Luận văn Nghiên cứu chế tạo hệ thống theo dõi áp xuất lốp (Tire Pressure Monitoring System-TPMS) (Phần 1)

Nội dung text: Luận văn Nghiên cứu chế tạo hệ thống theo dõi áp xuất lốp (Tire Pressure Monitoring System-TPMS) (Phần 1)

1. BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO TRƯỜNG ĐẠI HỌC SƯ PHẠM KỸ THUẬT THÀNH PHỐ HỒ CHÍ MINH LUẬN VĂN THẠC SĨ HÀNG LÊ ANH MINH NGHIÊN CỨU CHẾ TẠO HỆ THỐNG THEO DÕI ÁP XUẤT LỐP (TIRE PRESSURE MONITORING SYSTEM - TPMS) NGÀNH: KỸ THUẬT CƠ KHÍ ĐỘNG LỰC - 60520116 S K C0 0 4 4 3 6 Tp. Hồ Chí Minh, tháng 09/2014
2. BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO TRƯỜNG ĐẠI HỌC SƯ PHẠM KĨ THUẬT THÀNH PHỐ HỒ CHÍ MINH LUẬN VĂN THẠC SĨ HÀNG LÊ ANH MINH NGHIÊN CỨU CHẾ TẠO HỆ THỐNG THEO DÕI ÁP SUẤT LỐP (TIRE PRESSURE MONITORING SYSTEM - TPMS) NGÀNH: KĨ THUẬT CƠ KHÍ ĐỘNG LỰC - 60520116  TP.Hồ Chí Minh – tháng 09/ 2014
3. BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO TRƯỜNG ĐẠI HỌC SƯ PHẠM KĨ THUẬT THÀNH PHỐ HỒ CHÍ MINH LUẬN VĂN THẠC SĨ HÀNG LÊ ANH MINH NGHIÊN CỨU CHẾ TẠO HỆ THỐNG THEO DÕI ÁP SUẤT LỐP (TIRE PRESSURE MONITORING SYSTEM - TPMS) NGÀNH: KĨ THUẬT CƠ KHÍ ĐỘNG LỰC - 60520116 Hướng dẫn khoa học: PGS.TS ĐỖ VĂN DŨNG  TP.Hồ Chí Minh – tháng 09/ 2014
4. LÝ LỊCH KHOA HỌC (Dùng cho nghiên cứu sinh & học viên cao học) I. LÝ LỊCH SƠ LƢỢC Họ & tên: Hàng Lê Anh Minh Giới tính: Nam Ngày, tháng, năm sinh: 08/03/1989 Nơi sinh: Tiền Giang Quê quán: Chợ Gạo, Tiền Giang Dân tộc: Kinh Chức vụ, đơn vị công tác trước khi học tập, nghiên cứu: Chỗ ở riêng hoặc địa chỉ liên lạc: 119 Ô2 Khu II Huyện Chợ Gạo-Tỉnh Tiền Giang Điện thoại cơ quan: Điện thoại nhà riêng: (0733)837569 Fax: E-mail: hlanhminh2003@gmail.com II. QUÁ TRÌNH ĐÀO TẠO 1. Trung học chuyên nghiệp: Hệ đào tạo: Thời gian đào tạo từ / đến / Nơi học (trường, thành phố): Ngành học: 2. Đại học: Hệ đào tạo: Chính quy tập trung Thời gian đào tạo từ 09/2007 đến 05/2012 Tên đồ án, luận án hoặc môn thi tốt nghiệp: Nghiên cứu hệ thống nhiên liệu động cơ commonrail trên xe Toyota Hiace, chế tạo hệ thống lạnh trên xe du lịch 12 chỗ ngồi. Ngày & nơi bảo vệ đồ án, luận án hoặc thi tốt nghiệp:Trường Đại Học Giao Thông Vận Tải Thành Phố Hồ Chí Minh Người hướng dẫn: ThS. Cao Đào Nam 3. Thạc sĩ: Hệ đào tạo: Chính quy tập trung Thời gian đào tạo từ 10/2012 đến 10/2014 Nơi học (trường, thành phố): Trường Đại học Sư phạm Kỹ thuật TP HCM Ngành học: Kỹ thuật Cơ khí Động lực Tên luận văn: Nghiên cứu chế tạo hệ thống TPMS - Tyre Pressure Monitoring System. Ngày & nơi bảo vệ luận văn: Trường Đại học Sư phạm Kỹ thuật TP HCM Người hướng dẫn: PGS.TS Đỗ Văn Dũng 4. Tiến sĩ: Hệ đào tạo: Thời gian đào tạo từ / đến / Tại (trường, viện, nước): Phòng Đào tạo – Bộ phận Sau đại học; Trường Đại học Sư phạm Kỹ thuật Tp.HCM – ĐT: 37225.766
5. Tên luận án: Người hướng dẫn: Ngày & nơi bảo vệ: 5. Trình độ ngoại ngữ (biết ngoại ngữ gì, mức độ): tiếng Anh – trình độ B 6. Học vị, học hàm, chức vụ kỹ thuật đƣợc chính thức cấp; số bằng, ngày & nơi cấp: Nơi cấp Chuyên ngành đào tạo Văn bằng Số hiệu bằng Ngày cấp ĐH GTVT Cơ khí Động lực Kỹ sư 00382666 29/05/2012 TPHCM III. QUÁ TRÌNH CÔNG TÁC CHUYÊN MÔN KỂ TỪ KHI TỐT NGHIỆP ĐẠI HỌC Công việc đảm Thời gian Nơi công tác nhiệm IV. CÁC CÔNG TRÌNH KHOA HỌC ĐÃ CÔNG BỐ XÁC NHẬN CỦA CƠ QUAN CỬ ĐI HỌC Ngày23 tháng 8 năm 2014 (Ký tên, đóng dấu) Người khai ký tên Hàng Lê Anh Minh Phòng Đào tạo – Bộ phận Sau đại học; Trường Đại học Sư phạm Kỹ thuật Tp.HCM – ĐT: 37225.766
