Nghiên cứu, chế tạo mô hình hệ thống túi khí ngành công nghệ kỹ thuật ô tô

Tổng quan tình hình nghiên cứu thuộc lĩnh vực đề tài ở trong và ngoài nước Ngành ô tô ở trong và ngoài nước đang có sự phát triển mạnh mẽ nhất từ trước tới nay, đi theo đó là các hệ thốn

THÀNH PHỐ HỒ CHÍ MINH

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO

TRƯỜNG ĐẠI HỌC SƯ PHẠM KỸ THUẬT

Tp Hồ Chí Minh, tháng 07/2018

SVTH : PHẠM NGỌC HẢI

14145067 NGUYỄN TẤN SANG

14145228

SKL007927

ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP NGÀNH CNKT Ô TÔ

NGHIÊN CỨU, CHẾ TẠO MÔ HÌNH

HỆ THỐNG TÚI KHÍ

TRƯỜNG ĐẠI HỌC SƯ PHẠM KỸ THUẬT THÀNH PHỐ HỒ CHÍ MINH

SVTH: NGUYỄN TẤN SANG MSSV: 14145228

GVHD: ThS LÊ QUANG VŨ

TRƯỜNG ĐẠI HỌC SƯ PHẠM KỸ THUẬT THÀNH PHỐ HỒ CHÍ MINH

KHOA CƠ KHÍ ĐỘNG LỰC

ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP

NGHIÊN CỨU, CHẾ TẠO MÔ HÌNH

HỆ THỐNG TÚI KHÍ

SVTH: PHẠM NGỌC HẢI MSSV: 14145067

SVTH: NGUYỄN TẤN SANG MSSV: 14145228

GVHD: ThS LÊ QUANG VŨ

Tp Hồ Chí Minh, tháng 07 năm 2018

TRƯỜNG ĐẠI HỌC SƯ PHẠM KỸ THUẬT

TP HỒ CHÍ MINH

KHOA CƠ KHÍ ĐỘNG LỰC

CỘNG HÒA XÃ HỘI CHỦ NGHĨA VIỆT NAM

Độc Lập – Tự Do – Hạnh Phúc

TP Hồ Chí Minh, ngày 7 tháng 7 năm 2018

NHIỆM VỤ ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP

Họ tên sinh viên: 1 Phạm Ngọc Hải MSSV: 14145067

(E-mail: 14145067@student.hcmute.edu.vn Điện thoại: 01657266860) 2 Nguyễn Tấn Sang MSSV: 14145228 (E-mail: 14145228@student.hcmute.edu.vn Điện thoại: 0906227020) Chuyên ngành: Công nghệ kỹ thuật ô tô

Khóa: 2014 Lớp: 141451 1 Tên đề tài: Nghiên cứu, chế tạo mô hình hệ thống túi khí 2 Nhiệm vụ đề tài:

3 Sản phẩm của đề tài:

4 Ngày giao nhiệm vụ đề tài: ………

5 Ngày hoàn thành nhiệm vụ: ………

TRƯỞNG BỘ MÔN CÁN BỘ HƯỚNG DẪN

TRƯỜNG ĐẠI HỌC SƯ PHẠM KỸ THUẬT

TP HỒ CHÍ MINH

CỘNG HOÀ XÃ HỘI CHỦ NGHĨA VIỆT NAM

Độc lập - Tự do – Hạnh phúc KHOA CƠ KHÍ ĐỘNG LỰC

Bộ môn điện tử ô tô

PHIẾU NHẬN XÉT ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP (Dành cho giảng viên hướng dẫn)

Họ và tên sinh viên: Phạm Ngọc Hải MSSV: 14145067 Hội đồng: …………

Họ và tên sinh viên: Nguyễn Tấn Sang MSSV: 14145228 Hội đồng: …………

Tên đề tài: Nghiên cứu, chế tạo mô hình hệ thống túi khí Ngành đào tạo: Công nghệ Kỹ thuật ô tô Họ và tên GV hướng dẫn: ThS Lê Quang Vũ Ý KIẾN NHẬN XÉT 1 Nhận xét về tinh thần, thái độ làm việc của sinh viên (không đánh máy)

2 Nhận xét về kết quả thực hiện của ĐATN (không đánh máy) 2.1 Kết cấu, cách thức trình bày ĐATN:

2.2 Nội dung đồ án: (Cơ sở lý luận, tính thực tiễn và khả năng ứng dụng của đồ án, các hướng nghiên cứu có thể tiếp tục phát triển)

2.3 Kết quả đạt được:

2.4 Những tồn tại (nếu có):

3 Đánh giá:

4 Kết luận:

 Được phép bảo vệ

 Không được phép bảo vệ

TP.HCM, ngày tháng 07 năm 2018

Giảng viên hướng dẫn ( (Ký, ghi rõ họ tên)

TT Mục đánh giá tối đa Điểm Điểm đạt được

1 Hình thức và kết cấu ĐATN 30

Đúng format với đầy đủ cả hình thức và nội dung của các mục 10

Mục tiêu, nhiệm vụ, tổng quan của đề tài 10

Khả năng ứng dụng kiến thức toán học, khoa học và kỹ thuật, khoa

Khả năng thực hiện/phân tích/tổng hợp/đánh giá 10

Khả năng thiết kế chế tạo một hệ thống, thành phần, hoặc quy trình

đáp ứng yêu cầu đưa ra với những ràng buộc thực tế 15

Khả năng sử dụng công cụ kỹ thuật, phần mềm chuyên ngành… 5

3 Đánh giá về khả năng ứng dụng của đề tài 10

4 Sản phẩm cụ thể của ĐATN 10

TRƯỜNG ĐẠI HỌC SƯ PHẠM KỸ THUẬT TP HCM CỘNG HOÀ XÃ HỘI CHỦ NGHĨA VIỆT NAM

Độc lập - Tự do – Hạnh phúc KHOA CƠ KHÍ ĐỘNG LỰC

Bộ môn điện tử ô tô

PHIẾU NHẬN XÉT ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP (Dành cho giảng viên phản biện)

Họ và tên sinh viên: Phạm Ngọc Hải MSSV: 14145067 Hội đồng…………

Họ và tên sinh viên: Nguyễn Tấn Sang MSSV: 14145228 Hội đồng…………

Tên đề tài: Nghiên cứu chế tạo mô hình hệ thống túi khí Ngành đào tạo: Công nghệ Kỹ thuật ô tô Họ và tên GV phản biện: (Mã GV)

Ý KIẾN NHẬN XÉT 1 Kết cấu, cách thức trình bày ĐATN:

2 Nội dung đồ án: (Cơ sở lý luận, tính thực tiễn và khả năng ứng dụng của đồ án, các hướng nghiên cứu có thể tiếp tục phát triển)

3 Kết quả đạt được:

4 Những thiếu sót và tồn tại của ĐATN:

5 Câu hỏi:

6 Đánh giá:

7 Kết luận:

 Được phép bảo vệ

 Không được phép bảo vệ

TP.HCM, ngày tháng 07 năm 2018

Giảng viên phản biện

(Ký, ghi rõ họ tên)

