Nghiên cứu tính toán và chế tạo mẫu hệ thống an toàn bị động cho xe gắn máy

Nội dung text: Nghiên cứu tính toán và chế tạo mẫu hệ thống an toàn bị động cho xe gắn máy

1. NGHIÊN CỨU TÍNH TOÁN VÀ CHẾ TẠO MẪU HỆ THỐNG AN TOÀN BỊ ĐỘNG CHO XE GẮN MÁY RESEARCH, CALCULATION AND MANURACTURING OF PASSIVE SAFETY SYSTEM IN EXPERIMENT FOF MOTORCYLE [1]TS. Nguyễn Bá Hải, [2]KS. Bùi Xuân Đức 1 Trường đại học Sư phạm Kỹ thuật TP.HCM 2 Trường đại học Bách Khoa TP.HCM [1]hairobot999@gmail.com, [2]buixuanduc00@gmail.com Tóm tắt Hiện nay tình hình tai nạn giao thông đang rất báo động trên toàn quốc mà nó đang là vấn đề nhức nhối của cả xã hội. Thậm chí hiện nay số người chết do tai nạn giao thông ở nước ta mỗi năm còn cao hơn số lượng người thiệt mạng do bom đạn chiến tranh tại một số quốc gia trên thế giới. Nguyên nhân chủ yếu dẫn tới tình trạng này thì có nhiều: Do sự lấn chiếm hành lang an toàn giao thông, sự gia tăng quá nhanh của các phương tiện giao thông cá nhân và ý thức của người tham gia giao thông quá kém, sử dụng rượu, bia, chất kích thích khi tham gia giao thông, cơ sở hạ tầng giao thông, kỹ năng điều khiển phương tiện với hệ thống an toàn bị động được thiết kế có thể giảm được các tai nạn xảy ra do sự bất ngờ của người điều khiển xe máy hoặc phanh gấp khi gặp tình huống nguy hiểm. Một cơ cấu chân chống phụ sẽ được điều khiển bung ra để giữ cân bằng cho xe gắn máy, từ đó người điều khiển có thể chủ động sử lý tình huống. Từ khóa : Hệ thống an toàn bị động; xe gắn máy; cân bằng; chân chống phụ; tai nạn xe máy. Abstract Currently the traffic accident situation is very alarming nationwide that it is a problem of the whole society. Even the number of deaths from traffic accidents in our country is even higher each year than the number of war dead in some parts of the world. The main reasons for this situation are many: Due to the encroachment of the traffic safety corridors, the rapid increase of private means of transport and poor sense of the traffic, Use of alcohol, beer, traffic stimulants, traffic infrastructure, vehicle control skills with passive safety system designed to reduce accidents caused by Motorcycle driver's surprise or emergency brake when in dangerous situation. An auxiliary subframe will be driven out to maintain the balance of the motorcycle, so that the operator can actively handle the situation. Keywords: Passive safety system; motorcycle; balance; foot support; motorcycle accident.
2. 1. GIỚI THIỆU Khi xe hoạt động bình thường và không có Với tình hình tai nạn giao thông xe máy các tình huống nguy hiểm xảy ra thì các cảm như hiện nay trên toàn thế giới. Các hãng sản biến không gửi tín hiệu về ECU do không có xuất và các nhóm nghiên cứu cũng đã phát lực va đập. Khi xảy ra trường hợp nguy hiểm triển các hệ thống, mẫu xe làm tăng độ an toàn như tài xế đang chạy với tốc độ 50km/h và chủ động hoặc bị động cho xe máy nhằm mục đâm trưc diện vào xe ô tô khác đang đi trên đích giảm thiểu những rủi ro hay va chạm bất đường lúc này ngay lập tức các cảm biến ở 2 ngờ không mong muốn có thể xảy ra dẫn đến bên giảm chấn trước sẽ báo về ECU ABS (chỉ thương vong cho người điều khiển. Hãng Lit mất khoảng 15 ms để cảm biến phát hiện va Motors [1] đã nghiên cứu và phát triển mẫu xe đập và truyền về ECU) và ngay lập tức ECU kích hoạt bộ phận tạo khí bơm khí vào túi khí hai bánh có tên C-1 hoàn toàn khác lạ với vô lăng điều khiển và có mái che như xe ô tô, tuy (mất khoảng 60 ms để túi khí được thổi phồng nhiên điểm khác biệt của xe là nó có thể tự cân hoàn toàn) và động năng của người lái bị triệt bằng một cách độc lập hoàn toàn trong mọi tiêu trong khoảng 15 ms. Vậy mất khoảng điều kiện như: đứng tại chỗ, di chuyển, quay chưa đầy 1s để hệ thống hoạt động và bảo vệ vòng, có vật cản khác va chạm trên xe sử người. dụng động cơ điện để dẫn động bánh xe với Ngoài ra, hai công ty có uy tín Ý, Ducati năng lượng điện được dự trữ trong gói pin và Dainese, hợp tác để tạo ra một không khí dưới sàn xe. thổi phồng áo mà rất có thể là tương lai của an Hai con quay hồi chuyển được đặt phía toàn xe máy. Họ đã cùng nhau thiết kế và xây dưới ghế ngồi của xe và quay cùng chiều kim dựng một chiếc áo khoác với một biện pháp an toàn bơm hơi hoạt động giống như một túi đồng hồ với tốc độ 5000 – 12000 vòng/phút. Mỗi con quay hồi chuyển được gắn trên một khí, đối với bất kỳ loại tai nạn nào. khớp trục mà trục này để giữ các con quay và Khi xảy ra va chạm chính diện với lực có thể nâng con quay nghiêng về phía trước mạnh người điều khiển văng khỏi xe máy bộ hoặc hạ con quay nghiêng về phía sau. Khi phận kích hoạt tạo khí được kích hoạt và khí con quay được nâng về phía trước mô men từ được bơm vào các túi khí nhỏ bên trong áo con quay tạo ra đẩy xe nghiêng sang trái và khoác và chiếc áo khoác lúc này trở thành tấm ngược lại xe sẽ nghiêng sang phải khi con giảm chấn cho các bộ phận của cơ thể như quay nghiêng về phía sau. ngực, lưng và cổ để khi người lái xe có va đập Bộ điều khiển cân bằng sẽ tính toán thay vào vật cứng hay mặt đường thì cũng không đổi độ nghiêng của trục con quay để giữ cho gây tổn thương nặng. xe luôn cân bằng. Như vậy C1 sẽ được giữ ổn Trong nghiên cứu này với mục đích ban định khi đi thẳng và đứng yên đồng thời nó sẽ đầu là sẽ tạo ra hệ thống an toàn bị động cho nghiêng một góc khi quay vòng. xe gắn máy với việc sử dụng các chân chống C1 có thể đạt tốc độ tối đa 193km/h và phụ có thể gập lại khi di chuyển bình thường phạm vi hoạt động của xe từ 241-354km mỗi và sẽ tự động bung ra giữ cân bằng, tránh đổ lần sạc cho các gói pin khác nhau. x echo người điều khiển xe máy khi có tình huống nguy hiểm bất ngờ xảy ra. Bằng việc Tiếp đến, Cuối năm 2005 hãng HONDA sử dụng các cảm biến như cảm biến gia tốc [2] đã hoàn tất việc nghiên cứu hệ thống túi [3], cảm biến khoảng cách hồng ngoại [4], khí trên xe máy và đầu năm 2006 hệ thống túi cảm biến tốc độ đạp phanh [5], cảm biến tốc khí trên xe máy đã được ứng dụng trên xe độ xe và sử dụng phần mềm LabVIEW [6] để Gold Wing phiên bản 2006. kiểm tra, thu thập dữ liệu cảm biến từ đó lập Hệ thống bao gồm: Túi khí, thiết bị bơm trình cho hệ thống với phần mềm Arduino [7]. khí, cảm biến va chạm và hộp điều khiển để Nguồn điều khiển hệ thống sử dụng khí nén tính toán thời gian xảy ra va chạm. Hệ thống với một hệ thống cung cấp độc lập. này chỉ có thể hoạt động tốt nhất khi đâm trực 2. THIẾT KẾ HỆ THỐNG VÀ GIẢI diện và tốc độ tối da 50km/h. THUẬT ĐIỀU KHIỂN 2.1. Sơ đồ khối hệ thống
3. Hình 1: Sơ đồ khối hệ thống Hệ thống bao gồm, cảm biến (1) gửi tín hiệu đến bộ lọc tín hiệu (2), qua bộ xử lý tín hiệu để (3) để xử lý tín hiệu trước khi vào bộ xử lý trung tâm và điều khiển (4). Có thể sử dụng 1, 2 hoặc 3 cảm biến để xác định được trạng thái nguy hiểm của xe có khả năng bị đổ hay không, khi sử dụng 3 cảm biến thì độ chính xác và tin cậy càng cao hơn đồng thời loại bỏ được các biến trùng lặp. Bộ xử lý trung tâm xử lý thông tin tín hiệu từ cảm biến và sau đó gửi tín hiệu điều khiển đến bộ công suất (5) để khuếch đại tín hiệu điều khiển sau đó tín hiệu này được bộ công suất truyền đến cơ cấu chấp hành chống đổ xe Hình 2: Lưu đồ thuật toán điều khiển hệ máy (6) và đèn (7) để chống đổ xe máy và thống báo cho người điều khiển biết hệ thống đã hoạt động 2.3. Sơ đồ nguyên lý mạch hệ thống cung cấp khí nén 2.2. Lưu đồ thuật toán hệ thống điều khiển Khi cấp nguồn cho mô tơ điện hoạt động dẫn động bơm hơi hoạt động tạo áp khí nén, Bắt đầu khi bật công tắc máy cung cấp khí nén ra khỏi bơm hơi được đẩy vào bình nguồn cho hệ thống bắt đầu hoạt động ở chế tích áp dự trữ hơi, tại đây cảm biến áp suất sẽ độ chờ sẵn sàng. Tín hiệu từ cảm biến liên tục theo dõi áp suất của hệ thống khi áp suất đạt được gửi về bộ điều khiển trung tâm, nếu vận tới 9kg/cm2 thì nguồn của mô tơ điện sẽ bị tốc xe lớn hơn 30 km/h thì bộ điều khiển trung ngắt. Đồng thời khí nén được cung cấp tới van tâm sẽ phân tích tín hiệu từ cảm biến chân điện chia hơi 5/2 khi solenoid chưa có nguồn phanh và khoảng cách. Nếu tốc độ đạp chân cấp thì cửa 1 sẽ thông với cửa 2 khí nén sẽ phanh lớn hoặc vận tốc vật cản di chuyển tới cung cấp tới buồng phía trước của xylanh đẩy xe lớn hoặc cả hai cùng xảy ra, ngay lập tức piston và thanh đẩy đi vào. tín hiệu điều khiển sẽ được gửi tới cơ cấu chấp hành chống đổ xe làm việc để cơ cấu phản ứng Ngược lại khi có nguồn điều khiển cho van ngay chống đổ xe, cơ cấu xẽ bung ra trong điện cửa 1 sẽ thông với cửa 4 và cửa 2 thông vòng 15s rồi sẽ tự động thu lại. với cửa 3 khí nén từ buồng trước của xylanh sẽ thoát ra ngoài qua cửa 3 và khí nén từ cửa Nếu các điều kiện trên không thỏa mãn bộ 1 sẽ cung cấp tới buồng sau của xylanh đẩy xử lý và điều khiển trung tâm lại tiếp tục tiếp piston và ti đẩy đi ra. nhận thông tin từ các cảm biến và tiếp tục xử lý.
4. thất thoát do sự rò rỉ khí ra bên ngoài thông qua bơm hơi. 2.4. Cơ cấu chân chống phụ cân bằng xe máy Hình 5: Cơ cấu chân chống phụ khi bung ra và gập lại. Hình 3: Mạch nguyên lý hệ thống khí nén khi chân chống thu vào a = 33 cm; b = 34 cm Hình 6: Thông số kỹ thuật của bát bắt cơ cấu a: Khoảng cách từ bát bắt cơ cấu tới tâm bánh sau; b: Khoảng cách từ bát bắt cơ cấu tới điểm tiếp xúc bánh xe và mặt đường Hình 4: Mạch nguyên lý hệt thống khí nén khi chân chống bung ra chống ngã xe Khi áp suất hệ thống giảm xuống dưới 8 kg/cm2 thì cảm biến sẽ nhận biết và nguồn điện lại được cung cấp cho mô tơ điện để bơm hơi hoạt động để duy trì áp suất cho hệ thống. Ngoài ra trên đường ống từ bơm hơi vào bình dự trữ áp suất có tích hợp một van kiểm Hình 7: Kích thước chiều dài của cơ cấu khi tra một chiều nhằm tránh tình trạng áp suất hơi lắp lên xe
5. c = 34 cm; d = 29 cm; Tín hiệu tốc độ để xác định tốc độ xe và c: Chiều dài của cơ cấu chân chống phụ khi hệ là điều kiện ngưỡng dưới loại bỏ ẩn nhiễu khi thống hoạt động bung ra hoàn toàn. điều khiển hệ thống d: Chiều dài của cơ cấu chân chống phụ khi hệ thống hoạt động gập lại hoàn toàn. Vậy hành trình của cơ cấu dài ra và thu vào chính bằng chiều dài hành trình của xy lanh khí nén. Khi bung ra cơ cấu chân chống sẽ đi được mộ góc : 29 cos = cos ( ) = cos ( ) ==> = 34 3128′ (1) 2.5. Kết nối các cảm biến và xử lý tín Hình 10: Tín hiệu đưa về từ cảm biến chân hiệu, điều khiển phanh. Hình 8 : Sơ đồ nguyên lý mạch thu thập dữ liệu cảm biến, xử lý trung tâm và điều khiển hệ thống. Hình 11: Tín hiệu đưa về từ cảm biến khoảng cách. 3. KẾT QUẢ VÀ THỰC NGHIỆM Bảng 1: Bảng so sánh khối lượng và kích thước của xe trước và sau khi lắp đặt hệ thống Trước Sau Khối lượng 100kg 105kg Hình 9: Kết nối cảm biến với máy tính thu Chiều rộng 0.710 m 0.710 m thập tín hiệu Chiều cao 1.09 m 1.09 m Các cảm biến được kết nối với máy tính để thu thập tín hiệu hiển thị trên máy tính từ Chiều dài 1.925 m 1.925 m đó lấy được các ngưỡng điều khiển cho hệ thống. Tín hiệu vị trí chân phanh để xác định trường hợp thắng gấp của người điều khiển. Tín hiệu khoảng cảm biến khoảng cách để xác định vật cản có vận tốc chuyển động tới xe.
6. Hình 12: Thử nghiệm khi có vật chuyển Thử nghiệm đường trường với quãng động tới với vận tốc cao đường 65 Km (Từ cảng Tân Cảng Cái Mép tới ngã tư Thủ Đức). Khi có vật chuyển động tới với vận tốc cao Với các thông số điều kiện thử như sau: và thắng gấp với các điều kiện.: Xe di chuyển Tốc độ xe trung bình: 55 Km/h; với vận tốc 40 km/h; Có vật khác di chuyển Số đèn giao thông: 19 với vận tốc cao tiến thẳng tới xe mẫu thử; Xe Khi dừng đèn đỏ bật cơ cấu chân chống phụ mẫu thử thắng gấp. bằng công tắc. 3. KẾT LUẬN Hệ thống đã được chế tạo và lắp đặt trên xe gắn máy thành công và qua quá trình thử nghiệm thực tế đã đạt yêu cầu ban đầu đề ra với khả năng cân bằng, chống đổ xe khi có tình huống bất ngờ mà người điều khiển thắng gấp hoặc có vật khác chuyển động tới với tốc độ cao Hình 4. 1: Thử nghiệm trên đường trường TÀI LIỆU THAM KHẢO [1] www.litmotors.com/c1/ [2] Tadatoshi Shigetomi, Takeshi Yamasaki, Motorcycle Safety Research, Honda R&D Co.,Ltd. Asaka Center, Japan. [3] Parallax, Memsic MD2125 datasheet. [4] SRF05 Technical Specification, [5] Toyota service training (2003), Team 21, Kỹ thuật viên chuẩn đoán động cơ. [6] TS. Nguyễn Bá Hải (2013), Lập trình LabVIEW, NXB ĐHQG TP. HCM. Thông tin liên hệ tác giả chính (người chịu trách nhiệm bài viết): Họ tên: BÙI XUÂN ĐỨC Đơn vị: Trường Đại học Sưu phạm Kỹ thuật TP. HCM Điện thoại: 0986436256 Email: buixuanduc00@gmail.com
7. 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 2017-2018 của Thư viện Trường Đại học Sư phạm Kỹ thuật Tp. Hồ Chí Minh.