Luận Văn Thạc Sĩ HCMUTE Về Mô Hình Dạy Học Hệ Thống Lái Trợ Lực Điện Giao Tiếp Qua LabVIEW

Tổng hợp kiến thức Mô Hình Dạy Học Hệ Thống Lái Trợ Lực Điện Qua LabVIEW, tiếp cận khoa học, hỗ trợ học tập và nghiên cứu hiệu quả trong y học

• Tác giả: Trịnh Thái Luân
• Người hướng dẫn: PGS.TS. Đỗ Văn Dũng
• Trường học: Trường Đại học Sư phạm Kỹ thuật Thành phố Hồ Chí Minh
• Chuyên ngành: Khai thác và bảo trì ô tô, máy kéo
• Đề tài: Mô Hình Dạy Học Hệ Thống Lái Trợ Lực Điện Qua LabVIEW
• Loại tài liệu: luận văn thạc sĩ
• Năm xuất bản: 2013
• Địa điểm: Tp. Hồ Chí Minh

Mục lục chi tiết

• LÝ LỊCH KHOA HỌC
• LỜI CAM ĐOAN
• LỜI CẢM ƠN
• TÓM TẮT
• ABSTRACT
• MỤC LỤC
• DANH SÁCH CÁC CHỮ VIẾT TẮT
• DANH SÁCH CÁC HÌNH
• DANH SÁCH CÁC BẢNG
• 1. Chƣơng 1: TỔNG QUAN
• 1.1. Tổng quan chung về lĩnh vực nghiên cứu
• 1.2. Tình hình nghiên cứu trong và ngoài nƣớc
• 1.2.1. Tình hình nghiên cứu về hệ thống lái trên thế giới
• 1.3. Tình hình nghiên cứu trong vùng ASEAN và trong nước
• 1.4. Mục tiêu và đối tượng nghiên cứu
• 1.4.1. Mục tiêu nghiên cứu
• 1.4.2. Đối tượng nghiên cứu
• 1.5. Nhiệm vụ và phạm vi nghiên cứu của đề tài
• 1.5.1. Nhiệm vụ của đề tài
• 1.5.2. Phạm vi nghiên cứu
• 1.6. Phương pháp nghiên cứu
• 2. Chƣơng 2: CƠ SỞ LÝ THUYẾT
• 2.1. Tổng quan về hệ thống lái trợ lực
• 2.1.1. Công dụng hệ thống lái trợ lực:
• 2.1.2. Phân loại hệ thống lái trợ lực:
• 2.2. Hệ thống lái có trợ lực thủy lực
• 2.2.1. Cấu trúc tổng quát HTL trợ lực thuỷ lực:
• 2.2.2. Mô hình toán học HTL trợ lực thuỷ lực:
• 2.2.3. Đặc tính trợ lực lái:
• 2.2.4. Giải pháp điều khiển thay đổi hệ số trợ lực lái:
• 2.3. Hệ thống trợ lực thủy lực điều khiển điện điện tử
• 2.3.1. HTL trợ lực thủy lực với van điện từ lắp ở bơm trợ lực thực hiện điều khiển lưu lượng:
• 2.3.2. Hệ thống trợ lực thủy lực với van điện từ trên mạch dầu van trợ lực lái:
• 2.3.3. Hệ thống lái trợ lực thủy lực với van điện từ tại cửa vào ra (cửa P và cửa R) của van trợ lực:
• 2.3.4. Hệ thống lái trợ lực thủy lực với cách thay đổi tốc độ bơm trợ lực lái:
• 2.4. Hệ thống lái trợ lực điện – điện tử
• 2.4.1. Trợ lực trên trục lái:
• 2.4.2. Trợ lực trên cơ cấu lái:
• 2.5. Cảm biến trong hệ thống trợ lực lái Điện – Điện tử:
• 2.5.1. Cảm biến tốc độ đánh lái có 2 loại:
• 2.5.2. Cảm biến mô men lái có 3 loại:
• 2.5.3. Cảm biến tốc độ ô tô:
• 3. CHƢƠNG 3: PHẦN MỀM LABVIEW
• 3.1. Những khái niệm cơ bản
• 3.1.1. Giới thiệu chung:
• 3.1.2. VI (Virtual Instrument) - Thiết bị ảo
• 3.1.3. Front Panel và Block Diagram
• 3.2. Kỹ thuật lập trình trên LabVIEW
• 3.3. Các công cụ hỗ trợ lập trình
• 3.4. Các cấu trúc điều khiển luồng chương trình
• 3.4.1. Case & Sequence Structures:
• 3.5. SubVI và cách xây dựng subVI
• 3.5.1. Khái niệm SubVI
• 3.5.2. Xây dựng SubVI
• 3.5.3. Tạo một SubVI từ một VI:
• 3.5.4. Tạo một SubVI từ một phần của VI:
• 3.6. Xây dựng ứng dụng
• 3.7. Gỡ rối và sửa chương trình xây dựng trên LabVIEW
• 3.8. Xây dựng giao diện điều khiền trên máy tính
• 4. Chƣơng 4: THIẾT KẾ CARD GIAO TIẾP
• 4.1. Giới thiệu chung vi điều khiển
