Luận văn tốt nghiệp Khai thác hệ thống treo khí nén điện tử. Mô phỏng hệ thống treo điện tử sử dụng mạch Arduino

Ưu điểm hệ thống treo khí nén điện tử Hệ thống treo khí nén điện tử sử dụng một ECU để điều khiển độ cao của bầu hơi cao su thay đổi chiều cao của bánh xe so với thân xe thay thế cho các

PHIẾU GIAO ĐỀ TÀI

PHIẾU NHẬN XÉT CỦA GIẢNG VIÊN HƯỚNG DẪN

Tp Hồ Chí Minh, ngày tháng năm 2022 Giảng viên hướng dẫn

PHIẾU NHẬN XÉT CỦA GIẢNG VIÊN PHẢN BIỆN

Tp Hồ Chí Minh, ngày tháng năm 2022 Giảng viên phản biện

cô Trường Đại học Giao thông Vận tải Thành phố Hồ Chí Minh nói chung

Em xin chân thành gửi lời cảm ơn đến Ban giám hiệu Nhà trường, Viện cơ khí, quý thầy cô tham gia giảng dạy đã tận tình hướng dẫn tạo điều kiện để em hoàn hành luận văn này

Đặc biệt, em xin bày tỏ lòng biết ơn sâu sắc đến thầy giáo ThS Dương Minh Thái

đã tận tình chỉ dẫn, theo dõi, định hướng đi và đưa ra những lời khuyên bổ ích giúp em giải quyết được các vấn đề gặp phải trong quá trình nghiên cứu và hoàn thành đề tài theo đúng kế hoạch và nội dung đề ra

Mặc dù bản thân em đã rất cố gắng nhưng do giới hạn kiến thức cũng như kinh nghiệm còn hạn chế nên bài luận không tránh khỏi những thiếu sót trong quá trình thực hiện Vì vậy, em rất mong nhận được sự thông cảm và đóng góp quý báu của quý thầy

cô để bài luận có giá trị về mặt lý luận và thực tiễn

Cuối cùng, em xin kính chúc quý thầy cô dồi dào sức khỏe và thành công trong sự

nghiệp cao quý! Em xin chân thành cảm ơn!

Tp Hồ Chí Minh, ngày tháng năm 2022 Sinh viên thực hiện

Điền Huỳnh Đức Trọng

TÓM TẮT LUẬN VĂN

Như chúng ta đã biết, ngày nay với tốc độ phát triển mạnh mẽ của của nền khoa học công nghệ Các nhà sản xuất ô tô đã lần lượt cho ra đời nhiều sản phẩm với các tính năng hiện đại đem lại trải nghiệm tối ưu cho người sử dụng Trên các dòng ô tô hiện nay, khoảng sáng gầm xe thường được cố định Xe chạy trên đường trường cần gầm thấp để tăng độ bám mặt đường giữ an toàn cho người lái cũng như hành khách trên xe Nhưng đối với các đoạn đường gồ ghề hay gặp chướng ngại thì khả năng va chạm giữa gầm và mặt đường rất lớn Nắp bắt tình trạng này, công nghệ nâng hạ gầm tự động ra đời cho phép gầm xe thay đổi độ cao theo mong muốn của người sử dụng Luận văn này tập trung nghiên cứu hệ thống treo khí nén điện tử cho phép thay đổi độ cao gầm xe của Accuair Bố cục luận văn gồm 5 chương như sau:

Chương 1: Tổng quan về hệ thống treo khí nén điện tử, lịch sử, ưu điểm nguyên lý

chung của hệ thống

Chương 2: Nghiên cứu về hệ thống treo khí nén điện tử của Accuair, cấu tạo của

hệ thống và nguyên lý làm việc

Chương 3: Khai thác hệ thống treo khí nén điện tử Accuair, những hư hỏng và

cách khắc phục, phương pháp kiểm tra sơ bộ hệ thống , quy trình lắp đặt hệ thống cho Audi B8

Chương 4: Thiết kế mô hình mô phỏng hệ thống treo điện tử bằng mạch Arduino Chương 5: Kết luận

