NGHIÊN cứu và xây DỰNG THUẬT TOÁN mới ổn ĐỊNH GIAO DIỆN HAPTICS TRONG điều KHIỂN từ XA

NgểỄên cứu xây dựng tểuật toán mớỄ ổn địnể gỄao dỄện ểaptỄcs đỄều kểỄ n từ xa M CL C Trang tựa TRANG Quyết định giao đề tài Xác nhận c a cán hướng dẫn Lý lịch khoa học i L i cam đoan .ii Cảm tạ iii Tóm tắt iv Abstract v Mục lục vi Danh sách cách chữ viêt tắt ix Danh sách hình x Danh sách bảng xiv Ch ng 1: T NG QUAN 1.1Tổng quan chung lĩnh vực nghiên c u 1.2Các nghiên c u nước 1.2.1 Nghiên c u nước 1.2.2 Nghiên c u nước 1.3Mục đích c a đề tài 1.4Nhiệm vụ giới hạn c a đề tài 1.5Phương pháp nghiên c u Ch ng 2: C S LÝ THUY T 2.1 Cơ s lý thuyết cảm giác xúc giác 2.1.1 Haptics 2.1.2 Giao diện haptics ng dụng 10 2.2 Giới thiệu hệ thống lái không trục lái (Steer – By – Wire) 12 2.3 Hệ thống lái thư ng hệ thống lái không trục lái (SBW) 14 2.3.1 Hệ thống lái thư ng hệ thống lái không trục lái 14 2.3.2 Mô hình động học c a hệ thống lái không trục lái 15 CBHD: TS NGUY N BÁ H ITrangvi HVTH: NGUY N THÀNH TUYÊN NgểỄên cứu xây dựng tểuật toán mớỄ ổn địnể gỄao dỄện ểaptỄcs đỄều kểỄ n từ xa 2.3.3 Cấu trúc điều n hệ thống SBW 15 2.3.4 Mô men vô lăng cảm giác lái 17 2.3.5 Theo dõi góc bánh xe 20 2.3.6 Mô men phản hồi hệ thống bánh xe 22 2.3.7 Thuật toán điều n hệ thống SBW 24 2.4 Các phương pháp tái tạo cảm giác lái 26 2.4.1 Phương pháp dựa mô hình động lực học 26 2.4.2 Phương pháp dựa đồ mô men cảm giác lái 27 2.4.3 Phương pháp dựa vào cảm biến mô men 28 2.4.4 Phương pháp dựa dòng tín hiệu đo 30 2.5 Giới thiệu phương pháp điều n xe từ xa 31 2.6 Động lực học haptics điều n phương tiện từ xa 31 2.6.1 Khái quát hệ thống điều n phương tiện từ xa 31 2.6.2 Động lực học haptics điều n phương tiện từ xa 32 2.6.3 Mối quan hệ động lực học haptics tín hiệu điện tử 33 2.8 Phần mền LabVIEW 35 2.8.1 LabVIEW 35 2.8.2 ng dụng LabVIEW thực tế 36 2.8.3 Lập trình với LabVIEW 38 2.9 Thuật toán điều n động DC 39 2.9.1 Phương pháp điều n vận tốc động DC 39 2.9.2 Thuật toán điều n vận tốc 40 2.9.3 Thuật toán PID ng dụng vào điều n động DC 42 Ch ng 3: Đ XU T THU T TOÁN TRONG ĐI U KHI N T N Đ NH GIAO DI N HAPTICS XA 51 3.1 Sơ đồ điều n hai chiều phương pháp ổn định PO/PC 51 3.1.1 Các định nghĩa 51 3.1.2 Bộ quan sát bị động (PO: Passivity Observer) 52 3.1.3 Bộ điều n bị động (PC: Passivity Controller) 55 CBHD: TS NGUY N BÁ H ITrangvii HVTH: NGUY N THÀNH TUYÊN NgểỄên cứu xây dựng tểuật toán mớỄ ổn địnể gỄao dỄện ểaptỄcs đỄều kểỄ n từ xa 3.2 Lý thuyết mạng (Network Theory) 57 3.2.1 Hệ thống đại diện 57 3.2.2 Các hệ thống tương tự 58 3.2.3 Thuật toán lập trình hệ thống lái không trục lái điều n từ xa 61 Ch ng 4: TH C NGHI M VÀ K T QU NGHIÊN C U 63 4.1 Sơ đồ tổng quan nguyên lý hoạt động hệ thống thực nghiệm 63 4.1.1 Sơ đồ tổng quan toàn hệ thống 63 4.1.2 Cấu trúc nguyên lý hoạt động hệ thống 64 4.2 Các trư ng hợp thực nghiệm 65 4.3 Phương tiện thực nghiệm 65 4.3.1 Giao diện điều n thuật toán ổn định hệ thống lái không trục lái 65 4.3.2 Mô hình xe quân đ điều n từ xa 70 4.4 Môi trư ng thực nghiệm 73 4.5 Thực nghiệm kết 73 4.5.1 Điều n ổn định hệ thống lái không trục lái phương pháp PO/PC 74 4.5.2 Ki m tra hệ thống điều n xe từ xa 80 CH NG 5: K T LU N VÀ H NG PHÁT TRI N 85 5.1 Kết luận 85 5.2 Hạn chế 86 5.8 Hướng phát tri n 87 TÀI LI U THAM KH O 88 PH L C 90 CBHD: TS NGUY N BÁ H ITrangviii HVTH: NGUY N THÀNH TUYÊN NgểỄên cứu xây dựng tểuật toán mớỄ ổn địnể gỄao dỄện ểaptỄcs đỄều kểỄ n từ xa DANH SÁCH CÁC CH VI T T T SBW :Steer by Wire - Hệ thống lái không trục ECU : Electronic Control Unit - Bộ điều n điện tử ABS : Anti – lock Brake System- Hệ thống chống hãm (bó) c ng phanh EPS :Electric Power Steering - Trợ lực lái điện ACC :Active Cruise Control - Điều n hệ thống ga tự động PID :Proportional Integral Derivative - Tỉ lệ - Tích phân - Đạo hàm LabVIEW :Laboratory Virtural Instrumentation Engineering Workbench - Phần mềm lập trình c a công ty National Instruments, Hoa Kỳ GPS :Global Positioning System - Hệ thống định vị toàn cầu DBW : Drive by Wire - Dẫn động dây VCM :Variable Cylinder Management - Ki m soát số xylanh hoạt động DOF :Degree of Freedom - Bậc tự I/O : Input/Output - Tín hiệu đầu vào/ Tín hiệu đầu GUI :Graphical User Interface - Giao diện ngư i dùng đồ họa HW :Handwheel - Vô lăng RW :Roadwheel - Bánh xe PO :Passivity Observer - Bộ quan sát bị động PC :Passivity Controller - Bộ điều n bị động VE :Virtual Environment - Môi trư ng ảo HO:Human Operator - Ngư i điều n (hoặc Con ngư i) CBHD: TS NGUY N BÁ H ITrangix HVTH: NGUY N THÀNH TUYÊN NgểỄên cứu xây dựng tểuật toán mớỄ ổn địnể gỄao dỄện ểaptỄcs đỄều kểỄ n từ xa DANH SÁCH CÁC HÌNH HÌNH TRANG Hình 2.1: Giao diện haptics điều n ô tô từ xa 10 Hình 2.2: Sơ đồ ch c c a hệ thống Steer – by - Wire .12 Hình 2.3: Hệ thống lái thư ng hệ thống lái không trục lái 14 Hình 2.4: Mô hình động lực học hệ thông lái không trục lái (SBW) .15 Hình 2.5: Sơ đồ khối c a hệ thống SBW 17 Hình 2.6: Mô hình điều n vô lăng 18 Hình 2.7: Hệ thống điều n vô lăng dựa vào động 19 Hình 2.8: Bi u đồ quan hệ mô men vô lăng góc vô lăng .20 Hình 2.9: Sơ đồ hệ thống điều n phản hồi bánh xe 21 Hình 2.10: Sơ đồ tính toán mô men hệ thống bánh xe .23 Hình 2.11: Đồ thị quan hệ mô men tính toán góc bánh xe 23 Hình 2.12: Sơ đồ điều n toàn hệ thống SBW .24 Hình 2.13: Đồ thị quan hệ góc quay vô lăng lái theo th i gian 25 Hình 2.14: Các phương pháp điều n đặc tính quay vòng thiếu 26 Hình 2.15: Bi u đồ điều n c a phương pháp đồ mô men 27 Hình 2.16: Bi u đồ ki m soát vị trí lực SBW 28 Hình 2.17: Thiết bị điều n từ xa hai cổng c a hệ thống lái không trục lái 29 Hình 2.18: Sơ đồ kết nối c a cảm biến đo dòng 30 Hình 2.19: Sơ đồ hệ thống điều n xe từ xa có phản hồi hình ảnh xúc giác 31 Hình 2.20: Sơ đồ hệ thống điều n phương tiện từ xa 31 Hình 2.21: Mô hình động lực học c a thiết bị ch /nô (Nguồn: Theo Jee Hwan Ryu, 5, phần Teleoperation and haptics) .32 Hình 2.22: Sơ đồ động lực học haptics điều n phương tiện từ xa 33 Hình 2.23: Mô hình chuy n đổi tín hiệu khí thành tín hiệu điện 34 Hình 2.24: Sơ đồ điều n từ xa với hai cổng kết nối (2- port Networt) 34 Hình 2.25: Mô hình giao diện haptics điều n phương tiện từ xa .35 CBHD: TS NGUY N BÁ H ITrangx HVTH: NGUY N THÀNH TUYÊN NgểỄên cứu xây dựng tểuật toán mớỄ ổn địnể gỄao dỄện ểaptỄcs đỄều kểỄ n từ xa H̀nh 2.26: Các lĩnh vực ng dụng c a LabVIEW 37 Hình 2.27: Mã nguồn viết LabVIEW 38 Hình 