TT Mục đánh giá tối đa Điểm Điểm đạt được

1 Hình thức và kết cấu ĐATN 30

Đúng format với đầy đủ cả hình thức và nội dung của các mục 10

Mục tiêu, nhiệm vụ, tổng quan của đề tài 10

Khả năng ứng dụng kiến thức toán học, khoa học và kỹ thuật, khoa

Khả năng thực hiện/phân tích/tổng hợp/đánh giá 10

Khả năng thiết kế, chế tạo một hệ thống, thành phần, hoặc quy trình

đáp ứng yêu cầu đưa ra với những ràng buộc thực tế 15

Khả năng sử dụng công cụ kỹ thuật, phần mềm chuyên ngành… 5

3 Đánh giá về khả năng ứng dụng của đề tài 10

4 Sản phẩm cụ thể của ĐATN 10

TRƯỜNG ĐẠI HỌC SƯ PHẠM KỸ THUẬT

THÀNH PHỐ HỒ CHÍ MINH

KHOA CƠ KHÍ ĐỘNG LỰC

XÁC NHẬN HOÀN THÀNH ĐỒ ÁN

Họ và tên Sinh viên: PHẠM NGỌC HẢI MSSV: 14145067

NGUYỄN TẤN SANG MSSV: 14145228 Ngành: Công nghệ Kỹ thuật ô tô

Sau khi tiếp thu và điều chỉnh theo góp ý của Giảng viên hướng dẫn, Giảng viên phản biện và các thành viên trong Hội đồng bảo về Đồ án tốt nghiệp đã được hoàn chỉnh đúng theo yêu cầu về nội dung và hình thức

Chủ tịch Hội đồng:

Giảng viên hướng dẫn:

Giảng viên phản biện:

Tp Hồ Chí Minh, ngày … tháng … năm 2018

Đặc biệt, chúng em xin gửi lời cảm ơn chân thành tới thầy TS Lê Quang Vũ, thầy

đã tận tình giúp đỡ, trực tiếp chỉ bảo, quan tâm hướng dẫn chúng em trong suốt quá trình làm đồ án tốt nghiệp, giúp chúng em hoàn thành đúng thời hạn đề ra Thầy đã cung cấp các tài liệu cần thiết, đốc thúc công việc của chúng em và sửa chữa thuyết minh của nhóm chúng em sao cho đúng nội dung cũng như hình thức Trong thời gian làm việc với thầy, chúng em không những tiếp thu thêm nhiều kiến thức bổ ích mà còn học tập được tinh thần làm việc, thái độ nghiên cứu khoa học nghiêm túc, hiệu quả và tính hòa đồng, đoàn kết, nhân ái, sẽ chia với thành viên nhóm, đây là những điều rất cần thiết cho chúng em trong quá trình học tập và hòa nhập với công việc sau này

Nhóm chúng em cũng xin cảm ơn các thầy phản biện đã đóng góp các ý kiến, phân tích để bổ sung, chỉnh sửa, hoàn thiện đồ án của chúng em

Mặc dù, chúng em đã cố gắng rất nhiều nhưng chắc chắn không thể tránh khỏi những sai lầm, thiếu sót không mong muốn, chúng em mong nhận được những đóng góp ý kiến

từ quý thầy cô, bạn bè

Một lần nữa xin chân thành cảm ơn!

TP Hồ Chí Minh, ngày tháng năm 2018

Sinh viên thực hiện Nguyễn Tấn Sang Phạm Ngọc Hải

TÓM TẮT

Hiện nay sự phát triển của công nghiệp ô tô là vô cùng mạnh mẽ, tuy nhiên, nền công nghiệp Việt Nam đang đứng trước nhiều khó khăn, thử thách và cả những cơ hội đầy tiềm năng Ngành ô tô Việt Nam cũng không ngoại lệ Khi công nghệ về sản xuất ô tô của thế giới đã lên tới đỉnh cao chúng ta mới bắt đầu sửa chữa và lắp ráp Bên cạnh đó thị trường ô tô Việt Nam là một thị trường đầy tiềm năng theo như nhận định của nhiều hãng sản xuất ô tô trên thế giới nhưng hiện nay chúng ta chỉ mới khai thác được ở mức độ buôn bán, lắp ráp và sửa chữa

Với sự phát triển mạnh mẽ của tin học trong vai trò dẫn đường, nhất là nền công nghiệp 4.0 hiện nay phát triển rất nhanh, quá trình tự động hóa đã đi sâu vào các ngành sản xuất và các sản phẩm của chúng, một trong số đó là ô tô, không chỉ làm cho người sử dụng cảm thấy thoải mái, gần gũi với chiếc xe của mình, thể hiện phong cách của người sở hữu chúng Mà sự tự động hóa còn nâng cao hệ số an toàn trong sử dụng Đây là lý do tại sao các hệ thống tự động luôn được trang bị cho dòng xe cao cấp và dần áp dụng trong các loại

xe thông dụng Nhận thấy tầm quan trọng của việc áp dụng công nghệ thông tin vào trong đời sống, công việc, sản xuất nên nhóm chúng em đã nghiên cứu lý thuyết và thực hiện một mô hình hệ thống túi khí Mô hình được làm động thay vì được cố định để mô phỏng một cách trực quan nhất một vụ va chạm và quá trình một túi khí bung ra như thế nào