MỤC LỤC

Chương 1: Tổng quan về hệ thống treo khí nén điện tử 1

1.1 Tổng quan về độ êm dịu chuyển động của ô tô và các chỉ tiêu đánh giá 1

1.1.1 Khái niệm độ êm dịu chuyển động của ô tô 1

1.1.2 Các chỉ tiêu đánh giá độ êm dịu chuyển động 1

1.2 Tổng quan về hệ thống treo khí nén điện tử 4

1.2.1 Lịch sử của hệ thống treo khí nén điện tử 4

1.2.2 Ưu điểm hệ thống treo khí nén điện tử 7

1.2.3 Các dòng xe lắp đặt hệ thống treo khí nén điện tử 8

1.2.4 Nguyên lý chung của hệ thống treo khí nén điện tử 11

1.3 Tổng quan về Accuair Control Systems, LLC 12

1.4 Tổng quan về đề tài 15

1.4.1 Mục tiêu và nhiệm vụ nghiên cứu 15

1.4.2 Đối tượng và phạm vi nghiên cứu 15

1.4.3 Phương pháp nghiên cứu 15

Chương 2: Nghiên cứu về hệ thống treo khí nén điện tử 16

2.1 Cấu tạo hệ thống 16

2.1.1 Sơ đồ bố trí 16

2.1.2 Cấu tạo và hoạt động của các phần tử 17

2.2 Nguyên lý làm việc của hệ thống 29

2.2.1 Sơ đồ nguyên lý hệ thống 29

2.2.2 Sơ đồ mạch điện điều khiển 30

2.2.3 Tự động điều khiển độ cao xe 32

2.2.4 Điều khiển độ cao xe bằng tay 32

Chương 3: Khai thác hệ thống treo khí nén điện tử Accuair 34

3.1 Hư hỏng và cách khắc phục 34

3.2 Kiểm tra sơ bộ 36

3.2.1 Kiểm tra sơ bộ chức năng điều khiển độ cao xe 36

3.2.3 Kiểm tra các bộ phận 38

3.3 Kiểm tra ECU của hệ thống 41

3.4 Quy trình lắp đặt Accuair cho Audi B8 43

3.4.1 Lắp đặt hệ thống treo trước Audi B8 43

3.4.2 Lắp đặt hệ thống treo sau Audi B8 47

3.4.3 Lắp đặt cảm biến chiều cao phía trước 51

3.4.4 Lắp đặt cảm biến chiều cao phía sau 53

3.4.5 Lắp bình chứa khí nén 54

3.4.6 Lắp máy nén khí 57

3.4.7 Lắp remote điều khiển 60

3.4.8 Lắp đường ống khí nén và dây điện 62

Chương 4: Thiết kế mô hình mô phỏng hệ thống treo điện tử 66

4.1 Ý tưởng thiết kế 66

4.2 Chuẩn bị tài nguyên thiết kế 67

4.3 Triển khai mô hình 68

4.3.1 Các phần mềm thiết kế 68

4.3.2 Nguyên lý hoạt động 70

4.3.3 Lưu đồ giải thuật 72

4.3.4 Chương trình điều khiển 73

4.4 Đánh giá mô hình và hướng phát triển đề tài 88

4.4.2 Hướng phát triển của đề tài 88 Chương 5: Kết luận 89 Tài liệu tham khảo 90

DANH SÁCH HÌNH VẼ

Hình 1 1: Mô phỏng ý tưởng của Mary Magès 4

Hình 1 2: Messier 1920 4

Hình 1 3: Nguyên mẫu Stout Scarab 5

Hình 1 4: Cadillac Eldorado Brougham 1957 5

Hình 1 5: Borgward P100 6

Hình 1 6: Toyota Soarer 6

Hình 1 7: 93MY Land Rover Range Rover 6

Hình 1 8: Ưu điểm của hệ thống treo khí nén điện tử 7

Hình 1 9: Toyota Supra Mark IV 8

Hình 1 10: Rolls – Royce Phantom 9

Hình 1 11: Vinfast President V8 9

Hình 1 12: Hệ thống treo khí nén của Air Lift 10

Hình 1 13: Nguyên lý chung của hệ thống treo khí nén điện tử 11

Hình 1 14: Các bộ phận hệ thống treo khí nén điện tử 11

Hình 1 15: Dustin B Heon và Reno N Heon, người sáng lập Accuair 12

Hình 1 16: (A) : AccuAir thế hệ thứ nhất ; (B) : AccuAir e – Level 13

Hình 1 17: ENDO - CVT 14

Hình 1 18: Cơ sở AccuAir tại San Luis Obispo, Hoa Kỳ 14

Hình 2 1: Bố trí chung hệ thống Accuair 16

Hình 2 2: ECU hệ thống treo 17

Hình 2 3: Sơ đồ khối ECU hệ thống treo 18

Hình 2 4: Bo mạch ECU Accuair e – Level 18

Hình 2 6: Kích thước van điện từ VU4 (Inch) 19

Hình 2 7: Nguyên lý van điện từ 2/2 20

Hình 2 8: Cấu tạo van điện từ VU4 20

Hình 2 9: Cảm biến chiều cao 22

Hình 2 10: Vị trí lắp đặt cảm biến chiều cao 22

Hình 2 11: Bo mạch cảm biến chiều cao 23

Hình 2 12: Nguyên lý làm việc cảm biến chiều cao 23

Hình 2 13: Bình chứa tích hợp van và máy nén (ENDO – CVT) 24

Hình 2 14: Các đường ray để cố định máy nén 24

Hình 2 15: Máy nén Wabco và van điện từ tích hợp ở nắp bình ENDO – CVT 25 Hình 2 16: Bo mạch Q – Aires 25