2.28: Sơ đồ điện c a động DC 39 Hình 2.29: Sơ đồ cấu trúc điều n vận tốc n hình c a động DC .40 Hình 2.30: Sơ đồ điều n vận tốc c a động DC .41 Hình 2.31: Cơ cấu cần điều n vị trí 42 Hình 2.32: Sơ đồ điều n vị trí c a PID 43 Hình 2.33: Mô tả giá trị đặt, giá trị đo diện tích sai lệch 44 Hình 2.34: Phối cảnh kết nối phần c ng điều n PID động DC 45 Hình 2.35: Sơ đồ mạch điện kết nối phần c ng điều n PID động DC 46 Hình 2.36: Sơ đồ thuật toán điều n động DC theo vị trí PID .47 Hình 2.37: Sơ đồ lập trình P control cho động DC .48 Hình 2.38: Giao diện ngư i dùng điều n P cho động DC 49 Hình 2.39: Đồ thị đáp ng vị trí c a động DC 49 Hình 2.40: Sơ đồ điều n khâu PI vị trí động DC 50 Hình 2.41: Sơ đồ điều n khâu PID vị trí động DC .50 Hình 3.1: Hệ thống thành phần c a hệ thống giao diện haptics 51 Hình 3.2: Ví dụ hệ thống mạng kết nối tùy ý 53 Hình 3.3: Sơ đồ kết nối PC với hệ thống cấu hình cổng54Hình 3.4: Sơ đồ kết nối PC với hệ thống cấu hình hai cổng .57 Hình 3.5: Hệ thống cổng ɳ 57 Hình 3.6: Lưu đồ chương trình dùng đ lập trình điều n ổn đinh hệ thống điều n từ xa 61 Hình 3.7: Thuật toán bên server .62 Hình 3.8: Thuật toán bên client 62 Hình 4.1: Sơ đồ tổng quan hệ thống điều n xe từ xa 63 Hình 4.2: Cấu trúc mô hình hệ thống điều n xe từ xa công nghệ haptics64 Hình 4.3: Mô hình khí tái tạo cảm giác lái ổn định vô lăng 65 Hình 4.4: Bố trí dẫn động trục xoay vô lăng 66 CBHD: TS NGUY N BÁ H ITrangxi HVTH: NGUY N THÀNH TUYÊN NgểỄên cứu xây dựng tểuật toán mớỄ ổn địnể gỄao dỄện ểaptỄcs đỄều kểỄ n từ xa Hình 4.5: Thành phần mạch điều n vô lăng .67 Hình 4.6: Cảm biến dòng điện ACS712 68 Hình 4.7: Sơ đồ chân cảm biến dòng ACS712 68 Hình 4.8:Mối liên hệ điện áp dòng điện cảm biến dòng ACS712 .69 Hình 4.9: Cấu trúc giao diện điều n ổn địnhxe từ xa 70 Hình 4.10: Sơ đồ khối tín hiệu điều n gửi 70 Hình 4.11: Mô hình xe quân có hệ thống lái không trục lái điều n từ xa .71 Hình 4.12: Kêt cấu khí bên c a xe quân .72 Hình 4.13: Kết cấu khí hệ thống lái không trục lái .73 Hình 4.14: Các chi tiết phận truyền động 73 Hình 4.15: Mô hình b c tư ng ảo đơn giản đ ki m tra mô c a PO/PC 76 Hình 4.16: Mô hình mô hệ thống haptics hoàn chỉnh điều n bị động77 Hình 4.17: Đư ng đặc trưng mô hệ thống b c tư ng ảo đơn giản 77 Hình 4.18: Kết thí nghiệm: tương tác với môi trư ng ảo (1) 78 Hình 4.19: Kết thí nghiệm: tương tác với môi trư ng ảo (2) 79 Hình 4.20: Dòng i tăng đánh lái co ma sát gi ữa bánh xe dẫn hướng với mặt đư ng 80 Hình 4.21: Đồ thị dòng i theo góc lái bánh xe dẫn hướng tiếp xúc mặt đư ng v =0 km/h 81 Hình 4.22: Mô-men phản hôi bánh dẫn hướng tiêp xuc mă ̣t đư ng V= km/h .81 Hình 4.23: Mô hình khối truyền Wifi 82 Hình 4.24: Lưu đồ tính th i gian tr ̣ thông lai gián tiếp từ xa .82 Hình 4.25: Chương trình đo th i gian tr 83 Hình 5.1: Kết thí nghiệm: tương tác với môi trư ng ảo (độ c ng k = 4.2 kN/m) PO/PC 85 Hình 5.2: Kết thí nghiệm: tương tác với môi trư ng ảo (độ c ng k = 4.2 kN/m) có PO/PC .86 CBHD: TS NGUY N BÁ H ITrangxii HVTH: NGUY N THÀNH TUYÊN NgểỄên cứu xây dựng tểuật toán mớỄ ổn địnể gỄao dỄện ểaptỄcs đỄều kểỄ n từ xa DANH SÁCH CÁC B NG B NG TRANG B ng 2.1: Các dạng cảm nhận trạng thái vật th B ng 2.2: Các ng