Nghiên Cứu Chế Tạo Mô Hình Hệ Thống Túi Khí Ô Tô (Đồ Án Tốt Nghiệp)

Nghiên cứu chế tạo mô hình túi khí cho đồ án tốt nghiệp ngành công nghệ kỹ thuật ô tô. Tìm hiểu quy trình, thiết kế, và thử nghiệm hệ thống an toàn quan trọng.

• Trường học: Trường Đại học Sư phạm Kỹ thuật TP. HCM
• Chuyên ngành: Công nghệ Kỹ thuật Ô tô
• Đề tài: Nghiên Cứu, Chế Tạo Mô Hình Hệ Thống Túi Khí
• Loại tài liệu: Đồ án tốt nghiệp
• Địa điểm: TP. Hồ Chí Minh

Mục lục chi tiết

• LỜI CẢM ƠN
• DANH MỤC CÁC CHỮ VIẾT TẮT VÀ KÝ HIỆU
• DANH MỤC CÁC HÌNH
• DANH MỤC CÁC BẢNG
• 1. CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN
• 1.1. Tổng quan tình hình nghiên cứu thuộc lĩnh vực đề tài ở trong và ngoài nước
• 1.2. Lý do chọn đề tài
• 1.3. Phương pháp nghiên cứu
• 1.4. Giới hạn của đề tài
• 1.5. Các bước thực hiện
• 2. CHƯƠNG 2: CƠ SỞ LÝ THUYẾT
• 2.1. Lịch sử và quá trình phát triển của hệ thống túi khí trên ô tô
• 2.2. Tổng quan về túi khí trên ô tô
• 2.3. Cấu tạo, chức năng và nguyên lý hoạt động của hệ thống túi khí trên ô tô
• 2.3.1. Cấu tạo – chức năng của các bộ phận
• 2.3.2. Nguyên lý hoạt động của hệ thống
• 2.3.3. Các tình huống kích hoạt túi khí
• 2.4. Cơ sở lý thuyết về phần cơ khí
• 2.5. Cơ sở lý thuyết về thiết kế mạch điện, điều khiển
• 2.6. Cơ sở lý thuyết giao tiếp I2C
• 2.7. Ứng dụng phần mềm thiết kế, mô phỏng mạch điện Proteus
• 3. CHƯƠNG 3: THIẾT KẾ THI CÔNG MÔ HÌNH
• 3.1. Thiết kế thi công phần cơ khí
• 3.1.1. Bản vẽ thiết kế mô hình túi khí
• 3.1.2. Lựa chọn vật liệu
• 3.1.3. Tiến hành hàn khung xe
• 3.1.4. Chế tạo bình chứa khí nén
• 3.1.5. Van điện từ khí nén
• 3.1.6. Gia cố lại túi khí
• 3.1.7. Thi công – Lắp ráp
• 3.2. Thiết kế phần điện và điều khiển
• 3.2.1. Thiết kế hộp điều khiển trung tâm (ACU)
• 3.2.1.1. Các linh kiện điện tử được sử dụng trong hộp điều khiển trung tâm (ACU)
• 3.2.1.2. Board mạch in hộp điều khiển trung tâm
• 3.2.2. Thiết kế hộp thông tin
• 3.2.2.1. Các linh kiện điện tử được sử dụng trong hộp thông tin
• 3.2.2.2. Board mạch in hộp thông tin
• 3.2.3. Board mạch bảng đồng hồ
• 3.2.4. Thiết kế board mạch hộp chấp hành
• 3.2.4.1. Các linh kiện điện tử được sử dụng trong hộp chấp hành
• 3.2.4.2. Board mạch in hộp chấp hành
• 3.3. Lập trình điều khiển
• 4. CHƯƠNG 4: VẬN HÀNH MÔ HÌNH VÀ CÁC KẾT QUẢ ĐẠT ĐƯỢC
• 4.1. Vận hành mô hình
• 4.1.1. Vận hành mô hình với tốc độ giả lập dưới 30km/h
• 4.1.2. Vận hành mô hình với tốc độ giả lập từ 31km/h đến 60km/h
• 4.1.3. Vận hành mô hình với tốc độ giả lập từ 61km/h đến 100km/h
• 4.1.4. Vận hành mô hình với tốc độ giả lập từ 101 km/h đến 220km/h
• 4.2. Các kết quả đạt được
• 5. CHƯƠNG 5: KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ
• Hướng dẫn sử dụng mô hình
• DANH MỤC TÀI LIỆU KHAM KHẢO

