BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO
TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA HÀ NỘI
TRẦN QUANG HÀ
XÂY DỰNG MÔ HÌNH CHẨN ĐOÁN TRẠNG THÁI KỸ
THUẬT HỆ THỐNG VSC TRÊN Ô TÔ
Chuyên ngành: Kỹ thuật Cơ khí động lực
Mã số: 62520116
TÓM TẮT LUẬN ÁN TIẾN SĨ
KỸ THUẬT CƠ KHÍ ĐỘNG LỰC
Hà Nội - 2017
Công trình được hoàn thành tại:
TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA HÀ NỘI
Người hướng dẫn khoa học:
1. PGS.TS Phạm Hữu Nam
2. TS Chu Mạnh Hùng
Phản biện 1: PGS.TS Nguyễn Văn Tần
Phản biện 2: PGS.TS Đào Mạnh Hùng
Phản biện 3: PGS.TS Lê Văn Học
Luận án được bảo vệ trước Hội đồng đánh giá luận án tiến sĩ
cấp Trường họp tại Trường Đại học Bách khoa Hà Nội.
Vào hồi ……. giờ, ngày …….. tháng ……… năm ……..
Có thể tìm hiểu luận án tại thư viện:
1. Thư viện Tạ Quang Bửu - Trường ĐHBK Hà Nội
2. Thư viện Quốc gia Việt Nam
-1-
MỞ ĐẦU
1. Tính cấp thiết của đề tài
Số lượng và chủng loại xe ô tô hiện đại chiếm tỷ lệ lớn trong số các xe ô tô sử
dụng trong nước hiện nay.Trên ô tô hiện đại, các hệ thống có ĐKĐT lại thường là các
hệ thống chính của xe (như hệ thống cấp nhiên liệu cho động cơ, hệ thống đảm bảo an
toàn chuyển động (hệ thống phanh, hệ thống lái)…Do cấu trúc các hệ thống có
ĐKĐT phức tạp hơn nhiều so với các hệ thống thuần cơ khí trên ô tô trước đây, thêm
nữa, các lỗi xảy ra trong hệ thống lại thường tập trung vào phần “điều khiển điện tử”
nên chẩn đoán TTKT các hệ thống có ĐKĐT khác với các hệ thống thuần cơ khí (trên
các ô tô thế hệ cũ) là phải có thêm chẩn đoán TTKT của phần điều khiển điện tử.
Phần chẩn đoán này là khâu rất quan trọng và thường phải thực hiện trước tiên trong
quy trình chẩn đoán kỹ thuật, sửa chữa xe. Các phương pháp sử dụng trong chẩn đoán
các hệ điều khiển điện tử trên ô tô chưa được nghiên cứu nhiều nên việc nghiên cứu
xây dựng mô hình chẩn đoán phát hiện lỗi trong các hệ thống có ĐKĐT trên ô tô là
rất cần thiết để có thể làm cơ sở khoa học cho việc chủ động thiết kế chế tạo các hệ
thống chẩn đoán của công nghiệp ô tô trong nước thay vì bị động mua, cũng như khai
thác các thiết bị chẩn đoán nhập ngoại.
2. Nội dung nghiên cứu
Nghiên cứu lý thuyết: phân tích lựa chọn phương pháp chẩn đoán phát hiện lỗi
các hệ thống có ĐKĐT trên ô tô; nghiên cứu cơ sở khoa học của sử dụng logic mờ
Takagi-Sugeno (T-S) trong mô tả các hệ thống có ĐKĐT trên ô tô; Xây dựng mô hình
chẩn đoán phát hiện lỗi các hệ thống có điều khiển điện tử bằng mờ T-S.
Nghiên cứu thực nghiệm: tiến hành thử nghiệm đánh giá TTKT của hệ thống
VSC trên xe Toyota Camry thông qua các trị số đo của các cảm biến của hệ thống:
cảm biến góc quay vành lái, cảm biến gia tốc bên, tốc độ góc quay thân xe và tốc độ
chuyển động của ô tô trên đường vòng.
3. Ý nghĩa khoa học và thực tiễn
- Ý nghĩa khoa học của đề tài:
Việc lựa chọn phương pháp chẩn đoán TTKT cũng như xây dựng mô hình chẩn
đoán phát hiện trạng thái làm việc có lỗi của các hệ thống có ĐKĐT trên ô tô sẽ là cơ
sở khoa học cho phương pháp luận chung cũng như cho thiết kế, chế tạo các hệ thống,
thiết bị chẩn đoán TTKT ô tô.
Luận án đã sử dụng một công cụ tiến bộ là hệ suy diễn mờ Takagi-Sugeno để
xây dựng mô hình chẩn đoán TTKT các hệ thống có ĐKĐT trên xe ô tô hiện đại.