6. 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 Tp. Hồ Chí Minh, ngày tháng năm 2014 (Ký tên và ghi rõ họ tên) Hàng Lê Anh Minh ii
7. HDKH: PGS.TS Đỗ Văn Dũng Tire Pressure Monitoring System LỜI CẢM ƠN Đề tài " Nghiên cứu chế tạo hệ thống theo dõi áp suất lốp TPMS" đã nhận được rất nhiều sự giúp đỡ từ quí Thầy Cô, các anh chị và bạn bè trong và ngoài Trường Đại Học Sư Phạm Kĩ Thuật Thành Phố Hồ Chí Minh. Cảm ơn quí Thầy Cô trong Khoa Cơ Khí Động Lực - Trường Đại Học Sư Phạm Kĩ Thuật Thành Phố Hồ Chí Minh đã tạo điều kiện để chế tạo, lắp đặt và thử nghiệm. Chân thành cảm ơn tất cả quí Thầy, Cô đã nhiệt tình hướng dẫn trong suốt khoá học. Cảm ơn các anh chị, các bạn trong lớp CKO12B đã đóng góp những ý kiến quí giá. Đặc biệt, xin chân thành cảm ơn Thầy hướng dẫn-Thầy PGS.TS Đỗ Văn Dũng đã xây dựng ý tưởng, phương hướng, nội dung cùng với những kiến thức và lời khuyên quí báo của Thầy. Xin chân thành cảm ơn! HV: Hàng Lê Anh Minh
8. HDKH: PGS.TS Đỗ Văn Dũng Tire Pressure Monitoring System TÓM TẮT Theo thống kê cho thấy, cứ 4 xe ô tô đang lưu thông thì có 1 xe chạy với áp suất lốp không đủ. Rất ít người lái thường xuyên để ý đến áp suất lốp cho đến khi lốp quá mềm gây cảm giác nặng tay lái, đánh lái không chuẩn. Khi ô tô chuyển động với áp suất lốp không đủ sẽ gây ra rất nhiều tác hại như: tiêu hao nhiên liệu nhiều hơn, khả năng điều khiển không tối ưu, tai nạn do nổ lốp, v.v Nhận thấy những tác hại to lớn từ việc chạy xe với áp suất lốp "non" các hãng xe đã nhanh chóng nghiên cứu và chế tạo "Hệ thống theo dõi áp suất lốp" nhằm giúp cho người lái biết được chính xác tình trạng lốp xe mọi lúc mọi nơi. Nhằm góp phần vào việc nghiên cứu và chế tạo một sản phẩm " Hệ thống theo dõi áp suất lốp" của người Việt với đầy đủ các tính năng, độ chính xác, hoạt động ổn định và dài lâu với giá thành rẻ hơn sản phẩm đang có mặt trên thị trường người nghiên cứu đã chọn và thực hiện đề tài " Nghiên cứu chế tạo hệ thống theo dõi áp suất lốp" Hệ thống được chế tạo gồm 2 module: một module phát RF và một module thu RF. Trong đó, module phát thu thập dữ liệu áp suất, nhiệt độ từ cảm biến và được truyền đi bằng sóng RF, module thu nhận tín hiệu RF, xử lí, giải mã và hiển thị thông số lên màn hình LCD. Kết quả thử nghiệm cho thấy rằng, hệ thống hoạt động với độ ổn định và chính xác cao trong mọi điều kiện. Hệ thống phù hợp với tất cả các loại xe, kể cả xe máy. Hệ thống theo dõi áp suất lốp sẽ góp phần làm giảm tai nạn đáng tiếc do nổ lốp và tiết kiệm một lượng lớn nhiêu liệu cho cộng đồng v.v. Ngoài ra, hệ thống cần có những chính sách hỗ trợ nghiên cứu và chế tạo để hoàn thiện hơn để được sử dụng rộng rãi trong cộng đồng. HV: Hàng Lê Anh Minh