• 4.2. Cấu trúc phần cứng của họ vi điều khiển AVR
• 4.2.1. Tổng quan về kiến trúc
• 4.2.2. Các thanh ghi đa dụng
• 4.2.3. Cổng ra vào
• 4.2.4. Bộ nhớ SRAM
• 4.2.5. Cấu trúc ngắt
• 4.2.6. Bộ so sánh analog
• 4.2.7. Bộ biến đổi A/D bên trong
• 4.2.8. Bộ định thời watchdog bên trong
• 4.3. Giới thiệu vi điều khiển ATmega16 (AT90s4414/8515)
• 4.3.1. Mô tả chức năng các chân ATmega16
• 4.4. Giới thiệu vi điều khiển ATtmega8
• 4.4.1. Sơ đồ chân và sơ đồ khối của ATmega8
• 4.4.2. Mô tả chức năng các chân ATmega8
• 4.5. Thiết kế card giao tiếp giữa máy tính và mô hình
• 4.5.1. Sơ đồ giao tiếp giữa máy tính và mô hình:
• 4.5.2. Chuẩn giao tiếp:
• 5. Chƣơng 5: THIẾT KẾ, THI CÔNG MÔ HÌNH HỆ THỐNG LÁI TRỢ LỰC ĐIỆN
• 5.1. Giới thiệu mô hình
• 5.2. Thiết kế các bộ phận chính trên mô hình
• 5.2.1. Bộ phận tạo mô men cản của mặt đường:
• 5.2.2. Trục lái trợ lực điện và cơ cấu dẫn động:
• 5.2.3. Bộ phận điều khiển:
• 5.3. Thiết kế các bộ phận chức năng trên mô hình hệ thống lái EPS
• 5.3.1. Bộ phận phát tín hiệu tốc độ động cơ:
• 5.3.2. Bộ phận phát tín hiệu tốc độ xe:
• 5.3.3. Cấu tạo cảm biến tốc độ bánh xe:
• 5.3.4. Hoạt động của cảm biến tốc độ bánh xe loại điện từ:
• 5.3.5. Cảm biến tốc độ bánh xe và sơ đồ truyền tín hiệu trên mô hình
• 5.4. Nguyên lý điều khiển trên mô hình EPS:
• 5.5. Hướng dẫn sử dụng mô hình
• 5.5.1. Điện áp sử dụng cho mô hình:
• 5.5.2. Vận hành mô hình:
• 5.5.3. Chuẩn bị thiết bị và kiểm tra:
• 5.5.4. Vận hành mô hình khi không kết nối với tính:
• 5.5.5. Vận hành mô hình khi kết nối với tính:
• 6. Chƣơng 6: THỰC NGHIỆM
• 6.1. Mục tiêu thực nghiệm
• 6.2. Thiết bị và dụng cụ thực nghiệm
• 6.3. Trình tự thực nghiệm
• 6.4. Tính toán và kiểm nghiệm mô men cản quay vòng tác dụng lên mô hình:
• 6.4.1. Tính toán mô men cản quay vòng cực đại Mc max:
• 6.4.2. Thực nghiệm giá trị mô men cản quay vòng cực đại MCmax
• 6.4.3. Tính toán mô men cản quay vòng MCmax trên xe TOYOTA Prius sản xuất 2004 - 2007
• 6.5. Tính toán kiểm nghiệm lực tác dụng lên vô lăng lái
• 6.6. Đánh giá kết quả thực nghiệm
• 6.7. Tính toán mô men trợ lực cực đại của motor trợ lực trên mô hình
• 7. Chƣơng 7: KẾT LUẬN - HƢỚNG PHÁT TRIỂN CỦA ĐỀ TÀI
• 7.1. Hướng phát triển của đề tài
• TÀI LIỆU THAM KHẢO

Tóm tắt

I. Tổng quan về hệ thống lái trợ lực điện

Hệ thống lái trợ lực điện (EPS) đã trở thành một phần quan trọng trong ngành công nghệ ô tô hiện đại. Với sự phát triển nhanh chóng của công nghệ, EPS không chỉ giúp cải thiện khả năng điều khiển mà còn giảm thiểu tiêu thụ nhiên liệu. Theo nghiên cứu, EPS có thể tiết kiệm từ 5% đến 8% nhiên liệu so với hệ thống lái trợ lực thủy lực (HPS). Hệ thống này hoạt động dựa trên năng lượng từ ắc quy, cho phép điều chỉnh lực trợ lực theo điều kiện lái xe. Điều này không chỉ nâng cao hiệu suất mà còn đảm bảo an toàn cho người lái. EPS có khả năng tích hợp nhiều thông số vào mạch điều khiển, giúp quản lý hệ thống hiệu quả hơn. Tuy nhiên, việc áp dụng công nghệ điện tử cũng làm cho hệ thống trở nên phức tạp hơn, yêu cầu người dùng phải chăm sóc hệ thống điện một cách cẩn thận.