Tóm tắt

I. Khám phá mô hình túi khí ô tô Từ ý tưởng đến hiện thực

Mô hình túi khí ô tô là một công cụ nghiên cứu và giảng dạy trực quan, mô phỏng lại toàn bộ quá trình hoạt động của một trong những hệ thống an toàn thụ động quan trọng nhất. Việc nghiên cứu và chế tạo mô hình này không chỉ củng cố kiến thức lý thuyết mà còn mở ra hướng tiếp cận thực tiễn trong ngành công nghệ kỹ thuật ô tô. Hệ thống túi khí, hay còn gọi là Hệ thống hạn chế va đập bổ sung (SRS), đã trải qua một quá trình phát triển lâu dài, từ những ý tưởng sơ khai vào những năm 1950 đến công nghệ tinh vi ngày nay. Mục tiêu chính của hệ thống là giảm thiểu chấn thương cho người ngồi trong xe khi xảy ra va chạm, đặc biệt là va chạm từ phía trước. Một mô hình túi khí ô tô hiệu quả cần tái hiện chính xác cấu tạo và nguyên lý hoạt động túi khí, bao gồm các thành phần cốt lõi như cảm biến va chạm, bộ điều khiển túi khí (ACU), và bộ phận kích nổ. Nghiên cứu sâu về các thành phần này là bước đầu tiên và quan trọng nhất trong quá trình chế tạo. Tài liệu gốc nhấn mạnh rằng, việc tạo ra các mô hình thực hành là cực kỳ cần thiết để sinh viên có thể ứng dụng ngay kiến thức lý thuyết, quan sát trực quan và cảm nhận rõ ràng cách thức làm việc của hệ thống. Quá trình này đòi hỏi sự kết hợp giữa thiết kế cơ khí và lập trình điều khiển điện tử, tạo nên một sản phẩm hoàn chỉnh phục vụ công tác đào tạo và R&D trong ngành ô tô.

1.1. Lịch sử và vai trò của hệ thống an toàn thụ động trên ô tô

Hệ thống an toàn thụ động, với túi khí là thành phần trung tâm, đóng vai trò sống còn trong việc bảo vệ hành khách. Lịch sử phát triển của túi khí bắt đầu từ những năm 1951, nhưng phải đến những năm 1980, Mercedes-Benz mới thương mại hóa thành công hệ thống SRS đầu tiên. Ban đầu, túi khí được xem là giải pháp thay thế cho dây đai an toàn, nhưng các nghiên cứu sau đó đã chứng minh sự kết hợp của cả hai mang lại hiệu quả bảo vệ tối ưu. Theo tài liệu nghiên cứu, túi khí kết hợp với dây đai an toàn giúp giảm khoảng 8% số lượng tử vong do tai nạn. Chức năng chính của túi khí là tạo ra một tấm đệm khí, bung ra với tốc độ cực nhanh (khoảng 320km/h) để làm giảm lực va đập của đầu và ngực người ngồi vào các chi tiết cứng như vô lăng hay bảng táp-lô. Sự phát triển không ngừng đã bổ sung thêm các loại túi khí bên, túi khí rèm, túi khí đầu gối, tạo thành một mạng lưới bảo vệ toàn diện, đáp ứng các tiêu chuẩn an toàn ô tô ngày càng khắt khe.

1.2. Tổng quan cấu tạo và nguyên lý hoạt động túi khí cơ bản

Một hệ thống túi khí tiêu chuẩn bao gồm ba bộ phận chính. Thứ nhất là các cảm biến va chạm, được bố trí ở phía trước và hai bên thân xe, có nhiệm vụ phát hiện sự giảm tốc đột ngột và gửi tín hiệu về trung tâm. Thứ hai là bộ điều khiển túi khí (ACU), được xem là bộ não của hệ thống, liên tục phân tích dữ liệu từ cảm biến để đưa ra quyết định kích hoạt. Thứ ba là cụm túi khí, chứa ngòi nổ túi khí và túi được làm từ vật liệu túi khí chuyên dụng (sợi nylon hoặc composite). Nguyên lý hoạt động túi khí diễn ra trong vài phần nghìn giây. Khi va chạm đủ mạnh xảy ra, cảm biến gửi tín hiệu đến ACU. ACU xác thực tín hiệu và gửi một dòng điện đến ngòi nổ. Dòng điện này đốt cháy hợp chất hóa học (thường là Natri azua), tạo ra một lượng lớn khí Nitơ gần như tức thời, làm bung túi khí ra khỏi vị trí chứa. Toàn bộ quá trình từ khi va chạm đến khi túi bung hoàn toàn chỉ mất khoảng 40 mili giây.