9. HDKH: PGS.TS Đỗ Văn Dũng Tire Pressure Monitoring System SUMMARY According to statistics, one fourth of the vehicle on traffic are low tire pressure. Few drivers attend to tire pressure until the pressure is too low to cause problem in steering,. When cars move with low tires pressure, there will be alot of many issues such as: accident, waste fuel, ability to control not optimal v.v Recognizing the disadvantages of driving car with low tire pressure, many manufacturers are researching and manufacturing " Tire Pressure Monitoring System" quickly to help drivers know the exact condition of tires anytime, anywhere. To contribute to the research and manufacture a product "monitoring system tire pressure" made in Vietnam with full functionality, accuracy, stable performance and cheaper than products are available in the market and I chose to implement the project "Researching and manufacturing Tire Pressure Monitoring System". The system has 2 module: one is RF transmitter module and one is receiver module RF. Test results show that the system operates with high precision and high stability under all conditions. System is suitable for all types of vehicles, including motorcycles. The "Tire Pressure Monitoring System" will help reduce the tragic accident due to tire burst and saving a large amount of fuel for the community. In addition, the system should have policies supporting to research and manufacture for more complete and are widely used in the community. HV: Hàng Lê Anh Minh
10. MỤC LỤC Trang tựa TRANG Quyết định giao đề tài Lý lịch cá nhân i Lời cam đoan ii Cảm tạ iii Tóm tắt iv Mục lục v Danh sách các chữ viết tắt vi Danh sách các hình vii Danh sách các bảng viii Chương 1: TỔNG QUAN 1 1.1 Giới thiệu tổng quát 1 1.1.1 Khái niệm TPMS 2 1.1.2 Sự ra đời và lịch sử phát triển TPMS 2 Những nghiên cứu về TPMS được nghiên cứu và công bố 3 1.1.3 Các lí do nên trang bị TPMS 5 1.3 Mục đích đề tài 7 1.4 Nhiệm vụ của đề tài và giới hạn đê tài 7 1.4 Phương pháp nghiên cứu 7 2.1 Hướng Nghiên Cứu 8 Chương 2: CƠ SỞ LÍ THUYẾT 10 2.1 Cơ sở lí thuyết truyền dữ liệu không dây 10 2.1.1 Các cách thức truyền dữ liệu không dây 10 2.1.2 Kết luận 14
11. 2.1.3 Cơ sở lí thuyết việc phát sóng RF 14 2.2 Giới thiệu về hệ thống TPMS 18 2.3 Đánh giá, so sánh hệ thống TPMS hiện đang được 21 trang bị trên các hãng xe Chương 3: NGHIÊN CỨU CHẾ TẠO HỆ THỐNG TPMS 23 3.1 Cơ sở thiết kế 23 3.2 Hệ thống điều khiển 23 3.2.1 Phần cứng 23 3.2.1.1 Cảm biến áp suất 23 3.2.1.2 Module truyền dữ liệu nRF24L01+ 24 3.2.1.2.1 Module phát dữ liệu qua sóng RF 26 3.2.1.2 Module thu dữ liệu qua sóng RF 27 3.2.1.3 Board mạch xử lí và hiển thị tín hiệu 28 3.2.1.3.1 Module xử lí tín hiệu 28 3.2.1.3.2 Module hiển thị-LCD 45 3.2.2 Phần mềm 54 3.3 Chế tạo hệ thống TPMS 55 Chương 4: THỰC NGHIỆM MÔ HÌNH 58 4.1 Mục tiêu 58 4.2 Thiết kế 58 4.3 Qui trình 58 4.4 Kết quả 59 Chương 5: KẾT LUẬN 62 TÀI LIỆU THAM KHẢO 63
12. HDKH: PGS.TS Đỗ Văn Dũng Tire Pressure Monitoring System DANH MỤC CHỮ VIẾT TẮT STT CHỮ VIẾT TẮT CHỮ VIẾT ĐẦY ĐỦ 1 TPMS Tire Pressure Monitoring System 2 VĐK Vi Điều Khiển 3 RF Radio Frequency 4 PIC Programeable Inteled Computer 5 ADC Analog to Digital Converter HVTH: Hàng Lê Anh Minh vi
