Nghiên cứu thử nghiệm xác định thời gian chậm tác dụng của hệ thống phanh khí nén

NGHIÊN CỨU, THIẾT KẾ THIẾT BỊ XÁC ĐỊNH THỜI GIAN CHẬM TÁC DỤNG CỦA HỆ THỐNG PHANH KHÍ NÉN .... Vì vậy là một kĩ sư, một thạc sĩ tương lai tác giả vẫn canh cánh trong lòng mình phải làm m

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO

TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA HÀ NỘI

NGUYỄN QUANG HƯNG

NGHIÊN CỨU THỬ NGHIỆM XÁC ĐỊNH THỜI GIAN CHẬM TÁC DỤNG CỦA

LỜI CAM ĐOAN

Tôi cam đoan đây là công trình nghiên cứu của tôi

Các số liệu, kết quả nêu trong luận văn là trung thực và chưa từng được ai công bố trong bất kỳ công trình nào khác

Tác giả đề tài

1

Danh mục hình vẽ……… 3

Lời nói đầu……….5

Chương I TỔNG QUAN VỀ VẤN ĐỀ NGHIÊN CỨU 7

Hệ thống phanh có công dụng 7

1.1 Các chỉ tiêu đánh giá hệ thống phanh 7

1.1.1 Gia tốc chậm dần khi phanh (jp) 8

1.1.2 Thời gian phanh (tp) 9

1.1.3 Lực phanh và lực phanh riêng (ηp) 12

1.2 Chỉ tiêu về thời gian chậm tác dụng 13

1.3 Cấu tạo chung của hệ thống phanh khí nén 14

1.4 Những đề tài nghiên cứu liên quan 18

1.5 Mục tiêu và nội dung nghiên cứu của đề tài 23

Chương 2 NGHIÊN CỨU, THIẾT KẾ THIẾT BỊ XÁC ĐỊNH THỜI GIAN CHẬM TÁC DỤNG CỦA HỆ THỐNG PHANH KHÍ NÉN 25

2.1 Nguyên lý hoạt động của thiết bị 25

2.2 Thiết kế thiết bị xác định thời gian chậm tác dụng 27

2.2.1 Lựa chọn cảm biến áp suất 27

2.2.2 Khối nguồn 35

2.2.3 Khối vi xử lý 36

2.2.3.1 Khối vi điều khiển 36

2.2.3.2 Khối xử lý tín hiệu cảm biến 41

2.2.3.3 Khối lưu trữ và hiển thị kết quả thử nghiệm 42`

2.3 Thiết kế mạch điện và thuật toán điều khiển 47

2.3.1 Nguyên lý mạch điện 47

2.3.2 Thuật toán xử lý tín hiệu từ cảm biến 47

2

Chương 3 CHẾ TẠO THIẾT BỊ VÀ XÂY DỰNG QUI TRÌNH THỬ NGHIỆM

THỜI GIAN CHẬM TÁC DỤNG 50

3.1 Chế tạo thiết bị xác định thời gian chậm tác dụng 50

3.2 Mô hình bố trí thiết bị trên xe thử nghiệm 51

3.3 Qui trình thử nghiệm 52

3.3.1 Bước 1: Chuẩn bị 53

3.3.2 Bước 2: Lắp đặt thiết bị 54

3.3.3 Bước 3: Kết nối tín hiệu 56

3.3.4 Bước 4: Khởi động hệ thống phanh và kiểm tra công tác lắp đặt 59 3.3.5 Bước 5: Khởi động thiết bị 59

3.3.6 bước 6 : Tiến hành thử nghiệm 60

3.3.7 Bước 7: kết thúc thử nghiệm 61

Chương 4 THỬ NGHIỆM XÁC ĐỊNH THỜI GIAN CHẬM TÁC DỤNG 62

4.1 Chuẩn bị và lắp đặt thiết bị 62

4.2 Kết quả thử nghiệm 64

TÀI LIỆU THAM KHẢO: 70

PHỤ LỤC 71

3

DANH M ỤC HÌNH VẼ

Hình 1.4 Đề tài “diagnostic system for air brake in commercial

Hình 1.6 Mô hình mô phỏng trong đề tài: Modeling and Simulation

4

5

L ỜI NÓI ĐẤU

Đất nước ta đang trong trên đà phát triển, để phù hợp với điều đó ngành công nghiệp ô tô cũng được nhà nước quan tâm, trú trọng để trở thành nền công nghiệp mũi nhọn cung cấp các phương tiện vận tải cho nhu cầu vận chuyển trong nước Tuy nhiên do sự phát triển quá nhanh của nền công nghiệp ô tô thế