MỤC LỤC

LỜI CẢM ƠN i

TÓM TẮT ii

DANH MỤC CÁC CHỮ VIẾT TẮT VÀ KÝ HIỆU vi

DANH MỤC CÁC HÌNH vii

DANH MỤC CÁC BẢNG xi

CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN 1

1.1 Tổng quan tình hình nghiên cứu thuộc lĩnh vực đề tài ở trong và ngoài nước 1

1.2 Lý do chọn đề tài 1

1.3 Mục tiêu 1

1.4 Phương pháp nghiên cứu 2

1.5 Giới hạn của đề tài 2

1.6 Các bước thực hiện 2

CHƯƠNG 2: CƠ SỞ LÝ THUYẾT 3

2.1 Lịch sử và quá trình phát triển của hệ thống túi khí trên ô tô 3

2.2 Tổng quan về túi khí trên ô tô 4

2.3 Cấu tạo, chức năng và nguyên lý hoạt động của hệ thống túi khí trên ô tô 6

2.3.1 Cấu tạo – chức năng của các bộ phận 6

2.3.2 Nguyên lý hoạt động của hệ thống 26

2.3.3 Các tình huống kích hoạt túi khí 28

2.4 Cơ sở lý thuyết về phần cơ khí 32

2.5 Cơ sở lý thuyết về thiết kế mạch điện, điều khiển 32

2.6 Cơ sở lý thuyết giao tiếp I2C 39

2.7 Ứng dụng phần mềm thiết kế, mô phỏng mạch điện Proteus 41

CHƯƠNG 3: THIẾT KẾ THI CÔNG MÔ HÌNH 43

3.1 Thiết kế thi công phần cơ khí 43

3.1.1 Bản vẽ thiết kế mô hình túi khí 43

3.1.2 Lựa chọn vật liệu 43

3.1.3 Tiến hành hàn khung xe 45

3.1.4 Chế tạo bình chứa khí nén 47

3.1.5 Van điện từ khí nén 49

3.1.6 Gia cố lại túi khí 50

3.1.7 Thi công – Lắp ráp 53

3.2 Thiết kế phần điện và điều khiển 53

3.2.1 Thiết kế hộp điều khiển trung tâm (ACU) 54

3.2.1.1 Các linh kiện điện tử được sử dụng trong hộp điều khiển trung tâm (ACU) 54

3.2.1.2 Board mạch in hộp điều khiển trung tâm 61

3.2.2 Thiết kế hộp thông tin 63

3.2.2.1 Các linh kiện điện tử được sử dụng trong hộp thông tin 63

3.2.2.2 Board mạch in hộp thông tin 68

3.2.3 Board mạch bảng đồng hồ 70

3.2.4 Thiết kế board mạch hộp chấp hành 72

3.2.4.1 Các linh kiện điện tử được sử dụng trong hộp chấp hành 72

3.2.4.2 Board mạch in hộp chấp hành 74

3.3 Sơ đồ mạch điện 76

3.4 Lập trình điều khiển 77

CHƯƠNG 4: VẬN HÀNH MÔ HÌNH VÀ CÁC KẾT QUẢ ĐẠT ĐƯỢC 80

4.1 Vận hành mô hình 80

4.1.1 Vận hành mô hình với tốc độ giả lập dưới 30km/h 80

4.1.2 Vận hành mô hình với tốc độ giả lập từ 31km/h đến 60km/h 81

4.1.3 Vận hành mô hình với tốc độ giả lập từ 61km/h đến 100km/h 83

4.1.4 Vận hành mô hình với tốc độ giả lập từ 101 km/h đến 220km/h 83

4.2 Các kết quả đạt được 84

CHƯƠNG 5: KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ 86

5.1 KẾT LUẬN 86

5.2 KIẾN NGHỊ 86

Phụ lục 87

Hướng dẫn sử dụng mô hình 87

DANH MỤC TÀI LIỆU KHAM KHẢO 90

DANH MỤC CÁC CHỮ VIẾT TẮT VÀ KÝ HIỆU

Ký

ACU Airbag Control Unit Bộ điều khiển túi khí

MEMS Micro Electro Mechanical Systems Hệ vi cơ điện tử

I2C Inter-Intergrated Circuit Giao tiếp I2C

IC Integrated Circuit Mạch tích hợp

ADC Analog to Digital Conveter Bộ chuyển đổi tương tự số

DAC Digital to Analog Conveter Bộ chuyển đổi số tương tự

LCD Liquid crystal display Màn hình tinh thể lỏng

LED Light Emitting Diode Diode phát quang

SCL Serial Clock Đường truyền xung

SDA Serial Data Đường truyền dữ liệu

SMD Surface Mount Device Chíp dán

DANH MỤC CÁC HÌNH

Hình 2.1 Túi khí trên ô tô 6

Hình 2.2 Chức năng túi khí 7

Hình 2.3 Chức năng túi khí và đai an toàn 8

Hình 2.4 Túi khí trước cho người lái và hành khách 8

Hình 2.5 Các vị trí túi khí bên 9

Hình 2.6 Vị trí túi khí bên phía trên (Túi khí rèm) 10

Hình 2.7 Vị trí túi khí đầu gối 10

Hình 2.8 Cấu tạo bộ tạo khí vị trí người lái 11

Hình 2.9 Cấu tạo của bộ tạo khí vị trí hành khách 12

Hình 2.10 Cấu tạo của bộ tạo khí hai giai đoạn vị trí người lái 13

Hình 2.11 Cấu tạo của bộ tạo khí hai giai đoạn vị trí hành khách 13

Hình 2.12 Giai đoạn 1 quá trình tạo khí của bộ tạo khí hai giai đoạn phía người lái 14

Hình 2.13 Giai đoạn 2 quá trình tạo khí của bộ tạo khí hai giai đoạn phía người lái 14

Hình 2.14 Giai đoạn 1 quá trình tạo khí của bộ tạo khí hai giai đoạn phía hành khách 15 Hình 2.15 Giai đoạn 2 quá trình tạo khí của bộ tạo khí hai giai đoạn phía hành khách 15 Hình 2.16 Sơ đồ khối của một hệ lò xo – gia trọng 16

Hình 2.17 Cảm biến gia tốc phía trước (a) và bên hông (b) 17

Hình 2.18 Cách thức hoạt động của cảm biến áp suất cửa (MEMS) 18

Hình 2.19 Mạch điện cảm biến áp suất 19

Hình 2.20 Cảm biến áp suất bên trong cửa 19

Hình 2.21 Hiệu ứng Hall 20

Hình 2.22 Chức năng cảm biến con quay hồi chuyển 21

Hình 2.23 Sơ đồ khối quá trình hoạt động của hệ thống túi khí do ACU điều khiển 22

