Chương 1. TỔNG QUAN ĐỀ TÀI 1. Tính cấp thiết của đề tài Trong những năm gần đây, ngành Công Nghiệp Ô Tô ngày càng phát triển với sự xuất hiện của các công nghệ tiên tiến mới. Đặc biệt, công nghệ điều khiển bằng điện tử dần thay thế các công nghệ điều khiển truyền thống trước đây chẳng hạn như điều khiển bằng cơ khí, thủy lực.
Trong số đó, hệ thống lái trợ lực điện (Electric Power Steering - EPS) đã được trang bị phổ biến trên hầu hết các hãng xe trên toàn cầu. Với cấu tạo đơn giản hơn hệ thống lái trước đây và khả năng điều khiển việc đánh lái chính xác nên hệ thống lái trợ lực điện dần thay thế hệ thống trợ lực thủy lực trước đây và được trang bị trên ô tô hiện đại ngày nay. Ngoài việc mang đến cho người điều khiển cảm giác lái an toàn, hệ thống còn giữ vai trò quan trọng trong việc vận hành các hệ thống hỗ trợ người điều khiển như hỗ trợ giữ làn đường, hỗ trợ đỗ xe tự động và xe tự lái. Cùng với việc phát triển và hoàn thiện ô tô đến mức hoàn hảo nhất thì vấn đề chẩn đoán và sửa chữa cũng ngày càng phức tạp.
Bên cạnh việc cung cấp kiến thức, trải nghiệm thực tế đóng vai trò then chốt trong việc đào tạo nguồn nhân lực cho đất nước trong lĩnh vực ô tô. Trường Đại học Sư Phạm Kỹ Thuật luôn định hướng và cải thiện chương trình đào tạo, đưa các mô hình giảng dạy vào chương trình học tạo điều kiện cho sinh viên được tiếp xúc và làm quen với công nghệ mới. Dưới sự hướng dẫn của thầy Huỳnh Phước Sơn, nhóm chúng em đã chọn đề tài “Thiết kế mô hình hệ thống lái trợ lực điện có giao tiếp máy tính phục vụ giảng dạy” để nghiên cứu. Tình hình nghiên cứu hệ thống lái trợ lực điện trong và ngoài nước 1.
Tình hình nghiên cứu ngoài nước Bên cạnh sự phát triển của khoa học kỹ thuật như chế tạo máy tích hợp các bộ phận điện tử, vô tuyến điện tử hay cho đến các Robot thông minh. Ngành Công Nghiệp Ô Tô đang có những bước phát triển vượt trội thông qua việc tích hợp các công nghệ điều khiển, khoa học mô phỏng và vật liệu mới vào quá trình sản xuất ô tô. 1 Ở các quốc gia với ngành Công Nghiệp Ô Tô phát triển, an toàn chuyển động là vấn đề được các nhà sản xuất đầu tư nghiên cứu. Hệ thống lái và hệ thống phanh được xem là hai yếu tố quan trọng để đảm bảo an toàn chuyển động.
Cho đến thời điểm hiện tại, đã có rất nhiều công trình khoa học được công bố nhằm hoàn thiện hệ thống lái. Nội dung nghiên cứu chủ yếu tập trung vào lĩnh vực động học và động lực học của hệ thống lái bốn bánh (4WS), nhằm nâng cao hiệu quả lái xe và đảm bảo cảm giác lái trên mặt đường. Ngoài ra, các nhà nghiên cứu cũng đã tiến xa hơn trong việc chế tạo các bộ cường hoá tích cực (PPS), nhằm đảm bảo cảm giác lái của người lái. Hơn nữa, các nhà công nghệ luôn tiến tới sự phát triển các kết cấu mới cho hệ thống lái.
Ví dụ, cách tiếp cận trong việc điều khiển góc đặt trục lái và vô lăng (TS) đã được phát triển, tạo ra những tiến bộ đáng kể trong việc cải thiện tính năng và sự linh hoạt của hệ thống lái. Một xu hướng nghiên cứu nổi bật trong ngành Công Nghiệp Ô Tô thế giới là nghiên cứu tích cực để áp dụng các thành tựu của khoa học công nghệ như: điện, tin học và điện tử vào hệ thống lái. Mục tiêu của nghiên cứu là kiểm soát các tính năng và đảm bảo tối ưu hóa các chế độ hoạt động của hệ thống lái. Từ xu hướng này, có thể thấy rõ rằng các nhà nghiên cứu hàng đầu trên thế giới đang nỗ lực tập trung nghiên cứu hệ thống lái với mục tiêu đảm bảo tính dẫn hướng chính xác và hiệu quả.
