Tài liệu hạn chế xem trước, để xem đầy đủ mời bạn chọn Tải xuống
1
/ 113 trang
THÔNG TIN TÀI LIỆU
Thông tin cơ bản
Định dạng
Số trang
113
Dung lượng
5,53 MB
Nội dung
iv TÓM TT ĐỀ TÀI NGHIểN 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 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: “ ô tô 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. v 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. vi DANH SÁCH CÁC TỪ VIẾT TT 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 Instrumentation Engineering Workbench: Công cụ kỹ thuật thiết bị ảo trong phòng thí nghiệm PID-Proportional Integral Derivative: Thuật toán điều khiển tỉ lệ-tích phân-đạo hàm 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 vii DANH SÁCH CÁC HI ̀ NH 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 viii 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 ̣ thông la i băng điê ̣ n 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 đô khôi card 9090 trong LabVIEW 73 Hình 3.19: Thành phần mạch điều khiển cảm giác lái 75 ix Hình 3.20: Giao diện Server truyên nhâ ̣ n 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 ta ̣ o ca ̉ m gia c la i 79 Hình 3.24: Lưu đồ dùng để lập trình truyên nhâ ̣ n dư ̃ liê ̣ u bên Server 79 Hình 3.25: Giao diện truyên nhâ ̣ n dư ̃ liê ̣ u bên Server 80 Hình 3.26: Lưu đồ dùng để lập trình điều khiển góc lái 80 Hình 3.27: Giao diện lập trình điêu khiê ̉ n go c la i 81 Hình 3.28: Lưu đồ thuật toán dùng để lập trình truyên nhâ ̣ n bên client 82 Hình 3.29: Giao diện lập trình truyên nhâ ̣ n 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 co 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 pha ̉ n hôi khi kích các ba nh xe dẫn hướng 93 Hình 4.8: Dòng i tăng khi đánh lái co 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 pha ̉ n hôi khi các bánh dẫn hướng tiêp xu c mă ̣ t 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 pha ̉ n hôi khi xe chuyển động với vâ ̣ n tôc băng 20km/h 98 Hình 4.13: Lưu đồ tính thời gian trễ trên hê ̣ thông la i gián tiếp từ xa 99 Hình 4.14: Chương trình đo thời gian trễ 100 x DANH SÁCH CÁC BNG 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 xi KÝ HIU : Là mô men quán tính của vô lăng : Là hệ số giảm chấn của vô Lăng : Là mô –men ma sát coulomb tại vô Lăng : Là biểu thị góc quay của vô Lăng : Là mô- men của người điều khiển tác dụng lên vô lăng : Là mô-men xoắn của động cơ DC đặt tại vô lăng : Là mô men quán tính của cơ cấu lái : Là hệ số giảm chấn của cơ cấu lái : Là mô men ma sát coulomb tại cơ cấu lái : Là biểu thị góc quay của cơ cấu lái : Là mômen của người điều khiển tác dụng lên cơ cấu lái : Là mô men xoắn của động cơ DC đặt tại cơ cấu lái : Phản lực liên quan tới góc quay vô lăng : 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 ) : Vận tốc độ cực đại của xe : Là mô-men xoắn ban đầu h J h b fh hw h Hwact r J r b fr rw a Rwact sw y v y maxv v in T Nghiên cu và phát trin h thng lái không trc lái phc v u khin t xa GVHD: TS.Nguyn Bá Hi Trang 1 HVTH:Nguy ṂC ḶC Quy tài Lý lch khoa hc i L ii Li c iii Tóm t tài iv Danh sách các ch vit tt vi Danh sách các hình vii Danh sách các bng x Ký hiu xi MC LC 1 PHN I: DN NHP 6 1.1 Lý do ch tài 6 1.2 Mm v nghiên cu 7 1.2.1 Mu 7 1.2.2 Nhim v nghiên cu 8 1.3 ng nghiên cu 8 1.4 m mi c tài 9 1.5 u 9 1.6 Phm vi nghiên cu 10 1.7 Tình hình nghiên cc và trên th gii 10 1.7.1 c 10 1.7.2 Tình hình trên th gii 11 Nghiên cu và phát trin h thng lái không trc lái phc v u khin t xa GVHD: TS.Nguyn Bá Hi Trang 2 HVTH:Nguy PHN II: NI DUNG 14 CHNG 1:C S LÝ THUYẾT 14 1.1 Tng quan v h thng lái trên ô tô 14 1.1.1 Công dng ca h thng lái 14 1.1.2 Yêu cu ca h thng lái 14 1.1.3 Phân loi 14 t bánh xe trong h thng lái 15 1.2 S phát trin ca h thng lái trên ô tô 16 1.3 Khái nim h thng STEER-BY-WIRE trên ô tô 19 n Mini Land Glider ca Nissan 19 1.3.2 The GM Hy-wire 20 1.3.3 Sn phm ca Mercedes và Su Rui ca BYD Trung Quc 21 1.3.4 Nhng li ích k thut ca h thng STEER-BY-WIRE 23 1.4 Nhng ci tin ca h thng STEER-BY-WIRE 23 lý thuyt cm giác xúc giác (HAPTICS) 25 1.5.1 Haptics là gì? 25 1.5.2 ng dng công ngh haptics 25 1.5.2.1 Dân dng 25 1.5.2.2 i vi ô tô 26 i robot 27 1.5.2.4 Y t: 28 1.6 Gii thiu phn mn LabVIEW 29 1.6.1 LabVIEW là gì? 29 [...]