nghiệp ô tô nước ta đang rất khó khăn để tìm được chỗ đứng phù hợp

Tôi là một nhân viên trực thuộc Cục Đăng Kiểm quốc gia, đã nhiều năm tham gia kiểm định cho hàng nghìn những chiếc xe lớn có, nhỏ có, vậy mà công

lưu hành trên đường mà không thể xác định được những thông số, chỉ tiêu nhằm nâng cao hiệu quả của hệ thống phanh Vì vậy là một kĩ sư, một thạc sĩ tương lai tác giả vẫn canh cánh trong lòng mình phải làm một điều gì đó cho sự phát triển

xác định thời gian chậm tác dụng của hệ thống phanh khí nén” được tác giả

lựa chọn trong luận văn tốt nghiệp thạc sĩ của mình

Hệ thống phanh luôn là một hệ thống quan trọng khi đảm bảo an toàn cho

xe khi chuyển động trên đường Để đạt các chỉ tiêu hiệu quả, ổn định hướng

ngày càng được hoàn thiện về bố trí, kết cấu, lắp đặt và vận hành Tuy nhiên các trung tâm đăng kiểm hiện nay chưa thể xác định được đầy đủ các chỉ tiêu của hệ thống phanh để phục vụ cho công tác nghiên cứu phát triển hệ thống phanh Vì

6

phanh trên ô tô hiện đại

Thời gian chậm tác dụng có liên quan rất lớn đến kết cấu của hệ thống phanh, nó là thời gian phản ứng của hệ thống phanh khi xe đang chuyển động

quãng đường chuyển động của ô tô khi phanh Đề tài này mang đậm tính khoa học khi nó được đề ra để phục vụ việc nghiên cứu phát triển hệ thống phanh Sau một thời gian triển khai tác giả đã thực hiện được những mục tiêu được

đề ra, nhưng do kiến thức còn hạn chế mà đề tài không thể tránh khỏi những

thể các thầy giáo trong bộ môn ô tô và xe chuyên dụng trường đại học Bách Khoa Hà Nội đã hướng dẫn tôi hoàn thành bản luận văn này

Tác giả đề tài

Nguyễn Quang Hưng

7

TỔNG QUAN VỀ VẤN ĐỀ NGHIÊN CỨU

hỗ trợ đi kèm nó đảm bảo an toàn cho xe trong quá trình vận chuyển, đặc biệt ở tốc độ cao, do đó nâng cao được năng suất vận chuyển Hệ thống phanh ô tô cần đảm bảo tính bền vững, độ tin cậy, phanh êm dịu, hiệu quả phanh cao, tính ổn định của xe tốt, điều chỉnh lực phanh được để tăng tính an toàn cho ô tô khi vận hành

dừng hẳn ôtô ở một vị trí nhất định

mặt dốc nghiêng hay trên mặt đường ngang

Với công dụng như vậy, hệ thống phanh là một hệ thống đặc biệt quan

năng suất vận chuyển của xe

1.1 Các ch ỉ tiêu đánh giá hệ thống phanh

Các chỉ tiêu thường được dùng để đánh giá hiệu quả của quá trình phanh bao

gồm :

- gia tốc chậm dần khi phanh,

- thời gian phanh,

- quãng đường phanh,

- lực phanh và lực phanh riêng

8

Gia tốc chậm dần khi phanh là một trong những chỉ tiêu quan trọng để đánh

Ff ± Fg + Fw + Fm + Fp + Fms - Fj = 0 (1)