Hình 2.24 Sơ đồ cấu tạo chung của một ACU 23

Hình 2.25 Đai an toàn ghế trước có bộ căng đai khẩn cấp 24

Hình 2.26 Cấu tạo cơ bản một bộ căng đai khẩn cấp 24

Hình 2.27 Cơ cấu căng dây đai bằng thanh răng và piston quay 25

Hình 2.28 Cơ cấu giới hạn lực 25

Hình 2.29 Thời gian hoạt động của hệ thống 26

Hình 2.30 Góc phát hiện va chạm mặt trước 28

Hình 2.31 Xe va chạm vào cột 29

Hình 2.32 Xe va chạm vào gầm xe 29

Hình 2.33 Xe va chạm theo một góc 29

Hình 2.34 Xe bị va chạm từ bên hông 30

Hình 2.35 Xe bị va chạm từ bên phải phía trước xe 30

Hình 2.36 Va chạm vào gầm xe 31

Hình 2.37 Xe va chạm vào gờ cao 31

Hình 2.38 Xe bị va chạm từ phía sau 31

Hình 2.39 Xe bị lật 32

Hình 2.40 Sơ đồ mạch điện mạch điều khiển túi khí trên xe Kia Sorento 2013 35

Hình 2.41 Sơ đồ giao tiếp I2C 40

Hình 2.42 Sơ đồ minh họa kết nối giữa các thiết bị với nhau qua giao thức I2C 41

Hình 2.43 Giao diện thiết kế mạch điện phần mềm Proteus 42

Hình 3.1 Bản vẽ thiết kế 2D và 3D phần khung mô hình túi khí 43

Hình 3.2 Một số loại thép mạ kẽm 44

Hình 3.3 Bánh xe thép rãnh chữ “V” - DH V060 44

Hình 3.4 Công đoạn hàn khung xe và ghế ngồi 45

Hình 3.5 Hàn bánh xe sắt rãnh V và đường ray 45

Hình 3.6 Hàn vị trí gá vô lăng và sàn xe bằng thép gân 46

Hình 3.7 Khung xe mô hình được sơn màu đen 46

Hình 3.8 Các chi tiết của bình nén khí 47

Hình 3.9 Bình nén khí hoàn chỉnh 48

Hình 3.10 Vị trí bình khí nén trên mô hình 48

Hình 3.11 Van Solenoid AIRTAC 4V220-08 49

Hình 3.12 Cấu tạo bên dưới của Van Solenoid AIRTAC 4V220-08 49

Hình 3.13 Cấu tạo bên trên của Van Selenoid AIRTAC 4V220-08 50

Hình 3.14 Ảnh thực tế túi khí cho người lái 51

Hình 3.15 Túi khí được làm kín và ống dẫn khí nén 51

Hình 3.16 Túi khí được gá lên vô lăng 52

Hình 3.17 Vị trí túi khí và vô lăng trên xe mô hình 52

Hình 3.18 Mô hình được lắp đặt hoàn chỉnh 53

Hình 3.19 Sơ đồ khối mạch điều khiển tổng quát 54

Hình 3.20 Arduino Nano R3 55

Hình 3.21 Sơ đồ mạch điện mạch giảm áp LM2596 57

Hình 3.22 Module LM2596 57

Hình 3.23 Cảm biến MPU-6050 58

Hình 3.24 Sơ đồ GY-521 chip MPU-6050 59

Hình 3.25 Module Relay 2 kênh 60

Hình 3.26 Mạch in board mạch điều khiển trung tâm 61

Hình 3.27 Board mạch hộp điều khiển trung tâm hoàn chỉnh 62

Hình 3.28 Hộp điều khiển trung tâm được lắp lên mô hình 62

Hình 3.29 Mạch Arduino Uno R3 63

Hình 3.30 Rotary Encoder 65

Hình 3.31 Sơ đồ mạch điện mạch giảm áp LM2596 66

Hình 3.32 Module LM2596 66

Hình 3.33 Màn hình LCD 1602 67

Hình 3.34 Module chuyển đổi I2C cho LCD 68

Hình 3.35 Board mạch in hộp thông tin 68

Hình 3.36 Board mạch hộp thông tin khi hoàn thành 69

Hình 3.37 Hộp thông tin khi được lắp đặt lên mô hình 69

Hình 3.38 Mạch in board mạch đồng hồ 70

Hình 3.39 Board mạch bảng đồng hồ khi hoàn thành 71

Hình 3.40 Bảng đồng hồ khi hoàn thành 71

Hình 3.41 Board mạch tăng áp 150W 72

Hình 3.42 Relay 12V 2CH H/L 73

Hình 3.43 Board mạch in hộp chấp hành 74

Hình 3.44 Board mạch hộp chấp hành khi hoàn thành 75

Hình 3.45 Hộp chấp hành được lắp đặt trên mô hình 75

Hình 3.46 Sơ đồ mạch điện mô hình túi khí 76

Hình 3.47 Lưu đồ thuật toán hộp thông tin 77

Hình 3.48 Lưu đồ chương trình núm xoay 78

Hình 3.49 Lưu đồ hộp điều khiển trung tâm 79

Hình 4.1 Cài đặt tốc độ của xe mô hình ở vận tốc 21km/h 80

Hình 4.2 Trước khi xe mô hình va chạm 80

Hình 4.3 Khi xe mô hình va chạm 81

Hình 4.4 Xét tốc độ của xe mô hình ở vận tốc 32 km/h 81

Hình 4.5 Sử dụng lực đẩy nhẹ 82

Hình 4.6 Hệ thống không kích hoạt khi lực đẩy nhẹ 82

Hình 4.7 Sử dụng lực đẩy đủ lớn 82

Hình 4.8 Hệ thống kích hoạt khi lực đẩy đủ lớn 83

Hình 4.9 Túi khí bung ra khi va chạm 83

Hình 4.10 Hệ thống kích hoạt khi lực đẩy nhẹ 84

DANH MỤC CÁC BẢNG

Bảng 2.1 Các chi tiết của mạch điện xe KIA SORENTO 2013 36

Bảng 3.1 Thông số chi tiết bình chứa khí nén 47

Bảng 3.2 Thông số Arduino Nano 56

Bảng 3.3 Thông số cơ bản của mạch Mạch Arduino Uno R3 63

CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN

Ngành ô tô ở trong và ngoài nước đang có sự phát triển mạnh mẽ nhất từ trước tới nay, đi theo đó là các hệ thống an toàn trên ô tô cũng được nghiên cứu và cải tiến từng ngày để đáp ứng khả năng giảm thiểu thương tích của người ngồi trong ô tô xuống mức thấp nhất, các hãng xe rất chú trọng cải tiến hệ thống an toàn trên ô tô với các công nghệ tiên tiến như ESP (cân bằng điện tử), ABS (hệ thống chống bó cứng phanh), EBD (phân

bố lực phanh điện tử), BA (hổ trợ phanh khẩn cấp), ACCS (hệ thống kiểm soát hành trình thích nghi),… và đặc biệt là hệ thống túi khí kết hợp với dây đai an toàn trên ô tô rất được chú trọng nghiên cứu

1.2 Lý do chọn đề tài

Nhận thấy tầm quan trọng của việc phát triển ngành công nghiệp ô tô đối với nền kinh tế nước nhà nên việc đào tạo ngành công nghệ kỹ thuật ô tô ở nước ta rất được chú trọng, đặc biệt là tại trường Đại Học Sư Phạm Kỹ Thuật ngành ô tô đã được gần 65 năm

Trong những năm gần ngành Công Nghệ Kỹ Thuật Ô Tô, khoa Cơ Khí Động Lực, Trường ĐH SƯ PHẠM KỸ THUẬT TP HCM đào tạo theo hướng công nghệ chính vì vậy phương pháp giảng dạy cũng được thay đổi theo, chương trình đào tạo liên tục được đổi mới nhằm phù hợp với thực tế đồng thời chú trọng đến thực hành nhiều hơn, vì vậy việc tạo ra các mô hình nhằm phục vụ cho sinh viên thực hành là cần thiết

Cùng với mục đích củng cố và mở rộng kiến thức chuyên môn, đồng thời làm quen với công tác nghiên cứu khoa học chúng em đã được giao đồ án tốt nghiệp với đề tài:

“NGHIÊN CỨU, CHẾ TẠO MÔ HÌNH HỆ THỐNG TÚI KHÍ” Với sự hướng dẫn của thầy ThS Lê Quang Vũ

1.3 Mục tiêu

- Nhằm củng cố và chuyên sâu kiến thức về hệ thống an toàn trên ô tô, đặc biệt là hệ thống túi khí an toàn

- Phục vụ cho công tác giảng dạy và tạo điều kiện thuận lợi cho giáo viên hướng dẫn sinh viên trong quá trình thực tập

- Giúp cho sinh viên ứng dụng ngay bài học lý thuyết vào bài học thực hành

- Tạo điều kiện quan sát mô hình một cách trực quan, dễ cảm nhận được nguyên lý và cách thức làm việc của hệ thống túi khí trên xe

1.4 Phương pháp nghiên cứu

Để đề tài hoàn thành đúng tiến độ chúng em đã kết hợp nhiều phương pháp nghiên cứu Trong đó, đặc biệt là phương pháp tham khảo tài liệu, thu thập các thông tin liên quan, học hỏi kinh nghiệm của thầy cô, bạn bè, nghiên cứu các mô hình giảng dạy cũ, Từ đó, tìm ra những ý tưởng mới để hình thành đề cương của đề tài Song song với việc này, chúng

em còn kết hợp cả phương pháp và thực nghiệm để có thể thi công được mô hình và biên soạn tài liệu hướng dẫn sử dụng mô hình

1.5 Giới hạn của đề tài

Việc thiết kế, thi công, sưu tầm tài liệu thích hợp, thu thập thông tin, soạn thuyết minh, kiểm tra đòi hỏi phải có rất nhiều thời gian, kinh phí cũng như kiến thức Do đó, đề tài chỉ tập trung giải quyết một số vấn đề sau

 Giới thiệu về hệ thống túi khí trên ô tô

 Thiết kế, thi công mô hình hệ thống túi khí

 Biên soạn tài liệu hướng dẫn thực hành trên mô hình hệ thống túi khí

1.6 Các bước thực hiện

 Tham khảo tài liệu

 Lập kế hoạch thực hiện

 Thiết kế và thi công mô hình hệ thống túi khí

 Chỉnh sửa những sai sót trên mô hình

 Biên soạn tài liệu hướng dẫn thực hành

CHƯƠNG 2: CƠ SỞ LÝ THUYẾT

Để bảo vệ người và hành lý trên xe khi va đập, điều quan trọng là phải giữ cho ca bin bị hư hỏng ít nhất đồng thời phải giảm thiểu sự xuất hiện các va đập thứ cấp gây ra bởi

sự dịch chuyển của người lái và hành lý trong ca bin Để thực hiện được điều này người ta

sử dụng khung xe có cấu trúc hấp thụ được tác động của lực va đập, đai an toàn, túi khí SRS vv