II. Thách thức khi nghiên cứu chế tạo mô hình túi khí thực tiễn

Quá trình nghiên cứu và chế tạo một mô hình túi khí ô tô chức năng phải đối mặt với nhiều thách thức kỹ thuật và an toàn. Vấn đề lớn nhất đến từ cơ cấu kích nổ. Hệ thống túi khí nguyên bản sử dụng phản ứng hóa học để tạo khí, một quá trình chỉ diễn ra một lần và tiềm ẩn nguy cơ nếu không được kiểm soát chặt chẽ. Việc tái tạo cơ chế này trong môi trường phòng thí nghiệm là không thực tế và tốn kém. Do đó, một trong những giới hạn của đề tài được nêu trong tài liệu gốc là tìm ra giải pháp thay thế hiệu quả. Một thách thức khác là độ phức tạp của hệ thống điều khiển. Bộ điều khiển túi khí (ACU) trên xe thực tế là một máy tính tinh vi, xử lý tín hiệu từ nhiều loại cảm biến (gia tốc, áp suất, con quay hồi chuyển) để đưa ra quyết định chính xác. Việc lập trình một ACU mô phỏng đòi hỏi kiến thức sâu về cả phần cứng và thuật toán, để có thể phân biệt được các loại va chạm và kích hoạt hệ thống đúng thời điểm. Việc chế tạo mô hình không chỉ đơn thuần là lắp ráp, mà là một quá trình R&D trong ngành ô tô thu nhỏ, đòi hỏi sự cân bằng giữa tính chính xác khoa học, tính an toàn và chi phí hợp lý.

2.1. Vấn đề an toàn và chi phí với ngòi nổ túi khí hóa học

Cơ cấu tạo khí truyền thống dựa trên việc đốt cháy các hợp chất như Natri azua (NaN₃). Phản ứng này tạo ra khí Nitơ để làm phồng túi, nhưng nó là một phản ứng không thể đảo ngược và chỉ sử dụng một lần. Đối với một mô hình giảng dạy và nghiên cứu, việc phải thay thế toàn bộ cụm túi khí sau mỗi lần thử nghiệm va chạm là cực kỳ tốn kém và không hiệu quả. Hơn nữa, việc xử lý các hóa chất dễ cháy nổ trong môi trường giáo dục đặt ra những yêu cầu nghiêm ngặt về an toàn. Do đó, việc tìm kiếm một giải pháp cơ học hoặc khí nén để thay thế ngòi nổ túi khí hóa học là mục tiêu cốt lõi mà đề tài nghiên cứu hướng tới, nhằm tạo ra một mô hình có thể tái sử dụng nhiều lần, an toàn và tiết kiệm chi phí.

2.2. Độ phức tạp của thuật toán trong bộ điều khiển túi khí ACU

Việc mô phỏng chính xác hoạt động của bộ điều khiển túi khí (ACU) là một thách thức lớn. ACU thực tế phải xử lý các tín hiệu phức tạp để phân biệt giữa một cú va chạm nguy hiểm và các rung động thông thường (như đi vào ổ gà hay đóng sập cửa). Thuật toán phải tính toán được mức độ nghiêm trọng của va chạm dựa trên dữ liệu gia tốc và quyết định xem có cần kích hoạt túi khí hay không, và nếu có thì kích hoạt ở giai đoạn nào (với các công nghệ túi khí thông minh hai giai đoạn). Trong mô hình nghiên cứu, việc lập trình vi điều khiển (như Arduino) để đọc dữ liệu từ cảm biến va chạm (ví dụ MPU-6050) và thực thi một logic tương tự đòi hỏi sự hiểu biết sâu sắc về động lực học va chạm và lập trình nhúng. Mục tiêu là tạo ra một hệ thống đủ nhạy để hoạt động khi cần nhưng cũng đủ ổn định để tránh kích hoạt sai.

III. Hướng dẫn thiết kế cơ khí cho mô hình túi khí ô tô chính xác

Phần cơ khí là nền tảng vật lý của mô hình túi khí ô tô, quyết định tính trực quan và độ tin cậy khi vận hành. Quá trình thiết kế bắt đầu với việc xây dựng một khung xe mô phỏng, có khả năng di chuyển trên một đường ray để giả lập tình huống va chạm trực diện. Theo tài liệu tham khảo, việc lựa chọn vật liệu cho khung xe (thép mạ kẽm) và bánh xe (thép rãnh V) là rất quan trọng để đảm bảo độ bền và chuyển động mượt mà. Điểm nhấn quan trọng nhất trong thiết kế cơ khí của mô hình này là việc thay thế hệ thống tạo khí hóa học bằng một hệ thống khí nén. Giải pháp này bao gồm một bình chứa khí nén, một van điện từ (solenoid valve) và hệ thống ống dẫn. Khi nhận được tín hiệu từ ACU, van điện từ sẽ mở ra, giải phóng một luồng khí nén áp suất cao để làm bung túi khí. Cách tiếp cận này không chỉ an toàn mà còn cho phép mô hình được tái sử dụng nhiều lần. Việc gia công và lắp ráp các chi tiết như bình khí, vô lăng, ghế ngồi và vị trí đặt túi khí cần tuân thủ bản vẽ thiết kế để đảm bảo mô hình hoạt động ổn định và mô phỏng gần nhất với thực tế.