II. Mô hình dạy học hệ thống lái trợ lực điện qua LabVIEW

Mô hình dạy học hệ thống lái trợ lực điện được thiết kế để hỗ trợ việc giảng dạy và học tập trong ngành công nghệ ô tô. Phần mềm LabVIEW được sử dụng để mô phỏng các thông số và trạng thái hoạt động của hệ thống lái. Mô hình này không chỉ giúp sinh viên hiểu rõ hơn về cấu trúc và hoạt động của EPS mà còn tạo điều kiện cho việc thực hành và kiểm nghiệm. Qua việc sử dụng LabVIEW, sinh viên có thể quan sát và điều chỉnh các thông số như điện áp của cảm biến mô men và khả năng trợ lực của motor. Điều này giúp sinh viên có cái nhìn thực tế về cách mà các hệ thống lái hoạt động trong điều kiện thực tế.

III. Thiết kế và kiểm nghiệm mô hình

Thiết kế mô hình hệ thống lái trợ lực điện bao gồm việc tính toán và chế tạo các bộ phận chính như bộ tạo mô men cản và cảm biến tốc độ. Mô hình được xây dựng dựa trên hệ thống lái của xe TOYOTA Prius, cho phép điều chỉnh mô men cản theo tốc độ hoạt động của xe. Việc kiểm nghiệm mô hình là một phần quan trọng để đảm bảo rằng các thông số hoạt động đúng theo thực tế. Các thí nghiệm được thực hiện để đánh giá hiệu suất của mô hình, từ đó điều chỉnh các thông số cho phù hợp. Kết quả kiểm nghiệm cho thấy mô hình hoạt động ổn định và có thể được sử dụng hiệu quả trong giảng dạy.

IV. Giá trị và ứng dụng thực tiễn

Mô hình dạy học hệ thống lái trợ lực điện qua LabVIEW không chỉ mang lại giá trị giáo dục mà còn có ứng dụng thực tiễn trong ngành công nghiệp ô tô. Việc sử dụng mô hình này giúp sinh viên nắm vững kiến thức lý thuyết và thực hành, từ đó nâng cao kỹ năng nghề nghiệp. Hơn nữa, mô hình còn có thể được áp dụng trong các khóa đào tạo nâng cao cho kỹ sư và kỹ thuật viên trong ngành ô tô. Sự kết hợp giữa lý thuyết và thực hành thông qua mô hình này sẽ góp phần nâng cao chất lượng đào tạo và đáp ứng nhu cầu ngày càng cao của thị trường lao động.

Nội dung chính

Tổng quan nghiên cứu

Trong bối cảnh ngành công nghệ ô tô phát triển nhanh chóng, hệ thống lái trợ lực điện (Electric Power Steering - EPS) đã trở thành một trong những công nghệ trọng điểm được ứng dụng rộng rãi trên các dòng xe hiện đại. Theo báo cáo của ngành, hệ thống EPS giúp giảm tiêu hao nhiên liệu từ 5% đến 8% so với hệ thống lái trợ lực thủy lực truyền thống, đồng thời cải thiện tính an toàn và tiện nghi khi vận hành. Mục tiêu nghiên cứu của luận văn là thiết kế và phát triển mô hình dạy học hệ thống lái trợ lực điện có giao tiếp máy tính thông qua phần mềm LabVIEW, nhằm hỗ trợ công tác giảng dạy và nghiên cứu trong lĩnh vực khai thác và bảo trì ô tô – máy kéo. Phạm vi nghiên cứu tập trung vào mô hình dựa trên hệ thống lái trợ lực điện của xe Toyota Prius sản xuất giai đoạn 2004-2007, với việc thiết kế bộ tạo mô men cản quay vòng, mô phỏng các trạng thái hoạt động và giao diện điều khiển trên máy tính. Ý nghĩa của nghiên cứu thể hiện qua việc cung cấp công cụ trực quan, sinh động giúp giảng viên và học viên dễ dàng quan sát, điều khiển và phân tích hoạt động của hệ thống lái trợ lực điện, góp phần nâng cao chất lượng đào tạo và nghiên cứu ứng dụng trong ngành công nghệ ô tô.

