CHƯƠNG I. Lý do chọn đề tài Cùng với sự tiến bộ của khoa học kỹ thuật, ngành công nghiệp ô tô đã thiết kế rất nhiều hệ thống như ABS (Anti-lock Braking System), (cân bằng điện tử ESC (Electronic Stability Program) ., hỗ trợ phanh khân cấp BA (Brake Assist) đề tăng tính năng an toàn cho xe. Nhưng khi đã xảy ra tai nạn, các hệ thống trên sẽ không còn tối ưu đề bảo vệ an toàn cho người trên ô tô. Nhiều giải pháp đã được đưa ra, trong số đó thành công nhất là hệ thống túi khí an toàn.
Hệ thống này ngày cảng được thiết kế nhỏ gọn. độ chính xác cao, an toàn và hiệu quả. vì vậy đã nâng cao được tính năng an toàn, giảm thiểu thiệt hại về người trong các vụ va chạm giao thông. Với mục đính củng cố và mở rộng kiến thức chuyên môn chúng em đã làm đề tài nghiên “HỆ THỐNG TÚI KHÍ TRÊN Ô TÔ (AIRBAG)”.
Với sự hướng dẫn của thầy Lê Đức Hiếu. Kiến thức, kỹ năng Tài liệu kiến thức chuyên ngành về hệ thống túi khí (Giáo trình hệ thống điện điện tử trên ô tô hiện đại-PGS.TS Đỗ Văn Dũng) Kiến thức linh kiện điện tử, vi điều khiển atmega 328, arduino (giáo trình linh kiện điện tử, tài liệu web vi điều khiển, arduino) Kĩ năng lập trình cơ bản (hiểu biết ngôn ngữ c++) Kĩ năng sử dụng phần mềm mô phỏng proteus Kĩ năng phân tích kết quả mô phỏng 1. Mục tiêu đề tài Tìm hiểu về vi điều khiển. Nắm được các định nghĩa cơ bản, phân loại (tên, công dụng, yêu cầu) từng loại họ vi điều khiển.
Tìm hiểu các ứng dụng của vi điều khiển trong lĩnh vực ngành công nghiệp ô tô. 9 Downloaded by SAU DO (saudinh3@gmail.com) lOMoARcPSD|39270902 Ứng dụng của vi điều khiển trên ô tô nói chung và trong điều khiển hệ thống túi khí nói riêng. Nêu được ứng dụng cụ thể của vi điều khiển cũng như mạch điều khiển hệ thống kích nổ bộ thổi khí đối với ngành công nghiệp ô tô hiện nay. Xây dựng được thuật toán, chương trình điều khiển cơ bản.
Phân tích được đặc điểm cấu tạo, chức năng và nguyên lý làm việc của từng bộ phận. Kết quả đạt được dự kiến bao gồm: báo cáo bài tập lớn + mô phỏng. CHƯƠNG 2: KẾT QUẢ NGHIÊN CỨU 2.1 Cơ sở lý thuyết Nhiệm vụ của túi khí. Công dụng của túi khí như là một hệ thống kèm giữ bổ sung (SRS) kết quả là làm giảm những chấn thương do mảnh kính vỡ, do lực va đập với các bộ phận bên trong xe và giảm các chấn thương vùng đầu, cổ và bả vai.
Túi khí SRS được trang bị để bảo vệ bổ sung cho người lái và hành khách khi họ đã được bảo vệ bằng đai an toàn. Đối với những va đập nghiêm trọng ở phía trước và sườn xe, túi khí SRS cùng với đai an toàn sẽ ngăn ngừa hoặc giảm thiểu chấn thương. Phân loại túi khí: Các túi khí được phân loại dựa trên kiểu hệ thống kích nổ bộ thổi khí, số lượng túi khí và số lượng cảm biến túi khí. Hệ thống kích nổ bộ thổi khí: - Loại điện tử (loại E) - Loại cơ khí hoàn toàn (loại M).
Số lượng túi khí: - Một túi khí: cho lái xe (loại E hay M) 10 Downloaded by SAU DO (saudinh3@gmail.com) lOMoARcPSD|39270902 - Hai túi khí: cho lái xe và hành khách trước (chỉ loại E) c. Số lượng cảm biến túi khí: (chỉ loại E) - Một cảm biến: Cảm biến túi khí. - Ba cảm biến: Cảm biến túi khí trung tâm và hai cảm biến trước. Cấu trúc cơ bản: - Cảm biến túi khí trung tâm.
