Nghiên Cứu Thiết Kế & Chế Tạo Mô Hình LabVIEW CompactRIO Cho Ngành Ô Tô

• Trường học: Trường Đại học Sư phạm Kỹ thuật Thành phố Hồ Chí Minh
• Chuyên ngành: Công nghệ Kỹ thuật Ô tô
• Đề tài: Nghiên cứu, thiết kế và chế tạo mô hình hỗ trợ giảng dạy LabVIEW sử dụng CompactRIO
• Loại tài liệu: Đồ án
• Địa điểm: Thành phố Hồ Chí Minh

Mục lục chi tiết

• LỜI CẢM ƠN
• MỤC LỤC
• DANH MỤC CÁC CHỮ VIẾT TẮT VÀ KÝ HIỆU
• DANH MỤC CÁC HÌNH
• DANH MỤC CÁC BẢNG
• 1. CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN ĐỀ TÀI
• 1.1. Tình hình nghiên cứu trong nước và ngoài nước
• 1.2. Tính cấp thiết đề tài
• 1.3. Mục tiêu đề tài
• 1.4. Hướng tiếp cận
• 1.5. Phương pháp và phạm vi nghiên cứu
• 1.6. Giới thiệu phần mềm LabVIEW
• 1.7. Giới thiệu phần mềm CATIA
• 1.8. Giới thiệu các module NI CompactRIO
• 1.9. Thông số kĩ thuật CompactRIO NI 9076
• 1.10. Giới thiệu module NI 9205
• 1.11. Giới thiệu module NI 9505
• 1.12. Giới thiệu module NI 9234
• 1.13. Giới thiệu module NI 9403
• 1.14. Giới thiệu cảm biến, cơ cấu chấp hành
• 2. CHƯƠNG 3: NGHIÊN CỨU LÝ THUYẾT VÀ ĐIỀU KHIỂN
• 2.1. Thuật toán điều khiển PID
• 2.2. Bộ điều khiển khâu P
• 2.3. Bộ điều khiển khâu I
• 2.4. Bộ điều khiển khâu
• 2.5. Phương pháp điều chỉnh thủ công các hệ số P, I, D
• 3. THIẾT KẾ MÔ HÌNH TRÊN CATIA VÀ TIẾN HÀNH THI CÔNG
• 3.1. Thiết kế mô hình bằng phần mềm CATIA
• 3.2. Thiết kế tổng quan
• 3.3. Thiết kế khung chịu lực chính
• 3.4. Thiết kế bộ nguồn, các module và bộ CompactRIO
• 3.5. Sản phẩm thiết kế mẫu
• 3.6. Thi công mô hình
• 3.7. Chuẩn bị các linh kiện cơ khí
• 3.8. Lắp ráp mô hình
• 4. XÂY DỰNG CHƯƠNG TRÌNH ĐIỀU KHIỂN VÀ THU THẬP DỮ LIỆU TRÊN LABVIEW
• 4.1. Tổng quan chương trình thực hiện với CompactRIO
• 4.2. Hướng dẫn bắt đầu với CompactRIO
• 4.3. Thiết lập ban đầu cho CompactRIO 9076 và các thiết bị National Instruments
• 4.4. Cách tạo một chương trình FPGA Project
• 4.5. Hướng dẫn Built Compile Xilinx Tools
• 4.6. Hướng dẫn Disable Sleep Mode và Enable Drive
• 4.7. Thu thập dữ liệu cảm biến với module NI 9205
• 4.8. Kết nối phần cứng
• 4.9. Chương trình thu thập dữ liệu với NI 9205
• 4.10. Chương trình giao tiếp giữa máy tính và NI 9205
• 4.11. Kết quả đạt được
• 4.12. Thu thập dữ liệu cảm biến với module NI 9234
• 4.13. Kết nối phần cứng
• 4.14. Chương trình mẫu thực hiện với NI 9234
• 4.15. Kết quả đạt được của chương trình NI 92 4
• 4.16. Thu thập dữ liệu tín hiệu với module NI 9403
• 4.17. Kết nối phần cứng
• 4.18. Chương trình thu thập dữ liệu với module NI 9403
• 4.19. Chương trình giao tiếp giữa máy tính và module NI 9403
• 4.20. Kết quả đạt được
• 4.21. Điều khiển tốc độ động cơ bằng module NI 9505 trên giao diện LabVIEW
• 4.22. Kết nối phần cứng
• 4.23. Tổng quan về hệ thống
• 4.24. Thực hiện chương trình mẫu với NI 9505
• 4.25. Các kết quả đạt được của chương trình NI 9505
• 4.26. Điều khiển vị trí động cơ bằng module NI 9505 trên giao diện LabVIEW
• 4.27. Tổnng quan về hệ thống
• 4.28. Thực hiện chương trình mẫu với NI 9505
• 4.29. Các kết quả đạt được của chương trình NI 9505
• 4.30. Điều khiển tốc độ động cơ bằng module NI 9505 và module NI 9205
• 4.31. Kết nối phần cứng
• 4.32. Chương trình trên FPGA main
• 4.33. Chương trình giao tiếp máy tính và NI 9505 NI 9205
• 4.34. Kết quả đạt được
• 4.35. Chương trình điều khiển vị trí động cơ bằng module NI 9505 và NI 9205
• 4.36. Chương trình điều khiển trên FPGA main
• 4.37. Chương trình giao tiếp giữa máy tính và NI 9505, NI 9205
• 4.38. Kết quả đạt được
• KẾT LUẬN VÀ ĐỊNH HƯỚNG PHÁT TRIỂN
• 4.39. Những kết quả đã đạt được
• 4.40. Những khó khăn trong quá trình thực hiện đồ án
• 4.41. Định hướng phát triển
• TÀI LIỆU THAM KHẢO

