HO VAN DAM
NGHIEN CUU UNG DUNG CAC HE THONG KY THUAT CO DIEN TU TRONG OTO VA DE XUAT
GIẢI PHAP MO HINH CHO BAI TOAN CAN BANG TREN XE DU LICH
Chuyén nganh: Su pham ky thuat
LUAN VAN THAC SI KHOA HOC
Trang 2Bản luận văn nay do tôi nghiên cứu và thực hiện dưới sự hướng dẫn của PGS.TS Tạ
Duy Liêm
Tôi xin cam đoan những gì mà tôi viết ra trong luận văn này là do sự tìm hiểu và nghiên cứu của bản thân Mọi kết quả nghiên cứu cũng như ý tưởng của các tác giả khác nếu có đều được trích dẫn đây đủ
Luận văn này cho đến nay vẫn chưa hề được bảo vệ tại bất kỳ một hội đồng bảo vệ
luận văn thạc sĩ nào trên toàn quốc cũng như nước ngoài và cho đến nay chưa hề được công bồ trên bất kỳ phương tiện thông tin nao
Tôi xin hoàn toàn chịu trách nhiệm vê những gì mà tôi cam đoan trên đây
Tác giả
Hô Văn Đàm
LOI CAM ON
Trang 3Cuối cùng tôi xin chân thành cảm ơn gia đình, người thân và đồng nghiệp đã luôn quan tâm giúp đỡ, úng hộ tôi cả vé tinh than lẫn vật chat Tác giả Hồ Văn Đàm MỤC LỤC Trang Trang phụ bìa
Lời cam đOañ c2 23 2121 51552111 1111 5115111111115 1101 0101 11T H01 HH Hài l LỜI Cậim ƠI - 22c S1 1252111121 1121121 11111115111 1111111 10101111 101011 110101 1 H111 Họ 2 Mục lục - - c S1 1111 TH TH TH HH TH TH Hy HH HT TH HH HH HH th 3 Danh mục các ký hiệu, các chữ việt tắt - S2 2.222 reo 6 Danh mục các hình vẽ, đô thị - :-2cc 2c reesreriereerree 7
0005970000 5 10
Trang 4trong những năm tỚI - + + 22113313323 EEE+SSEEeEkkeesrrresee
1.1.3 Xu hướng phát triển của cơ điện tử thế giới -.:-:-cscc 1.1.4 Cơ điện tử là gì 2:2: S2 121212121111 E2 8121111212110 re 1.1.5 Lịch sử phát triễn -:-:-22222+2E21111222E1111222E1EE1.22EExtE.EEererrrree
1.2 Cơ điện tử là một khoa học về hệ thống ¬
1.2.1 Ví dụ về hệ thống cơ điện tử -: 222c2E2E1EcE2EEEEctEErrrrree
1.2.2 Các thành phần của hệ thống cơ điện tử -cccszzzxec 1.2.2.1 Hệ thống cảm biến -222: 2221222221112 tccEEE re 1.2.2.2 Cơ cấu chấp hành 222c2c 2222111222211 tE.Etrerrrrrree 1.2.2.3 Hệ thống xử lý thông tỉn -5222cc+22EEEE+2EEEEEtrrrrrkerre 1.2.2.4 Hệ thống cơ khí và biến đối năng lượng 1.2.2.5 Các hệ thống khác -:©222 2222111112221 crrrek 1.2.3 Câu trúc chung của hệ thống cơ điện tử -ccccczrexscc 1.3 Những khả năng ứng dụng của cơ điện tử trong công nghệ cao nói chung và trong công nghệ ôtô hiện đại nói riêng -
1.3.1 Những khả năng ứng dụng của cơ điện tử trong công nghệ cao 1.3.2 Những khả năng ứng dụng của cơ điện tử trong công nghệ
ôtô hiện đạt c1 1111 111 Hy HT HH1 HH1 HH HH HH Ha
Chương 2 NGHIÊN CỨU CAC HE THONG CO ĐIỆN TỬ ỨNG DỤNG TRONG KỸ THUẬTT ÔTÔ 522222225122221122511222212EEeEEeee
2 1 Cơ điện tử trong ÔIÔ c1 2 x1 E221111112121111111E11 11111 EEEEEEtrreo 2.1.1 Xu hướng tích hợp công nghệ cơ điện tử trong Ơtơ 2.1.2 Các thành phân cơ điện tử trong Ơtơ - 2 2 cv cxvrrxsrrrrred 2.1.3 Hệ thông trợ giÚp -cc:222211c2222212222ttEE.Etrrrrerrrrrree 2.1.3.1 Hệ thống tự động cân bằng ESP cc¿222Excecrrrrree 2.1.3.2 Hệ thống chống bó cứng phanh ABS -cc:zze¿ 2.2 Dao động và cân băng dao động -5222 s22 crcrek "3P Go 0 .‹-1II 2.2.2 Các thiết bị giảm chắn của xe Ơtơ -2222cc2E2E1EctccEEEErrrre 2.2.2.1 NhÍp Xxe S1 121212111122 101511121111111 181812111111 ưu
2.2.2.2 Giảm Xxóc ÏÒ XO - c 11T SH 1n v TH TK TH TH TH TH Hy ngưng
2.2.2.3 Giảm xóc khí - thủy lực ccchehrerrrrrrree
2.3 Hệ thông giảm xóc hiện đại - 2 2211111222211 krrreerxka
Chương 3 THIẾT LẬP CÁC MÔ HÌNH HE THONG CHO BAI TỐN DAO ĐỘNG VÀ CÂN BẰNG DAO ĐỘNG TRÊN ÔTÔ
Trang 53.2 Hệ thông giảm xóc tự động - - S: 22t 212212 21a 71 3.3 Hệ thống giảm xóc bán chủ động :-:+222E12+22E211E22EEExcrree 73 3.3.1 Các phương pháp điều khiến 222222222221222222 te 73
3.3.2 Điều khiển Skyhook 222cc22221%2222E111222211EE222ECE.Errrrree 75
3.3.3 Điều khiển Groundhook -. +: sssss St EvEEtE9EEEESEEEEEEEEEEEEEEEErreei T7
3.4 Mơ hình tốn học của hệ thống giảm xóc bị động - 78
3.4.1 Hệ thông giảm xóc bị động TH T ng K1 TS 11111102111 kkt 78 3.4.2 Dao động của hệ thông với kích động điêu hồ 79
3.5 Mơ hình toán học của hệ thống giảm xóc bán chủ động 82
3.5.1 Mô hình hê thống giảm xóc bán chủ động - ¿+22 sec 82 3.5.2 Hệ thống Skyhook -52222c+222E1E:122221111222111x2227EEtEE.EExrctrryee 83
3.5.3 Hệ thống GroundhOoOK - c1 12111111 111111 86 Chuong 4 THIET KE HE THONG GIAM XOC BAN CHU DONG 90
4.1 Thành phân của hệ thống giảm xóc bán chủ động 5-5-5: 90
4.1.1 Cảm biẾn - 52-5221 1921221221211211212121121121111211211211212121121 re 90 4.1.2 Giảm chân biến đổI +5: S21 212212112112121221211212121.2 c2 91
4.1.2.1 Giảm chân van thay đỔi ST SE SE 2E 2xx EEEEEErksrerrree 92
4.1.2.2 Giảm chân từ biến 2-52 522521 212212112122121 1122121 xe 92
4.2 Câu trúc và hoạt động của hệ thống giảm xóc bán chủ động 95 4.2.1 Câu trúc của hệ thống - 2s tt 1S EEEE1211111111E 11715111 Errrrkd 94
4.2.2 Hoạt động của hệ thống ¬ 96
KẾT LUẬN . -5:- 5 12212212112112112112112112111111112112121121211212121 212 ra 97 TÀI LIỆU THAM KHẢO 22-5222 212212212212212112112112112112112121 21 xe 100
DANH MỤC CÁC KỸ HIỆU, CÁC CHU VIET TAT
Viết tắt Tiếng Anh Tiếng Việt
Hệ thông tự động điều chỉnh ôn ABC Automatic Body Control
dinh toan xe
ABS Anti - block Brake System Hệ thông phanh chống bó cứng
Thay đổi độ rộng và góc quét của
AFL Adaptive Forward Light
đái sáng theo hướng xe chạy
ASR Anti - Spin Regulation Hệ thống kiêm soát độ bám
Trang 6C Computer Intergrated Hệ thông gia công điêu khiên IM ` Cg
Manufacturing băng mạng vi tính kêt nôi
Differential Global Possitioning , l l ¬
DGPS Hệ thơng định vị tồn câu sai phân
Systems
7 Chương trình quản lý độ ôn định ESP Electronic Stability Program ` băng điện tử FMS Flexible Manufacturine System | Hệ thông tự động linh hoạt Micro Micro Electro Mechatronic System | Hệ vi cơ điện tử MEMS
Nano Electronics Mechatronics ¬ l
NEMS Hệ thông siêu v1 cơ điện tử
System
Hệ thông điêu khiên khả năng bám TCS Traction Control System duong VDC Vehicle Dynamic Control Hệ thông điêu khiên động lực ôtô DANH MỤC CÁC HỈÌNH VẼ, ĐÔ THỊ Trang
Hình 1.1 Các tiêu chí cơ bản của những hình thái sản xuất — Đặc trưng
của nên kinh tế tri thỨc 2222c+2E21551222111112271112212E1t.222E Errerrre 16
Hình 1.2 Cơ điện tử, khoa học của nhiều ngành nghiên cứu 24 Hình 1.3 Lịch sử phát triển của các hệ thống kỹ thuật từ cơ khí thuần ` túy đến các hệ cơ điện - tử ngày nay 25s: 22 tt 2222112222 tcE.Errerrriee
Hình 1.4 Sơ đồ thành phần của hệ thống cơ điện tỬ -ccccccssces 28
Hình 1.5 Mô hình cảm biến (Sensor) - 22:2 22221312255112225111222315223x 28 Hình 1.6 Mô hình cơ câu chấp hành (Actuafor) cc¿-222csccstzzxecrei 29 Hình 1.7 Cụm cơ cấu chấp hành cơ bản -2cs:2222EEc22EEEEcEEEEEerrrrre 29
Hình 1.8 Sơ đồ khối của một bộ vi điều khiễn 222222ccccc2 30
Hình 1.9 Sơ đồ khối của bộ vi xử lý s22 E212 EE SE teen 31
Hình 1.10 Sơ đồ cấu trúc của hệ thống cơ điện tỬ -c sec 33
Hình 1.11 Cơ điện tử trong điều khiển chạy dao của máy công cụCNC 35 Hình 1.12 Robot HRP-3 Promet Mk-II đang đi giỗng y như người 36
Hình 1.13 Mẫu robot “Asendro” một thế hệ robot bảo vệ mới nhất 37
Hình 2.I Sử dụng Rada đo khoảng cách và vận tôc đê tự động điêu chỉnh khoảng 45 cách giữa các xe ôtô
Trang 7Hình 2.5 Sự phát triển của các hệ thống an toàn cơ điện tử trong ôtô và khuynh hướng của nó - ¿55-55
Hình 2.6 Hệ thông tự động cân bằng ôtô (ESP) 222cccczzErcrcrree Hình 2.7 Hệ thông chống bó cứng phanh (ABS)