Thực nghiệm cho thấy các lực Ff, Fw, Fms cản lại chuyển động của ôtô có giá

trị rất nhỏ so với lực phanh Fp Trong quá trình phanh ôtô thì lực phanh Fp chiếm khoảng 98% của tổng các lực có xu hướng cản lại chuyển động của ôtô Vì vậy

ta có thể bỏ qua các lực Ff, Fw, Fms trong phương trình (1) Và để thuận tiện khi phân tích các yếu tố ảnh hưởng và các biện pháp nâng cao chất lượng của quá

trình cân bằng lực phanh trong trường hợp này được viết như sau :

phanh như sau :

9

Để nâng cao hiệu quả phanh, nghĩa là tăng gia tốc chậm dần khi phanh thì

lái cần cắt ly hợp để tách động cơ ra khỏi hệ thống truyền lực, lúc đó δj sẽ giảm

và jp.max sẽ tăng lên như vậy hiệu quả phanh sẽ lớn

Biểu thức (4) cho thấy rằng gia tốc chậm dần khi phanh tỷ lệ thuận với hệ số bám (ϕ) giữa lốp xe và mặt đường Với loại đường nhựa tốt thì hệ số bám lớn

nhất ϕmax = 0,7 ÷ 0,8, vì vậy nếu coi δj ≈ 1 thì gia tốc chậm dần cực đại của ôtô khi phanh khẩn cấp có thể đạt được là : jmax = 7 ÷ 8 m/cc)

Thực tế, trong quá trình ôtô vận hành, thường phanh với gia tốc chậm dần

1.1.2 Th ời gian phanh (t p )

Trong trường hợp tổng quát ta có :

1

2 1

2

v v g

dv g j

dv

v

v j v

dv

p

.ϕ

.

.

v

j j

dv t

ϕ

δϕ

δ

(8) Trong đó :

10

v1-vận tốc của xe tại thời điểm bắt đầu phanh

v2-vận tốc của xe ở cuối quá trình phanh

Biểu thức (8) cho thấy, thời gian phanh nhỏ nhất tỷ lệ thuận với hệ số (δj) và

Thời gian phanh tính theo các công thức (6) và (8) là thời gian phanh mang tính chất lý thuyết, nghĩa là thời gian này được tính trong điều kiện lý tưởng, khi

đầu phanh và không kể đến thời gian phản ứng của lái xe

Thực tế, thời gian phanh bao gồm những khoảng thời gian sau :

• Thời gian phản xạ của người lái (t1) : là khoảng thời gian tính từ thời điểm

thuộc vào phản xạ của người lái, thường nằm trong khoảng : t1 = 0,3 ÷ 0,8 s [1]

từ lúc người lái tác dụng lên bàn đạp phanh đến lúc má phanh ép sát vào trống

• Thời gian phát triển lực phanh (t3) : là khoảng thời gian tính từ thời điểm lực phanh bắt đầu có tác dụng hãm bánh xe đến thời điểm lực phanh đạt đến một giá trị nhất định Trong nhiều tài liệu giáo khoa, để dễ hiểu, thời điểm cuối cùng của giai đoạn phát triển lực phanh được quy ước là thời điểm lực phanh đạt giá

trị cực đại

(8) Trong thời gian này, lực phanh (Fp) hoặc gia tốc chậm dần (jp) được duy trì

ở giá trị cực đại

11

đường phanh nhỏ nhất Như vậy, thời gian phanh thực tế của quá trình phanh kể

từ khi người điều khiển ra quyết định phanh xe cho đến khi xe dừng hẳn được tính như sau :

thời điểm bắt đầu phanh đến thời điểm quá trình phanh kết thúc Quãng đường

phanh ôtô trên đường

Trong trường hợp phanh khẩn cấp :

j p

g dt

dv j

δ

ϕ

p j

1

2

v v g dv v g

12

2 1 min

1.1.3 L ực phanh và lực phanh riêng (ηp )

Khi kiểm tra hệ thống phanh trên bệ thử người ta thường dùng chỉ tiêu lực

(Fp) được xác định theo biểu thức :

p p

bx

M F r

F p.max .

