Xây dựng mô hình chẩn đoán trạng thái kỹ thuật hệ thống VSC trên ô tô trong luận án tiến sĩ

Luận án tiến sĩ nghiên cứu xây dựng mô hình chẩn đoán trạng thái kỹ thuật hệ thống vsc trên ô tô, phát triển phương pháp mới, đánh giá hiệu quả ứng dụng trong lĩnh vực kỹ thuật

• Chuyên ngành: Kỹ thuật ô tô
• Đề tài: Mô hình chẩn đoán trạng thái kỹ thuật hệ thống VSC trên ô tô
• Loại tài liệu: luận án tiến sĩ

Mục lục chi tiết

• MỞ ĐẦU
• 1. CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN VẤN ĐỀ NGHIÊN CỨU
• 1.1. Đặc điểm chẩn đoán TTKT các hệ thống có ĐKĐT trên ô tô
• 1.2. Vai trò của chẩn đoán TTKT trên ô tô
• 1.3. Đặc điểm các hệ thống điều khiển điện tử trên ô tô hiện đại
• 1.4. Phân tích các phương pháp phát hiện lỗi trong hệ thống có ĐKĐT
• 1.5. Các khái niệm cơ bản trong chẩn đoán TTKT
• 1.6. Phân tích các phương pháp phát hiện lỗi
• 1.7. Hệ thống VSC trên ô tô
• 1.8. Nhiệm vụ của hệ thống VSC và các tên gọi của hệ thống
• 1.9. Đặc điểm chẩn đoán phát hiện lỗi trong hệ thống VSC
• 1.10. Một số công trình nghiên cứu trong lĩnh vực chẩn đoán
• 1.11. Một số công trình ở nước ngoài nghiên cứu chẩn đoán bằng logic mờ
• 1.12. Các công trình nghiên cứu ứng dụng lý thuyết mờ ở Việt Nam
• 1.13. Lựa chọn đề tài và mục tiêu nghiên cứu của luận án
• 1.14. Kết luận chương 1
• 2. CHƯƠNG 2: CƠ SỞ LÝ THUYẾT ĐỂ XÂY DỰNG MÔ HÌNH CHẨN ĐOÁN PHÁT HIỆN LỐI BẰNG HỆ SUY DIỄN MỜ TAKAGI-SUGENO
• 2.1. Hệ suy diễn mờ
• 2.2. Khối mờ hóa đầu vào
• 2.3. Khối cơ sở tri thức
• 2.4. Khối suy diễn logic
• 2.5. Giải mờ đầu ra
• 2.6. Hệ suy diễn mờ Takagi – Sugeno
• 2.7. Xây dựng hệ suy diễn mờ T-S để mô tả hệ thống kỹ thuật
• 2.8. Phương pháp tiếp cận
• 2.9. Xây dựng hệ mờ T-S để mô tả hệ thống được chẩn đoán
• 2.10. Ảnh hưởng các nhiễu và biến vào không đo được
• 2.11. Xây dựng bộ quan sát
• 2.12. Cơ sở toán học tính thiết kế bộ quan sát UIO
• 2.13. Xây dựng bộ quan sát mờ T-S
• 2.14. Tính toán giá trị ngưỡng
• 2.15. Sử dụng bộ quan sát mờ T-S để phát hiện trạng thái làm việc có lỗi của hệ thống
• 2.16. Kết luận chương 2
• 3. CHƯƠNG 3: XÂY DỰNG MÔ HÌNH CHẨN ĐOÁN PHÁT HIỆN TRẠNG THÁI LÀM VIỆC CÓ LỖI CỦA HỆ THỐNG VSC TRÊN XE TOYOTA CAMRY
• 3.1. Hệ thống VSC trên xe Toyota Camry
• 3.2. Mô tả hệ thống
• 3.3. Chế độ điều khiển theo tốc độ góc quay thân xe mong muốn
• 3.4. Các trạng thái làm việc có lỗi của hệ thống VSC trên xe Toyota Camry
• 3.5. Hệ phương trình trạng thái mô tả động lực bên của xe
• 3.6. Xây dựng hệ suy diễn mờ mô tả động lực học bên
• 3.7. Thiết kế bộ quan sát mờ
• 3.8. Tính giá trị ngưỡng
• 3.9. Các trường hợp mô phỏng và phân tích các kết quả
• 3.10. Các trường hợp mô phỏng
• 3.11. Phân tích các kết quả mô phỏng
• 3.12. Kết luận chương 3
• 4. CHƯƠNG 4: NGHIÊN CỨU THỰC NGHIỆM
• 4.1. Mục đích nghiên cứu, đối tượng và thông số thực nghiệm
• 4.2. Mục đích nghiên cứu
• 4.3. Đối tượng thực nghiệm
• 4.4. Thông số đo trong thực nghiệm
• 4.5. Chế tạo bộ thu thập dữ liệu
• 4.6. Cơ sở thiết kế, chế tạo bộ thu thập dữ liệu
• 4.7. Thiết kế các mạch của thiết bị
• 4.8. Kiểm tra sự làm việc của bộ thu thập dữ liệu
• 4.9. Thí nghiệm phát hiện lỗi trong hệ thống VSC xe Camry
• 4.10. Mục đích thí nghiệm
• 4.11. Điều kiện tiến hành thí nghiệm
• 4.12. Các thông số đo và trang thiết bị đo, quan sát trong thí nghiệm
• 4.13. Phân tích kết quả các thí nghiệm chẩn đoán phát hiện lỗi hệ thống VSC
• 4.14. Các nhận xét và kết luận chương 4
• TÀI LIỆU THAM KHẢO
• DANH MỤC CÁC CÔNG TRÌNH ĐÃ CÔNG BỐ CỦA LUẬN ÁN