Hình 2.8 Sơ đỗ khối của hệ thông điều tiết Distronic —
Hình 2.9 Đặc tuyến áp lực phanh theo thời gian với hệ thống trợ giúp thuỷ Hình 2.10 Các phương án cơ bản của bộ phanh thuỷ lực ABS
Hình 2.11 Hệ thống phanh co điện tử "Elektromechanische Bremse”
Hình 2.12 Bộ cảm biến số vòng quay của bánh xe với hiệu ứng cảm ứng điện tỪ - kcc TS HH HE H1 HH He Hình 2.13 Nhíp xe ôtô
Hình 2.14 Gảm xóc kết hợp với xỉ lanh dâu 2-cc222EEcttEEExercrree Hình 2.15 Giảm xóc khí nén - thủy lực
Hình 2.16 Hệ thông treo khí nén Airmatic cua Mecerdes ccccccccccceccccceeees Hình 3.1 Xe ôtô du lịch với hệ thông giảm xóc trước vả sau -
Hình 3.2 Hệ thống giảm xóc trên một bánh
Hình 3.3 Xe ôtô du lịch với nhiêu bộ phận và chi tIẾT à Tnhh nree Hình 3.4 Mô hình bốn bánh của hệ thông giảm Xóc 22c ccccvzvzce2 Hình 3.5 Mô hình 2 bánh với hai bánh bên (a) và hai bánh đồng trục (b) Hình 3.6 Mô hình một bánh (một phân tư ôtô) của hệ thông giảm xóc
Hình 3.7 Hệ thông giảm xóc LEM của hãng Bose .-c + 55255: Hình 3.8 Mô hình một phân tư ôtô - 22222: 222EEE+2E25112222E111222EEEcxrEe Hình 3.9 Điều khiến Skyhook, ý tưởng (a) và thực hiện (b)
Hình 3.10 Điêu khiên Groundhook, ý tưởng (a) và thực hiện (b)
Hình 3.11 Hệ thống giảm xóc bị động
Hình 3.12 Hệ thông bị động với kích động điều hòa - ¿+
Hình 3.13 Các dao động của thân xe và bánh xe theo thời gian
Hình 3.14 Hệ thông giảm xóc bán chủ động 2-25 222cc scscsxsrsrse2 Hình 3.15 Dao động thân xe và bánh xe của hệ thông Skyhook
Hình 3.16 Dao động của thân xe và bánh xe của hệ thông Groundhook
Hình 4.1 Cảm biễn gia tốc TI CAS
Hình 4.2 Sơ đồ nguyên lý của giảm chắn van điều khiển -¿
Hình 4.3 Tính chất của chất lỏng từ biến LH 12 re Hình 4.4 Sơ đô nguyên lý của giảm chân MR
Hình 4.5 Giảm chân Delphi MagneRide của hãng Delphi -
Trang 8thực sự bao trùm lên mọi diện mạo của thế giới hiện đại Cơ điện tử thực chất là một công
Trang 9phương pháp giải quyết những vấn đề kỹ thuật tổng hợp Công nghệ này đã tạo ra nhiều sản phẩm mới và cung cấp giải pháp tăng hiệu quả và tính năng của thiết bị công nghiệp, dân dụng Từ đó đến nay, cơ điện tử đã phát triển không ngừng, nhất là khi kỹ thuật vi xử lý ra đời đã làm cho cơ điện tử có vai trò quan trọng trong khoa học và công nghệ Sản phẩm cơ điện tử ngày càng tích hợp trong nó nhiều công nghệ cao hơn, mức độ thông minh ngày càng mạnh và kích thước ngày càng được rút gọn Trong tương lai, sự phát triển của
hệ cơ điện tử sẽ được thúc day boi su phat triển của các lĩnh vực có liên quan Những tiến bộ trong lĩnh vực truyền thống cũng sẽ tạo động lực cho sự phát triển của hệ cơ điện tử
thông qua việc cung cấp những "công nghệ khả thi" Chắng hạn, việc phát minh ra bộ vi xử lý đã có ảnh hưởng sâu rộng đến quá trình tái thiết kế hệ cơ khí và quá trình thiết kế mới hệ cơ điện tử Chúng ta nên hy vọng vào những tiễn bộ không ngừng của bộ vi xử lý và bộ vi
điều khiển, sự phát triển của bộ cảm biến và cơ câu chấp hành dựa trên việc ứng dụng những tiến bộ của hệ thống v1 cơ điện tử MEMS "Micro Electronics Mechanics System”
và hệ thống siêu vi cơ điện tử NEMS "Nano Electronics Mechatronics System", cdc phương pháp điều khiến thích nghi và phương pháp lập trình tốc độ xử lý của máy tính, công nghệ mạng và công nghệ không dây, kỹ thuật gia công được trợ giúp bởi máy tính CAE (Computer Aided Engineering) dùng cho việc lập mô hình hệ thống tiên tiến, tạo mẫu ảo và thử nghiệm Sự phát triển nhanh chóng trong những ngành này sẽ giúp tăng tốc độ
phát triển các sản phẩm thông minh Mạng Intermet là một công cụ khi được ứng dụng kết
hợp với công nghệ không dây cũng sẽ có khả năng tạo ra những sản phẩm cơ điện tử mới Khi những phát triển trong thiết bị tự động đã cung cập cho chúng ta ví dụ sinh động về sự phát triển của Cơ điện tứ, thì có hàng loạt các ví dụ về các hệ thống thông minh trong tất cả các lĩnh vực của đời sống xã hội, bao gồm thiết bị gia dụng thông minh, trong lĩnh vực "thiết bị thân thiện với con người" (thuật ngữ do H.KobayashiGuest Editoria),
IEEE/ASME Transactions on Mechatronics, Vol.2No.4,1997,P.217 đưa ra) chúng ta có thê
Trang 10Trong luận văn này tôi nêu một phần ứng dụng cơ điện tử trong ngành cơ khí ơtơ Ơtơ đã ra đời từ hơn một trăm năm nay và ngày càng trở đáp ứng tốt hơn nhu cầu của con người Với rất nhiều bộ phận, có sự đóng góp của cơ khí, điện, điện tử, điều khiển, công
nghệ thông tin, vật liệu mới, Ơtơ hiện đại là một sản phẩm kết hợp của rât nhiều ngành
khoa học kỹ thuật Sẽ là rất khó khăn cho việc thiết kế nêu tách riêng các hệ thông của ôtô thành các lĩnh vực khoa học kỹ thuật riêng biệt khác nhau Giải pháp cho vấn đề đó, cơ
điện tử ra đời đóng vai trò là một khoa học về hệ thống có khả năng kết nối các ngành khoa
học kỹ thuật, ngày càng đóng góp phan lớn vào các ngành công nghiệp nói chung và công nghiệp ơtơ nói riêng Bài tốn cân băng ôtô mà trọng tâm là hệ thống giảm xóc là một trong những vân đề quan trọng trong thiết kế ôtô Với lịch sử phát triển lâu dài cùng với nhiều cải tiến đáng kể, các hệ thống giảm xóc thông thường vẫn không thể nào đáp ứng tốt cả hai yêu cầu chính của bài toán cân băng, đó là sự thoải mái và an toàn sự mâu thuẫn giữa hai chỉ tiêu đó dường như là một giới hạn khó vượt qua cho tới khi các yếu tố điều khiển tự động được áp dụng vào hệ thống giảm xóc
Một thế hệ giảm xóc tự động mới ra đời là kết quả của sự vận dụng cơ điện tử vào bài
toán cân băng dao động Băng phương pháp mô hình hóa và mô phỏng, tôi bước đầu nghiên cứu ứng dụng của cơ điện tử để giải quyết bài toán cân băng trên xe ôtô du lịch Bên cạnh đó tiếp cận với phương pháp điều khiển hệ thống giảm xóc Groundhook và Skyhook dựa trên phương pháp mô hình hóa và mô phỏng
Trang 111.1.1 Vai trò của các công nghệ tích hợp trong nên sản suất hàng hố cơng nghệ cao của thời kỳ kinh tế trí thức
Trong nên kinh tế trí thức đòi hỏi một trình độ tư duy và tác phong công
nghiệp hiện đại, sẵn sàng đáp ứng và đáp ứng một cách hiệu quả các yêu cầu
mới đặt ra của nền kinh tế trí thức, vận hành trong thời đại văn minh tin học
Trong thập niên 70 của thế kỷ trước, nền "Văn minh ống khói" đã đạt tới
đỉnh cao khi thế giới công nghiệp xuất hiện hình thái tổ chức sản xuất dưới
dạng các tập đoàn siêu quốc gia, các tổ hợp công nghiệp lớn, tập trung quyền
lực trên các lĩnh vực chuyên ngành và khu vực thị trường xác định Đó là
những gã không lồ, những con khủng long của kỷ nguyên đại hồng thuỷ (sản xuất hàng hoá loại lớn và hàng khối) Sai lầm lớn nhất của các hình thái tổ chức sản xuất này là ở tính độc cực trong phân công quốc tế về công nghệ và thị trường Chính sự độc quyên trong trong tiến trình phát triển đã trở thành
rào cản, hạn chế sức cạch tranh và năng lực sáng tạo của các lực lượng khoa học - Công nghệ Lao động kỹ thuật, nhất là lao động trí tuệ bị lãng phí hoặc bị kìm hãm; vật tư năng lượng bị lạm dụng đến mức phương hại tới môi
trường sinh thái và trên phương diện kinh tế, những gã không lồ này "khiêu
vi" , với vòng quay "đâu tư - hoàn vốn - lợi nhuận - tái đầu tư mở rộng" một
cách chậm chạp Cơ hội ứng dụng các tiến bộ khoa học kỹ thuật bị o bề, phản
ứng với các biến động thị trường một cách thụ động dẫn tới các giải pháp phi lý như đầu cơ, phá giá, thậm chí có lúc phải huỷ hoại cả sản phẩm để duy dưỡng thị trường