dụng công nghệ haptics 11 B ng 3.1:Các cặp tương tự điện – khí 59 B ng 3.2: Sự kết nối cặp tương tự điện – khí 60 B ng 4.1: Bảng trư ng hợp thực nghiệm 65 B ng 4.2: Các thông số kỹ thuật mô hình 66 B ng 4.3: Các tính c a hệ thống dẫn động mô hình 67 B ng 4.4: Chi tiết mạch điện điều n vô lăng 67 B ng 4.5: Đặc tính kỹ thuật c a mô hình xe quân (Nguồn: Đề tài c a Nguy n Như Xuân Phúc) 71 B ng 4.6: Các tính làm việc c a chi tiết hệ thống lái không trục lái 74 B ng 4.7: Các thông số dùng mô 74 B ng 5.1: So sánh với công trình trước 85 CBHD: TS NGUY N BÁ H ITrangxiii HVTH: NGUY N THÀNH TUYÊN NgểỄên cứu xây dựng tểuật toán mớỄ ổn địnể gỄao dỄện ểaptỄcs đỄều kểỄ n từ xa Ch ng T NG QUAN 1.1 T ng quan chung v lĩnh v c nghiên c u Ngày công nghệ thông tin kỹ thuật phần mềm phát tri n mạnh mẽ Những thành tựu lĩnh vực giúp cho ô tô ngày tr nên thông minh Trong X – By – Wire (SBW) công nghệ điều n điện tử ng dụng ô tô quan tâm Hiện X – By – Wire xu hướng c a ô tô tương lai chúng có nhiều ưu m so với hệ thống lái truyền thống Ví dụ: Đối với hệ thống ga, biết hệ thống ga truyền thống ngư i lái tác động lên bàn đạp ga thông qua dây cáp đ dẫn động bướm ga Còn ngày với phát tri n c a công nghệ X – By – Wire điều n ga điện tử (Throttle – By – Wire) thay liên kết khí cảm biến bướm ga điều n b i động điện thông qua điều n điện (ECU) Điều cho phép loại bỏ dây cáp nối chân ga tới bướm ga Tương tự vậy, hệ thống lái, hệ thống lái thư ng ngư i lái tác động vào vô lăng góc lái định, góc lái truyền qua trục lái tới cấu lái (ví dụ: cấu – bánh răng) làm xoay bánh xe Còn bây gi hệ thống lái không trục lái (Steer – By –Wire) ngư i lái xoay vô lăng nh cảm biến phát góc quay c a vô lăng, sau cảm biến g i tín hiệu đến điều n điện (ECU), ECU điều n động điện xoay bánh xe chuy n động theo góc quay c a vô lăng Điều cho phép kỹ sư thiết kế bỏ trục lái tạo không gian rộng linh hoạt việc bố trí hệ thống cấu xe [4] Do không trục lái hệ thống lái Steer – By – Wire nên ngư i lái cảm giác lái Điều gây an toàn điều n xe [4] Vì vậy, hệ thống lái không trục lái vô lăng lắp đặt động điện đ tạo cảm giác lái Và thuật toán tái tạo cảm giác lái xác thực cho Steer – By –Wire hướng nghiên c u nhiều nhà khoa học phòng thí nghiệm quan tâm CBHD: TS NGUY N BÁ H ITrang1 HVTH: NGUY N THÀNH TUYÊN NgểỄên cứu xây dựng tểuật toán mớỄ ổn địnể gỄao dỄện ểaptỄcs đỄều kểỄ n từ xa Hệ thống lái không trục lái (SBW) có nhiều ưu m như: làm cho không gian cabin rộng hơn, tự thiết kế nội thất, rò rĩ dầu, xảy tai nạn… Bên cạnh ưu m SBW có nhược m khó khăn như: thiếu cảm giác lái thực tế, cảm giác tập hợp ảnh hư ng tác động từ mặt đư ng, ma sát khớp khí c a hệ thống lái trước truyền đến ngư i lái xe thông qua trục lái Tuy nhiên, việc gỡ bỏ trục lái Steer – By – Wire tạo nên cảm giác lái Sự cảm giác dẫn đến an toàn điều n xe Tuy nhiên, đ thực hóa SBW cho ô tô đại phải tạo cảm giác lái xác thực, cảm giác lái giống cảm giác lái hệ thống lái thông thư ng, nhằm giúp ngư i lái không bị bất ng không khó khăn điều n Đ tái tạo cảm giác lái thực tế có nhiều phương pháp tham khảo báo [4, 6] Nhìn chung, nhà khoa học khẳng định đ tạo cảm giác lái xác thực điều khó khăn Khi thí