Tóm tắt

I. Cách Mạng Công Nghệ Ô Tô Nền Tảng LabVIEW CompactRIO Mới

Ngành công nghiệp ô tô đang chuyển mình mạnh mẽ, từ các phương pháp thủ công sang tự động hóa và công nghệ 4.0. Sự đổi mới này đòi hỏi những giải pháp nghiên cứu và phát triển đột phá. Trong bối cảnh đó, việc áp dụng nền tảng linh hoạt như Mô Hình LabVIEW CompactRIO Cho Ô Tô: Thiết Kế & Chế Tạo trở thành yếu tố then chốt. Nền tảng này không chỉ đáp ứng nhu cầu phát triển của ngành mà còn mở ra cơ hội lớn trong đào tạo và nghiên cứu. Sự kết hợp giữa LabVIEW CompactRIO mang đến khả năng lập trình đồ họa trực quan và phần cứng điều khiển thời gian thực mạnh mẽ. Đây là công cụ lý tưởng cho việc phát triển hệ thống nhúng ô tô và phát triển ECU ô tô. Các mô hình giảng dạy thực tế, ứng dụng LabVIEW CompactRIO, giúp sinh viên có cái nhìn chân thực về thiết kế hệ thống điều khiển ô tô và chế tạo mô hình xe hơi.

1.1. Vai trò LabVIEW CompactRIO trong ngành ô tô hiện đại

Sự tiến bộ của công nghệ ô tô đòi hỏi các hệ thống điều khiển phức tạp và chính xác. LabVIEW CompactRIO nổi lên như một giải pháp toàn diện cho việc phát triển và kiểm thử các hệ thống này. Với bộ xử lý thời gian thực và FPGA có thể lập trình, CompactRIO cho ô tô cung cấp nền tảng linh hoạt cho thiết kế hệ thống điều khiển ô tô tiên tiến. Nền tảng này đặc biệt hữu ích trong ADAS (Advanced Driver-Assistance Systems), hệ thống quản lý pin xe điện (BMS), và điều khiển truyền động. Khả năng lập trình FPGA LabVIEW cho phép tùy chỉnh phần cứng để đạt hiệu suất tối ưu và xử lý song song. Điều này giúp kỹ sư nhanh chóng xây dựng rapid prototyping ô tô và thực hiện kiểm thử và xác thực ô tô hiệu quả. CompactRIO hỗ trợ nhiều giao thức truyền thông ô tô tiêu chuẩn như CAN Bus CompactRIO, thúc đẩy sự đổi mới trong nghiên cứu và phát triển ô tô của National Instruments automotive.