(16)

Nhận xét: Trong các chỉ tiêu đánh giá chất lượng phanh thì chỉ tiêu quãng

đường phanh là đặc trưng nhất và có ý nghĩa quan trọng Vì nó cho người lái xe

có cái nhìn trực quan hơn cả về một hệ thống phanh trên xe ô tô, khi người lái xe

có kiến thức về quãng đường phanh của một xe ô tô nào đó khi phanh, người đó

sẽ có ý thức tự chủ về tốc độ di chuyển phù hợp và khoảng cách phanh phù hợp nhằm giảm thiểu tai nạn cho mình và cho các chủ thể tham gia giao thông khác

13

1.2 Chỉ tiêu về thời gian chậm tác dụng

Trong phần trên tác giả đã đưa ra các chỉ tiêu để đánh giá một hệ thống phanh trên xe ô tô Tuy nhiên chủ đề của đề tài này là “nghiên cứu về thời gian chậm tác dụng của hệ thống phanh khí nén” thì lại chưa được đề cập nhiều

Thời gian chậm tác dụng không phổ biến khi đánh giá về hiệu quả phanh ô

tô, tuy nhiên nó lại là một yếu tố quan trọng khi nghiên cứu và phát triển một hệ thống phanh có dẫn động khí nén (Chỉ tiêu này ít được xem xét khi nghiên cứu hiệu quả của hệ thống phanh dẫn động thủy lực hoặc cơ khí vì nó có giá trị không đáng kể trên các dòng phanh này) Giá trị của nó làm ảnh hưởng đáng kể đến quãng đường phanh của ô tô khi phanh

Độ chậm tác dụng (hay độ trễ) của hệ thống hay được nói đến là thời gian phản ứng của hệ thống phanh như trong các tiêu chuẩn về sự phanh ô tô trong nước và quốc tế qui định là:

• Thời gian phản ứng của hệ thống phanh chính được xác định khi xe đỗ

• Tại thời điểm bắt đầu mỗi lần thử, áp suất ở bình chứa khí nén phải ở mức

mà tại đó bộ điều chỉnh lặp lại sự cung cấp khí nén cho hệ thống Trong các hệ thống không trang bị bộ điều chỉnh (có nghĩa là máy nén khí hạn

quy định phải bằng 90% áp suất do nhà chế tạo qui định Bình chứa khí

phận điều khiển của phanh chính áp suất còn lại trong bình chứa khí nén không nhỏ hơn áp suất cần thiết để đạt được hiệu quả phanh dự phòng quy định

14

tăng dần đến thời gian khoảng 0,4 giây Trị số đo được phải được vẽ trên

đồ thị

tương ứng với thời gian tác động phanh là 0,2 giây Thời gian phản ứng này có thể thu được từ đồ thị bằng phép nội suy

động điều khiển hệ thống phanh đến lúc áp suất trong bầu phanh xa nhất đạt xấp xỉ 75% áp suất tiệm cận, không được vượt quá 0,6 giây

Độ chậm tác dụng của hệ thống là chỉ tiêu để đánh giá hiệu quả phanh trên

hưởng tới độ trễ như: kích thước chiều dài đường ống, kích thước đường kính đường ống, kích thước ở các vị trí tiết lưu, sử dụng van gia tốc hay không, v.v

để đưa ra phương án thiết kế hệ thống tối ưu nhất, với độ chậm tác dụng nhỏ

1.3 Cấu tạo chung của hệ thống phanh khí nén

Hệ thống phanh khí nén có cấu tạo tương đối cồng kềnh, phức tạp Nhưng

vượt trội hơn so với các dạng dẫn động phanh khác, thông thường một hệ thống

15

1 Máy nén khi 4 Cụm van chia, bảo vệ

đảm bảo cung cấp đủ lưu lượng cho hệ thống phanh khí nén làm việc Áp suất

16

này thì van điều áp sẽ ngắt máy nén khí không cho làm việc nữa

Độ bền và độ tin cậy của dẫn động phanh khí nén phụ thuộc vào chất lượng khí nén Do vậy khí nén phải đảm bảo khô, sạch, có áp suất ở mức an toàn khi làm việc