nghiệm SBW phòng thí nghiệm, chế tạo mô hình c a hệ thống lái có yêu cầu cao như: vi điều n phải có công suất lớn, phải bỏ chi phí đắt đỏ cho cảm biến lực, v.v…thông tin chi tiết điều có th xem [4], [5], [7]v.v Gần đây, Jee – Hwan Ryu Ba Hai – Nguyen đề xuất giải pháp với giá thành thấp là: tái tạo cảm giác lái dựa dòng đo từ IC dòng giá rẻ Tuy nhiên, qua kết thực nghiệm suốt năm nghiên c u thí nghiệm mô hình thực, phương pháp đo dòng vấn đề đặt cần giải hoàn thiện phương pháp là: Sự ổn định c a hệ thống lái không trục lái (SBW) Vì vậy, chọn đề tài “ Nghiên cứu xây dựng thuật toán ổn định giao diện ểaptỄcs đỄều n từ xa ” đ thực đề tài cao học 1.2 Các nghiên c u ngoƠi vƠ n c 1.2.1 Nghiên c u ngoƠi nu c - Với đề tài: ĐỄêu kểỄển ểê ̣ tểông laỄ băng dây ô tô c a Yixin Yao [9]tại hội nghị SAE International 2006 nghiên c u kết cấu chung c a cac ̣ thông lai băng dây va đê phương phap khăc phu ̣c lỗi ̣ thông lai không tr ục lái dây băng cach thiêt kê thêm mô ̣t đô ̣ng điêu khiể n câu lai banh xe Đề tài nghiên cưu CBHD: TS NGUY N BÁ H ITrang2 HVTH: NGUY N THÀNH TUYÊN NgểỄên cứu xây dựng tểuật toán mớỄ ổn địnể gỄao dỄện ểaptỄcs đỄều kểỄ n từ xa  Nhận xét: o Th i gian tr điều n hệ thống lái từ xa qua mạng WIFI phụ thuộc phần lớn tốc độ truyền c a mạng Do có chênh lệch th i gian tr lần đo, nên nhóm chọn phương án lấy trung bình giá trị o Kết th i gian tr đo là: 0.5 CBHD: TS NGUY N BÁ H ITrang85 HVTH: NGUY N THÀNH TUYÊN NgểỄên cứu xây dựng tểuật toán mớỄ ổn địnể gỄao dỄện ểaptỄcs đỄều kểỄ n từ xa Ch K T LU N VÀ H ng NG PHÁT TRI N 5.1 K t lu n Với đề tài “Nghiên c u xây dựng thuật toán ổn định giao diện haptics điều n từ xa” tác giả giải số vấn đề sau: Đưa thuật toán đ kết hợp với phương pháp PO/PC ổn định hệ - thống lái điều n từ xa so với phương pháp đưa mô phương pháp thực vô lăng chưa thực điều n từ xa - Đo th i gian tr từ vô lăng điều n đến mô hình xe quân từ xa - Từ hai phương pháp phương pháp cổ n hai phương pháp ta thấy phương pháp có ưu m sau: ng dụng thuật toán PO/PC vào hệ thống thực, nghiên c u thêm thuật toán ổn đinh hệ thống ổn định giao diện haptics điều n từ xa Đ hi u rõ khác phương với phương pháp nghiên c u ta có bảng so sánh đây: B ng 5.1: So sánh với phương pháp nghiên c u trước Lo i đ th Ph ng Đ th l Đ th v trí PO/PC pháp Ph ng pháp 1: Giáo s khí ch a có ng Đ th l ng khí có PO/PC Bi u đồ vị trí c a Bi u đồ lượng Bi u đồ lượng cấu (chung) c a cấu (chung) c a cấu (chung) có PO/PC chưa có PO/PC Jee-Hwan Ryu Ph ng Bi u đồ vị trí c a vô Bi u đồ lượng Bi u đồ lượng lăng vị trí giới hạn c a cấu vô lăng CBHD: TS NGUY N BÁ H ITrang86 HVTH: NGUY N THÀNH TUYÊN NgểỄên cứu xây dựng tểuật toán mớỄ ổn địnể gỄao dỄện ểaptỄcs đỄều kểỄ n từ xa c a cấu vô lăng pháp 2: Ths Đỗ Xuân H p Và TS Nguy n Bá H i Ph ng pháp 3: vị trí dao động liên tục tăng dần vị trí giới hạn chưa có PO/PC theo th i gian lượng tăng dần theo th i gian Bi u đồ vị trí c a vô Bi u đồ lượng lăng điều n từ c a cấu vô lăng xa điều n từ xa chưa có PO/PC ta thấy bi u đồ KS Nguy n vị trí c a vô lăng Thành điều n từ xa dao Tuyên Và động c a chúng tăng TS Nguy n dần Bá H i vị trí giới hạn khicó PO/PC lượng giảm phần bên hệ thống Bi u đồ lượng c