13. HDKH: PGS.TS Đỗ Văn Dũng Tire Pressure Monitoring System DANH MỤC HÌNH STT HÌNH TÊN TRANG 1 2.1 Truyền dữ liệu bằng hồng ngoại trực tiếp 12 2 2.2 Truyền dữ liệu bằng hồng ngoại gián tiếp 12 3 2.3 Nguyên lí phát sóng RF 17 4 2.4 Sơ đồ bố trí TPMS trên ô tô 18 5 2.5 Cảm biến áp suất loại gắn trong 20 6 2.6 Cảm biến áp suất loại gắn ngoài 20 7 2.7 Màn hình hiển thị thông số trong cabin 20 8 2.8 TPMS hãng General Motor 21 9 2.9 TPMS hãng Honda 21 10 2.10 TPMS hãng Mercedes-Benz 22 11 2.11 TPMS hãng Toyota 22 12 3.1 Cảm biến áp suất BMP085 23 13 3.2 Module nRF24L01+ 24 14 3.3 Sơ đồ nguyên lí nRF24L01+ 25 15 3.4 Sơ đồ nguyên lí module phát RF 26 16 3.5 Sơ đồ nguyên lí module thu/xử lí và hiển thị 27 17 3.6 Sơ đồ chân vi điều khiển PIC 16F877A 31 18 3.7 Sơ đồ khối miêu tả các chức năng cơ bản 32 VĐK 19 3.8 Sơ đồ khối bộ Timer0 39 20 3.9 Sơ đồ khối bộ Timer1 40 21 3.10 Sơ đồ khối bộ Timer2 41 22 3.11 LCD thông dụng 16x2 45 23 3.12 Sơ đồ chân của LCD 46 24 4.1 Thông số áp suất, nhiệt độ thu được. 59 25 4.2 So sánh độ chính xác của TPMS với đồng hồ 60 cơ học 26 4.3 Mô hình thử nghiệm thực tế trên xe máy 61 HVTH: Hàng Lê Anh Minh vii
14. HDKH: PGS.TS Đỗ Văn Dũng Tire Pressure Monitoring System DANH MỤC BẢNG STT BẢNG TÊN TRANG 1 3.1 Thanh ghi Status 33 2 3.2 Thanh ghi OPTION_REG 34 3 3.3 Thanh ghi INTCON 34 4 3.4 Thanh ghi PIE1 34 5 3.5 Thanh ghi PIE2 34 6 3.6 Thanh ghi PIR2 35 7 3.7 Thanh ghi PCON 35 8 3.8 Thanh ghi trạng thái cổng A 37 9 3.9 Thanh ghi 3 trạng thái cổng A 37 10 3.10 Thanh ghi lựa chọn tương tự 37 11 3.11 Thanh ghi trạng thái cổng B 37 12 3.12 Thanh ghi 3 trạng thái cổng B 37 13 3.13 Thanh ghi lựa chọn tương tự 38 14 3.14 Thanh ghi cổng B để hở. 38 15 3.15 Thanh ghi trạng thái cổng C 39 16 3.16 Thanh ghi 3 trạng thái cổng C 39 17 3.17 Chức năng các chân LCD 46 18 3.18 Tập lệnh của LCD 48 19 3.19 Đặc tính điện các chân LCD 52 20 3.20 Miền làm việc bình thường 53 21 4.1 Giá trị đo được từ quá trình thực nghiệm 60 HVTH: Hàng Lê Anh Minh viii
15. HDKH: PGS.TS Đỗ Văn Dũng Tire Pressure Monitoring System CHƢƠNG 1: TỔNG QUAN 1.1 Giới thiệu tổng quát Từ những thập kỉ trước, ô tô đã là phương tiện di chuyển phổ biến ở các nước phát triển. Ngày nay, kinh tế phát triển, đời sống người dân Việt Nam ngày càng được nâng cao, nhu cầu sử dụng phương tiện đi lại như xe ô tô là điều không thể thiếu, nay lại còn cần thiết hơn nữa. Ô tô không chỉ đơn giản là một khối tổ hợp các cụm chi tiết bao gồm: 4 bánh xe và động cơ tạo ra chuyển động, hệ thống lái, hệ thống treo, v.v. Mà nó còn được xem là một chiếc máy tình, một con robot thông minh có thể tự động điều chỉnh để thìch nghi với mọi điều kiện hoạt động. Ngày nay, trên ô tô trang bị rất nhiều hệ thống điện tử tự động nhằm tăng tình tiện nghi và độ an toàn cho người sử dụng. Một trong những hệ thống điện tử hữu ích và mới nhất hiện nay là hệ thống theo dõi áp suất lốp ( Tyre Pressure Monitoring System - TPMS) Trên xe, lốp xe là một trong những bộ phận quan trọng nhưng có lẽ ìt được chú ý. Tăng tốc nhanh, phanh gấp, vào góc cua hẹp làm lốp rất nhanh mòn. Lốp xe bị rạn nứt, bơm quá căng hoặc quá non sẽ làm cho xe hoạt động không ổn định. Nếu mặt lốp bị mòn, khi di chuyển ngoài trời mưa hoặc đường ướt dễ bị trơn trượt. Đặc biệt là những ngày nắng nóng, nếu phải di chuyển trên một quãng đường dài, do nhiệt độ của mặt đường cao cộng với ma sát, sẽ làm cho mặt lốp nóng lên nhanh chóng. Không khí bên trong nở ra, tăng áp suất lên bề mặt. Lốp mòn không những không