Cơ sở lý thuyết và phương pháp nghiên cứu

Khung lý thuyết áp dụng

Luận văn dựa trên các lý thuyết và mô hình sau:

• Lý thuyết hệ thống lái trợ lực điện (EPS): Bao gồm cấu tạo, nguyên lý hoạt động và đặc tính điều khiển của hệ thống lái trợ lực điện – điện tử, với các thành phần chính như cảm biến mô men lái, cảm biến tốc độ xe, bộ điều khiển điện tử ECU và motor trợ lực. Hệ thống EPS giúp giảm lực tác động lên vô lăng, tăng tính an toàn và tiết kiệm nhiên liệu.

• Mô hình động học và động lực học hệ thống lái: Phân tích lực tác động lên vành tay lái, mô men cản quay vòng do mặt đường, từ đó xác định các thông số cần thiết cho thiết kế bộ tạo mô men cản và điều khiển hệ thống.

• Mô hình điều khiển điện tử và giao tiếp máy tính: Ứng dụng vi điều khiển AVR và các card giao tiếp để truyền nhận tín hiệu giữa mô hình vật lý và máy tính, sử dụng phần mềm LabVIEW để lập trình giao diện điều khiển và mô phỏng các trạng thái hoạt động của hệ thống.

Các khái niệm chính bao gồm: mô men trợ lực, mô men cản quay vòng, cảm biến mô men lái, cảm biến tốc độ xe, ECU, và giao diện LabVIEW.

Phương pháp nghiên cứu

Nguồn dữ liệu chính được thu thập từ các tài liệu chuyên ngành, các nghiên cứu trước đây về hệ thống lái trợ lực điện, tài liệu kỹ thuật của xe Toyota Prius (2004-2007), và các tài liệu hướng dẫn sử dụng phần mềm LabVIEW. Phương pháp nghiên cứu bao gồm:

• Thiết kế mô hình vật lý: Chế tạo mô hình hệ thống lái trợ lực điện với bộ tạo mô men cản quay vòng có thể điều chỉnh theo tốc độ xe.

• Phát triển phần mềm mô phỏng: Lập trình giao diện điều khiển và mô phỏng trên LabVIEW, hiển thị các thông số như điện áp cảm biến mô men, mô men trợ lực motor, xung tín hiệu và điều chỉnh tốc độ xe.

• Thí nghiệm và kiểm nghiệm: Thực hiện các phép đo mô men cản quay vòng, mô men trợ lực motor trên mô hình, so sánh với dữ liệu thực tế của xe Toyota Prius để điều chỉnh và hiệu chỉnh mô hình.

• Timeline nghiên cứu: Quá trình nghiên cứu kéo dài trong khoảng thời gian từ năm 2010 đến 2013, bao gồm giai đoạn thiết kế, lập trình, thi công mô hình và thực nghiệm kiểm chứng.

Cỡ mẫu nghiên cứu là mô hình vật lý được thiết kế và thử nghiệm, phương pháp chọn mẫu là lựa chọn mô hình dựa trên hệ thống thực tế của xe Toyota Prius để đảm bảo tính ứng dụng và thực tiễn. Phương pháp phân tích dữ liệu chủ yếu là so sánh số liệu thực nghiệm với tính toán lý thuyết và mô phỏng trên LabVIEW.

Kết quả nghiên cứu và thảo luận

Những phát hiện chính

1. Thiết kế thành công mô hình hệ thống lái trợ lực điện: Mô hình được chế tạo dựa trên hệ thống EPS của Toyota Prius (2004-2007), với bộ tạo mô men cản quay vòng có thể điều chỉnh theo tốc độ xe, giúp mô phỏng chính xác lực cản thực tế tác động lên vô lăng. Thực nghiệm cho thấy mô men cản quay vòng cực đại đạt giá trị tương đương với tính toán lý thuyết, sai số dưới 5%.

2. Phát triển giao diện mô phỏng trên LabVIEW: Giao diện hiển thị các thông số quan trọng như điện áp cảm biến mô men, mô men trợ lực motor, xung tín hiệu và núm điều chỉnh tốc độ xe. Việc mô phỏng cho phép quan sát trực quan các trạng thái hoạt động của hệ thống, hỗ trợ hiệu quả cho công tác giảng dạy và nghiên cứu.

3. Kiểm nghiệm mô hình với dữ liệu thực tế: So sánh kết quả mô phỏng và thực nghiệm trên mô hình với dữ liệu của xe Toyota Prius cho thấy sự tương đồng cao, với sai số trung bình dưới 7%, chứng tỏ mô hình có độ chính xác và khả năng ứng dụng thực tế.

4. Tích hợp thành công hệ thống giao tiếp máy tính: Thiết kế card giao tiếp sử dụng vi điều khiển AVR ATmega16 và ATmega8, đảm bảo truyền nhận tín hiệu ổn định giữa mô hình và máy tính, giúp điều khiển và thu thập dữ liệu hiệu quả trong quá trình giảng dạy.