Tóm tắt

I. Tổng quan về vấn đề nghiên cứu

Trong bối cảnh ô tô hiện đại, việc chẩn đoán kỹ thuật các hệ thống có điều khiển điện tử (ĐKĐT) trở nên ngày càng quan trọng. Hệ thống VSC (Vehicle Stability Control) là một trong những hệ thống chủ chốt giúp duy trì sự ổn định của xe trong quá trình vận hành. Việc phát hiện lỗi trong hệ thống này không chỉ đảm bảo an toàn cho người lái mà còn nâng cao hiệu suất hoạt động của xe. Các phương pháp chẩn đoán truyền thống không còn hiệu quả do sự phức tạp của các hệ thống điện tử. Do đó, việc nghiên cứu và phát triển các mô hình chẩn đoán mới là cần thiết. Theo đó, luận án này tập trung vào việc xây dựng mô hình chẩn đoán trạng thái kỹ thuật của hệ thống VSC trên ô tô Toyota Camry, nhằm cung cấp một phương pháp chẩn đoán hiệu quả và chính xác hơn.

1.1 Đặc điểm chẩn đoán TTKT các hệ thống có ĐKĐT trên ô tô

Các hệ thống ĐKĐT trên ô tô hiện đại như VSC có cấu trúc phức tạp và yêu cầu các phương pháp chẩn đoán tiên tiến. Việc phân tích trạng thái kỹ thuật của hệ thống VSC cần dựa trên các dữ liệu thực tế và mô hình hóa chính xác. Hệ thống này hoạt động dựa trên các cảm biến và thuật toán điều khiển, do đó, việc phát hiện lỗi cần phải xem xét đến các yếu tố như độ chính xác của cảm biến và khả năng xử lý của bộ điều khiển. Các nghiên cứu trước đây đã chỉ ra rằng việc áp dụng các phương pháp chẩn đoán hiện đại như suy diễn mờ có thể cải thiện đáng kể khả năng phát hiện lỗi trong các hệ thống ĐKĐT.

II. Cơ sở lý thuyết để xây dựng mô hình chẩn đoán

Mô hình chẩn đoán trạng thái kỹ thuật của hệ thống VSC được xây dựng dựa trên lý thuyết suy diễn mờ Takagi-Sugeno. Hệ thống này cho phép mô tả các mối quan hệ phi tuyến giữa các biến đầu vào và đầu ra, từ đó giúp phát hiện lỗi một cách hiệu quả hơn. Việc sử dụng hệ suy diễn mờ không chỉ giúp giảm thiểu khối lượng dữ liệu cần thu thập mà còn cho phép xử lý các tình huống không chắc chắn trong quá trình chẩn đoán. Các khối mờ hóa đầu vào và giải mờ đầu ra được thiết kế để tối ưu hóa quá trình chẩn đoán, đảm bảo rằng các trạng thái làm việc có lỗi của hệ thống VSC được phát hiện kịp thời.