đảm bảo chất lượng mà dưới áp suất cao còn dễ bị nổ gây mất an toàn. Lốp quá non (áp suất hơi quá thấp) sẽ làm tăng bề mặt tiếp xúc với mặt đường làm tăng độ ma sát, dẫn đến động cơ phải hoạt động nhiều hơn, giảm tình tiết kiệm nhiên liệu và gây hiện tượng biến dạng bề mặt lốp như méo, phính hoặc mòn không đều. Ngoài ra, nếu lái xe trong tính trạng lốp quá căng (áp suất hơi quá cao), khi lái cho cảm giác không được thoải mái giống như xe bị nẩy lên. Lốp căng sẽ làm cho phần giữa lốp nhanh bị mòn do phải chịu trọng tải cao dẫn đến giảm tuổi thọ sử dụng. Trên mỗi lốp xe đều có ghi các thông số tiêu chuẩn để phù hợp với vành được nhà cung cấp đưa ra. Vì dụ: Lốp sau xe Honda Lead 125: 100/90-10 56J. Trong đó: 100 là bề rộng của lốp tình bằng mm; 90 là % chiều cao của lốp so với bề rộng của lốp: 90%*100 = 90 mm; 10 là HVTH: Hàng Lê Anh Minh 1
16. HDKH: PGS.TS Đỗ Văn Dũng Tire Pressure Monitoring System đường kình danh nghĩa của vành tình bằng inch; 56 là ký hiệu của khả năng chịu tải; J là ký hiệu của tốc độ tối đa cho phép. Áp xuất bơm lốp xe sẽ ảnh hưởng trực tiếp đến hoạt động của xe. Tùy thuộc vào loại xe, điều kiện hoạt động mà nhà sản xuất lựa chọn loại lốp xe và áp suất bơm phù hợp. Việc duy trì áp suất bơm lốp đúng quy định sẽ giúp lốp xe đảm bảo được tốt những chức năng, đảm bảo an toàn cũng như tình năng hoạt động của xe. Các chuyên gia khuyến cáo, nên thường xuyên kiểm tra lốp xe trước khi lái như áp suất lốp, độ mòn bất thường, nứt hoặc vết chém trên hông lốp và độ dày của bề mặt lốp. Kiểm tra định kỳ 4.000 km/lần tại các cơ sở sửa chữa bảo dưỡng. Khi thay lốp mới nên kiểm tra thông số lốp tiêu chuẩn mà nhà sản xuất đề ra. Đảm bảo áp suất lốp đúng theo yêu cầu kỹ thuật rất quan trọng trong việc giữ cho lốp xe luôn ở trạng thái kỹ thuật tốt nhất, đảm bảo tối ưu hóa tác dụng của lốp xe cũng như kéo dài tuổi thọ của lốp. Áp suất lốp là nhân tố chình đảm bảo tính an toàn và khả năng chịu lực của lốp xe chứ không phải là vật liệu hay kết cấu của lốp. Áp suất lốp đúng theo yêu cầu kỹ thuật là nhân tố chình đảm bảo việc vận hành an toàn cũng như đảm bảo khả năng bám đường, hoạt động hoàn hảo của hệ thống lái, hệ thống phanh. 1.1. 1 Khái niệm TPMS Hệ thống theo dõi áp suất lốp - TPMS là hệ thống theo dõi áp suất lốp xe một cách liên tục và chình xác mà không cần đến đồng hồ đo áp suất. Quan trọng hơn nó giúp nâng cao hệ số an toàn, hạn chế những vụ nổ lốp gây thiệt hại về người và tài sản. 1.1.2 Sự ra đời và lịch sử phát triển TPMS Hệ thống TPMS lần đầu tiên được sử dụng trên xe khách được lắp cho chiếc Porsche 959 đời 1986 và sau đó TPMS được các hãng xe hạng sang như BMW, Audi, Mercedes trang bị cho các dòng xe của mính. TPMS liên tục phát triển, cải tiến nhưng cột mốc cho sự phát triển của TPMS là vào những năm cuối thập niên 90. Năm 1996 Renault sử dụng hệ thống PAX Michelin và trong năm 1999, PSA Peugeot Citroën quyết định áp dụng TPMS như một tình năng tiêu chuẩn trên Peugeot 607. HVTH: Hàng Lê Anh Minh 2
