CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN 1. Tính cấp thiết của đề tài Ở các nước trên thế giới, giao thông luôn đóng vai trò hết sức quan trọng trong việc phát triển của nền kinh tế và đời sống xã hội, trong đó ô tô là phương tiện giao thông phổ biến nhất. Trong những năm gần đây ngành công nghệ kỹ thuật ô tô đang phát triển với tốc độ đáng kinh ngạc, với nhiều kiểu dáng, tiện ích nhằm đáp ứng nhu cầu ngày càng cao của khách hàng. Với những quy định ngày càng khắt khe hơn, nên các hãng xe không ngừng cải tiến ứng dụng những thành tựu của khoa học kỹ thuật để đáp ứng những nhu cầu của con người như tăng công suất, tốc độ, giảm sức tiêu hao nhiên liệu, bảo vệ môi trường, an toàn, thoải mái và tiện nghi hơn cho những người trên xe vv… 1.
Ý nghĩa khoa học và thực tiễn 1. Ý nghĩa khoa học Trao dồi kiến thức, tham gia nghiên cứu, thực hiện để góp phần phát triển hệ thống ghế điện ngày càng hoàn thiện hơn. Ý nghĩa thực tiễn Lưu trữ lại vị trí ghế ngồi nhằm giảm thao tác cho người dùng, để tăng tính tiện ích trên xe. Có thể trang bị, lắp đặt trên những xe đời củ chưa được trang bị hệ thống ghế điều khiển bằng điện.
Mục tiêu đề tài Tìm hiểu nguyên lý hoạt động và lập trình vi xử lý điều khiển trên ghế điện ô tô. Thiết kế chế tạo mô hình hoạt động hệ thống ghế điện tử để xưởng thực tập có mô hình phục vụ cho công tác giảng dạy. 1 Luan van Hiểu sâu sắc hơn về kết cấu cũng như nguyên lý hoạt động của hệ thống ghế điện tử nói riêng và của ô tô nói chung. Đối tượng và phạm vi nghiên cứu Đối tượng nghiên cứu của đề tài gồm một mô hình ghế điện của xe Toyota.
Mô hình gồm: 4 mô tơ, cơ cấu truyền động, mạch Arduino Mega 2560. Trên cơ sở đó nghiên cứu và phát triển mô hình ghế điện có thể điều khiển và lưu trữ vị trí của người lái bằng phương pháp lập trình vi xử lý. Phương pháp nghiên cứu Kết hợp nhiều phương pháp trong đó có các phương pháp chủ yếu như: - Nghiên cứu lý thuyết, sơ đồ mạch điện hệ thống điều khiển ghế điện. - Tham khảo tài liệu và các mô hình có trên các website nước ngoài - Thu thập thông tin, kết hợp học hỏi kinh nghiệm từ thực tế.
2 Luan van CHƯƠNG 2: NGHIÊN CỨU LÝ THUYẾT VÀ THỰC NGHIỆM 2.1 Lịch sử của hệ thống ghế điện tử Ghế điện bắt đầu xuất hiện trên xe hơi vào cuối những năm 1940, hầu hết chỉ có thể chạy tới và lui. Đến năm 1950, ghế điện với 4 cách điều khiển: nâng - hạ, tới - lui lần đầu tiên được xuất hiện trong buổi công bố Ford Thunderbird. Ghế điện có thể lưu được vị trí bằng bộ nhớ đầu tiên đã được giới thiệu bởi Ford Motor Company trên hai trong số các mô hình năm 1957: Ford Thunderbird và Mercury Turnpike Cruiser.1: Xe Ford Thunderbird 1957. [8] Chiếc ghế hoạt động như sau: Khi tắt công tắc máy, ghế tự động di chuyển về vị trí sau cùng và thấp nhất để người lái ra, vào xe một cách dễ dàng.
