Bối cảnh và vấn đề nghiên cứu

Hệ thống khung gầm và cụm bánh xe đóng vai trò quyết định đối với tính năng an toàn chuyển động, tính êm dịu và hiệu quả kinh tế nhiên liệu của ô tô. Áp suất lốp là thông số trực tiếp chi phối diện tích tiếp xúc giữa lốp với mặt đường, độ cứng vững của lốp, hệ số bám dọc và bám ngang, cũng như quãng đường phanh của phương tiện. Khi áp suất lốp giảm 20% so với tiêu chuẩn, lực cản lăn tăng lên làm tiêu hao thêm khoảng 10% nhiên liệu, đồng thời gây mòn vẹt hai bên vai lốp và làm tích tụ nhiệt lượng lớn ở thành lốp, dẫn đến nguy cơ nổ lốp khi vận hành ở tốc độ cao. Ngược lại, áp suất lốp quá cao làm giảm diện tích tiếp xúc, gây mài mòn nhanh phần giữa mặt gai lốp, giảm khả năng hấp thụ rung động từ mặt đường và làm tăng độ xóc tác động lên hệ thống treo.

Theo số liệu thống kê của Cục Cảnh sát giao thông (Bộ Công an) từ năm 2021 đến thời điểm nghiên cứu trên hai tuyến cao tốc TP. Hồ Chí Minh – Trung Lương và TP. Hồ Chí Minh – Long Thành – Dầu Giây, đã xảy ra 106 vụ tai nạn giao thông (làm 10 người tử vong, 36 người bị thương), trong đó các sự cố kỹ thuật liên quan trực tiếp đến lốp xe chiếm tỷ lệ đáng kể. Nhiều vụ tai nạn nghiêm trọng đã được ghi nhận trong thực tế, điển hình như sự cố nổ lốp xe Toyota Innova ngày 12/04/2017 khiến 7 người thương vong, hay vụ nổ lốp xe tải trên Tỉnh lộ 8 hướng về cầu vượt Củ Chi ngày 07/04/2024 làm phương tiện mất lái đâm qua dải phân cách va chạm với hai phương tiện khác. Đa số các giải pháp trên thị trường hiện nay mới dừng lại ở hệ thống cảnh báo áp suất lốp (TPMS) thuần túy hoặc các loại máy bơm mini cắm tẩu 12V cầm tay chỉ bơm được cho một bánh khi xe dừng hẳn. Do đó, đề tài "Tính toán, thiết kế hệ thống bơm lốp xe tự động" được thực hiện nhằm xây dựng một hệ thống có khả năng giám sát và chủ động điều chỉnh áp suất độc lập cho cả bốn bánh xe, hoạt động được ngay cả khi xe đang di chuyển.

Mục tiêu và nhiệm vụ nghiên cứu của đề tài được xác định cụ thể:

  1. Mục tiêu tổng quát: Tính toán, thiết kế và chế tạo hoàn chỉnh mô hình hệ thống bơm lốp xe tự động điều khiển không dây, đảm bảo khả năng duy trì áp suất lốp liên tục khi xe đứng yên và khi đang di chuyển mà không cần phụ thuộc vào thiết bị bơm tại gara.
  2. Nhiệm vụ thiết kế phần cứng và cơ khí: Tính toán bán kính tĩnh, vận tốc góc của bánh xe và tổn thất áp suất trên đường ống; thiết kế hộp bảo vệ thiết bị bằng inox 304, giá đỡ hộp gầm xe và cơ cấu giá đỡ khớp xoay khí nén trên mâm bánh xe bằng phần mềm SolidWorks; lựa chọn khớp xoay 360 độ đáp ứng dải vận tốc chuyển động của xe; gia công cơ khí chính xác và bố trí đường ống khí nén dưới gầm xe đảm bảo không can thiệp, đục khoét kết cấu chịu lực của xe.
  3. Nhiệm vụ điện tử và điều khiển: Xây dựng mô hình toán học (hồi quy tuyến tính) chuyển đổi tín hiệu analog từ các cảm biến áp suất thành giá trị áp suất thực tế; thiết kế mạch điều khiển công suất rơ le và vi điều khiển ESP32; lập trình giao diện Web Server không dây qua WiFi phục vụ giám sát thời gian thực và điều khiển hệ thống theo hai chế độ tự động (Auto) và thủ công (Manual).