Việc xây dựng được mô hình cũng như tự thiết kế chế tạo bộ thu thập dữ liệu từ
ECU, xây dựng phần mềm chẩn đoán phát hiện lỗi của hệ thống VSC sẽ góp phần
nâng cao năng lực chủ động trong thiết kế, chế tạo các trang thiết bị chẩn đoán của
ngành công nghệp ô tô trong nước.
- Ý nghĩa thực tiễn, cấp thiết của đề tài:
Mô hình bao gồm bộ thu thập dữ liệu từ ECU, phần mềm chẩn đoán có thể sử
dụng để chẩn đoán phát hiện trạng thái làm việc có lỗi của hệ thống VSC trên xe
Toyota Camry phục vụ thiết thực cho công việc sửa chữa ô tô tại các xưởng sửa chữa xe.
Trên cơ sở mô hình chẩn đoán đã đề xuất có thể thiết kế, chế tạo các thiết bị
chẩn đoán phục vụ cho nhu cầu chẩn đoán sửa chữa ô tô trong nước một cách chủ
động; giảm mức độ phụ thuộc vào các trang thiết bị nhập ngoại. Trong điều kiện ngành
Công nghiệp sản xuất ô tô trong nước đang có tiềm năng phát triển, nhờ chính sách hỗ
-2-
trợ của Nhà nước, việc chủ động về phương pháp luận, thiết kế, chế tạo thiết bị chẩn
đoán phục vụ khai thác, sửa chữa các xe ô tô trong nước sản xuất là nhu cầu thiết thực
và cấp thiết.
4. Các điểm mới của luận án
Phương pháp chẩn đoán phát hiện lỗi trên cơ sở mô hình cấu trúc có nguyên lý
và cách thiết kế khác so với các phương pháp chẩn đoán phát hiện lỗi trên cơ sở dữ
liệu thống kê thường sử dụng trong chẩn đoán và sửa chữa ô tô hiện nay. Phương pháp
này cho phép sử dụng các quan hệ vật lý, các kiến thức đã biết về hệ thống để xây
dựng mô hình chẩn đoán, giảm được khối lượng và thời gian tiến hành thu thập các số
liệu thống kê, kinh nghiệm về các lỗi, các TTKT khác nhau của hệ thống trong quá
trình sử dụng.
Sử dụng bộ quan sát mờ cho phép mô tả hệ thống hiệu quả hơn trong trường
hợp hệ thống phi tuyến, các dữ liệu không được đầy đủ hoặc phải quan sát từ thực
nghiệm. Đặc biệt trong luận án sử dụng công cụ hệ mờ T-S. Công cụ này cho phép kết
hợp sử dụng các quan hệ vật lý đã biết về hệ thống VSC (biểu diễn quan hệ toán học
giữa các thông số) và các số liệu đo đạc thống kê nhờ đó giảm bớt được khối lượng
thống kê, đo đạc thu thập dữ liệu khi xây dựng mô hình hệ thống.
5. Cấu trúc của luận án
Luận án bao gồm 113 trang, phần mở đầu (4 trang); chương 1. Tổng quan vấn
đề nghiên cứu (32 trang); chương 2. Cơ sở lý thuyết để xây dựng mô hình chẩn đoán
phát hiện lỗi bằng mờ Takagi-Sugeno (21 trang); chương 3. Xây dựng mô hình để
chẩn đoán phát hiện trạng thái làm việc có lỗi của hệ thống VSC trên xe TOYOTA
Camry (29 trang); Chương 4. Nghiên cứu thực nghiệm (26 trang); Kết luận chung và
các kiến nghị (1 trang).
Các tài liệu tham khảo được sử dụng trong luận án (53 tài liệu). Danh mục các
công trình NCKH và bài báo liên quan đến nội dung luận án đã công bố (5 công trình);
Phần các phụ lục (4 phụ lục) Các bảng biểu (13) và đồ thị hình vẽ (115).
CHƯƠNG 1. TỔNG QUAN VỀ VẤN ĐỀ NGHIÊN CỨU
1.1. Đặc điểm chẩn đoán TTKT các hệ thống có ĐKĐT trên ô tô
Chẩn đoán TTKT là phương pháp sử dụng các cảm biến, trang thiết bị đo các
thông số làm việc của hệ thống để đánh giá TTKT mà không làm gián đoạn sự làm
việc. Nhiệm vụ đầu tiên của chẩn đoán là xác định thống làm việc bình thường hay có
xuất hiện lỗi. Phát hiện hệ thống có lỗi là bước đầu tiên của chẩn đoán, bước tiếp theo
là xác định vị trí, nguyên nhân gây ra lỗi.
Để đánh giá TTKT của ô tô có trang bị ĐKĐT thì phương pháp tối ưu là sử
dụng ngay các cảm biến có sẵn của hệ thống trên xe tích hợp các thiết bị đo, phân tích
xử lý dữ liệu trong quá trình chẩn đoán đánh giá TTKT các hệ thống trên xe mà không
làm gián đoạn sự làm việc của hệ thống. Tính ưu việt của phương pháp này là có thể
đánh giá TTKT, phát hiện hư hỏng mà không cần tháo rời hoặc làm gián đoạn sự làm
việc. Phương pháp chẩn đoán này là khách quan.
1.2. Phân tích các phương pháp phát hiện lỗi trong hệ thống có ĐKĐT
- Lỗi được định nghĩa là độ sai lệch quá mức cho phép của ít nhất một thông
số cấu trúc (thông số làm việc) của hệ thống so với các giá trị chuẩn (hoặc giá trị cho
phép) của nó. Lỗi là một trạng thái mà nếu vẫn để hệ thống tiếp tục làm việc (với trạng
thái đó) có thể dẫn đến sự cố hoặc làm hư hỏng của hệ thống. Mục tiêu đầu tiên của
chẩn đoán TTKT một hệ thống là xác định xem sự làm việc của hệ thống là bình
-3-
thường hay có lỗi.
- Công việc chẩn đoán có thể phân chia ra hai bước (hai thủ tục), bao gồm:
phát hiện trạng thái lỗi và xác định vị trí xảy ra lỗi.
+ Phát hiện trạng thái lỗi là thủ tục nhằm phát hiện sự sai lệch quá mức cho
phép của ít nhất một thông số làm việc của hệ thống.
+ Xác định vị trí xảy ra lỗi là thủ tục nhằm khoanh vùng vị trí xảy ra lỗi, đánh
giá tính chất, mức độ của lỗi.
- Phân tích chọn phương pháp phát hiện lỗi trong hệ thống có ĐKĐT
Để phát hiện lỗi, cần tính toán và đánh giá lượng sai lệch r giữa trị số của các
thông số làm việc hiện thời của hệ thống so với các thông số tính toán trong thiết kế
hoặc các giá trị cho phép khi vận hành được nhà chế tạo quy định. Có nhiều phương
pháp phát hiện lỗi đã được nghiên cứu và ứng dụng như: phát hiện lỗi theo giá trị
ngưỡng cố định, phát hiện lỗi trên cơ sở lập mô hình hệ thống thực, phát hiện lỗi trên
cơ sở mô hình tín hiệu [12,17,18, 19,39].
Trong các hệ thống kỹ thuật hiện đại (như trên
ô tô), các hệ thống điều khiển điện tử được sử
dụng phổ biến, trên cơ sở phân tích vai trò các
tín hiệu của cảm biến và cơ cấu chấp hành
trong hệ thống ĐKĐT, chọn phương pháp chẩn
đoán phát hiện lỗi trên cơ sở mô hình là hợp lý,
hiệu quả và tiết kiệm. Mô hình lý thuyết mô tả
hệ thống thực sử dụng trong hệ thống chẩn
đoán có thể là loại mô hình định lượng (thường
là các mô hình toán học) hoặc là các mô hình
xây dựng trên cơ sở tri thức (ví dụ như mô hình
trên cơ sở logic mờ (FL), mô hình trên cơ sở
mạng Nơ ron (NN) hoặc mô hình mạng Nơ ron
- mờ (FNN).
Sử dụng mô hình toán học mô tả hệ
thống có các ưu điểm cơ bản là biểu diễn các thành phần của hệ thống một cách rõ
ràng, tường minh. Tuy nhiên, trong thực tế, có nhiều yếu tố ảnh hưởng khiến cho các
biểu thức toán học không thể mô tả chính xác quá trình làm việc của hệ thống thực
như: các nhiễu loạn, hạn chế của thiết bị đo, các sai số chế tạo cho phép...
Mô hình logic mờ (FL) là mô hình xử lý thông tin phỏng theo cách tư duy của
con người. Mô hình là tập hợp các lập luận dạng ngôn ngữ của con người để xử lý
thông tin, mô tả các trạng thái của hệ thống trên cơ sở các dữ liệu quan sát kết hợp với
các kiến thức hiểu biết về hệ thống cần mô tả. Sơ đồ cấu trúc của mờ trình bày trên
Hình 1.13.
Có hai hệ suy diễn tiêu biểu là hệ suy diễn Mamdani và hệ suy diễn Takagi-
Sugeno (T-S). Trong đó hệ suy diễn T-
S được sử dụng rộng rãi trong kỹ thuật
nhận dạng, điều khiển và chẩn đoán do
đặc điểm <mệnh đề kết quả> của luật
IF.. THEN được biểu diễn dưới dạng
hàm số bậc nhất của các biến đầu vào
và ra:
