Nghiên cứu và phát triển hệ thống ga gián tiếp bằng điện tử phục vụ điều khiển ô tô từ xa

Tóm tắt Trong đ tài “Nghiên cứu và phát triến hệ thống điu khin ga phục vụ điu khin ô tô từ xa” này người thực hiện đã thực hiện được các công viêc như sau: Đo đạc được độ trễ của tín hiệu khi truyn qua mạng thông qua mạng 3G, đo được độ đáp ứng v sự tăng tốc của xe khi truyn qua mạng, so sánh độ đáp ứng giữa viêc điu khin trực tiếp và điu khin từ xa qua. Do tốc độ truyn dữ liệu qua mạng có một độ trễ nhất đnh nên cơ cấu được điu khin sẽ có một độ trễ nhất đnh so với thực tế và ảnh hưỡng tới chất lượng điu khin hệ thống ga. Một động cơ một chiu 12V được thiết kế bên trong cơ cấu điu khin ga đ thực hiện việc điu khin bướm ga nhằm duy trì v trí mà tài xế điu khin. Hệ thông cơ bản vẫn giữ được kết cấu cơ khí. Cơ cấu ga điu khin gián tiếp được gắn song song với hệ thống cơ khí nên xe vẫn có th hoạt động được 2 chế độ điu khin trực tiếp hoặc điu khin từ xa. Abstract In the project “A study on Throttle -by-wire” is studied vehicle teleoperation . We carried out the as follows: Measure the delay of the signals when transmitted over the network 3G, the response of the acceleration of the car, and the comparison of responses between the direct control and teleoperated control. A 12V DC motor is built in the control structure of the terminal to make the throttle control to maintain the position that the driver controls. Basically the proposed Throttle-by-wire system remains original mechanism.The structure of indirect control throttle is mounted parallelly to the original system. As the result the car can be still operated by two control modes direct control or teleoperation. Trng Đại Hc S Phạm Kỹ Thuật TP.HCM Luận văn cao hc GVHD: TS. Nguyễn Bá Hải - 1 - HVTH: Trần Xuân Trình MC LC MC LC 1 DANH MC T VIT TT 6 MC LC HÌNH 9 MC LC BNG 14 Chng 1: TNG QUAN 15 1.1 Tng quan và lí do chọn đ tài 15 1.2 Các kt qu nghiên cu trong vƠ ngoƠi nc 16 1.2.2 Các kết quả nghiên cu nớc ngoài 17 1.3 Mc tiêu và nhim v ca đ tài 19 1.3.1 Mục đích nghiên cu 19 1.3.2 Nhiệm vụ nghiên cu 20 1.4 Đi tng nghiên cu 20 1.5 Đim mi ca đ tài 20 1.6 Gii hn đ tƠi 21 1.7 Phng pháp nghiên cu và k hoch thc hin 21 1.7.1 Phơng pháp nghiên cu 21 1.7.2 Kế hoạch thực hiện 22 Chng 2:C S LÝ THUYT 23 2.1. Chc năng ca bm ga 23 2. 1.1 Hệ thng ga trực tiếp 23 2.1.2 Hệ thng điu khin ga gián tiếp 29 2.1.2.1 Mô đun chân bàn đạp ga điện tử 31 Trng Đại Hc S Phạm Kỹ Thuật TP.HCM Luận văn cao hc GVHD: TS. Nguyễn Bá Hải - 2 - HVTH: Trần Xuân Trình 2.1.2.2 ECU điu khin 33 2.1.2.3 u và nhợc đim 38 2.1.3 Hệ thng ga gián tiếp từ xa 39 2.1.4 Các hệ thng ga đợc so sánh qua bảng sau 40 2.1.6 Tình hình các hưng đầu t nghiên cu hệ thng ga gián tiếp 42 2.1.7 Các vấn đ khó khăn đặt ra khi thiết kế hệ thng ga gian tiếp 45 2.2 C s lý thuyt cm giác xúc giác (haptics) 46 2.2.1 ng dụng ca công nghệ Haptics 47 2.2.1.1 ng trên ô tô 47 2.2.1.2 ng dụng haptic trong robot ging ngi 49 2.2.1.3 ng dụng haptic trong y tế 50 2.2.1.4 Haptic cho ngi mù 52 2.2.1.5 ng dụng haptic trong công nghệ thông tin 53 2.3 Gii