3.1. Lựa chọn vật liệu túi khí và chế tạo khung mô hình bền vững

Vật liệu túi khí nguyên bản thường là sợi nylon 6,6 hoặc composite có độ bền và độ co giãn cao. Đối với mô hình, việc gia cố lại một túi khí đã qua sử dụng hoặc chế tạo một túi tương tự là cần thiết. Khung xe mô hình, theo thiết kế trong tài liệu, được hàn từ thép hộp mạ kẽm để chống lại các tác động lặp đi lặp lại của các lần thử nghiệm va chạm. Việc thiết kế khung xe có ghế ngồi, vị trí lắp vô lăng và sàn xe bằng thép gân không chỉ tăng tính thẩm mỹ mà còn tạo ra một cấu trúc vững chắc. Hệ thống đường ray và bánh xe rãnh V đảm bảo mô hình di chuyển theo một quỹ đạo xác định, cho phép lặp lại các thí nghiệm với điều kiện ban đầu nhất quán, một yếu tố quan trọng trong nghiên cứu khoa học.

3.2. Giải pháp hệ thống khí nén thay thế quy trình sản xuất túi khí

Điểm sáng tạo cốt lõi của mô hình là việc thay thế hoàn toàn quy trình sản xuất túi khí với bộ tạo khí hóa học bằng một hệ thống khí nén có thể điều khiển được. Hệ thống này bao gồm một bình chứa khí được chế tạo để chịu áp suất cao, được kết nối với một van điện từ AIRTAC 4V220-08. Van này hoạt động như một công tắc điện tử cho dòng khí. Khi bộ điều khiển túi khí (ACU) của mô hình xác định có va chạm, nó sẽ cấp điện cho van, khiến van mở ra và giải phóng khí nén vào túi. Ưu điểm của phương pháp này là tính an toàn tuyệt đối, khả năng nạp lại khí dễ dàng và chi phí vận hành thấp. Nó cho phép sinh viên và nhà nghiên cứu thực hiện hàng loạt các bài thử nghiệm va chạm mà không cần thay thế bất kỳ bộ phận đắt tiền nào, tập trung hoàn toàn vào việc phân tích thuật toán và phản ứng của hệ thống.

IV. Phương pháp thiết kế mạch điện và lập trình điều khiển ACU

Phần hồn của mô hình túi khí ô tô nằm ở hệ thống điện và điều khiển, nơi mô phỏng lại chức năng của bộ điều khiển túi khí (ACU). Trái tim của hệ thống này là một vi điều khiển, chẳng hạn như Arduino Uno R3, có nhiệm vụ thu thập dữ liệu, xử lý và ra quyết định. Dữ liệu đầu vào chính đến từ cảm biến va chạm. Trong mô hình được mô tả, cảm biến gia tốc và con quay hồi chuyển MPU-6050 được sử dụng để đo lường sự thay đổi gia tốc đột ngột khi va chạm xảy ra. Các tín hiệu từ cảm biến này được gửi về Arduino. Lập trình viên sẽ viết một thuật toán để phân tích các giá trị gia tốc này. Nếu giá trị vượt qua một ngưỡng được xác định trước (tương đương với một vụ va chạm đủ mạnh), vi điều khiển sẽ xuất tín hiệu kích hoạt. Tín hiệu đầu ra sẽ điều khiển một module relay, cấp nguồn cho van điện từ của hệ thống khí nén, làm bung túi khí. Ngoài ra, mô hình còn tích hợp các thành phần phụ trợ như màn hình LCD để hiển thị thông tin tốc độ giả lập và trạng thái hệ thống, tạo ra một giao diện người dùng trực quan và dễ vận hành.

4.1. Tích hợp cảm biến va chạm và vi điều khiển trong mô hình

Việc tích hợp phần cứng là bước quan trọng để xây dựng một ACU mô phỏng. Sơ đồ mạch điện của mô hình cho thấy các thành phần được kết nối một cách có hệ thống. Cảm biến MPU-6050, một hệ vi cơ điện tử (MEMS), được chọn vì khả năng đo gia tốc trên ba trục và tốc độ góc. Nó được kết nối với Arduino thông qua giao thức I2C, một chuẩn giao tiếp hiệu quả chỉ sử dụng hai dây (SDA và SCL). Vi điều khiển Arduino Uno R3 đóng vai trò là bộ xử lý trung tâm, nhận dữ liệu thô từ MPU-6050. Board mạch được thiết kế riêng và đặt trong một hộp điều khiển trung tâm để bảo vệ và tạo sự chuyên nghiệp. Sơ đồ này cho thấy sự kết hợp giữa các linh kiện sẵn có và thiết kế cơ khí tùy chỉnh, một phương pháp phổ biến trong chế tạo mô hình nghiên cứu.

