3 Tính toán sơ bộ

P: Công suất của động cơ (KW)



nđc : tốc độ của động cơ (vòng/phút)



T2=9,55.Pđc/nđc (N.m)

với Pđc : cơng suất của động cơ (W)

Do đó ta lựa chọn động cơ điện 1 chiều có các thơng số sau :

Đường kính

Điện áp hoạt động

Cường độ dòng điện tối đa

Tốc độ vòng quay

Tại 5v, 1A



8,5mm

3v-7v

1,9A.

30.000-60.000 rpm

40.000 rpm



Chọn chế độ làm việc của động cơ tại 5V, 1A phù hợp với việc điều khiển

bằng các vi mạch điện tử.

Pđc=U.I=5.1=5 (W)

Chọn bộ giảm tốc có tỉ số truyền u=12, bánh răng nhỏ : 7 răng ; bánh răng lớn

: 84 răng.

Trục vít có đường kính d=3mm =3.10-3 m

Do đó



Fa=2.u.9,55. Pđc/(nđc .d) (N)

Fa= 2.12.9,55.5/(40000.3.10-3 ) = 9,55 (N) >F



Động cơ và tỉ số truyền phù hợp.

6.4 Phương pháp tính khoảng dịch chuyển của dây ga

Do dây ga được nối với trục vít qua khớp cầu nên khoảng dịch chuyển của dây

ga chính là khoảng dịch chuyển của trục vít . Trong mỗi trường hợp trượt quay khác

nhau thì khoảng dịch chuyển đó cũng sẽ khác nhau và sự thay đổi công suất của

động cơ lớn khi chiều dài dây ga thay đổi vì vậy đòi hỏi việc điều khiển chính xác

khoảng dịch chuyển của dây ga.

Đối với trục vít trong cơ cấu điều chỉnh có bước ren là 0,5mm, nghĩa là bánh

răng bị động của bộ giảm tốc quay được 1 vòng thì trục vít sẽ dịch chuyển được

một khoảng là 0,5mm. Do đó nếu biết được số vòng quay của động cơ ta có thể điều

khiển một cách chính xác và dễ dàng cơ cấu. Để có thể làm được điều đó thì động

cơ sử dụng trong cơ cấu phải là động cơ bước là tốt nhất , nhưng em chưa tìm được

động cơ bước nào phù hợp với các thông số chọn động cơ như đã tính tốn ở trên

83



nên em sử dụng động cơ DC phù hợp và sử dụng thêm cảm biến gắn lên cơ cấu để

có thể điều khiển khoảng dịch chuyển của dây ga.

Có nhiều loại cảm biến có thể giúp chúng ta trong việc tính tốn khoảng cách

dịch chuyển đó. Nhưng để đơn giản hóa trong việc đo đạc và xử lý tín hiệu nên em

dùng cảm biến encoder ( gồm một bóng phát quang và 1 cảm biến quang photocell )

để xác định số vòng quay của bánh răng bị động bộ giảm tốc, qua đó có thể xác

định và điều khiển được đoạn dịch chuyển của dây ga.

Nguyên lý hoạt động cơ bản của encoder: đó là một đĩa tròn xoay quay quanh

trục và một cảm biến encoder . Trên đĩa có các lỗ (rãnh) .Trên encoder một đầu có

một đèn led chiếu lên mặt đĩa , một đầu còn lại là mắt nhận tín hiệu quang . Khi đĩa

quay, chỗ khơng có lỗ thì đèn led khơng chiếu xun qua được, chỗ có lỗđèn led sẽ

chiếu xun qua. Khi đó, phía mặt bên kia của đĩacảm biến quang sẽ đưa ra các tín

hiệu có, hoặc khơng có ánh sáng chiếu qua ta được những xung tín hiệu



Sơ đồ mô tả nguyên lý hoạt động của encoder .

84



Trên bánh răng bị động của bộ giảm tốc có 8 khoảng đều nhau , lợi dụng điểm

này ta sử cảm biến encoder để đếm xung khi bánh răng này quay, với mỗi một vòng

quay mắt đọc encoder sẽ cho ra 8 xung .

Với việc sử dụng thêm mắt đọc encoder thì việc điều khiển cho cơ cấu hoạt

động sẽ trở nên đơn giản và đạt được độ chính xác cao hơn .



6.5 Giá đỡ

Giá đỡ được thiết kế để lắp lên cần điều chỉnh nhiên liệu của bơm cao áp ,

trên giá đỡ lắp động cơ bánh răng và trục vít để cơ cấu có thể làm việc được, trục vít

được tịnh tiến trong bạc đỡ nằm trong giá đỡ .