Túi khí của ôtô được làm từ một loại màng nilon mỏng, bền và có khả năng co giãn

để khi được bơm phồng lên lúc xe có va chạm, nó trở thành một tấm đệm êm bảo vệ cho phần đầu và cơ thể của hành khách trên xe Có một số thuật ngữ được dùng cho hệ thống túi khí an toàn như hệ thống hạn chế va đập (SIR) hay hệ thống túi khí bổ sung (SRS) Vào năm 1951, ông John W Hetrick, một thủy thủ sau khi về hưu đã phát minh ra hệ thống túi khí Công nghệ túi khí an toàn lúc đầu được sử dụng trên ôtô lấy từ hệ thống trên máy bay vào thập kỷ 40 của thế kỷ 20 Ý tưởng của những chiếc túi khí lấy từ ruột của những quả bóng đá, sau đó bơm đầy khí nén vào bên trong Hệ thống sơ khai này khá lớn được xem

là tương đương với hệ thống túi khí hiện đại ngày nay Túi khí phía trước người lái Những túi khí mang tính thương mại đầu tiên được bán ra thị trường vào những năm 1970 Vào thời kỳ này, người điều khiển xe không bị bắt buộc phải thắt dây an toàn và túi khí được coi là bộ phận thay thế cho dây an toàn Vào năm 1971, hãng Ford đã giới thiệu một hệ thống túi khí thực nghiệm và sau đó trở thành hãng xe đầu tiên sử dụng rộng rãi hệ thống này trên các sản phẩm của mình Năm 1973 đến lượt General Motors cho ra đời hệ thống túi khí mới, hệ thống túi khí hai giai đoạn được lắp trên các dòng xe Chevrolet của hãng này Lúc đó hệ thống này được hiểu như là một hệ thống làm giảm nhẹ các va đập khi xảy

ra va chạm Có một điểm khác điểm quan trọng giữa hệ thống túi khí sơ khai và hệ thống túi khí ngày nay đó là cụm túi khí dành cho hành khách phía trước được lắp ở đáy táplô để bảo vệ đầu gối thay vì được lắp trong khoang để găng tay để bảo vệ toàn bộ cơ thể

Hệ thống túi khí ban đầu này sau đó được được tăng cường và được thay thế bởi hệ thống túi khí SRS Nó được giới thiệu lần đầu tiên vào năm 1980 trên dòng xe S-Class của hãng Mercedes-Benz Dây an toàn cũng được lắp vào để tạo lực kéo lúc tai nạn xảy ra và

hỗ trợ tối đa, giảm lực va đập cùng với túi khí Năm 1987 hãng Porsche đã lần đầu tiên giới thiệu ra thị trường dòng xe có lắp túi khí dành cho hành khách phía trước Cụm túi khí chính được lắp dưới đệm vô lăng bao gồm túi khí bằng nylông, bộ thổi khí và đệm vô lăng Trong trường hợp có va đập mạnh hay tai nạn xảy ra, cảm biến túi khí được kích hoạt do

sự giảm tốc đột ngột Một dòng điện đi vào ngòi nổ nằm trong bộ thổi khí để kích nổ túi khí Tia lửa lan nhanh ngay lập tức tới các hạt tạo khí và tạo ra một lượng lớn khí Nitơ Khí này đi qua bộ lọc và được làm mát trước khi sang túi khí Sau đó vì khí giãn nở làm

xé rách lớp ngoài của mặt vô lăng và túi khí tiếp tục bung ra để làm giảm va đập tác dụng vào đầu nguời lái

Những năm 90 của thế kỷ trước, hệ thống túi khí chỉ đơn thuần là các túi khí bảo vệ phía trước dành cho hành khách và người lái, sau những năm 2000 thì hệ thống túi khí được bổ sung thêm các túi khí bên và túi khí rèm cửa nhằm bảo vệ hành khách tốt hơn Thế hệ túi khí sau những năm 2005 thì phát triển thêm các túi khí ở đầu, đầu gối, xương chậu, hệ thống túi khí triển khai thêm hộp module túi khí với tích hợp cảm biến ESP, bảo

vệ người đi bộ và khả năng phát hiện người ngồi trên xe để bung túi khí khi cần thiết Từ năm 2013 đến năm 2015 thì hệ thống túi khí được kết hợp với hệ thống ESP (Electronic Stability Program)

2.2 Tổng quan về túi khí trên ô tô

Hệ thống túi khí tự động được thổi phồng và bung ra trong khoảng thời gian rất nhỏ sau khi xảy ra va chạm, nhằm giảm thiểu chấn thương của người ngồi trong xe do va đập với các chi tiết nội thất Túi khí phía trước có tác dụng giảm chấn thương ở vùng đầu, cổ, ngực của người lái và hành khách khi xe va chạm từ phía trước Túi khí bên và túi khí bên phía trên hoạt động khi có va chạm bên thân xe hoặc xe bị lật, làm nhiệm vụ bảo vệ đầu và vai Tuy nhiên, không phải khi trang bị túi khí là người ngồi bên trong xe có thể tránh được nguy hiểm trong trường hợp tai nạn nghiêm trọng, việc thắt dây đai an toàn khi ngồi trên ô

tô là cực kì quan trọng vì sau khi xảy ra va chạm túi khí sẽ được kích hoạt và bung ra với vận tốc rất lớn khoảng 320km/h, khi người ngồi trên xe có thắt dây đai an toàn sẽ được giữ chặt vào ghế nhằm giúp cố định người ngồi trên xe tránh hiện tượng bị hất văng về phía trước, giảm thiểu lực va đập trực tiếp của đầu và ngực lên các chi tiết của nội thất, đồng thời rút ngắn khoảng cách va đập với túi khí khi đang bung với vận tốc lớn, nếu việc thắt

dây đai an toàn không được thực hiện khi túi khí được kích hoạt, toàn bộ thân người sẽ va đập trực tiếp về phía trước cùng lúc đó túi khí cũng được kích hoạt và tạo một lực ngược lại hất văng người ngồi về phía sau với gia tốc lớn hơn, thì việc bị thương do túi khí bung

ra sẽ không thể tránh khỏi, lúc này túi khí sẽ không đóng vai trò bảo vệ mà ngược lại còn gây thương tích nhiều hơn cho người lái và hành khách ngồi trên xe, hiểu được vấn đề đó nên có rất nhiều hãng xe đã nghiên cứu và cho ra mắt các loại túi khí hai giai đoạn, nhằm giảm tác động của túi khí lên người ngồi trên xe khi xảy ra va chạm

Túi khí trên ô tô chỉ được sử dụng một lần, các cảm biến của hệ thống bao gồm cảm biến gia tốc (Accelerometers Sensor), cảm biến áp suất (Pressure Sensor), cảm biến con quay hồi chuyển (Gyroscopes Sensor), cảm biến vị trí ghế (Seat Position sensor), phân loại ghế ngồi (Seat Occupied Recognition Sensor) Tất cả những cảm biến này cùng kết nối với

bộ điều khiển túi khí ACU (Airbag Control Unit) ACU sẽ tính toán điều khiển hoạt động của túi khí Về phương pháp hoạt động, mỗi túi khí được kết hợp với một thiết bị tạo khí

do hệ thống điện tử điều khiển Khi được kích hoạt, bộ điều khiển sẽ làm cháy các hợp chất bên trong gồm Natri, Kali Nitrat dễ cháy, việc đốt cháy sẽ tạo ra các phản ứng hóa học chuyển hóa hợp thành khí Nitrat, khi Hydro, Oxy và bơm phồng túi khí Lượng khí lớn được nén làm túi khí bung ra khỏi các vị trí lắp đặt với vận tốc 320km/h, toàn bộ quá trình này diễn ra trong khoảng thời gian khoảng 0.04s Giai đoạn cuối cùng của túi khí sau khi được kích hoạt là thoát khí, quá trình này cũng diễn ra ngay lập tức sau khi túi khí được bơm căng Lượng khí sẽ thoát ra ngoài thông qua các lỗ hơi trên bề mặt túi khí, điều này giúp cho hành khách tránh được các chấn thương từ các tác động của túi khí Ngoài ra, cũng xuất hiện các hạt bụi, đó chủ yếu là bột ngô có tác dụng chống dính giữa các lớp túi khí khi được xếp lại