a cấu vô lăng điều n xe từ xa khicó PO/PC ta thấy bi u Khi đưa thuật toán đồ lượng c a PO/PC vào vô lăng điều lượng dần dập tắt n từ xa dao động c a chúng tăng dần theo th i gian 5.2 H n ch Về bản, đề tài hoàn thành, tác giả nhận thấy nhiều thiếu sót Nhưng kiến th c hạn hẹp nên chưa khắc phục thiếu sót Cụ th nghững thiếu sót sau:  Thuật toán ổn định giao diện haptics (tái tạo cảm giác xúc giác) Tuy hoàn thành thuật toán ổn định vẫn chưa đ ạt đượcchưa đa ̣t đươ ̣c độ xác cao, việc thử nghiệm c a xe chưa kết hợp hệ thống với với nhiều tốc độ c a xe, chưa thiết kế khí động học xe ô tô…nên ch ỉ áp dụng làm thí nghiệm trư ng học tiếp tục phát tri n thêm thành phương tiện hoàn chỉnh phục vụ cho quân  Điều n hệ thống lái SBW từ xa CBHD: TS NGUY N BÁ H ITrang87 HVTH: NGUY N THÀNH TUYÊN NgểỄên cứu xây dựng tểuật toán mớỄ ổn địnể gỄao dỄện ểaptỄcs đỄều kểỄ n từ xa - Do th i gian truyền thông qua mạng bị tr nên cảm giác lái không mong muốn thực tế - Phân điê ̣n chưa lâ ̣p trinh đươ ̣c chê đô ̣ dự phong trương hơ ̣p mât tin hiê ̣u điêu khiể n hay bi ̣nhiễu song (Xe tự phanh gặp trư ng hợp này) - Do trình trạng điều n chưa hoàn hảo nên ng dụng xe ều n từ xa môi trư ng ngư i có độ an toàn chưa cao Đây mô ̣t vân đê lơn cân phải nghiên cưu sâu va cân gop sưc của nhiêu nghiên cưu - Tính bảo mật chưa cao 5.3 H ng phát tri n Vấn đề cần tiến hành tương lai ng dụng thuật toán ổn định đ tiến hành thí nghiệm ổn định vô lăng xe thực tế đ ổn định hệ thống lái không trục lái điều n từ xa Công việc cần làm đ thuật toán ổn định vô lăng lái điều n từ xa ngày hoàn thiện CBHD: TS NGUY N BÁ H ITrang88 HVTH: NGUY N THÀNH TUYÊN NgểỄên cứu xây dựng tểuật toán mớỄ ổn địnể gỄao dỄện ểaptỄcs đỄều kểỄ n từ xa TÀI LI U THAM KH O TI NG VI T [1] TS Nguy n Bá Hải, “Lập trìnể LabVIEW, trìnể độ b n”, Nhà xuất Đại học quốc gia TP.HCM, 2012 [2]Nguy n Như Xuân Phúc, “Nghiên cứu phát tri n hệ thống lái không trục lái phục vụ đỄều n xe quân từ xa” ĐHSPKT TpHCM, 2012 [3]Đỗ Xuân Hợp, “Nghiên cứu ổn định hệ thống lái không trục lái t i vị trí giới h n quay vòng vànể tay láỄ”c a, ĐHSPKT TPHCM,2013 TI NG N [4] C NGOÀI Liu, A Chang, S., “ạorce feedback Ễn a statỄonary drỄvỄng sỄmulator”, Systems, Man and Cybernetics Intelligent Systems for the 21st Century., IEEE International Conference, Canada, vol 2, pp 1711- 1716, 1995 [5] Paul Yih “Steer – by – Wire: Implications For Vehicle Handling And Safety” the committee on graduate studies of Stanford University, January 2005 [6] D Odenthal, T Bunthe, H.-D Heitzer, and C Heiker, “ảow to make SBW feel lỄke power steerỄng”, Proceedings on the 15th IFAC World Congress on Automatic Control, Barcelona, 2002 [7] D van Raaij “Application of bilateral control in Steer-by-WỄre” Eindhoven University of Technology Department Mechanical Engineering Control Systems Technology Group, Eindhoven, January, 2008 [8] Ba-Hai Nguyen, Jee-Hwan Ryu “Semi-Experimental Results on a Measured Current Based Method for Reproducing Realistic Steering Feel of Steer-By-Wire Systems” The 15th Pacific Automotive Engineering Conference – APAC15 [9] Yixin Yao, “Vehicle Steer-by-Wire System Control”, SAE International 2006 [10] Kenneth