Báo cáo Nâng cao hiệu quả giảng dạy với mô hình hệ thống phanh ABS giao tiếp với máy tính

Nội dung text: Báo cáo Nâng cao hiệu quả giảng dạy với mô hình hệ thống phanh ABS giao tiếp với máy tính

1. BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO TRƯỜNG ĐẠI HỌC SƯ PHẠM KỸ THUẬT THÀNH PHỐ HỒ CHÍ MINH BÀI BÁO KHOA HỌC NÂNG CAO HIỆU QUẢ GIẢNG DẠY VỚI MÔ HÌNH HỆ THỐNG PHANH ABS GIAO TIẾP VỚI MÁY TÍNH HỌ VÀ TÊN HỌC VIÊN: NGUYỄN QUANG TUYẾN NGÀNH: KHAI THÁC VÀ BẢO TRÌ Ô TÔ – MÁY KÉO - 605246 Tp. Hồ Chí Minh, tháng 11/2011
2. NÂNG CAO HIỆU QUẢ GIẢNG DẠY VỚI MÔ HÌNH HỆ THỐNG PHANH ABS GIAO TIẾP VỚI MÁY TÍNH Nguyễn Quang Tuyến, Đỗ Văn Dũng Khoa cơ khí động lực - Trường đại học sư phạm kỹ thuật Tp. Hồ Chí Minh TÓM TẮT Ứng dụng các thiết bị dạy học hiện đại sẽ góp phần nâng cao chất lượng đào tạo công nghệ ô tô. Đây cũng là khó khăn của các trường dạy nghề trong cả nước do phần lớn các thiết bị dạy học hiện đại đều nhập từ nước ngoài. Mô hình hệ thống phanh ABS giới thiệu sau đây sẽ đáp ứng các yêu cầu đào tạo theo chương trình qui định của Tổng cục Dạy nghề. Mô hình có động cơ điện dẫn động bánh răng cảm biến tốc độ bánh xe, có thể điều chỉnh tốc độ đồng bộ hoặc riêng lẻ cho từng bánh xe. Tín hiệu cảm biến tốc độ bánh xe có thể thay đổi để tạo ra các trạng thái làm việc khác nhau cho hệ thống phanh. Các tín hiệu làm việc chủ yếu của ECU ABS có thể thay đổi để tạo ra các pan cho hệ thống. Bảng sơ đồ điện của mô hình giúp người học có thể kiểm tra các tín hiệu dễ dàng. Các tín hiệu chủ yếu của hệ thống phanh được hiển thị trên máy tính thông qua phần mềm LabVIEW. Bộ tài liệu đi kèm có thể giúp cho giáo viên giảng dạy về hệ thống phanh ABS đạt kết quả tốt. ABSTRACT Application of modern teaching equipment will contribute to improving the quality of automotive technology training. This is also the difficulty of vocational schools in the country because most modern teaching equipment are imported from abroad. ABS brake system model introduced following will satisfy the training requirements specified by the program of the General Department of Vocational Training. The model includes an electric motor driven gear wheel speed sensors, speed of gear can be adjusted overall or independent of each wheel. Signal wheel speed sensor can be changed to create different working status for the braking system. The driving signals to actuators of ABS ECU can be changed to create the brakes fails. Electrical diagram of the model helps the learner to check the signal easily. The main signal of the brake system is displayed on the computer through LabVIEW software. The documents can help teachers teach the ABS brake system to achieve good results. 1. GIỚI THIỆU Trường Đại học Sư phạm Kỹ thuật Tp. Hồ Chí Minh là một trong các trường đại học hàng đầu của Việt nam trong việc đào tạo đội ngũ kỹ sư và chuyên viên có trình độ cao cho cả nước. Bên cạnh đó các kinh nghiệm về nghiên cứu chế tạo các thiết bị dạy học kỹ thuật cao cũng được nhà trường trang bị cho các sinh viên. Kỹ thuật chế tạo được dựa trên các nền tảng bị trong các kiến thức chuyên ngành, kỹ thuật lập trình, kiến thức sư phạm và các môn học khác mà các thầy cô truyền thụ trong suốt thời gian học tập của người học và mô hình hệ thống phanh ABS giao tiếp với máy tính là một kết quả cụ thể. 2. KỸ THUẬT VÀ TÍNH NĂNG CỦA MÔ HÌNH 2.1. Kết cấu mô hình Mô hình được thiết kế đơn giản gồm hai khối hình hộp chữ nhật đặt trên một khung thép. Khối hình hộp phía trên là nơi bố trí bộ chấp hành, các đồng hồ áp suất dầu phanh, bảng các công tắc điều khiển, công tắc tạo pan, bảng sơ đồ mạch điện dùng cho kiểm tra hệ thống, các bánh răng cảm biến và cảm biến tốc độ bánh xe. Mô hình hệ thống phanh Khối hình hộp phía dưới là nơi bố trí xylanh chính, ECU ABS, bộ điều khiển ly hợp từ, bộ điều khiển tốc độ động cơ dẫn động bánh răng cảm biến tốc độ bánh xe và là nơi kết nối hệ thống điện của mô hình. Để tạo trạng thái phanh cho các bánh răng cảm biến tốc độ bánh xe, mô hình sử dụng các ly hợp từ nhằm làm cho mô hình gọn nhẹ. Mỗi bánh răng cảm biến tốc độ sẽ được dẫn động bởi một động cơ điện riêng biệt, do đó người sử dụng có thể làm thay đổi tốc độ các bánh răng cảm biến linh hoạt.