van chia và bảo vệ 4 Khí nén sau làm việc, bị thải ra ngoài khí quyển do vậy các bình chứa dự trữ khí nén 5 và 6 có thể tích lớn giúp cho hệ thống cung cấp và làm việc ổn định lâu dài

phanh và thải khí trong các bầu phanh khi nhả phanh Ngoài ra van phân phối cũng là cơ cấu tạo cảm giác giúp người lái nhận biết mức độ làm việc của cơ cấu phanh

khí nén thành lực cơ học tác dụng lên cam để thực hiện quá trình phanh bánh xe +) Các đầu nối và đường ống: có nhiệm vụ dẫn khí nén tới các cụm công tác liên quan theo sơ đồ bố trí dẫn động

động mà độ chậm tác dụng của hệ thống sẽ khác nhau Do đó ta cần lựa chọn hệ thống dẫn động khí nén đảm bảo được yếu tố : nâng cao hiệu quả phanh, giảm

độ chậm tác dụng, hoàn thiện chất lượng động lực học của ô tô khi phanh

Dưới đây là dạng bố trí thường gặp trên xe tải và xe kéo mooc:

17

18

1.4 Nh ững đề tài nghiên cứu liên quan

được nghiên cứu từ rất lâu, nhưng tại Việt Nam mô hình thiết bị này chưa có nhiều đề tài nghiên cứu và xây dựng Vì vậy việc xây dựng thiết bị được luận văn tham khảo kinh nghiệm và nghiên cứu trên cơ sở kiến thức tích lũy được

Shankar Ram Coimbatore Subramanian Luận văn tiến sĩ tại Texas A&M University

Xiaolong Wang, Yunqing Zhang, Jinglai Wu, Liping Chen, Huazhong University of Science and Technology, China

Trong các tài liệu nghiên cứu trên tác giả đã tham khảo được rất nhiều các kiến thức bổ ích nhưng phải nói đến đề tài “A diagnostic system for air brake in commercial verhicles”, “Modeling and Simulation Vehicle Air Brake System”

tế

Đề tài “A diagnostic system for air brake in commercial verhicles”

19

trường đại học Texas A&M Đề tài này nghiên cứu về sự ảnh hưởng của áp suất

nghiên cứu áp suất trong bầu phanh bánh xe xác định được lỗ hở trong hệ thống phanh khí nén, cũng như thời gian chậm tác dụng của hệ thống phanh và theo dõi được diễn biến áp suất khí nén trong các bầu phanh Dưới đây là sơ đồ nguyên lý

của thiết bị:

1 Thanh đẩy 2 Khối kết nối 3 Cảm biến chuyên động thanh đẩy

“diagnostic system for air brake in commercial verhicles”

20

thu thập dữ liệu và gửi về máy tính

Phương pháp này còn chế tạo một mô hình mô phỏng hệ thống phanh với cơ

Đây là một đề tài tương đối quy mô, chi tiết và đầy đủ, nhưng nhược điểm của nó là chỉ đáp ứng cho việc nghiên cứu hệ thống phanh khí nén trong phòng thì nghiệm và kích thước tương đối cồng kềnh, việc chế tạo ra mô hình mô phỏng cũng chiếm thời gian lớn và chi phí nhiều

Đề tài: Modeling and Simulation Vehicle Air Brake System

Đây là đề tài do một nhóm tác giả tại Huazhong University of Science and Technology, China Đề tài này tập trung vào xây dụng mô hình mô phỏng hệ thống phanh dẫn động khí nén dựa trên kết cầu thực tế của các thành phần trong

chân (có 2 đường van trên và dưới), van xả nhanh, bầu phanh, pedal lực, các nguồn cấp khí nén, các đường ống dẫn, cụ thể mô phỏng các bộ phận này như hình dưới đây:

21

Các chi tiết sau khi đã được mô phỏng sẽ được gói gọn trong một ICON đơn giản và bố trí trong một sơ đồ bố trí chung, sơ đồ này bao gồm toàn bộ các

1.Tác động lực bàn đạp 2 Mô phỏng thời gian 3 Các đường ống dẫn khí 4 Cơ

9 Van phanh dưới 8 Relay valve

Modeling and Simulation Vehicle Air Brake System

22

Các đường ống sẽ được thiết lập đường kính và độ dài, các nguồn cấp khí nén được thiết lập áp suất khí nén và bàn đạp mô phỏng độ lớn lực tác động Sau khi được mô phỏng, mô hình sẽ được chạy mô phỏng, các kết quả có được bao gồm diễn biến áp suất tại các bầu phanh trước và sau, đồng thời các giá

định mối quan hệ giữa áp suất tại các bầu phanh trước, sau vào thời gian như dưới đây:

Hình1.7: Kết quả về diễn biến áp suất thu được tại các bầu phanh

Rõ ràng mô hình này chỉ là mô phỏng lý thuyết về hệ thống phanh, tuy

độ dài dây dẫn, kích thước lò xo tích năng…) tới diễn biến áp suất bầu phanh

23

cũng như thời gian chậm tác dụng của hệ thống phanh thì đều có thể thực hiện

Đề tài “Modeling and Simulation Vehicle Air Brake System” là một đề tài

nghiêng nhiều hơn về mặt nghiên cứu lý thuyết hệ thống phanh ô tô, tuy nhiên

Đây cũng là một đề tài cần phải tham khảo khi tiến hành triển khai đề tài mà tác giả lựa chọn Cũng xin nói thêm một chút, nếu những chương trình như thế này được triển khai trên toàn bộ các bộ phận của ô tô thì sinh viên ô tô Việt Nam sẽ

có cơ hội tiếp cận nhanh hơn với việc nghiên cứu phát triển các hệ thống, cụm

đưa ra được mục tiêu và nội dung nghiên cứu mà đề tài của mình cần đạt được

1.5 Mục tiêu và nội dung nghiên cứu của đề tài

Mục tiêu của đề tài

giao thông đường bộ Các hệ thống phanh tự động điều chỉnh đang được nghiên cứu ứng dụng trên ô tô nhằm đáp ứng yêu cầu khắt khe của các tiêu chuẩn an toàn đối với hệ thống phanh Tại Việt Nam các hệ thống thiết bị thí nghiệm xác định trạng thái hệ thống phanh còn ít và chưa đánh giá được ở mức độ nghiên

chậm tác dụng của hệ thống phanh có ý nghĩa thực tiễn trong việc thí nghiệm và kiểm tra hệ thống phanh khí nén Qua đó mong muốn đề tài sẽ là nền tảng cho các đề tài tiếp theo nghiên cứu phát triển hệ thống phanh

24

Sau khi đã phân tích các đặc điểm của hệ thống phanh khí nén, tác giả tập trung nghiên cứu và giải quyết các nội dụng như sau:

- Nghiên cứu tổng quan

- Nghiên cứu, thiết kế, chế tạo thiết bị thực tế thiết bị xác định thời gian

- Đề xuất qui trình thực nghiệm xác định thời gian chậm tác dụng

- Thực hiện xác định thời gian chậm tác dụng

- Hiển thị kết quả đo áp suất trên đồ thị

- Quan sát các diễn biến của khí nén trong các bầu phanh và bình chứa đồng thời lưu trữ dữ liệu phục vụ cho công tác nghiên cứu phát triển

2

25

Chương 2 NGHIÊN CỨU, THIẾT KẾ THIẾT BỊ XÁC ĐỊNH THỜI GIAN

CHẬM TÁC DỤNG CỦA HỆ THỐNG PHANH KHÍ NÉN

Hệ thống phanh khí nén hoạt động được dựa trên dòng khí nén có áp suất

bàn đạp phanh cho đến khi bầu phanh đủ áp suất hoạt động cần có một khoảng thời gian Đây cũng chính là nguyên nhân gây ra độ chậm tác dụng của hệ thống phanh Khi người lái tác động điều khiển hệ thống phanh, tùy thuộc vào kết cấu

phanh ngày một tốt hơn và tối ưu hơn Những thí nghiệm này cần thiết phải xác định khoảng thời gian từ khi người lái tác động lực điều khiển vào bàn đạp phanh cho đến khi áp suất khí nén tại bầu phanh xa nhất đạt đến mức mà hệ