Trong "văn minh tin học”, tính mở và tính toàn cầu của sản xuất xã hội đã
Trang 12các tiêu chí phát triển bền vững, bảo vệ môi trường sinh thái và nâng cao tối
đa hàm lượng tri thức trong một đơn vị sản xuất
Nhiêu hình thái tô chức sản xuất mới ra đời trong đó, tính năng động linh hoạt và mềm dẻo, nhất là khả năng phản ứng mau lẹ, cực kỳ nhạy bén đối với thị trường của các hình thái tổ chức sản xuất này vừa là lợi thế vừa là những thách thức rất cao đôi với con người công nghiệp
Rõ ràng, nên kinh tế trí thức có những đặc trưng riêng biệt, độc đáo mà từ trước tới nay chưa hề có một hình thái kinh tế xã hội nào đạt được Đặc thù của kinh tế trí thức thể hiện trước hết ở sự tăng cao của hàm lượng tri thức trong một đơn vị sản phẩm Quá trình chuyển dịch cơ cấu công nghệ thể hiện
rất rõ khuynh hướng phát triển này
Tiến trình chuyền địch công nghệ này dựa trên các cơ sở:
- Vai frò quan trọng của công nghệ cao, đặc biệt là công nghệ thông tin
- Khoa học trở thành lực lượng sản xuất trực tiếp
- Thời gian thực hiện cơng nghiệp hố rút ngắn
- Nhân lực kỹ thuật nhanh chóng được trí thức hoá
- Cơ cầu kinh tế, hệ thống tô chức xã hội có những thay đôi cơ bản
Vì vậy sự phát triển công nghệ cao và công nghiệp công nghệ cao trong thời đại ngày nay, không phải chỉ đơn thuần là việc vạnh ra chiến lược phát
triển khoa học và công nghệ, mà là sự nghiệp phấn đầu vươn tới một nền văn
minh mới của nhân loại: nền văn minh tin học của kỷ nguyên kinh tế trí thức Đổi mới thông qua công nghiệp hoá và hiện đại hoá đất nước trước hết phải là sự đối mới của ý thức tư duy bởi tư duy sáng tạo chính là nguồn lực của đối mới
Định hướng phát triển công nghệ cơ điện tử cũng khơng nằm ngồi quy
Trang 13Gan 20 năm đổi mới đã và đang diễn ra trên đất nước ta, quá trình chuyên dịch công nghệ cũng đã chứng minh rằng lợi thế phát triển có tính hiện thực lớn nhất của Việt Nam lại chính là nguồn lực con người Đất nước Việt Nam, con người Việt Nam - không có con đường nào khác - đã và đang hội nhập với tiễn trình phát triển gia tốc hoá ngày càng tăng của nhân loại tiễn tới nền
kinh tế trí thức
Cùng với quá trình chuyên giao công nghệ mang tính toàn cầu ý thức tư duy và tác phong công nghiệp hiện đại, có tính chuyên nghiệp của lực lượng lao động tiên tiễn bên ngoài cũng có điều kiện thâm nhập, làm thay đổi những
tập quán tư tưởng như cô hữu của lực lượng lao động Việt Nam, cải thiện
đáng kế chất lượng lao động và phẩm chất nghề nghiệp của con người Việt Nam công nghiệp, chính đó là cơ sở đáng tin cậy để xây dựng các cơ chế và chính sách phát triển các hướng công nghệ cao và công nghiệp công nghệ cao
trong chiến lược phát triển khoa học và công nghệ Việt Nam đến năm 2010 Vai trò của công nghệ Cơ - Điện tử phục vụ mục tiêu của cơng nghiệp
hố, hiện đại hố rút ngắn
Cơng nghệ Cơ - Điện tử và sản phẩm của nó thuộc phạm trù công nghệ Lcd Dn tee se cao, mang dac tht“ Ham luong trí thức trí thức tiều ngành kỹ thuật trọng điểm của nên kinh tế Kinh tế tri thức (văn minh tin học)
Thiết bị, Nguyên liệu,
Trang 14Kinh tế công nghiệp
(Văn minh ông khói)
1.1.2 Mục tiêu, phương hướng nghiên cứu phát triển cơ điện tử ở Việt Nam trong
những năm tới
Chưa nói đến vi cơ điện tử, nanô cơ điện tử vốn đã lôi kéo rất nhiều ngành liên quan, trong thể ký XXI, chúng ta sẽ chứng kiến nhiều hơn nữa sự phát triển tương hỗ rất mạnh của nhiều ngành khác xoay quanh cơ điện tử: quang-cơ điện tử (opto-mechatronics), sinh học-cơ điện tử (bio-mechatronics), khoa học không gian, Một số ứng dụng tiêu biểu của cơ điện tử - tiêu điểm của các ngành: trong ngành hàng không - vũ trụ (quân sự và dân sự):
cơ điện tử rất tự nhiên từ lâu là động lực phát triển chính Các hệ thống lái tự động định vị
tự động, phát hiện tránh đường, điều phối không lưu, và rất nhiều kỹ thuật, trang thiết bi mới, tinh vi đã ra đời sớm nhất trong ngành này Tuy nhiên, do đặc thù riêng mà không được phổ biến rộng rãi trong công nghiệp nói chung Cũng vậy, với kỹ thuật quân sự: các hệ thống vũ khí, khí tài do thám, tấn công thông minh, phòng thủ phản ứng nhanh (các hệ
thống tên lửa đánh chặn, tìm diệt, ) và rât nhiều bí mật quân sự khác thực sự từ lâu đã được phát triển theo lối tiếp cận cơ điện tử hiện đại, chứ không phải đến khi nó được dé
xuất và nghiên cứu sau này trong dân dụng Trong ngành cơ khí: rôbốt, máy công cu CNC,
hệ thống đo 3D phục vụ kiểm tra chính xác cao hoặc cho thiết kế ngược Trong ngành tự
Trang 15tối ưu hoá, cung cấp công cụ cho tạo mẫu nhanh, sản xuất phân tán kỹ thuật số, phần mềm điều khiển nhúng, các hệ thống giám sát và định vị tồn cầu, Trong cơng nghiệp tiêu
dùng: điều hoà kỹ thuật số, lò vi song, nồi cơm điện, máy giặt, tủ lạnh thông minh Trong
công nghiệp ôtô: các hệ thống lái tự động, các hệ thống an toàn kiểu mới Trong y sinh
học: thiết bị xét nghiệm, chân đoán, điều trị, phục hồi chức năng, cùng với việc tích hợp
các công cụ khai thác thông tin, dữ liệu di truyền sinh học để kiểm soát tổng thể các phương tiện chăm sóc sức khoẻ (ứng dụng máy ghi nhiệt và trí tuệ nhân tạo để phát hiện sớm khối u; tạo môi trường ảo để phục hồi từ xa cho người già bị giảm nhận thức; các công cụ có trợ giúp bởi máy tính đề phân tích chứng bệnh tim mạch, châm cứu, ),V.V
Có thé nhận thấy, cơ điện tử là phạm trù rộng, chúng ta cần đặt mục tiêu nghiên cứu phát triển cơ điện tử của nước ta trong những năm tới là có những sản phẩm chiến lược Việc lựa chọn phương hướng nghiên cứu cơ điện tử cần có hiệu quả mang tính đi tắt đón đâu, do vậy có 3 lĩnh vực chúng ta cân phải làm chủ băng được, đó là:
Sản phẩm cơ điện tử trong tiêu dùng: Những đồ gia dụng ví dụ: thiết bị cảnh báo, bếp tir, dau VCD, may giặt, máy ảnh số, là những mặt hàng mang tính thông minh nhưng không quá phức tạp về câu hình Sự thông minh năm nhiều ở phần điều khiển (cứng và mềm của thiết bị), phần mà theo nhận định của nhiều chuyên gia là thuộc năng khiếu của người Việt Nam Mặc dù về giá trị kinh tế không thật cao, nhưng do là vật dụng thông dụng nên lương tiêu thụ (với đất nước gần 86 triệu dân) là lớn
Thiết bị và hệ thống cơ điện tử trong công nghiệp: Khá nhiều thiết bị công nghiệp ví dụ như máy công cụ CNC, trạm trộn bê tông tự động, dây chuyên sản xuất xi măng, hệ thông hút bụi công nghiệp đã là kết quả nghiên cứu từ các đề tài nghiên cứu KHCN và đang được triển khai tốt trong đời sống sản xuất Có thể nhận thấy rằng chúng ta có thê thiết kế, tích hợp tốt thiết bị công nghiệp thông minh Nhược điểm của chúng ta là khâu chế tạo
Tuy nhiên trên thể giới, không một nước nảo, Hãng nào lại chế tạo một hệ thống từ A-Z,„
theo xu hướng chung này chúng ta sẽ tuyển chọn đâu là những vấn dé can dau tu dé co thé chiếm thị phần lớn trong sản phẩm cơ điện tử loại này
Trang 16xạ, hệ thống quang học, hệ thống cảm biến —- nhận dạng, công nghệ thông tin - xử lý anh, ) ma con có hiệu ứng đomino đến các lĩnh vực khác như sinh hoá, chân đoán, trị
liệu
Phương hướng nghiên cứu cơ điện tử của chúng ta có thể tập trung vào kỹ thuật tích hợp hệ thống từ các mô đun tiêu chuẩn hoá, đâu tư vào nghiên cứu thiết kế hệ điều khiển và phần mềm, chế tạo một phân cấu hình vật lý và phần cứng điều khiển tương thích 1.1.3 Xu hướng phát triển của cơ điện tử thế giới