Hình 2 17: Máy nén trong ENDO – CVT 26

Hình 2 18: Vị trí các van trên nắp bình 26

Hình 2 19: Cấu tạo bầu hơi 28

Hình 2 20: Cấu tạo lớp vỏ cao su 28

Hình 2 21: Sơ đồ nguyên lý hệ thống 29

Hình 2 22: Sơ đồ nguyên lý hệ thống Accuair 30

Hình 2 23: Sơ đồ nguyên lý hệ thống Accuair sử dụng ENDO – CVT 31

Hình 2 24: Sơ đồ mạch điện tự động điều khiển độ cao 32

Hình 3 1: Quy trình khắc phục hư hỏng hệ thống 34

Hình 3 2: Chênh lệch độ cao khi nâng hạ 37

Hình 3 3: Remote điều khiển 37

Hình 3 4: Kiểm tra hoạt động máy nén 40

Hình 3 5: Kiểm tra hoạt động rơ le máy nén 40

Hình 3 6: Sơ đồ chân ECU hệ thống 41

Hình 3 7: Cấu tạo bầu hơi phía trước Audi B8 43

Hình 3 8: Cấu tạo bầu hơi phía sau Audi B8 47

Hình 4 1: Mô tả ý tưởng thiết kế 66

Hình 4 2: Phần mềm Arduino IDE 68

Hình 4 3: Proteus 8 Professional 69

Hình 4 4: Giao diện chính của Proteus 8 69

Hình 4 5: Sơ đồ nguyên lý hoạt động 70

Hình 4 6: Mô hình 71

Hình 4 7: Mạch điều khiển mô hình 71

Hình 4 8: Lưu đồ giải thuật của chương trình điều khiển 72

DANH SÁCH BẢNG BIỂU

Bảng 1 1: Bảng đánh giá chủ quan độ êm dịu ô tô theo ISO 2631 – 1 2

Bảng 2 1: Bảng chức năng các phần tử 17

Bảng 2 2: Bảng chân dây giắc cắm cụm van VU4 21

Bảng 2 3: Bảng chân dây giắc cắm điều khiển bình ENDO - CVT 27

Bảng 2 4: Bảng chân dây giắc cắm nguồn bình ENDO – CVT 27

Bảng 3 1: Bảng đèn báo lỗi 34

Bảng 3 2: Bảng kiểm tra hoạt động ECU hệ thống 41

Bảng 4 1: Bảng các phần tử mô hình 67

DANH SÁCH CÁC TỪ VIẾT TẮT

ECAS Electronically controlled Air suspension

ENDO –

Chương 1: Tổng quan về hệ thống treo khí nén điện tử 1.1 Tổng quan về độ êm dịu chuyển động của ô tô và các chỉ tiêu đánh giá

1.1.1 Khái niệm độ êm dịu chuyển động của ô tô

Trong quá trình khai thác ô tô, các yếu tố về mặt kết cấu xe và các yếu tố khách quan bên ngoài như chất lượng mặt đường, sự vận hành của người lái sinh ra các dao động Những dao động này thường sẽ ảnh hưởng xấu đến hiệu quả làm việc của ô tô như ảnh hưởng đến chất lượng hàng hóa, tuổi thọ các cụm chi tiết trên xe và đặt biệt là ảnh hưởng đến sức khỏe của hành khách trên xe

Đối với ô tô vận tải khi khai thác ở chất lượng bề mặt đường xấu buộc người lái phải giảm tốc độ Tốc độ trung bình của xe giảm, điều đó làm tăng suất tiêu hao nhiên liệu kéo theo năng suất vận chuyển giảm và giá thành vận chuyển tăng

Đối với người làm nghề lái xe, trong trường hợp họ phải làm việc một thời gian dài trong môi trường dao động của ô tô sẽ dễ mắc các chứng bệnh về thần kinh, não bộ dẫn đến nguy hiểm trong khi vận hành xe

Như vậy, độ êm dịu chuyển động của ô tô là một trong những chỉ tiêu quan trọng khi đánh giá chất lượng của một chiếc xe Độ êm dịu chuyển động của ô tô phụ thuộc vào kết cấu của xe, đặc điểm và cường độ lực kích động từ mặt đường và cuối cùng là phụ thuộc vào kỹ thuật của người lái xe

1.1.2 Các chỉ tiêu đánh giá độ êm dịu chuyển động

Dao động của ô tô được đặc trưng bằng các thông số như: chu kỳ hay tần số dao động, cường độ dao động, gia tốc và tốc độ tăng trưởng gia tốc Tác động của từng thông

số riêng biệt tới cảm giác con người rất khác nhau Vì vậy, cho đến nay vẫn chưa xác định chi tiêu duy nhất nào để đánh giá độ êm dịu chuyển động mà phải dùng một vài chỉ tiêu trong các chỉ tiêu kể trên để đánh giá chính xác độ êm dịu chuyển động của ô tô Sau đây là một số thông số đánh giá thường dùng để đánh giá độ êm dịu chuyển động của ô tô

1.1.2.1 Chỉ tiêu tần số dao động

Con người trung bình một phút thực hiện khoảng 60 ÷ 85 bước đi Mỗi bước đi được xem như một dao động, như vậy có thể nói con ngươi có thói quen chịu được dao động có tần số 60 ÷ 85 lần/phút Nên một ô tô được coi là chuyển động êm dịu khi chạy trên mọi địa hình phát sinh dao động có tần số trong khoảng 60 ÷ 85 lần/phút Trong thực tế, khi tiến hành thiết kế hệ thống treo người ta lấy giá trị tần số dao động thích hợp

là 60 ÷ 85 lần/phút đối với xe du lịch và 85 ÷ 120 lần/phút đối với xe tải

1.1.2.2 Chỉ tiêu gia tốc

Theo tiêu chuẩn ISO 2631 – 1 đã đưa ra chỉ tiêu đánh giá độ êm dịu chuyển động của ô tô thông qua giá trị gia tốc bình phương trung bình theo phương thẳng đứng (awz) dựa vào các công trình nghiên cứu mô hình dao động vật lý, toán học của toàn bộ xe, xác định các giá trị biến thiên của gia tốc dao động theo miền thời hoặc miền tần số dựa vào các phần mềm chuyên dùng như ADAMS, LMS