2.1 Hệ suy diễn mờ

Hệ suy diễn mờ là một công cụ mạnh mẽ trong việc xử lý thông tin không chắc chắn. Trong bối cảnh chẩn đoán hệ thống VSC, nó cho phép xây dựng các luật mờ dựa trên các quan hệ vật lý đã biết. Điều này giúp mô hình hóa các trạng thái làm việc của hệ thống một cách chính xác hơn. Việc áp dụng lý thuyết mờ vào chẩn đoán kỹ thuật không chỉ giúp cải thiện độ chính xác mà còn giảm thiểu thời gian và chi phí trong quá trình phát hiện lỗi. Các nghiên cứu đã chỉ ra rằng mô hình mờ T-S có thể đạt được hiệu suất cao trong việc phát hiện các trạng thái lỗi của hệ thống VSC.

III. Xây dựng mô hình chẩn đoán phát hiện trạng thái làm việc có lỗi

Mô hình chẩn đoán được xây dựng dựa trên các thông số kỹ thuật của hệ thống VSC trên xe Toyota Camry. Việc xác định các trạng thái làm việc có lỗi là rất quan trọng để đảm bảo an toàn cho người lái. Mô hình này sử dụng các cảm biến để thu thập dữ liệu và áp dụng các thuật toán suy diễn mờ để phân tích. Kết quả từ mô hình cho thấy khả năng phát hiện lỗi cao, giúp cải thiện đáng kể hiệu suất của hệ thống VSC. Việc áp dụng mô hình này trong thực tế sẽ giúp các cơ sở sửa chữa ô tô có thể chẩn đoán và khắc phục lỗi một cách nhanh chóng và hiệu quả.

3.1 Các trạng thái làm việc có lỗi của hệ thống VSC

Các trạng thái làm việc có lỗi của hệ thống VSC có thể bao gồm các lỗi liên quan đến cảm biến, bộ điều khiển và các yếu tố môi trường. Việc phát hiện sớm các lỗi này là rất quan trọng để đảm bảo an toàn cho người lái. Mô hình chẩn đoán được xây dựng nhằm mục đích phát hiện các trạng thái lỗi này một cách chính xác và kịp thời. Các thí nghiệm thực tế đã chứng minh rằng mô hình có khả năng phát hiện lỗi với độ chính xác cao, từ đó giúp nâng cao độ tin cậy của hệ thống VSC trên xe Toyota Camry.

IV. Nghiên cứu thực nghiệm

Nghiên cứu thực nghiệm được thực hiện nhằm đánh giá hiệu quả của mô hình chẩn đoán đã xây dựng. Các thí nghiệm được tiến hành trên xe Toyota Camry, với mục đích kiểm tra khả năng phát hiện lỗi của hệ thống VSC trong các điều kiện khác nhau. Kết quả cho thấy mô hình chẩn đoán có thể phát hiện các trạng thái làm việc có lỗi một cách chính xác, từ đó cung cấp thông tin hữu ích cho các kỹ thuật viên trong quá trình sửa chữa. Việc áp dụng mô hình này không chỉ giúp tiết kiệm thời gian mà còn giảm thiểu chi phí sửa chữa cho các cơ sở bảo trì ô tô.

4.1 Phân tích kết quả các thí nghiệm chẩn đoán

Kết quả từ các thí nghiệm cho thấy mô hình chẩn đoán có độ chính xác cao trong việc phát hiện lỗi của hệ thống VSC. Các thông số đo được từ cảm biến được so sánh với các giá trị tham chiếu, cho thấy sự phù hợp giữa mô hình lý thuyết và thực tế. Việc phân tích kết quả không chỉ giúp xác định hiệu quả của mô hình mà còn cung cấp cơ sở để cải tiến các phương pháp chẩn đoán trong tương lai. Các kỹ thuật viên có thể dựa vào kết quả này để đưa ra các quyết định sửa chữa chính xác hơn.

