Đặt vấn đề Trong thời đại công nghiệp 4.0 và công nghệ AI ngày càng phổ biến trong đời sống, kéo theo việc ứng dụng các công nghệ điều khiển thông minh trên các sản phẩm khoa học công nghệ trở thành một xu thế tất yếu. Ngành sản xuất ô tô cũng không đứng ngoài xu hướng đó. Trong những năm gần đây, khi thế giới có xu hướng dịch chuyển dần sang nghiên cứu và phát triển xe ô tô thuần điện, việc nghiên cứu và ứng dụng các công nghệ điều khiển thông minh trên ô tô đã góp phần tạo nên những chiếc ô tô thông minh với nhiều tính năng tiện nghi và an toàn vượt trội. Trong đó, sự phát triển hệ thống lái trợ lực bằng điện, ngoài việc hỗ trợ tăng mô-men giúp đánh lái nhẹ, còn là cơ sở để thiết kế các chức năng điều khiển tự động dựa trên nền tảng hệ thống lái trợ lực điện như chức năng lái tự động bám theo làn đường (vạch kẻ đường), chức năng tự động điều khiển lái bám theo sự di chuyển của xe phía trước.Các chức năng này sẽ hỗ trợ người lái giảm thiểu rủi ro do những hành vi lái xe của con người không thể xử lý nhanh chóng và chính xác trong các tình huống xảy ra liên tục trên đường hoặc bị giới hạn bởi khả năng cảm nhận, không gian quan sát, thời gian phản xạ và quyết định lực tác dụng của người lái vào các hệ thống điều khiển cơ học.
Hệ thống lái trợ lực điện trên xe giúp khắc phục độ trễ và tăng sự chính xác trong điều khiển chuyển động của xe, từ đó làm giảm bớt những va chạm không mong muốn do hiệu quả điều khiển lái gây ra, đặc biệt ở tốc độ cao. Như vậy những ưu điểm của các hệ thống lái điều khiển điện tử trên ô tô mang lại là rõ ràng và hữu ích. Hiện nay hầu hết xe ô tô du lịch đều ứng dụng các hệ thống lái điều khiển điện tử và một số xe còn sử dụng hệ thống lái không trục lái. Để góp phần vận hành và khai thác có hiệu quả các tính năng ưu việt của ô tô nói chung và hệ thống lái trợ lực điện nói riêng, việc tìm hiểu và phân tích cơ chế hoạt động, thông số kỹ thuật của hệ thống lái là quan trọng.
Do vậy, đề tài thiết kế mô hình hệ thống lái trợ lực điện có giao tiếp máy tính để thu thập các thông tin … hỗ trợ việc học tập, 1 nghiên cứu thành phần cấu tạo, nguyên lý hoạt động cũng như phương pháp kiểm tra chẩn đoán hệ thống lái trợ lực bằng điện trở nên trực quan, dễ hiểu hơn trong quá trình giảng dạy là rất cần thiết và thực tiễn. Tình hình nghiên cứu trong và ngoài nước 1. Tình hình nghiên cứu trong nước Trên ô tô hiện đại, tính an toàn và tiện nghi được đặt lên hàng đầu. Hệ thống lái của ô tô có chức năng thay đổi và ổn định hướng khi ô tô chuyển động an toàn, trước tình hình đó hệ thống lái phát triển dẫn đến hoàn thiện, nên kết cấu càng hiện đại và phước tạp để khai thác và sử dụng thì một số tác giả như: Trịnh Thái Luân [1] đã nghiên cứu “Mô hình hệ thống lái trợ lực điện có giao tiếp máy tính thông qua LabVIEW”.
Nội dung chủ yếu của đề tài này là thiết kế chế tạo mô hình hệ thống trợ lực điện, giao diện mô phỏng trên máy tính được thực hiện bởi phần mềm LabVIEW, chủ yếu thể hiện các thông số như: Điện áp, hiển thị xung và thay đổi tốc độ xe. Các tác giả Vũ Văn Tấn, Đặng Đình Huy [2], nghiên cứu “Hệ thống lái trợ lực điện có motor trợ lực đặt trên trục lái (C-EPS)’’, đã mô phỏng trên miền tần số và miền thời gian cho thấy mức độ ảnh hưởng của các thông số kết cấu đến đặc tính hệ thống. Đối với vận tốc góc quay của trục lái thì tính ổn định không được đảm bảo trong thời gian đầu khi chịu tác động từ vô lăng, mặt đường và motor điện. Khi thay đổi giá trị độ lớn của các thông số kết cấu thì đặc tính của hệ thống lái thay đổi tương đối nhiều.