Điều kiện chủ quan đánh giá độ êm dịu của ô tô theo độ biến thiên gia tốc bình phương trung bình theo phương thẳng đứng theo tiêu chuẩn ISO 2631 – 1 được đánh giá bằng cách so sánh với giá trị trong Bảng 1.1

Bảng 1 1: Bảng đánh giá chủ quan độ êm dịu ô tô theo ISO 2631 – 1

Giá trị awz (m.s-2) Độ êm dịu

< 0,315 m.s-2 Thoải mái 0,315 m.s-2 ÷ 0,63 m.s-2 Một chút khó chịu 0,5 m.s-2 ÷ 1 m.s-2 Khá khó chịu 0,8 m.s-2 ÷ 1,6 m.s-2 Không thoải mái 1,25 m.s-2 ÷ 2,5 m.s-2 Rất khó chịu

> 2 m.s-2 Cực kỳ khó chịu

1.1.2.3 Chỉ tiêu cường độ dao động

Theo tiêu chuẩn VBI – 2057 của Đức đã đưa ra hệ số KB để đánh giá độ dao động Trong tiêu chuẩn này có ba mức độ được sử dụng để đánh giá dao động của ô tô:

- KB = 20 giới hạn êm dịu;

- KB = 50 giới hạn điều khiển;

Chỉ tiêu tải trọng động ảnh hưởng đến độ bền chi tiết:

𝐾𝑑𝑦𝑛,𝑚𝑎𝑥 = 1 +max⁡(𝐹𝑧𝑑𝑦𝑛)

𝐹𝑧,𝑠𝑡 < 1,5 Trong đó:

Kdyn,max : Hệ số tải trọng động cực đại

∑ 𝐹𝑖1 𝑧,𝑠𝑡(𝑖)

1.2 Tổng quan về hệ thống treo khí nén điện tử

1.2.1 Lịch sử của hệ thống treo khí nén điện tử

Paul Ernest Mary Magès (1908 – 1999) được biết đến là người phát minh ra hệ thống treo ô tô tự cân bằng đầu tiên Hệ thống này đã thay thế các hệ thống treo sử dụng

lò xo thông thường bằng một hệ thống treo khí nén thủy lực

Hình 1 1: Mô phỏng ý tưởng của Mary Magès

Từ những năm 1920, Geogre Messier chủ nhà máy sản xuất thiết bị khí nén tại Pháp đã trang bị hệ thống treo khí nén cho những chiếc Messier 1920 – 1930 với động

cơ 4 xy lanh của CIME Tháng 10 năm 1924, tại Paris Motor Show lần thứ 19 Messier

đã trình làng những chiếc xe của mình, chúng được quảng cáo là "voitures sans ressorts" tạm dịch là xe không có lò xo Thay cho các lò xo mỗi bánh xe được trang bị ống khí nén với đường kính 6 cm ở hai bánh trước và 7 cm ở hai bánh sau

Hình 1 2: Messier 1920 Đầu những năm 1930, Công ty Firestone Tire and Rubber bắt đầu thí nghiệm phát triển tiềm năng của bầu hơi khí nén Từ năm 1935 – 1939, một số loại ô tô của Mỹ được

Tuy nhiên, chúng chưa được đưa vào sản xuất vì những phát triển trong thiết kế lò xo thép được cải tiến cũng như chi phí thấp hơn nhiều so với bầu hơi khí nén vào thời điểm

đó Trong Thế chiến thứ II, cho phát triển hệ thống treo khí tự cân bằng cho các xe chiến đấu và xe tải hạng nặng

Năm 1946, William Bushnell Stout (1880 – 1956) hợp tác với Owen – Corning bắt đầu dự án “Project Y” chế tạo một chiếc xe với thân xe bằng sợi thủy tinh, hệ dẫn động cầu sao, hệ thống treo khí nén và cửa điện nút bấm, ban đầu Stout đã chọn cho nó cái tên là Forty – Six sau được đổi thành Stout Scarab Một số công ty lúc bấy giờ đã cân nhắc sản xuất Forty – Six, nhưng Stout ước tính giá thành một chiếc trên thị trường nếu được sản xuất hàng loạt là khoảng 10.000 đô la, nên dự án không được đưa vào sản xuất

Hình 1 3: Nguyên mẫu Stout Scarab Năm 1957, General Motor Corporation một hãng sản xuất ô tô của Mỹ, dựa vào các kinh nghiệm về hệ thống treo khí nén của các phương tiện trong Thế chiến thứ II,

họ đã xây dựng và phát triển hệ thống treo khí nén trên Cadillac Eldorado Brougham Chỉ có 400 chiếc được chế tạo, được trang bị động cơ 365 CID V8