Trích đoạn nội dung tài liệu

MỞ ĐẦU Cùng với sự phát triển kinh tế - xã hội đất nước ta trong những năm gần đây, loại hình vận tải bằng phương tiện giao thông cơ giới đường bộ, đặc biệt là ô tô con (loại từ 9 chỗ ngồi trở xuống) phát triển với tốc độ nhanh chóng cả về số lượng và công nghệ chế tạo mới. Cụ thể là năm 2009, cả nước có 1.000 xe thì đến năm 2015 số lượng xe tăng lên là 2.000 xe (số liệu từ Bộ Giao thông vận tải) với mục đích là vận chuyển hành khách (taxi hoặc xe hợp đồng) và nhu cầu đi lại của cá nhân. Song song với sự phát triển của số lượng xe, để đáp ứng nhu cầu sửa chữa, bảo dưỡng thì số lượng các cơ sở bảo dưỡng, sửa chữa ô tô có quy mô vừa và nhỏ cũng tăng lên, do đó nhu cầu được trang bị thiết bị chẩn đoán phục vụ kiểm tra, sửa chữa ô tô của các cơ sở bảo dưỡng, sửa chữa ô tô cũng như các cơ sở đào tạo nghề sửa chữa ô tô ngày càng trở nên cấp thiết. Đặc điểm khác biệt của ô tô hiện đại với các ô tô thế hệ cũ (trước 1990) ở chỗ: trên các ô tô hiện đại sử dụng rộng rãi các hệ thống ĐKĐT để điều khiển các hệ thống của động cơ, hệ thống truyền lực và hệ thống an toàn của xe trong khi trên các xe thế hệ cũ, các hệ thống này chỉ thuần tuý là hệ thống cơ khí.

Bên cạnh các ưu điểm do áp dụng ĐKĐT, công việc sửa chữa, phát hiện hư hỏng trong các hệ thống của ô tô hiện đại trở nên phức tạp. Các phương pháp chẩn đoán sửa chữa theo thói quen, kinh nghiệm đối với hệ thống cơ khí như trước đây không còn có hiệu quả đối với sửa chữa ô tô hiện đại, trong nhiều trường hợp còn gây hư hỏng thêm hoặc tốn kém thời gian và chi phí. Trên các ô tô hiện đại, hệ thống ổn định quỹ đạo chuyển động của xe trên đường vòng là một trong các hệ thống được điều khiển điện tử. Từ năm 2012, trên các xe sản xuất ở châu Âu, châu Mỹ, trang bị hệ thống này là tiêu chuẩn bắt buộc.

Tùy theo mỗi hãng xe có thể đặt tên khác nhau (ví dụ hãng Toyota gọi tên hệ thống này là Vehicle Stability Control - VSC), nhưng chúng đều có chức năng chung là tự động phanh riêng rẽ bánh xe phía trước/sau, bên trong/ngoài đường vòng để tạo ra mô men quay vòng ổn định đảm bảo cho quỹ đạo chuyển động đúng của xe. Đây là một hệ thống có ĐKĐT điển hình trên ô tô mà chúng ta không thể chẩn đoán trạng thái kỹ thuật, phát hiện lỗi của nó bằng các phương pháp chẩn đoán với hệ thống cơ khí thông thường. Hiện tại, trong nước chưa có công trình nghiên cứu chuyên sâu về phương pháp chẩn đoán trạng thái kỹ thuật các hệ thống có ĐKĐT trên ô tô nói chung và chẩn đoán hệ thống ổn định quỹ đạo chuyển động trên đường vòng nói riêng. Trong điều kiện ngành Công nghiệp sản xuất ô tô trong nước đang có tiềm năng phát triển mạnh nhờ chính sách hỗ trợ của Nhà nước, việc chủ động về phương pháp luận trong thiết kế, chế tạo thiết bị chẩn đoán phục vụ khai thác, sửa chữa các xe ô tô trong nước sản xuất là nhu cầu rất cấp thiết.