1.2. Tổng quan về LabVIEW và CompactRIO Công cụ phát triển ECU ô tô

National Instruments (NI) phát triển LabVIEW – môi trường lập trình đồ họa, và CompactRIO – nền tảng phần cứng điều khiển linh hoạt. LabVIEW cho phép người dùng xây dựng chương trình trực quan bằng sơ đồ khối, loại bỏ sự phức tạp của mã lệnh, rất thuận lợi cho phát triển ECU ô tô. CompactRIO bao gồm bộ xử lý thời gian thực (Real-Time Controller) và FPGA (Field-Programmable Gate Array), cùng các module I/O có thể cấu hình. Sự kết hợp này mang lại khả năng hệ thống điều khiển thời gian thực vượt trội và tùy biến phần cứng. Trong lĩnh vực ô tô, LabVIEW CompactRIO được ứng dụng để mô phỏng ô tô LabVIEW, điều khiển động cơ LabVIEW, và phát triển hệ thống phức tạp như HIL (Hardware-in-the-Loop) ô tô. Khả năng thu thập và xử lý dữ liệu từ cảm biến ô tô tích hợp CompactRIO giúp kỹ sư nhanh chóng kiểm định thuật toán điều khiển, đẩy nhanh quá trình thiết kế và chế tạo mô hình xe hơi cũng như nguyên mẫu ECU.

II. Thách Thức Thiết Kế Mô Hình LabVIEW CompactRIO Cho Giáo Dục Ô Tô

Sự phát triển nhanh chóng của công nghệ đòi hỏi các chương trình đào tạo kỹ thuật ô tô phải cập nhật liên tục. Việc thiết kế và chế tạo mô hình LabVIEW CompactRIO cho ô tô trong giáo dục đối mặt với nhiều thách thức. Các mô hình truyền thống thường thiếu tính trực quan và khả năng tương tác, khiến việc học về hệ thống nhúng ô tô trở nên trừu tượng. Để giải quyết, cần một phương pháp tiếp cận mới, tập trung vào việc nghiên cứu lập trình LabVIEW và ứng dụng CompactRIO hiệu quả. Việc tìm kiếm vật liệu phù hợp và chế tạo mô hình xe hơi với độ chính xác cao cũng là một trở ngại. Các giải pháp phải đảm bảo mô hình không chỉ hoạt động tốt mà còn phải dễ dàng quản lý, đa dạng trong sử dụng và phù hợp với nhiều thiết bị của hãng National Instruments automotive. Việc tối ưu hóa nguồn lực sẵn có để tạo ra mô hình giảng dạy trực quan, có khả năng kiểm thử và xác thực ô tô là vô cùng cấp thiết.

2.1. Vấn đề cần nghiên cứu Nâng cao chất lượng giảng dạy và thực nghiệm

Nhu cầu đào tạo kỹ sư ô tô chất lượng cao đang tăng lên, đặc biệt trong bối cảnh các công nghệ điều khiển tự động ngày càng phức tạp. Vấn đề cốt lõi là làm thế nào để cung cấp cho người học trải nghiệm thực tế, giúp hình dung rõ hơn về nguyên lý hoạt động và cách thiết kế hệ thống điều khiển ô tô. Phương pháp giảng dạy truyền thống thường dựa nhiều vào lý thuyết, thiếu yếu tố thực hành và mô phỏng ô tô LabVIEW trực quan. Mục tiêu nghiên cứu tập trung vào khắc phục những hạn chế này thông qua chế tạo mô hình xe hơi ứng dụng LabVIEW CompactRIO. Đề tài hướng tới nghiên cứu lập trình LabVIEW và ứng dụng CompactRIO để tạo công cụ hỗ trợ giảng dạy hiệu quả, giúp sinh viên không chỉ nắm vững kiến thức mà còn phát triển kỹ năng lập trình FPGA LabVIEW và khả năng tư duy giải quyết vấn đề. Mô hình này sẽ là cầu nối giữa lý thuyết và thực tiễn, chuẩn bị hành trang vững chắc cho các kỹ sư tương lai.