thiu phn mm LabVIEW 54 2.3.1 LabVIEW là gì 54 2.3.2 ng dụng LabVIEW trong thực tế 55 2.3.2 Lập trình với LabVIEW 57 2.4 Thut toán PID và ng dng vƠo điu khin đng c DC 59 2.4.1 Khái niệm v thuật toán PID 59 2.4.2 Điu khin v trí động cơ bằng thuật toán PID 60 2.5 Lí thuyt điu khin t xa 61 2.5.1 Giới thiệu v mạng không dây 61 2.5.2 Tiêu chuẩn mạng không dây hiện nay 63 2.5.3 Kỹ thuật truyn tín hiệu trong mạng không dây 63 2.5.3.1 DSSS - Direct Sequence Spread Spectrum 64 2.5.3.2 CSMA/CA 65 2.5.3.3 RTS/CTS 66 Trng Đại Hc S Phạm Kỹ Thuật TP.HCM Luận văn cao hc GVHD: TS. Nguyễn Bá Hải - 3 - HVTH: Trần Xuân Trình 2.5.4 Truyn dữ liệu qua sóng vô tuyến mạng 3G 67 2.5.4.1 Khái niệm mạng 3G 68 2.5.4.3 Các thiết b cần thiết đ kết ni 3G 69 2.6 Thut toán điu khin t xa qua mng 3G 70 2.6.1 Chơng trình truyn dữ liệu từ máy Server 70 2.6.2 Chơng trình nhận dữ liệu từ máy Client 71 Chng 3: THIT K PHN CÚNG VÀ LP TRÌNH CHO H THNG ĐIU KHIN GA GIÁN TIP T XA 73 3.1 Thit k phn cng 73 3.1.1 Giới thiệu sơ đồ hệ thng điu khin ga gián tiếp từ xa 73 3.1.2 Chế tạo phần cơ khí ca mô hình xe điu khin gián tiếp từ xa 74 3.1.3 Chế tạo cơ khí hệ thng điu khin ga gián tiếp từ xa 75 3.1.4 Bộ cảm biến đo tc độ Encoder 76 3.2 Xây dng phn mm h thng điu khin ga gián tip t xa 77 3.2.1 Giới thiệu chung các bộ phận ca hệ thng ga gián tiếp từ xa 77 3.2.1.1 Bàn đạp ga 77 3.2.1.2 Laptop dùng cho server và Client 77 3.2.1.3 Giới thiệu card USB HDL 9090 78 3.2.1.4 Chn động cơ điện một chiu điu khin hệ thng ga 80 3.2.2 Thiết kế phần điện ca mô hình 81 3.2.2.1 Mạch điện đợc thiết kế điu khin trong nhà 81 3.2.2.2 Mạch điện điu khin ga đợc điu khin gián tiếp 82 3.3 Thut toán và lp trình h thng điu khin ga 84 3.3.1 Giới thiệu lu đồ thuật toán cho hệ thng điu khin ga gián tiếp từ xa 84 3.3.2 Thiết kế phần mm 85 Trng Đại Hc S Phạm Kỹ Thuật TP.HCM Luận văn cao hc GVHD: TS. Nguyễn Bá Hải - 4 - HVTH: Trần Xuân Trình Chng 4: KT QU THC NGHIM 100 4.1 Kịch bn thử nghim và kt qu thử 100 4.1.1 Kch bản thực nghiệm 100 4.1.2 Kết quả thực nghiệm 101 4.1.3 Đng đặc tuyến ca ga và đo thi gian trễ ca hệ thng điu khin ga gián tiếp từ xa qua đng đặc tuyến 103 4.2 Đo thi gian tr ca h thng điu khin ga gián tip t xa bằng thut toán . 107 4.2.1 Thuật toán tính thi gian trễ trên hệ thng điu khin ga gián tiếp từ xa 107 4.2.2 Thuật toán đo thi gian trễ 108 Chng 5: KT LUN VÀ HNG NGHIÊN CU 109 5.1 Kt lun 109 5.2 Hn ch 109 5.3 H ́ ng nghiên c ́ u 110 TÀI LIU THAM KHO 111 PH LC 112 Ph lc A: Mt s khi (hƠm thc) ph bin trong ca LabVIEW 112 A1 Cấu trúc một s vòng lặp 112 A2 Một s hàm Delay thi gian 114 A3. Cách lấy các hàm tính toán và so sánh 116 Ph lc B: Thut toán PID và ng dng vƠo điu khin đng c DC 117 B1 Khái niệm v thuật toán PID 117 B2 Các lu ý khi thiết kế bộ điu khin PID 118 B3 Điu khin v trí động cơ bằng thuật toán PID 119 Trng Đại Hc S Phạm Kỹ Thuật TP.HCM Luận văn cao hc GVHD: TS. Nguyễn Bá Hải - 5 - HVTH: Trần Xuân Trình B3.1. Điu khin v trí động cơ DC khâu P 120 B3.2 Điu khin v trí động cơ DC bằng khâu PI 123 B3.3 Điu khin v trí động cơ DC bằng khâu PID 125 Trng Đại Hc S Phạm Kỹ Thuật