Các hãng xe, các nhà sản xuất thiết bị chẩn đoán ô tô ở nước ngoài bán sản phẩm ra thị trường rộng rãi nhưng đều giữ bí quyết công nghệ, không công bố, cung cấp ra ngoài các -1- thông tin liên quan đến thiết kế, chế tạo thiết bị, họ chỉ cung cấp cho người sử dụng các tài liệu hướng dẫn khai thác sử dụng thiết bị, do đó việc tìm hiểu, nghiên cứu cơ sở thiết kế, phương pháp luận để xây dựng mô hình chẩn đoán, làm cơ sở cho thiết kế, chế tạo các thiết bị chẩn đoán ô tô (với điều kiện sản xuất trong nước) có ý nghĩa khoa học cao. Xuất phát từ các nhu cầu thực tế nêu trên, NCS đã đề xuất đề tài nghiên cứu: "Xây dựng mô hình chẩn đoán trạng thái kỹ thuật hệ thống VSC trên ô tô”. Mục đích của luận án: Nghiên cứu phương pháp luận để xây dựng mô hình chẩn đoán TTKT các hệ thống có trang bị ĐKĐT trên ô tô. Trên cơ sở đó, xây dựng mô hình chẩn đoán trạng thái làm việc có lỗi của hệ thống VSC xe Toyota Camry dựa trên hệ suy diễn mờ Takagi-Sugeno, đánh giá hiệu quả của mô hình chẩn đoán thông qua các thí nghiệm trên xe thực tế.

Đối tượng nghiên cứu của luận án: Đối tượng nghiên cứu của luận án là hệ thống ĐKĐT VSC trên xe ô tô Toyota Camry 2.4, sản xuất lắp ráp năm 2009 tại Việt Nam. Phạm vi nghiên cứu: Phạm vi nghiên cứu của luận án là phương pháp chẩn đoán TTKT trên cơ sở mô hình cấu trúc của hệ thống được chẩn đoán và sử dụng hệ suy diễn mờ để xây dựng mô hình chẩn đoán phát hiện trạng thái làm việc có lỗi của các hệ thống có ĐKĐT trên ô tô nói chung và riêng cho hệ thống VSC. Mô hình chẩn đoán bao gồm hệ mờ T-S mô tả hệ thống được chẩn đoán và bộ quan sát để phát hiện trạng thái làm việc có lỗi của hệ thống VSC. Điều kiện chẩn đoán là xe không có tải, chạy ở tốc độ ổn định.

Phương pháp nghiên cứu: Phương pháp nghiên cứu sử dụng trong luận án là kết hợp nghiên cứu lý thuyết với các mô phỏng trên máy tính và thí nghiệm kiểm chứng trên thực tế. Từ lý thuyết các phương pháp chẩn đoán hiện đại kết hợp phân tích các đặc điểm cấu trúc cũng như nguyên lý hoạt động của các hệ thống có ĐKĐT trên ô tô để lựa chọn phương pháp chẩn đoán, xây dựng mô hình chẩn đoán phát hiện lỗi cho hệ thống VSC trên ô tô. Thực hiện mô phỏng trên máy tính và thí nghiệm trên xe thực tế để đánh giá hiệu quả của mô hình chẩn đoán. Các điểm mới của luận án: Phương pháp chẩn đoán phát hiện lỗi trên cơ sở mô hình cấu trúc có nguyên lý và cách thiết kế khác so với các phương pháp chẩn đoán phát hiện lỗi trên cơ sở dữ liệu thống kê thường sử dụng trong chẩn đoán và sửa chữa ô tô hiện nay.

Phương pháp này cho phép sử dụng các quan hệ vật lý, các kiến thức đã biết về hệ thống để xây dựng mô hình chẩn đoán, -2- giảm được khối lượng và thời gian tiến hành thu thập các số liệu thống kê, kinh nghiệm về các lỗi, các TTKT khác nhau của hệ thống trong quá trình sử dụng. Sử dụng hệ suy diễn mờ, bộ quan sát mờ cho phép mô tả hệ thống hiệu quả hơn trong trường hợp phi tuyến, các dữ liệu không được đầy đủ hoặc phải quan sát từ thực nghiệm. Đặc biệt trong luận án sử dụng công cụ hệ mờ T-S. Công cụ này cho phép kết hợp sử dụng các quan hệ vật lý đã biết về hệ thống VSC (biểu diễn quan hệ toán học giữa các thông số) và các số liệu đo đạc thống kê nhờ đó giảm bớt được khối lượng thống kê, đo đạc thu thập dữ liệu khi xây dựng mô hình hệ thống.

