Chương 1: TỔNG QUAN 1 1.1 Giới thiệu tổng quát 1 1.1 Khái niệm TPMS 2 1.2 Sự ra đời và lịch sử phát triển TPMS 2 Những nghiên cứu về TPMS được nghiên cứu và công bố 3 1.3 Các lí do nên trang bị TPMS 5 1.3 Mục đích đề tài 7 1.4 Nhiệm vụ của đề tài và giới hạn đê tài 7 1.4 Phương pháp nghiên cứu 7 2.1 Hướng Nghiên Cứu 8 Chương 2: CƠ SỞ LÍ THUYẾT 10 2.1 Cơ sở lí thuyết truyền dữ liệu không dây 10 2.1 Các cách thức truyền dữ liệu không dây 10 2.2 Kết luận 14 Luan van 2.3 Cơ sở lí thuyết việc phát sóng RF 14 2.2 Giới thiệu về hệ thống TPMS 18 2.3 Đánh giá, so sánh hệ thống TPMS hiện đang được 21 trang bị trên các hãng xe Chương 3: NGHIÊN CỨU CHẾ TẠO HỆ THỐNG TPMS 23 3.1 Cơ sở thiết kế 23 3.2 Hệ thống điều khiển 23 3.1 Cảm biến áp suất 23 3.2 Module truyền dữ liệu nRF24L01+ 24 3.1 Module phát dữ liệu qua sóng RF 26 3.2 Module thu dữ liệu qua sóng RF 27 3.3 Board mạch xử lí và hiển thị tín hiệu 28 3.1 Module xử lí tín hiệu 28 3.2 Module hiển thị-LCD 45 3.3 Chế tạo hệ thống TPMS 55 Chương 4: THỰC NGHIỆM MÔ HÌNH 58 4.3 Qui trình 58 4.4 Kết quả 59 Chương 5: KẾT LUẬN 62 TÀI LIỆU THAM KHẢO 63 Luan van HDKH: PGS.TS Đỗ Văn Dũng Tire Pressure Monitoring System DANH MỤC CHỮ VIẾT TẮT STT CHỮ VIẾT TẮT CHỮ VIẾT ĐẦY ĐỦ 1 TPMS Tire Pressure Monitoring System 2 VĐK Vi Điều Khiển 3 RF Radio Frequency 4 PIC Programeable Inteled Computer 5 ADC Analog to Digital Converter HVTH: Hàng Lê Anh Minh vi Luan van HDKH: PGS.TS Đỗ Văn Dũng Tire Pressure Monitoring System DANH MỤC HÌNH STT HÌNH TÊN TRANG 1 2.1 Truyền dữ liệu bằng hồng ngoại trực tiếp 12 2 2.2 Truyền dữ liệu bằng hồng ngoại gián tiếp 12 3 2.3 Nguyên lí phát sóng RF 17 4 2.4 Sơ đồ bố trí TPMS trên ô tô 18 5 2.5 Cảm biến áp suất loại gắn trong 20 6 2.6 Cảm biến áp suất loại gắn ngoài 20 7 2.7 Màn hình hiển thị thông số trong cabin 20 8 2.8 TPMS hãng General Motor 21 9 2.9 TPMS hãng Honda 21 10 2.10 TPMS hãng Mercedes-Benz 22 11 2.11 TPMS hãng Toyota 22 12 3.1 Cảm biến áp suất BMP085 23 13 3.4 Sơ đồ nguyên lí module phát RF 26 16 3.5 Sơ đồ nguyên lí module thu/xử lí và hiển thị 27 17 3.6 Sơ đồ chân vi điều khiển PIC 16F877A 31 18 3.7 Sơ đồ khối miêu tả các chức năng cơ bản 32 VĐK 19 3.8 Sơ đồ khối bộ Timer0 39 20 3.9 Sơ đồ khối bộ Timer1 40 21 3.10 Sơ đồ khối bộ Timer2 41 22 3.11 LCD thông dụng 16x2 45 23 3.12 Sơ đồ chân của LCD 46 24 4.1 Thông số áp suất, nhiệt độ thu được.2 So sánh độ chính xác của TPMS với đồng hồ 60 cơ học 26 4.3 Mô hình thử nghiệm thực tế trên xe máy 61 HVTH: Hàng Lê Anh Minh vii Luan van HDKH: PGS.TS Đỗ Văn Dũng Tire Pressure Monitoring System DANH MỤC BẢNG STT BẢNG TÊN TRANG 1 3.1 Thanh ghi Status 33 2 3.2 Thanh ghi OPTION_REG 34 3 3.3 Thanh ghi INTCON 34 4 3.4 Thanh ghi PIE1 34 5 3.5 Thanh ghi PIE2 34 6 3.6 Thanh ghi