2.2. Hạn chế và khó khăn khi chế tạo mô hình xe hơi thực tế

Quá trình chế tạo mô hình xe hơi phục vụ giảng dạy và nghiên cứu không hề đơn giản. Khó khăn chính là việc tiếp cận tài liệu và linh kiện chuyên dụng, đặc biệt là các thiết bị từ hãng National Instruments automotive với chi phí cao. Điều này giới hạn khả năng thử nghiệm và phát triển mô hình phức tạp. Thiết kế mô hình đòi hỏi sự cân nhắc kỹ lưỡng về vật liệu, độ bền, và khả năng mô phỏng chân thực hệ thống trên ô tô thật. Hơn nữa, đảm bảo mô hình có thể kiểm thử và xác thực ô tô đáng tin cậy cũng là thách thức. Cần tích hợp các cảm biến ô tô tích hợp CompactRIO và cơ cấu chấp hành chính xác, đồng thời xây dựng một hệ thống điều khiển thời gian thực ổn định. Việc giải quyết những hạn chế này đòi hỏi sự sáng tạo trong tận dụng nguồn lực, kết hợp kiến thức sâu về LabVIEW CompactRIO để tạo mô hình vừa hiệu quả về chi phí, vừa đáp ứng yêu cầu về độ chính xác và tính ứng dụng.

III. Hướng Dẫn Thiết Kế Cơ Khí Mô Hình LabVIEW CompactRIO Cho Ô Tô

Việc thiết kế cơ khí mô hình LabVIEW CompactRIO cho ô tô là bước đầu tiên và quan trọng để biến ý tưởng thành sản phẩm thực tế. Quá trình này đòi hỏi sự tỉ mỉ, chính xác để đảm bảo mô hình hoạt động ổn định và bền vững. Sử dụng các phần mềm thiết kế chuyên dụng như CATIA giúp tối ưu hóa từng chi tiết, từ khung chịu lực đến vị trí đặt các module của CompactRIO cho ô tô. Mục tiêu là tạo ra mô hình không chỉ hỗ trợ giảng dạy hiệu quả về hệ thống nhúng ô tô mà còn có tính thẩm mỹ và dễ dàng di chuyển. Việc lựa chọn vật liệu cũng đóng vai trò then chốt, cần đảm bảo độ bền, trọng lượng phù hợp và khả năng bảo vệ linh kiện điện tử nhạy cảm. Từ bản vẽ trên CATIA, kỹ sư tiến hành chế tạo mô hình xe hơi với linh kiện cơ khí, sau đó lắp ráp các module NI CompactRIO và thiết bị hỗ trợ. Toàn bộ quy trình này nhằm tạo ra một mô hình LabVIEW CompactRIO cho ô tô hoàn chỉnh, trực quan, giúp người học dễ dàng quan sát và thực nghiệm các nguyên lý điều khiển động cơ LabVIEW cũng như thu thập dữ liệu từ cảm biến ô tô tích hợp CompactRIO.