Thảo luận kết quả

Nguyên nhân thành công của mô hình là do việc áp dụng chính xác các lý thuyết động học và động lực học hệ thống lái, kết hợp với thiết kế phần cứng và phần mềm phù hợp. Việc sử dụng phần mềm LabVIEW giúp mô phỏng trực quan, dễ dàng điều chỉnh các thông số và quan sát kết quả ngay lập tức, tạo điều kiện thuận lợi cho giảng viên và học viên trong quá trình học tập.

So với các nghiên cứu trước đây, mô hình này có ưu điểm là tích hợp giao tiếp máy tính, cho phép điều khiển và giám sát từ xa, khác biệt với các mô hình chỉ tập trung vào cấu tạo cơ khí hoặc điều khiển đơn giản. Điều này nâng cao tính ứng dụng trong đào tạo và nghiên cứu chuyên sâu về hệ thống lái trợ lực điện.

Dữ liệu có thể được trình bày qua các biểu đồ so sánh mô men cản quay vòng giữa mô hình và xe thực tế, bảng số liệu sai số và đồ thị đặc tính mô men trợ lực theo tốc độ xe, giúp minh họa rõ ràng hiệu quả và độ chính xác của mô hình.

Đề xuất và khuyến nghị

1. Triển khai rộng rãi mô hình trong đào tạo: Khuyến nghị các trường đại học, cao đẳng chuyên ngành công nghệ ô tô áp dụng mô hình dạy học hệ thống lái trợ lực điện có giao tiếp máy tính để nâng cao chất lượng giảng dạy, giúp học viên tiếp cận thực tế và phát triển kỹ năng thực hành. Thời gian thực hiện trong 1-2 năm, do các phòng thí nghiệm chủ trì.

2. Phát triển thêm các mô hình tương tác nâng cao: Đề xuất nghiên cứu mở rộng mô hình với các hệ thống lái trợ lực điện tích hợp cảm biến đa dạng hơn, điều khiển tự động và phân tích dữ liệu nâng cao nhằm phục vụ nghiên cứu chuyên sâu. Thời gian nghiên cứu 2-3 năm, do các viện nghiên cứu và trường đại học phối hợp thực hiện.

3. Tăng cường đào tạo kỹ năng lập trình LabVIEW: Đề nghị tổ chức các khóa đào tạo chuyên sâu về lập trình LabVIEW cho giảng viên và sinh viên để tận dụng tối đa khả năng mô phỏng và điều khiển hệ thống, nâng cao hiệu quả sử dụng mô hình. Thời gian triển khai 6-12 tháng, do các trung tâm đào tạo công nghệ thông tin đảm nhiệm.

4. Xây dựng tài liệu hướng dẫn chi tiết: Soạn thảo bộ tài liệu giảng dạy, hướng dẫn kiểm tra, chẩn đoán và sửa chữa hệ thống lái trợ lực điện kèm theo mô hình, giúp người học dễ dàng tiếp cận và áp dụng kiến thức. Thời gian hoàn thiện trong 1 năm, do nhóm tác giả và chuyên gia kỹ thuật phối hợp thực hiện.

Đối tượng nên tham khảo luận văn

1. Giảng viên và sinh viên ngành công nghệ ô tô: Luận văn cung cấp mô hình thực hành và tài liệu giảng dạy chi tiết, giúp nâng cao kiến thức lý thuyết và kỹ năng thực hành về hệ thống lái trợ lực điện.

2. Kỹ sư bảo trì và khai thác ô tô: Tham khảo để hiểu rõ cấu tạo, nguyên lý hoạt động và phương pháp kiểm tra, sửa chữa hệ thống lái trợ lực điện, từ đó nâng cao hiệu quả công việc thực tế.

3. Nhà nghiên cứu và phát triển công nghệ ô tô: Tài liệu và mô hình hỗ trợ nghiên cứu phát triển các hệ thống lái trợ lực điện mới, tích hợp công nghệ điều khiển và giao tiếp máy tính hiện đại.

4. Các trung tâm đào tạo nghề ô tô: Áp dụng mô hình và tài liệu để thiết kế chương trình đào tạo thực hành, giúp học viên tiếp cận công nghệ hiện đại, đáp ứng nhu cầu thị trường lao động.

Câu hỏi thường gặp

1. Mô hình hệ thống lái trợ lực điện có thể áp dụng cho các loại xe khác ngoài Toyota Prius không?
   Mô hình được thiết kế dựa trên hệ thống của Toyota Prius (2004-2007) nhưng có thể điều chỉnh các thông số để phù hợp với các loại xe khác có hệ thống EPS tương tự, giúp mở rộng ứng dụng trong đào tạo và nghiên cứu.

2. Phần mềm LabVIEW có vai trò gì trong mô hình này?
   LabVIEW được sử dụng để lập trình giao diện mô phỏng và điều khiển hệ thống, cho phép hiển thị các thông số hoạt động, điều chỉnh tốc độ xe và mô men cản, giúp người dùng quan sát và tương tác trực tiếp với mô hình.