4.2. Xây dựng thuật toán mô phỏng các kịch bản va chạm thực tế

Lưu đồ thuật toán được trình bày trong tài liệu gốc là kim chỉ nam cho việc lập trình. Chương trình chính liên tục đọc giá trị gia tốc từ cảm biến va chạm. Một ngưỡng kích hoạt được thiết lập, ví dụ, tương đương với gia tốc 2g (khoảng 20 m/s²), đây là ngưỡng phổ biến trên các xe thực tế. Khi giá trị gia tốc đo được vượt qua ngưỡng này, chương trình sẽ kích hoạt một chuỗi hành động: gửi tín hiệu đến relay để mở van khí nén. Đồng thời, chương trình có thể điều khiển đèn báo trên bảng đồng hồ mô phỏng và hiển thị thông báo va chạm trên màn hình LCD. Việc tinh chỉnh ngưỡng và thời gian phản ứng của thuật toán là một phần quan trọng của quá trình thử nghiệm va chạm, nhằm đảm bảo mô hình phản ứng chính xác và đáng tin cậy trong các kịch bản tốc độ giả lập khác nhau, từ dưới 30km/h đến trên 100km/h.

V. Phân tích kết quả vận hành và thử nghiệm va chạm mô hình

Giai đoạn vận hành và kiểm chứng là bước cuối cùng để đánh giá hiệu quả của mô hình túi khí ô tô. Mục tiêu là xác nhận rằng mô hình hoạt động đúng theo nguyên lý hoạt động túi khí và đáp ứng được các kịch bản va chạm giả lập. Quá trình thử nghiệm va chạm được thực hiện ở nhiều dải tốc độ khác nhau, từ thấp (dưới 30km/h) đến cao (trên 100km/h), để kiểm tra độ nhạy và độ chính xác của thuật toán điều khiển. Kết quả thực nghiệm, như mô tả trong tài liệu, cho thấy hệ thống có khả năng phân biệt được các lực tác động. Với lực đẩy nhẹ hoặc va chạm ở tốc độ thấp, hệ thống không kích hoạt, đúng với thiết kế an toàn trên xe thực tế. Tuy nhiên, khi lực va chạm đủ lớn, vượt qua ngưỡng gia tốc đã lập trình, bộ điều khiển túi khí (ACU) mô phỏng đã gửi tín hiệu kích hoạt thành công, làm túi khí bung ra. Những kết quả này không chỉ chứng minh tính khả thi của mô hình mà còn cung cấp dữ liệu quý giá cho việc cải tiến thuật toán và thiết kế cơ khí. Các phương pháp như mô phỏng số và phân tích phần tử hữu hạn (FEA) cũng có thể được áp dụng để đối chiếu kết quả thực nghiệm.

5.1. Đánh giá khả năng đáp ứng của mô hình ở các dải tốc độ

Các kết quả đạt được cho thấy mô hình phản ứng một cách có chọn lọc. Ở tốc độ giả lập dưới 30km/h, hệ thống không kích hoạt, phù hợp với tiêu chuẩn tránh bung túi khí không cần thiết trong các va chạm nhẹ. Khi tốc độ tăng lên trong khoảng 31-60 km/h, tương đương với các va chạm trong đô thị, hệ thống kích hoạt túi khí một cách nhất quán. Điều này chứng tỏ cảm biến va chạm và thuật toán đã được hiệu chỉnh chính xác. Việc thử nghiệm ở các tốc độ cao hơn nữa khẳng định sự ổn định của hệ thống. Dữ liệu từ các cuộc thử nghiệm này có thể được sử dụng để xây dựng một bộ thông số vận hành chuẩn cho mô hình, phục vụ hiệu quả cho công tác giảng dạy và thực hành.

5.2. Ứng dụng mô phỏng số và phân tích phần tử hữu hạn FEA

Bên cạnh thử nghiệm thực tế, các công cụ kỹ thuật máy tính (CAE) mang lại giá trị to lớn. Mô phỏng số có thể được sử dụng để dự đoán hành vi của túi khí trước khi chế tạo, đặc biệt là về khí động học túi khí khi bung ra. Phân tích phần tử hữu hạn (FEA) cho phép các nhà nghiên cứu phân tích ứng suất và biến dạng trên khung xe mô hình trong quá trình va chạm, từ đó tối ưu hóa thiết kế để tăng độ bền. Việc kết hợp giữa thử nghiệm thực tế trên mô hình và mô phỏng số tạo ra một chu trình nghiên cứu khép kín, giúp xác thực kết quả mô phỏng và giảm thiểu số lần thử nghiệm vật lý tốn kém. Đây là phương pháp tiếp cận hiện đại trong R&D trong ngành ô tô, giúp đẩy nhanh quá trình phát triển sản phẩm.