3.1. Sử dụng CATIA để thiết kế mô hình hỗ trợ giảng dạy LabVIEW

Phần mềm CATIA đóng vai trò trung tâm trong giai đoạn thiết kế cơ khí của Mô Hình LabVIEW CompactRIO Cho Ô Tô: Thiết Kế & Chế Tạo. Đây là công cụ toàn diện hỗ trợ CA/CAM/CAE, cho phép kỹ sư thiết kế tổng quan, mô phỏng và tối ưu hóa bố cục 3D của sản phẩm. Sử dụng CATIA giúp tạo ra các bản vẽ chi tiết cho khung chịu lực chính, vị trí bộ nguồn, các module và bộ CompactRIO, đảm bảo sự chính xác và khớp nối hoàn hảo. Các thư viện sẵn có trong CATIA cũng hỗ trợ việc tích hợp các thành phần tiêu chuẩn, tiết kiệm thời gian thiết kế. Từ bản thiết kế này, có thể dễ dàng hình dung mô hình sản phẩm hoàn chỉnh và điều chỉnh trước khi tiến hành gia công. CATIA không chỉ giúp thiết kế hệ thống điều khiển ô tô về mặt cơ khí mà còn tạo nền tảng vững chắc cho việc tích hợp các thành phần điện tử, cảm biến và cơ cấu chấp hành, hướng tới tạo ra một mô hình LabVIEW CompactRIO cho ô tô thực tế và hiệu quả.

3.2. Chọn lựa vật liệu và thi công mô hình xe hơi bền vững

Sau khi hoàn thiện thiết kế trên CATIA, việc lựa chọn vật liệu và thi công mô hình xe hơi là giai đoạn tiếp theo. Để đảm bảo mô hình bền vững và hoạt động ổn định, vật liệu như nhôm định hình và ke góc vuông được ưu tiên cho khung chịu lực chính. Các linh kiện cơ khí khác như đế gá và thiết bị bảo quản sản phẩm cũng được chuẩn bị kỹ lưỡng. Quá trình lắp ráp bao gồm nhiều bước, từ lắp khung chịu lực, hệ thống điện, đến việc cố định CompactRIO và các module National Instruments automotive lên mặt mica. Đặc biệt, việc lắp đặt động cơ LabVIEW và cảm biến encoder đòi hỏi sự chính xác cao để đảm bảo hoạt động hiệu quả của hệ thống điều khiển thời gian thực. Mô hình LabVIEW CompactRIO cho ô tô sau khi hoàn thành cần đảm bảo tất cả các kết nối dây điện, cảm biến và bộ chấp hành đều thực hiện đúng cách, giúp mô hình vận hành chính xác và an toàn cho người sử dụng trong quá trình giảng dạy và thực nghiệm.

IV. Phương Pháp Lập Trình Điều Khiển LabVIEW CompactRIO Cho Xe Hơi

Việc lập trình điều khiển LabVIEW CompactRIO cho xe hơi là trái tim của mọi Mô Hình LabVIEW CompactRIO Cho Ô Tô: Thiết Kế & Chế Tạo, quyết định khả năng vận hành và độ chính xác của hệ thống. Với LabVIEW, kỹ sư có thể xây dựng các chương trình điều khiển phức tạp một cách trực quan, tận dụng sức mạnh của CompactRIO với bộ điều khiển thời gian thực và FPGA. Bước đầu tiên là thiết lập ban đầu cho CompactRIO 9076 và các thiết bị National Instruments, sau đó tạo một chương trình FPGA Project. Khả năng lập trình FPGA LabVIEW cho phép tùy chỉnh phần cứng để xử lý tác vụ đòi hỏi tốc độ cao như thu thập dữ liệu từ cảm biến ô tô tích hợp CompactRIO và điều khiển động cơ với độ chính xác miligiây. Việc triển khai các thuật toán điều khiển như PID trong môi trường LabVIEW FPGA đảm bảo hệ thống điều khiển thời gian thực có thể phản ứng nhanh chóng. Ngoài ra, việc tích hợp các giao thức truyền thông ô tô như CAN Bus CompactRIO là cần thiết để mô hình giao tiếp với các module điều khiển khác, mở rộng ứng dụng cho phát triển ECU ô tô và xe tự hành LabVIEW.