Hình 1 4: Cadillac Eldorado Brougham 1957

Borgward P100 là chiếc sedan bốn cửa lớn đầu tiên được ra mắt vào tháng 9 năm

1959 tại Frankfurt Motor Show Đây là chiếc xe Đức đầu tiên được trang bị hệ thống treo khí nén

Hình 1 5: Borgward P100

Năm 1983 tại Nhật Bản, Toyota giới thiệu hệ thống treo điều khiển điện tử đầu tiên trang bị cho Toyota Soarer Soarer xuất hiện lần đầu tại Triển lãm Ô tô Quốc tế Osaka năm 1980, đến dòng MZ12 Toyota mới trang bị hệ thống treo điều khiển điện tử cho Toyota Soarer

Hình 1 6: Toyota Soarer

Dunlop Systems Conventry ở Anh cũng là nhà tiên phong về hệ thống treo khí điện

tử cho xe địa hình 93MY Land Rover Range Rover là xe đầu tiên trang bị hệ thống treo khí điện tử của Anh năm 1993

1.2.2 Ưu điểm hệ thống treo khí nén điện tử

Hệ thống treo khí nén điện tử sử dụng một ECU để điều khiển độ cao của bầu hơi cao su thay đổi chiều cao của bánh xe so với thân xe thay thế cho các lo xo kim loại, nhíp lá, của hệ thống treo truyền thống Các bầu hơi luôn ở trạng thái sẵn sàng lắp đầy khí nén từ máy nén chạy bằng điện hoặc dẫn động từ động cơ Hệ thống treo khí nén điện tử chia làm hai loại: hệ thống treo chủ động và bán chủ động Trong hệ thống treo khí nén điện tử chủ động sử dụng vi mạch để nâng hoặc hạ khung xe một cách độc lập

ơ mỗi bánh xe

Hình 1 8: Ưu điểm của hệ thống treo khí nén điện tử

Hệ thống treo khí nén điện tử giúp xe trở nên ổn định và êm ái hơn, đáp ứng yêu

về độ nghiêng của khung gầm và tốc độ khi vào cua bằng cách giữ cho lốp xe vuông góc với đường, cho phép kiểm soát và bám đường tốt hơn Hệ thống này hầu như loại

bỏ độ cuộn thân xe và độ cao thân xe trong nhiều tình huống lái xe bao gồm quay vòng, tăng tốc và phanh

1.2.3 Các dòng xe lắp đặt hệ thống treo khí nén điện tử

Hệ thống treo khí nén điện tử khá tối ưu trong việc đảm bảo độ êm ái cho hành khách nên chi phí sở hữu hệ thống cũng khá cao, chỉ các dòng xe cao cấp và cận cao cấp mới được trang bị Các xe khách đường dài hiện nay cũng chuyển sang dùng hệ thống này để đảm bảo cho hành khách chuyến đi không mệt mỏi Sau đây là một số dòng xe được trang bị hệ thống treo khí nén điện tử

Hệ thống giảm sóc điều khiển điện tử của Toyota được gọi là TEMS, được Toyota chế tạo và sử dụng độc quyền cho một số sản phẩm của mình Hệ thống TEMS được trang bị cho các dòng xe sang như Toyota Crown, Toyota Century, Toyota Windom và những dòng thể thao như Toyota Supra và Toyota Soarer Gần đây, công nghệ này đã được lắp đặt cho những chiếc minivan hạng sang như Toyota Alphard, Toyota Noad và Toyota Voxy

Hình 1 9: Toyota Supra Mark IV

Hệ thống treo khí nén điều khiển điện tử ECAS là tên của hệ thống treo khí nén được lắp đặt trên Range Rover Classic 1993 và sau đó là Range Rover P38A ECAS thuộc công ty Dunlop Systems and Components, Vương Quốc Anh cung cấp hệ thống treo có chiều cao theo địa hình, chiều cao được điều khiển tự động dựa trêm các cảm biến tốc độ và khoảng sáng gầm xe

Airmatic là hệ thống treo khí nén điện tử được trang bị cho các dòng xe Mercedes

có giá không dưới 2 tỷ ở Việt Nam như GLC 300, GLE 450, GLS, sedan dòng E/S – Class Bên cạnh đó các dòng xe như Audi A6, Audi Q7, Range Rover, Rolls – Royce Phantom cũng được trang bị hệ thống treo khí nén điều khiển điện tử

Hình 1 10: Rolls – Royce Phantom

Tại Việt Nam, hệ thống treo khí nén điện tử được Vinfast trang bị cho dòng xe Lux

SA 2.0 tất cả các phiên bản và President V8 phiên bản giới hạn 500 xe Vinfast Lux SA2.0 được thiết kế với hệ thống treo độc lập tay đòn kép ở hai bánh trước và hệ thống treo độc lập đa liên kết ở hai bánh sau