2.3 Cấu tạo, chức năng và nguyên lý hoạt động của hệ thống túi khí trên ô tô

2.3.1 Cấu tạo – chức năng của các bộ phận

2.3.1.1 Túi hơi

a Cấu tạo

Túi khí ô tô là một đệm phao được thiết kế để bảo vệ những người ngồi trong xe khỏi các chấn thương nghiêm trọng trong trường hợp va chạm xảy ra Túi khí ô tô là thiết

bị duy nhất trên xe hơi chỉ được sử dụng một lần, khi bắt đầu hoạt động cũng là lúc nó sẽ

tự làm hỏng chính mình, do tốc độ bung của túi khí rất cao nên vật liệu được dùng làm túi khí phải có độ bền cao, chống mài mòn, tính dẻo dai và hấp thụ năng lượng cao Các túi khí ban đầu được trang bị với vật liệu túi nilon dày, bơm không khí và cảm biến điện cơ học Khi xảy ra va chạm, cảm biến va chạm ở phía đầu xe sẽ đóng mạch điện làm bơm đẩy không khí vào trong túi khí với áp suất cao làm bung túi khí giúp người ngồi trên xe không

bị va trực tiếp vào vô lăng hay các chi tiết cứng trên bảng nội thất gây chấn thương nặng

Hình 2.1 Túi khí trên ô tô Tuy nhiên, vì được làm bằng sợi nilon tổng hợp, túi khí sẽ bung ra với vận tốc lớn nên đôi khi sẽ khiến cho người ngồi bị thương vì chính độ bung của túi khí tạo phản lực

ngược chiều với lực đâm tới Ngoài ra, một số trường hợp túi khí bị nổ do áp lực quá căng hoặc không bung khiến cho việc bảo vệ người ngồi trên xe là vô nghĩa

Đến năm 2006, hiệp hội các nhà sản xuất xe hơi Hoa Kỳ đã thống nhất quy định bắt buộc trang bị tối thiểu 4-8 túi khí trên xe, sử dụng hệ thống cảm biến điện tử cùng vật liệu làm túi khí mới Từ một cảm biến gắn hông và gắn phía trước, các xe hơi hiện đại gần đây còn được trang bị cảm biến va chạm chéo, cảm biến gia tốc, cảm biến tốc độ, cảm biến áp lực, cảm biến áp suất sườn và hông xe, cảm biến vị trí ghế ngồi cũng như cảm biến lực bung của túi khí giúp bảo vệ người ngồi trong xe trong mọi tình huống va chạm từ mọi hướng, bao gồm cả việc lật xe Tất cả cảm biến đều truyền tín hiệu về ACU và chính bộ ACU trung tâm sẽ điều khiển túi khí sao cho thương tích là tối thiểu nhất cho người ngồi trong xe

Công nghệ vật liệu túi khí cũng thay đổi từ sợi nilon sang sợi composite tổng hợp dai và bền hơn sợi nilon gấp 20 lần, đồng thời êm hơn tới 40% trong va chạm Ngay cả nguyên lý và cách thức túi khí hoạt động cũng được thay đổi hoàn toàn thay vì chỉ bơm khí vào

b Chức năng

Các túi khí được thiết kế để bảo vệ lái xe và hành khách ngồi phía trước được tốt hơn ngoài biện pháp bảo vệ chính bằng dây an toàn Trong trường hợp va đập mạnh từ phía trước túi khí làm việc cùng với đai an toàn để tránh hay làm giảm sự chấn thương bằng cách phồng lên, nhằm làm giảm nguy cơ đầu hay mặt của người lái hay hành khách phía trước đập thẳng vào vành tay lái hay bảng táplô

Hình 2.2 Chức năng túi khí

Hình 2.3 Chức năng túi khí và đai an toàn

c Vị trí thường thấy của túi khí

- Túi khí phía trước dành cho người lái và hành khách

Túi khí phía trước cho người lái thường được gắn trên vô lăng, có thể tích khoảng

45 lít (MAZDA, KIA, …) Túi khí phía trước dành cho hành khách thường được đặt trên phần bảng điều khiển hoặc phần nội thất phía trước bên phía hành khách, thường có thể tích 110 lít (MAZDA, KIA, …) Túi khí phía trước hoạt động khi có va chạm xảy ra nhằm bảo vệ phần đầu, ngực và phần phía trước cơ thể của hành khách và người lái Khi xảy ra

va chạm túi khí bung ra làm vỡ nắp vô lăng hoặc phần nội thất phía trước của hành khách, quá trình từ khi kích hoạt module đến túi khí được triển khai hoàn toàn mất khoảng 40-50

ms đối với túi khí bên người lái và mất khoảng 50-80 ms đối với túi khí bên hành khách

Hình 2.4 Túi khí trước cho người lái và hành khách

Với hai loại túi khí trên vô lăng và túi khí hành khách phía trước sẽ không bảo vệ được hành khách khi có va chạm từ bên hông hoặc từ phía sau xe Sau này, túi khí bên hông được lắp vào xe để khắc phục vấn đề này Chúng được lắp ở bên đặt trong hộp và bố trí ở phía ngoài của lưng ghế Một vài loại túi khí còn được bố trí ở trên nóc xe, mặt cạnh ghế hoặc cạnh cửa xe Ở các trụ cửa xe gần bản lề cửa bố trí các cảm biến va chạm bên hông, chúng gửi tín hiệu đến các bộ thổi khí vào các túi khí bên hông khi có va chạm Công nghệ túi khí đã liên tục có những cải tiến lớn kể từ khi nó ra đời Việc điều khiển sự bung

ra của túi khí đã được cải thiện không ngừng và ngày càng tinh vi hơn nhằm giúp cho con người tránh khỏi các chấn thương hoặc tử vong Các yếu tố như khoảng cách va chạm, vị trí của hành khách, cường độ va chạm, sử dụng đai an toàn đều được tính toán rất kỹ lưỡng trước khi SRS hoạt động Để giảm các lực va chạm của túi khí, bộ thổi khí loại kép được lắp đặt vào hệ thống để điều khiển các túi khí nhiều tầng trong nhiều trường hợp khác nhau như khi có va chạm cực mạnh hay va chạm nhẹ Các nghiên cứu trước đây đã chỉ ra rằng khi túi khí được kết hợp với dây an toàn sẽ giảm khoảng 8% số lượng tử vong do tai nạn ô

tô

- Túi khí bên

Túi khí sẽ được kích hoạt nếu tai nạn xảy ra từ phía bên của xe nhằm bảo vệ các bộ phận bên của cơ thể như tay, vai, sườn… Khi xe va đập chéo, hoặc trực diện va vào phần sườn nhưng không ở khu vực khoang hành khách thì túi khí không kích hoạt, thể tích vào khoảng 8 lít (MAZDA, KIA, …) và thời gian triển khai hoàn tất quá trình mất khoảng 20ms

