Luận văn Nghiên cứu và phát triển hệ thống lái không trục lái phục vụ điều khiển ô tô từ xa (Phần 1)

Nội dung text: Luận văn Nghiên cứu và phát triển hệ thống lái không trục lái phục vụ điều khiển ô tô từ xa (Phần 1)

1. BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO TRƯỜNG ĐẠI HỌC SƯ PHẠM KỸ THUẬT THÀNH PHỐ HỒ CHÍ MINH LUẬN VĂN THẠC SĨ NGUYỄN NHƯ XUÂN PHÚC NGHIÊN CỨU VÀ PHÁT TRIỂN HỆ THỐNG LÁI KHÔNG TRỤC LÁI PHỤC VỤ ĐIỀU KHIỂN Ô TÔ TỪ XA NGÀNH: KHAI THÁC VÀ BẢO TRÌ ÔTÔ, MÁY KÉO-605246 S K C0 0 3 7 2 7 Tp. Hồ Chí Minh, tháng 09/2012
2. BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO TRƯỜNG ĐẠI HỌC SƯ PHẠM KỸ THUẬT THÀNH PHỐ HỒ CHÍ MINH LUẬN VĂN THẠC SĨ NGUYỄN NHƯ XUÂN PHÚC NGHIÊN CỨU VÀ PHÁT TRIỂN HỆ THỐNG LÁI KHÔNG TRỤC LÁI PHỤC VỤ ĐIỀ U KHIỂ N Ô TÔ TỪ XA NGÀNH : KHAI THÁC VÀ BẢO TRÌ ÔTÔ, MÁY KÉO-605246 TP. Hồ Chí Minh, 09 – 2012
3. BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO TRƯỜNG ĐẠI HỌC SƯ PHẠM KỸ THUẬT THÀNH PHỐ HỒ CHÍ MINH LUẬN VĂN THẠC SĨ NGUYỄN NHƯ XUÂN PHÚC NGHIÊN CỨU VÀ PHÁ T TRIỂ N HÊ ̣ THỐ NG LÁI KHÔNG TRỤC LÁI PHUC̣ VU ̣ ĐIỀ U KHIỂ N Ô TÔ TỪ XA NGÀNH : KHAI THÁC VÀ BẢO TRÌ ÔTÔ, MÁY KÉO-605246 Hướng dẫn khoa học : TS. NGUYỄN BÁ HẢI Tp. Hồ Chí Minh, tháng 09 – 2012
4. LÝ LỊCH KHOA HỌC I. LÝ LỊCH SƠ LƯỢC: Họ & tên: Nguyễn Như xuân Phúc Giới tính : Nam Ngày, tháng, năm sinh: 26/10/1975 Nơi sinh : Bến Tre Quê quán: Bến tre Dân tộc : Kinh Chỗ ở riêng hoặc địa chỉ liên lạc: 30/10-Lãnh Binh Thăng-Tp.Bến Tre-Bến Tre Điện thoại cơ quan: Điện thoại nhà riêng: 0908179631 Fax: E-mail:nguyennhuxuanphuc1975@gmail.com II. QUÁ TRÌNH ĐÀO TẠO: 1. Trung học chuyên nghiệp: Hệ đào tạo: Chính quy Thời gian đào tạo từ 10/1993 đến 10/1997 Nơi học: Trường Cao Đẳng Sư Phạm Kỹ Thuật Vĩnh Long Ngành học: Cơ khí động lực 2. Đại học: Hệ đào tạo: Liên thông Thời gian đào tạo từ 09/2002 đến 09/2004 Nơi học (trường, thành phố): Trường Đại Học Sư Phạm Kỹ Thuật TPHCM Ngành học: Cơ Khí Động Lực Tên đồ án, luận án hoặc môn thi tốt nghiệp: Thi các môn Chuyên Đề Ngày & nơi bảo vệ đồ án, luận án hoặc thi tốt nghiệp: Trường Đại Học Sư Phạm Kỹ Thuật Người hướng dẫn: III. QUÁ TRÌNH CÔNG TÁC CHUYÊN MÔN KỂ TỪ KHI TỐT NGHIỆP ĐẠI HỌC: Thời gian Nơi công tác Công việc đảm nhiệm 2004- Đến nay Trường Cao Đẳng Bến Tre Giảng viên i
5. LỜI CAM ĐOAN Tôi cam đoan đây là công trình nghiên cứu của tôi. Các số liệu, kết quả nêu trong luận văn là trung thực và chưa từng được ai công bố trong bất kỳ công trình nào khác. Tp. Hồ Chí Minh, ngày 07 tháng 09 năm 2012 Học viên thực hiện Nguyễn Như Xuân Phúc ii
6. LỜI CẢM ƠN Trong suốt quá trình học tập và làm luận văn đã giúp em học hỏi thêm được rất nhiều kiến thức bổ ích từ thầy cô, bạn bè. Những kiến thức này giúp em vững vàng hơn về chuyên môn nghiệp vụ sau này. Có được kết quả như ngày hôm nay, em xin chân thành gởi lời cảm ơn đến Thầy TS. Nguyễn Bá Hải, Thầy đã cho em những kiến thức vô cùng quý báu, tận tình hướng dẫn, giúp em xác định đúng hướng đi để em có thể hoàn thành luận văn này. Em cũng xin chân thành gởi lời cảm ơn đến các thầy cô trong khoa Cơ khí Động Lực của trường Đại học Sư Phạm Kỹ Thuật đã tạo điều kiện thuận lợi cho em trong suốt quá trình học tập cũng như trong quá trình làm luận văn. Các bậc sinh thành, người thân trong gia đình là nguồn động viên cho em trong suốt quá trình học tập và phấn đấu. Một lần nữa em xin chân thành cảm ơn với tất cả tấm lòng của mình. Tp. Hồ Chí Minh, ngày 07 tháng 09 năm 2012 Học viên thực hiện Nguyễn Như Xuân Phúc iii
7. TÓM TẮT ĐỀ TÀI NGHIÊN CỨU Hiện nay, hướng nghiên cứu về điều khiển xe từ xa (Vehicle teleoperation) khá mới ở Việt Nam.Tuy nhiên, lại khá phổ biến ở các nước phát triển. Với sự hướng dẫn của TS Nguyễn Bá Hải cùng với sự nổ lực của bản thân và các thành viên trong nhóm nghiên cứu đã triển khai và hoàn thiện xe điều khiển từ xa với các hệ thống cơ bản trên xe như: hệ thống lái, hệ thống ga, hệ thống phanh và hệ thống chuyển số.Nhóm đã thiết kế một mô hình xe quân sự có khả năng chở bốn người và đạt vận tốc tối đa 30km/h. Để xe chuyển động được an toàn và linh hoạt khi điều khiển từ xa thì ôtô phải có một hệ thống lái tốt (tức là hệ thống lái phải đáp ứng được yêu cầu tối thiểu của một hệ thống lái thông thường đồng thời phải đạt được tính tức thời, linh hoạt và an toàn ở những điều kiện lái khác nhau). Đó là lý do tác giả chọn đề tài: “Nghiên cứu và phá t triển hê ̣thống lái không trục lái phục vụ điều khiển ô tô từ xa”. Các vấn đề cần nghiên cứu đã được thực hiện trong đề tài này gồm: Thiết kế chuyển đổi hệ thống lái thường sang hệ thống lái không trục lái cho xe quân sự. Thiết kế phần cứng và xây dựng phần mềm cho vô lăng điều khiển để tái tạo cảm giác lái xác thực trên vô lăng điều khiển hệ thống lái không trục lái dựa trên phương pháp đo dòng điện trực tiếp (Sử dụng phần mềm LabVIEW). Xây dựng phần mềm để điều khiển hệ thống lái trên xe từ xa thông qua thiết bị WIFI (Sử dụng phần mềm LabVIEW). Đánh giá và so sánh các ưu nhược điểm của hệ thống lái thường và hệ thống lái không trục lái. Đo được thời gian trễ của hệ thống lái không trục lái điều khiển từ xa qua thiết bị WIFI. Đây là một trong những hướng nghiên cứu mới mẽ (Theo kiến thức của nhóm nghiên cứu, thì đây là công trình duy nhất về hệ thống lái không trục lái điều khiển từ xa trên ô tô tại Việt Nam tính tới thời điểm thực hiện đề tài này). Khi thực hiện thành công , đề tài này sẽ là nguồn tài liệu tham khảo rất tốt cho các học viên cao học cũng như những người có quan tâm tới điều khiển phương tiện từ xa. iv
8. ABSTRACT Currently, vehicle teleoperation is one of the challenges vehicular robotics. Under supervision of Dr. Nguyen Ba Hai, along with the efforts of myself and the members of the team to redesign the basic system in the car and built a model military vehicles capable of carrying four people and reach a maximum speed of 30 km/h. To be safe vehicle movement and flexibility of a remote control, the car must have a good driving system suitable for the road conditions. This motivates us to choose the topics : "The study on a steer-by-wire system for vehicle teleoperation". The research topics include: Convert a conventional steering system to a stee-by-wire system (SBW). Design hardware and software for the SBW. Implement wireless network-based control algorithms for SBW Compare and study the characteristics of a SBW system under various conditions such as: ground contact, without ground contact and so on. Study on how do artificially reproduce the foce-feedback in seer-by-wire based on direct current measarement method which has been proposed by Ba-Hai Nguyen and Jee-Hwan Ryu. v
9. DANH SÁCH CÁC TỪ VIẾT TẮT HPS-Hydraulic Power Steering: Hệ thống lái trợ lực thủy lực EPS-Electric Power Steering: Hệ thống lái trợ lực điện SBW-Steering By Wire: Hệ thống lái không trục lái Haptics: Thuật ngữ chỉ cảm giác, xúc giác của con người I/O-Input/Output: Đầu vào/đầu ra LabVIEW-Laboratory Virtual Công cụ kỹ thuật thiết bị ảo trong phòng thí Instrumentation Engineering nghiệm Workbench: PID-Proportional Integral Thuật toán điều khiển tỉ lệ-tích phân-đạo hàm Derivative: BD-Block Diagram: Giao diện lập trình phần mềm LabVIEW FP-Front Panel: Giao diện điều khiển phần mềm LabVIEW VDK: Vi điều khiển HW-Handwheel: Vô lăng RW-Roadwheel: Bánh xe HDL 9090: Mạch giao tiếp máy tính đa năng dùng để thu thập dữ liệu và điều khiển thiết bị ngoại vi vi
10. DANH SÁCH CÁC HÌNH Hình 1.1: Các góc Camber,Caster và Kingping của hệ thống lái 15 Hình 1.2: Độ chụm dương (B-A>0) của xe 16 Hình 1.3: Hệ thống lái trên ô tô đầu tiên của Karl Benz năm 1885 17 Hình 1.4: Trong tương lai, nó có thể biến đổi vô lăng lái ô tô thành cần điều điều khiển giống như một trò chơi vi tính 18 Hình 1.5: Xe Land Glider của Nissan với hệ thống lái drive-by-wire 19 Hình 1.6: Không gian rộng lớn bên trong Hy-wire GM 20 Hình 1.7: Các thiết bị kiểm tra hệ thống lái tự động của Mercedes 21 Hình 1.8: Điều khiển đỗ xe từ xa ứng dụng trên xe Su Rui của BYD Trung Quốc . 22 hình 1.9: Chuyển đổi từ hệ thống lái thông thường sang hệ thống Steer-By-Wire 24 Hình 1.10: Các cảm nhận về trạng thái của vật thể 25 Hình 1.11: Giao diện Haptics sử dụng trong điều khiển xe từ xa 26 Hình 1.12: Thiết bị giao diện điều khiển xe 27 Hình 1.13: Công nghệ haptics trong hệ thống iDrive của hãng BMW 27 Hình 1.14: Tương tác với hình ảnh ba chiều thông qua cánh tay robot 28 Hình 1.15: Tương tác với hình ảnh ba chiều trong phẫu thuật từ xa 28 Hình 1.16: Giao diện chính của phần mềm LabVIEW phiên bản 2009 29 Hình 1.17: Một robot (Sprider) phát triển dựa trên lập trình LabVIEW 30 Hình 1.18: Khả năng kết hợp các phần cứng của LabVIEW 31 Hình 1.19: Cơ cấu cần điều khiển vị trí 32 Hình 1.20: Bộ PID điều khiển vị trí 33 Hình 1.21: Mô tả giá trị đặt, giá trị đo được và diện tích sai lệch 35 Hình 1.22: Sơ đồ kết nối phần cứng điều khiển PID động cơ DC 35 Hình 1.23: Sơ đồ mạch điện kết nối phần cứng điều khiển PID động cơ DC 36 Hình 1.24: Thuật toán điều khiển động cơ DC theo vị trí bằng PID 37 Hình 1.25: Kết quả lập trình P control cho động cơ DC 39 Hình 1.26: Giao diện người dùng điều khiển P cho động cơ DC 39 Hình 1.27: Đáp ứng của vị trí động cơ DC 40 vii
11. Hình 1.28: Điều khiển khâu PI vị trí động cơ DC 41 Hình 1.29: Điều khiển khâu PID vị trí động cơ DC 42 Hình 2.1: Động lực học của hệ thống SBW 43 Hình 2.2: Sự phối hợp điều khiển của phương pháp dựa trên mô hình 46 Hình 2.3: Sơ đồ điều khiển của biểu đồ mô-men 47 Hình 2.4: Sơ đồ điều khiển phương pháp mô-men xoắn 49 Hình 2.5: Những tín hiệu tham khảo cho phương pháp biểu đồ mô-men xoắn 49 Hình 2.6: Tổng quan về tái tạo cảm giác lái dùng cảm biến dòng 51 Hình 2.7: Sơ đồ kết nối của cảm biến dòng 53 Hình 2.8: Mối liên hệ giữa điện áp và dòng điện trong cảm biến ACS712 54 Hình 3.1: Sơ đồ khối hệ thống lái không trục lái điều khiển từ xa qua mạng WIFI . 58 Hình 3.2: Mô hình xe quân sự có hệ thống lái không trục lái điều khiển từ xa 60 Hình 3.3: Kết cấu cơ khí hệ thống lái ban đầu 61 Hình 3.4: Kết cấu cơ khí hệ thống lái không trục lái sau khi chuyển đổi 62 Hình 3.5: Các chi tiết bộ phận truyền động 62 Hình 3.6: Mô hình cơ khí tái tạo cảm giác lái xác thực 63 Hình 3.7: Cơ cấu dẫn động trục xoay vô lăng 64 Hình 3.8: Motor điều khiển cơ cấu lái 65 Hình 3.9: Công tắc hành trình 66 Hình 3.10: Encoder 100 xung 67 Hình 3.11: Sơ đồ kết nối mạch điều khiển mô hình hê ̣thống lái bằng điêṇ 68 Hình 3.12: Cảm biến ACS712 thực tế 69 Hình 3.13: Sơ đồ chân cảm biến ACS712 70 Hình 3.14: Mối liên hệ giữa điện áp và dòng điện trong cảm biến ACS712 71 Hình 3.15: Laptop ACER 71 Hình 3.16: Card USB HDL 9090 72 Hình 3.17: Sơ đồ chân Card USB HDL 9090 72 Hình 3.18: Sơ đồ khối card 9090 trong LabVIEW 73 Hình 3.19: Thành phần mạch điều khiển cảm giác lái 75 viii
12. Hình 3.20: Giao diện Server truyền nhâṇ 76 Hình 3.21: Giao diện Client 77 Hình 3.22: Lưu đồ dùng để lập trình tính toán mô men phản hồi cảm giác lái 78 Hình 3.23: Giao diện tính toán mô-men phản hồi taọ cảm giác lái 79 Hình 3.24: Lưu đồ dùng để lập trình truyền nhâṇ dữ liêụ bên Server 79 Hình 3.25: Giao diện truyền nhâṇ dữ liêụ bên Server 80 Hình 3.26: Lưu đồ dùng để lập trình điều khiển góc lái 80 Hình 3.27: Giao diện lập trình điều khiển góc lái 81 Hình 3.28: Lưu đồ thuật toán dùng để lập trình truyền nhâṇ bên client 82 Hình 3.29: Giao diện lập trình truyền nhâṇ bên client 83 Hình 3.30: Lưu đồ thuật toán dùng để lập trình điều khiển hệ thống lái SBW từ xa 84 Hình 3.31:Thuật toán bên Server 85 Hình 3.32: Thuật toán bên Client 86 Hình 4.1: Thử nghiệm hệ thống lái không trục lái điều khiển từ xa qua mang wifi . 87 Hình 4.2: Hằng số đáp ứng K= 4 88 Hình 4.3: Hằng số đáp ứng K= 250 89 Hình 4.4: Dòng i=0 khi chưa đánh lái 90 Hình 4.5: Dòng i tăng khi đánh lái có kích bánh xe dẫn hướng 91 Hình 4.6: Đồ thị dòng i theo góc lái khi nâng các bánh xe dẫn hướng 92 Hình 4.7: Mô-men phản hồi khi kích các bánh xe dẫn hướng 93 Hình 4.8: Dòng i tăng khi đánh lái có ma sát giữa các bánh xe dẫn hướng với mặt đường 94 Hình 4.9: Đồ thị dòng i theo góc lái khi các bánh xe dẫn hướng tiếp xúc mặt đường và v =0 km/h 95 Hình 4.10: Mô-men phản hồi khi các bánh dẫn hướng tiếp xúc măṭ đường và V= 0 96 Hình 4.11: Đồ thị dòng i theo góc lái khi vận tốc xe v =20 km/h 97 Hình 4.12: Mô-men phản hồi khi xe chuyển động với vâṇ tốc bằng 20km/h 98 Hình 4.13: Lưu đồ tính thời gian trễ trên hê ̣thống lái gián tiếp từ xa 99 Hình 4.14: Chương trình đo thời gian trễ 100 ix
13. DANH SÁCH CÁC BẢNG Bảng 1: Các thông số dùng trong mô phỏng 56 Bảng 2: Các tính năng của hệ thống dẫn động cơ cấu lái 63 Bảng 3: Các thông số kỹ thuật mô hình 64 Bảng 4: Các tính năng của hệ thống dẫn động mô hình 65 Bảng 5: Thông số kỹ thuật của Card USB HDL 9090 73 Bảng 6: Cách kiểm tra Card USB HDL 9090 74 Bảng 7: Chi tiết mạch điều khiển cảm giác lái 74 x
14. KÝ HIỆU J h : Là mô men quán tính của vô lăng b h : Là hệ số giảm chấn của vô Lăng  fh : Là mô –men ma sát coulomb tại vô Lăng  hw : Là biểu thị góc quay của vô Lăng  h : Là mô- men của người điều khiển tác dụng lên vô lăng  Hwact: Là mô-men xoắn của động cơ DC đặt tại vô lăng J r : Là mô men quán tính của cơ cấu lái b r : Là hệ số giảm chấn của cơ cấu lái  fr : Là mô men ma sát coulomb tại cơ cấu lái  rw : Là biểu thị góc quay của cơ cấu lái  a : Là mômen của người điều khiển tác dụng lên cơ cấu lái  Rwact: Là mô men xoắn của động cơ DC đặt tại cơ cấu lái ysw : Phản lực liên quan tới góc quay vô lăng y v : Phản lực liên quan tới vận tốc của xe x : Vận tốc của xe ( Biểu đồ này chỉ sử dụng trong phương pháp biểu đồ mô- men xoắn ) vv max : Vận tốc độ cực đại của xe Tin : Là mô-men xoắn ban đầu xi
15. Nghiên cứu và phát triển hệ thống lái không trục lái phục vụ cho ô tô điều khiển từ xa MỤC LỤC Quyết định giao đề tài Lý lịch khoa học i Lời cam đoan ii Lời cảm ơn iii Tóm tắt đề tài iv Danh sách các chữ viết tắt vi Danh sách các hình vii Danh sách các bảng x Ký hiệu xi MỤC LỤC 1 PHẦN I: DẪN NHẬP 6 1.1 Lý do chọn đề tài 6 1.2 Mục đích và nhiệm vụ nghiên cứu 7 1.2.1 Mục đích nghiên cứu 7 1.2.2 Nhiệm vụ nghiên cứu 8 1.3 Đối tượng nghiên cứu 8 1.4 Điểm mới của đề tài 9 1.5 Phương pháp nghiên cứu 9 1.6 Phạm vi nghiên cứu 10 1.7 Tình hình nghiên cứu trong nước và trên thế giới 10 1.7.1 Tình hình trong nước 10 1.7.2 Tình hình trên thế giới 11 GVHD: TS.Nguyễn Bá Hải Trang 1 HVTH:Nguyễn Như Xuân Phúc
16. Nghiên cứu và phát triển hệ thống lái không trục lái phục vụ cho ô tô điều khiển từ xa PHẦN II: NỘI DUNG 14 CHƢƠNG 1:CƠ SỞ LÝ THUYẾT 14 1.1 Tổng quan về hệ thống lái trên ô tô 14 1.1.1 Công dụng của hệ thống lái 14 1.1.2 Yêu cầu của hệ thống lái 14 1.1.3 Phân loại 14 1.1.4 Các góc đặt bánh xe trong hệ thống lái 15 1.2 Sự phát triển của hệ thống lái trên ô tô 16 1.3 Khái niệm hệ thống STEER-BY-WIRE trên ô tô 19 1.3.1 Xe ô tô điện Mini Land Glider của Nissan 19 1.3.2 The GM Hy-wire 20 1.3.3 Sản phẩm của Mercedes và Su Rui của BYD Trung Quốc 21 1.3.4 Những lợi ích kỹ thuật của hệ thống STEER-BY-WIRE 23 1.4 Những cải tiến của hệ thống STEER-BY-WIRE 23 1.5 Cơ sở lý thuyết cảm giác xúc giác (HAPTICS) 25 1.5.1 Haptics là gì? 25 1.5.2 Ứng dụng công nghệ haptics 25 1.5.2.1 Dân dụng 25 1.5.2.2 Đối với ô tô 26 1.5.2.3 Con người tương tác với robot 27 1.5.2.4 Y tế: 28 1.6 Giới thiệu phần mền LabVIEW 29 1.6.1 LabVIEW là gì? 29 GVHD: TS.Nguyễn Bá Hải Trang 2 HVTH:Nguyễn Như Xuân Phúc
17. Nghiên cứu và phát triển hệ thống lái không trục lái phục vụ cho ô tô điều khiển từ xa 1.6.2 Thuật toán PID và ứng dụng vào điều khiển động cơ DC 32 1.6.2.1 Khái niệm thuật toán PID 32 1.6.2.2 Bản chất toán học của thuật toán PID 32 1.6.2.3 Thực hành điều khiển PID cho động cơ DC 32 1.6.2.4 Các lưu ý khi thiết kế bộ điều khiển PID 36 1.6.2.5 Điều khiển vị trí động cơ DC bằng thuật toán PID 37 1.6.2.6 Điều khiển vị trí động cơ DC bằng khâu P 38 1.6.2.7 Điều khiển vị trí động cơ DC bằng khâu PI 40 1.6.2.8 Điều khiển vị trí động cơ DC bằng khâu PID. 41 CHƢƠNG 2: THUẬT TOÁN TÁI TẠO CẢM GIÁC LÁI 43 2.1 Giới thiệu về hệ thống lái không trục (SBW) 43 2.2 Các phương pháp tái tạo cảm giác lái 45 2.2.1 Phương pháp tiếp cận dựa trên động học 45 2.2.2 Phương pháp dựa trên biểu đồ mô-men 46 2.2.3 Phương pháp dựa trên cảm biến mô-men xoắn 48 2.2.4 Phương pháp đo dựa trên cường độ dòng điện 50 2.2.4.1 Giới thiệu phương pháp đo dòng điện 50 2.2.4.2 Sự tái tạo cảm giác lái 54 CHƢƠNG 3: THIẾT KẾ PHẦN CỨNG, XÂY DỰNG PHẦN MỀM CỦA HỆ THỐNG LÁI KHÔNG TRỤC LÁI ĐIỀU KHIỂN TỪ XA 58 3.1 Thiết kế phần cứng 58 3.1.1 Giới thiệu sơ đồ hệ thống lái không trục lái điều khiển từ xa 58 3.1.2 Chế tạo phần cơ khí của hệ thống lái không trục lái điều khiển từ xa . 59 GVHD: TS.Nguyễn Bá Hải Trang 3 HVTH:Nguyễn Như Xuân Phúc
18. Nghiên cứu và phát triển hệ thống lái không trục lái phục vụ cho ô tô điều khiển từ xa 3.1.2.1 Chuyển đổi cơ cấu lái thường sang cơ cấu lái không trục lái 60 3.1.2.2 Vô lăng điều khiển hệ thống lái 63 3.1.2.3 Chọn động cơ DC để dẫn động cơ cấu lái 65 3.1.2.5 Encoder 100 xung 67 3.2 Xây dựng phần mềm điều khiển hệ thống lái SBW điều khiển từ xa 68 3.2.1 Phần điện mô hình hệ thống lái không trục lái: 68 3.2.2 Cảm biến dòng điện ACS712 69 3.2.3 Laptop dùng cho Server và Client 71 3.2.4 Giới thiệu Card USB HDL 9090 72 3.2.5 Mạch điện điều khiển nô hình vô lăng 74 3.2.6 Lập trình tái tạo cảm giác lái mô hình 76 3.2.6.1 Giao diện điều khiển 76 3.2.6.2 Giao diện lập trình mô hình 78 3.3 Thuật toán và lập trình hệ thống lái không trục lái điều khiển từ xa 83 3.3.1 Giới thiệu lưu đồ thuật toán cho xe có hệ thống lái SBW điều khiển từ xa 83 3.3.2 Thiết kế phần mềm 84 CHƢƠNG 4: KẾT QUẢ THỰC NGHIỆM 87 4.1 Kế hoạch và kết quả thử nghiệm 87 4.1.1 Kế hoạch thực nghiệm 87 4.1.2 Tiến hành thực nghiệm 88 4.2 Đo thời gian trễ của hệ thống lái không trục lái điều khiển từ xa 99 4.2.1 Thuật toán tính thời gian trễ của hệ thống lái SBW điều khiển từ xa . 99 4.2.2 Thuật toán đo thời gian trễ 100 GVHD: TS.Nguyễn Bá Hải Trang 4 HVTH:Nguyễn Như Xuân Phúc
19. Nghiên cứu và phát triển hệ thống lái không trục lái phục vụ cho ô tô điều khiển từ xa 4.2.3 Kết quả 100 CHƢƠNG 5: KẾT LUẬN VÀ HƢỚNG NGHIÊN CỨU 101 5.1 Kết luận 101 5.2 Hạn chế 102 5.3 Hướng nghiên cứ u 102 TÀI LIỆU THAM KHẢO 103 GVHD: TS.Nguyễn Bá Hải Trang 5 HVTH:Nguyễn Như Xuân Phúc
20. Nghiên cứu và phát triển hệ thống lái không trục lái phục vụ cho ô tô điều khiển từ xa PHẦN I: DẪN NHẬP 1.1 Lý do chọn đề tài Ngày nay, có rất nhiều ứng dụng trên xe điều khiển từ xa để phục vụ khi hoạt động ở giám sát an ninh cho các tòa nhà, vùng nguy hiểm, vùng độc hại v.v. Khi xe hoạt động (thông qua người lái điều khiển từ xa), để xe di chuyển một cách an toàn, linh hoạt thì trên xe điều khiển từ xa cần phải có hệ thống lái gián tiếp để kiểm soát sự chuyển động của xe theo đúng quỹ đạo mà người điều khiển đã chọn. Hệ thống lái gián tiếp từ xa trên xe này phải đảm bảo về tính an toàn, chính xác, linh hoạt và đặc biệt là người điều khiển phải có được cảm giác lái thực trên vô lăng điều khiển khi xe hoạt động. Khi người lái điều khiển vô lăng lái, thì các bánh xe dẫn hướng phải đáp ứng kịp thời và chính xác theo góc quay của vô lăng thông qua cơ cấu lái nhằm đưa xe đi đúng hướng mà người điều khiển đã chọn. Ở Việt Nam hiện nay, xe điều khiển từ xa vẫn chưa được quan tâm đúng mức. Trong tương lai gần, chúng ta mong muốn rằng việc điều khiển các xe từ xa thông qua mạng WIFI hay 3G không còn là điều hiếm hoi và đó là một trong những phương tiện, những công cụ thay thế con người làm việc trong những môi trường độc hại, nguy hiểm nhằm đảm bảo an toàn cho con người tránh được những độc hại gây mất mát trong cuộc sống. Đó là lý do để tác gi ả nghiên cứ u và choṇ đề tài :“Nghiên cứu và phát triển hê ̣thống lái không trục lái phục vụ điều khiển ô tô từ xa” Đây là một trong những đề tài thuộc dự án được sự quan tâm và đầu tư của Bộ tư lệnh công binh Việt Nam. Chủ nhiệm dự án là: PGS. TS. Đỗ Văn Dũng và TS. Nguyễn Bá Hải. Tác giả thực hiện nghiên cứ u đề tài “hê ̣thống lái không tr ục lái phục vụ cho điều khiển ô tô từ xa” là trên ô tô thật. Nhìn chung, để thực hiện đề tài , tác giả đa ̃ tìm hiểu nghiên cứ u các nguồn tài liệu rất hạn chế có được từ những bài báo khoa GVHD: TS.Nguyễn Bá Hải Trang 6 HVTH:Nguyễn Như Xuân Phúc
21. Nghiên cứu và phát triển hệ thống lái không trục lái phục vụ cho ô tô điều khiển từ xa học trong và ngoài nước (cho tới thời điểm thưc̣ hiêṇ đề tài này , chưa có bất kỳ công bố nào về hê ̣thống lái không trục lái trên ô tô điều khiển từ xa tại Việt Nam). Trong quá trình thưc̣ hiêṇ , nhóm sẽ chuyển đổi và thiết kế hê ̣thống lái không trục lái thường sang hệ thống lái không trục lái điều khiển từ xa trên môṭ chiếc xe thâṭ (Xe phục vụ chở người trong sân Golf, có khả năng chở 4 người và đaṭ vâṇ tốc tối đa 30km/h). Xe đã được thiết kế lại theo kiểu dáng xe quân sự như theo dự án. 1.2 Mục đích và nhiệm vụ nghiên cứu 1.2.1 Mục đích nghiên cứu Vận dụng lý thuyết về hê ̣thống lái không tr ục lái trên ôtô, lý thuyết điều khiển động cơ DC, sử dụng card Hocdelam HLD USB-9090 và Driver Motor, viết chương trình giao tiếp nhằm chế tạo và thực nghiệm hê ̣thống lái không trục lái trên ôtô, từ đó hoàn thiện và phát triển hệ thống lái không trục lái điều khiển từ xa trên ôtô, đó cũng chính là là tiền đề quan trọng trong các bước phát triển cho hệ thống lái điều khiển từ xa và lái xe tự động trong tương lai. Cụ thể như sau: Đề xuất được kết cấu cơ khí, sơ đồ mạch điện, thiết bị để chế tạo được hệ thống lái không trục lái. Đề xuất được thuật toán điều khiển hệ thống SBW. Nghiên cứu các yếu tố ảnh hưởng đến cảm giác lái. Nghiên cứu cách thức tái tạo cảm giác lái bằng phương pháp đo cường độ dòng điện trực tiếp. Thực thi được việc lái từ xa hệ thống SBW. Tìm được giải pháp thử nghiệm kết cấu & chương trình đã lập trình trên (thử nghiệm trên xe quân sự). Khảo sát và đánh giá được mối quan hệ giữa: mô-men phản hồi với góc lái; dòng điện với góc lái và sự đáp ứng của góc HW và góc RW. Từ đó, xác định được cảm giác lái của người lái ở các điều kiện lái khác nhau. GVHD: TS.Nguyễn Bá Hải Trang 7 HVTH:Nguyễn Như Xuân Phúc
22. S K L 0 0 2 1 5 4