Một số công trình nghiên cứu: "Development of Electric Power Steering System for Automobiles" (Phát triển hệ thống lái trợ lực điện cho ô tô) - Công trình này do T. Shimizu (2003) thực hiện. Nghiên cứu tập trung vào phát triển hệ thống lái trợ lực điện cho xe ô tô với mục tiêu cải thiện khả năng kiểm soát và tiết kiệm năng lượng. Nghiên cứu "Điều khiển động lực học của hệ thống lái trợ lực điện" của PRASANTH BABU KANDULA tại Đại học Clveland State Universitty vào tháng 08 năm 2010 tập trung vào việc áp dụng một bộ điều khiển Loại Bỏ Những Tác Động Gây Nhiễu (ADRC) cho hệ thống trợ lực lái điện (EPAS) trên xe ô tô.
Mục tiêu chính của nghiên cứu là giảm mô men xoắn được tác động bởi người lái xe, đồng thời đảm bảo cảm giác lái tốt trong điều kiện có sự xuất hiện của các nhiễu từ 2 bên ngoài có thể ảnh hưởng tiêu cực đến hệ thống. Cả kết quả mô phỏng và phân tích trong miền tần số đã chứng minh sự ổn định và hiệu suất xuất sắc của bộ điều khiển ADRC. Một điểm đặc biệt là ADRC chỉ yêu cầu hai thông số điều chỉnh, điều này làm cho quá trình triển khai và điều chỉnh trong thực tế trở nên đơn giản. "Design and Control of an Electric Power Steering System" (Thiết kế và điều khiển hệ thống lái trợ lực điện) - Công trình này do W.
Chen (2011) thực hiện. Nghiên cứu tập trung vào thiết kế và điều khiển hệ thống lái trợ lực điện để đảm bảo sự ổn định và đáng tin cậy trong quá trình lái xe. "Development of Electric Power Assisted Steering System with Variable Gear Ratio" (Phát triển hệ thống lái trợ lực điện với tỉ số truyền biến) - Công trình này do K. Yamamoto (2014) thực hiện.
Nghiên cứu tập trung vào phát triển hệ thống lái trợ lực điện có tỉ số truyền biến, giúp cải thiện độ ổn định và khả năng vận hành của xe. "Design Optimization of Electric Power Steering System Based on Steer-by-Wire Technology" (Tối ưu hóa thiết kế hệ thống lái trợ lực điện dựa trên công nghệ Steer-by-Wire) - Công trình này do H. Song (2017) thực hiện. Nghiên cứu tập trung vào tối ưu hóa thiết kế hệ thống lái trợ lực điện sử dụng công nghệ Steer-by-Wire, giúp cải thiện khả năng tương tác và đáp ứng của hệ thống.
"Development of Electric Power Steering with Active Steering Control" (Phát triển hệ thống lái trợ lực điện với điều khiển lái hoạt động) - Công trình này do Y. Inooka (2019) thực hiện. Nghiên cứu tập trung vào phát triển hệ thống lái trợ lực điện với điều khiển lái hoạt động, giúp cải thiện khả năng ổn định và độ chính xác của hệ thống lái. Tình hình nghiên cứu trong nước Ở những năm trước đây, khi Việt Nam đang trong giai đoạn xây dựng ngành Công Nghiệp Ô Tô với việc tập trung vào lắp ráp và nội địa hóa các cụm chi tiết cũng như phụ tùng ô tô, một số cán bộ khoa học công nghệ đã tiến hành nghiên cứu sâu về hệ thống lái.
3 Ngoài ra, các nhóm cán bộ của các trường đại học cũng đã nỗ lực đáng kể trong việc áp dụng phần mềm chuyên dụng vào quá trình nghiên cứu. Một số công trình nghiên cứu: Tiến sĩ Nguyễn Khắc Trai [6] đã nghiên cứu về lý thuyết quay vòng của hệ thống lái và bộ điều khiển lái điện cho cầu sau 4WS (Four Wheel Steering) trong luận văn của mình. Thạc sĩ Lê Thanh Nhàn [9] đã tiến hành nghiên cứu thiết kế và chế tạo ECU điều khiển trợ lực lái điện (tháng 10 năm 2008). Nội dung nghiên cứu bao gồm việc giới thiệu tổng quan về các hệ thống lái điều khiển trợ lực, đặc tính và các trường hợp hoạt động thực tế của hệ thống.
Mục tiêu của nghiên cứu là lập trình và xử lý các tình huống để tạo ra một hệ thống lái an toàn và tiện lợi. Thạc sĩ Trần Văn Lợi [10] nghiên cứu thiết kế mô hình hệ thống lái không trục lái (tháng 10 năm 2010). Nội dung nghiên cứu tập trung vào ứng dụng phần mềm LabVIEW để điều khiển cơ cấu lái mà không sử dụng trục lái truyền thống. Mục tiêu của nghiên cứu là tạo ra một mô hình xác thực có cảm giác lái tương tự như lái thực tế trên ô tô.
Mặc dù ngành Công Nghiệp Ô Tô ở Việt Nam đang phát triển nhanh chóng và mạnh mẽ, đồng thời hưởng lợi từ tiến bộ về khoa học kỹ thuật và công nghệ thông tin, bênh cạnh đó vẫn tồn tại nhiều thửu thách đối với công cuộc nghiên cứu trong lĩnh vực này. Một trong những thách thức đó là thiếu nguồn đầu tư đủ lớn để duy trì và phát triển nghiên cứu. Ngành Công Nghiệp Ô Tô cũng gặp khó khăn trong việc cung cấp đủ nguồn nhân lực với trình độ cao, phục vụ cho công cuộc cứu để kịp thời theo tiêu chuẩn quốc tế. Tuy nhiên, có điều tích cực là gần đây, tập đoàn VinFast – một tập đoàn lớn hàng đầu tại Việt Nam trong lĩnh vực ô tô đã đẩy mạnh sản xuất và phát triển ô tô mang thương hiệu Việt Nam, tạo ra sự cạnh tranh với các đối thủ quốc tế.
Sự đầu tư của VinFast không chỉ giúp chất lượng sản phẩm được nâng cao mà còn hướng tới việc tăng cường nghiên cứu và phát triển trong ngành Công Nghiệp Ô Tô nước nhà. Đồng thời, đây là cơ hội để tạo ra nguồn nhân lực có trình độ cao phục vụ cho nền Công Nghiệp ô tô nước nhà. Mục tiêu nghiên cứu 4 Dựa trên nền tảng kiến thức lý thuyết về hệ thống lái trợ lực điện và vi điều khiển, kết hợp với mô hình hệ thống lái trợ lực điện có sẵn. Thiết kế modul giao tiếp giữ máy tính với mô hình hệ thống lái trợ lực điện, nhằm thu thập các thông số cần thiết để tiến hành đánh giá.
Bên cạnh đó, thông qua máy tính, người sử dụng có thể trực tiếp quan sát hoạt động của hệ thống thông qua dữ liệu được hiển thị trên giao diện LabVIEW. Nội dung nghiên cứu − Nghiên cứu lý thuyết hệ thống lái trợ lực điện điện – Electric Power Steering (cấu tạo, nhiệm vụ và nguyên lý hoạt động). − Nghiên cứu cơ sở lý thuyết về linh kiện thiết kế hệ thống giao tiếp (modul giao tiếp và App hiển thị). − Nghiên cứu về phương tiện truyền dữ liệu trong LabVIEW.
− Ứng dụng những lý thuyết trên, thiết kế modul giao tiếp giữa máy tính cá nhân và mô hình hệ thống lái trợ lực điện với giao diện giao tiếp bằng LabVIEW. Đối tượng nghiên cứu − Mô hình hệ thống lái trợ lực điện − Hệ thống máy tính giao tiếp với mô hình 1.