VI. Tương lai của công nghệ túi khí thông minh và vai trò R D

Mô hình túi khí ô tô không chỉ là một công cụ giảng dạy mà còn là nền tảng cho các nghiên cứu sâu hơn về tương lai của hệ thống an toàn thụ động. Ngành công nghiệp ô tô đang hướng tới công nghệ túi khí thông minh, có khả năng điều chỉnh lực bung và thời điểm bung tùy thuộc vào mức độ nghiêm trọng của va chạm, vị trí ghế, và việc hành khách có thắt dây an toàn hay không. Các hệ thống hai giai đoạn, như được đề cập trong tài liệu lý thuyết, là một ví dụ điển hình. Chúng có hai ngòi nổ túi khí, cho phép bung túi khí với lực nhẹ trong các va chạm tốc độ trung bình và bung hết công suất trong các va chạm nghiêm trọng. Việc nghiên cứu và chế tạo các mô hình tiên tiến hơn, tích hợp nhiều cảm biến hơn và thuật toán phức tạp hơn, sẽ là bước đi tiếp theo. Những nỗ lực R&D trong ngành ô tô này sẽ giúp các kỹ sư tương lai nắm bắt và phát triển các công nghệ mới, đáp ứng các tiêu chuẩn an toàn ô tô ngày càng cao trên toàn cầu và góp phần giảm thiểu thương vong do tai nạn giao thông.

6.1. Xu hướng phát triển và các tiêu chuẩn an toàn ô tô mới

Tương lai của công nghệ túi khí sẽ tập trung vào khả năng tùy biến và bảo vệ toàn diện hơn. Xu hướng phát triển bao gồm túi khí trung tâm (ngăn người ngồi va vào nhau), túi khí cho người đi bộ (bung ra từ bên ngoài xe), và hệ thống liên lạc khẩn cấp tự động sau khi túi khí bung. Các tiêu chuẩn an toàn ô tô như của NCAP (Chương trình đánh giá xe mới) ngày càng trở nên khắt khe, đòi hỏi các nhà sản xuất phải liên tục đổi mới. Các mô hình nghiên cứu sẽ đóng vai trò quan trọng trong việc thử nghiệm và xác thực các ý tưởng mới này trước khi chúng được áp dụng vào quy trình sản xuất túi khí hàng loạt, giúp rút ngắn thời gian và giảm chi phí phát triển.

6.2. Vai trò của mô hình nghiên cứu trong R D và đào tạo kỹ sư

Mô hình túi khí ô tô chế tạo thành công là một minh chứng cho tầm quan trọng của việc kết hợp lý thuyết và thực hành. Nó không chỉ là một đồ án tốt nghiệp mà còn là một tài sản quý giá cho phòng thí nghiệm, phục vụ công tác giảng dạy và R&D trong ngành ô tô. Sinh viên có thể trực tiếp tương tác, lập trình lại thuật toán, và quan sát kết quả, từ đó có được sự hiểu biết sâu sắc không thể có được chỉ qua sách vở. Đối với các nhà nghiên cứu, mô hình là một nền tảng thử nghiệm linh hoạt để kiểm tra các loại cảm biến va chạm mới hoặc các thuật toán điều khiển tiên tiến. Nó thúc đẩy văn hóa sáng tạo và nghiên cứu khoa học, đào tạo ra một thế hệ kỹ sư ô tô có năng lực thực tiễn cao, sẵn sàng đối mặt với những thách thức của ngành công nghiệp trong tương lai.

Trích đoạn nội dung tài liệu

CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN 1. Tổng quan tình hình nghiên cứu thuộc lĩnh vực đề tài ở trong và ngoài nước Ngành ô tô ở trong và ngoài nước đang có sự phát triển mạnh mẽ nhất từ trước tới nay, đi theo đó là các hệ thống an toàn trên ô tô cũng được nghiên cứu và cải tiến từng ngày để đáp ứng khả năng giảm thiểu thương tích của người ngồi trong ô tô xuống mức thấp nhất, các hãng xe rất chú trọng cải tiến hệ thống an toàn trên ô tô với các công nghệ tiên tiến như ESP (cân bằng điện tử), ABS (hệ thống chống bó cứng phanh), EBD (phân bố lực phanh điện tử), BA (hổ trợ phanh khẩn cấp), ACCS (hệ thống kiểm soát hành trình thích nghi),… và đặc biệt là hệ thống túi khí kết hợp với dây đai an toàn trên ô tô rất được chú trọng nghiên cứu. Lý do chọn đề tài Nhận thấy tầm quan trọng của việc phát triển ngành công nghiệp ô tô đối với nền kinh tế nước nhà nên việc đào tạo ngành công nghệ kỹ thuật ô tô ở nước ta rất được chú trọng, đặc biệt là tại trường Đại Học Sư Phạm Kỹ Thuật ngành ô tô đã được gần 65 năm. Trong những năm gần ngành Công Nghệ Kỹ Thuật Ô Tô, khoa Cơ Khí Động Lực, Trường ĐH SƯ PHẠM KỸ THUẬT TP HCM đào tạo theo hướng công nghệ chính vì vậy phương pháp giảng dạy cũng được thay đổi theo, chương trình đào tạo liên tục được đổi mới nhằm phù hợp với thực tế đồng thời chú trọng đến thực hành nhiều hơn, vì vậy việc tạo ra các mô hình nhằm phục vụ cho sinh viên thực hành là cần thiết.