Xu thế của cơ điện tử trên thế giới là tích hợp trong đó ngày càng nghiều công nghệ cao, làm cho trí tuệ của sản phẩm ngày càng thông minh hon trong một kích thước sản phẩm ngày càng nhỏ hơn, tiêu tốn nguyên liệu ngày một it hơn
Một số công nghệ mới đóng vai trò quan trọng trong các sản phẩm và hệ thống cơ điện tử trong thời gian tới, là công nghệ mạng máy tính nhúng và công nghệ vật liệu mới Với công nghệ mạng máy tính nhúng các sản phẩm
cơ điện tử sẽ có chức năng hội thoại và hợp tác phối hợp thực hiện được nhiều nhiệm vụ có độ phức tạp cao hoặc đồng thời ở nhiều địa điểm trên diện rộng Công nghệ vật liệu mới cho ta những vật liệu có đặc tính như điều khiển được
hoặc có khả năng biến dạng để chế tạo các cơ cấu chấp hành hoặc cấu trúc cơ
khí không gian 3 chiều phong phú cho sản phẩm cơ điện tử
Công nghệ micro/nano nhằm thu nhỏ các thiết bị máy móc xuống kích thước của phân tử cho các sản phẩm công nghệ trong tương lai Với việc điều khiển chính xác các nguyên tử và phân tử, con người có thể chế tạo ra các
cảm biến mới, các vật liệu nhân tạo thông minh, các robot/máy kích thước
micro, các hệ thống thông minh cực nhỏ v.v Tuy nhiên công nghệ nano còn nhiều thách thức mà hiện nay con người chưa giải quyết được Sự hiểu biết cơ chế hoạt động, điều khiến ở kích thước nano còn chưa hồn hảo, cơng nghệ điều khiến nano còn chưa phát triển Các nghiên cứu về mỉcro/nano
Trang 17Xu thế nhỏ hóa thiết bị máy móc đang là xu hướng tiến hóa các sản phẩm ở hầu hết các sản phẩm công nghiệp như các thiết bị điện tử gia dụng (máy
điều hòa, lò vi sóng, máy giặt ), các thiết bị truyền thông các thiết bị y tế,
các phương tiện giao thông, các hệ thống điều khiến, các dây chuyên công nghệ Sự phát triển của công nghệ vi điện tử ngày càng nhỏ với chức năng ngày càng mạnh và giá thành ngày càng rẻ cho thấy khả năng phát triển của các sản phẩm nhỏ gọn và có nhiều tính năng phong phú, vượt trội
Xu thé thông minh hóa các sản phẩm cơ điện tử được thê hiện ở việc phát
triển trí thông minh cho các sản phẩm Các nghiên cứu về trí tuệ nhân tạo, mạng nơron, hệ chuyên gia, giải thuật gen, các phương pháp xử lý song song đang là hướng nghiên cứu thời sự cho các hệ điều khiển thông minh áp dụng cho các sản pham co điện tử tương lai, với việc xử lý trong thời gian
thực các tín hiệu của cảm biến âm thanh, hình ảnh, tiếng nói, các cảm biến tiếp xúc như lực, momem v.v sẽ tạo ra các sản phẩm cơ điện tử có khả năng đối thoại và tự suy diễn, ra quyết định, tự thích nghi với môi trường như
những sinh vat song 1.1.4 Co dién tu la gi
Thuật ngữ cơ điện tử được hình thành vào năm 1969 do 6ng Tesuro Mori
người Nhật Bản, Tổng giám đốc của Công ty Seibu Electric and Machinery nêu ra, khi ông đề xuất một công nghệ mới sản xuất các máy công cụ tiên tiến
với sự kết hợp chặt chẽ giữa cơ khí và điện tử Ban đâu, Cơ điện tử dùng để
chỉ các hệ thống chỉ có thành phần cơ khí và điện tử-không yêu câu sự tính
toán Ví dụ như cửa trượt tự động, máy bán hàng tự động, hệ thống mở cửa
gara Như vậy, bước đầu công nghệ cơ điện tử đã tạo ra nhiều sản phẩm mới cũng như
cung cấp một giải pháp tăng hiệu quả và tính năng của các máy móc thông dụng trong đời sống con người Từ đó đến nay cơ điện tử có sự phát triển không ngừng và đóng vai trò quan trọng trong khoa học công nghệ, nhất là từ khi kỹ thuật vi xử lý ra đời vào những
Trang 18quán trong các tài liệu cũng như trong cách hiểu của mọi người Đã có không ít các cách
hiểu đơn giản như: Cơ điện tử là một hệ thống kỹ thuật có các thành phan cơ khí, điện, điện tử, máy tính, các cụm cảm biến đo lường, các bộ phận điều khiển và điều chỉnh Một số lại hiểu sản phẩm cơ điện tử là một thiết bị có thêm phần điều khiển điện tử và
phần mềm thay thé một phần chức năng của phần cơ khí trước đây Cách hiểu này dẫn đến suy nghĩ rằng Cơ điện tử không có gì mới mà chỉ đơn thuần là sự kết hợp các lĩnh vực khoa học công nghệ có sẵn Với các quan niệm như thế các chuyên gia trên thế giới đã đưa
ra một số định nghĩa khác nhau về Cơ điện tử:
Đầu tiên là định nghĩa của Yasakawa Electric Company được dua vao trong các tài
liệu xin bảo hộ thương hiệu vào năm 1972: “Thuật ngữ Mechatronics (Cơ điện tử) được
tao thanh béi tir “Mecha” trong Mechanism (co cau) va “Tronics” trong electronics (dién tử) Nói cách khác - công nghệ và các sản phẩm phát triển sẽ ngày cảng hợp nhất một cách mật thiết và hữu cơ các thành phần điện tử vào trong các cơ câu và rất khó có thê chỉ ra ranh giới giữa chúng” |2, 4|
Việc tích hợp chặt chẽ và hữu cơ ngày càng nhiều các lĩnh vực chuyên môn khác nhau vào trong máy móc làm ta không biết đâu là điểm bắt đầu cũng như điểm kết thúc của quá trình tích hợp
Sự tiến bộ của công nghệ theo thời gian, nhất là sự phát triển của máy tính làm cho định nghĩa Cơ điện tử thay đổi Năm 1996 Harashima, Tomizuka và Fukada (Nhật Bản)
quan niệm “Cơ điện tử là sự tích hợp của kỹ thuật cơ khí, cùng với điện tử và điều khiển
máy tính thông minh trong thiết kế và sản xuất các sản phẩm và quá trình công nghệ” [3] Cũng vào thời gian đó Auslander và Kempf (CHLB Đúc) lại quan niệm:
"Cơ điện tr là một ứng dụng của việc tao quyết định liên hợp dé điều hành
các hệ thống vật lý” [§] Đối tượng điều khiến theo quan niệm của Kempf chính là hệ thống vật lý, nó không chỉ gồm những hệ thống cơ khí truyền thống hay các sản phẩm cơ điện riêng lẻ mà còn gồm cả quá trình tự động hóa
một công nghệ sản xuất, một hệ thông xử lý, điều khiển môi trường, nhiệt độ
Trang 19(Decision making) Còn với các chuyên gia Mỹ nhu Shetty va Kolk thi quan niệm “Cơ điện tử là một phương pháp luận được dùng đề thiết kế tối ưu các sản phẩm cơ điện ”[9] Va gần đây W.Bolton đề xuất định nghĩa: “A6 hệ
thông cơ điện tr không chỉ là sự kết hợp chặt chế các hệ thong cơ khí, điện và điện tứ, còn hơn cả một hệ thong diéu khién, no la sw tich hop hoan hao cua tất cả những thứ đó” [10] Đến những năm 90 của thập niên trước, khi công
nghệ truyền thông được đưa vào các sản phẩm cơ điện tử đã làm cho cơ điện tử có khả năng kết nối trong mạng rộng Sự phát triển này mang đến những chức năng mới như điều khiên từ xa Trong thời gian này, các công nghệ cảm
biến và cơ câu chấp hành mới, nhỏ hơn - thậm chí cấp độ micro được dùng
ngày càng nhiều trong các sản phẩm mới Hệ thống vi cơ điên tử như gia tốc ké silicon ding để khởi động túi khí ôtô là ví dụ mới nhất Sự phát triển của
cơ điện tử đến giai đoạn này tạo nên một hệ nhất quán - phát triển về chất chứ
không đơn thuần chỉ là sự phát triển rầm rộ về số lượng Máy tính và các chíp vi xử lý đã mạnh và rẻ để có thể nhúng vào các sản phẩm cùng với các công nghệ cao khác như cảm biến, cơ cấu chấp hành, công nghệ phần mềm, công
nghệ điều khiển số hiện đại cho ra những sản phẩm thông minh Các chức
năng của máy móc và hệ thống kỹ thuật hiện nay phụ thuộc chủ yếu vào phần
mềm có thể là một thuật toán, mạng nơron, hệ mờ trong máy tính của sản
phẩm Cơ điện tử là một công nghệ tổng hợp ngày càng nhiều các công nghệ khác để có thể có được các sản phẩm hoàn hảo hơn Hay nói cách khác cơ
điện tử liên kết các yếu tố câu thành của ngành cơ học, điện tử và điều khiển để tạo nên một CÔNG NGHỆ MỚI, trong đó có sự chuyển biến về chất của