3. Làm thế nào để đảm bảo độ chính xác của mô hình so với thực tế?
   Mô hình được kiểm nghiệm bằng các phép đo thực nghiệm và so sánh với dữ liệu thực tế của xe Toyota Prius, sai số dưới 7%, đảm bảo tính chính xác và tin cậy trong giảng dạy và nghiên cứu.

4. Có thể sử dụng mô hình này để đào tạo kỹ năng sửa chữa hệ thống lái trợ lực điện không?
   Có, mô hình tích hợp các cảm biến và bộ điều khiển thực tế, kèm theo tài liệu hướng dẫn chi tiết, giúp học viên thực hành kiểm tra, chẩn đoán và sửa chữa hệ thống một cách hiệu quả.

5. Thời gian và chi phí để triển khai mô hình trong các cơ sở đào tạo là bao nhiêu?
   Thời gian triển khai khoảng 1-2 năm tùy quy mô, chi phí phụ thuộc vào thiết bị và phần mềm, tuy nhiên mô hình được thiết kế tối ưu để tiết kiệm chi phí so với các thiết bị nhập khẩu, phù hợp với điều kiện các trường đại học và cao đẳng.

Kết luận

• Đã thiết kế và chế tạo thành công mô hình dạy học hệ thống lái trợ lực điện có giao tiếp máy tính thông qua phần mềm LabVIEW, dựa trên hệ thống EPS của Toyota Prius (2004-2007).
• Mô hình cho phép mô phỏng chính xác các trạng thái hoạt động, hiển thị các thông số quan trọng và điều khiển linh hoạt, hỗ trợ hiệu quả cho công tác giảng dạy và nghiên cứu.
• Kết quả thực nghiệm và mô phỏng có độ chính xác cao, sai số dưới 7%, phù hợp với yêu cầu đào tạo và nghiên cứu ứng dụng.
• Đề xuất triển khai mô hình rộng rãi trong đào tạo, phát triển thêm các mô hình nâng cao và tổ chức đào tạo kỹ năng lập trình LabVIEW cho giảng viên và sinh viên.
• Khuyến khích các cơ sở đào tạo, kỹ sư và nhà nghiên cứu ngành công nghệ ô tô tham khảo và ứng dụng mô hình để nâng cao chất lượng đào tạo và nghiên cứu chuyên sâu.

Các trường đại học và cao đẳng chuyên ngành ô tô nên bắt đầu khảo sát, đầu tư và tích hợp mô hình này vào chương trình đào tạo, đồng thời tổ chức các khóa đào tạo kỹ năng sử dụng LabVIEW để tối ưu hóa hiệu quả giảng dạy.

Trích đoạn nội dung tài liệu

Chương 1 TỔNG QUAN 1. Tổng quan chung về lĩnh vực nghiên cứu. Trong những năm gần đây, ngành Công Nghệ Ô tô phát triển rất nhanh đặc biệt là các hệ thống điều khiển cơ khí, thủy lực, khí nén… được thay thế điều khiển bằng điện và điện tử. Trong đó, hệ thống lái trợ lực bằng điện (Electric Power Steering – EPS) là một trong những hệ thống đang được ứng dụng rất mạnh mẽ trên hầu hết các hãng xe trên thế giới nói chung và Việt nam nói riêng.

Cũng như tuyên bố gần đây của Hãng Ford “ Hệ thống trợ lực tay lái điện EPS sẽ được lắp đặt cho (80 – 90)% số xe Ford vào năm 2012. Tất cả những dòng xe sản xuất năm 2008 hiện hành của Ford như Ford Escape, Mercury Mariner và những mẫu xe hybrid sắp tới đều đã có khả năng tích hợp hệ thống EPS”. Hệ thống lái trợ lực bằng điện EPS làm việc trên cơ sở phụ thuộc năng lượng của ắc quy, thực hiện các chức năng trợ lực thông thường nhưng với ưu điểm nổi bật so với các hệ thống lái trợ lực truyền thống trước đây:  Hệ thống EPS có kích thước nhỏ gọn, dễ lắp đặt, bảo dưỡng.  Giảm tiêu tốn nhiên liệu, một số nghiên cứu cho thấy rằng nhiên liệu tiêu tốn tiết kiệm (5% – 8%) so với cùng một xe trang bị hệ thống lái HPS.

 Không phụ thuộc vào tốc độ vòng quay của động cơ.  Tăng khả năng thích ứng của hệ thống lái trong các điều kiện làm việc khác nhau và góp phần quản lý hệ thống tốt hơn, do có khả năng đưa nhiều thông số vào các mạch điều khiển và xử lý các chương trình phần mềm cài đặt sẵn bên trong EPS-ECU.  Cho phép góp phần hạn chế lượng tiêu thụ nhiên liệu của động cơ nhiệt bằng cách thu hồi năng lượng của động cơ nhiệt khi dư thừa cấp cho bình tích năng lượng (ắc quy) và sau đó sử dụng với mục đích hỗ trợ lực điều khiển của người lái. HVTH: Trịnh Thái Luân Trang 17 MSHV: 010085246011 Luan van Luận văn cao học GVHD:PGS-TS.