Cùng với mục đích củng cố và mở rộng kiến thức chuyên môn, đồng thời làm quen với công tác nghiên cứu khoa học chúng em đã được giao đồ án tốt nghiệp với đề tài: “NGHIÊN CỨU, CHẾ TẠO MÔ HÌNH HỆ THỐNG TÚI KHÍ”. Với sự hướng dẫn của thầy ThS. Mục tiêu - Nhằm củng cố và chuyên sâu kiến thức về hệ thống an toàn trên ô tô, đặc biệt là hệ thống túi khí an toàn. 1 - Phục vụ cho công tác giảng dạy và tạo điều kiện thuận lợi cho giáo viên hướng dẫn sinh viên trong quá trình thực tập.

- Giúp cho sinh viên ứng dụng ngay bài học lý thuyết vào bài học thực hành. - Tạo điều kiện quan sát mô hình một cách trực quan, dễ cảm nhận được nguyên lý và cách thức làm việc của hệ thống túi khí trên xe. Phương pháp nghiên cứu Để đề tài hoàn thành đúng tiến độ chúng em đã kết hợp nhiều phương pháp nghiên cứu. Trong đó, đặc biệt là phương pháp tham khảo tài liệu, thu thập các thông tin liên quan, học hỏi kinh nghiệm của thầy cô, bạn bè, nghiên cứu các mô hình giảng dạy cũ,.

Từ đó, tìm ra những ý tưởng mới để hình thành đề cương của đề tài. Song song với việc này, chúng em còn kết hợp cả phương pháp và thực nghiệm để có thể thi công được mô hình và biên soạn tài liệu hướng dẫn sử dụng mô hình. Giới hạn của đề tài Việc thiết kế, thi công, sưu tầm tài liệu thích hợp, thu thập thông tin, soạn thuyết minh, kiểm tra đòi hỏi phải có rất nhiều thời gian, kinh phí cũng như kiến thức. Do đó, đề tài chỉ tập trung giải quyết một số vấn đề sau.

 Giới thiệu về hệ thống túi khí trên ô tô.  Thiết kế, thi công mô hình hệ thống túi khí.  Biên soạn tài liệu hướng dẫn thực hành trên mô hình hệ thống túi khí. Các bước thực hiện  Tham khảo tài liệu.

 Lập kế hoạch thực hiện.  Thiết kế và thi công mô hình hệ thống túi khí.  Chỉnh sửa những sai sót trên mô hình.  Biên soạn tài liệu hướng dẫn thực hành.

2 CHƯƠNG 2: CƠ SỞ LÝ THUYẾT 2. Lịch sử và quá trình phát triển của hệ thống túi khí trên ô tô Để bảo vệ người và hành lý trên xe khi va đập, điều quan trọng là phải giữ cho ca bin bị hư hỏng ít nhất đồng thời phải giảm thiểu sự xuất hiện các va đập thứ cấp gây ra bởi sự dịch chuyển của người lái và hành lý trong ca bin. Để thực hiện được điều này người ta sử dụng khung xe có cấu trúc hấp thụ được tác động của lực va đập, đai an toàn, túi khí SRS. Túi khí của ôtô được làm từ một loại màng nilon mỏng, bền và có khả năng co giãn để khi được bơm phồng lên lúc xe có va chạm, nó trở thành một tấm đệm êm bảo vệ cho phần đầu và cơ thể của hành khách trên xe.

Có một số thuật ngữ được dùng cho hệ thống túi khí an toàn như hệ thống hạn chế va đập (SIR) hay hệ thống túi khí bổ sung (SRS). Vào năm 1951, ông John W. Hetrick, một thủy thủ sau khi về hưu đã phát minh ra hệ thống túi khí. Công nghệ túi khí an toàn lúc đầu được sử dụng trên ôtô lấy từ hệ thống trên máy bay vào thập kỷ 40 của thế kỷ 20.

Ý tưởng của những chiếc túi khí lấy từ ruột của những quả bóng đá, sau đó bơm đầy khí nén vào bên trong. Hệ thống sơ khai này khá lớn được xem là tương đương với hệ thống túi khí hiện đại ngày nay. Túi khí phía trước người lái Những túi khí mang tính thương mại đầu tiên được bán ra thị trường vào những năm 1970. Vào thời kỳ này, người điều khiển xe không bị bắt buộc phải thắt dây an toàn và túi khí được coi là bộ phận thay thế cho dây an toàn.