4.1. Lập trình FPGA LabVIEW và bộ điều khiển thời gian thực

Cốt lõi của LabVIEW CompactRIO là sự kết hợp giữa bộ điều khiển thời gian thực (Real-Time Controller) và FPGA (Field-Programmable Gate Array). Lập trình FPGA LabVIEW cho phép kỹ sư tùy chỉnh phần cứng để thực hiện tác vụ song song, đa luồng với độ trễ cực thấp, rất quan trọng cho các ứng dụng điều khiển động cơ LabVIEW trong ô tô. Quy trình này bao gồm việc tạo một FPGA Project trong LabVIEW, sau đó biên dịch (Built Compile Xilinx Tools) để nạp chương trình xuống chip FPGA. Sử dụng module LabVIEW FPGA giúp xử lý tín hiệu tốc độ cao từ cảm biến ô tô tích hợp CompactRIO và tạo ra tín hiệu điều khiển chính xác cho các cơ cấu chấp hành. Bộ điều khiển thời gian thực xử lý tác vụ phức tạp hơn, quản lý giao diện người dùng và giao tiếp với máy tính. Sự phân chia nhiệm vụ này tối ưu hóa hiệu suất, đảm bảo hệ thống điều khiển thời gian thực luôn ổn định và đáng tin cậy trong các ứng dụng kiểm thử và xác thực ô tô.

4.2. Thuật toán điều khiển PID trong điều khiển động cơ LabVIEW

Thuật toán điều khiển PID (Tỉ lệ - Tích phân - Đạo hàm) là nền tảng trong điều khiển động cơ LabVIEW trên nền tảng CompactRIO. Bộ điều khiển PID tính toán giá trị sai số giữa giá trị đo và giá trị đặt mong muốn, sau đó điều chỉnh đầu ra để giảm tối đa sai số. Các thông số P, I, D được điều chỉnh cẩn thận để đạt đáp ứng mong muốn: giảm độ vọt lố, giảm thời gian xác lập, và triệt tiêu sai số xác lập. Trong môi trường LabVIEW FPGA, các vòng lặp PI có thể được triển khai để xuất giá trị PWM (Pulse Width Modulation) cho việc điều khiển tốc độ động cơ LabVIEW và vị trí chính xác. LabVIEW cung cấp giao diện trực quan để hiệu chỉnh các thông số PID và quan sát đáp ứng của hệ thống. Điều này không chỉ áp dụng cho điều khiển động cơ LabVIEW mà còn cho các hệ thống phức tạp hơn như điều khiển hộp số tự động và các thành phần khác trong hệ thống nhúng ô tô, nâng cao hiệu quả của Mô Hình LabVIEW CompactRIO Cho Ô Tô: Thiết Kế & Chế Tạo.

4.3. Tích hợp giao tiếp CAN Bus CompactRIO và các module National Instruments

Tích hợp giao thức truyền thông là yếu tố quan trọng trong việc thiết kế hệ thống điều khiển ô tô hoàn chỉnh. CompactRIO hỗ trợ nhiều chuẩn giao tiếp công nghiệp, đặc biệt là CAN Bus CompactRIO, giao thức phổ biến trong ngành ô tô. Khả năng này cho phép mô hình LabVIEW CompactRIO cho ô tô giao tiếp với các ECU thực tế hoặc các hệ thống con khác. Các module NI CompactRIO như NI 9205 (đọc Analog Input), NI 9505 (điều khiển động cơ), NI 9234 (Analog Input cao cấp), và NI 9403 (Digital Input/Output) được tích hợp dễ dàng. Mỗi module có chức năng chuyên biệt, từ thu thập dữ liệu từ cảm biến ô tô tích hợp CompactRIO (chiết áp, encoder) đến điều khiển motor DC. LabVIEW cung cấp thư viện và công cụ để thiết lập kết nối phần cứng và xây dựng chương trình giao tiếp giữa máy tính và các module, cho phép kiểm thử và xác thực ô tô cũng như phát triển giải pháp rapid prototyping ô tô linh hoạt và hiệu quả.