CHƯƠNG 7 THUẬT TOÁN ĐIỀU KHIỂN HỆ THỐNG

A : ĐIỀU CHỈNH ÁP SUẤT BẦU PHANH



85



7.1. Tín hiệu điều khiển

Tín hiệu điều khiển được lấy từ các cảm biến. Như trong phần tổng quan về hệ

thống TCS đã giới thiệu về cấu tạo hệ thống chống trượt quay, về cơ bản ta có các

cảm biến về tốc độ của động cơ và tốc độ góc của bánh xe. Ngồi ra để tránh tình

trạng sai về tín hiệu điều khiển khi xe quay vòng, hay xe bị nghiêng( một bánh nhấc

khỏi mặt đường) thì ta có thêm các cảm biến về góc đánh lái, gia tốc ngang. Một hệ

thống như vậy có thể quan sát theo sơ đồ sau:



Hình 7.1 sơ đồ điều khiển

Trên thực tế vấn đề nghiên cứu của đồ án vẫn còn sơ khai nên thơng số chủ

yếu được sử dụng ở đây là tốc độ góc của các bánh xe.

7.2. Q trình điều khiển hệ thống

Thơng thường TCS không đặt ở chế độ thường trực mà làm việc khi người lái

phát hiện phương tiện của mình bị trượt thì chọn mode TCS.Khi TCS được bật lên

thì các hệ thống của nó bắt đầu làm việc. Các tín hiệu về tốc độ góc của các bánh,

tốc độ động cơ thì ECU sẽ tính tốn ra lượng điều khiển phanh và động cơ q trình

mơ tả theo 4 bước:

Bước 1: Từ giá trị về vận tốc góc các bánh xe ta tính ra sự sai khác về độ trượt

các bánh xe chủ động.



86



Bước 2: Từ tín hiệu về gia tốc ngang ta xác định hệ số trượt mong muốn và

lượng trượt khác nhau mong muốn của các bánh chủ động.

Bước 3: Xác định chu kỳ điều khiển phanh mong muốn, tức là thời gian tăng

áp, giảm áp, giữ áp dựa vào sự khác nhau về độ trượt của 2 bánh chủ động và độ

trượt mong muốn.

7.3. Thuật toán điều khiển

Từ đặc điểm của các phương pháp nhóm đồ án lựa chọn phương pháp điều

khiển theođộ trượt được xác định bởi các công thức trong phần tổng quan về hệ

thống TCS.

Thuật toán điều khiển TCS:

Khi bắt đầu phanh: ECU nhận tín hiệu từ cảm biến đo vận tốc góc bánh xe,

tính tốn xác định gia tốc góc ( λ ), so sánh với vùng λ đã chọn là từ 15%÷30%

- Khi giá trị độ trượt của xe tăng quá độ trượt ngưỡng trên ( λ >0,3), khi đó hệ

thống thực hiện chế độ tăng áp (Pp tăng);

- Khi giá trị gia tốc góc bánh xe giảm nhỏ hơn giá trị giá trị gia tốc ngưỡng

dưới ( λ <0,15) hệ thống thực hiện chế độ giảm áp (Pp giảm).

- Khi gia tốc góc nằm giữa ngưỡng trên và ngưỡng dưới (0.15 ≤ λ ≤ 0,3): hệ

thống thực hiện chế độ giữ áp để duy trì bánh xe hoạt động trong vùng này.



Hình 7.4: Thuật tốn điều khiển TCS theo giá trị gia tốc góc giới hạn



B: ĐIỀU KHIỂN TẢI ĐỘNG CƠ



87



Sự thay đổi hệ số bám dọc và ngang theo độ trượt bánh xe.

Ở đây với φx và φy là hệ số bám dọc và hệ số bám ngang của bánh xe khi phanh.

Do khi bánh xe bị trượt quay và khi bánh xe bị trượt lết do phanh đều mất khả năng

truyền lực nên ta có thể áp dụng biểu đồ thay đổi hệ số bám trên cho trường hợp

bánh xe trượt quay.

Qua các đồ thị chúng ta thấy khi độ trượt nằm trong khoảng 10% - 30% thì giá trị

bám dọc xấp xỉ max còn giá trị bám ngang cũng tương đối cao.

Ta coi 30% là ngưỡng xảy ra hiện tượng trượt quay của bánh xe vì khi vượt qua

giá trị này thì hệ số bám ngang giảm rất nhanh và hệ số bám dọc của bánh xe cũng

thấp .



88



Thuật toán điều khiển hệ thống.

Ta coi như các bánh xe bị động là không trượt và vận tốc trung bình của hai bánh

xe bị động là vận tốc của xe. Khi đó có thể xét độ trượt của bánh xe trong quá trình

trượt quay phụ thuộc vào vận tốc trung bình giữa 2 cầu . Do khi trượt quay mômen

truyền tới bánh chủ động lớn, vận tốc của bánh chủ động sẽ lớn hơn so với vận tốc

bánh bị động nên độ trượt sẽ được tính theo cơng thức sau :

λ = (VWR - VWF)/VWR

VWR=(VWRL +VWRR)

VWF=(VWFL +VWFR)

Với VWF :Vận tốc trung bình của cầu trước ,

89



VWFL : vận tốc bánh trái cầu trước, VWFR: vận tốc bánh phải cầu trước,

VWR: Vận tốc trung bình của cầu sau,

VWRL : vận tốc bánh trái cầu sau , VWRR: vận tốc bánh phải cầu sau .