Trang 20hiểu răng cơ điện tử là một thê thống nhất chứ không phải là sự gộp đơn thuần của nhiều công nghệ khác nhau như cơ khí, điện tử, máy tính, cảm biến Cấu trúc của các công nghệ này phải thay đổi để trở thành một cấu trúc thống nhất
trong một sản phẩm cơ điện tử Các sản phẩm cơ điện tử có một hàm lượng
"thông minh" riêng tạo nên tính năng của thiết bị trong các lĩnh vực giao thông, robot, hệ thông sản xuất, năng lượng mới, thiết bị y tế, hàng không vũ trụ
Cơ điện tử là sự kết hợp đồng vận của kỹ thuật cơ khí, điều khiến điện tử
và tư duy hệ thống trong thiết kế sản phẩm và các quá trình sản xuất (theo ủy ban Tư vẫn Phát triển và Nghiên cứu công nghệ Châu âu: IRDAC)
Cơ điện tử được xem xét như là các ứng dụng kỹ thuật đồng thời vào thiết
kế và tích hợp các hệ thống cơ điện tử (theo trường Đại học Atlanta USA)
Cơ điện tử là sự kết hợp giữa 4 mảng kiến thức: cơ khí, điện tử, điều
khiến và máy tính (theo giáo sư Ke vin Cung khoa Cơ khí và Kỹ thuật hàng không của Đại học Renssenlaser USA)
Đa số các trường đại học của Anh, Đức, áo, úc đều thống nhất quan điểm
cơ điện tử là sự phối hợp đồng vận của kỹ thuật cơ khí, điện tử và công nghệ thong tin
` Aw
Trang 2121
Sự tích hợp ở đây không phải là cộng gộp 3 ngành kỹ thuật đơn thuần mà là sự kết hợp mật thiết hữu cơ Không ngành nảo là trọng điểm của cơ điện tử, cũng không thể nói Cơ điện tử thuộc vẻ ngành nào Sự tích hợp khác nhau của các ngành tạo thành các miền khác nhau, cho ra các kết quả sản phẩm tương ứng là khác nhau
Sự tích hợp giữa cơ khí với kỹ thuật điện tử tạo ra những sản phẩm tiêu
biểu là những cụm đo lường cảm biến (Sensors) và hệ thống điều khiên/ điều
chỉnh các cơ cầu chấp hành (Actuators)
Sự tích hợp giữa kỹ thuật điện tử và công nghệ thông tin tạo ra một thành phân có tính hạt nhân là các hệ thống tính toán điều khiến quá trình ( process - computation )
Sự tích hợp giữa công nghệ thông tin và kỹ thuật cơ khí lại đưa ra các công cụ hữu hiệu là kỹ thuật mô hình hố, mơ phỏng (modellisation/simmulation)
Cuối cùng sự tích hợp sản phẩm của 3 miền đó sẽ cho ra một hệ thông cơ
điện tử, một sản phẩm cơ điện tử hoàn thiện
1.1.5 Lịch sử phát triển
Theo dòng lịch sử, đa sô các hệ thông sản xuât cũng như các sản phâm
hàng hoá được cơ khí hoàn toàn khi có sự hiện diện của động cơ điện, hoặc
Trang 22dẫn trong những năm 50 và các máy tính điện tử số trong những năm 70 đã tạo nên những hệ thống ghép nỗi tương hỗ giữa kỹ thuật cơ khí với điện tử, điều khiển và công nghệ thông tin Những sản phẩm cơ điện tử trong giai
đoạn nàv có kêt cân đơn oiản nhưng cñng đã thiện tườế tíng tích cực của
Các hệ thống cơ khí thuần túy < 1900
cơ woe , , Mô,tơ một chiều (1870 ács im thậng tap Jột
giải phóng sức ldo độ Song gue con ne Wo Bom tuan hoan 1880
6 to oay ch Br (1889) Dong củ ¡nh th
: g nghe thang tin duge hin inl
Các hệ thống cơ khí với truyền 1920 xử lđông điện hệ : cơ khí ———
thống Máy công ca dicQla RH RStva robot tré nén hoãn ‘has Hơi
Khuéch đại điện, thủy lực, khí nén,
các ứng dụng nh g dig, ahy hg, it thông siêu khiển ances rail
Các hệ thống cơ kh với truyền 1935 Tuốcbin hơi nước
động điện ti, k ø nghệ truyêềnMênag d dụng rộng rãi thì c&-hệ fØïi hệ CŨ điển tử cũng tích hợp thêm kHả
«— Thysis ór (1955)
làm vi rộng rãi Khi khoa học kỹ thuật
Các hệ thông cơ khí với 1955 Thang máy điều khiển
VƯI- Điều khiển điện tử (tươngtự) | do trao đôi chuyện @40Q¡ct
„_|- Điều khiển dãy
CàfÌ~ +rc-rrerreerrrerrrerxrcrr=xbhiện cứu thiết kế sản xuất chế tạ
May" tính sô hóa (1955)
điện tử là một c ng nghệáÔinth hop Eð9)càng nhiều các công nạ r ak 7 yk oe han, thuc (1966 rapAaqs nó đê có thê có vớ SH aha fan tá Bon Ta co thé tor
phat trién theo s San ự động hóa phan quyén sé (1975) in cậy lớn, và 1 thi các bộ vi năng của hệ ơh, trong khi đó tử dùng rộng ang được ứng ả năng kết nối đã phát triển ng nghệ ngày D Như vậy cơ 'hệ khác trong n tat qua trình
Hình 1.3 Lịch sử phát triển của các hệ thống kỹ thuật từ ftty đên các hệ cơ điện - fW ngày nay
Các hệ thông CƠ khí với 1975 Công cụ máy
- Điệu khiên sô liên tục Robot công nghiệp
- Điêu khiên dãy - sơ Dây truyền cơng ‘
«— Bộ vi điêu chỉnh (1978) nghiệp
‹ Máy tính cá nhân (1980) Truyền động đĩa ‹ Hệ thông process/fieldbus
4— Các cơ cấu điều khiển, cảm biến mới
| ‘ Su tich hop cac thanh phan
Cac hé thống cơ điện tử Robot di động
- Tích hợp: phân cứng cơ khí & CIM
điện tử a
- Phần mềm xác định chức năng 1985 Phương vị từ , - Công cụ thiết kế mới cho kỹ Điêu khiên ôtô (EFI, ABS, | Chiêu tăng
thuat dong thoi - ESP) | truyén dong
- Các khả năng điêu phôi va
y dién
Trang 241.2.1 Ví dụ về hệ thong cơ điện tứ
Qua tìm hiểu định nghĩa Cơ điện tử cũng như lịch sử phát triển của nó ta
có được một cái nhìn tổng quan về bản chất của một hệ thống cơ điện tử bản
chất như đã phân tích trên (Hình 1.2) ta có thể thấy cơ điện tử đã tách ra thành
một chuyên ngành, công nghệ độc lập Việc các chuyên ngành cơ điện, điện
tử, công nghệ thông tin biến đổi và kết hợp với nhau tạo nên phần xương thịt hữu cơ trong cơ điện tử Ở trong cơ thể đó tôn tại 3 dòng lưu thông dòng lưu thông vật chất, dòng điều phối năng lượng dòng lưu thông thông tin
Ở đây chúng ta sẽ nghiên cứu hệ thống phân phối sản phẩm dựa vào màu sắc của phòng thí nghiệm Khoa cơ khí để thấy rõ điều này Sản phẩm là các miếng nhựa hình tròn được sơn màu đỏ, màu đen và tráng bạc di chuyền trên
dây chuyên Khi đi qua cảm biên màu sắc, cảm biến sẽ nhận được diện được
màu của vật thê Tín hiệu được truyền vẻ bộ điều khiển PLC, tại đây tín hiệu
gửi đến được kiểm tra Nếu tín hiệu trùng với màu sơn đỏ đã định trước bộ điều khiển PLC sẽ gửi tín hiệu kích hoạt đến bộ phận khí nén, khí lên xylanh,
đây sản phẩm vào máng đã định Nếu sản phẩm có màu đen máng dẫn được thay doi dé san phẩm mang mau đen vào đúng vị trí của nó Sau khi thực hiện
xong nhiệm vụ tay gạt trở lại vị trí ban đầu Còn nếu sản phẩm là màu trắng bạc cảm biến thứ nhất sẽ không nhận biết được Sản phẩm được nhận biết ở
cảm biến thứ hai riêng biệt của nó Và quá trình lặp lại tương tự như trên Nếu có sản phẩm khác với 3 màu trên lẫn vào trong tập hợp nó sẽ không được các cảm biến nhận biết và được đưa đến kho phế phẩm
1.2.2 Các thành phần của hệ thông cơ điện tử
Các thành phần của một hệ thống cơ điện tử có thể được thấy như (Hình
Trang 25trong đó những cụm thành phần quan trong mà ta sẽ nghiên cứu dưới đây là hệ thống sensor, actuator, hệ thống xử lý thông tin và hệ thống cơ khí biến đổi năng lượng
ơ điện 1ao diện thời
Cod Giao dién th A 1\ — 1 C A h Đị 28 Cally tì ag Sô/tươngtự Ly —— Hệ "| chap hành He |_ _ Hệ ae | thông thong thông H Gong co co may mi điện |“ Cảmbiến |, điện »| Tươngtự⁄số tính bai a! PP | a Tối ưu Hình 1.4 Sơ đồ thành phần của hệ thống cơ điện tử 1.2.2.1 Hệ thống cảm biến
Sensor là một thiết bị thông minh, đóng vai trò như “các giác quan” của hệ thống cơ điện tử Nó tiếp nhận dữ liệu, cảm nhận sự thay đôi từ các sự kiện, các hiện tượng vật lý trong thé giới thực (nhiệt độ, khoảng cách, lực, v.v .), xử lý dữ liệu và cung cấp một tín hiệu phan mém (điện, cơ khí, từ, v.v .) cái mà có thể được hiểu bởi cơ câu chap hành Theo cách khác, có thể hiểu sensor là bộ biến đổi năng lượng từ dạng này sang dạng khác Hệ thống sensor sẽ đo lường các thông số của hệ thống vật lý (cơ khí) rồi đưa thông tin thu được dưới dạng tín hiệu số về cho hệ thống xử lý thông tin kiện sự kiện Hình 1.5 Mô hình cảm biến (Sensor)