Vào năm 1971, hãng Ford đã giới thiệu một hệ thống túi khí thực nghiệm và sau đó trở thành hãng xe đầu tiên sử dụng rộng rãi hệ thống này trên các sản phẩm của mình. Năm 1973 đến lượt General Motors cho ra đời hệ thống túi khí mới, hệ thống túi khí hai giai đoạn được lắp trên các dòng xe Chevrolet của hãng này. Lúc đó hệ thống này được hiểu như là một hệ thống làm giảm nhẹ các va đập khi xảy ra va chạm. Có một điểm khác điểm quan trọng giữa hệ thống túi khí sơ khai và hệ thống túi khí ngày nay đó là cụm túi khí dành cho hành khách phía trước được lắp ở đáy táplô để bảo vệ đầu gối thay vì được lắp trong khoang để găng tay để bảo vệ toàn bộ cơ thể.

Hệ thống túi khí ban đầu này sau đó được được tăng cường và được thay thế bởi hệ thống túi khí SRS. Nó được giới thiệu lần đầu tiên vào năm 1980 trên dòng xe S-Class của hãng Mercedes-Benz. Dây an toàn cũng được lắp vào để tạo lực kéo lúc tai nạn xảy ra và 3 hỗ trợ tối đa, giảm lực va đập cùng với túi khí. Năm 1987 hãng Porsche đã lần đầu tiên giới thiệu ra thị trường dòng xe có lắp túi khí dành cho hành khách phía trước.

Cụm túi khí chính được lắp dưới đệm vô lăng bao gồm túi khí bằng nylông, bộ thổi khí và đệm vô lăng. Trong trường hợp có va đập mạnh hay tai nạn xảy ra, cảm biến túi khí được kích hoạt do sự giảm tốc đột ngột. Một dòng điện đi vào ngòi nổ nằm trong bộ thổi khí để kích nổ túi khí. Tia lửa lan nhanh ngay lập tức tới các hạt tạo khí và tạo ra một lượng lớn khí Nitơ.

Khí này đi qua bộ lọc và được làm mát trước khi sang túi khí. Sau đó vì khí giãn nở làm xé rách lớp ngoài của mặt vô lăng và túi khí tiếp tục bung ra để làm giảm va đập tác dụng vào đầu nguời lái. Những năm 90 của thế kỷ trước, hệ thống túi khí chỉ đơn thuần là các túi khí bảo vệ phía trước dành cho hành khách và người lái, sau những năm 2000 thì hệ thống túi khí được bổ sung thêm các túi khí bên và túi khí rèm cửa nhằm bảo vệ hành khách tốt hơn. Thế hệ túi khí sau những năm 2005 thì phát triển thêm các túi khí ở đầu, đầu gối, xương chậu, hệ thống túi khí triển khai thêm hộp module túi khí với tích hợp cảm biến ESP, bảo vệ người đi bộ và khả năng phát hiện người ngồi trên xe để bung túi khí khi cần thiết.

Từ năm 2013 đến năm 2015 thì hệ thống túi khí được kết hợp với hệ thống ESP (Electronic Stability Program). Tổng quan về túi khí trên ô tô. Hệ thống túi khí tự động được thổi phồng và bung ra trong khoảng thời gian rất nhỏ sau khi xảy ra va chạm, nhằm giảm thiểu chấn thương của người ngồi trong xe do va đập với các chi tiết nội thất. Túi khí phía trước có tác dụng giảm chấn thương ở vùng đầu, cổ, ngực của người lái và hành khách khi xe va chạm từ phía trước.

Túi khí bên và túi khí bên phía trên hoạt động khi có va chạm bên thân xe hoặc xe bị lật, làm nhiệm vụ bảo vệ đầu và vai. Tuy nhiên, không phải khi trang bị túi khí là người ngồi bên trong xe có thể tránh được nguy hiểm trong trường hợp tai nạn nghiêm trọng, việc thắt dây đai an toàn khi ngồi trên ô tô là cực kì quan trọng vì sau khi xảy ra va chạm túi khí sẽ được kích hoạt và bung ra với vận tốc rất lớn khoảng 320km/h, khi người ngồi trên xe có thắt dây đai an toàn sẽ được giữ chặt vào ghế nhằm giúp cố định người ngồi trên xe tránh hiện tượng bị hất văng về phía trước, giảm thiểu lực va đập trực tiếp của đầu và ngực lên các chi tiết của nội thất, đồng thời rút ngắn khoảng cách va đập với túi khí khi đang bung với vận tốc lớn, nếu việc thắt 4 dây đai an toàn không được thực hiện khi túi khí được kích hoạt, toàn bộ thân người sẽ va đập trực tiếp về phía trước cùng lúc đó túi khí cũng được kích hoạt và tạo một lực ngược lại hất văng người ngồi về phía sau với gia tốc lớn hơn, thì việc bị thương do túi khí bung ra sẽ không thể tránh khỏi, lúc này túi khí sẽ không đóng vai trò bảo vệ mà ngược lại còn gây thương tích nhiều hơn cho người lái và hành khách ngồi trên xe, hiểu được vấn đề đó nên có rất nhiều hãng xe đã nghiên cứu và cho ra mắt các loại túi khí hai giai đoạn, nhằm giảm tác động của túi khí lên người ngồi trên xe khi xảy ra va chạm.