Khi bật công tắc máy thì ghế sẽ tự động di chuyển về vị trí đã được thiết lập gần nhất.[7] 3 Luan van Hình 2.2: Ghế điện trên xe Ford Thunderbird 1957 với điều khiển 4 cách. [8] Đến nay, hãng xe Lincoln, thương hiệu xe sang của Ford, đã giới thiệu một trong những trang bị đáng tự hào nhất trên chiếc Lincoln Continental concept. Chiếc ghế người lái của xe này có thể điều chỉnh điện 30 hướng khác nhau 2.2 Tình hình nghiên cứu hệ thống ghế điều khiển điện tử trên thế giới Việc nghiên cứu hệ thống ghế điều khiển điện tử đã được thực hiện từ cuối những năm 1940, qua hơn 75 năm nghiên cứu và phát triển thì ghế điện tử ngày càng được cải tiến một cách đáng kể với nhiều thành tựu như: Eppler M, Bolster V, Reynolds HM. Reynolds HM, Brodeur R, Eppler M, Neal D, Rayes K, Kerr R, Stockman G.
The Initial Position and Postural Attitudes of Driver Occupants. Anthropometry, ERL-TR-95-002, ERL-TR-95- 001, Ergonomics Research Laboratory, Technical Report, Michigan State University, East Lansing, MI. Các đề tài có đặc điểm chung là tìm hiểu, nghiên cứu và phát triển hệ thống ghế điện một cách chuyên sâu và đạt được nhiều thành tựu nổi bậc chứng minh cho điều đó là chiếc ghế điện của Lincoln Continental.3 Tình hình nghiên cứu hệ thống ghế ngồi điều khiển điện tử ở Việt Nam Hệ thống ghế ngồi điện tử ở Việt Nam hiện nay thường được sản xuất và lắp đặt trên những xe đời mới, sang trọng, đắt tiền. 4 Luan van Hiện nay ở Việt Nam chỉ mới dừng lại ở mức độ tiếp cận, nghiên cứu hệ thống ghế điện, chưa thể sản xuất được một chiếc ghế điện tử với giá thành và tính năng như các nước phát triển.
Tuy nhiên với thời đại công nghệ tiên tiến và ngày càng phát triển, các kỹ sư của Việt Nam luôn tìm hiểu, nghiên cứu, phát triển hệ thống ghế ngồi điện tử để đáp ứng được những nhu cầu ngày càng khắc khe của thế giới.4 Tổng quan một số ghế điện tử hiện nay 2.1Ghế có trang bị hệ thống treo Trước những năm 1970, người ta đã thiết kế cho người lái một chiếc ghế đặt biệt. Nó được gắn thêm lò xo hoặc các túi khí xuống phần đáy nhằm mục đích giúp giảm lực dao động của xe với mặt đường lên người lái. Nó cũng có chức năng tạo sự thoải mái, giảm bớt cường độ hoạt động cho người lái trong những đoạn đường xấu, gồ ghề và những cung đường dài. Ghế có hệ thống treo có các loại sau: - Ghế có hệ thống treo dùng lò xo.
- Ghế có hệ thống treo dùng đệm khí.3: Ghế có hệ thống treo dùng lò xo.4: Ghế có hệ thống treo khí. Hiện tại ở Việt Nam cũng như các nước trên thế giới hầu như không còn trang bị ghế có hệ thống treo sử dụng lò xo nữa. Còn ghế có hệ thống treo dùng đệm khí vẫn còn được sử dụng trên một số xe. Với đặc tính phức tạp, yêu cầu trên xe có hệ thống cung cấp khí (máy nén khí) vì vậy loại này ít được sử dụng.2 Ghế cứng Ghế cứng là loại ghế cơ khí của những xe cổ điển được sử dụng chủ yếu và 5 Luan van thông dụng ở các loại xe tải, xe đời cũ.
Loại ghế này không thể dịch chuyển, điều chỉnh góc độ, khoảng cách bởi nó được bắt chặt với xe bằng các bu lông, đai ốc. [8] Do không thể dịch chuyển, thay đổi vị trí được nên loại ghế này có nhiều sự bất tiện cho người lái như: không thực sự thoải mái, thậm chí có cảm giác khó chịu khi ngồi lái quá lâu. Ngược lại, do loại ghế này được chế tạo đơn giản nên giá thành rẻ, dễ lắp đặt, dễ kiểm tra sửa chữa thay thế khi có hư hỏng.3 Ghế có điều khiển cơ khí Ghế có điều khiển cơ khí là loại ghế này có thể điều khiển trượt, ngả theo lựa chọn của người lái bằng các thao tác bằng tay như kéo cần gạt hay thanh trượt bằng cơ khí. Tức là hệ thống dẫn động của loại ghế này hoàn toàn bằng cơ khí như: thanh trượt, cá, lẫy, cần gạt, bi… Hình 2.6: Ghế lái có điều khiển cơ khí.