V. Ứng Dụng Thực Tiễn LabVIEW CompactRIO Thu Thập Điều Khiển Động Cơ

Các ứng dụng thực tiễn của Mô Hình LabVIEW CompactRIO Cho Ô Tô: Thiết Kế & Chế Tạo minh chứng cho khả năng vượt trội của nền tảng này trong nghiên cứu và phát triển. Việc thu thập dữ liệu cảm biến ô tô tích hợp CompactRIO là bước cơ bản nhưng cực kỳ quan trọng để đánh giá hiệu suất hệ thống và đưa ra quyết định điều khiển chính xác. Với các module như NI 9205 và NI 9234, LabVIEW CompactRIO có thể đọc đa dạng các loại tín hiệu analog từ cảm biến như chiết áp, encoder, cung cấp dữ liệu đầu vào cho hệ thống điều khiển thời gian thực. Bên cạnh đó, khả năng điều khiển động cơ LabVIEW mạnh mẽ, sử dụng module NI 9505, cho phép thực hiện các thuật toán điều khiển phức tạp như PID để điều chỉnh tốc độ và vị trí động cơ chính xác. Các kết quả đạt được từ việc kiểm thử và xác thực ô tô trên mô hình này không chỉ thể hiện khả năng đáp ứng nhanh mà còn cung cấp cơ sở dữ liệu quý giá cho phát triển ECU ô tô và rapid prototyping ô tô.

5.1. Thu thập dữ liệu cảm biến ô tô tích hợp CompactRIO chính xác

Một trong những ứng dụng cốt lõi của LabVIEW CompactRIO là khả năng thu thập dữ liệu cảm biến ô tô tích hợp CompactRIO với độ chính xác cao. Module NI 9205 hỗ trợ đọc tín hiệu analog input từ 16 đến 32 kênh, cho phép kết nối với nhiều loại cảm biến ô tô khác nhau như chiết áp để đo vị trí hoặc góc quay. Các phương pháp kết nối tín hiệu như Differential Signal, RSE hay NRSE được hỗ trợ để tối ưu hóa việc loại bỏ nhiễu và đảm bảo độ tin cậy của dữ liệu. Module NI 9234, với độ phân giải 24 bits, cung cấp khả năng thu thập dữ liệu analog input với độ chính xác cao hơn, lý tưởng cho các ứng dụng đòi hỏi sự nhạy cảm tuyệt đối. Việc sử dụng LabVIEW để lập trình thu thập dữ liệu giúp hiển thị thông tin cảm biến trực quan, cho phép kiểm thử và xác thực ô tô nhanh chóng. Đây là nền tảng để phát triển thuật toán điều khiển thông minh cho hệ thống nhúng ô tô và các ứng dụng xe tự hành LabVIEW.

5.2. Kết quả điều khiển tốc độ và vị trí động cơ LabVIEW hiệu quả

Sử dụng module NI 9505 trên nền tảng CompactRIO, việc điều khiển tốc độ động cơ LabVIEW và vị trí động cơ đã đạt được những kết quả ấn tượng. Module này tích hợp khả năng tạo tín hiệu PWM và xử lý tín hiệu encoder, cho phép thực hiện các vòng lặp điều khiển PI trong môi trường LabVIEW FPGA. Chương trình điều khiển quản lý tốc độ và vị trí, cho phép người dùng điều chỉnh các thông số đầu vào và quan sát đáp ứng của hệ thống theo thời gian thực. Các thử nghiệm cho thấy khả năng đáp ứng nhanh chóng, độ vọt lố thấp và thời gian xác lập ổn định của hệ thống. Điều này chứng minh hiệu quả của LabVIEW CompactRIO trong việc thiết kế hệ thống điều khiển ô tô chính xác cao. Khả năng rapid prototyping ô tô thể hiện rõ khi các thuật toán điều khiển có thể nhanh chóng triển khai, kiểm thử và tối ưu hóa trên mô hình thực tế, mở đường cho việc phát triển các giải pháp HIL (Hardware-in-the-Loop) ô tô và các hệ thống ADAS phức tạp hơn.