Đỗ Văn Dũng  Tạo điều kiện kiểm soát chặt chẽ sự làm việc của hệ thống lái thông qua các đèn báo giúp nâng cao khả năng đảm bảo an toàn trong chuyển động của ô tô. Tuy nhiên, áp dụng các công nghệ điện tử làm phức tạp thêm hệ thống, đồng thời người sử dụng cần chăm sóc hệ thống cung cấp điện chặt chẽ hơn (máy phát điện, ắc quy…) 1. Tình hình nghiên cứu trong và ngoài nƣớc. Tình hình nghiên cứu về hệ thống lái trên thế giới: Hiện nay, trên thế giới cùng với sự phát triển của các ngành khoa học công nghệ khác như vô tuyến điện tử, chế tạo máy với các bộ phận điều khiển tinh vi, các rôbốt công nghiệp thế hệ thông minh, ngành tin học, ngành chế tạo ô tô đang có những bước tiến lớn với sự ứng dụng công nghệ tin học, điều khiển, khoa học mô phỏng, vật liệu mới.

Ô tô ngày nay được sử dụng ở tốc độ cao, vấn đề an toàn chuyển động ngày càng được các nhà khoa học công nghệ của các trung tâm khoa học tại các nước có ngành công nghiệp ô tô hoàn chỉnh như Mỹ, Tây Âu và Nhật Bản đầu tư nghiên cứu. Trong cấu tạo ô tô, hai hệ thống được coi là quan trọng nhất đảm bảo an toàn chuyển động là hệ thống lái (HTL) và hệ thống phanh (HTP). Trong những năm gần đây đã có hàng trăm các công trình khoa học được công bố nhằm hoàn thiện HTL, các công trình chủ yếu tập trung trong lĩnh vực động học và động lực học của HTL bốn bánh- 4WS (Four Wheel Steering) nhằm tăng tính cơ động và hoàn thiện tính điều khiển của HTL. Tác giả Samkr Moham (USA) vào tháng 6 năm 2000 đã công bố trong công trình về loại xe có hệ thống lái ở cả 4 bánh (All Wheel Drive).

Nhiều nhà khoa học Đức cũng tập trung nghiên cứu về hệ thống điều khiển cho các loại xe có HTL 4WS. Những trung tâm khoa học công nghệ lớn như ở Mỹ, Tây Âu và Nhật Bản hiện đang có nhiều nỗ lực nghiên cứu về vấn đề tự động điều khiển HTL, đó là những công trình nghiên cứu lớn với sự nỗ lực của hàng trăm nhà khoa học hàng đầu thế giới. Hãng Mercedes cũng đã trình diễn loại xe với HTL tự động, trong tương lai sẽ được ứng dụng để sử dụng trên các loại HVTH: Trịnh Thái Luân Trang 18 MSHV: 010085246011 Luan van Luận văn cao học GVHD:PGS-TS. Đỗ Văn Dũng đường thông minh.

Để tăng tính điều khiển và tiện nghi cho việc hoàn thiện HTL, các nhà khoa học cũng đã đi sâu vào việc chế tạo các bộ cường hoá tích cực PPS (Progressive Power Steering) để đảm bảo cảm giác của người lái với mặt đường, tăng tính điều khiển của HTL khi xe chạy ở tốc độ cao, đặc biệt là các xe thế hệ mới được sử dụng ở tốc độ cao hơn 100km/h. Những nhà công nghệ cũng luôn tiến tới những kết cấu mới cho HTL như việc phát triển các cơ cấu điều khiển góc đặt trục lái và vô lăng TS (Tilt Steering), cùng với ghế ngồi người lái có thể điều chỉnh theo 3 chiều nhằm bố trí vị trí người điều khiển một cách thuận tiện nhất. Xu thế chung của các trung tâm công nghiệp ô tô lớn trên thế giới là nghiên cứu HTL tích cực nhằm sử dụng các thành tựu về điện, điện tử ứng dụng, các thành tựu về tin học để kiểm soát được các tính năng của HTL và đảm bảo các chế độ hoạt động của chúng ở chế độ tối ưu. Như vậy, có thể thấy rằng HTL với chức năng đảm bảo tính dẫn hướng đang được các nhà khoa học hàng đầu thế giới tập trung nghiên cứu với nhiều nỗ lực lớn.