[8] 6 Luan van Loại ghế này thường được lắp trên những dòng xe phổ thông giá thành tương đối phù hợp với nhu cầu sử dụng của người dùng Việt Nam. Ghế được thiết kế với nhiều mẫu mã, tính năng, đáp ứng được thị yếu của nhiều người hiện nay.4 Ghế có điều khiển điện tử Thời đại công nghệ phát triển, để tạo sự thoải mái, tăng tính tiện ích tối đa cho người điều khiển ô tô. Các kỹ sư, chuyên gia không ngừng nghiên cứu, cải tiến, phát triển chiếc ghế dành cho người lái từ việc có điều khiển cơ khí thành chiếc ghế có điều khiển điện tử. Chiếc ghế có điều khiển điện tử có chức năng tương tự như ghế có điều khiển cơ khí, nhưng chúng được điều khiển bằng điện tử và có thể nhớ vị trí, tức là có động cơ điện thay thế các thao tác tay của người lái mà vẫn đảm bảo thực hiện đủ các chức năng.
Hệ thống điều khiển ghế điện tử dùng để nâng hạ và di chuyển trượt, gập ngả ghế về phía trước hay phía sau tạo tư thế thoải mái cho người lái. Người điều khiển chỉ cần một thao tác đơn giản là nhấn nút điều khiển được liên kết với ECU ( bộ điều khiển cho ghế ). Khi đó ghế sẽ được dịch chuyển đến vị trí thích hợp theo yêu cầu của người sử dụng. Đối với ghế điện tử ngày nay hệ thống điều khiển còn có chức năng khác như: chức năng nhớ vị trí, chức năng nâng hạ chiều cao đệm ghế trước và sau, chức năng đỡ ngang lưng ghế, điều khiển ghế và gương chiếu hậu đồng thời, căng giãn dây an toàn.
Tất cả chức năng trên được thiết kế với mục đích tăng tính tiện ích, tạo sự thoải mái, cho người lái xe.7: Ghế điều khiển điện tử. 7 Luan van Hình 2.8: Công tắc điều khiển ghế điện tử trên xe BMW 330i. [8] Ngoài ra, ghế còn được tích hợp chức năng sưởi ấm, mát xa,… Tạo cảm giác thoải mái, giảm cường độ lao động cho người lái. Ghế còn được lắp cảm biến trọng lượng để tự động điều chỉnh trọng tâm ghế sao cho phù hợp tối đa.
Chức năng trượt ghế: tạo không gian phù hợp cho người lái khi ra, vào xe. Đồng thời điều chỉnh khoảng cách hợp lý giữa người lái với vô lăng. Chức năng nâng hạ ghế: điều chỉnh vị trí tương đối giữa người lái với vô lăng và tầm nhìn của người lái cho phù hợp. Chức năng gập, ngả ghế: giúp điều chỉnh gập, ngả toàn bộ phần trên của người dùng như lưng, đầu tạo tư thế và sự quan sát tốt nhất cho người dùng.
Hệ thống nhớ vị trí của ghế sẽ lưu lại các vị trí mà người lái đã thiết lập nhằm giảm thao tác, tạo sự thuận tiện, thoải mái cho người sử dụng khi bước vào xe, không cần điều chỉnh vị trí lại từ đầu mà chỉ cần bấm một nút đã thiết lập sẵn vị trí thì đã có một vị trí phù hợp. Tùy vào nhà sản xuất và giá thành của xe mà có hai, ba hoặc bốn vị trí được lưu.2 HỆ THỐNG GHẾ ĐIỆN TỬ 2.1 Các mô tơ điều khiển 2.1 Vị trí các mô tơ 8 Luan van Hình 2.9: Vị trí các mô tơ.