3. Vị trí các bộ phận trên mô hình hệ thống phanh 1- Đồng hồ áp suất dầu phanh bánh xe trước bên phải ; 2- Bảng điều khiển ; 3- Cảm biến tốc độ bánh xe trước bên phải ; 4- Đồng hồ áp suất dầu phanh bánh xe sau bên phải ; 5- Cảm biến tốc độ bánh xe sau bên phải ; 6- Cảm biến tốc độ bánh xe sau bên trái ; 7- Đồng hồ áp suất dầu phanh bánh xe sau bên trái ; 8- Sơ đồ mạch điện hệ thống phanh ; 9- Cảm biến tốc độ bánh xe trước bên trái ; 10- Đồng hồ áp suất dầu phanh bánh xe trước bên trái Sơ đồ mạch điện mô hình hệ thống phanh Trên bảng điều khiển có 5 cụm công tắc chức năng riêng gồm có: Cụm điều chỉnh tốc độ xe (điều khiển tốc độ động cơ điện dẫn động bánh răng cảm biến tốc độ bánh xe) có thể điều chỉnh đồng bộ hoặc riêng biệt. Cụm công tắc điều chỉnh lực phanh (điều chỉnh lực từ của ly hợp từ) dùng biến trở điện. Cụm công tắc cảm biến tốc độ bánh xe là loại hỗn hợp điều chỉnh bằng biến trở và công tắc ON/OFF. Cụm công tắc ECU ABS sử dụng công tắc kiểu ON/OFF. Bên phải bảng điều khiển là các đèn báo và khóa điện. Sơ đồ mạch điện hệ thống phanh đồng thời là nơi kết nối các tín hiệu chủ yếu của hệ thống phanh. Việc bố trí sơ đồ mạch điện kết hợp kết nối với các tín hiệu mạch điện sẽ giúp cho người sử dụng mô hình dễ xác định vị trí hư hỏng khi hệ thống phanh có vấn đề (có thể từ việc tạo pan giả hư hỏng).
4. 2.2. Đặc điểm các bộ phận chức năng trên mô hình hệ thống phanh ABS 2.2.1. Mạch điều khiển ly hợp từ: Sơ đồ khối bộ điều khiển ly hợp từ Lực phanh giả định được tạo bởi các ly hợp từ có thể thay đổi từ lực phanh tối đa cho đến nhỏ nhất và có thể điều chỉnh cho từng bánh xe. Để tạo trạng thái bánh xe bị hãm cứng, trên mô hình có dùng một mạch điện điện tử có thể thay đổi thời gian bánh xe bị hãm cứng tương tự như trong thực tế bánh xe trượt nhiều hay ít. Tuy nhiên do công suất của môtơ điện dẫn động nhỏ nên tần số tác động bị hạn chế. U1 count 12 5 STAR P1.0 XTAL1 +12V 13 P1.1 14 P1.2 15 4 P1.3 XTAL2 16 P1.4 DIODE 17 +ON -ON P1.5 RL1 18 1 P1.6 RST 12V Accu 24V 19 P1.7 D1 6 P3.2/INT0 7 +OFF -OFF P3.3/INT1 8 P3.4/T0 2 9 P3.0/RXD P3.5/T1 R1 Q1 3 11 P3.1/TXD P3.7 NPN 4k7 AT89C2051 Sơ đồ mạch nguyên lý bộ điều khiển ly hợp từ Mạch gồm 3 thành phần: INPUT: gồm 6 phím ấn, trong đó có 5 phím ấn (counter, On Up, On Down, Off Up, Off Down) để đặt điều kiện cho mạch hoạt động và 1 nút ấn (Start) để điều khiển tải. Phím counter: để đặt số lần đóng-mở tải (phanh xe), trong lập trình thì số lần đóng-mở tải là từ 0 đến 9. Khi đặt số lần đóng-mở tải là 0 thì tải sẽ được đóng-mở liên tục không dừng. Phím On Up: để tăng thời gian đóng tải. Phím On Down: để giảm thời gian đóng tải. Phím Off Up: để tăng thời gian hở tải. Phím Off Down: để giảm thời gian hở tải. Phím Start: được gắn vào bàn đạp phanh của xe, khi nào ta đạp phanh thì tải sẽ đóng-mở đúng như điều kiện đã