Hình 2.5 Các vị trí túi khí bên

- Túi khí bên phía trên (Túi khí rèm)

Tùy thuộc vào loại xe, túi khí bên phía trên kéo dài và bao phủ toàn bộ cửa sổ Hệ thống tạo hơi được lắp đặt trên trần xe Không giống như túi khí phía trước và bên, túi khí bên phía trên sẽ tiếp tục thổi phồng lâu hơn sau khi được kích hoạt Túi khí này có thể tích khoảng 12-19 lít, với thời gian kích hoạt hoàn toàn từ 15-30ms tùy vào mỗi loại xe

Hình 2.6 Vị trí túi khí bên phía trên (Túi khí rèm)

- Túi khí đầu gối

Hình 2.7 Vị trí túi khí đầu gối

Túi khí đầu gối được lắp đặt phía dưới bảng điều khiển nhằm mục đích hạn chế chấn thương ở chân của người lái và cả hành khách khi có va chạm xảy ra từ phía trước

2.3.1.2 Bộ phận tạo khí

a Bộ tạo khí phía người lái một giai đoạn

- Cấu tạo – chức năng

Một bộ thổi khí thông thường bao gồm:

Ngòi nổ: Có chức năng giống như Bugi, với nhiệm vụ duy nhất là sản sinh ra dòng điện từ 1A- 3A trong vòng dưới 3ms để đốt chất mồi lửa và hạt tạo khí để tạo một lượng khí lớn trong thời gian ngắn nhất

Chất mồi lửa: Đảm nhiệm như một chất xúc tác đẩy nhanh quá trình đốt cháy hạt tạo khí Hạt tạo khí: Bao gồm các chất dễ cháy Natri azua (NaN ), Kali nitrat (KNO ), Silic dioxit (SiO ), sau khi cháy hợp chất sẽ tạo thành khí Nitơ, Oxy và Hydro nhiệt độ cao

Bộ lọc: Có chức năng lọc và làm mát các hợp chất khí được tạo ra từ khoảng 600 C xuống dưới 80 C

Hình 2.8 Cấu tạo bộ tạo khí vị trí người lái

Cáp xoắn Bộ thổi

Bộ tạo khí Ngòi nổ Mặt trước Túi khí Lưới lọc

Vành tay lái N¾p bé thæi

Bộ thổi khí và túi được đặt trong mặt vành tay lái và không thể tháo rời

- Quá trình hoạt động Dòng điện được đưa đến ngồi nổ và làm cho ngòi nổ nóng lên Kết quả là nhiệt này làm cho chất cháy (chứa trong ngòi nổ) và làm lửa lan truyền ngay lập tức đến chất mồi và hạt tạo khí (NaN3) Chất tạo khí tạo ra một lượng lớn khí nitơ (N2), khí này đi qua màng lọc, được làm mát và sau đó đi vào túi Túi được lấp đầy ngay lập tức bởi khí, dưới áp lực lớn của khí giãn nở, nó xé rách mặt vành tay lái và phồng lên trong khoang hành khách Ngay sau đó túi khí xẹp xuống nhanh chóng do khí thoát qua các lỗ xả khí

Nó làm giảm lực va đập vào túi khí cũng như đảm bảo tầm nhìn rộng và tránh gây ngạt cho người lái

b Bộ tạo khí vị trí hành khách một giai đoạn

- Cấu tạo – chức năng

Hình 2.9 Cấu tạo của bộ tạo khí vị trí hành khách Túi khí hành khách phía trước được gắn sau tấm chắn nội thất có thể tích xấp xỉ 100 đến 110 lít và được bơm căng rất nhanh trong khoảng 50 đến 90 ms Nó cũng bao gồm ngòi nổ, chất cháy mồi, hạt tạo khí Ngoài ra còn có một đĩa chặn giữa khoang chứa khí trơ

và buồng đốt tạo khí Khí nén được chứa trong một ống đựng có áp suất xấp xỉ 256 kg/cm2

là một hỗn hợp khí trơ Argon (Ar) và Heli (He)

- Quá trình hoạt động

Khi có tín hiệu kích nổ, ngòi nổ có dòng điện chạy qua làm nó nóng lên đốt cháy chất mồi, sau đó ngọn lửa lan truyền sang hạt tạo khí tạo ra một lượng khí Nitơ (N2) Quá

trình đốt cháy tạo ra một áp lực phá vỡ đĩa chặn giữa hai khoang chứa khí trơ và buồng đốt Khí trơ tiếp xúc với nhiệt nên nở ra làm phồng túi khí sau khi đi qua lọc và làm mát

c Bộ tạo khí hai giai đoạn vị trí người lái và vị trí hành khách

- Cấu tạo – chức năng

Hình 2.10 Cấu tạo của bộ tạo khí hai giai đoạn vị trí người lái

Hình 2.11 Cấu tạo của bộ tạo khí hai giai đoạn vị trí hành khách

Về cơ bản cấu tạo và chức năng của bộ tạo khí hai giai đoạn cũng giống như một giai đoạn, điểm khác biệt ở đây là việc trang bị hai ngòi nổ và hai buồng chứa hạt tạo khí

Hệ thống bơm khí hai giai đoạn có khả năng tạo khí tùy thuộc vào mức độ của va chạm Tính năng này làm giảm nguy cơ thương tích do lực tác động của túi khí tới người trên xe Lượng khí thoát ra của mỗi giai đoạn sẽ khác nhau ở mỗi dòng xe tùy thuộc vào thiết kế của nhà sản xuất

- Quá trình hoạt động

Tương tự như hệ thống tạo khí một giai đoạn, sau khi có tín hiệu hiệu kích nổ, ngòi

nổ tăng nhiệt và đốt cháy chất mồi lửa Ngọn lửa ngay lập tức lan truyền sang chất tạo khí

và sản sinh khí Nitơ (N2) qua các phản ứng cháy Giai đoạn thứ hai được kích hoạt khoảng 0.01 giây sau giai đoạn đầu tiên Khí sau phản ứng được lọc và làm nguội bởi bộ lọc kim loại và sau đó đưa tới túi khí

Hình 2.12 Giai đoạn 1 quá trình tạo khí của bộ tạo khí hai giai đoạn phía người lái

Hình 2.13 Giai đoạn 2 quá trình tạo khí của bộ tạo khí hai giai đoạn phía người lái

Ở bộ tạo khí hai giai đoạn phía hành khách, khi được kích hoạt, ngòi nổ 1 nóng lên đốt cháy chất mồi và hạt tạo khí Áp suất tăng lên đến mức làm vỡ đĩa ngăn 1, lượng khí trơ nở ra do tiếp xúc với nhiệt và thổi vào túi khí sau khi đã đi qua bộ lọc Sau một khoảng

thời gian xác định (khoảng 5 đến 10 ms) ngòi nổ số 2 tiếp tục được túi khí trung tâm kích hoạt tiếp tục đốt cháy chất mồi và hạt tạo khí sản sinh ra nitơ (N2) lượng khí này tiếp tục được đẩy ra khỏi bình khí qua bộ lọc và vào túi khí

Hình 2.14 Giai đoạn 1 quá trình tạo khí của bộ tạo khí hai giai đoạn phía hành khách