Hình 1 11: Vinfast President V8

Ngoài các hệ thống treo do nhà sản xuất ô tô cung cấp thì trên thị trường còn có các nhà cung cấp hệ thống treo khí nén điện tử bên thứ ba để người dùng có thể tự nâng cấp hệ thống treo khí nén cho xe của mình Một số các thương hiệu hệ thống treo khí nén nổi tiếng như Air Lift, Arnott, Accuair, Ksport, Firestone, Ride – Rite, các nhà cung cấp này sẽ bán các bộ kit hệ thống treo khí nén rời do họ sản xuất cho người mua

Để họ có thể nâng cấp hệ thống truyền thống của mình thành hệ thống treo khí nén

Hình 1 12: Hệ thống treo khí nén của Air Lift

1.2.4 Nguyên lý chung của hệ thống treo khí nén điện tử

Hình 1 13: Nguyên lý chung của hệ thống treo khí nén điện tử

Hệ thống treo khí nén điều khiển điện tử được kiểm soát bằng việc sử dụng áp suất khí nén Áp suất khí nén được lấy từ bình chứa khí nén cung cấp bởi máy nén khí Các cảm biến liên tục theo dõi chuyển động của thân xe và độ cao xe, gửi tín hiệu về ECU ECU nhận và xử lý thông tin, gửi tín hiệu đến van điện từ để đóng mở các đường khí đến bầu hơi tương ứng Giúp điều chỉnh độ cao thân xe phù hợp với điều kiện làm việc hiện tại

Hình 1 14: Các bộ phận hệ thống treo khí nén điện tử

1.3 Tổng quan về Accuair Control Systems, LLC

Năm 2001, AccuAir Control Systems LLC được thành lập bởi hai anh em Dustin

B Heon và Reno N Heon, trên cơ sở hệ treo khí nén thân thiện với người dùng hơn và phát triển thêm tính năng cho hệ thống treo thông qua việc điều khiển bằng công nghệ tiên tiến Sau nhiều năm nghiên cứu, hệ thống cân bằng điện tử đầu tiên với tên AccuAir được ra mắt tại Goodguys West Coast Nationals 2001 với niềm tin tạo ra một kỷ nguyên mới cho hệ thống treo

Hình 1 15: Dustin B Heon và Reno N Heon, người sáng lập Accuair Nguyên tắc đằng sau mỗi hệ thống AccuAir là dựa vào cảm biến chiều cao đo chiều cao xe và cung cấp cho người dùng 3 chế độ cao khác nhau được cài đặt sẵn Bằng cách đo chiều cao của xe thay vì áp suất trong lò xo khí nén, hệ thống tự động phát hiện

và điều chỉnh chính xác chiều cao của xe khi tải trọng thay đổi

Trong sáu năm đầu kinh doanh, chỉ có khoảng 1000 xe được trang bị AccuAir Hầu hết các khách hàng đầu tiên đều từ cộng đồng xe hơi cổ điển Những người ủng hộ

có niềm tin vào tương lai của AccuAir đã cung cấp cấc lỗi còn sót của hệ thống để họ

có thể hoàn thiện và xâm nhập vào các thị trường khác, phát triển thương hiệu AccuAir như ngày nay

Năm 2006, AccuAir cho ra đời thế hệ “e – Level” mang tính đột phá cao về ngoại hình lẫn tính năng Họ đã dành nhiều năm để nghiên cứu, hoàn thiện phần cốt lõi cũng như thiết kế của e – Level để khi sản phẩm ra mắt có thể đứng vững theo thời gian trên thị trường

Hình 1 16: (A) : AccuAir thế hệ thứ nhất ; (B) : AccuAir e – Level

Hệ thống e – Level giám sát và hiệu chỉnh những thay đổi về tải trọng khi xe đang chạy Tính năng này được phát triển để thích ứng với bất kỳ loại xe nào được trang bị

hệ thống treo khí Một ứng dụng đáng chú ý là tích hợp e – Level vào xe cứu thương (trên 1000 xe cứu thương trên toàn nước Mỹ) Hệ thống e – Level cho phép hạ đuôi xe khi mở cửa xe phía sau để dễ dàng di chuyển bệnh nhân lên xuống

Hệ thống e – Level đã được chứng minh với hàng chục nghìn xe được trang bị vẫn chạy hoàn hảo khoảng 9 năm sau đó Với sự thành công của e – Level, AccuAir nổ lực tập trung bổ sung nhiều dòng sản phẩm trong suốt những năm qua với nhiều công nghệ cải tiến hơn nữa Các dòng sản phẩm điển hình hiện tại: Van điện từ VU4, iLevel mô đun wifi điều khiển e – Level bằng điện thoại thông minh, ENDO – VT bình chứa tích hợp van và ENDO – CVT bình chứa tích hợp máy nén và van

Hình 1 17: ENDO - CVT

Hình 1 18: Cơ sở AccuAir tại San Luis Obispo, Hoa Kỳ

Do ảnh hưởng của đại dịch Covid – 19, AccuAir gần như phá sản Cuối năm 2020, Arnott, LLC với bề dày lịch sử khoảng 30 năm về kỹ thuật và sản xuất các hệ thống treo khí OE đã mua lại tài sản của AccuAir và hồi sinh thương hiệu như một công ty mới tại Merritt Island, Florida