đặt ở trên. CPU: là vi điều khiển 8951 được lập trình để thỏa mãn yêu cầu bài toán đặt ra. OUTPUT: là rơle để đóng-mở hệ thống hãm bánh xe. Nguyên lý hoạt động: Sau khi đặt các điều kiện như: số lần đóng-mở tải, thời gian hãm phanh, thời gian mở phanh giả định trạng thái phanh. Khi ta đạp bàn đạp phanh (nút Start) thì ngõ ra vi điều khiển sẽ tác động đến transistor Q1 làm Q1 đóng-mở, dẫn đến rơle RL1 sẽ được đóng-mở làm phanh xe đóng-mở theo. Tùy thuộc vào số lần đặt (phím counter) mà mạch tạm thời chia thành 2 cách thức làm việc: Cách 1: khi số lần đặt hãm phanh từ 1 đến 9, đặt thời gian đóng-mở phanh xong. Khi đạp bàn đạp phanh (ấn Start) thì phanh xe sẽ được đóng-mở đúng số lần đã đặt.
5. Ví dụ: nếu ta đặt số lần hãm phanh là 2 thì phanh xe sẽ được hãm theo giản đồ sau: Giản đồ trạng thái phanh Cách 2: khi số lần đặt hãm phanh là 0, đặt thời gian đóng-mở phanh xong. Khi đạp bàn đạp phanh (ấn Start) thì phanh xe sẽ được đóng-mở liên tục cho đến khi nào ta buông bàn đạp phanh. 2.2.2. Mạch điều tốc động cơ điện xoay chiều một pha: Cảm biến tốc độ bánh xe được dẫn động từ một động cơ điện xoay chiều 220V. Tốc độ của các cảm biến có thể thay đổi đồng bộ hoặc thay đổi độc lập nhằm tạo ra sự khác nhau về tín hiệu truyền về ECU điều khiển trượt. Sơ đồ khối bộ điều tốc động cơ xoay chiều 1 pha Nguyên lý hoạt động: Nguyên lý hoạt động của mạch tạm thời được chia thành 2 giai đoạn: Giai đoạn 1: Giải thích nguyên lý hoạt động của mạch điều tốc 1 động cơ xoay chiều 1 pha. Trong sơ đồ khối: Nguồn: điện xoay chiều 220V/AC. Linh kiện công suất: TRIAC5. Mạch điều khiển góc mở: gồm biến trở RV, điện trở R, tụ điện C và DIAC. Tải: là động cơ xoay chiều 1 pha. Mạch điện này còn mang tên là mạch biến đổi AC–AC, mạch có tác dụng biến điện áp xoay chiều này thành xoay chiều khác nhờ sự kích mở góc kích TRIAC theo sơ đồ sau: Mạch điều khiển góc mở sẽ tạo ra các góc mở khác nhau làm TRIAC dẫn sớm hay muộn khác nhau. Từ đó tạo ra điện áp trên tải khác nhau theo công thức: 2 2 sin 2 U U t 2 2 Trong đó U t là điện áp trên tải, U 2 là điện áp nguồn cung cấp (ở đây là 220V/AC). Việc thay đổi góc kích dựa vào biến trở RV. Khi biến trở thay đổi sẽ làm thay đổi thời gian nạp điện vào tụ điện C theo công thưc thời hằng nạp tụ =(R+VR)*C. Việc thay đổi điện áp nạp vào tụ sẽ làm DIAC dẫn điện sớm hay muộn làm TRIAC dẫn điện sớm hay muộn, từ đó làm điện áp trên tải thay đổi. Kết quả là làm động cơ quay nhanh hay chậm khác nhau. Giai đoạn 2: Nguyên lý hoạt động của cả hệ thống. Hệ thống gồm 5 bộ điều tốc từ 1 đến 5, 2 SW và 4 động cơ. 5 bộ điều tốc được chia thành 2 nhóm: nhóm 1 (gồm các bộ điều tốc từ 1 đến 4) và nhóm 2 (bộ điều tốc số 5). Ở trạng thái I, 4 động cơ sẽ được điều khiển độc lập từ 4 bộ điều tốc (bộ điều tốc 1 điều khiển motor II, bộ điều tốc 2 điều khiển motor 2, ).
