I. Tổng quan nghiên cứu hệ thống đỗ xe tự động tại HCMUTE 2023
Đồ án tốt nghiệp tại Trường Đại học Sư phạm Kỹ thuật Thành phố Hồ Chí Minh (HCMUTE) năm 2023 tập trung phát triển mô hình bãi đỗ xe tự động. Đề tài thuộc chuyên ngành Kỹ thuật Cơ điện tử, do nhóm sinh viên Võ Huy Hoàng, Trần Nhật Huy và Trần Duy Khánh thực hiện. Tiến sĩ Trần Vi Đô chịu trách nhiệm hướng dẫn khoa học. Nghiên cứu bắt nguồn từ nhu cầu cấp thiết về quản lý không gian đỗ xe tại các đô thị lớn tại Việt Nam. Quá trình đô thị hóa nhanh chóng tạo áp lực nặng nề lên hạ tầng giao thông. Diện tích đất dành cho bãi xe ngày càng thu hẹp. Đề tài đưa ra phương án thiết kế hệ thống đỗ xe dạng tháp thu nhỏ gồm 9 khoang chứa. Công trình tích hợp đồng bộ các giải pháp cơ khí chính xác, mạch điều khiển trung tâm và phần mềm quản lý. Hệ thống vận hành hoàn toàn tự động dựa trên giao tiếp thẻ thông minh. Người sử dụng không cần can thiệp trực tiếp vào quá trình sắp xếp xe. Giải pháp này giúp tiết kiệm thời gian vận hành. Mô hình cũng giảm thiểu rủi ro va quẹt trong không gian hẹp. Công trình chứng minh năng lực ứng dụng kiến thức kỹ thuật vào thực tiễn đô thị hiện đại.
1.1. Bối cảnh đề tài nghiên cứu đỗ xe tự động tại HCMUTE
Sự gia tăng nhanh chóng của phương tiện giao thông cá nhân tạo ra nhiều thách thức lớn tại Việt Nam. Ô tô gia tăng đột biến khiến lòng đường và vỉa hè bị lấn chiếm nghiêm trọng. Tình trạng này gây ùn tắc giao thông cục bộ trong giờ cao điểm. Cảnh quan đô thị cũng bị ảnh hưởng tiêu cực từ các điểm trông giữ xe trái phép. Trước thực trạng đó, nhóm tác giả tại HCMUTE đã đề xuất ý tưởng nghiên cứu năm 2023. Đề tài hướng tới việc tạo ra giải pháp đỗ xe thông minh có chi phí hợp lý. Nghiên cứu kế thừa những nguyên lý đỗ xe tiên tiến trên thế giới. Nhóm nghiên cứu tiến hành nội địa hóa công nghệ để phù hợp điều kiện kỹ thuật trong nước.
1.2. Mục tiêu kỹ thuật của đồ án tốt nghiệp cơ điện tử
Mục tiêu cốt lõi của đồ án là chế tạo hoàn chỉnh mô hình bãi đỗ xe tự động chín vị trí. Hệ thống phải đảm bảo hoạt động ổn định và chính xác cao. Cơ cấu nâng hạ cần di chuyển mượt mà giữa các tầng và khoang chứa. Nhóm nghiên cứu đặt mục tiêu làm chủ công nghệ điều khiển động cơ bước và cơ cấu trục vít me. Đồng thời, hệ thống phải tích hợp thành công công nghệ nhận dạng RFID qua chuẩn truyền thông UART. Mạch vi điều khiển cần xử lý tín hiệu từ các cảm biến phát hiện vị trí tức thời. Kết quả hiển thị trạng thái hoạt động trên màn hình LCD phục vụ người dùng. Đồ án khẳng định tính khả thi của mô hình tự động hóa trong quản lý phương tiện giao thông.
II. Phân tích vấn đề bãi đỗ và nhu cầu đỗ xe tự động HCMUTE 2023
Tại các thành phố lớn ở Việt Nam, nhu cầu bãi đỗ xe ô tô đang vượt xa năng lực cung ứng hạ tầng. Quỹ đất nội đô ngày càng cạn kiệt khiến việc mở rộng diện tích đỗ xe ngang trở nên bất khả thi. Phần lớn phương tiện hiện nay phải gửi tại các bãi đất trống tạm bợ hoặc đỗ dọc lề đường. Thực trạng này tiềm ẩn nhiều nguy cơ mất an toàn giao thông và cháy nổ. Bên cạnh đó, các bãi xe truyền thống tiêu tốn nhiều nhân lực vận hành và dễ xảy ra tình trạng nhầm lẫn. Việc tìm kiếm chỗ đỗ xe trống gây lãng phí nhiên liệu và phát sinh khí thải. Các mô hình bãi đỗ xe tự động trên thế giới như Tower Parking, Silo Parking hay Rotary Parking có chi phí đầu tư rất lớn. Doanh nghiệp trong nước gặp khó khăn khi tiếp cận công nghệ chuyển giao nước ngoài đắt đỏ. Nghiên cứu tại HCMUTE năm 2023 đã phân tích sâu các rào cản kỹ thuật này. Nhóm tác giả xác định sự cần thiết của việc tự thiết kế hệ thống đỗ xe cơ khí thông minh. Giải pháp công nghệ trong nước giúp hạ giá thành và nâng cao tính chủ động trong bảo trì.
2.1. Thách thức quỹ đất và giao thông đô thị hiện nay
Mật độ phương tiện cơ giới cá nhân tại đô thị đang tăng trưởng với tốc độ chóng mặt. Đất dành cho giao thông tĩnh tại các trung tâm kinh tế chỉ chiếm tỷ lệ rất nhỏ. Tình trạng thiếu bãi đỗ xe hợp chuẩn dẫn đến hiện tượng ô tô chiếm dụng vỉa hè công cộng. Hiện tượng này cản trở người đi bộ và làm tăng nguy cơ tai nạn. Ngoài ra, việc lưu thông lòng vòng tìm điểm đỗ xe làm gia tăng mức độ ô nhiễm không khí đô thị. Khói bụi và tiếng ồn tác động trực tiếp đến sức khỏe cư dân xung quanh. Nhu cầu chuyển đổi từ bãi xe mặt đất sang hệ thống lưu trữ theo chiều đứng là yêu cầu cấp thiết.
2.2. Hạn chế của các bãi đỗ xe truyền thống tự phát
Bãi đỗ xe truyền thống tự phát bộc lộ nhiều nhược điểm nghiêm trọng trong quá trình vận hành. Hiệu suất khai thác không gian của các bãi đỗ xe này rất thấp do chỉ bố trí trên một mặt phẳng. Việc kiểm soát an ninh phương tiện còn sơ sài và chủ yếu dựa vào ghi chép thủ công. Xe cộ thường xuyên đối mặt với nguy cơ trầy xước, mất trộm phụ tùng hoặc hư hại do thời tiết. Tác động của nắng mưa làm suy giảm tuổi thọ ngoại thất và nội thất xe. Đội ngũ nhân viên quản lý phải làm việc liên tục trong môi trường nhiều khói bụi độc hại. Mô hình đỗ xe tự động chính là bước đi đột phá để khắc phục hoàn toàn những nhược điểm tồn tại lâu nay.
III. Phương pháp thiết kế thi công hệ thống đỗ xe tự động HCMUTE
Nhóm nghiên cứu tại HCMUTE đã triển khai thiết kế và chế tạo mô hình đỗ xe gồm 9 khoang chứa độc lập. Khung cơ khí được gia công bằng kim loại cứng vững nhằm chịu lực tải trọng xe mô hình. Cơ cấu nâng hạ chuyển động theo trục thẳng đứng và trục ngang nhờ hệ thống động cơ bước chuyên dụng. Trục vít me đóng vai trò then chốt trong việc truyền động tịnh tiến chính xác tuyệt đối. Động cơ bước cho phép điều khiển vị trí góc quay chính xác mà không cần cảm biến phản hồi phức tạp. Về phần điện tử, mạch điều khiển trung tâm sử dụng vi điều khiển kết nối ngoại vi qua giao thức UART. Thẻ RFID với mã định danh duy nhất được trang bị cho từng vị trí ô đỗ cụ thể. Cảm biến hồng ngoại lắp đặt tại vị trí chờ và trong mỗi ô đỗ để phát hiện sự hiện diện của xe. Màn hình LCD thông báo trạng thái khoang trống và hướng dẫn thao tác gửi xe. Mọi công đoạn thi công đều tuân thủ chặt chẽ các tính toán kỹ thuật cơ điện tử.
3.1. Thiết kế cơ khí và cơ cấu nâng hạ trục vít me
Thiết kế cơ khí đóng vai trò quyết định đến độ bền và tính an toàn của toàn bộ hệ thống. Khung giàn bãi đỗ xe được phân chia thành chín ô đều đặn theo chiều cao và chiều ngang. Cơ cấu nâng sử dụng hệ dẫn động trục Y kết hợp động cơ bước công suất phù hợp. Trục vít me biến đổi chuyển động quay tròn của động cơ thành chuyển động tịnh tiến êm dịu. Bộ truyền động này đảm bảo nâng hạ khay chứa xe đúng cao độ định trước. Hệ thống thanh trượt dẫn hướng giúp triệt tiêu rung lắc trong quá trình nâng chuyển. Nhờ tính toán phân bố tải trọng hợp lý, cơ cấu vận hành mượt mà và không gây kẹt khớp cơ khí.
