Nghiên cứu, thiết kế chế tạo mô hình xe điện phụ vụ nghiên cứu về điều khiển chuyển động

TRƯỜNG ĐẠI HỌC SƯ PHẠM KỸ THUẬT TP. HCM

CỘNG HOÀ XÃ HỘI CHỦ NGHĨA VIỆT NAM

KHOA CƠ KHÍ ĐỘNG LỰC

Độc lập - Tự do – Hạnh phúc

Bộ môn Điện Tử Ơ Tơ
TP. Hồ Chí Minh, ngày ...... tháng ...... năm 2018

NHIỆM VỤ ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP
Họ tên sinh viên: 1. Trần Lê Thanh Minh
2. Lê Minh Phú

MSSV: 14145165
MSSV: 14145196

Chuyên ngành: Công nghệ Kỹ thuật ô tô

Mã ngành đào tạo:………...

Hệ đào tạo: Đại học chính quy

Mã hệ đào tạo:……………

Khóa: 2014 - 2018

Lớp: 141451B

1. Tên đề tài: Nghiên cứu thiết kế và chế tạo mô hình xe điện phục vụ nghiên cứu về

điều khiển chuyển động.
2. Nhiệm vụ đề tài:
...........................................................................................................................................................
...........................................................................................................................................................
...........................................................................................................................................................
...........................................................................................................................................................
...........................................................................................................................................................
...........................................................................................................................................................

3. Sản phẩm của đề tài:
...............................................................................................................................................
...............................................................................................................................................
4. Ngày giao nhiệm vụ đề tài: .................................
5. Ngày hồn thành nhiệm vụ: ..................................
TRƯỞNG BỘ MƠN

CÁN BỘ HƯỚNG DẪN

TRƯỜNG ĐẠI HỌC SƯ PHẠM KỸ THUẬT TP. HCM

CỘNG HOÀ XÃ HỘI CHỦ NGHĨA VIỆT NAM

KHOA CƠ KHÍ ĐỘNG LỰC

Độc lập - Tự do – Hạnh phúc

1


Bộ mơn Điện Tử Ơ Tơ

NHẬN XÉT CỦA GIẢNG VIÊN HƯỚNG DẪN
Tên đề tài: Nghiên cứu thiết kế và chế tạo mô hình xe điện phục vụ nghiên cứu về điều
khiển chuyển động.
Họ và tên sinh viên: 1. Trần Lê Thanh Minh.
2. Lê Minh Phú.

MSSV: 14145165
MSSV: 14145196

Ngành: Công nghệ Kỹ thuật ô tô
I.

NHẬN XÉT
1. Về hình thức trình bày & tính hợp lý của cấu trúc đề tài:
.............................................................................................................................................
.............................................................................................................................................
.............................................................................................................................................
2. Về nội dung (đánh giá chất lượng tiểu luận, ưu/khuyết điểm và giá trị thực tiễn)
.............................................................................................................................................
.............................................................................................................................................
.............................................................................................................................................
.............................................................................................................................................

II.

NHỮNG NỘI DUNG CẦN ĐIỀU CHỈNH, BỔ SUNG
.............................................................................................................................................
.............................................................................................................................................
.............................................................................................................................................

.............................................................................................................................................

III.

ĐỀ NGHỊ VÀ ĐÁNH GIÁ

1. Đề nghị (cho phép bảo vệ hay không): …………………………………………
2. Điểm đánh giá (theo thang điểm 10): ……………………………………………
TP.HCM, ngày … tháng … năm 2018
Giảng viên hướng dẫn
(Ký, ghi rõ họ tên)

2


TRƯỜNG ĐẠI HỌC SƯ PHẠM KỸ THUẬT TP. HCM

CỘNG HOÀ XÃ HỘI CHỦ NGHĨA VIỆT NAM

KHOA CƠ KHÍ ĐỘNG LỰC

Độc lập - Tự do – Hạnh phúc

Bộ môn Điện Tử Ô Tô

NHẬN XÉT CỦA GIẢNG VIÊN PHẢN BIỆN
Tên đề tài: Nghiên cứu thiết kế và chế tạo mô hình xe điện phục vụ nghiên cứu về điều
khiển chuyển động.
Họ và tên sinh viên: 1. Trần Lê Thanh Minh.
2. Lê Minh Phú.

MSSV: 14145165
MSSV: 14145196

Ngành: Công nghệ Kỹ thuật ô tô
I.

NHẬN XÉT
1. Về hình thức trình bày & tính hợp lý của cấu trúc đề tài:
.............................................................................................................................................
.............................................................................................................................................
.............................................................................................................................................
2. Về nội dung (đánh giá chất lượng tiểu luận, ưu/khuyết điểm và giá trị thực tiễn)
.............................................................................................................................................
.............................................................................................................................................
.............................................................................................................................................
.............................................................................................................................................

II.

NHỮNG NỘI DUNG CẦN ĐIỀU CHỈNH, BỔ SUNG
.............................................................................................................................................
.............................................................................................................................................
.............................................................................................................................................
.............................................................................................................................................

III.

ĐỀ NGHỊ VÀ ĐÁNH GIÁ

3. Đề nghị (cho phép bảo vệ hay không): …………………………………………
4. Điểm đánh giá (theo thang điểm 10): ……………………………………………
TP.HCM, ngày … tháng … năm 2018
Giảng viên phản biện
(Ký, ghi rõ họ tên)

3


TRƯỜNG ĐẠI HỌC SƯ PHẠM KỸ THUẬT TP. HCM

KHOA CƠ KHÍ ĐỘNG LỰC

CỘNG HỒ XÃ HỘI CHỦ NGHĨA VIỆT NAM

Độc lập - Tự do – Hạnh phúc

Bộ môn Điện Tử Ơ Tơ

XÁC NHẬN HỒN THÀNH ĐỒ ÁN
Tên đề tài: Nghiên cứu thiết kế và chế tạo mô hình xe điện phục vụ nghiên cứu về điều
khiển chuyển động.
Họ và tên sinh viên: 1. Trần Lê Thanh Minh.
2. Lê Minh Phú.

MSSV: 14145165
MSSV: 14145196

Ngành: Công nghệ Kỹ thuật ô tô
Sau khi tiếp thu và điều chỉnh theo góp ý của Giảng viên hướng dẫn, Giảng viên phản

biện và các thành viên trong Hội đồng bảo vệ. Đồ án tốt nghiệp đã được hồn chỉnh đúng
theo u cầu về nợi dung và hình thức.
Chủ tịch Hội đồng:

Giảng viên hướng dẫn:

Giảng viên phản biện:

Tp. Hồ Chí Minh, ngày ... tháng ... năm 2018

4


LỜI CẢM ƠN
Nhóm chúng em xin chân thành cảm ơn các quý thầy từ bợ mơn Điện Tử Ơ tơ, cũng
như các thầy cô trong khoa Cơ Khí Động Lực, trường Đại học Sư phạm kỹ thuật Thành
phố Hồ Chí Minh, những người đã dìu dắt chúng em trong suốt thời gian học tập. Được
các quý thầy cô tận tình chỉ dạy và giúp đỡ từ những kiến thức chuyên môn trong nhà
trường đến thực tiễn trong cuộc sống đã giúp chúng em tiếp cận gần hơn và hiểu biết rõ
hơn về ngành nghề mà mình đã chọn. Từ những nền tảng kiến thức và hiểu biết vững
chắc đó đã giúp chúng em hoàn thành tập đồ án này và là hành trang để chúng em bước
vào đời.
Hơn hết nhóm gửi lời cảm ơn sâu sắc đến Thạc sĩ Giảng viên NGUYỄN TRUNG
HIẾU Giáo viên hướng dẫn đề tài, người thầy đã tận tình hướng dẫn, chỉ bảo kịp thời,
tạo điều kiện, động viên và giúp đỡ chúng em rất nhiều về mặt tinh thần cũng như kiến
thức để chúng em vượt qua những ngày tháng khó khăn trong quá trình thực hiện đồ án
này.
Bên cạnh đó chúng em cũng xin gửi lời cảm ơn tới gia đình, bạn bè đã hết lịng ủng hợ,
giúp đỡ và góp ý cho nhóm em trong suốt quà trình thực hiện.
Mặc dù đã rất cố gắng và nỗ lực nhiều, nhưng do kiến thức ít ỏi cũng như thời gian

nghiên cứu là có hạn nên những thành quả đạt được không tránh khỏi những thiếu sót. Do
đó chúng em kính mong nhận được những sự đóng góp, chỉ dạy của quý thầy cơ để
chúng em hồn thiện đồ án được tốt hơn.
Nhóm chúng em xin chân thành cảm ơn!

Tp. Hồ Chí Minh, ngày … tháng ... năm 2018
Nhóm sinh viên thực hiện
TRẦN LÊ THANH MINH
LÊ MINH PHU

5


TÓM TẮT
Ngày nay ô nhiễm môi trường đang là một vấn đề nhức nhói của xã hợi mà ngun
nhân chính là từ các nhà máy, xí nghiệp đặc biệt là khí thải từ các phương tiện giao thông
sử dụng động cơ đốt trong. Nhằm hạn chế vấn đề trên, các hãng xe đã thử nghiệm và chế
tạo ra các mẫu xe sử dụng các nguồn năng lượng sạch mà chủ yếu là các ô tô điện .
Những chiếc xe điện đầu tiên cịn thơ sơ sử dụng hệ thống lái, truyền lực nặng nề, nguồn
năng lượng hạn chế, chúng dần dần được cải tiến hoàn thiện hơn với nhiều hệ thống hiện
đại hỗ trợ được người lái, một phát minh không thể không nhắc đến trong quá trình cải
tiến này là vi sai điện tử.
Với ưu điểm sử dụng nguồn năng lượng sạch, loại bỏ được những chi tiết cồng kềnh,
giá thành giảm, tăng công suất động cơ… dễ dàng nghiên cứu và phát triển các hệ thống
điều khiển chuyển động nhằm hướng tới các xe điện tự lái, đáp ứng nhu cầu ngày càng
cao của con người trong tương lai.
Nắm được xu hướng phát triển của nền công nghiệp ô tô, nhóm chúng em quyết định
chọn đề tài “Nghiên cứu thiết kế và chế tạo mô hình xe điện phục vụ nghiên cứu về
điều khiển chuyển động” để thực hiện trong tập đồ án này.

6


MỤC LỤC

7


DANH MỤC CHỮ VIẾT TẮT VÀ KÝ HIỆU
ECU: Electronic Control Unit (Bộ điều khiển điện tử)
EPS: Electric Power Steering (Hệ thống trợ lực lái điện)
TP.HCM: Thành Phố Hồ Chí Minh.
BLDC: Brushless DC Motor (động cơ một chiều không chổi than).
ĐCĐMC: Động cơ điện một chiều.
IM: Induction Mortor (động cơ không đồng bộ).
SynRM: Synchronous Reluctance Motor – SynRM (động cơ từ trở đồng bộ).
SRM: Switched Reluctance Motor (động cơ từ trở thay đổi).
IPM: Interior Permanent Magnet Motor (động cơ đồng bộ nam châm vĩnh cửu).
EDS: Electronic Diferenttial System

8


DANH MỤC CÁC HÌNH

9


DANH MỤC CÁC BẢNG

10


Chương 1. TỔNG QUAN ĐỀ TÀI
1.1.

TÌNH HÌNH NGHIÊN CỨU TRONG VÀ NGOÀI NƯỚC

Trong nước: Xe điện đang là xu hướng phát triển của các doanh nghiệp lớn để đáp
ứng với nhu cầu ngày càng cao của người sử dụng, nhưng lại ít đề tài nghiên cứu dùng
các lý thuyết điều khiển khác nhau: PID, Fuzzy, LQR, Neural Network… để điều khiển
các hệ thống thơng minh để ứng dụng trên đó, mợt trong đó là hệ thống vi sai điện tử.
Thơng qua điều khiển tốc độ của động cơ BLDC, vi sai điện tử cũng đặt ra nhiều vấn đề
khó khăn đối với lý thuyết điều khiển cũng như thiết bị điều khiển chúng.
Ngoài nước: Có nhiều cơng trình nghiên cứu vể các hệ thống điều khiển tự động
nhưng chủ yếu là thiết kế hồn chỉnh mợt module điều khiển duy nhất từ phần xử lý tín
hiệu, xử lý và tính toán trung tâm, cơng śt, …
1.2.

TÍNH CẤP THIẾT CỦA ĐỀ TÀI

Môn học ứng dụng điều khiển tự động trên ô tô là môn học được áp dụng cho sinh
viên năm 3 ngành công nghệ kỹ thuật ô tô của trường Đại học Sư phạm Kỹ thuật
TPHCM. Môn học này trang bị cho sinh viên các kiến thức về hệ thống điều khiển tự
động. Tuy nhiên, môn học vẫn thiếu những ví dụ minh họa, những thiết bị thực nghiệm
để giảng dạy, đặc biệt là các hệ thống trên xe điện.
Trong thực tế, xe điện được trang bị các hệ thống điều khiển tự động hơn là các xe sử
dụng động cơ đốt trong truyền thống. Vi sai điện tử là một điển hình, giúp việc điều
khiển xe được dễ dàng hơn nhưng nó chưa được áp dụng rợng rãi do cịn chưa được tối
ưu hóa,

Từ vấn đề trên, chúng em thấy cần thiết phải nghiên cứu về vi sai điện tử nhằm phục
vụ cho nhu cầu học tập, nghiên cứu cũng như là tài liệu, thiết bị thực hành cho các khóa
sau.
1.3.

MỤC TIÊU CỦA ĐỀ TÀI

• Tìm hiểu về CATIA, MATLAB/SIMULINK, CARSIM và board ARM STM32F4.
• Tìm hiểu về lịch sử và một số công nghệ điều khiển chuyển động trên xe điện.
• Thiết kế xe trên CATIA và chế tạo xe điện sử dụng động cơ BLDC với chức năng vi
sai điện tử.

11


• Mô phỏng động cơ BLDC và hệ thống vi sai điện tử bằng phần mềm
MATLAB/SIMULINK.
• Mơ phỏng xe trên phần mềm CARSIM với chức năng vi sai điện tử.
• Thiết kế thuật toán trên MATLAB/SIMULINK điều khiển mô hình thực nghiệm.
1.4.

PHƯƠNG PHÁP VÀ PHẠM VI NGHIÊN CỨU

 Phương pháp giải quyết vấn đề:
• Sử dụng các nguồn tài liệu trên Internet để tìm hiểu về CATIA, CARSIM,
MATLAB/SIMULINK, cách giao tiếp với board STM32F4, và các công nghệ điều
khiển chuyển đợng trên xe điện.
• Ứng dụng CATIA để thiết kế ra mơ hình xe điện.
• Ứng dụng kỹ tḥt cơ khí để chế tạo mơ hình xe điện.
• Ứng dụng CARSIM để mô phỏng xe điện thực hiện chức năng vi sai điện tử.

• Ứng dụng board STM32F4 kết hợp với giải thuật PID để điều khiển hai bánh xe thực
hiện chức năng vi sai điện tử.
• Tiến hành thu thập các tín hiện góc lái, tốc đợ bánh xe, dịng điện cung cấp cho 2
đợng cơ BLDC để phục vụ nghiên cứu chủn đợng.
 Phạm vi nghiên cứu:
• Điều khiển tốc đợ đợng cơ BLDC.
• Điều khiển vi sai điện tử.
• Đánh giá kết quả lý thuyết và kết quả thực nghiệm dựa trên mô phỏng trên CARSIM
và mô hình thực tế.
• Đưa ra nhận xét và đề xuất hướng phát triển của đề tài.

12


1.5.

LỊCH SỬ HÌNH THÀNH VÀ PHÁT TRIỂN Ô TÔ ĐIỆN

Chiếc xe chạy điện đầu tiên được phát minh vào năm 1834, và được thương mại hóa
lần đầu tiên vào năm 1852. Nhưng các mô-đen này không sử dụng pin sạc điện. Năm
1859, pin sạc axit chì được Gaston Plante phát minh ra và sau đó được tiếp nối bởi
Camille Faure, đã cho phép xe điện có mợt thành cơng chưa từng thấy ở thế kỷ 19.

Hình 1. 1 Con đường phát triển của xe điện

Chiếc xe điện đầu tiên xuất hiện vào khoảng 1830 (1832-1839). Người đầu tiên phát
minh ra chiếc xe điện là Robert Anderson, một doanh nhân người Scotland. Lúc đó, chiếc
xe điện cịn rất thơ sơ.
Khoảng năm 1835, ông Thomas Davenport (người Mỹ) chế tạo ra một đầu máy điện

13

Hình 1. 2 Mô hình xe điện đầu tiên được phát minh bởi Robert Anderson


nhỏ. Khoảng năm 1838 ông Robert Davidson (người Scotland) cho ra đời mợt mơ hình
tương tự có thể chạy tới vận tốc 6 km/h. Nhưng cả hai sáng chế đều khơng sử dụng pin có
thể sạc lại.
Năm 1884, chúng ta thấy trong bức ảnh này ông Thomas Parker ngồi trên một chiếc xe

Hình 1. 3 Mô hình xe điện phát minh bởi Robert Davidson vào năm 1838
điện, đây có thể được coi là chiếc xe điện đầu tiên trên thế giới. Bức ảnh được công bố

Hình 1. 4 Thomas Parker phát minh ra chiếc xe điện đầu tiên vào năm 1884
vào tháng 4 năm 2009 bởi người cháu trai Graham Parker.
14


Năm 1891, ông William Morrison (người Mỹ) chế tạo thành công chiếc xe điện thực
sự đầu tiên.
Vào năm 1896, chiếc xe điện mang tên Ricker của ông Andrew Riker giành chiến
thằng trong một cuộc đua xe.

Hình 1. 5 Morrison và hành khách trên xe điện của ông năm 1891

Hình 1. 6 Bài báo viết về xe điện Riker năm 1896
Vào năm 1899 tại Bỉ, một công ty đã chế tạo ra “La Jamais Contente” chiếc xe điện
đầu tiên chạy với tốc đợ trên 100 km/h (có thể đạt đến 105 km/h). Chiếc xe được điều
khiển bởi Camille Jenatzy (người Bỉ) và được trang bị lốp xe của hãng Michelin. Xe
mạng hình dạng như một quả ngư lôi.

Hình 1. 7 Xe điện La Jamias Contente 1899
Vào năm 1900, xe điện bắt đầu thời kỳ hồng kim. Hơn mợt phần ba số xe chạy trên

15


đường là xe chạy điện, phần còn lại là xe chạy xăng, dầu và hơi nước.
Năm 1902, ra đời chiếc xe Phaeton de Wood có thể chạy được quãng đường dài 29 km
với tốc đợ 22,5 km/h và có giá chi phí là 2.000 USD.

Hình 1. 8 Xe điện Phaeton de Wood 1902
Năm 1912, sản xuất xe điện đạt đến đỉnh cao. Nhưng sự ra đời của chiếc xe chạy xăng
Ford Model T vào năm 1908 đã bắt đầu thu hút được sự chú ý của công chúng. Vào năm
1918, Công ty xe điện Anderson giới thiệu một mô hình xe điện mới ở Detroit.
Trong những năm 1920, một số yếu tố dẫn đến sự suy giảm của xe điện. Có thể kể ra
như: phạm vi hoạt đợng của xe điện cịn quá ngắn, tốc đợ chạy cịn quá thấp, xe chưa đạt
được cơng śt mong đợi, sự sẵn có của dầu mỏ, và giá xe điện cao gấp đôi xe chạy xăng
do hàng Ford sản xuất.
Năm 1966, Quốc hội Mỹ đề xuất việc sản xuất xe điện để giảm ô nhiễm không khí.
Phần lớn công chúng Mỹ ủng hộ, và nhất là trong bối cảnh tăng giá của xăng và dầu năm
1973 (cú sốc dầu lửa đầu tiên: OPEC cấm vận chống lại Hoa Kỳ). Như vậy, động lực
thúc đẩy phát triển xe điện là có. Tuy nhiên, thực sực vẫn chưa có gì cất cánh.
Năm 1972, ơng Victor Wouk cha để của dòng xe Hybrid (xe lai điện) đã chế tạo ra
chiếc xe Hybrid đầu tiên, mang tên Buick Skylark General Motors (GM).

Hình 1. 9 Xe điện Buick Skylark General Motors (GM) 1972

16

Năm 1974, ra đời chiếc xe Vanguard-Sebring CitiCar, giống như một xe điện dành cho
sân Golf, và được giới thiệu tại Hội nghị chuyên đề xe điện ở Washington (Electric
Vehicle Symposium de Washington, D.C). Xe có thể chạy được quãng đường dài 64 km
với tốc độ 48 km/h. Năm 1975, công ty Vanguard-Sebring CitiCar là nhà sản xuất thứ sáu
của Mỹ nhưng bị giải thể mợt vài năm sau đó.

Hình 1. 10 Xe điện Vanguard-Sebring CitiCar 1974
Năm 1976, Quốc hội Mỹ phê chuẩn chương trình “Electric and Hybrid Vehicle
Research, Development, and Demonstration Act.”, với mục đích thúc đẩy sự phát triển
của công nghệ pin mới, động cơ và linh kiện hybrid.
Ngay từ năm 1988, ông Roger Smith chủ tịch của GM đã triển khai một quỹ nghiên
cứu dành riêng cho sự phát triển của mợt chiếc xe điện mới, đó là dòng xe EV1.Năm
1990 tiểu bang California bỏ phiếu cho chương trình Zero Emission Vehicle (Xe khơng
phát khí thải ơ nhiễm), một kế hoạch dự tính khoảng 2% xe ôtô sẽ không phá khí thải ô
nhiễm vào năm 1988 và 10% vào năm 2003. Cùng năm đó, Giám đốc điều hành của GM
giới thiệu phiên bản xe hai chỗ ngồi “Impact” tại triển lãm Los Angeles Auto Show.
Giữa năm 1996 và 1998 GM sản xuất 1.117 xe điện đời EV1, 800 xe trong số đó được
dủng cho th với mợt hợp đồng 3 năm.

17


Hình 1. 11 Xe điện GM EV1 1990
Tuy nhiên, đến năm 2000 xe điện sẽ lại chết một lần nữa.
Năm 2002, GM và DaimlerChrysler theo kiện California Air Resources Board (CARB)
để hủy bỏ luật Zero Emission Vehicle (ZEV) của năm 1990. Tổng thống Mỹ George Bush
tham gia với họ.
Năm 2003-2004, là sự kết thúc của dòng xe EV1. GM đã cho thu hồi tất cả các xe để
hủy, bất chấp nhiều cuộc biểu tình.

Hình 1. 12 Xe điện Pinifarina Blue Car 2009
18


Tại Pháp, tháng 3 năm 2009, công ty Vincent Bolloré thông báo phát hành trong năm
2010 xe điện Pinifarina Blue Car thuê bao tháng với giá 330€.
Ngày nay, sự nhận thức chung về môi trường ngày càng lớn mạnh, do đó thị trường xe
ơ tơ điện có cơ hợi mới để tăng trưởng. Năm 2010, hãng xe California Tesla Motors đã
thành công gia nhập thị trường chứng khoán với hơn 200 triệu USD, và đạt được tăng
trưởng hơn 36,7% trong vịng mợt năm.

Hình 1. 13 Xe điện của hãng xe California Tesla Motors
Mặc dù vậy, với những gì Tesla đã làm được trên thế giới, các chuyên gia trong ngành
nhận định, xe điện sẽ trở nên thông dụng trong khoảng mợt thập kỷ tới. Và có thể trong
tương lai, dịng xe điện vốn lạ lẫm với đa phần người Việt sẽ xuất hiện thường xuyên hơn
trên đường phố Việt Nam.

19


1.6.

GIỚI THIỆU VỀ VI SAI ĐIỆN TỬ

Trong ngành kỹ thuật ô tô, vi sai điện tử là một dạng của vi sai cung cấp Mô-men yêu
cầu cho mỗi bánh lái và cho phép tốc độ ở các bánh xe khác nhau. Nó được sử dụng thay
cho sự khác biệt cơ khí trong các hệ thống multi-drive. Khi vào cua, bánh xe bên trong và
bên ngồi quay ở tốc đợ khác nhau, bởi vì bánh xe bên trong mô tả một bán kính quay
nhỏ hơn. Bộ vi sai điện tử sử dụng tín hiệu góc lái của vơ lăng và tín hiệu tốc độ động

cơ để điều khiển công suất cho mỗi bánh xe để bánh xe được cung cấp cùng với Mô-men
xoắn mà họ cần.
Những

hệ thống này, thường với

một

động

cơ

trên
mỗi
bánh

xe,

cần
một
bộ

điều

khiển
Hình 1. 14 Mô hình điều khiển vi sai điện tử cho xe điện có động cơ InWheel

cấp cao bổ sung mà thực hiện nhiệm vụ tương tự như một sự khác biệt cơ khí.
EDS có mợt số lợi thế hơn bợ vi sai cơ khí:
•

Đơn giản - tránh các bợ phận cơ khí bổ sung như hợp số hoặc ly hợp

•

Mơ-men độc lập cho mỗi bánh xe cho phép các tính năng bổ sung (ví dụ, kiểm
sốt kéo, kiểm sốt ổn định );

•

Reconfigurable - nó có khả năng lập trình để bao gồm các tính năng mới hoặc điều
chỉnh theo sở thích của người lái xe;

•

Cho phép phanh tái tạo phân phối ;

•

Mơ-men xoắn khơng giới hạn bởi bánh xe với lực kéo nhỏ nhất, vì nó có sự khác
biệt cơ học.

•

Thời gian đáp ứng nhanh hơn và chính xác về Mô-men cho mỗi bánh xe.

20


1.7.

GIỚI THIỆU VỀ CARSIM

Phần mềm CarSim được xây dựng và phát triển bởi cơng ty Mechanical Simulation
Corporation có trụ sở tại Ann Arbor, Michigan, chuyên cung cấp các ứng dụng mô phỏng
tương tác 3D. Ra đời vào năm 1996, đến nay CarSim cùng với các phần mềm tính toán
TruckSim, BikeSim được cung cấp cho hơn 30 nhà sản xuất, 150 trường đại học và các
nhóm nghiên cứu trên tồn thế giới. CarSim mô phỏng các chuyển động của xe đua, xe
chở khách, xe tải nhẹ, và các loại xe tiện ích. Được dùng để thiết kế, phát triển, và kiểm
định các hệ thống trên xe.
CarSim với hệ thống dữ liệu hình ảnh mô phỏng sống động, hơn 800 phương trình
phân tích tính toán, đồ thị và có khả năng xuất ra dưới dạng file Matlab, Excel, ... Với
giao diện hiện đại, người dùng có thể chạy mợt thử nghiệm mơ phỏng, hay xem đồ thị
đặc tính với chỉ một click chuột. Các đồ thị và mô phỏng là công cụ phân tích linh hoạt
và tương tác cao, có thể dễ dàng xuất và chèn vào các bản báo cáo, hay thuyết trình
Power Point. Các phép toán được sử dụng trong CarSim được xây dựng từ cơ sở lý
thuyết cũng như đã qua kiểm nghiệm thực tế chặt chẽ. CarSim sử dụng chương trình
VehicleSim Lisp để tổng hợp, phân tích các phương trình tính toán, cung cấp các phương
trình phi tuyến tính chính xác cho các mô phỏng phức tạp để tối ưu hóa tính toán. Ngồi
ra, các cơng cụ hỗ trợ và mở rộng như Matlab/Simulink, LabVIEW, viết trên nền Visual
Basic, C+ và các ngôn ngữ lập trình khác giúp người dùng cố thể dễ dàng sử dụng các
tùy chọn, hoặc mô phỏng các thành phần lốp xe, phanh, hệ thống dẫn động.

Hình 1. 15 Phần mềm CarSim
21


1.8.

GIỚI THIỆU VỀ MATLAB/SIMULINK

MATLAB/SIMULINK là một chương trình viết cho máy tính PC hoạt động trong môi
trường MS-DOS và môi trường WINDOWS nhằm hỗ trợ cho lập trình, các tính toán
khoa học và kỹ thuật được thiết kế với công ty “The MATHWORKS”.
Thuật ngữ MATLAB được viết tắt của hai từ MATRIX và LABORATORY. MATLAB
được điều khiển với các tập lệnh, tác đợng qua bàn phím. Nó cho phép tính toán số
với ma trận, vẽ đồ thị hàm số hay biểu đồ thông tin, thực hiện thuật toán, tạo các giao
diện người dùng và liên kết với những chương trình máy tính viết trên nhiều ngôn ngữ
lập trình khác. Matlab giúp đơn giản hóa việc giải quyết các bài toán tính toán kĩ thuật so
với các ngôn ngữ lập trình truyền thống như C, C++, và Fortran. Các câu lệnh trong
MATLAB rất mạnh và có những vấn đề chỉ cần một câu lệnh là đủ giải quyết bài toán.
Mô phỏng trong MATLAB sẽ cho ta hình ảnh tọa độ không gian hai chiều (2D) và ba

Hình 1. 16 Phần mềm MATLAB & SIMULINK
chiều (3D).
SIMULINK là một phần mềm mở rộng của MATLAB (1 Toolbox của Matlab) dùng để
mơ hình hóa, mơ phỏng và phân tích mợt hệ thống đợng. Nó cho phép mô tả hệ thống
tuyến tính, hệ phi tuyến, các mô hình trong miền thời gian liên tục, hay gián đoạn hoặc
một hệ gồm cả liên tục và gián đoạn. MATLAB/SIMULINK được sử dụng trong nhiều
lĩnh vực, bao gồm xử lý tín hiệu và ảnh, truyền thông, thiết kế điều khiển tự động, đo
lường kiểm tra, phân tích mô hình tài chính, hay tính toán sinh học. Với hàng triệu kĩ sư

22


và nhà khoa học làm việc trong môi trường công nghiệp cũng như ở môi trường hàn lâm,
MATLAB/SIMULINK là ngôn ngữ của tính toán khoa học.
1.9.

GIỚI THIỆU VỀ BOARD MẠCH ARM STM32F407

Board mạch STM32F407 Discovery là một loại kit thuộc họ vi điều khiển ARM. Dòng
ARM Cortex KIT STM32FE Discovery là một bộ xử lí thế hệ mới đưa ra một kiến trúc
chuẩn cho nhu cầu đa dạng về công nghệ. Nó được ứng dụng vào rất nhiều thị trường
khác nhau bao gồm các ứng dụng doanh nghiệp, mạng gia đình, cộng nghệ mạng không
dây và các hệ thống ô tơ.
Board mạch STM32F407 Discovery có vi điều khiển chính là STM43F04VGT6
microcontroller tích hợp với chip 32-bit ARM Cortex-M4F, 1MB bộ nhớ Flash, 192Kb
RAM. Bo mạch tích hợp sẵn mạch nạp ST-LINK/V2 và các cảm biến khác như cảm biến
gia tốc LIS302DL, bộ xử lý âm thanh MP45DT02, đèn LED thông báo trạng thái nguồn,
nút nhấn, nút Reset.

Hình 1. 17 Board mạch ARM STM32F407

23


1.10. GIỚI THIỆU VỀ CATIA
Thuật ngữ CATIA được viết tắc của cụm từ “Computer Aided Three Dimensional
Interactive Application”, nghĩa là xử lý tương tác trong khơng gian ba chiều có sự hỗ trợ
của máy tính, là một bộ phần mềm thương mại phức hợp CAD/CAM/CAE được Dassault
Systemes (một công ty của Pháp) phát triển và IBM phân phối trên toàn thế giới. Catia
V5 phổ biến nhất được viết bằng ngôn ngữ lập trình C++. Catia là viên đá nền tảng đầu
tiên của bợ phần mềm quản lý tồn bợ chu trình sản phẩm của Dassault Systems (PLM).

Hình 1. 18 Phần mềm thiết kế CATIA V5-R21
Phần mềm thiết kế CATIA cho phép các kĩ sư thiết kế dự trữ không gian, tối ưu hóa bố
cục 3D chung; phân tích và phân bổ, của các nhà máy và thiết bị hoặc dụng cụ đặt trong
đó. CATIA tạo điều kiện cho kỹ thuật hợp tác trên nhiều lĩnh vực xung quanh nền tảng
3DEXPERIENCE của mình, bao gồm thiết kế bề mặt và hình dạng, thiết kế hệ thống

điện tử & chất lỏng, cơ khí và kỹ thuật hệ thống.
Với đặc trưng nổi bật là dùng chung cơ sở dữ liệu nên việc chuyển đổi dữ liệu giữa các
mơi trường nhanh chóng và tḥn tiện và có nhiều module phục vụ cho nhiều mục đích
sử dụng nên CATIA là tiêu chuẩn của thế giới khi giải quyết hàng loạt các bài toán lớn
trong nhiều lĩnh vực khác nhau như: xây dựng, cơ khí, tự đợng hóa, cơng nghiệp ơ tơ, tàu
thủy và cao hơn là cơng nghiệp hàng khơng. Nó giải quyết cơng việc một cách triệt để, từ
khâu thiết kế mô hình CAD (Computer Aided Design), đến khâu sản xuất dựa trên cơ sở
CAM (Computer Aided Manufacturing, khả năng phân tích tính toán, tối ưu hóa lời giải
dựa trên chức năng CAE (Computer Aid Engineering) của phần mềm.
24


1.11.

GIỚI THIỆU CHUNG VÀ SO SÁNH ĐỘNG CƠ ĐIỆN

Động cơ điện một chiều cho đến ngày nay vẫn chiếm một vị trí quan trọng trong hệ
điều chỉnh tự động truyền đợng điện. Đợng cơ điện mợt chiều thơng thường có hiệu suất
cao và các đặc tính của chúng thích hợp trong hệ thống địi hỏi có đợ chính xác cao vùng
điều khiển rộng và quy luật điều chỉnh phức tạp. Tuy nhiên, hạn chế duy nhất là trong cấu
tạo của đợng cơ cần có cổ góp và chổi than, những thứ này dễ bị mòn và yêu cầu bảo trì,
bảo dưỡng thường xuyên.
Để khắc phục nhược điểm này người ta chế tạo loại động cơ không cần bảo dưỡng
bằng cách thay thế chức năng của cổ góp và chổi than bởi cách chuyển mạch sử dụng
thiết bị bán dẫn (chẳng hạn như biến tần sử dụng transitor công suất chuyển mạch theo
vị trí rotor). Những đợng cơ này được biết đến như là động cơ đồng bộ kích thích bằng
nam châm vĩnh cửu hay cịn gọi là đợng cơ mợt chiều khơng chổi than BLDC (Brushless
DC Motor). Do khơng có cổ góp và chổi than nên đợng cơ này khắc phục được hầu hết
các nhược điểm dễ bị mòn, bảo dưỡng, bảo trì thường xuyên của động cơ một chiều
thông thường.

Mặc dù người ta nói rằng đặc tính tĩnh của đợng cơ BLDC và ĐCMC thơng thường
hồn tồn giống nhau, thực tế chúng có những khác biệt đáng kể ở một vài khía cạnh.
Khi so sánh hai loại động cơ này về mặt công nghệ hiện tại, ta thường đề cập tới sự khác
nhau hơn là sự giống nhau giữa chúng.
Bảng 1. 1 Bảng so sánh giữa động cơ BLDC và động cơ thường
Nội dung
Cấu trúc cơ khí
Tính năng
đặc biệt

Sơ đồ nối dây

Động cơ một chiều thông
thường

Động cơ một chiều không
chổi than

Mạch kích từ nằm trên stator

Mạch kích từ nằm trên rotor

Đáp ứng chậm hơn. Dễ bảo
Đáp ứng nhanh và dễ điều khiển dưỡng (thường khơng u cầu
bảo dưỡng)
Nối vịng tròn.
Đơn giản nhất là nối Δ

Cao áp: Ba pha nối Y hoặc Δ.
Bình thường: Dây cuốn 3 pha

nối Y có điểm trung tính nối
đất hoặc 4 pha. Đơn giản nhất:
nối 2 pha
25