Đối tượng và phạm vi nghiên cứu:

  • Đối tượng nghiên cứu: Cụm bánh xe và hệ thống khung gầm của xe bán tải Ford Ranger đời 2004; hệ thống điều khiển nhúng không dây trên nền tảng vi điều khiển ESP32 và giao diện Web Server.
  • Phạm vi không gian: Bộ môn Ô tô, Khoa Cơ khí Động lực, Trường Đại học Sư phạm Kỹ thuật TP. Hồ Chí Minh.
  • Phạm vi thời gian: Từ ngày 23/02/2024 đến ngày 10/06/2024.
  • Giới hạn kỹ thuật: Hệ thống được tính toán và thử nghiệm trên xe chạy đường trường với dải tốc độ đến 65 km/h; giới hạn áp suất làm việc phù hợp với lốp xe du lịch và bán tải; phương án gá đặt tuân thủ yêu cầu giữ nguyên trạng kết cấu khung gầm xe nguyên bản.

Cơ sở lý thuyết và phương pháp

Nghiên cứu dựa trên nền tảng lý thuyết động lực học ô tô, cơ học lưu chất khí nén và kỹ thuật điều khiển nhúng. Cấu tạo lốp xe được phân tích chi tiết gồm phần gai lốp tiếp xúc mặt đường (chia làm phần chóp - Cap, đáy - Base, gờ - Wing) và phần khung lốp (Carcass) gồm các lớp bố nylon chịu tải ly tâm, bố thép tăng độ cứng vững dọc, hông lốp (Sidewall) và tanh lốp (Bead) định vị lốp vào vành mâm. Mô hình hóa dao động hệ thống treo dạng một phần tư xe (Quarter-car model) với khối lượng được treo ($m_s$) và khối lượng không được treo ($m_u$) theo tiêu chuẩn ISO 2631-1-1997 chỉ ra rằng: khi áp suất lốp giảm, độ cứng lốp giảm làm tăng giá trị hiệu dụng của gia tốc thân xe, gây ảnh hưởng tiêu cực đến độ êm dịu chuyển động.

Để phục vụ tính toán thiết kế động học và khí nén, các công thức toán học chuyên ngành được áp dụng:

  1. Xác định kích thước động học của bánh xe: Chiều cao thành lốp $H$ (mm) được tính từ tỷ lệ danh định $AR$ (%) và bề rộng mặt lốp $S$ (mm): $$H = S \times \frac{AR}{100}$$ Bán kính thiết kế bánh xe $r_{tk}$ (mm) với $d_v$ là đường kính vành xe (inch, quy đổi ra mm): $$r_{tk} = \frac{d_v \times 25{,}4}{2} + H$$ Bán kính tĩnh $r_{bx}$ (mm) có tính đến biến dạng đàn hồi dưới tải trọng tĩnh: $$r_{bx} = \lambda \times r_{tk}$$ (Trong đó hệ số biến dạng $\lambda = 0{,}930 \div 0{,}935$ đối với lốp áp suất thấp và $\lambda = 0{,}945 \div 0{,}950$ đối với lốp áp suất cao).

  2. Xác định số vòng quay của bánh xe: Số vòng quay $n$ (vòng/s) của bánh xe ở vận tốc tịnh tiến $v$ (m/s) là cơ sở để chọn giới hạn làm việc của khớp xoay: $$n = \frac{v}{2\pi r_{bx}}$$

  3. Tính toán tổn thất áp suất dòng khí nén: Phương trình Darcy-Weisbach được ứng dụng để đánh giá độ sụt áp $\Delta P$ (Pa) từ cụm van trung tâm đến van lốp do ma sát dòng khí trong ống dẫn: $$\Delta P = f \times \frac{L}{D} \times \frac{\rho V^2}{2}$$ Trong đó: $f$ là hệ số ma sát trong đường ống đối với chất khí ($f \approx 0{,}02 \div 0{,}04$), $L$ là chiều dài ống dẫn khí (m), $D$ là đường kính trong của ống dẫn (m), $\rho$ là khối lượng riêng của không khí phụ thuộc nhiệt độ ($\text{kg/m}^3$), $V$ là vận tốc dòng khí nén (m/s).