PIR2 35 7 3.7 Thanh ghi PCON 35 8 3.8 Thanh ghi trạng thái cổng A 37 9 3.9 Thanh ghi 3 trạng thái cổng A 37 10 3.10 Thanh ghi lựa chọn tương tự 37 11 3.11 Thanh ghi trạng thái cổng B 37 12 3.12 Thanh ghi 3 trạng thái cổng B 37 13 3.13 Thanh ghi lựa chọn tương tự 38 14 3.14 Thanh ghi cổng B để hở.15 Thanh ghi trạng thái cổng C 39 16 3.16 Thanh ghi 3 trạng thái cổng C 39 17 3.17 Chức năng các chân LCD 46 18 3.18 Tập lệnh của LCD 48 19 3.19 Đặc tính điện các chân LCD 52 20 3.20 Miền làm việc bình thường 53 21 4.1 Giá trị đo được từ quá trình thực nghiệm 60 HVTH: Hàng Lê Anh Minh viii Luan van HDKH: PGS.TS Đỗ Văn Dũng Tire Pressure Monitoring System CHƢƠNG 1: TỔNG QUAN 1.1 Giới thiệu tổng quát Từ những thập kỉ trước, ô tô đã là phương tiện di chuyển phổ biến ở các nước phát triển. Ngày nay, kinh tế phát triển, đời sống người dân Việt Nam ngày càng được nâng cao, nhu cầu sử dụng phương tiện đi lại như xe ô tô là điều không thể thiếu, nay lại còn cần thiết hơn nữa. Ô tô không chỉ đơn giản là một khối tổ hợp các cụm chi tiết bao gồm: 4 bánh xe và động cơ tạo ra chuyển động, hệ thống lái, hệ thống treo,. Mà nó còn được xem là một chiếc máy tình, một con robot thông minh có thể tự động điều chỉnh để thìch nghi với mọi điều kiện hoạt động.
Ngày nay, trên ô tô trang bị rất nhiều hệ thống điện tử tự động nhằm tăng tình tiện nghi và độ an toàn cho người sử dụng. Một trong những hệ thống điện tử hữu ích và mới nhất hiện nay là hệ thống theo dõi áp suất lốp ( Tyre Pressure Monitoring System - TPMS) Trên xe, lốp xe là một trong những bộ phận quan trọng nhưng có lẽ ìt được chú ý. Tăng tốc nhanh, phanh gấp, vào góc cua hẹp làm lốp rất nhanh mòn. Lốp xe bị rạn nứt, bơm quá căng hoặc quá non sẽ làm cho xe hoạt động không ổn định.
Nếu mặt lốp bị mòn, khi di chuyển ngoài trời mưa hoặc đường ướt dễ bị trơn trượt. Đặc biệt là những ngày nắng nóng, nếu phải di chuyển trên một quãng đường dài, do nhiệt độ của mặt đường cao cộng với ma sát, sẽ làm cho mặt lốp nóng lên nhanh chóng. Không khí bên trong nở ra, tăng áp suất lên bề mặt. Lốp mòn không những không đảm bảo chất lượng mà dưới áp suất cao còn dễ bị nổ gây mất an toàn.
Lốp quá non (áp suất hơi quá thấp) sẽ làm tăng bề mặt tiếp xúc với mặt đường làm tăng độ ma sát, dẫn đến động cơ phải hoạt động nhiều hơn, giảm tình tiết kiệm nhiên liệu và gây hiện tượng biến dạng bề mặt lốp như méo, phính hoặc mòn không đều. Ngoài ra, nếu lái xe trong tính trạng lốp quá căng (áp suất hơi quá cao), khi lái cho cảm giác không được thoải mái giống như xe bị nẩy lên. Lốp căng sẽ làm cho phần giữa lốp nhanh bị mòn do phải chịu trọng tải cao dẫn đến giảm tuổi thọ sử dụng. Trên mỗi lốp xe đều có ghi các thông số tiêu chuẩn để phù hợp với vành được nhà cung cấp đưa ra.
