với vật thể có dạng hình giọt nƣớc. Hệ số cản có giá trị 0.
Tuy nhiên chúng ta khó có thể chế tạo một chiếc xe giống nhƣ thế. Những chiếc xe hiện đại thƣờng có hệ số cản Cd vào khoảng 0. Lực cản tỷ lệ với hệ số cản, diện tích mũi xe và bình phƣơng vận tốc của phƣơng tiện. Đƣờng ô tô ở những chỗ quanh thƣờng phải làm nghiêng.
Khi xe ôtô đi đến chỗ quanh, nó chịu tác dụng của trọng lƣợng P và phản lực Q của mặt đƣờng, lực này vuông góc với mặt đƣờng. Hợp lực của hai lực này hƣớng vào tâm làm cho ô tô chuyển động tròn đều một cách dễ dàng. Lực bám-một lực mơ hồ từ cách dịch thuật, thực chất nó là lực ma sát tĩnh giữa lốp xe với mặt đƣờng, lực này tỉ lệ với tải trọng đè lên lốp xe và hệ số bám. Hệ số bám lại phụ thuộc vào đặc tính lốp (áp suất lốp, hoa lốp, độ mòn lốp.), điều kiện mặt đƣờng.
Vai trò của lực bám thể hiện qua biểu thức sau: lực cản < lực kéo < lực bám. Đây gọi là điều kiện chuyển động của ô tô. Lực cản bao gồm lực cản gió, lực cản leo dốc, lực ma sát trong hệ thống truyền động, lực ma sát với mặt đƣờng (ma sát lăn).Lực kéo là lực phát ra từ động cơ và lực bám thực chất là lực ma sát tĩnh. Ảnh hƣởng của việc mất lực bám: Ảnh hƣởng đầu tiên là khả năng bó cứng bánh xe làm mất ổn định chuyển động của xe.
Điều kiện bó cứng bánh xe là lực phanh lớn hơn lực bám. Điều này đặc biệt nghiêm trọng khi xe vào cua.Khi đó, chính lực ly tâm sẽ xô ngang phần đuôi hoặc đầu xe (tùy 2 bánh sau hay trƣớc bị mất lực bám). Nghĩa là khi mất lực bám, quán tính của phần thân xe sẽ làm bánh xe trƣợt lê trên mặt đƣờng. TIEU LUAN MOI download : skknchat@gmail.com -10- Chẳng có gì đáng nói nếu bánh xe chuyển động thẳng tuyệt đối.
Tuy nhiên, bánh xe khi chuyển động luôn chịu thành phần lực ngang và lực này làm văng xe qua một bên, gây mất kiểm soát lái. Tất nhiên, điều đó không phải lúc nào cũng có hại. Nhƣ trong nghệ thuật drift xe hay kỹ năng điều khiển xe qua khúc cua tay áo mà không cần phải giảm tốc đến mức thấp nhất. Ngƣời lái phanh gấp 2 bánh xe trƣớc làm cho đuôi xe bị hất lên, trọng tâm xe lúc đó bị dồn về phía đầu xe, nghĩa là tải trọng đề lên 2 bánh sau bị giảm làm giảm lực bám nên bánh xe rất dễ bị bó cứng.
Khi đó, chỉ cần kéo phanh tay để làm bánh sau bị bó cứng và xe bị trƣợt ngang do lực ly tâm. Kết quả của quá trình trƣợt giúp thân xe nắm đúng hƣớng của đoạn đƣờng khi qua khỏi cua (có thể kết hợp đánh lái nhẹ). Về nguyên nhân gây mất lực bám thì rất nhiều nguyên nhân mà cơ bản là sự giảm tải trọng đè lên bánh xe và giảm hệ số bám.Về biện pháp khắc phục cũng có rất nhiều nhƣ sử dụng ABS, BAS, ESP… 1. Nhu cầu và hiện trạng giao thông hiện nay Tính an toàn chuyển động của ôtô là tính chất tổng hợp nhằm giảm xác suất phát sinh tai nạn giao thông và giảm thiểu tổn thất về vật chất và con ngƣời khi xảy ra tai nạn giao thông.