TP.HCM Luận văn cao hc GVHD: TS. Nguyễn Bá Hải - 6 - HVTH: Trần Xuân Trình DANH MC T VIT TT 3 G (Third Generation) : Hệ thống thông tin thế hệ thứ 3 ABS (Anti-lock braking system) : Hệ thống chống bó cứng phanh ACC (Adaptive Cruise Control) : Hệ thống kiểm soát hành trình ACK (acknowledgment signal) : Thông báo tiếp nhận tốt thông tin ADC ( analog-to-digital converter) : Chuyển đi tin hiệu từ tương tự sang số Ad-hoc (hay còn gọi là peer-to-peer) : Mng ngang hàng ADSL (Asymmetric Digital Subscriber Line) : Là đường dây thuê bao số bất đối xứng AM/FM (Frequency modulation) : Điều chỉnh tần số tín hiệu ASR (Anti-slip regulation) : Hệ thống chống trượt BAS (Brake Assist) : ảệ thống hỗ trợ phanh khẩn cấp CSMA/CA (carrier sense multiple access with collision avoidance) : Là giao thức truyền thông tin trong đó các thiết bị mng tranh nhau sử dụng đường truyền DC ( Direct Current ) : Động cơ một chiều DIR : Đo chiều DNS (Domain Name System) : Hệ thống tên miền DSC (Dynamic stability control) :Hệ thống kiểm soát sự n định chủ động DSSS (Direct Sequence Spread Spectrum) : Tri ph nhy tần ECO (Economic Cooperation Organization) : ảệ thống kiểm soát nhiên liệu ECU (Enigine Control Unit) : Bộ điều khiển đông cơ EFI (Electronic Fuel Injection) : Phụn nhiên liệu điện tử ESC (Electronic stability control) : Hệ thống cân bằng điện tử ESP (Electronic stability program) : Hệ thống cân bằng điện tử Trng Đại Hc S Phạm Kỹ Thuật TP.HCM Luận văn cao hc GVHD: TS. Nguyễn Bá Hải - 7 - HVTH: Trần Xuân Trình FFC (Federal Communications Commission) : Tri ph chuỗi trực tiếp GND ( Ground) : Chân mát GPS (Global Positioning System) : Là hệ thống ồác định vị trí dựa trên vị trí của các vệ tinh nhân to IEEE (Institute of Electrical and Electronics Engineers) : Kỹ sư điện và điện tử I/O (input/output or I/O) : Sự giao tiếp giữa hệ thống sử lý thông tin ITU (International Telecommunication Union) : T chức viễn thông thế giới thuộc Liên Hợp Quốc. ISC ( Idle Speed Control System) : Van điều khiển cầm chừng LabVIEW (Laboratory Virtual Instrumentation Engineering Workbench) : Ngôn ngữ lập trình đ họa LAN (Wireless Local Area Network) : Mng nội bộ LBT (Listen Before Talk) : Nghe trước khi nói MAC Media Access Control : Địa chỉ vật lý của mng PCI (Peripheral Component Interconnect) : Chuẩn để truyền dữ liệu giữa các thiết bị ngoi vi đến bo mch chủ. PDA (Personal Digital Asistant) : Thiết bị hỗ trợ cá nhân PID (Proportional–Integral–Derivative) : Tỷ lệ - Tích phân – Vi phân PULSE : Xung PWM ( Pulse Width Modulation) : Điều chế độ rộng xung RPM (Round Per Minute) : Tốc độ quay của đĩa RTS/CTS (request to send/clear to send) : Là cơ chế tùy chọn sử dụng giao thức mng không dâỔ để gim va chm SW (Switch) : Công tắc TAC (Thottle Actuator Control) : Mô đun chân ga điện tử TCS (traction control system) : Hệ thống điều khiển lực kéo Trng Đại Hc S Phạm Kỹ Thuật TP.HCM Luận văn cao hc GVHD: TS. Nguyễn Bá Hải - 8 - HVTH: Trần Xuân Trình TCP/IP (Internet protocol suite) : Bộ giao thức liên mng TRC (Traction control ) : Điều khiển lực kéo USB (Universal Serial Bus) : Chuẩn