Các sự kiện ao Xu ly cam bién 4 Lk Các sự kiện k
trong the y trong the
giới thực giới thực
|
Trang 261.2.2.2 Cơ cấu chấp hành
Actuator được định nghĩa như là một thiết bị cơ học để chuyển động hay
điều khiến một cái gì đó Chúng ta định nghĩa một actuator là: "Một thực thé tiếp nhận các sự kiện phân mềm và tác động trở lại băng sự cÔ gang thay đổi trạng thái của thé giới thực theo một số cách bởi một số thiết bị phần cứng” Các sự kiện Các tín hiệu Quá trình trong thê phần mềm chấp hành giới thực | Tiệp nhận Sản sinh sự kiện sự kiện
Hình 1.6 Mô hình cơ cấu chấp hanh (Actuator)
Actuator cơ bản giỗng phần "cơ bắp" đẳng sau hệ thống cơ điện tử, nhận
lệnh điều khiến (thường dưới dạng tín hiệu điện) và tạo ra một sự thay đổi
trong hệ thống vat ly bang cach tao luc, chuyén động, sức nóng, dòng chảy, VV Cum co cau chap hanh Cung ứng năng lượng Vv | | Su kết nỗi „| Hệ thống được Bộ điều khiên Actuator co khi diéu khién
Hình 1.7 Cụm cơ cấu chấp hành cơ bản
Thông thường, các actuator cùng chung nguồn năng lượng và phân kết nối cơ khí như Đơn vị năng lượng cung cấp hoặc nguồn AC hoặc nguồn DC
Trang 27vật lý Phần cơ khí điển hình gồm có thanh răng và bánh răng, truyền động bánh răng, truyền động đai, vít me đai ốc, piston, linkage
1.2.2.3 Hệ thông xử lý thông tin
Hệ thống xử lý thông tin với vai trò như "bộ não" của hệ thông cơ điện tử bao gồm các máy tính, trung tâm xử lý, phần mềm Hệ thông xử lý thông
tin nhan thong tin ban dau từ người điều khiển (hoặc lập trình) kết hợp với
thông tin nhận được từ hệ thông sensor để xử lý, phân tích đưa ra quyết định đến hệ thống actuator Bộ nhớ Bộ nhớ mã lệnh dữ liệu A A Vv Vv Bộ phát xung đông CPU hô iz Vv _| Mạch điện _| tử ngoại vi A Vv
Hình 1.8 Sơ đồ khối của một bộ vi điều khiển
Hệ thống xử lý thông tin đơn giản nhất là một bộ vi điều khiển (Hình 1.7) với bộ xử lý
trung tâm CPU, các bộ nhớ mã lệnh và đữ liệu, mạch điện tử kết nối ngoại vi Hệ thống xử
lý thông tin còn có thể là một bộ vi xử lý (Hình 1.8) với các thành phân:
Xử lý trung tâm: Gôm các phân, đơn vị điêu khiên: tạo các tín hiệu điêu khiên đê sắp đặt các hoạt động trong đường dẫn di lữ liệu: gồm có đơn vị số học chính , ˆ Don vi logic xác và đơn vỊ thực thi logic được yêu số học h A Vv
Dau vao x s Đầu ra
Trang 28Hình 1.9 Sơ đồ khỗi của bộ vi xử lý
Hệ thống nhớ là kho chứa thông tin của bộ vi xử lý Đơn vị xử lý lấy thông tin lưu trữ trong bộ nhớ, xử lý thông tin, và trả lại thông tín mới vào bộ nhớ Hệ thống nhớ gồm có:
« Bộ nhớ cache là bộ nhớ tốc độ nhanh, nhỏ dùng công nghệ bán dan SRAM đặt gần bộ xử lý nhất trong phân cấp của hệ thông bộ nhớ
° Đơn vị quản lý bộ nhớ (MMU) với vùng nhớ đệm (TLB)
° Bộ điều khiển của bộ nhớ
Hệ thống vào ra là hệ thông truyền dữ liệu giữa các thành phân bên trong
(CPU, bộ nhớ chính) với các thiết bị bên ngoài (đĩa, thiết bị cuối, máy in, bàn
phim, scanner, ) Hé thong vào ra có bộ diéu khién ngoại vi và bộ điều
khiến truy cập bộ nhớ trực tiếp (DMA controller)
Phan kết nói hệ thông là các phương tiện cho phép các thành phan trong hệ thống máy tính giao tiếp với các hệ thông khác
1.2.2.4 Hệ thông cơ khí và biến đổi năng lượng
Các hệ thống cơ khí là các hệ thống vật lý trực tiếp thực hiện các nhiệm vụ của hệ thống cơ điện tử Các hệ thống biến đổi năng lượng làm nhiệm vụ
biến đối năng lượng từ dạng này sang dạng khác để phù hợp với mục đích sử dụng
Trang 29‹ Bộ biến đổi tương tự - số (ADC): Biến đổi tín hiệu dạng tương tự ở đầu
vào đối thành tín hiệu dạng số ở đầu ra
‹ Bộ biến đổi số - tương tự (DAC): Biến đổi tín hiệu dạng số ở đầu vào
thành tin hiệu dạng tương tự ở đầu ra
¢ Hé thong hién thi: La hé thong kết nối thông tin giữa các phân trong hệ
thống cũng như với các hệ thống khác Hệ thống hiển thị: Làm giao diện giữa hệ thống và người sử dụng có chức năng hiên thị, thông báo các thông tin cần thiết cho người dùng
- Hệ thống cung ứng năng lượng: Làm nhiệm vụ cung cấp năng lượng cho các thành phân của hệ thống cơ điện tử
1.2.3 Cấu trúc chung của hệ thống cơ điện tử
Cau tric tong quát của hệ thông cơ điện tử có thể được thấy như trên (Hình 1.9) với những mô tả về các thành phần và sự vận động của chúng Xuyên suốt hệ thống cơ điện tử chính là dòng năng lượng (Energy flow) Nó chạy xuyên suốt các hệ thống cơ khí, điện, các phân thông tin, điện tử số thu thập các thông tin dữ liệu của các phần làm thông tin dữ liệu trao đối với các thành phần khác trong hệ thống Dòng năng lượng này đâu tiên đi sâu vào
trong máy, nó có thé duoc dùng trực tiếp cho bộ phận tiêu thụ năng lượng hoặc được chuyển thành các dạng năng lượng khác như điện năng, cơ năng
(thế năng, động năng, thuỷ lực, khí nén), hoá năng hay nhiệt năng Với mỗi
máy được đặc trưng bởi một dòng năng lượng như vậy, có thể là liên tục hoặc
lặp lại hay có thể là gián đoạn (như phân tử cơ khí hay thiết bị cơ khí theo chu kỳ) Dòng năng lượng thu thập thông tin trạng thái của quá trình cơ khí (dòng
tốc độ, khối lượng hay thể tích), các đại lượng như lực, áp suất, nhiệt độ hay
điện áp Và một số đại lượng đo là đầu vào cho dòng thông tin nhờ điện tử số
được kết quả là đại lượng điều chỉnh cho cơ cấu điều khiến hoặc đại lượng
Trang 30Điều khiên Vv Xw ly thong tin le Dong thông tin wa | Dong nang luong Vv
Co cau Cụm cơ khí và biến đổi Cảm biến
"| dieu khien > năng lượng >| (Sensor) [—? œ—>
(Acutuator
A A
Ỷ
Cung ứng năng Cung ứng năng Cung ứng năng
lượng phụ lượng lượng
Hình 1.10 Sơ đồ cấu trúc của hệ thong cơ điện tứ
Việc thêm và tích hợp dòng thông tin phản hôi tới dòng năng lượng so
cấp trong hệ thống cơ khí cơ bản là một tính chất của nhiều hệ cơ điện tử Hệ thống cơ điện tử có thể được thấy ở một sỐ dạng như: hệ thống cơ điện tử, cơ
cầu cơ điện tử, phương tiện giao thông cơ điện tử, cơ điện tử chính xác và các hệ thống vi cơ điện tử (micro mechatronics) Điều đó chỉ ra răng việc tích hợp cơ khí với điện tử sẽ cho ra nhiều lớp khác nhau của các hệ thống công nghệ Trong một số trường hợp, phần cơ khí trong hệ thống được tích hợp với phần
điện, nhiệt, nhiệt động, hoá học hay phần xử lý thông tin Việc hiểu như thế
Trang 31Cũng chính vì vậy mà các hệ thông này còn được gọi là các hệ thống cơ khí tích cực (active mechanical systems)
1.3 Những khả năng ứng dung cua cơ điện tử trong công nghệ cao nói chung và trong công nghệ ôtô hiện đại nói riêng
1.3.1 Những khả năng ứng dụng của cơ điện tứ trong công nghệ cao
Các hệ thông truyền động trên được ứng dụng rộng rãi trong các máy công cụ cắt gọt kim loại, các trung tâm gia công và trạm công nghệ khác
trong hệ thông tự động linh hoạt (FMS = Flexible Manufacturing System)
hoặc trong hệ thống gia công điều khiển bang mang vi tính kết nối (CIM = Computer Intergrated Manufacturing) Va cling duoc tng dụng trong các hệ
thong robot của mọi lĩnh vực công nghệ và dịch vụ với năng lực cao hơn và trí tuệ hơn Mở rộng phạm vi ứng dụng của robot, tăng cường khả năng chọn lọc chương trình và sử dụng trí tuệ nhân tạo là các hướng nghiên cứu các ứng
dụng điền hình trên lĩnh vực robot Hướng ứng dụng có ý nghĩa vô cùng to lớn và đưa các hệ thống cơ điện tử vào các sản phẩm dân dung va gia dung:
may anh, vi deo - camera, tu lanh, ti vi, diéu hoa
Các ứng dụng trong hệ thống vi cơ điện tử: chế tạo những bộ phận thuộc
phần cứng của các hệ máy tính như: đĩa cứng, Ô nhớ ngoại vi (USB) các
phân tử điều khiến đọc, nhớ xử lý và xuất tín hiệu điều khiến của các hệ máy
tính
Từ những năm 1960 các mạch điện tử được cải thiện một cách rõ rệt ca về hiệu năng, về chức năng và độ ồn định khi tích hợp các vi bóng bán dẫn trên một chíp Điều này đám bảo cho việc hạ giá thành sản phẩm, tăng công
suất sản xuất và đó cũng chính là kết quả của cuộc cách mạng thông tin Gần
đây, các nhà khoa học nhận thấy không chỉ có các thiết bị điện, điện tử, mà cả
Trang 32ngoài Điêu này được thê hiện rõ trong một sô ví dụ sau:
Ví dụ 1: Đặc tính cơ điện tử trong điều khiển chạy dao của máy công cụ
Dòng điện điều khiển động cơ p4 {HT đo vị trí |
Hình 1.11 Cơ điện tử trong điễu khiến chạy dao của máy công cu CNC Ví dụ 2: Robot bám tường: Sáu bánh xe có thể bám dính trên tường và trần Nó
có thê vận hành tự động hoặc điêu khiên từ xa Bên cạnh đó nó cũng có thê truyên dữ liệu
hình ảnh thông qua Bluetooth Các robot này có thể dễ dàng diéu khién thong qua joystick, có thể chuyển động theo chương trình đã lập sẵn Ngoài ra nó có thể hoạt động tự động dựa
trên hệ thống điều khiến thông mình và một loạt cảm biến hỗ trợ Truyền đữ liệu hình ảnh
qua Bluetooth
Ví dụ 3: Robot HRP-3 Promet Mk-II: Người công nhân lý tưởng Một công ty Nhật đang góp phan tạo
công nhân “ lý tưởng”: làm
Trang 33Industries Trong buổi ra mắt báo giới ngày 20/6/2008, HRP-3 Promet Mk-II da di chuyén thoải mái trên một mặt sân trơn trợt đẩy cát và đi vào phòng tắm
Hình 1.12 Robot HRP-3 Promet MR-II đang đi giống y như người Ví dụ 4: Mẫu robot Asendro đầu tiên do công ty Robotwatch ở Berlin chế tạo chỉ nặng 40kg, robot nhẹ cân này trông giống một chiếc xe tăng đồ chơi Với cánh tay của mình, thiết bị này có thể mở các cánh cửa và sử dụng cặp mắt video của mình để do thám và điều tra các vị trí nguy hiểm mà con người
Trang 34Hình 1.13 Mau robot “Asendro” — mét thé hé robot bảo vệ mới nhất
Vi du 5: Robot sử dụng trong Y học Không yêu câu bất cứ sự liên kết bên ngoài hay liên kết với các thiết bị khác, robot này vẫn có thể di chuyển bên trong những ống có đường kính nhỏ Robot có kích thước 1mm chiều rộng và 4mm chiêu dài, sử dụng năng lượng từ trường từ bên ngoài
Robot này có khả năng bò trên vách bên trong của các mạch máu bằng những cánh tay siêu nhỏ Nó có thê chịu được áp suất và dòng chảy của máu
trong mạch máu dé di chuyén dén tinh mach va động mạch theo yêu cầu
Trong giai đoạn hiện nay, các ứng dụng của robot này chỉ có thê sử dụng
trong điều trị ung thư tuyến tiền liệt hoặc ung thư trên các bộ phận ở đầu và
cô Tuy nhiên các nhà nghiên cứu hy vọng rằng robot này có thê trợ giúp quá
trình chân đoán và điều trị bệnh cho con người
Các công nghệ hiện nay cho phép các bác sĩ đưa vào cơ thể người những
vật rất nhỏ mang theo thuốc, camera và các thiết bị khác
Với robot này, các bác sĩ có thê khám các bộ phận của cơ thể người một cách dễ dàng so với phương pháp nội soi hiện nay do nó có thể đi vào cơ thể con người thông qua các mạch máu, xương sống và các bộ phận khác tùy theo yêu cầu của bác sĩ
1.3.2 Những khả năng ưng dụng của cơ điện tứ trong công nghệ ôtô hiện đại Một ứng dụng cũng rất lớn hiện nay đó là ứng dụng các hệ thống cơ điện tử trong ngành ôtô Các hệ thống cơ điện tử chiếm tỷ trọng ngày càng nhiều trong cơ cấu giá thành ôtô (khoảng 16 đến 35% tuỳ theo mức ứng dụng các hệ
Trang 35phanh tự động chống bó, hệ thống an toàn cho người lái xe đến các hệ thống ổn định, cân bằng toàn thân xe cũng như các hệ thống thông tin dẫn
đường hệ thống trợ lái tự động các hệ thống cơ điện tử làm cho công nghệ
ôtô bước sang một thời kỳ phát triển mới đây triển vọng và ngược lại, công nghiệp chế tạo ôtô cũng làm cho công nghệ cơ điện tử có một sân chơi rộng hơn, lớn hơn, thúc đây nó phát triển ngày càng đa dạng và nhanh chóng hơn
Các hãng xe trong một nỗ lực khác tham gia thị trường xe ôtô, Microsoft cho biét ho sé cling Siemens đưa ra sản phẩm đầu tiên dựa trên phần mềm Microsoft vào năm 2009 Việc hợp tác này nhằm giúp người dùng dễ dàng hơn trong việc kết nối các thiết bị như ĐTDĐ và máy nghe nhạc trên ôtô
Thống kê các vụ tai nạn trên đường cao tốc cho thấy một trong những nguyên nhân tai nạn gây ra liên quan đến việc chuyến làn đường Tai nạn thường do lái xe chuyên làn đường mà không báo trước băng đèn xi-nhan cho
những xe ở làn đường bên cạnh hoặc do vô ý (lái xe ngủ gật hoặc thao tác
không chính xác) mà chiếc xe tự chuyên sang làn đường khác Dạng tai nạn này trên cao tốc khá phô biến và gây hậu quả dây chuyên
Các nhà sản xuất xe hơi đã cố gắng nghiên cứu nhưng do những hạn chế về công nghệ nên mãi cho tới gần đây LDW mới có mặt trên một vài mẫu xe
cao cap cua Nissan, Lexus, BMW, Mercedes-Benz, Audi Vé mat chirc
năng, LDW là một cơ câu được thiết kế để cảnh báo cho lái xe khi họ bắt đầu đi ra khỏi làn đường không chủ đích (không sử dụng đèn xi-nhan để xin duong)
Infinti gidi thiéu hé thong LDW mdi, cd b6 sung thêm chức năng ngăn ngira chuyén lan LDP (Lane Departure Prevention) trén cac mẫu xe cho năm
2008 như Infiniti EX35 va M45 Ngoai tao tín hiệu cảnh báo, LDP còn dùng
Trang 36đường, đưa tín hiệu đên máy tính và tạo tín hiệu âm thanh và ánh sáng cảnh báo nêu như có dầu hiệu đi sang làn dường bên cạnh
Kết luận chương 1
Trong chương đã trình bày một cách tổng quan về cơ điện tử, vai trò của các công nghệ tích hợp trong nên sản xuất hàng hóa công nghệ cao của thời kinh tế trí thức
- Một số mục tiêu, phương hướng nghiên cứu phát triển cơ điện tử ở Việt Nam trong những năm tới, xu hướng phát triển cơ điện tử thê giới
- Khái quát về cơ điện tử, lịch sử phát triển phát triển của cơ điện tử được ứng dụng trong sản phẩm hàng hóa, các sản phẩm thông minh
- Cơ điện tử là một khoa học về hệ thống, kết hợp giữa các hệ thông và cơ câu chấp hành như:
Hệ thống cảm biến, cơ cấu chấp hành, hệ thống xử lý thông tin, hệ thống cơ khí và
biến đổi năng lượng và các hệ thống khác V V Từ đó đưa ra được cấu trúc chung của hệ
thống cơ điện tử
- Những khả năng ứng dụng của cơ điện tử trong công nghệ cao nói chung và trong công nghệ ôtô hiện đại nói riêng Nêu lên được một số ví dụ những khả năng ứng dụng của cơ điện tử trong công nghệ cao như:
Các hệ thông truyền động trên được ứng dụng rộng rãi trong các máy công cụ cắt gọt kim loại, các trung tâm gia công và trạm công nghệ khác trong hệ thống tự động linh hoạt (FMS = Flexible Manufacturing System) hoặc trong hệ thống gia công điều khiển bang mang vi tính kết nối (CIM = Computer Intergrated Manufacturing), các loại robot, các ứng dụng trong hệ thống vi cơ điện tử
Những ứng dụng của cơ điện tử trong công nghệ ôtô hiện đại, đặc biệt
Trang 37Chuong 2 NGHIEN CUU CAC HE THONG CO DIEN TU UNG
DUNG TRONG KY THUAT OTO
2 1 Cơ điện tử trong Ơtơ
2.1.1 Xu hướng tích hợp công nghệ cơ điện tử trong ôtô
Cơ điện tử là một giai đoạn tự nhiên trong quá trình phát triển mạnh mẽ của kỹ thuật
thiết kế hiện đại Sự phát triển của máy tính, tiếp theo là máy vi tính, máy tính nhúng, cùng với sự phát triển của công nghệ thông tin và công nghệ phần mềm đã khiến cho cơ điện tử trở thành một yêu câu cấp thiết trong nửa thế ký 20 Sang thế kỷ 21, với những tiễn bộ đã
được dự báo trong các hệ cơ - điện - sinh học, máy tính lượng tử, hệ pico và nano cùng với