Phương pháp nghiên cứu thực tế bao gồm:

  • Phương pháp thiết kế mô hình hóa 3D: Sử dụng phần mềm SolidWorks để thiết kế kết cấu hộp chứa Inox 304, giá treo gầm và cơ cấu gá khớp xoay đồng tâm lên mâm xe Ford Ranger 2004.
  • Phương pháp phân tích hồi quy tuyến tính: Thu thập các cặp giá trị điện áp analog (ADC 12-bit từ 0 đến 4095) của 4 cảm biến áp suất tương ứng với các mức áp suất chuẩn đo bằng đồng hồ cơ khí, từ đó thiết lập hàm hồi quy đơn biến $P = a \times \text{Analog} + b$ nạp vào vi điều khiển.
  • Phương pháp thực nghiệm kiểm chứng: Đo đạc, ghi nhận dữ liệu áp suất thực tế tại 4 bánh xe trong hai điều kiện: xe đứng yên tại xưởng và xe vận hành thực tế trên đường ở các dải tốc độ đến 65 km/h.

Thiết kế và triển khai

Hệ thống bơm lốp xe tự động được tích hợp hoàn chỉnh gồm ba phân hệ chính: cơ khí bảo vệ và gá đặt, đường dẫn khí nén chấp hành, mạch điều khiển điện tử và giao diện phần mềm.

Thành phần / Thiết bị Thông số kỹ thuật / Đặc tính vật liệu Chức năng trong hệ thống
Máy nén khí mini 12V Điện áp DC 12V-13.5V, Công suất 120W, Dòng cực đại 15A, Áp suất tối đa 100 PSI, Lưu lượng 27 L/phút Tạo nguồn khí nén áp lực cao để cấp vào các bánh xe
Khớp xoay chất lưu 360° Model SNS NRL8-M5 / NRL6-M6, tốc độ quay thích ứng dải vận tốc đến 65 km/h Dẫn khí nén từ ống cố định trên thân xe vào bánh xe đang quay
Cụm van điện từ 2/2 Thương hiệu Airtac, kiểu thường đóng (NC), điều khiển 12V DC Đóng/mở độc lập đường khí cấp cho từng bánh xe
Van một chiều Vật liệu kim loại chịu áp, gioăng làm kín đàn hồi Ngăn hiện tượng tụt áp và khí trào ngược từ lốp về hệ thống
Ống dẫn khí nén Ống PU chịu áp suất cao, đường kính tiêu chuẩn Dẫn khí từ máy nén qua hộp phân phối đến các cụm bánh
Cảm biến áp suất 4 cảm biến ngõ ra analog tuyến tính Đo áp suất tĩnh và động trên từng nhánh khí nén
Vi điều khiển ESP32 Tích hợp Wi-Fi 2.4GHz, ADC 12-bit, bộ nhớ Flash Thu thập tín hiệu cảm biến, điều khiển rơ le, chạy Web Server
Module Rơ le 8 kênh Cách ly quang (Optocoupler), chịu tải tiếp điểm 10A/250VAC - 10A/30VDC Đóng ngắt nguồn 12V cho máy bơm và 4 cuộn hút van điện từ
Vỏ hộp bảo vệ & giá đỡ Thép không gỉ Inox 304, đệm chống rung cao su Bảo vệ linh kiện chống bụi, nước và va đập dưới gầm xe

Quy trình vận hành và cấu trúc phần mềm điều khiển:

  1. Cơ cấu khí nén: Máy nén khí 12V đẩy luồng khí qua van một chiều tổng vào cụm 4 van điện từ 2/2 Airtac. Khí nén theo 4 nhánh đường ống độc lập dẫn dọc theo khung sắt xi dưới gầm xe đến các hốc bánh, qua khớp xoay 360 độ SNS NRL lắp đồng tâm trên mâm xe và đi thẳng vào đầu van vòi lốp.
  2. Mạch điều khiển và kết nối không dây: Vi điều khiển ESP32 thiết lập một mạng WiFi nội bộ (Access Point) và khởi tạo Web Server. Thiết bị di động (smartphone/tablet) của người dùng kết nối trực tiếp vào mạng WiFi để truy cập giao diện điều khiển thông qua trình duyệt web mà không phụ thuộc vào internet bên ngoài.
  3. Thuật toán điều khiển:
    • Chế độ tự động (Auto Mode): Người dùng thiết lập mức áp suất tiêu chuẩn (ví dụ: 30 PSI, 32 PSI...) trên thanh trượt giao diện. ESP32 liên tục đọc giá trị ADC từ 4 cảm biến, chuyển đổi sang giá trị áp suất thực tế. Khi áp suất tại bánh xe nào thấp hơn ngưỡng cài đặt, ESP32 kích hoạt rơ le mở van điện từ của bánh đó và bật máy nén khí. Khi áp suất đạt giá trị tiêu chuẩn, hệ thống tự động ngắt van điện từ tương ứng và tắt bơm khi tất cả các lốp đã đủ áp suất.
    • Chế độ thủ công (Manual Mode): Người dùng có thể bật/tắt cưỡng bức máy bơm hoặc từng van điện từ riêng lẻ thông qua các nút bấm ảo trên Web Server để phục vụ bảo trì, xả khí hoặc kiểm tra rò rỉ.