- Bộ thổi khí. Hình 1: Sơ đồ hệ thống túi khí loại M Hình 2: Sơ đồ hệ thống túi khí loại E Nguyên lý hoạt động: - Nguyên lý hoạt động của túi khí về cơ bản khá đơn giản: Bộ điều khiển điện tử sẽ nhận tín hiệu từ các cảm biến để xác định gia tốc giảm dần của xe. Khi bộ điều khiển nhận được tín hiệu gia tốc giảm dần đủ lớn (bị va chạm) sẽ cung 11 Downloaded by SAU DO (saudinh3@gmail.com) lOMoARcPSD|39270902 cấp dòng điện kích nổ túi khí tương ứng. Tốc độ nổ túi khí là rất nhanh (khoảng từ 10 đến 40 phần nghìn giây) nên sẽ tạo ra một túi đệm khí tránh cho phần đầu và ngực cửa hành khách va đập trực tiếp vào các phần cứng của xe.
Sau khi đã đỡ được hành khách khỏi va chạm, túi khí sẽ tự động xả hơi nhanh chóng để không làm kẹt hành khách trong xe. Sự kích nổ túi khí phụ thuộc vào 2 yếu tố cơ bản sau: - Lực va đập của xe (gây nên gia tốc giảm dần của xe). - Vùng và hướng va đập (điểm và hướng va chạm xuất phát đầu tiên). - Khi va chạm, cảm biến túi khí xác định mức độ va chạm và khi mức độ này vượt quá giá trị qui định của cụm cảm biến túi khí trung tâm, thì ngòi nổ nằm trong bộ thổi túi khí sẽ bị đánh lửa.
- Ngòi nổ đốt chất mồi lửa và hạt tạo khí và tạo ra một lượng khí lớn trong thời gian ngắn. Khí này bơm căng túi khí để giảm tác động lên người trên xe đồng thời ngay lập tức thoát ra ở các lỗ xả phía sau túi khí. Điều này làm giảm lực tác động lên túi khí và cũng đảm bảo cho người lái có một không gian cần thiết để quan sát. - Hệ thống túi khí SRS phía trước được thiết kế để kích hoạt ngay nhằm đáp ứng với những va đập nghiêm trọng phía trước trong khu vực mầu đỏ giới hạn bởi các mũi tên như trong hình vẽ.
12 Downloaded by SAU DO (saudinh3@gmail.com) lOMoARcPSD|39270902 Hình 3: Cung tác dụng phía trước của hệ thống SRS. - Túi khí SRS phía trước sẽ nổ nếu mức độ va đập phía trước vượt quá giới hạn thiết kế. Tương đương với vận tốc va đập khoảng 20 - 25 km/h khi va đập trực diện vào vật thể cố định không biến dạng. - Nếu mức độ va đập thấp hơn giới hạn thiết kế thì các túi khí SRS phía trước có thể không nổ.
- Tuy nhiên, tốc độ ngưỡng này sẽ cao hơn đáng kể nếu xe đâm vào vật thể như xe đang đỗ, cột mốc tức là những vật thể có thể dịch chuyển hoặc biến dạng khi va đập hoặc khi xe va đập vào những vật thể nằm dưới mũi xe và sàn xe hoặc khi xe đâm vào gầm xe tải. - Túi khí SRS phía trước sẽ không nổ, nếu xe va đập ở bên sườn hoặc phía sau, hoặc xe bị lật, hoặc va đập phía trước với tốc độ thấp. Trường hợp (1) hình 1.4 - Túi khí SRS phía trước có thể nổ nếu xảy ra va đập nghiêm trọng ở phía gầm dưới xe như được chỉ ra trên hình vẽ. Trường hợp (2) hình 1.4 13 Downloaded by SAU DO (saudinh3@gmail.com) lOMoARcPSD|39270902 Hình 4: Sự hoạt động của hệ thống SRS khi va chạm.
(1): Túi khí SRS phía trước sẽ không nổ; (2): Túi khí SRS phía trước có thể nổ. Các túi khí SRS và túi khí bên phía trên được thiết kế để hoạt động khi phần khoang xe bị đâm từ bên sườn xe hoặc tai sau của xe. Khi xe bị va đập trực diện hoặc chéo vào thành bên như được chỉ ra ở hình vẽ bên trái nhưng không thuộc khu vực khoang hành khách, thì túi khí bên và túi khí bên phía trên có thể không nổ. Túi khí bên và túi khí bên phía trên sẽ không nổ, khi va đập từ phía trước hoặc phía sau, hoặc bị lật, hoặc va đập bên với tốc độ thấp.