6. Ở trạng thái II, các SW được bật sang trạng thái 2, lúc này cả 4 motor đều được điều khiển bởi bộ điều tốc 5. Mạch điều tốc 4 động cơ điện xoay chiều 1 pha 2 trạng thái. 2.3. Giao diện hiển thị màn hình LABview cho người sử dụng Giao diện cho người sử dụng được xây dựng trên cơ sở chương trình đào tạo mô đun Bảo dưỡng và sửa chữa hệ thống phanh do Tổng Cục Dạy Nghề ban hành. Dựa trên các thông số trong chương trình, tác giả chọn ba thông số thể hiện trên giao diện LabVIEW gồm: Xung cảm biến tốc độ các bánh xe, xung các van áp suất trên bộ chấp hành và tốc độ của các bánh xe. Tùy thuộc vào việc xác định đặc điểm thông số nào người sử dụng sẽ thay đổi giao diện hiển thị. Dạng xung cảm biến tốc độ bánh xe Dạng xung khi bánh xe trước bên trái khi chưa phanh giảm tốc độ
7. Dạng xung khi bánh xe trước bên phải Dạng xung khi bánh xe sau bên phải giảm tốc độ giảm tốc độ Dạng xung van áp suất khi trạng thái phanh Dạng xung van áp suất khi trạng thái phanh hai bánh xe trước khác biệt với hai bánh xe sau bánh xe trước bên phải khác biệt với các bánh xe TÀI LIỆU THAM KHẢO: [1] Tài liệu đào tạo Toyota Việt nam. [2] Nguyễn Hữu Cẩn - Dư Quốc Thịnh- Phạm Minh Thái- Nguyễn Văn Tài- Lê Thị Vàng - Lý thuyết ô tô máy kéo - Nhà xuất bản khoa học Kỹ thuật – 2000. [3] PGS.TS Đỗ Văn Dũng - Hệ thống điện thân xe và tự động điều khiển trên ô tô. [4] Lê Đắc Đại – Hồ Trường Thạnh - Ứng dụng của LabVIEW trong giao tiếp PC và điều khiển động cơ. [5] Ngô Diên Tập, Kỹ Thuật Vi Điều Khiển Với AVR, Nhà xuất bản khoa học và kỹ thuật Hà Nội – 2003. [6] Russell Krick - Modern automotive technology – Goodheart-Willcox – 2004. [7] AVR Data Sheet [8] Jeffrey Travis, Jim Kring - LabVIEW for Everyone: Graphical Programming Made Easy and Fun, Third Edition [9] 2005 Mitchell Repair Information Company, LCC - OnDemand5 XÁC NHẬN CỦA CÁN BỘ HƯỚNG DẪN: PGS.TS Đỗ Văn Dũng
8. BÀI BÁO KHOA HỌC THỰC HIỆN CÔNG BỐ THEO QUY CHẾ ĐÀO TẠO THẠC SỸ Bài báo khoa học của học viên có xác nhận và đề xuất cho đăng của Giảng viên hướng dẫn Bản tiếng Việt ©, TRƯỜNG ĐẠI HỌC SƯ PHẠM KỸ THUẬT TP. HỒ CHÍ MINH và TÁC GIẢ Bản quyền tác phẩm đã được bảo hộ bởi Luật xuất bản và Luật Sở hữu trí tuệ Việt Nam. Nghiêm cấm mọi hình thức xuất bản, sao chụp, phát tán nội dung khi chưa có sự đồng ý của tác giả và Trường Đại học Sư phạm Kỹ thuật TP. Hồ Chí Minh. ĐỂ CÓ BÀI BÁO KHOA HỌC TỐT, CẦN CHUNG TAY BẢO VỆ TÁC QUYỀN! Thực hiện theo MTCL & KHTHMTCL Năm học 2016-2017 của Thư viện Trường Đại học Sư phạm Kỹ thuật Tp. Hồ Chí Minh.