kết nối tuần tự VCC : Ngun 5V lấy từ USB VSC (Vehicle stability Control) : n định hướng chuỔển động XBW (X-by-Wire) : Hệ thống điều khiển bằng dây Trng Đại Hc S Phạm Kỹ Thuật TP.HCM Luận văn cao hc GVHD: TS. Nguyễn Bá Hải - 9 - HVTH: Trần Xuân Trình MC LC HÌNH Hình 2.1: Nguyên lý hoạt động ca bộ chế hòa khí xe gắn máy 23 Hình 2.2: Cấu tạo ca bộ chế hòa khí xe gắn máy 24 Hình 2.3: Cấu tạo ca bộ chế hòa khí loại SU 25 Hình 2.4: Bộ chế hòa khí sử dụng trên ô tô 25 Hình 2.5: Nguyên lý hoạt động và cấu tạo ca bộ chế hòa khí sử dụng trên ôtô 26 Hình 2.6: Hoạt động ca bớm ga 26 Hình 2.7: Nguyên lý hoạt động ca hng khếch tán 27 Hình 2.8: Nguyên lý tạo hòa khí 27 Hình 2.9: Cụm ga đợc sử dụng trong hệ thng phun xăng 28 Hình 2.10: Sơ đồ khi hệ thng điu khin ga bằng cơ khí ca động cơ phun xăng 29 Hình 2.11: Sơ đồ khi ca hệ thng ga điện tử gián tiếp 30 Hình 2.12: Các khi cơ bản ca thiết b điu khin bớm ga điện tử 31 Hình 2.13: Bàn đạp chân ga và giá đỡ 31 Hình 2.14: Hình dáng và cấu trúc các mô đun chân ga điện tử b trí trên ô tô 33 Hình 2.15: ECU điu khin 34 Hình 2.16: Sơ đồ điu khin ga từ xa 39 Hình 2.17: Đồ th đng đặc tính phản hồi lực ca bàn đạp ga ECO Nissan 42 Hình 2.18: Cụm đồng hồ hin th ca Nisan 43 Hình 2.19: Bàn đạp ga trên xe ca hãng Continential 44 Hình 2.20: Bàn đạp ga ca hãng Continential 44 Hình 2.21: Những tác động ca tay lên một vật th đ cảm nhận trạng thái ca vật th 46 Hình 2.22: Giao diện Haptics sử dụng trong điu khin xe từ xa 47 Hình 2.23: Thiết b giao diện điu khin xe 47 Hình 2.24: Giao diện hệ thng đnh v tích hợp ca BMW [...]... tựa 2 Chân ga treo 1 2 Hình 2.14: Hình dáng và cấu trúc các mô đun chân ga điện tử b trí trên ô tô Sự hoàn thiện chân ga điện tử m c độ cao hơn đ ợc g i là: Mô đun chân ga điện tử và xuất hiện vào khoảng những năm 1990 Sau một giai đoạn thử nghiệm xe khoảng 5 năm, đến năm 1996 bắt đầu tiến hành sản xuất hoàn loạt lớn Từ đó mô đun chân ga điện tử đư tr thành mô đun tiêu chuẩn c a nhi u loại ô tô con Một... chạy chậm thông th ng ng i lái phải nhấn sâu một chút chân ga đ động cơ làm việc cân bằng với phụ tải c a ô tô, hoặc tiến hành vê côn (vê li hợp) Nếu thả hoàn toàn chân ga, không vê côn, động cơ có th dẫn tới chết máy Trên ô tô có mô đun chân ga điện tử, đ khắc phục tình trạng này khi nhả chân ga hoàn toàn, ng i lái không cần vê côn, mô đun chân ga điện tử nhận dạng trạng thái làm việc và cung cấp... cho công nghiệp ô tô đư đẩy nhanh sản l ợng trong một th i gian ngắn Sau 13 năm hoạt động hưng này đư chế tạo khoảng 100 triệu mô đun, và bán cho nhi u hưng lắp ráp ô tô trên thế giới Ngày nay mô đun chân ga điện tử đang dần dần thay thế chân ga liên kết cơ khí cho cả ô tô con, ô tô tải, ô tô buýt 2.1.2.2 ECU đi u khi n ECU nhận biết tình trạng hoạt động c a động cơ thông qua các tín hiệu phản hồi từ. .. so sánh giữa hệ th ng ga trực tiếp và hệ th ng ga đi u khi n gián tiếp từ xa 1.4 Đ i t ng nghiên c u - Hệ th ng ga điện tử gián tiếp - Phần m m LabVIEW - Card USB HDL 9090 - Các thiết b thu nhận tín hiệu, các cảm biến - Giao tiếp qua mạng thông qua chuẩn TCP/IP - Ph ơng pháp làm thí nghiệm 1.5 Đi m m i c a đ tài Chế tạo và thực nghiệm cơ cấu đi u khi n ga gián tiếp trên xe thật ( Xe phục vụ ch ng i trong... Thử nghiệm hệ th ng đi u khi n ga gián tiếp trên đ Hình 4.2: Thử nghiệm xe đi u khi n gián tiếp trên đ ng 100 ng 101 Hình 4.3: Đặc tính độ bám c a b ớm ga so với bàn đạp ga đi u khi n gián tiếp 103 Hình 4.4: Đặc tính độ bám c a b ớm ga so với bàn đạp ga đi u khi n gián tiếp từ xa 105 Hình 4.5: L u đồ tính th i gian trễ trên hệ thông đi u khi n ga gián tiếp từ xa 107 Hình... hiê ̣n đa ̣i trên ô tô ra đơi Do nhu cầu v ph ơng tiện đi u khi n từ xa phục vụ cho quân sự, an ninh, giám sát… ng dụng công nghệ thông minh trên tô ngày càng tăng nên tính tiện nghi và an toàn ch động trên xe ngày càng đ ợc cải thiện, hiện nay nhi u công trình nghiên c u đư và đang đ ợc thực hiện Hệ th ng ga đóng vai trò vô cùng quan tr ng trong rất nhi u hệ th ng chẳng hạn nh hệ th ng ki m soát... n b ớm ga theo một ph ơng pháp mới đó là đi u khi n b ớm ga bằng motor đ thay đổi l ợng xăng đi vào động cơ đ thay đổi t c độ động cơ dẫn đến thay đổi t c độ xe Đ tài Nghiên cứu va phat triển hê ̣ thông phanh gián tiếp điêu khiể n điện tử trên ô tô Lận văn thạc sĩ c a Ks Trần Đ c Thắng Đ tài này đư đi u khi n thành công hệ th ng phanh gián tiếp từ xa Một ng i ngồi trong phòng đi u khi n hệ th ng... động c a động cơ là không t ơng thích, và cần thiết thay liên kết này bằng liên kết đi u khi n “m m” Chân ga điện tử đư ra đ i xuất phát từ mục đích tạo liên kết “m m” này Khái niệm chân ga điện tử đ ợc hi u là thay đổi liên kết chân ga cơ khí với thiết b đi u chỉnh t c độ động cơ bằng liên kết thông qua các thiết b điện tử Chân ga điện tử ra đ i và bắt đầu thử nghiệm áp dụng vào khoảng năm 1986 1... khi n b ớm ga điện tử 1 Mô đun chân ga điện tử (Thottle Actuator Control (TAC) Module) 2 ECU đi u khi n 3 B ớm ga (Throttle Body assembly) 2.1.2.1 Mô đun chơn bƠn đ p ga đi n tử Mô đun chân bàn đạp ga điện tử (hình 1) đ ợc tổ hợp bao gồm: - Bàn đạp và cơ cấu giá đỡ - Bộ cảm biến đo v trí bàn đạp chân ga, chuy n hoá thành tín hiệu điện áp Hình 2.13: Bàn đạp chân ga và giá đỡ - Bộ l u trữ và phân tích... bù ga làm việc nhằm tạo cân bằng với tải lớn c a ô tô và có th dẫn tới ô tô b tăng t c ngoài ý mu n Trong tr ng hợp này nhất thiết phải thực hiện đạp li hợp và chuy n s v “Mo”, khi đó phụ tải động cơ giảm nh và động cơ không đ ợc đi u khi n bù ga Đ ng c lƠm vi c ch đ quay vòng: Một chế độ bù ga khác đư đ ợc thực hiện cũng nh mô đun chân ga điện tử trên các ô tô có b trí hệ th ng VSC (Vehicle stability . Tóm tắt Trong đ tài Nghiên cứu và phát triến hệ thống điu khin ga phục vụ điu khin ô tô từ xa này người thực hiện đã thực hiện được các công viêc như sau: Đo đạc được độ. thông điêu khiê ̉ n thông minh, hiê ̣ n đa ̣ i trên ô tô ra đơ  i . Do nhu cầu v phơng tiện điu khin từ xa phục vụ cho quân sự, an ninh, giám sát…ng dụng công nghệ thông minh trên tô. tài Nghiên cu và phát triến hệ thng điu khin ga phục vụ điu khin ô tô từ xa thông qua mạng 3G . Đ tài đợc thực hiện tại phòng nghiên cu ca trung tâm bồi dỡng giáo viên và đào