Nội dung chính theo từng chương

CHƯƠNG 1. TỔNG QUAN VỀ ĐỀ TÀI

Chương 1 trình bày cơ sở thực tiễn của đề tài, các số liệu thống kê tai nạn giao thông liên quan đến sự cố lốp xe tại Việt Nam, mục tiêu, đối tượng và phạm vi nghiên cứu trên xe Ford Ranger 2004. Tác giả tiến hành khảo cứu các công trình trong và ngoài nước: tại Việt Nam chủ yếu là các nghiên cứu lý thuyết về động lực học lốp hoặc thiết bị bơm đơn lẻ cắm tẩu; trên thế giới có đề tài nguyên mẫu hệ thống kiểm soát áp suất lốp thích ứng của tác giả Julien Brondex (Viện Công nghệ Hoàng Gia KTH, Thụy Điển) sử dụng bình khí nén trung tâm và sản phẩm thương mại TIREMAAX của tập đoàn Hendrickson dành cho sơ-mi rơ-moóc. Từ đó, nhóm tác giả xác định nhiệm vụ thiết kế một hệ thống bơm lốp tự động độc lập, nhỏ gọn, sử dụng máy nén mini 12V điều khiển qua Web Server ESP32.

CHƯƠNG 2. TỔNG QUAN VỀ LỐP XE VÀ ẢNH HƯỞNG CỦA ÁP SUẤT LỐP

Nội dung chương 2 tập trung phân tích sâu về kết cấu lốp xe (gai lốp, cao su đệm, lớp bố nylon, bố thép, tanh lốp) và mối quan hệ giữa áp suất lốp với các chỉ tiêu vận hành:

  • Tuổi thọ lốp và tiêu hao nhiên liệu: Áp suất thiếu 20% làm tăng 10% mức tiêu thụ nhiên liệu do lực cản lăn tăng, đồng thời làm mài mòn nhanh vùng vai lốp; áp suất dư thừa làm giảm diện tích tiếp xúc, mòn vẹt dải trung tâm.
  • Hệ thống treo và độ êm dịu: Mô phỏng động lực học trên phần mềm Matlab khi xe vượt qua gờ dốc hình sin cho thấy áp suất lốp thấp làm tăng giá trị hiệu dụng của gia tốc thân xe, làm suy giảm tính êm dịu theo tiêu chuẩn ISO 2631-1-1997.
  • Tính ổn định và quãng đường phanh: Áp suất lốp thay đổi làm biến thiên hệ số bám và độ cứng ngang của lốp. Lốp non hơi làm tăng diện tích tiếp xúc giúp rút ngắn quãng đường phanh ở một số điều kiện nhưng lại gây mất ổn định hướng khi phanh gấp. Chương này cũng thiết lập hệ thống công thức tính toán bán kính thiết kế $r_{tk}$, bán kính tĩnh $r_{bx}$, vận tốc góc $\omega$, số vòng quay bánh xe $n$, và công thức Darcy-Weisbach tính toán chênh lệch áp suất dòng khí dọc đường ống.

CHƯƠNG 3. CÁC THÀNH PHẦN VÀ KẾT CẤU CỦA HỆ THỐNG

Chương 3 trình bày chi tiết kết cấu vật lý và tính toán lựa chọn thiết bị của hệ thống:

  • Lựa chọn thiết bị chấp hành: Máy nén khí mini 12V (công suất 120W, dòng điện định mức 15A, áp suất cực đại 100 PSI, lưu lượng 27 L/phút, chu kỳ hoạt động liên tục an toàn 12-15 phút); 4 van điện từ 2/2 Airtac thường đóng; van một chiều kim loại; ống dẫn PU chịu áp suất cao.
  • Khớp xoay khí nén: Sử dụng khớp nối chất lưu xoay 360 độ SNS NRL8-M5/NRL6-M6 gắn đồng tâm trên trục bánh xe, đảm bảo kín khí khi quay ở vận tốc xe chạy.
  • Thiết kế cơ khí: Thiết kế hộp chứa thiết bị bằng Inox 304 có bố trí gá giảm chấn cao su chống sốc; thiết kế cụm giá treo hộp dưới gầm xe và giá đỡ khớp xoay gắn trực tiếp vào mâm xe bằng bu-lông tắc-kê trên phần mềm SolidWorks; bố trí hệ thống đường ống khí nén dọc sườn sắt-xi đảm bảo an toàn nhiệt và cơ học.
  • Mạch điện điều khiển: Sơ đồ nguyên lý kết nối vi điều khiển ESP32 với module 8 rơ le cách ly quang, 4 cảm biến áp suất và hệ thống cấp nguồn 12V từ ắc quy xe.

CHƯƠNG 4. LẬP TRÌNH ĐIỀU KHIỂN HỆ THỐNG BƠM HƠI TỰ ĐỘNG DÀNH CHO LỐP XE

Chương 4 mô tả toàn bộ giải thuật và cấu trúc chương trình nhúng nạp cho vi điều khiển ESP32:

  • Hiệu chuẩn cảm biến áp suất: Tiến hành đo đạc thực nghiệm các giá trị ADC analog tương ứng với các mức áp suất thực tế từ đồng hồ chuẩn, xây dựng phương trình hồi quy tuyến tính cho từng kênh cảm biến từ 1 đến 4.
  • Lập trình giao diện Web Server: Xây dựng mã nguồn HTML/CSS/JavaScript nhúng trực tiếp vào bộ nhớ Flash của ESP32; thiết lập các điểm cuối (endpoints) giao tiếp HTTP để truyền nhận dữ liệu áp suất 4 bánh xe theo thời gian thực và nhận lệnh điều khiển từ thanh trượt cài đặt áp suất.
  • Giải thuật điều khiển vòng lặp: Xây dựng logic quét liên tục giá trị cảm biến, so sánh với giá trị áp suất mục tiêu, xử lý trễ logic (hysteresis) để đóng ngắt rơ le máy bơm và rơ le các van điện từ tương ứng một cách chính xác, tránh hiện tượng đóng ngắt liên tục gây hỏng tiếp điểm.

CHƯƠNG 5. KẾT QUẢ THỰC HIỆN VÀ ĐÁNH GIÁ SẢN PHẨM

Chương 5 công bố kết quả thử nghiệm thực tế của mô hình hệ thống sau khi lắp ráp hoàn thiện trên xe Ford Ranger 2004:

  • Thực nghiệm tĩnh (xe đứng yên): Kiểm tra chức năng cài đặt áp suất tiêu chuẩn và bơm tự động cho từng lốp riêng biệt và đồng thời 4 lốp. Hệ thống tự động ngắt chính xác khi áp suất thực tế đạt ngưỡng cài đặt.
  • Thực nghiệm động (xe di chuyển): Cho xe chạy thực tế trên đường ở các dải tốc độ từ 20 km/h, 40 km/h đến 65 km/h. Khớp xoay hoạt động ổn định, không bị rò rỉ khí nén và không có hiện tượng rung lắc hay văng khớp.
  • Kiểm tra kết nối và độ chính xác: Đánh giá khả năng kết nối đa thiết bị vào Web Server; so sánh số liệu áp suất hiển thị trên giao diện Web với số liệu đo trực tiếp bằng đồng hồ đo áp suất cơ khí tiêu chuẩn, cho thấy sai số nằm trong giới hạn cho phép.

CHƯƠNG 6. KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ

Chương 6 tổng kết các kết quả đạt được về mặt thiết kế cơ khí, mạch điều khiển và phần mềm giao diện; đồng thời nêu rõ các điểm hạn chế về công suất máy bơm mini, độ bền mài mòn của khớp xoay khi chạy đường dài và đề xuất các hướng phát triển tiếp theo của đề tài.

Kết quả và đóng góp

Nghiên cứu đã hoàn thành đầy đủ các mục tiêu đề ra và đạt được các kết quả kỹ thuật cụ thể:

  1. Sản phẩm phần cứng hoàn chỉnh: Chế tạo thành công hộp bảo vệ thiết bị bằng Inox 304 nhỏ gọn, bố trí bên trong gồm 1 máy nén khí 12V, cụm 4 van điện từ 2/2 Airtac, van một chiều, bộ 8 rơ le công suất và vi điều khiển ESP32. Thiết kế và gia công chính xác cụm giá đỡ khớp xoay 360 độ SNS NRL bắt chặt vào mâm xe Ford Ranger 2004, giữ cho khớp xoay đồng tâm tuyệt đối khi bánh xe quay.
  2. Giao diện điều khiển Web Server đa năng: Xây dựng thành công hệ thống giám sát và điều khiển không dây cục bộ qua WiFi. Người lái có thể theo dõi áp suất 4 bánh liên tục với giao diện đồ họa trực quan, lựa chọn linh hoạt giữa chế độ tự động bơm theo áp suất cài đặt hoặc điều khiển bật/tắt thủ công từng thiết bị.
  3. Khả năng vận hành thực nghiệm ổn định: Hệ thống thực hiện bơm hơi và duy trì áp suất chính xác cho cả 4 lốp xe ở cả trạng thái đứng yên và trạng thái xe đang chạy với vận tốc đến 65 km/h. Khớp xoay và hệ thống đường ống duy trì độ kín khí cao, không có hiện tượng rò rỉ áp suất.

Đóng góp mới của đề tài:

  • Kết hợp đồng thời tính năng của hệ thống cảnh báo áp suất lốp (TPMS) và cơ cấu can thiệp bơm áp suất tự động chủ động trên cùng một nền tảng không dây, giải quyết triệt để hạn chế của các thiết bị bơm rời truyền thống.
  • Cung cấp giải pháp thiết kế cơ khí gá đặt phụ trợ hoàn toàn bên ngoài, không yêu cầu khoan cắt hay tác động làm biến dạng cấu trúc khung gầm và hệ thống treo nguyên bản của ô tô.

Hạn chế và hướng nghiên cứu tiếp

Các hạn chế được nhóm tác giả ghi nhận trong quá trình thực hiện:

  • Máy nén khí mini 12V có công suất giới hạn (120W), thời gian làm việc liên tục an toàn chỉ từ 12 đến 15 phút, dễ bị quá nhiệt nếu phải bơm cùng lúc cả 4 bánh xe từ trạng thái hết hơi hoàn toàn.
  • Khớp xoay chất lưu 360 độ hoạt động dựa trên gioăng làm kín cơ học, do đó sẽ chịu sự mài mòn sau thời gian dài vận hành ở tốc độ cao, đòi hỏi phải kiểm tra và bảo dưỡng định kỳ.
  • Hệ thống đường ống dẫn khí nén lắp dưới gầm xe chịu tác động trực tiếp từ môi trường (bụi bẩn, bùn đất, nước văng), cần có kết cấu bọc bảo vệ chuyên dụng hơn.
  • Kết nối không dây hiện tại sử dụng mạng WiFi cục bộ phát từ vi điều khiển ESP32 với cự ly ngắn, chưa tích hợp truyền dữ liệu đám mây (Cloud/IoT).

Hướng phát triển tiếp theo của đề tài:

  • Nghiên cứu thay thế máy nén mini bằng hệ thống trích khí nén từ bình tích áp trung tâm (đối với xe tải, xe khách) hoặc trang bị máy nén hiệu suất cao có tản nhiệt chủ động.
  • Nâng cấp khớp xoay cơ khí sang các dòng khớp quay chuyên dụng công nghiệp có độ bền cao hơn, chịu được dải vận tốc chuyển động lớn hơn (> 100 km/h).
  • Mở rộng thuật toán điều khiển: tự động điều chỉnh áp suất lốp theo tải trọng động phân bố lên từng trục xe và theo điều kiện mặt đường (đường cát, bùn lầy, đường cao tốc).
  • Tích hợp module kết nối 4G/LTE/GPS để đồng bộ dữ liệu giám sát lốp về hệ thống quản lý đội xe từ xa.

Giá trị tham khảo

Đồ án tốt nghiệp là tài liệu tham khảo chuyên ngành hữu ích cho sinh viên, học viên cao học và giảng viên thuộc các ngành: Công nghệ Kỹ thuật Ô tô, Kỹ thuật Cơ điện tử, Kỹ thuật Cơ khí Động lực và Điều khiển Tự động hóa.

Các nội dung có giá trị tham khảo ứng dụng cao bao gồm:

  • Quy trình tính toán động học và khí nén ô tô: Phương pháp xác định bán kính tĩnh lốp xe, số vòng quay bánh xe và tính toán sụt áp đường ống theo phương trình Darcy-Weisbach.
  • Thiết kế kết cấu cơ khí phụ trợ ô tô: Bản vẽ và giải pháp gá đặt hộp bảo vệ dưới gầm xe, cơ cấu gá khớp xoay 360 độ trên mâm xe bằng phần mềm SolidWorks không làm thay đổi kết cấu xe.
  • Ứng dụng vi điều khiển nhúng trong ô tô: Phương pháp lập trình Web Server trên vi điều khiển ESP32, giải thuật hồi quy tuyến tính xử lý tín hiệu cảm biến analog và mạch điều khiển công suất rơ le đóng cắt van điện từ khí nén.

Câu hỏi thường gặp

1. Khớp nối xoay chất lưu 360 độ có vai trò gì và được lắp đặt ở vị trí nào trên xe?
Khớp xoay chất lưu 360 độ (model SNS NRL8-M5/NRL6-M6) là cơ cấu trung gian cho phép truyền dẫn luồng khí nén từ hệ thống ống dẫn cố định trên thân xe vào bên trong lốp xe đang quay liên tục. Khớp xoay được gắn đồng tâm tuyệt đối với tâm bánh xe thông qua một giá đỡ cơ khí chuyên dụng bắt chặt vào các bu-lông tắc-kê của mâm xe.

2. Làm thế nào để vi điều khiển ESP32 chuyển đổi tín hiệu từ cảm biến thành giá trị áp suất hiển thị?
Nhóm tác giả sử dụng phương pháp phân tích hồi quy tuyến tính. Bằng cách đo đạc thực nghiệm các giá trị tín hiệu điện áp analog (ADC) từ cảm biến tương ứng với các mức áp suất chuẩn đo bằng đồng hồ cơ khí, tác giả lập được phương trình toán học dạng $P = a \times \text{Analog} + b$ cho từng cảm biến để nhúng trực tiếp vào thuật toán của ESP32.

3. Giới hạn vận hành về tốc độ và thời gian bơm liên tục của hệ thống là bao nhiêu?
Hệ thống được thiết kế và thử nghiệm an toàn trên đường trường ở dải tốc độ xe chạy lên đến 65 km/h. Máy nén khí mini 12V của hệ thống có thời gian hoạt động liên tục an toàn từ 12 đến 15 phút để đảm bảo nhiệt độ động cơ máy bơm không vượt quá ngưỡng cho phép.

4. Người dùng tương tác và điều khiển hệ thống bơm lốp tự động bằng phương thức nào?
Người dùng sử dụng điện thoại thông minh hoặc máy tính kết nối vào mạng WiFi do ESP32 phát ra, sau đó truy cập vào giao diện Web Server qua trình duyệt web. Tại đây, người dùng có thể quan sát áp suất thực tế 4 bánh, cài đặt áp suất tiêu chuẩn cho chế độ tự động hoặc bật/tắt thủ công từng van điện từ và máy bơm.

5. Việc lắp đặt hệ thống có làm thay đổi hay hư hại kết cấu nguyên bản của xe Ford Ranger 2004 không?
Không. Toàn bộ hệ thống giá đỡ hộp chứa thiết bị dưới gầm và giá đỡ khớp xoay trên mâm xe đều được thiết kế dạng ngàm kẹp và bắt ghép bu-lông vào các vị trí chờ sẵn, hoàn toàn không thực hiện khoan đục, cắt hàn làm ảnh hưởng đến độ cứng vững và tính an toàn của khung gầm xe.

Kết luận

Đồ án "Tính toán, thiết kế hệ thống bơm lốp xe tự động" của nhóm sinh viên Trường Đại học Sư phạm Kỹ thuật TP. Hồ Chí Minh đã giải quyết trọn vẹn bài toán tích hợp giữa cơ khí ô tô, khí nén và điều khiển nhúng không dây. Hệ thống chế tạo thành công có khả năng giám sát áp suất liên tục và tự động bơm khí nén duy trì áp suất tiêu chuẩn cho 4 bánh xe Ford Ranger 2004 ở cả trạng thái đứng yên và khi di chuyển với tốc độ đến 65 km/h. Công trình cung cấp giải pháp kỹ thuật có tính thực tiễn cao, góp phần nâng cao an toàn giao thông, tối ưu hóa tuổi thọ lốp và tiết kiệm nhiên liệu cho phương tiện.