Lê Thanh Nhàn đã nghiên cứu ‘’Mô hình điều khiển hệ thống lái trợ lực điện’’ [3]. Đề tài đã trình bày tổng quan về hệ thống, bao gồm đặc tính và các tình huống phát sinh khi hệ thống hoạt động gần giống như đang hoạt động trên xe thật và xử lý những sự cố nhằm đảm bảo hệ thống vận hành ổn định. Nhưng cũng tập trung vào ứng dụng vi điều khiển và các đặc tính trợ lực của hệ thống lái để thiết kế thay cho hợp điều khiển. Do đó chưa thể đi vào thực tiễn việc giảng dạy cho học sinh đúng với chuyên ngành.
2 Công trình nghiên cứu của Trần Văn Lợi đã chế tạo ‘’Mô hình hệ thống lái không có trục lái điều khiển’’[4], tác giả sử dụng phần mềm LabVIEW lập trình đồ họa, cho phép tạo và triển khai các ứng dụng điều khiển và giám sát hệ thống một cách dễ dàng và tạo cảm giác lái tương tự như hệ thống lái trên ô tô thực tế. Tuy nhiên, cũng có một số hạn chế cần được xem xét. Truyền động không thông qua trục lái có thể làm giảm tính tin cậy của hệ thống. Ngoài ra, mô hình có giới hạn thí nghiệm và chưa được áp dụng thực tế, điều này có thể làm giảm tính ứng dụng và áp dụng của nghiên cứu (hình 1.
1: Mô hình thiết kế hộp ECU điều khiển hệ thống lái trợ lực điện Các nghiên cứu của Đỗ Sanh và Nguyễn Hồng Vũ cũng đã tạo ra ‘’công trình nghiên cứu hữu ích của động học và ứng dụng động lực học trong hệ thống lái ô tô’’. Tuy nhiên, vẫn còn nhiều thách thức trong việc áp dụng những kết quả nghiên cứu này vào thực tiễn giảng dạy và nghiên cứu trong ngành công nghiệp ô tô của Việt Nam. Công ty Tân Minh Giang đã chế tạo mô hình ‘’Hệ thống lái trợ lực điện điều khiển điện tử với bộ tạo lỗi kết nối máy tính bằng phần mềm số hóa’’ (hình 1. Mô hình này giúp tìm hiểu được các dạng hư hỏng của hệ thống nhưng vẫn chưa thể hiện hình ảnh hoạt động của hệ thống.
2: Mô hình TMG-SS01 [8] Công ty cổ phần thiết bị Sun đã chế tạo mô hình ‘’Dùng để đào tạo về cảm biến mô-men xoắn và bộ phận chẩn đoán rung trên hệ thống lái trợ lực điện’’ (hình 1.3) Thiết bị này đo mô-men cảm giác khi lái xe và đo độ rung của hệ thống, thiết bị giúp nhiều cho học sinh hiểu được cảm giác khi lái xe có trợ lực điện giá trị thiết thực nhưng cũng có hạn chế như nguyên lý hoạt động và tìm pan. 3: Mô hình G-180414 [9] 4 Công ty cổ phần thiết bị SUN đã thiết kế ‘’Mô hình lái điện G-250301’’ (hình 1. Đây là thiết bị trong giáo dục nghề nghiệp, ứng dụng nguyên lý hoạt động, tìm hiểu các chức năng, chẩn đoán tìm pan. Loại này phục vụ cho giảng dạy đáp ứng yêu cầu nhưng giá thành rất cao.