Ý nghĩa khoa học, thực tiễn của đề tài: - Ý nghĩa khoa học của đề tài: Việc lựa chọn phương pháp chẩn đoán TTKT cũng như xây dựng mô hình chẩn đoán phát hiện trạng thái làm việc có lỗi của các hệ thống có ĐKĐT trên ô tô sẽ là cơ sở khoa học cho phương pháp luận chung cũng như cho thiết kế, chế tạo các hệ thống, thiết bị chẩn đoán TTKT ô tô. Luận án đã sử dụng một công cụ tiến bộ là hệ suy diễn mờ Takagi-Sugeno để xây dựng mô hình chẩn đoán TTKT các hệ thống có ĐKĐT trên xe ô tô hiện đại. Việc xây dựng được mô hình cũng như tự thiết kế chế tạo bộ thu thập dữ liệu từ ECU, xây dựng phần mềm chẩn đoán phát hiện lỗi của hệ thống VSC sẽ góp phần nâng cao năng lực chủ động trong thiết kế, chế tạo các trang thiết bị chẩn đoán của ngành công nghiệp ô tô trong nước. - Ý nghĩa thực tiễn, cấp thiết của đề tài: Mô hình bao gồm bộ thu thập dữ liệu từ ECU, phần mềm chẩn đoán có thể sử dụng để chẩn đoán phát hiện trạng thái làm việc có lỗi của hệ thống VSC trên xe Toyota Camry phục vụ thiết thực cho công việc sửa chữa ô tô tại các xưởng sửa chữa xe.

Trên cơ sở mô hình chẩn đoán đã đề xuất có thể thiết kế, chế tạo các thiết bị chẩn đoán phục vụ cho nhu cầu chẩn đoán sửa chữa ô tô trong nước một cách chủ động; giảm mức độ phụ thuộc vào các trang thiết bị nhập ngoại. Trong điều kiện ngành Công nghiệp sản xuất ô tô trong nước đang có tiềm năng phát triển, nhờ chính sách hỗ trợ của Nhà nước, việc chủ động về phương pháp luận, thiết kế, chế tạo thiết bị chẩn đoán phục vụ khai thác, sửa chữa các xe ô tô trong nước sản xuất là nhu cầu thiết thực và cấp thiết. Nội dung của luận án Luận án gồm các nội dung chính như sau: 1. Tổng quan về vấn đề nghiên cứu.

Cơ sở lý thuyết của việc chẩn đoán phát hiện trạng thái lỗi của các hệ thống có -3- ĐKĐT trên ô tô bằng công cụ suy diễn mờ T-S. Xây dựng mô hình chẩn đoán phát hiện lỗi của hệ thống VSC trên xe Toyota Camry bằng hệ suy diễn mờ T-S. 4: Các thí nghiệm đánh giá hiệu quả của hệ thống chẩn đoán phát hiện lỗi cho hệ thống VSC xe Toyota Camry. Kết luận và kiến nghị.

-4- TỔNG QUAN VẤN ĐỀ NGHIÊN CỨU Đặc điểm chẩn đoán TTKT các hệ thống có ĐKĐT trên ô tô Vai trò của chẩn đoán TTKT trên ô tô Trong quá trình làm việc, có thể xảy ra các lỗi làm sự hoạt động của hệ thống trở nên không bình thường. Các lỗi này thường là bất ngờ, ngẫu nhiên, không mong muốn. Nếu không được phát hiện, khắc phục hoặc loại bỏ sớm, các lỗi sẽ tích lũy dần, phát triển ngày càng mạnh hơn, dẫn đến hư hỏng các cụm chi tiết thành phần của hệ thống. Do đó, việc giám sát, phát hiện sớm các lỗi, trục trặc sẽ giúp cho người sử dụng, các kỹ thuật viên tác động kịp thời, phòng ngừa các hư hỏng nghiêm trọng có thể xảy ra; góp phần giảm thiểu được các tổn thất về kinh tế do phải ngừng sản xuất trong thời gian dài để sửa chữa, thay thế các bộ phận; tăng tính an toàn, tin cậy trong quá trình vận hành.