sự phát triển khác, tương lai của cơ điện tử sẽ đầy tiềm năng và triển vọng
Sự phát triển của cơ điện tử hiện đại có thể được minh hoạ bang su phat triển của ôtô
Đến tận thập niên 60, chỉ có radio là thiết bị điện tử đáng kể duy nhất trong ôtô Tât cả các
Trang 38thống nạp ắc quy Trong ôtô không hè có một "hệ thống an tồn thơng minh" nào, ngoại trừ việc tăng kích cỡ đệm giảm chắn và các phân tử kết câu để bảo vệ hành khách trong trường hợp xảy ra tai nạn Vào đâu thập niên 60, dây an toàn ra đời nhăm tăng độ an toàn cho
người sử dụng và được vận hành hoàn toàn cơ khí Tất cả hệ thống động cơ được điều khiến bởi người lái hoặc các hệ điều khiến cơ khí Chăng hạn, trước khi có sự xuất hiện các
cảm biến và vi điều khiển, bộ phân phối cơ khí được dùng để chọn buji đánh lửa khi hỗn
hợp nhiên liệu và không khí được nén lại Thời gian ân định cho việc đốt cháy nhiên liệu
chính là biến điều khiển Quá trình đốt cháy được điều khiển cơ khí không phải là tối ưu
nêu xét trên vấn đề là tiết kiệm nhiên liệu Việc mô hình hoá quá trình đốt cháy nhiên liệu
chỉ ra răng, để tăng hiệu quả nhiên liệu, tôn tại một thời điểm tối ưu để đốt cháy nhiên liệu
Thời điểm này phụ thuộc vào tải, tốc độ và các đại lượng có thể đo khác Hệ thống đánh
lửa điện tử là một trong những hệ cơ điện tử đầu tiên được ứng dụng trong ngành công
nghiệp ôfô vào cuối thập niên 70 Hệ thống đánh lửa điện tử bao gồm bộ cảm biến vị trí trục khuỷu bộ cảm biến vị trí trục cam, tốc độ lưu lượng không khí nạp, vị trí van tiết lưu, tốc độ thay đổi vị trí van tiết lưu của bộ cảm biến, bộ vi điều khiến quyết định thời điểm
buji đánh lửa Những ứng dụng ban đâu chỉ gồm một cảm biến hiệu ứng Hall nhằm xác định một cách chính xác vị trí của rôto trong bộ chia điện (Delco) những ứng dụng sau này đã loại bỏ hoàn toàn bộ chia điện và dùng hệ thống vi xử lý để điều khiến trực tiếp quá trình đất cháy nhiên liệu
Vào cuối thập niên 70, hệ thống phanh chống bó cứng ABS (Anti - block Brake System) duoc ứng dụng trong ôtô Hệ thống ABS hoạt động thông qua việc phát hiện ra hiện tượng bó cứng của bất kỳ bánh xe nào, sau đó điều chỉnh áp suất thuý lực cần thiết đề giảm thiểu hoặc loại bỏ sự trượt Hệ thống điều khiển khả năng bám đường TCS (Traction Control System) được ứng dụng trong ôtô vào cuối thập niên 90 Hệ thống TCS hoạt động thông qua việc phát hiện ra sự trượt trong quá trình tăng tốc và sau đó điều chỉnh công suất truyền cho bánh xe đang trượt Quá trình này đảm bảo cho xe có thê tăng tốc với gia tốc
lớn nhất có thể với điều kiện về đường và xe cho trước Hệ thống điều khiển động lực ôtô
VDC (Vehicle Dynamic Control) được ứng dụng trong ôtô vào những năm cuối của thập
niên 90 VDC hoạt động tương tự TCS với việc thêm một cảm biến tốc độ lệch và cảm
biến gia tốc ngang Vị trí bánh xe phát động được xác định bởi các vị trí bánh lái và tiếp
theo được so sánh với hướng thực của chuyển động Sau đó, hệ thống TCS được kích hoạt
Trang 39thiểu sự khác nhau giữa hướng lái và hướng chuyển động của ôtô Trong một số trường
hợp, ABS được dùng để giảm tốc độ của ôtô để thực hiện việc điều khiển như mong muốn
Trong các ô(ô hiện nay, các CPU (Central Processing Unit) có cấu hình §, 16 hay 32 bít
được dùng để vận hành các hệ điều khiến khác nhau Bộ vi điều khiển này có bộ nhớ
(EEPROM/EPROM)), các đầu ra số và tương tự, các bộ biến đổi A/D (Analog Digital), bộ điều khiển chế độ xung (PWM), các chức năng thời gian, ví dụ dùng để đêm sự kiện và đo độ rộng xung, các đâu ra ưu tiên và trong một số trường hợp xử lý tín hiệu số Bộ xử lý 32 bit được dùng để quản lý động cơ, điều khiển truyền động và các túi khí (Air bag) Bộ xử
lý 16 bit dùng cho ABS, TCS, VDC, cụm thiết bị và các hệ thống điều hồ khơng khí Bộ
xu ly 8 bit dung cho điều khiển ghế, gương và các hệ thống nâng hạ cửa Ngày nay, có khoảng 30 - 60 bộ vi điều khiển trong một chiếc xe ôtô Điều này sẽ càng tăng lên nhờ việc mơ đun hố các hệ cơ điện tử trong tương lai
Cơ điện tử đã trở thành yêu tố để phân biệt giữa các ôtô Kê từ khi khái niệm cơ bản về động cơ đốt trong được đưa ra cách đây gần một thê kỷ, các điểm khác nhau trong thiết
kế động cơ cho xe hơi không còn là dấu hiệu để phân biệt các loại ôtô khác nhau Trong những năm 1970, các nhà chế tạo Nhật Bản đã thành công trong việc tạo dựng một chỗ
đứng vững chắc trên thị trường xe hơi Mỹ băng việc chào bán các xe hơi nhỏ tiết kiệm năng lượng với chất lượng không thua kém các loại xe khác Trong suốt thập niên 1980, chất lượng của xe là dâu hiệu phân biệt các sản phẩm Trong những năm 1990, chất lượng và độ tin cậy của ôtô là những gì mà người tiêu dùng mong đợi từ phía các nhà sản xuất Ngày nay, các đặc tính cơ điện tử trở thành dấu hiệu phân biệt sản phẩm trong những hệ cơ
khí truyền thống này Điều này được thúc đây hơn nữa bởi tỷ lệ giá trị thực hiện cao hơn
của các thiết bị, nhu cầu của thị trường về các sản phẩm sáng tạo với những đặc tính thông minh và bởi những cố gắng giảm chi phí sản xuất các sản phẩm của họ với sản phẩm của các hãng khác Những ứng dụng mới của các hệ cơ điện tử trong ngành công nghiệp ôtô bao gồm các ôtô bán tự động đến tự động hoàn toàn, hệ thống nâng cao độ an toản, giảm thiểu tiêu hao và các đặc tính khác như hệ thông dẫn đường thông minh, các hệ thống phanh điện không dùng thuý lực Một lĩnh vực tăng trưởng có ý nghĩa khác do tiếp cận
thiết kế cơ điện tử mang lại là, hệ thống mạng không dây liên lạc với các trạm mặt đất và
Trang 40thực tế, việc ứng dụng điện tử trong sản xuất ôtô dự kiến sẽ tăng trung bình mỗi năm
khoảng 6% trong vòng năm năm tới và cũng trong khoảng thời gian đó, các tính năng điện tử trong ôtô cũng sẽ tăng gap doi
H6é co dién tu micro MEMS (Micro Electro Mechatronic System), cling duoc goi la hệ vi cơ điện tứ, là một công nghệ cho phép phát triển các bộ cảm biến và cơ cấu châp hành
có hiệu quả kinh tế cho các ứng dụng cơ điện tử Thực tế đã có một vài thiết bị MEMS
được ứng dụng trong ôtô, ví dụ như cảm biến và cơ câu chấp hành của túi khí, cảm biến áp suất dùng cho việc đo áp suất trong ông phân phối Việc tích hợp các thiết bị MEMS với
các mạch trạng thái tín hiệu CMOS trên cùng một chíp bán dẫn là một ví dụ khác về sự
phát triển của các công nghệ cho phép cải tiến các sản phẩm cơ điện tử, chắng hạn như ôtô Công nghệ ra đa với sóng milimét gần đây cũng được ứng dụng trong ôtô Ra đa với sóng milimét cho phép phát hiện vị trí của các đối tượng (các ôtô khác) và xác định khoảng cách tới chướng ngại vật cũng như tốc độ theo thời gian thực Một mô tả khá chỉ tiết về
cách thức vận hành của một hệ thống như thế đã được Suzuki và các cộng sự đưa ra Hãng
ôtô GM đã phát triển thành công công nghệ V2V (vehicle to vehicle) Một tình huống xảy ra là xe trước dừng lại bất ngờ khiến V2V phải phanh gấp và chuyển làn đột ngột Lúc đó V2V sẽ phát tín hiệu tới tật cả các xe sau, cảnh báo đi chậm lại, đồng thời nhấp nháy đèn hậu liên tục để báo nguy hiểm đang xảy ra ở phía trước Giao tiếp với con người là khả năng của các thiết bị có thể phát hiện ra các tình huống nguy hiểm, hoặc các trạng thái của người lái có thể gây ra nguy hiểm như buồn ngủ để cảnh báo với chính người điều
11 0Â 1 2A THỞ a aT đc te dt Lea -— 2-2 — ST! TẠ HS St đ—— 22 2
Điều khiển Ehoản| Điều khiến tiết kiệm —