4: Mô hình G-250301 [10] Trung tâm công nghệ DTDAuto đã nghiên cứu chế tạo ‘’Mô hình hệ thống lái điện’’ (hình 1. Thiết bị đầy đủ các phụ kiện cấu thành hệ thống. Thiết bị sử dụng để học nguyên lý, cấu tạo, sửa chữa, luyện kỹ năng chẩn đoán, tìm pan, xử lý lỗi, kỹ năng thao tác trong khắc phục hư hỏng và xác định lỗi. Thiết bị này có đầy đủ các chức năng phục vụ giảng dạy tuy nhiên giá thành rất cao.
5: Thiết bị đào tạo hệ thống lái trợ lực điện [11] 5 Qua các mô hình nhà chế tạo cùng nghiên cứu các thiết bị giảng dạy hiện đại mỗi sản phẩm có chức năng riêng để đưa vào các trường giảng dạy tuy nhiên thiết bị tiên tiến thì giá thành cao. Các trường dạy nghề có kinh phí hạn hẹp nên chưa mua thiết bị mới, với điều kiện này cho thấy việc mua thêm thiết bị còn gặp nhiều khó khăn. Đa số giáo viên trường tận dụng thiết bị cũ và chế tạo làm mô hình dạy học. Tình hình nghiên cứu về hệ thống lái trên thế giới Những công trình nghiên cứu khoa học trong thời 4.0 của các nước phát triển chuyên sâu vào hệ thống an toàn của ô tô như hệ thống phanh, hệ thống lái hiện nay hai hệ thống luôn cải tiến.
Thông thường chuyển sang lái điện và một số nhà nghiên cứu vận hành thí nghiệm sửa chữa và phát triển hệ thống trên mô hình và trên xe thật như: Vlad Popescu, Iuliu Szekely [13] đã nghiên cứu “Hệ thống thu thập dữ liệu không dây dẫn mà sử dụng Bluetooth”, tháng 1 năm 2005, nghiên cứu việc loại bỏ kết nối cáp vật lý giữa hệ thống thu thập dữ liệu và bộ xử lý dữ liệu mang lại sự linh hoạt và mạnh mẽ cho mọi hệ thống, nghiên cứu này khả năng xây dựng một hệ thống thu thập dữ liệu không dây kích thước nhỏ, chi phí thấp với khả năng tiết kiệm được cải thiện. M A C Din [14] đã nghiên cứu “Phát triển bộ chuyển đổi CAN Bus cho hệ thống chẩn đoán trên (OBD-II)”, tháng 12 năm 2019. Nghiên cứu công nghệ CAN-bus Mục tiêu của bài là giảm dây nối và điều khiển hệ thống vật lý, thiết kế để tìm và đánh giá phương pháp nào phù hợp để nhận được kết quả dữ liệu chính xác và tránh dữ liệu bất thường và tốc độ truyền dữ liệu. Mô hình nghiên cứu hệ thống lái (BST104) (hình 1.6) của Ai Cập do các nhà khoa học kỹ thuật máy tính và A.I công nghệ và giáo dục nghề nghiệp đã ra mắt ‘’Mô hình trợ lực lái cơ điện (BST104)’’.
Hệ thống này có đầy đủ các chức năng của xe thật với tất cả các bộ phận cần thiết như khả năng quan sát và hiểu rõ hoạt động của hệ thống trợ lực lái điện hỗ trợ người lái quay bánh xe một cách chính xác. Kỹ năng tìm lỗi của trợ lực lái điện cho học viên bằng cách sử dụng lỗi trên được tạo ra trên phần mềm cung cấp để mô phỏng hầu hết các trục trặc phổ biến nhất của hệ thống. 6: Hệ thống lái trợ lực cơ điện (BST104) [15] Công ty TNHH dụng cụ giảng dạy Chuông Ôn Châu đã chế tạo ra ‘’Mô hình hệ thống lái điện và treo Volkswagen BR-DP6003’’, (hình 1.7) Mô hình có đầy đủ các hệ thống và trên màn hình hiển thị thông số điện áp, đồng hồ kết hợp, công tắc khởi động, mô phỏng tốc độ xe, tạo pan trên phần mềm. 7: Volkswagen BR-DP6003 [16] Chavanod đã chế tạo ‘’Mô hình MT-DAE’’ (hình 1.