1.4 Tổng quan về đề tài

Từ việc phân tích các tài liệu cho thấy, hệ thống treo khí nén điện tử khá tối ưu trong việc đảm bảo độ êm dịu chuyển động của ô tô, đem lại cảm giác thoải mái cho người ngồi trên xe Tuy nhiên, tại thị trường ô tô Việt Nam chủ yếu là các dòng xe phổ thông nhưng hệ thống này chỉ được trang bị cho các dòng xe hạng sang Chính vì vậy,

em chọn đề tài “Khai thác hệ thống treo khí nén-điện tử của AccuAir Thiết kế mô hình

mô phỏng hệ thống treo điện tử sử dụng mạch Arduino” làm đề tài luận văn tốt nghiệp

của mình Với mong muốn có thể phát triển ứng dụng mô hình hệ thống treo khí nén điện tử cho các dòng xe phổ thông để mọi người có thể trải nghiệm cảm giác thoải mái,

êm ái cũng như sự tiện nghi của hệ thống treo khí nén điện tử

1.4.1 Mục tiêu và nhiệm vụ nghiên cứu

Nghiên cứu hệ thống treo khí nén điều khiển điện tử của thương hiệu Accuair Khai thác các hư hỏng của hệ thống và lặp quy trình lắp đặt hệ thống cho xe Audi B8 Thiết kế mô hình mô phỏng hệ thống

1.4.2 Đối tượng và phạm vi nghiên cứu

Nghiên cứu cấu tạo, hoạt động của các phần tử, nguyên lý làm việc của hệ thống treo khí nén điều khiển điện tử Accuair

1.4.3 Phương pháp nghiên cứu

Trong quá trình thực hiện đề tài em có sử dụng một số phương pháp nghiên cứu sau:

- Tra cứu các tài liệu, giáo trình kỹ thuật, thu thập các thông tin từ internet, các website trong và ngoài nước Chắt lọc các thông tin càn thiết đáng tin cậy

- Nghiên cứu, quan sát các hình ảnh thực tế của hệ thống Accuair

- Tham khảo ý kiến, học hỏi từ thầy cô, bạn bè

- Tổng hợp phân tích các nguồn dữ liệu thu thập được từ đó đưa ra các đánh giá và nhận xét của riêng mình

- Mô phỏng mô hình mạch arduino của hệ thống bằng phần mềm Proteus 8

Chương 2: Nghiên cứu về hệ thống treo khí nén điện tử 2.1 Cấu tạo hệ thống

2.1.1 Sơ đồ bố trí

Hình 2 1: Bố trí chung hệ thống Accuair

Bảng 2 1: Bảng chức năng các phần tử

Công tắc nguồn Bật hoặc ngắt nguồn điện cung cấp cho hệ thống

Nguồn Cung cấp nguồn 12V cho hệ thống hoạt động

Bảng điều khiển Cho phép chọn các chế độ độ cao khác nhau của hệ thống

ECU hệ thống treo Điều khiển lưu lượng khí nén để thay đổi độ cao xe theo

điều kiện làm việc của xe

Van điện từ Cấp và xả khí nén đến các bầu hơi theo tín hiệu nhận được

từ ECU Bình chứa khí nén Tích trữ khí nén từ máy nén

Máy nén khí Nén không khí từ môi trường vào bình chứa

Rơ le máy nén Đóng hoặc ngắt nguồn cấp cho máy nén

Cảm biến chiều cao Phát hiện độ cao gầm xe qua vị trí đòn treo dưới

Bầu hơi khí nén Được bơm phồng hoặc xả khí để nâng hoặc hạ độ cao xe

2.1.2 Cấu tạo và hoạt động của các phần tử

2.1.2.1 ECU hệ thống treo

Hình 2 2: ECU hệ thống treo ECU điều khiển hệ thống treo hoàn toàn độc lập với ECU động cơ, có thể được đặt gần cụm van điện từ và bình chứa khí nén để giảm thiểu chiều dài dây dẫn

Dựa vào tín hiệu từ các cảm biến để phát hiện chiều cao và điều kiện làm việc của

xe Từ đó, ECU tính toán xử lý các tính hiệu theo chương trình đã định sẵn và gửi tín hiệu thích hợp đến các cơ cấu chấp hành

Hình 2 3: Sơ đồ khối ECU hệ thống treo

Vi xử lý STM32F103C8T6

Hình 2 4: Bo mạch ECU Accuair e – Level

2.1.2.2 Van điện từ phân phối khí

Hình 2 5: Cụm van điện từ VU4 Cụm van điện từ VU4 gồm 8 van điện từ 2/2 tương ứng với 4 công nạp và 4 cổng

xả tới 4 bầu hơi của xe Mỗi van nhỏ sẽ gồm một cuộn từ và lõi thép Hoạt động dựa trên nguyên lý cảm ứng từ giữa lõi thép và cuộn cảm Ở trạng thái bình thường van sẽ ở chế độ thường đóng Khi có tín hiệu từ ECU, dòng điện sẽ được cấp vào cuộn dây để tạo lực từ hút lõi thép mở van cho dòng khí đi qua Ngược lại, ở trạng thái đóng, dòng điện bị ngắt, lõi thép sẽ bị lò xo nén đóng van

