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.