14 Downloaded by SAU DO (saudinh3@gmail.1 Cấu trúc và linh kiện KIT Arduino UNO R3 ATMEGA328P Hình 5: Arduino UNO R3 ATMEGA328P Một vài thông số của KIT Arduino UNO R3 Vi điều khiển ATmega328 họ 8bit Điện áp hoạt động 5V DC (chỉ được cấp qua cổng USB) Tần số hoạt động 16 MHz Dòng tiêu thụ Khoảng 30mA 15 Downloaded by SAU DO (saudinh3@gmail.com) lOMoARcPSD|39270902 Điện áp vào khuyên dùng 7-12V DC Điện áp vào giới hạn 6-20V DC Số chân Digital I/O 14 (6 chân hardware PWM) Số chân Analog 6 (độ phân giải 10bit) Dòng tối đa trên mỗi chân I/O 30 mA Dòng ra tối đa (5V) 500 mA Dòng ra tối đa (3.3V) 50 mA Bộ nhớ flash 32 KB (ATmega328) với 0.5KB dùng bởi bootloader SRAM 2 KB (ATmega328) EEPROM 1 KB (ATmega328) 16 Downloaded by SAU DO (saudinh3@gmail.com) lOMoARcPSD|39270902 Vi điều khiển Hình 6: Vi điều khiển Arduino UNO có thể sử dụng 3 vi điều khiển họ 8bit AVR là ATmega8, ATmega168, ATmega328. Bộ não này có thể xử lí những tác vụ đơn giản như điều khiển đèn LED nhấp nháy, xử lí tín hiệu cho xe điều khiển từ xa, làm một trạm đo nhiệt độ - độ ẩm và hiển thị lên màn hình LCD, … hay những ứng dụng khác. Thiết kế tiêu chuẩn của Arduino UNO sử dụng vi điều khiển ATmega328 với giá khoảng 90. Tuy nhiên nếu yêu cầu phần cứng của bạn không cao hoặc túi tiền không cho phép, bạn có thể sử dụng các loại vi điều khiển khác có chức năng tương đương nhưng rẻ hơn như ATmega8 (bộ nhớ flash 8KB) với giá khoảng 45.000đ hoặc ATmega168 (bộ nhớ flash 16KB) với giá khoảng 65.
Ngoài việc dùng cho board Arduino UNO, bạn có thể sử dụng những IC điều khiển này cho các mạch tự chế. Năng Lượng 17 Downloaded by SAU DO (saudinh3@gmail.com) lOMoARcPSD|39270902 Hình 7: Các chân năng lượng Arduino UNO có thể được cấp nguồn 5V thông qua cổng USB hoặc cấp nguồn ngoài với điện áp khuyên dùng là 7-12V DC và giới hạn là 6-20V. Thường thì cấp nguồn bằng pin vuông 9V là hợp lí nhất nếu bạn không có sẵn nguồn từ cổng USB. Nếu cấp nguồn vượt quá ngưỡng giới hạn trên, bạn sẽ làm hỏng Arduino UNO.
Các chân năng lượng GND (Ground): cực âm của nguồn điện cấp cho Arduino UNO. Khi bạn dùng các thiết bị sử dụng những nguồn điện riêng biệt thì những chân này phải được nối với nhau. 5V: cấp điện áp 5V đầu ra. Dòng tối đa cho phép ở chân này là 500mA.
Dòng tối đa cho phép ở chân này là 50mA. Vin (Voltage Input): để cấp nguồn ngoài cho Arduino UNO, bạn nối cực dương của nguồn với chân này và cực âm của nguồn với chân GND. IOREF: điện áp hoạt động của vi điều khiển trên Arduino UNO có thể được đo ở chân này. Và dĩ nhiên nó luôn là 5V.
Mặc dù vậy bạn không được lấy nguồn 5V từ chân này để sử dụng bởi chức năng của nó không phải là cấp nguồn. 18 Downloaded by SAU DO (saudinh3@gmail.com) lOMoARcPSD|39270902 RESET: việc nhấn nút Reset trên board để reset vi điều khiển tương đương với việc chân RESET được nối với GND qua 1 điện trở 10KΩ. Lưu ý: Arduino UNO không có bảo vệ cắm ngược nguồn vào.