Vì dụ: Lốp sau xe Honda Lead 125: 100/90-10 56J. Trong đó: 100 là bề rộng của lốp tình bằng mm; 90 là % chiều cao của lốp so với bề rộng của lốp: 90%*100 = 90 mm; 10 là HVTH: Hàng Lê Anh Minh 1 Luan van HDKH: PGS.TS Đỗ Văn Dũng Tire Pressure Monitoring System đường kình danh nghĩa của vành tình bằng inch; 56 là ký hiệu của khả năng chịu tải; J là ký hiệu của tốc độ tối đa cho phép. Áp xuất bơm lốp xe sẽ ảnh hưởng trực tiếp đến hoạt động của xe. Tùy thuộc vào loại xe, điều kiện hoạt động mà nhà sản xuất lựa chọn loại lốp xe và áp suất bơm phù hợp.
Việc duy trì áp suất bơm lốp đúng quy định sẽ giúp lốp xe đảm bảo được tốt những chức năng, đảm bảo an toàn cũng như tình năng hoạt động của xe. Các chuyên gia khuyến cáo, nên thường xuyên kiểm tra lốp xe trước khi lái như áp suất lốp, độ mòn bất thường, nứt hoặc vết chém trên hông lốp và độ dày của bề mặt lốp. Kiểm tra định kỳ 4.000 km/lần tại các cơ sở sửa chữa bảo dưỡng. Khi thay lốp mới nên kiểm tra thông số lốp tiêu chuẩn mà nhà sản xuất đề ra.
Đảm bảo áp suất lốp đúng theo yêu cầu kỹ thuật rất quan trọng trong việc giữ cho lốp xe luôn ở trạng thái kỹ thuật tốt nhất, đảm bảo tối ưu hóa tác dụng của lốp xe cũng như kéo dài tuổi thọ của lốp. Áp suất lốp là nhân tố chình đảm bảo tính an toàn và khả năng chịu lực của lốp xe chứ không phải là vật liệu hay kết cấu của lốp. Áp suất lốp đúng theo yêu cầu kỹ thuật là nhân tố chình đảm bảo việc vận hành an toàn cũng như đảm bảo khả năng bám đường, hoạt động hoàn hảo của hệ thống lái, hệ thống phanh. 1 Khái niệm TPMS Hệ thống theo dõi áp suất lốp - TPMS là hệ thống theo dõi áp suất lốp xe một cách liên tục và chình xác mà không cần đến đồng hồ đo áp suất.
Quan trọng hơn nó giúp nâng cao hệ số an toàn, hạn chế những vụ nổ lốp gây thiệt hại về người và tài sản.2 Sự ra đời và lịch sử phát triển TPMS Hệ thống TPMS lần đầu tiên được sử dụng trên xe khách được lắp cho chiếc Porsche 959 đời 1986 và sau đó TPMS được các hãng xe hạng sang như BMW, Audi, Mercedes trang bị cho các dòng xe của mính. TPMS liên tục phát triển, cải tiến nhưng cột mốc cho sự phát triển của TPMS là vào những năm cuối thập niên 90. Năm 1996 Renault sử dụng hệ thống PAX Michelin và trong năm 1999, PSA Peugeot Citroën quyết định áp dụng TPMS như một tình năng tiêu chuẩn trên Peugeot 607. HVTH: Hàng Lê Anh Minh 2 Luan van HDKH: PGS.TS Đỗ Văn Dũng Tire Pressure Monitoring System Năm sau (2000), Renault tung ra Laguna II, chiếc xe chở khách cỡ trung đầu tiên trên thế giới được trang bị TPMS như một tình năng tiêu chuẩn.
Trước thực trạng hàng trăm mạng sống mất đi hàng năm do tai nạn lật xe ví nổ lốp, chình quyền Bill Clinton đã thông qua luật kể từ 1/09/2007 trở đi, 100% xe có tải trọng từ 4,5 tấn trở xuống được bán tại Mỹ bắt buộc phải trang bị TPMS. Giai đoạn đầu trong tháng 10/2005 ở mức 20%, và đạt 100% cho các mô hính sản xuất sau 1/9/2007. Tiếp nối Mỹ, tại Liên minh châu Âu, tình đến ngày 1/ 11/ 2012, tất cả các mẫu xe du lịch mới phát hành phải được trang bị TPMS. Từ 1/1/ 2014, tất cả các xe chở khách mới được bán trong Liên minh châu Âu phải được trang bị TPMS.
Những nghiên cứu về hệ thống TPMS đƣợc nghiên cứu và công bố. TPMS trực tiếp: 1/ Air Pressure Monitoring System of Vehicle Tire and Identification Method of Vehicle Tire (LI Wei, & Chen Hongling. Sáng chế này, thông qua công nghệ mã hoá và xác định lại vị trí của lốp xe, cài đặt lại mã ID cảm biến cho từng bánh xe sau khi được đảo vị trí hoặc thay mới.