Các nhà nghiên cứu đã tập trung vào các nội dung sau:  Nghiên cứu động học HTL thông qua mối tương quan hình học các khâu độc lập từ đó xác định sự thay đổi động học các khâu, kết luận khả năng sử dụng của các HTL khác nhau trên xe.  Xác định lực tác dụng lên vành tay lái để tính toán khả năng áp dụng các hệ thống trợ lực để điều khiển lái.  Xây dựng các mô hình động học HTL trong những giả thiết cơ học cho sát với điều kiện thực tế từ đó nghiên cứu tính năng điều khiển ô tô.  Nghiên cứu các hệ thống lái có điều khiển Điện – Thủy lực hoặc điện– điện tử  Nghiên cứu các hệ thống lái tự động Sau đây là một số công trình tiêu biểu nhất:  Công trình nghiên cứu " Điều khiển động lực học của hệ thống lái trợ lực điện" của PRASANTH BABU KANDULA tại Clveland State Universitty, tháng 08 năm 2010: Nội dung của đề tài là trình bày việc áp dụng một bộ điều khiển loại bỏ HVTH: Trịnh Thái Luân Trang 19 MSHV: 010085246011 Luan van Luận văn cao học GVHD:PGS-TS.

Đỗ Văn Dũng những tác động gây nhiễu (ADRC) với một hệ thống trợ lực lái điện (EPAS) trên ô tô. Mục tiêu chính của việc điều khiển là giảm mô men xoắn tác dụng bởi người lái xe cũng như đạt được cảm giác lái tốt trong điều kiện có mặt của các rối loạn gây nhiễu từ bên ngoài và tạo ra tác động xấu đến hệ thống. Cả hai kết quả mô phỏng và tần số - miền phân tích chứng minh sự ổn định, vững mạnh, và theo dõi hiệu suất tuyệt vời của bộ điều khiển ADRC. Ngoài ra, ADRC chỉ có hai thông số điều chỉnh, làm cho nó rất đơn giản để thực hiện và điều chỉnh trong thế giới thực.

 Công trình nghiên cứu của Shin Hung Chang, Pin Yung Chen , Yi Hua Ting và Shih Wei Hung (Implementation and Control Logic Design of Intelligent Electric Power Steering System) thuộc Phòng thí nghiệm và nghiên cứu cơ khí, Viện nghiên cứu Công nghệ Công nghiệp, Đài Loan: Đề tài ứng dụng thuật toán logic mờ thiết kế điều khiển hệ thống lái trợ lực điện thay thế cho các hệ thống lái trợ lực thủy lực và trợ lực điện – thủy lực nhằm đạt được hiệu quả tốt hơn cho hệ thống trợ lực lái.  Công trình của giáo sư Lưxốp Matscơva 1972 sử dụng phương pháp thực nghiệm để nghiên cứu xác định động học, động lực học HTL : Ông đã sử dụng các thiết bị thí nghiệm xác định trên một số HTL cụ thể để đánh giá các thông số HTL như độ nhạy nhẹ của cơ cấu lái gồm có lực trên vòng tay lái, lực trong các phần tử dẫn động lái, lực cản quay vòng của bánh xe dẫn động lái, xác định ma sát và hệ số hiệu dụng, xác định cơ cấu lái về độ mòn, độ mỏi.  F Rodionov và Fitterman năm 1980 sử dụng hai phương pháp đồ thị và phương pháp đại số để nghiên cứu xác định động học HTL : Các ông đã sử dụng các thông số hình học chọn lựa của HTL và hệ thống treo phía trước cần phải phù hợp trong quan hệ với sự biến đổi của góc nghiêng dọc của trục đứng, của góc nghiêng ngoài của bánh xe, của góc chụm bánh xe, và độ chuyển dịch ngang của tiếp điểm tiếp xúc bánh xe với mặt đường khỏi vị trí thiết kế tùy theo vị trí bánh xe trên chiều cao đối với phần treo của ô tô, cũng như trong quan hệ phụ thuộc HVTH: Trịnh Thái Luân Trang 20 MSHV: 010085246011 Luan van Luận văn cao học GVHD:PGS-TS. Đỗ Văn Dũng vào góc quay bánh xe ngoài đối với góc quay bánh xe trong.

Ngoài ra, còn phải tính đến cả góc nghiêng ngang của trục đứng, nó có ý nghĩa đáng kể đối với độ ổn định chuyển động của ô tô, vì sự thay đổi của nó tương ứng gần chính xác với sự thay đổi góc nghiêng ngoài của bánh xe. Những sự phụ thuộc này được xác định bằng phương pháp đồ thị hoặc phương pháp giải tích. Phương pháp đồ thị rõ ràng, trực quan, nhưng rất tốn công sức và do đó độ chính xác của kết quả thu được phụ thuộc vào sự cẩn thận khi thực hiện và các thiết bị vẽ hiện có. Vì vậy, phương pháp đồ thị chỉ dùng trong các sơ đồ động học đơn giản và xác định những phụ thuộc đơn lẻ.

Phương pháp giải tích được sử dụng đặc biệt hợp lý khi có khả năng dùng máy tính.