17. HDKH: PGS.TS Đỗ Văn Dũng Tire Pressure Monitoring System Năm sau (2000), Renault tung ra Laguna II, chiếc xe chở khách cỡ trung đầu tiên trên thế giới được trang bị TPMS như một tình năng tiêu chuẩn. Trước thực trạng hàng trăm mạng sống mất đi hàng năm do tai nạn lật xe ví nổ lốp, chình quyền Bill Clinton đã thông qua luật kể từ 1/09/2007 trở đi, 100% xe có tải trọng từ 4,5 tấn trở xuống được bán tại Mỹ bắt buộc phải trang bị TPMS. Giai đoạn đầu trong tháng 10/2005 ở mức 20%, và đạt 100% cho các mô hính sản xuất sau 1/9/2007. Tiếp nối Mỹ, tại Liên minh châu Âu, tình đến ngày 1/ 11/ 2012, tất cả các mẫu xe du lịch mới phát hành phải được trang bị TPMS. Từ 1/1/ 2014, tất cả các xe chở khách mới được bán trong Liên minh châu Âu phải được trang bị TPMS. Những nghiên cứu về hệ thống TPMS đƣợc nghiên cứu và công bố. TPMS trực tiếp: 1/ Air Pressure Monitoring System of Vehicle Tire and Identification Method of Vehicle Tire (LI Wei, & Chen Hongling., 2005). Sáng chế này, thông qua công nghệ mã hoá và xác định lại vị trí của lốp xe, cài đặt lại mã ID cảm biến cho từng bánh xe sau khi được đảo vị trí hoặc thay mới. Nó cho chúng ta một giải pháp đơn giản và hiệu quả trong việc chuyển đổi vị trí các lốp xe với nhau. Việc áp dụng công nghệ này giúp cho hệ thống TPMS hoạt động dễ dàng, hiệu quả và tin cậy sau mỗi lần chuyển đổi lốp xe hoặc thay cảm biến. 2/ Tyre Pressure Monitoring (TPM) System (R. Lourens,& C. Kell,. 2009). Đề tài này, giải thìch một hệ thống TPM điển hính được sử dụng dành riêng trên ô tô. Nó được xem như một tài liệu tham khảo làm cơ sở cho việc thiết kế các vi mạch khác nhau sử dụng cho việc chế tạo TPM. Có hàng loạt phương pháp thiết kế để tiếp cận được đưa ra. Một hệ thống có thể tự động nhận biết vị trì, thông số mà cảm biến đo được ngay khi cả chúng đang quay cùng với bánh xe. Trái tim của hệ thống TPM là: Sensor / Transmitter và nó được dựa trên chip vi điều khiển rfPIC12F675. 3/ Tyre Pressure Monitoring System (Matsumura, & T.Chiyoda-ku., 2008) Đề tài này nêu lên cấu tạo một hệ thống TPMS bao gồm: module đo áp suất lốp. Module đo áp suất bao gồm 1 micocomputer, một mạch điều kích hoạt điều khiển, một cảm biến áp suất, một cảm biến nhiệt độ, một bộ chia tần số, một mạch truyền và pin. HVTH: Hàng Lê Anh Minh 3
18. HDKH: PGS.TS Đỗ Văn Dũng Tire Pressure Monitoring System microcompter có một bộ phát xung clock, mạch chuyển đổi analog sang digital và một bộ điều khiển. Mạch truyền thì có một mạch dao động, việc chia tần số ra 4 tần số sóng mang tại đầu ra của mạch dao động để tạo ra một tín hiệu clock và tín hiệu clock đầu ra được điều khiển bởi microcomputer. Các tín hiệu clock này được sử dụng cho việc đo thời gian xuất dữ liệu đến một đường tín hiệu. Các tín hiệu clock này được tạo ra để truyền dữ liệu có độ chính xác cao mà không cần phải có bộ dao động đắt tiền như trong microcomputer. TPMS gián tiếp: 1/ Supervision of Vehicle’s Tyre Pressures By Measurement of Body Accelerations (C. Halfmann, M.Ayoubi, & H.Holzmann., 1997). Đề tài này đưa ra một phương pháp đo áp suất gián tiếp bằng cách sử dụng tín hiệu gia tốc tại mỗi bánh xe. Bằng việc phân tích phổ tần số của hàm truyền ảo gia tốc tại các bánh xe phìa trước và phía sau trên một chiếc xe. Qua đó, có sự can thiệp xử lí từ một hệ thống bên ngoài vào quang phổ và phân tích ảnh hưởng của áp suất đến gia tốc của mỗi bánh xe tại cùng một thời điểm tăng tốc. 2/ Indirect Tyre Pressure