... Xuân Phúc Nghiên cứu và phát triển hệ thống lái không trục lái phục vụ cho ô tô điều khiển từ xa học trong và ngoài n ớc (cho tơi thơi điể m th c hiê ̣n đê tai nay ̣ , ch a co bât ky công bô nào vê hê ̣ thông ĺi không trục ĺi trên ô tô điều khiển từ xa t i Vi t Nam) Trong qua trinh th c hiê ̣n , nhóm sẽ chuyển đổi và thiết kế hê ̣ thông lái không ̣ tr c lái th ng sang h thống lái không tr c lái điêu... thống lái điều khiển từ xa qua m ng WIFI ng pháp nghiên c u Khi thực hi n đề tài, nhóm nghiên c u chúng tôi đư đề ra những ph ơng án và ph ơng pháp nghiên c u sau: Nghiên c u tài li u Thiết kế và chế t o h thống lái không tr c lái điều khiển từ xa trên ô tô GVHD: TS.Nguyễn Bá Hải Trang 9 HVTH:Nguyễn Như Xuân Phúc Nghiên cứu và phát triển hệ thống lái không trục lái phục vụ cho ô tô điều khiển từ. .. ng Điều khiển từ xa qua m ng không dây Ph ơng th c làm thí nghi m Đánh giá sai số trong thực nghi m GVHD: TS.Nguyễn Bá Hải Trang 8 HVTH:Nguyễn Như Xuân Phúc Nghiên cứu và phát triển hệ thống lái không trục lái phục vụ cho ô tô điều khiển từ xa 1.4 Đi m m i c a đ tài Nhóm ngh iên c u chung tôi đư và đang nghiên c u đê tai : Điêu khiển hê ̣ thông ĺi không trục lái phục vụ điều khiển ô tô từ xa. .. h thống lái không tr c lái điều khiển từ xa 58 3.1.2 Chế t o phần cơ khí c a h thống lái không tr c lái điều khiển từ xa 59 GVHD: TS.Nguyễn Bá Hải Trang 3 HVTH:Nguyễn Như Xuân Phúc 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 th ng sang cơ cấu lái không tr c lái 60 3.1.2.2 Vô lăng điều khiển h thống lái 63 3.1.2.3 Chọn... h thống lái không tr c lái điều khiển từ xa trên ô tô th t (Xe ph c v ch ng i trong sân Golf, có kh năng ch 4 ng ơi và đa ̣t vâ ̣n tôc tối đa 30km/h) H thống có thể ho t động nhiều chế độ: Điều khiển trực tiếp nh h thống lái thông th ng Điều khiển bằng vôlăng điều khiển h thống lái ( chế độ này là chế độ lái c a h thống lái không tr c lái) Điều khiển từ xa bằng vô lăng điều khiển h thống lái. .. này là chế độ lái c a h thống lái không tr c lái đ c điều khiển từ xa thông qua m ng WIFI) ng d ng phần mềm LabVIEW để l p trình và điều khiển từ xa h thống lái không tr c lái trên ô tô thông qua m ng WIFI Kh o sát thử nghi m điều khiển từ xa h thống lái không tr c lái trên xe th t Kh o sát đ c c m giác lái c a h thống lái không tr c lái Kh o sát đ c kh năng đáp ng c a h thống lái SBW Đo đ... với góc lái và sự đáp ng c a góc HW và góc RW Từ đó, xác định đ c c m giác lái c a ng GVHD: TS.Nguyễn Bá Hải i lái Trang 7 các điều ki n lái khác nhau HVTH:Nguyễn Như Xuân Phúc Nghiên cứu và phát triển hệ thống lái không trục lái phục vụ cho ô tô điều khiển từ xa 1.2.2 Nhi m v nghiên c u Do đề tài về hê ̣ thông lái không tr c lái điều khiển từ xa trên ô tô còn mới mẻ Vi t Nam nên nhóm nghiên c u chỉ... nhằm chế t o và thực nghi m hê ̣ thông lái không tr c lái trên tô, từ đó hoàn thi n và phát triển h thống lái không tr c lái điều khiển từ xa trên tô, đó cũng chính là là tiền đề quan trọng trong các b ớc phát triển cho h thống lái điều khiển từ xa và lái xe tự động trong t ơng lai C thể nh sau: Đề xuất đ c kết cấu cơ khí, sơ đồ m ch đi n, thiết bị để chế t o đ ch thống lái không tr c lái Đề xuất... gian tr c a h thống lái không tr c lái điều khiển từ xa 99 4.2.1 Thu t toán tính th i gian tr c a h thống lái SBW điều khiển từ xa 99 4.2.2 Thu t toán đo th i gian tr 100 GVHD: TS.Nguyễn Bá Hải Trang 4 HVTH:Nguyễn Như Xuân Phúc Nghiên cứu và phát triển hệ thống lái không trục lái phục vụ cho ô tô điều khiển từ xa 4.2.3 Kết qu 100 CH NG 5: KẾT LU N VÀ H NG NGHIÊN CỨU 101 5.1... m giác lái cho h thống lái không tr c lái L p trình điều khiển từ xa h thống lái không tr c lái (theo chuẩn TCP/IP) Thực nghi m h thống lái không tr c lái điều khiển từ xa 1.3 Đ i t ợng nghiên c u H thống lái th ng và h thống lái không tr c lái (Steer-By-Wire) Phần mềm LabVIEW Điều khiển vị trí PID Card giao tiếp HLD USB 9090 Các thiết bị thu nh n tín hi u, các c m biến để điều khiển qua . 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. 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. 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.