Cách tính này ngược lại khi xe phanh, vì khi phanh bánh xe cầu sau bị lết, vận

tốc nhỏ hơn bánh xe cầu trước.

Khi hệ số trượt vượt qua ngưỡng trên thì hệ thống sẽ điều khiển cơ cấu điều

chỉnh dây ga hoạt động, nhả dây ga làm cho lượng nhiên liệu đi vào động cơ giảm

xuống . Mômen do động cơ truyền tới bánh xe chủ động giảm xuống , vận tốc bánh

xe chủ động giảm và khi độ trượt nằm trong giới hạn cho phép thì hệ thống sẽ điều

chỉnh cơ cấu kéo dây ga về vị trí ban đầu.

Với các cảm biến đặt ở 4 bánh xe gửi về bộ xử lý trung tâm của hệ thống để đưa

về thông số vận tốc của các bánh nhờ đó ta tính ra được độ trượt của xe khi đang

hoạt động. Ngoài ra với cảm biến encoder gửi về để tính tốn độ dài dịch chuyển

của dây ga .



90



Sơ đồ khối điều khiển hệ thống.

Đề xuất mạch điều khiển hệ thống :

Với việc sử dụng động cơ có cơng suất nhỏ và cần lấy nhiều các giá trị để xử lý

và tính tốn nên em chọn vi xử lý Atmega32 làm bộ xử lý trung tâm .

Đặc điểm của VXL:

• Sử dụng kiến trúc RISC AVR.

• AVR kiến trúc RISC có chỉ tiêu chất lượng cao và tiêu thụ ít năng lượng.

• 118 lệnh mạnh, hầu hết được thực hiện trong 1 chu kỳ xung nhịp.

• 32 kbytes RAM flash lập trình được ngay trên hệ thống. điều này cho phép ta

có thể thay đổi chương trình điều khiển mà khơng cần lấy chip ra khỏi mạch.

91



• Giao diện nối tiếp SPI để lập trình ngay trên hệ thống.

• Chịu được 100.000 lần ghi/ xố.

• Bộ nhớ EEPROM 512 byte.

• Bộ biến đổi ADC 8 kênh, 10 bit tăng độ phân giải khi xử lý các biến tương tự

• 32x8 thanh ghi làm việc đa năng.

• 32 đường vào ra lập trình được.

• UART nối tiếp lập trình được.

• Điện thế hoạt động: 2,7V- 5,5V.

• Vùng tốc độ làm việc: 0 – 16 MHz.

• Có mạch Power- On reset.

• Tốc độ xử lý lệnh lên đến 8MIPS ở 8MHz.

• Bộ đếm thời gian thực (RTC) với bộ dao động và chế độ đếm tách biệt.

• Hai bộ đếm/ bộ định thời 8 bit với chế độ so sánh và chia tần số tách biệt.

• Một bộ đếm/ bộ định thời 16 bit với chế độ so sánh và chia tần số tách biệt và

chế độ bắt mẫu (Capture).

• Ba kênh PWM (biến điệu độ rộng xung).

• Các nguồn ngắt ngồi và trong.

• Bộ định thời watchdog lập trình được với bộ dao động trên chip.

• Bộ so sánh tương tự có sẵn trên chip.

• Có ba chế độ ngủ: nghỉ (Idle), tiết kiệm năng lượng (Power save) và Power

down.

• Khố bảo mật phần mềm lập trình được.

Trên vi xử lý Atmega32 có 3 chân ngắt tràn INT0, INT1, INT2 và 3 chân

TIMER-COUNTER (bộ đếm ) T0, T1, T2 .



92



Mạch điều khiển hệ thống.

Ta sẽ sử dụng 5 chân để lấy tín hiệu đầu vào cho vi xử lý , bao gồm 4 cảm biến

tốc độ của 4 bánh xe và tín hiệu của encoder . Với V1, V2,V3,V4 lần lượt là chân

tín hiệu cảm biến vận tốc bánh cầu trước trái, cầu trước phải, cầu sau trái, cầu sau

phải tương đương với các chân PB0 ,PB1, PD2,PD3 của vi xử lý.

Do tín hiệu tốc độ từ bánh xe gửi về là xung vuông nên không cần phải xử lý tín

hiệu, tín hiệu của encoder rất nhỏ nên qua bộ khuyếch đại thuật toán sử dụng

LM358 để đưa tín hiệu vào vi xử lý. Tín hiệu sau khi qua LM358 đưa vào chân PB2

( ngắt ngoài INT2) của vi xử lý để đếm số xung và qua đó có thể tính ra được đoạn

dịch chuyển của dây ga.

Chân điều khiển động cơ giống như một công tắc đóng ngắt cho động cơ, và để

đảo chiều quay của động cơ tương ứng với quá trình nhả ga hay thu dây ga về .

Động cơ được nối với một mạch cầu tranzito để có thể đảo chiều quay, mạch cầu

này được điều khiển qua 4 chân L1, L2,R1,R2 tương ứng với các chân PC0, PC1,

93