2.1 Nguyên lý ho ạt động của thiết bị

Như tác giả đã giới thiêu ở phần ngay trên đây, để xác định được thời gian chậm tác dụng (hay trễ) ta cần xác định được 2 thời điểm quyết định bao gồm:

- Thời điểm bắt đấu phanh,

- Thời điểm áp suất khí nén tại bầu phanh xa nhất đạt đến mức mà tại đó hệ

Thời điểm thứ 2 là thời điểm cốt lõi của vấn đề Các tiêu chuẩn về hệ thống phanh trong nước và quốc tế đều qui định về thời điểm này một cách tương đối

văn này

26

Để cụ thể hóa tác giả xin đưa ra đây sơ đồ khối của thiết bị như sau:

Chức năng các khối chức năng trên sơ đồ khối như sau:

- Cảm biến áp suất: chuyển đổi tín hiệu dạng áp suất khí nén thành tín hiệu điện

- Khối tin hiệu phanh: Ngay khi người lái tác động lực điều khiển phanh

- Khối vi xử lý: Nhận tín hiệu từ các khối cảm biến, tín hiệu phanh kích

đạp phanh đến khối chuyển đổi tín hiệu Giá trị về thời gian chậm tác dụng được cấp đến LCD

27

- LCD: Khối hiển thị cơ bản hiển thị giá trị về thời gian chậm tác dụng

- Khối chuyển đổi tín hiệu: Máy vi tính là một thiết bị hiện đại, muốn giao

ta thực hiện việc đó

- Máy vi tính: Nhận các số liệu từ khối chuyển đổi tín hiệu và trực quan hóa

phanh, đồng thời lưu lại trong một bộ phận của ổ cứng nhằm phục vụ công tác nghiên cứu phát triển

2.2 Thi ết kế thiết bị xác định thời gian chậm tác dụng

năng cơ bản Trong phần này tác giả đi vào chi tiết quá trình thiết kế các khối chức năng bao gồm:

- Khối Cảm biến

- Khối vi xử lý

- Khối chuyển đổi tín hiệu

- Khối hiển thị

a Các loại cảm biến áp suất

Hệ thống phanh khí nén thường có áp suất thấp hơn 10 bar, vì vậy ta cần

Nguyên lý cơ bản của các loại cảm biến áp suất là dựa vào sự thay đổi của các phần tử biến dạng Các dạng phần tử biến dạng bao gồm:

- Dạng ống trụ

của phần tử làm biến dạng các tenzo dán xung quanh ống Nhà sản xuất sẽ xử lý

dưới tác dụng của chênh lệch áp suất trong và ngoài ống, ống lò xo bị biến dạng theo các phương mà rõ ràng nhất là phương tiếp tuyến Dựa vào biến dạng đó người ta tính được chênh lệch áp suất giữa 2 môi trường

- Xi phông

29

Ống xi phông là một ống hình trụ xếp nếp có khả năng biến dạng đáng kể dưới tác dụng của áp suất Trong giới hạn tuyến tính, tỉ số giữa lực tác dụng và biến dạng của xiphông là không đổi và được gọi là độ cứng của xiphông Để tăng độ cứng thường người ta đặt thêm vào trong ống một lò xo Vật liệu chế tạo

là đồng, thép cacbon, thép hợp kim Đường kính xiphông từ 8 - 100mm, chiều dày thành 0,1 - 0,3 mm

- Màng

Màng dùng để đo áp suất được chia ra màng đàn hồi và màng dẻo

Màng đàn hồi có dạng tròn phẳng hoặc có uốn nếp được chế tạo bằng thép

suất và khác nhau tuỳ thuộc điểm khảo sát Với màng phẳng, độ phi tuyến khá

Để biến đổi các biến dạng cơ học của phần tử biến dạng thành tín hiệu điện người ta sử dụng các bộ biến đổi điện Các bộ biến đổi phổ biến bao gồm:

- Bộ biến đổi kiểu điện cảm

31

Dưới tác dụng của áp suất đo màng mỏng có gắn tấm sắt từ (1) dịch chuyển làm thay đổi khe hở δ, từ đó độ tự cảm của cuộn dây (3) thay đổi, ta dựa vào đó

để xác định áp suất cần đo

- Bộ biến đổi kiểu vi sai

5) Lõi thép 6) Cuộn sơ cấp

Khi áp suất trong ống lò xo (1) đủ lớn, làm cho biến dạng theo Phương tiếp

sơ cấp được cấp điện cộng với sự dịch chuyển của lõi thép(5) làm sản sinh dòng điện cảm ứng trong cuồn sơ cấp, dòng điện này qua 2 điện trở R1 và R2 làm xuất hiện điện áp Uf Dựa vòa độ lớn của Uf mà ta xác định được giá trị của áp suất trong ống lò xo

- Bộ biến đổi kiểu điện dung

Sơ đồ cảm biến kiểu điện dung trình bày trên hình 23.12

32

dung C phụ thuộc vào độ dịch chuyển của màng

Hình 2.8b trình bày bộ biến đổi điện dung kiểu vi sai gồm hai bản cực tĩnh (2) và

đầy bởi dầu silicon (5) Để biến đổi biến thiên điện dung C thành tín hiệu đo lường, thường dùng mạch cầu xoay chiều hoặc mạch vòng cộng hưởng LC Bộ cảm biến kiểu điện dung đo được áp suất đến 120 MPa, sai số ± (0,2 - 5)%

- Bộ chuyển đổi kiểu áp điện

Bộ chuyển đổi kiểu áp điện, dùng phần tử biến đổi là phần tử áp điện, cho phép biến đổi trực tiếp ứng lực dưới tác động của lực F do áp suất gây nên thành tín hiệu điện

33

Hình 2.10: Cảm biến kiểu áp trở

Bộ biến đổi áp điện có hồi đáp tần số rất tốt nên thường dùng để đo áp suất thay đổi nhanh, tuy nhiên chúng có nhược điểm là nhạy cảm với sự thay đổi nhiệt độ

chất lưu tác giả đã quyết định lựa chọn dạng cảm biến phù hợp là cảm biến SENSIS M5156 do hãng SENSIS ( Nhật Bản ) sản xuất có đầy đủ các yêu cầu

mà thiết bị đòi hỏi như sau:

34

- Phạm vi đo : 0 – 10 Bar,

- Dạng tín hiệu đầu ra: dòng điện 4 -20 mA

- Kiểu kết nối tín hiệu: Dây cáp mini DIN43630

- Kiểu kết nối áp suất:

35

hiệu là điện áp nên tác giả đưa ra đây phương pháp kết nối và chuyển đổi tín hiệu cảm biến như sau:

2.2.2 Kh ối nguồn

quan Linh kiện chính trong khối nguồn là IC 7805, IC này làm nhiệm vụ chuyển điện áp 12VDC xuống 5 V Ngoài ra khối nguồn còn có các linh kiện khác liên quan như: tụ (lọc nhiễu), diode(bảo vệ ngược dòng), LED(thông báo trạng thái

được theo các mục đích của người lập trình

- Khối xử lý tín hiệu cảm biên: Khối này nhận chức năng chuyển đổi tín hiệu cảm biến, và xác định thời điểm bắt đầu và kết thúc bộ đếm thời gian

ATmega32 có khả năng lập trình được theo các công dụng khác nhau, trong luận văn, tác giả chỉ sử dụng một số chức năng đơn giản mà nó có thể thực hiện được

- Ngắt ngoài (external interrupt)

- Giao tiếp UART

- TIMER/COUNTER

Sau đây là hình vẽ sơ đồ chức năng các chân cũng như tên gọi của nó: