Nghiên cứu và phát triển hệ thống chuyển số gián tiếp phục vụ điều khiển ô tô từ xa

Tóm tắt Trong đề tài “Nghiên cứu va  pha  t triê ̉ n hê ̣ thông chuyển số gián tiếp phục vụ điều khiển ôtô từ xa” có nhiều vấn đề mở ra liên quan đến công nghệ “by-wire” bao gồm việc lựa chọn cơ cấu chấp hành, tính toán thời gian trễ và độ tin cậy của hệ thống. Đề tài này tập trung vào phát triển một hệ thống chuyển số gián tiếp (shift- by-wire) dựa trên cơ sở động cơ điện và đo thời gian giữa hệ thống điều khiển gián tiếp và điều khiển gián tiếp từ xa. Chuyển số gián tiếp là hệ thống mà các cơ cấu cơ khí được thay thế bằng các cảm biến và cơ cấu chấp hành. Chuyến số gián tiếp từ xa là việc điều khiển chuyển số thông qua đường truyền vô tuyến. Hệ thống bao gồm 1 động cơ điện một chiều để dẫn động cần chuyển số và các công tắc hành trình để xác định vị trí số, cùng các card giao tiếp và mạch khuếch đại và được lập trình điều khiển thông qua phần mềm LabVIEW. Hệ thống cơ bản vẫn giữ nguyên kết cấu cơ khí ban đầu, tác giả thiết kế hệ thống mới gắn song song với hệ thống hiện tại được điều khiển thông qua nút nhấn tích hợp trên vô lăng hoặc điều khiển từ xa thông qua mạng không dây 3G. Do đó ta có thể điều khiển chuyển số ở 3 chế độ: trực tiếp, gián tiếp hoặc điều khiển từ xa. Nghiên cứu này được chứng minh bằng kết quả thực nghiệm trên xe một xe quân sự 4 chỗ được cải tạo từ xe sân golf. Abstract In this research a shift-by-wire system is studied. There are several issues related to “by-wire” technology including actuator types, time delay in “by-wire” system, redundancy,etc… This project focuses on developing a DC motor-based shift-by-wire system and the measurement of time delay in indirect control and teleperation control. Indirect control of a shift-by-wire system is the case when mechanical cable is replaced with electrical sensors and actuator. Teleoperation is the case when the shift-by-wire of vehicle is controlled at a distance. The system includes one DC motor to drive the shift lever and the switchs to determine the shift position, with the interface card, the amplifier circuit and control programme through LabVIEW software. Basically, system remains the original mechanical structure, authors designed a new system mounted parallelly with the current system, The proposed shift-by-wire is controlled through the integrated buttons on the steering wheel or teleoperation control via 3G wireless network. Thus we can control the tranmission in three modes: direct, indirect and teleoperaton control. This research is investigated with experimental results bassed on a 4 seat military vehicle. Nghiên cứu và phát triển hệ thống chuyển số gián tiếp phục vụ cho ô tô điều khiển từ xa GVHD: TS.Nguyễn Bá Hải 1 HVTH:Nguyễn Thanh Minh MC LC MC LC 1 DANH MC T VIT TT 6 MC LC HÌNH 8 MC LC BNG 12 CHNG 1: TNG QUAN 13 1.1 Tng quan và lý do chọn đ tài 13 1.2 Mc đích vƠ nhim v nghiên cu 14 1.2.1 Mu 14 1.2.2 Nhim v nghiên cu 14 1.3 Đi tng nghiên cu 14 1.4 Đim mi ca đ tài 15 1.5 Phng pháp nghiên cu 15 1.6 Phm vi nghiên cu 15 1.7 Tình hình nghiên cu trong vƠ ngoƠi nc 15 1.7.1 Tình hình nghiên cc 15 1.7.2 Tình hình nghiên cc ngoài 16 CHNG 2:C S ̉ LY ́ THUYể ́ T 18 2.1 Tng quan v các loi hp s trên ô tô 18 2.1.1 Hp s ng 18 2.1.1.1 Công dng ca hp s ng 18 2.1.1.2 Cu to hp s ng 18 hp s ng 19 m ca hp s ng 20 2.1.2 Hp s t ng có cp 20 2.1.2.1 Khái quát v hp s t ng có cp 20 2.1.2.2 Cu to và nguyên lý hp s t ng có cp 21 2.1.2.3 m ca hp s t ng có cp 23 Nghiên cứu và phát triển hệ thống chuyển số gián tiếp phục vụ cho ô tô điều khiển từ xa GVHD: TS.Nguyễn Bá Hải 2 HVTH:Nguyễn Thanh Minh 2.1.3 Hp s t ng vô cp 23 2.1.3.1 Khái quát hp s vô cp 23 2.1.3.2 Cu to và nguyên lý hong ca các loi hp s t ng vô cp 24  Transaxle) 24   29 m ca hp s t ng có cp 31 2.2 H thng chuyn s gián tip (Shift-by-wire) 32 2.2.1 Khái quát v h thng chuyn s gián tip (Shift-by-wire) 32 m ca h thng 34 2.2.3 Tình hình nghiên cu h thng chuyn s gián tip các hãng 34 2.2.3.1 H thng SmartShift ca hãng sn xuu kéo Freightliner 34 2.2.3.2 H thng X-by-wire trên xe BMW 7 series 35 2.3 H thng chuyn s gián tip t xa 35 2.3.1 Khái quát h thu khin chuyn s gián tip t xa 35 m ca h thu khin chuyn s gián tip t xa 36 2.3.3 So sánh các h thng chuyn s 37 2.3.4 Các v t ra khi thit k h thng chuyn s gian tip 38 2.4 C sở lý thuyt cm giác xúc giác (haptics) 38 2.4.1 Haptics là gì? 38 2.4.2 ng dng công ngh haptics 39 2.4.2.1 ng dc ô tô 39 2.4.2.1.1 Thit b giao diu khin t xa 39 2.4.2.1.2 Thit b iDrive Touch trên BMW 40 2.4.2.2 ng dc y t 42 2.4.2.2.1 Cánh tay phu thut ROBOCAST 42 2.4.2.2.2 Máy cm bin siêu nh cho phu thut viên 42 2.4.2.3 ng dc công ngh máy tính 43 Nghiên cứu và phát triển hệ thống chuyển số gián tiếp phục vụ cho ô tô điều khiển từ xa GVHD: TS.Nguyễn Bá Hải 3 HVTH:Nguyễn Thanh Minh 2.4.2.3.1 Công ngh màn hình cm ng Tixel 43 2.4.2.3.2 Thit b  45 2.4.2.3.3 Chut không dây Suma công ngh cm bin xúc giác 46 2.4.2.4 ng dc khác 47 2.4.2.4.1 Nokia và công ngh xúc giác 47 2.4.2.4.2 Ngón tay xúc giác 49 2.5 Gii thiu phần mn LabVIEW 51 2.5.1 LabVIEW là gì? 51  53 2.5.4 Thut toán PID và ng du khi 57 2.5.4.1 Khái nim thut toán PID 57 2.5.4.2 Bn cht toán hc ca thut toán PID 58 2.5.4.3 iu khi 61 u khin v ng khâu P 62 2.5.4.5 Thuu khin t xa qua mng wifi 65 n d liu t máy Server 65 n d liu t máy Client 67 2.6 Tng quan v mng không dây 67 2.6.1 Gii thiu v mng không dây 67 2.6.2 Các mô hình mng không dây 69 2.6.2.1 Access Point 69 2.6.2.2 Mô hình Ad-Hoc 71 2.6.2.3 Mô hình Infrastructure 72 2.6ng không dây 72 2.6m 72 2.6m 73 2.7 Công ngh truyn d liu qua 3G 73 2.7.1 Gii thiu mng 3G 73 2.7.2 Tiêu chun 3G 74 Nghiên cứu và phát triển hệ thống chuyển số gián tiếp phục vụ cho ô tô điều khiển từ xa GVHD: TS.Nguyễn Bá Hải 4 HVTH:Nguyễn Thanh Minh CHNG 3: THIT K CH TO VÀ XÂY DNG THUT TOÁN CHO H THNG 76 3.1 Ch to h thng chuyn s t xa 76 3.1.1 Gii thi h thng chuyn s u khin gián tip t xa 76 3.1.2 Ch to phu khin gián tip t xa 77 3.1.3 Ch to h thng chuyn s gián tip t xa 78 3.1.3.1 Cn chuyn s u khin 80 3.2.1.2 Laptop dùng cho server và client 80 3.2.1.3 Card USB HDL 9090 80 u chuyn s 83 3.1.3.5 Công tc hành trình 83 3.1.3.6 Encoder 84 3.2 Thit k phần đin ca c cấu chuyn s gián tip t xa 85 3.2.1 Mc thit k u khin 85 3.2.2 Mu chuyn s gián tip trên xe 85 3.3 Xây dng phần mm điu khin c cấu chuyn s gián tip điu khin t xa 86 3.3.1 L thut toán cho h thng chuyn s gián tip t xa 86 3.3.2 Thit k phn mm 87  88 u khin 92 3.3.2.3  95 CHNG 4: THệ NGHIM VÀ KT QU 100 4.1 Mc tiêu thử nghim 100 4.2 Kt qu thử nghim 101 thi gian chuyn s gián tip và gián tip t xa 101 i gian tr ca tín hiu mng 3G bng thut toán 103 4.2.2.1 Thut toán tính thi gian tr ca tín hiu mng 103 i gian tr 103 Nghiên cứu và phát triển hệ thống chuyển số gián tiếp phục vụ cho ô tô điều khiển từ xa GVHD: TS.Nguyễn Bá Hải 5 HVTH:Nguyễn Thanh Minh CHNG 5: KT LUN VÀ HNG PHÁT TRIN 104 5.1 Kt lun 104 5.2 Hng phát trin 104 TÀI LIU THAM KHO 106 Nghiên cứu và phát triển hệ thống chuyển số gián tiếp phục vụ cho ô tô điều khiển từ xa GVHD: TS.Nguyễn Bá Hải 6 HVTH:Nguyễn Thanh Minh DANH MC T VIT TT  LabVIEW (Laboratory Virtural Instrumentation Engineering Workbench)  CVT (continuously variable transmission)  DCT (dualclutch transmission )  CTX (Continuously Variable Transaxle)  3G (3rd generation of mobile telecommunications technology)  NI (National Instruments)  USB(Universal Serial Bus)  PCI (Peripheral Component Interconnect)  PID (ProportionalIntegralDerivative)  DC (Direct current)  TCP/IP (Transmission Control Protocol and Internet Protocol )  IO (Input Output)  ADC (Analog-to-digital converter)  PWM (Pulse-width modulation)  GND (Ground)  CNT (Counter)  DI (Digital)  SW (Switch)  Wireless LAN (Wireless Local Area Network)  FCC (The Federal Communications Commission)  IEEE (Institute of Electrical and Electronics Engineers)  AP (Access point)  UMTS (Universal Mobile Telecommunication System)  3GPP (The 3rd Generation Partnership Project)  W-CDMA (Wideband Code Division Multiple Access)  GSM(Global System for Mobile Communications, Groupe Spécial Mobile) Nghiên cứu và phát triển hệ thống chuyển số gián tiếp phục vụ cho ô tô điều khiển từ xa GVHD: TS.Nguyễn Bá Hải 7 HVTH:Nguyễn Thanh Minh  GPRS (General packet radio service)  EDGE (Enhanced Data Rates for GSM Evolution)  TD-SCDMA (Time Division Synchronous Code Division Multiple Access)  TD-CDMA (Time Division Code Division Multiple Access)  HSDPA (High-Speed Downlink Packet Access)  HSUPA (High-Speed Uplink Packet Access)  UMTS-TDD (Universal Mobile Telecommunications System (UMTS) - time-division duplexing (TDD))  ITU (International Telecommunication Union)  GPS (Global Positioning System)  CES(Consumer Electronics Show) Nghiên cứu và phát triển hệ thống chuyển số gián tiếp phục vụ cho ô tô điều khiển từ xa GVHD: TS.Nguyễn Bá Hải 8 HVTH:Nguyễn Thanh Minh MC LC HÌNH HÌNH TRANG Hình 2.1:  19 Hình 2.2: ng hc hp s hai trc 3 s tin 1 s lùi 19 Hình 2.3:  hp s t ng có cp 21 Hình 2.4:  22 Hình 2.5: 24 Hình 2.6:   26 Hình 2.7: 27 Hình 2.8: 29 Hình 2.9: 30 Hình 2.10: 31 Hình 2.11: H thng chuyn s gián tip 32 Hình 2.12: H thng SmartShift ca Freightliner 35 Hình 2.13: H thng Shift by wire ca BMW 35 Hình 2.14: H thng chuyn s gián tip t xa 36 Hình 2.15: Nhng ca tay lên mt vt th  cm nhntrng thái ca vt th 39 Hình 2.16: Giao din Haptics s du khin xe t xa, phát trin biTS. Nguyn Bá Hi ti phòng thí nghim Biorobotics Lab, Hàn Quc 40 Hình 2.17: Thit b giao diu khin xe 40 Hình 2.18: Giao din hin th h thng thông tin tích hp trên BMW 40 Hình 2.19: H thu khin iDrive trên xe BMW 7 series 41 Hình 2.20: u khin trên h thng iDrive ca BMW 41 Hình 2.21: Ca phu thui s h tr ca Robocast 42 Hình 2.22: Thit b u thut viên 43 Hình 2.23: Công ngh màn hình Tixel 44 [...]... giao tiếp USB-9090 GVHD: TS.Nguyễn Bá Hải 14 ng và hộp số tự động HVTH:Nguyễn Thanh Minh Nghiên cứu và phát triển hệ thống chuyển số gián tiếp phục vụ cho ô tô điều khiển từ xa - Các thiết bị thu nhận tín hiệu, các cảm biến - Giao tiếp không giây thông qua chuẩn TCP/IP và mạng 3G 1.4 Đi m m i c a đ tƠi Chế tạo và thực nghiệm hệ thống chuyển số gián tiếp điều khiển từ xa qua - mạng 3G trên ô tô thật... thật (Xe phục vụ ch ng i trong sân golf ,có khả năng ch 4 ng ơi và đa ̣t vâ ̣n tôc tôi đa 30km/h) Hệ thống có thể hoạt động 3 chế độ:  Điều khiển trực tiếp nh hệ thống chuyển số thông th ng  Điều khiển gián tiếp thông qua nút nhấn tích hợp trên vô lăng  Điều khiểngián tiếp từ xa thông qua mạng không dây Đánh giá hiệu quả c a việc điều khiển chuyển số gián tiếp từ xa 1.5 Ph ng pháp nghiên c u - Nghiên. .. i điều khiển chọn chế độ số trên cần số thì tín hiệu đ ợc truyền đến ECU Sau khi ECU nhận tín hiệu thì sẽ gửi một tín hiệu điều khiển đến cơ cấu chấp hành chuyển số Hình 2.11 :Hệ thống chuyển số gián tiếp GVHD: TS.Nguyễn Bá Hải 32 HVTH:Nguyễn Thanh Minh Nghiên cứu và phát triển hệ thống chuyển số gián tiếp phục vụ cho ô tô điều khiển từ xa So sánh các ph ơng pháp dẫn động cơ cấu điều khiển chuyển số: ... Minh Nghiên cứu và phát triển hệ thống chuyển số gián tiếp phục vụ cho ô tô điều khiển từ xa các mạch khuếch đại để điều khiển động cơ điện Hệ thống đ ợc điều khiển bằng máy tính thông qua lập trình bằng phần mềm LabVIEW.Dựa vào các tín hiệu điều khiển để đánh giá khả năng đáp ng c a hệ thống, đanh gia hiê ̣u quả của viê ̣c thiêt kê va chuyể n ô i hê ̣ thông chuy ển số th ng sang hê ̣ thông chuyển. .. USBHDL9090 82 B ng 3.5: Thông số kỹ thuật mô tơ chuyển số 83 B ng 4.1: Kết quả đo th i gian chuyển số 101 GVHD: TS.Nguyễn Bá Hải 12 HVTH:Nguyễn Thanh Minh Nghiên cứu và phát triển hệ thống chuyển số gián tiếp phục vụ cho ô tô điều khiển từ xa ng 1 Ch T NG QUAN 1.1 T ng quan và lý do chọn đ tƠi Công nghệ ô tô ngày nay không chỉ là những hệ thống cơ khí truyền thống mà đó là sự kết tinh... tay số) GVHD: TS.Nguyễn Bá Hải 20 HVTH:Nguyễn Thanh Minh Nghiên cứu và phát triển hệ thống chuyển số gián tiếp phục vụ cho ô tô điều khiển từ xa L – Low: chuyển động lên dốc Đôi khi một số hộp số tự động khác có thêm các vị trí nh sau: 3 – Chỉ đi tay số 1 đến tay số 3 2 – Chỉ đi tay số 1 đến tay số 2 1 – Chỉ đi tay số 1 Hộp số tự động cho phép đơn giản hóa việc điều khiển hộp số Quá trình chuyển số. .. thố ng chuy n s gián ti p ph c v cho tô đi u khi n t xa Trong nghiên c u này, tác giả tập trung chế tạo hệ thống chuyển số trên xe thực tế, đó là những thách th c kỹ thuật có liên quan đến việc phát triển hệ thống chuyển số và đặc biệt là việc ng dụng gián tiếp thông qua mạng không dây để điều khiển hệ thống chuyển số Tr ớc tiên, tác giả nghiên c u và khảo sát các hệ thống hộp số và cơ cấu điều khiển. .. số gián tiếp từ xa 1.2 M c đích vƠ nhi m v nghiên c u 1.2.1 M c đích nghiên c u - Chế tạo và thử nghiệm thành công hệ thống chuyển số kiểu mới đ ợc điều khiển từ xa thông qua mạng 3G - Đánh giá hiệu quả c a việc điều khiển chuyển số gián tiếp từ xa - Tính đ ợc th i gian trễ khi truyền qua mạng 3G 1.2.2 Nhi m v nghiên c u - Do đề tài về hê ̣ thông chuy ển số gián tiếp trên ô tô còn mới mẻ Việt nam và. .. công trình nghiên c u nào về hệ thống này trên xe nên tác giả thu thập tài liệu về hệ thống chuyển số trên ô tô ặc biệt là kiến th c và một số tài liệu điều khiển từ xa c a thầy:TS Nguyễn Bá Hải và các luận văn thạc sĩ c a các khoá tr ớc để dựa vào đó phát triển hệ thông chuyển số gián tiếp trên ô tô - Nghiên c u, thử nghiệm và tìm giải pháp thích hợp từ đó đề ra ph ơng pháp chế tạo cơ khí tối u và. .. u tài liệu - Chế tạo hệ thống chuyển số gián tiếp trên xe thực tế - Viết ch ơng trình điều khiển chuyển số qua mạng không dây - Thực nghiệm trên xe, điều khiển hệ thống chuyển số thông qua giao tiếp giữa máy tính, card giao tiếp và động cơ điều khiển - Đánh giá kết quả 1.6 Ph m vi nghiên c u - Đề tài chỉ giới hạn nghiên c u hệ thống chuyển số gián tiếp trên xe sân golf - Điều khiển động cơ DC bằng . tiếp và điều khiển gián tiếp từ xa. Chuyển số gián tiếp là hệ thống mà các cơ cấu cơ khí được thay thế bằng các cảm biến và cơ cấu chấp hành. Chuyến số gián tiếp từ xa là việc điều khiển chuyển. dc công ngh máy tính 43 Nghiên cứu và phát triển hệ thống chuyển số gián tiếp phục vụ cho ô tô điều khiển từ xa GVHD: TS.Nguyễn Bá Hải 3 HVTH:Nguyễn Thanh Minh 2.4.2.3.1 Công ngh. gian tr 103 Nghiên cứu và phát triển hệ thống chuyển số gián tiếp phục vụ cho ô tô điều khiển từ xa GVHD: TS.Nguyễn Bá Hải 5 HVTH:Nguyễn Thanh Minh CHNG 5: KT LUN VÀ HNG PHÁT TRIN 104