Monitoring Using Sensor Fusion (N. Persson, & F. Gustafsson., 2002) Đề tài này nói về TPMS gián tiếp, TPMS gián tiếp sử dụng cảm biến hiện có trên ABS/ESP và thuật toán phần mềm để xác định các lốp điều kiện (dưới / trên áp suất tiêu chuẩn). Có rất nhiều nghiên cứu và dự án phát triển phương pháp này và có thể được phân thành hai nhóm chình. Nhóm đầu tiên là bằng cách sử dụng phân tìch độ rung. Nó xử lý lốp xe như một lò xo được kích thích bởi các bất thường từ mặt đường. Khái niệm này là để theo dõi tần số cộng hưởng mà có tương quan với áp suất lốp. Lớp thứ hai là bằng cách sử dụng bánh xe phân tích bán kính dựa trên thực tế rằng áp suất lốp ảnh hưởng đến bán kính lăn hiệu quả của lốp. HVTH: Hàng Lê Anh Minh 4
19. HDKH: PGS.TS Đỗ Văn Dũng Tire Pressure Monitoring System 1.1.3 Các lý do nên trang bị TPMS 1.1.3.1. TPMS giúp chúng ta kiểm soát và giữ đƣợc áp suất lốp xe luôn ở trạng thái tiêu chuẩn, đảm bảo an toàn không xảy ra tai nạn đáng tiếc do bể lốp xe Thực tế nhìn bằng mắt và gõ vào lốp không thể phát hiện được bất thường về áp suất, nhiệt độ, trừ khi lốp xẹp hơn 25% trở lên. Thống kê tại Mỹ cho thấy: năm 2002 tại quốc gia này có tới 260.000 tai nạn giao thông do bể lốp xe, chiếm 70% trên tổng số tai nạn xe hơi tại Mỹ. Nguyên nhân nổ lốp khi xe đang chạy gây tai nạn thì 57% do lốp xe quá mềm, 20% do lốp xe quá căng, còn lại do thủng lốp bởi vật nhọn gây ra. Khi lốp xe quá mềm: diện tích tiếp xúc giữa lốp xe với mặt đường tăng lên, ma sát với mặt đường tăng dẫn tới nhiệt độ lốp xe quá cao gây phá hủy liên kết giữa các lớp bố và kết quả là bể lốp. Ngược lại khi lốp quá căng, liên kết giữa các lớp sợi bố chịu lực kéo giãn lớn và lực này cực lớn tại chỗ lốp tiếp xúc với mặt đường hoặc khi chạy vào mặt đường lồi lõm, không bằng phẳng và gây ra bể lốp xe. 1.1.3.2. TPMS kiểm soát áp suất giúp lốp xe không bị hƣ hại do việc chạy xe trong tình trạng không tiêu chuẩn Lốp xe mềm: nếu áp suất trong lốp xe nhỏ hơn khoảng 0.40 đến 0.60 bar so với áp suất tiêu chuẩn trong thời gian dài thì tuổi thọ của lốp sẽ giảm từ 25% đến 50%.Tương tự, khả năng chịu tải của xe cũng giảm đi khoảng 100kg nếu áp suất lốp sụt giảm 0.50 bar. Lốp xe căng:Khi áp suất cao hơn 25% so với tiêu chuẩn thì tuổi thọ lốp sẽ giảm tương ứng khoảng 15-20%. Thực tế cho thấy có đến ít nhất 45% số xe con có tình trạng lốp không đúng chuẩn. Nguyên nhân do kiểm tra bằng mắt, tay không chình xác và dùng đồng hồ thì bất tiện và mất thời gian nên việc các lái xe không kiểm tra áp suất lốp thường xuyên là văn hóa chung toàn cầu (trừ những xe đã được trang bị TPMS). 1.1.2.4. TPMS giúp chúng ta tiết kiệm nhiên liệu Áp suất lốp thấp làm tăng ma sát mặt đường gây tổn hao năng lượng. TPMS giúp chúng ta theo dõi để giữ cho áp suất lốp luôn trong tình trạng tiêu chuẩn, tiết kiệm 1-2% tiêu HVTH: Hàng Lê Anh Minh 5