3.2. Hệ thống điều khiển tích hợp RFID và cảm biến hồng ngoại
Phần điều khiển tự động là bộ não định vị và phân luồng thông tin cho hệ thống đỗ xe. Mỗi ô đỗ tương ứng một thẻ từ RFID có mã ID độc nhất giúp tránh việc lưu trùng vị trí. Đầu đọc RFID giao tiếp với vi điều khiển thông qua chuẩn truyền thông nối tiếp bất đồng bộ UART. Tại vị trí đỗ chờ, cảm biến hồng ngoại chủ động nhận diện khi có xe tiến vào. Tín hiệu phản hồi được truyền về bộ xử lý trung tâm để kích hoạt chu trình nâng. Các cảm biến hồng ngoại bố trí trong từng khoang còn giám sát tình trạng vật cản. Màn hình LCD lập tức phát cảnh báo nếu vị trí đỗ đã bị chiếm chỗ. Quy trình khép kín giúp nâng cao độ an toàn điện tử.
IV. Kết luận về hiệu quả ứng dụng hệ thống đỗ xe tự động HCMUTE
Đề tài nghiên cứu của nhóm sinh viên HCMUTE năm 2023 đã hoàn thành xuất sắc các mục tiêu kỹ thuật đề ra. Mô hình bãi đỗ xe tự động 9 khoang vận hành trơn tru và chính xác trong thực nghiệm. Thời gian gửi và lấy xe diễn ra nhanh chóng, trung bình chỉ mất vài chục giây cho một chu kỳ nâng hạ. Việc tích hợp thẻ RFID và cảm biến quang điện loại bỏ hoàn toàn các sai sót do yếu tố con người. Cơ cấu cơ khí chịu tải tốt và giữ thăng bằng ổn định trong mọi chuyển động nâng hạ. Hệ thống giải quyết hiệu quả bài toán tiết kiệm diện tích mặt bằng bằng cách tối ưu hóa không gian theo chiều cao. Đây là minh chứng rõ nét cho năng lực nghiên cứu ứng dụng thực tiễn của sinh viên ngành Cơ điện tử HCMUTE. Nghiên cứu mở ra tiềm năng lớn để nhân rộng thành các dự án bãi đỗ xe tự động thương mại tại Việt Nam. Công trình đóng góp giải pháp công nghệ thiết thực cho chiến lược xây dựng đô thị thông minh.
4.1. Kết quả thử nghiệm mô hình đỗ xe chín khoang chứa
Quá trình thử nghiệm thực tế khẳng định tính chính xác và độ bền của thiết bị. Khi đưa thẻ RFID vào đầu quét, hệ thống tự động nhận diện mã số ô đỗ tương ứng. Cảm biến hồng ngoại tại vị trí chờ kiểm tra xe trước khi cho phép cơ cấu trục Y kích hoạt. Cơ cấu trục vít me nâng khay chứa xe vào đúng vị trí ô đỗ mục tiêu một cách an toàn. Khi thử đưa một xe khác vào ô đã có xe, màn hình LCD lập tức hiển thị thông báo từ chối. Cơ chế chống đỗ trùng lặp hoạt động ổn định và chính xác tuyệt đối. Cơ cấu nâng tự động trở về vị trí chờ để sẵn sàng cho lượt tiếp theo.
4.2. Tiềm năng mở rộng và phát triển thực tế tại đô thị
Kết quả nghiên cứu mở ra hướng phát triển đầy hứa hẹn cho các bãi đỗ xe thông minh quy mô thực tế. Mô hình 9 ô có thể dễ dàng mở rộng thành quy mô hàng chục hoặc hàng trăm vị trí đỗ. Thiết kế dạng module cho phép linh hoạt lắp ráp tại tầng hầm chung cư hoặc khu vực đất hẹp công cộng. Việc nghiên cứu có thể tích hợp thêm ứng dụng di động để đặt chỗ đỗ xe từ xa. Thanh toán không tiền mặt và nhận diện biển số xe bằng trí tuệ nhân tạo cũng là các hướng nâng cấp tiềm năng. Dự án cung cấp nền tảng kỹ thuật vững chắc cho việc sản xuất bãi đỗ xe tự động nội địa tại Việt Nam.