VI. Tương Lai Mô Hình LabVIEW CompactRIO Cho Ô Tô Đổi Mới Phát Triển

Tương lai của Mô Hình LabVIEW CompactRIO Cho Ô Tô: Thiết Kế & Chế Tạo hứa hẹn nhiều tiềm năng phát triển mạnh mẽ. Những kết quả đã đạt được từ việc chế tạo mô hình xe hơi này không chỉ củng cố nền tảng kiến thức về LabVIEW CompactRIO mà còn mở ra hướng đi mới cho nghiên cứu và phát triển ô tô. Việc tích hợp các công nghệ điều khiển tự động và hệ thống nhúng ô tô sẽ tiếp tục được tối ưu hóa. Các định hướng phát triển bao gồm việc mở rộng khả năng mô phỏng ô tô LabVIEW để xử lý các kịch bản phức tạp hơn, phát triển sâu hơn các thuật toán cho xe tự hành LabVIEW, và cải tiến hệ thống quản lý pin xe điện (BMS). Đồng thời, khám phá khả năng CAN Bus CompactRIO để tạo ra các hệ thống giao tiếp đa năng, cũng như tiếp tục nâng cao hiệu quả của rapid prototyping ô tô và kiểm thử và xác thực ô tô sẽ là trọng tâm. Sự linh hoạt và mạnh mẽ của LabVIEW CompactRIO sẽ là động lực thúc đẩy sự đổi mới, giúp ngành công nghiệp ô tô tiến xa hơn trong cuộc cách mạng công nghệ hiện tại.

6.1. Tiềm năng phát triển ADAS và xe tự hành LabVIEW

Với khả năng xử lý thời gian thực và tùy chỉnh FPGA, LabVIEW CompactRIO sở hữu tiềm năng lớn trong việc phát triển ADAS (Advanced Driver-Assistance Systems) và xe tự hành LabVIEW. Các hệ thống ADAS yêu cầu khả năng thu thập và xử lý dữ liệu từ nhiều loại cảm biến ô tô tích hợp CompactRIO (radar, camera, lidar) với tốc độ cao để đưa ra quyết định an toàn. Lập trình FPGA LabVIEW có thể cung cấp hiệu suất cần thiết cho việc hợp nhất cảm biến và thực hiện thuật toán điều khiển phức tạp. Đối với xe tự hành LabVIEW, CompactRIO có thể đóng vai trò là bộ điều khiển trung tâm, quản lý các thuật toán điều hướng, lập kế hoạch quỹ đạo và điều khiển hành vi. Khả năng HIL (Hardware-in-the-Loop) ô tô của LabVIEW CompactRIO cũng là lợi thế để kiểm thử và xác thực các hệ thống xe tự hành trong môi trường an toàn và có kiểm soát trước khi triển khai thực tế. Việc tích hợp mô phỏng ô tô LabVIEW với phần cứng thực sẽ đẩy nhanh quá trình phát triển này.

6.2. Định hướng ứng dụng LabVIEW CompactRIO trong hệ thống BMS xe điện

Xe điện đang trở thành xu hướng chủ đạo, kéo theo nhu cầu phát triển các hệ thống quản lý pin xe điện (BMS) thông minh và hiệu quả. LabVIEW CompactRIO là một nền tảng lý tưởng cho việc này. BMS yêu cầu khả năng giám sát chính xác các thông số của pin như điện áp, dòng điện, nhiệt độ và trạng thái sạc/xả trong thời gian thực. Các module NI CompactRIO có khả năng thu thập dữ liệu analog với độ chính xác cao có thể được sử dụng để theo dõi từng cell pin. Lập trình FPGA LabVIEW giúp thực hiện các thuật toán cân bằng pin, bảo vệ quá dòng/quá áp và ước tính trạng thái pin (SoC, SoH) với tốc độ cực nhanh. Khả năng điều khiển thời gian thực của CompactRIO đảm bảo BMS có thể phản ứng kịp thời với các điều kiện bất thường, tối ưu hóa tuổi thọ và an toàn cho bộ pin xe điện. Việc áp dụng Mô Hình LabVIEW CompactRIO Cho Ô Tô: Thiết Kế & Chế Tạo vào lĩnh vực này sẽ góp phần đáng kể vào sự phát triển của công nghệ xe điện.