20. HDKH: PGS.TS Đỗ Văn Dũng Tire Pressure Monitoring System hao nhiên liệu so với để lốp xe non hơi. 1.1.2.5. TPMS giúp chúng ta điều khiển xe tối ƣu nhất Khi lốp quá căng,phản lực từ mặt đường tác động làm cho xe bị rung, khó kiểm soát vô lăng, nhất là khi chạy đường không bằng phẳng. Còn khi lốp mềm thì làm giảm tốc độ xe, khiến xe mất độ vọt. Áp suất các bánh xe không đều nhau cũng gây mất thăng bằng xe, nhất là những lúc thắng (phanh), gây mòn không đều giữa các lốp,đồng thời gây tác hại không nhỏ tới các bộ phận thuộc hệ thống treo. 1.1.2.6. TPMS giúp ta tránh đƣợc sự mòn mỏi bất thƣờng của các bộ phận trên xe Khi lốp xe quá căng, phản lực mặt đường sẽ tăng và gây ra sụ dằn xóc quá độ, làm nhanh mỏi các lò xo giảm xóc và các chi tiết chịu lực của hệ thống khung gầm. Có ba kẻ sát nhân trên đường: 1/ Sự mệt mỏi của tài xế. 2/ Chạy xe quá tốc độ an toàn. 3/ Bể lốp xe. Trong ba kẻ sát nhân trên thì 1 và 2 là do chủ quan con người - có thể lường trước được. Còn kẻ thứ 3 là do ngoại lai. Do vậy, TPMS sẽ giúp chúng ta kiểm soát và hạn chế hiểm họa tiềm ẩn này. 1.2 Lí do chọn đề tài Hệ thống theo dõi áp suất lốp TPMS tuy đã được nghiên cứu và công bố trên thế giới từ rất lâu, TPMS được phát triển cũng như phát hành thành sản phẩm hàng loạt nhưng vẫn chưa có một nghiên cứu hay sản phẩm nào trong nước được công bố và phát hành. Nhận thấy TPMS là một trong những hệ thống mới và nó có tầm quan trọng và ảnh hưởng rất lớn đến an toàn cũng như tình kinh tế mà nó mang lại nhưng lại được rất ít người dùng tại Việt Nam quan tâm đến. Từ những nguyên do trên mà tác giả đã quyết định chọn và thực hiện đề tài " Nghiên cứu chế tạo hệ thống theo dõi áp suất lốp" với mong muốn có thể chế tạo thành công một hệ thống "TPMS made in Viet Nam". HVTH: Hàng Lê Anh Minh 6
21. HDKH: PGS.TS Đỗ Văn Dũng Tire Pressure Monitoring System 1.3 Mục đích đề tài - Làm cơ sở cho việc nghiên cứu và chế tạo thành công hệ thống TPMS với giá thành rẻ hơn và chất lượng ở mức chấp nhận được so với những sản phẩm đang có mặt trên thị trường. - Đánh giá tình năng hoạt động của hệ thống về độ chính xác cũng như độ bền. - Làm cơ sở nghiên cứu cho việc giảng dạy và ứng dụng vào sản xuất thực tế. - Nâng cao kiến thức về điện tử cũng như khả năng lập trính điện tử 1.4 Nhiệm vụ của đề tài và giới hạn đề tài - Nhiệm vụ của đề tài: tìm hiểu cách thức truyền dữ liệu không dây, đặc biệt là qua sóng RF, nghiên cứu chế tạo hệ thống theo dõi áp suất lốp TPMS. - Giới hạn đề tài: hệ thống TPMS là một hệ thống nhỏ gọn, đơn giản nhưng nó đang phát huy được những ưu điểm của mình một cách mạnh mẽ. TPMS đã được nghiên cứu và chế tạo rộng rãi trên thế giới từ rất lâu. Hiện nay, dù TPMS tương đối phổ biến ở Việt Nam nhưng vẫn chưa có sản phẩm " TPMS made in VIETNAM" nào do trính độ công nghệ chưa đủ sức và giá thành chế tạo TPMS sẽ cao hơn so với những sản phẩm cùng loại đang có mặt trên thị trường. Đề tài " Nghiên cứu chế tạo hệ thống theo dõi áp suất lốp" được ra đời xuất phát từ tính cấp thiết trên. Nhưng do thời gian thực hiện đề tài, quá trình nghiên cứu và khả năng của người thực hiện có hạn nên đề tài chỉ dừng lại ở mức độ tìm hiểu cách thức truyền dữ liệu qua sóng RF, chế tạo board mạch thu - phát, board mạch xử lí và hiển thị tín hiệu-áp suất. 1.5 Phƣơng pháp nghiên cứu - Phương pháp nghiên cứu tài liệu: thu thập thông tin về các hệ thống TPMS và cách thức điều khiển và truyền dữ liệu không dây qua các phương tiện truyền thông. - Tham khảo các sản phẩm TPMS trên thị trường. - Tham khảo ý kiến của thầy cô, bạn bè. HVTH: Hàng Lê Anh Minh 7
22. S K L 0 0 2 1 5 4