An toàn chuyển động của ôtô phải đƣợc coi là một trong các tính chất khai thác quan trọng nhất bởi nó ảnh hƣởng tới đời sống và sức khoẻ con ngƣời, tới chất lƣợng ôtô, hàng hoá chuyên chở và các công trình giao thông. Ở nƣớc ta, ƣớc tính số tai nạn giao thông hàng năm rất cao.Trong đầu năm đến nay, cả nƣớc xảy ra gần 15.000 vụ tai nạn giao thông (TNGT), làm chết trên 11.000 ngƣời, bị thƣơng hơn 10. So với năm 2009 tăng 1.788 vụ, giảm 47 ngƣời chết và tăng khoảng 2.500 ngƣời bị thƣơng. Trong đó đƣờng bộ xảy ra nhiều TNGT nhất.
Nếu tính trung bình thì số ngƣời thiệt mạng mỗi ngày do TNGT là hơn 31 ngƣời.HCM năm 2010 có 785 ngƣời chết, giảm 74 ngƣời; Hà Nội có 735 ngƣời chết, giảm 89 ngƣời. Do đó việc giám sát chuyển động của ôtô để đƣa ra các cảnh báo nhằm giảm thiểu các tai nạn là một vấn đề hết sức cần thiết. Các phƣơng pháp cảnh báo, đề xuất hƣớng giải quyết ứng dụng MEMS. Phát hiện các tai nạn giao thông bằng hệ thống phát hiện và cảnh báo chuyển động để hỗ trợ giúp ngƣời điều khiển phƣơng tiện là điều rất cần thiết để tránh những hậu quả đáng tiếc.
Giải pháp là sẽ sử dụng thiết bị cảnh báo đặt ở các vị trí thuận tiện giám sát trên xe để ngƣời điều khiển phƣơng tiện biết đƣợc chuyển động khi xe đang lƣu thông. Lúc đó, chuyển động của xe đƣợc theo dõi thông qua các cảm biến gia tốc đặt ở vị trí trên xe. Khi hệ thống làm việc, mọi chuyển động của xe sẽ đƣợc theo dõi và xử lý. Việc phân tích chuyển động quay của xe sẽ đƣợc thực hiện hoàn toàn tự động nếu phát hiện xe đang chuyển động với góc quay, đầu ra của hệ thống cảm biến sẽ lập tức đƣa ra cảnh báo với độ chính xác cao.1 Các ứng dụng phổ cập nhất hiện nay của công nghệ MEMS Trong các ngành công nghiệp có thể tóm tắt nhƣ sau: Sensor áp suất: Kiểm tra tỷ lệ nhiên liệu và các chức năng đo đạc khác trong ôtô, thiết bị đo huyết áp và các ứng dụng dân dụng khác.
Sensor gia tốc và gyroscope: Túi khí trong ôtô, thiết bị định hƣớng cho tên lửa và các phƣơng tiện vận tải. Hiển thị: Các màn hình độ phân giải cao dùng các vi gƣơng cho các thiết bị điện tử. Đầu phun mực: Hàng trăm triệu chip phun mực một năm cho các máy in laser đen trắng và mầu. Các TIEU LUAN MOI download : skknchat@gmail.com -11- sensor hoá học: Cho các mục đích y tế và y sinh học.
Chuyển mạch cho thông tin quang sợi: Internet, truyền hình và thông tin giải rộng dùng cáp quang. Vi van: Các hệ sắc kế khí cực nhỏ sử dụng các dãy vi van. Chuyển mạch điện cơ: Các vi rơle trong các ứng dụng một chiều, xoay chiều và vô tuyến. Các ứng dụng thử nghiệm đo rung của công nghệ MEMS Hệ đo rung thời gian thực này không chỉ áp dụng cho bài toán INS/GPS mà còn có thể sử dụng cho nhiều ứng dụng khác nữa mà ở đó không có sẵn cảm biến gia tốc.
Hệ INS/GPS cần lắp đặt tại trọng tâm xe trong khi khối đo rung có thể đặt gần động cơ. Cảm biến gia tốc có sẵn trong khối đo quán tính chỉ có thể cho dữ liệu ra tối đa là 64 mẫu/s, là không đủ khi đo rung tần số cỡ vài chục Hz trở lên. Hình dƣới mô tả đầu ra của cảm biến gia tốc lắp đặt theo phƣơng thẳng đứng (vuông góc với sàn xe) trong khoảng thời gian hơn 20 phút. Thí nghiệm theo chủ ý gồm ba pha: xe đứng yên và động cơ chƣa nổ máy, xe đứng yên với động cơ đã đƣợc nổ máy và xe chuyển động trên quỹ đạo hai chiều.
Khi xe đứng yên và không bật máy thì đầu ra của cảm biến vẫn có tín hiệu với độ lớn đáng kể.