Hình 2.15 Giai đoạn 2 quá trình tạo khí của bộ tạo khí hai giai đoạn phía hành khách 2.3.1.3 Các cảm biến túi khí được sử dụng trên xe

a Cảm biến gia tốc

Cảm biến gia tốc cho phép biến đổi gia tốc thành một tín hiệu điện ở ngõ ra Áp dụng định luật II Newton F = ma, đo lực tác động lên một vật mà ta đã biết trước khối lượng, từ đó tính ra được gia tốc tác động lên vật Có rất niều cách để đo lực tác động lên

khối gia trọng, nhưng cách phổ biến nhất là đo khoảng cách dịch chuyển của khối gia trọng tương tự như khi khối gia trọng đó được treo bằng một lò xo Một hệ thống lò xo – gia trọng được vẽ trong hình

Hình 2.16 Sơ đồ khối của một hệ lò xo – gia trọng

Hệ thống có thể được mô tả bởi phương trình vi phân sau:

Có hai cách phổ biến nhất được dùng, đó là đo sự thay đổi điện trở của vật liệu áp trở (piezoresistive material) và đo sự thay đổi điện dung của tụ điện khi phần tử điện chuyển động Ngoài ra còn một cách thứ ba nữa cũng được dùng để chế tạo sensor, đó là đo sự thay đổi điện tích trên bề mặt của vật liệu áp điện (piezoelectric material) khi có lực tác động vào bề mặt của vật liệu

- Vị trí và thông số của các cảm biến gia tốc trên xe

Cảm biến gia tốc được lắp đặt ở phía trước và bên thân xe giúp phát hiện va chạm mặt trước cũng như va chạm bên của xe Các tín hiệu được đánh giá bằng sự thay đổi gia tốc theo chiều dọc và ngang, sau đó được gửi về tính toán trong ACU (Airbag Control Unit) Cảm biến gia tốc phía trước phát hiện cả việc tăng tốc và giảm tốc (giảm tốc cho thấy va chạm phía trước và tăng tốc cho thấy va chạm từ phía sau) Phía va chạm được phát hiện thông qua các tín hiệu cảm biến từ phía đó báo về Cảm biến gia tốc phía trước

và bên được cung cấp điện áp bởi module túi khí trung tâm là 5V với cường độ dòng điện

là 40 mA, dữ liệu được truyền qua kết nối 2 dây Hầu hết trên các xe ô tô hiện nay, túi khí

sẽ được kích hoạt khi gia tốc thay đổi khoảng 20 m/s2 (2g) Nó tương đương với việc va chạm vào một bức tường ở 25-30 km/h hoặc va chạm vào một chiếc xe khác đang di chuyển với tốc độ khoảng 40 km/h Tốc độ này còn tùy thuộc vào từng loại xe khác nhau

Hình 2.17 Cảm biến gia tốc phía trước (a) và bên hông (b) Cảm biến gia tốc phía trước phát hiện thay đổi gia tốc theo chiều dọc với phạm vi hoạt động ±240g và phạm vi nhiệt độ hoạt động là -40 đến -120oC Cảm biến phía bên phát hiện sự thay đổi gia tốc theo chiều dọc lẫn chiều ngang với phạm vi hoạt động ±60g và

±120g và phạm vi nhiệt độ hoạt động -40 đến 105oC Các module được tích hợp trong cảm biến nhằm chuyển từ tín hiệu tương tự (Analog) sang tín hiệu số (Digital) khi có va chạm xảy ra và sau đó chuyển về ACU (Airbag Control Unit) để xử lý

Các cảm biến sẽ gửi tín hiệu sự thay đổi gia tốc của xe đến ACU (Airbag Control Unit) để xử lý Khi gia tốc thay đổi đạt ngưỡng kích hoạt túi khí (a > 2g), ACU sẽ cung cấp dòng điện kích nổ túi khí ở vị trí tương ứng với vụ va chạm Hệ thống túi khí hoạt động phụ thuộc vào 2 yếu tố gồm lực và hướng của vụ va chạm

b Cảm biến áp suất bên cửa (MEMS)

Hình 2.18 Cách thức hoạt động của cảm biến áp suất cửa (MEMS)

 Piezoresistance: Điện trở

 Alumination wire: Dây nhôm

 Bonding-Pad: Điểm liên kết

 Contact: Kết nối điện trở

Một màng áp suất (vòng tròn màu xanh) là một đĩa mỏng, được làm từ một tấm polysilicon Nó bị biến dạng bởi sự khác nhau của áp suất phần trên và dưới Các bộ phận

cổ tròn (phần màu xanh lá cây) được bố trí trên 4 điểm của lớp mỏng này Áp lực được đo (mũi tên màu hồng) đẩy đáy màng đi lên Độ lệch của màng ngăn làm thay đổi giá trị điện

áp trên bề mặt trên của màng

Nguyên lý: giá trị điện trở thay đổi dẫn đến thay đổi điện áp đầu ra Khi áp lực tác dụng vào màng thì điện trở sẽ có sự thay đổi dựa vào hiêu ứng áp điện trở Hiệu ứng áp điện trở là hiện tượng thay đổi điện trở của vật liệu tinh thể dưới tác dụng của ứng suất cơ Nguyên nhân đó là đặc tính dị hướng trong không gian tinh thể Một chất bán dẫn khi thay

đổi cấu trúc từ một sự uốn cong sẽ làm thay đổi điện trở suất của chúng Khi có áp suất tác dụng làm màng bị uốn cong dẫn đến sự uốn cong của các chất bán dẫn đặt trên màng làm thay đổi điện trở suất của chúng đồng thời thay đổi điện áp đầu ra

R1234: các giá trị điện trở trên màng, Vo: điện áp đầu ra, Vin: điện áp đầu vào

Hình 2.19 Mạch điện cảm biến áp suất

- Cảm biến áp suất bên trong cửa:

Hình 2.20 Cảm biến áp suất bên trong cửa

Bộ cảm biến túi khí bên trong cửa được lắp đặt trong bảng điều khiển bên trong cửa phía trước Cảm biến túi khí bên trong cửa hỗ trợ phát hiện va chạm mặt bên trái và phải sớm hơn Các tín hiệu được tính toán trong module túi khí trung tâm

Bộ cảm biến túi khí bên trong cửa là một cảm biến áp suất Nếu bề mặt ngoài cửa được nhấn vào bên trong do va chạm, thể tích bên trong cửa sẽ giảm đồng nghĩa với việc làm tăng áp lực phía trong cửa Sự gia tăng áp suất này được phát hiện nhanh hơn so với việc thay đổi gia tốc vì vậy cảm biến áp suất được sử dụng để hỗ trợ thêm thông tin va chạm cùng với cảm biến gia tốc Dữ liệu được truyền về và tính toán trong module túi khí trung tâm

c Cảm biến vị trí ghế ngồi

Ghế người lái và hành khách trên của dòng xe của Toyota, Audi, BMW … được trang bị cảm biến vị trí ghế ngồi loại Hall Dựa vào tín hiệu báo về của cảm biến, ACU (Airbag Control Unit) có thể xác định được vị trí ghế ngồi để điều chỉnh thời điểm căng đai và các giai đoạn bung túi khí phía trước một cách hợp lý nhất

Hình 2.21 Hiệu ứng Hall Hiệu ứng Hall là một hiệu ứng vật lý khi áp dụng một từ trường vuông góc lên một bảng bằng kim loại hay chất bán dẫn đang có dòng điện chạy qua Hiệu điện thế (hiệu điện thế Hall) sinh ra tại hai mặt đối diện của thanh Hall Công thức liên hệ giữa hiệu điện thế Hall, dòng điện và từ trường là:

𝑉 = (𝐼 𝐵)/(𝑑 𝑒 𝑛) (2.3)