Hình 2 6: Kích thước van điện từ VU4 (Inch)

Hình 2 7: Nguyên lý van điện từ 2/2

Ở trạng thái bình thường, cửa P và cửa A bị chặn Khi có tín hiệu, cuộn dây điện

từ được cấp điện tạo lực từ hút pít tông trong van lên nối cổng P và cổng A với nhau Khi tín hiệu ngưng cấp vào thì van sẽ trở về vị trí ban đầu bằng lực nén của lò xo, cửa

P và cửa A tiếp tục ngắt

Hình 2 8: Cấu tạo van điện từ VU4

Bảng 2 2: Bảng chân dây giắc cắm cụm van VU4

2.1.2.3 Cảm biến chiều cao

Cảm biến chiều cao được gắn ở thân xe, đầu thanh điều khiển được gắn với đòn treo dưới Những cảm biến này liên tục theo dõi khoảng cách giữa thân xe và đòn treo

để phát hiện độ cao gầm để gửi thông tin về ECU

Hình 2 9: Cảm biến chiều cao

Hình 2 10: Vị trí lắp đặt cảm biến chiều cao Mỗi cảm biến bao gồm một stato và một roto:

- Stato là một bo mạch nhiều lớp bao gồm một cuộn dây kích từ, ba cuộn dây thu và vi

xử lý Ba cuộn dây thu có dạng hình sao và được bố trí lệch pha nhau Cuộn dây kích từ được lắp ở mặt sau của bảng mạch

- Rôto bao gồm một vòng dây dẫn kín được nối với tay đòn cảm biến (quay cùng với

Hình 2 11: Bo mạch cảm biến chiều cao Cuộn dây kích chịu dòng điện xoay chiều sinh ra từ trường biến thiên, rôto chịu ảnh hưởng của từ trường biến thiên này sinh ra dòng điện cảm ứng Dòng điện cảm ứng trong rôto tạo ra từ trường biến thiên thứ hai xung quanh vòng dây dẫn của nó Cả điện trường xoay chiều từ cuộn dây kích và rôto đều tác dụng lên cuộn dây thu và tạo ra điện xoay chiều tương ứng Mặc dù cảm ứng từ của rôto không phụ thuộc vào vị trí góc của

nó, nhưng cảm ứng từ của các cuộn dây thu phụ thuộc vị trí góc của chúng với rôto Vì rôto chồng lên mỗi cuộn dây thu theo vị trí góc của nó nên biên độ điện áp của chúng thay đổi theo vị trí góc của rôto Dựa vào dòng điện trong ba cuộn dây thu, vi xử lý sẽ tính toán chuyển thành tín hiệu đầu ra của cảm biến và được truyền đến ECU để tiếp tục

xử lý

Hình 2 12: Nguyên lý làm việc cảm biến chiều cao

2.1.2.4 Máy nén khí và bình chứa

Accuair có 3 loại máy nén và bình chứa: máy nén và bình chứa độc lập, bình chứa tích hợp van (ENDO – VT) và bình chứa tích hợp van và máy nén (ENDO – CVT) Để tổng quát, phần sau chúng ta chỉ phân tích về ENDO – CVT

Hình 2 13: Bình chứa tích hợp van và máy nén (ENDO – CVT) ENDO – CVT là sáng chế độc quyền của Accuair được cấp bằng sáng chế vào năm

2019 Accuair sử dụng máy nén WABCO 805 trong ENDO – CVT, máy nén được cố định bằng các thanh ray trong bình Van điện từ được tích hợp vào hai nắp bình Giúp giảm không gian chiếm dụng của hệ thống cũng như giảm tiếng thiểu tiếng ồn khi làm việc của hệ thống

Hình 2 14: Các đường ray để cố định máy nén

Hình 2 15: Máy nén Wabco và van điện từ tích hợp ở nắp bình ENDO – CVT

ENDO – CVT được điều khiển bởi công nghệ Q - Aires của Accuair Công nghệ này giám sát áp suất và độ ẩm trong bình cũng như nhiệt độ của máy nén Nó cũng thay thế cho rơ le máy nén, giúp khởi động mềm và dừng mềm để máy nén hoạt động êm ái

và ít tiếng ồn nhất có thể

Hình 2 16: Bo mạch Q – Aires

Động cơ điện trong máy nén sẽ dẫn động pít tông làm việc hút và nén khí vào máy sấy Chất làm đầy silicat trong máy sấy sẽ khử ẩm không khí, loại bỏ các tạp chất bụi bẩn Từ máy sấy, khí nén đã làm sạch sẽ đi vào bình chứa Trong quá trình làm việc, máy nén sẽ luôn được theo dõi bởi các cảm biến áp suất, nhiệt độ và độ ẩm để tối ưu hóa hoạt động của máy nén

Hình 2 17: Máy nén trong ENDO – CVT

Hình 2 18: Vị trí các van trên nắp bình

Cảm biến áp suất

Máy sấy khí nén

Bảng 2 3: Bảng chân dây giắc cắm điều khiển bình ENDO - CVT

Bảng 2 4: Bảng chân dây giắc cắm nguồn bình ENDO – CVT