Salisbury and Francois Conti [Stanford University] and Federico Barbagli [Stanford University and University of Siena, Italy] “Haptic Rendering:Introductory Concepts” IEEE Computer Graphics and Applications March/April 2004 CBHD: TS NGUY N BÁ H ITrang89 HVTH: NGUY N THÀNH TUYÊN NgểỄên cứu xây dựng tểuật toán mớỄ ổn địnể gỄao dỄện ểaptỄcs đỄều kểỄ n từ xa [11] A Fisch, C Mavroidis, Y Bar-Cohen, and J Melli-Huber “Haptic Devices for Virtual Reality, Telepresence and Human-Assistive Robotics” [12] Anand P Naik “Role of Vehicle Dynamic Modeling Fidelity With Haptic Collaboration In Steer By Wire Systems” Department of Mechanical and Aerospace Engineering State University of New York at Buffalo Buffalo, New York 14260, JULY 2007 [13] Mir Zayed Hasan “Experimental Evaluation of the Projection-based Force Reflection Algorithms for Haptic Interaction with Virtual Environment” Graduate Program in Electrical and Computer Engineering, 2012 [14] Ba-Hai Nguyen, Hai-Bac Ngo, Jee-Hwan Ryu, “Novel Robust Control Algorithm of DC Motors” The 6th International Conference on Ubiquitous Robots and Ambient Intelligence (URAI 2009) [15] Sanket Amberkar, Farhad Bolourchi, Jon Demerly and Scott Millsap “A Control System Methodology for Steer by Wire Systems” SAE International 2004 [16] Ba-Hai Nguyen, Jee-Hwan Ryu “Direct Current Measurement Based Steer- By-Wire Systems for Realistic Driving Feeling” IEEE International Symposium on Industrial Electronics (ISIE 2009) Seoul Olympic Parktel, Seoul, Korea July 5-8, 2009 [17] Se – Wook OH, Ho – Chol CHAE, Seok – Chan YUN and Chang – Soo HAN “The Design of a Controller for the Steer – by – Wire System”JSME International Journal, Series C, Vol.47, No.3, 2004 [18] Richard J Adams “Stable Haptic Interaction with Virtual Environments” Program Authorized to Offer Degree: Department ofElectrical Engineering, University of Washington, 1999 CBHD: TS NGUY N BÁ H ITrang90 HVTH: NGUY N THÀNH TUYÊN NgểỄên cứu xây dựng tểuật toán mớỄ ổn địnể gỄao dỄện ểaptỄcs đỄều kểỄ n từ xa PH L C Giao di n hi n th 1.Giao di n u n Cửa sổ 1: Giao diện hi n thị thông tin có tác dụng phản hồi thông tin cần thiết cho ngư i lập trình biết kết điều n từ mô hình Hình 1: Giao diện hi n thị thông tin cảm giác lái Giao diện hi n thị thông tin cảm giác lái (hình 1) gồm hai thành phần: - Khung hi n thị mô men phản hồi - Khung nút điều n  Nút RESET: Nút thiết lập lại vị trí ban đầu c a góc vô lăng  Nút STOP: Nút dùng đ dừng chương trình  Nút TRO LUC: Có ch c tạo mô men trợ lực lên vô lăng  Nút TIEP XUC: Có ch c tạo tiếp xúc bánh xe dẫn hướng với mặt đư ng  Cửa sổ 2: Giao diện hi n thị cài đặt thông số có tác dụng thiết lập thông số điều n mô hình CBHD: TS NGUY N BÁ H ITrang91 HVTH: NGUY N THÀNH TUYÊN NgểỄên cứu xây dựng tểuật toán mớỄ ổn địnể gỄao dỄện ểaptỄcs đỄều kểỄ n từ xa Giao diện cài đặt thông số (hình 2) gồm có: - Khung KET NOI: có ch c kết nối card điều n c a mô hình - Khung HE SO: có nhiệm vụ thiết lập hệ số tạo mô men phản hồi cảm giác lái - Khung PID: có tính thay đổi lực vô lăng băng cach điêu chin ̉ h Kp HW giá trị đặt � Ƭ � = =− − = Hình 2: Giao diện cài đặt thông số CBHD: TS NGUY N BÁ H ITrang92 HVTH: NGUY N THÀNH TUYÊN ( −� ) +Ƭ +� NgểỄên cứu xây dựng tểuật toán mớỄ ổn địnể gỄao dỄện ểaptỄcs đỄều kểỄ n từ xa Hình 3: Giao diện hi n thị thông tin ổn định cấu vô lăng lái không trục lái Giao diện hi n thị thông tin ổn định cấu vô lăng lái hình bao gồm khung:  Nút “KHOI TAO EN” nút kh i tạo lượng vị trí  Nút “PO/ PC” nút nhấn dùng đ đưa không đưa thuật toán PO PC vào chương trình CBHD: TS NGUY N BÁ H ITrang93 HVTH: NGUY N THÀNH TUYÊN NgểỄên cứu xây dựng tểuật toán mớỄ ổn địnể gỄao dỄện ểaptỄcs đỄều kểỄ n từ xa Hình 4: Giao diện cài đặt thông số thuật toán ổn định vô lăng Chú thích hình Hình có thành phần sau: - Khung a: có ch c kết nối dừng card điều n c a mô hình - Khung b: có nhiệm vụ thiết lập hệ số cho thuật toán ổn định vô lăng - Khung c: Công th c thuật toán ổn định vô lăng - Phần bi u đồ hi n thị CBHD: TS NGUY N BÁ H ITrang94 HVTH: NGUY N THÀNH TUYÊN NgểỄên cứu xây dựng tểuật toán mớỄ ổn địnể gỄao dỄện ểaptỄcs đỄều kểỄ n từ xa Code ch ng tr̀nh u n LabVIEW a.Code l p trình c m giác lái Hình code lập trình tạo cảm giác lái mô hình hệ thống lái SBW Hình 5: Giao diện lập trình tính toán mô men phản hồi Chú thích hình - Khung khung lập trình tính mô men phản hồi - Khung khung lập trình tính toán mô men điều n tự (free - control) - Khung khung lập trình tính toán mô men khóa vô lăng vị trí lock – to – lock - Khung khung lập trình tính toán mô men trợ lực dựa vào công th c CBHD: TS NGUY N BÁ H ITrang95 HVTH: NGUY N THÀNH TUYÊN NgểỄên cứu xây dựng tểuật toán mớỄ ổn địnể gỄao dỄện ểaptỄcs đỄều kểỄ n từ xa Hình 6: Giao diện lập trình tạo cảm giác lái mô hình hệ thống lái SBW Chú thích hình 5: Khung lập trình tạo cảm giác lái vô lăng có ch c thu thập liệu từ biến tr dùng mô cho vận tốc xe từ chân ADC1 c a điều n HDL – 9090, thu thập liệu từ chân encoder từ chân encoder c a điều n HDL – 9090, sau tính tính toán đưa tín hiệu góc vô lăng tín hiệu góc vô lăng dùng đ điều n cấu bánh xe - Phần chương trình điều n giao diện haptics vô lăng lái (server)  Chương trình điều n hệ thống lái cảm giác xúc giác: Hình 7: Chương trình điều n hệ thống lái có cảm giác xúc giác Chương trình tính toán vẽ đồ thị vị trí lượng: Hình 8:Chương trình tính toán vẽ đồ thị vị trí lượng CBHD: TS NGUY N BÁ H ITrang96 HVTH: NGUY N THÀNH TUYÊN NgểỄên cứu xây dựng tểuật toán mớỄ ổn địnể gỄao dỄện ểaptỄcs đỄều kểỄ n từ xa  Chương trình tính vận tốc vẽ đồ thị c a vận tốc: Hình 9: Chương trình tính toán vân tốc  Chương trình điều n ổn định giao động phương pháp PO/PC: Hình 10: Chương trình điều n ổn định giao động - Chương trình điều n từ xa  Chương trình điều n từ xa bên server: Hình 11: Chương trình điều n bên server  Phần chương trình điều n bên xe quân sự(client) CBHD: TS NGUY N BÁ H ITrang97 HVTH: NGUY N THÀNH TUYÊN NgểỄên cứu xây dựng tểuật toán mớỄ ổn địnể gỄao dỄện ểaptỄcs đỄều kểỄ n từ xa Hình 12: Chương trình điều n bên client CBHD: TS NGUY N BÁ H ITrang98 HVTH: NGUY N THÀNH TUYÊN S K L 0 [...]... TUYÊN NgểỄên cứu và xây dựng tểuật toán mớỄ ổn địnể gỄao dỄện ểaptỄcs trong đỄều kểỄ n từ xa tài thiết kế mô hình giao diện haptics vô lăng lái và đề suất thuật toán toán ổn định hệ thống lái không trục lái tại vị trí quay vòng c a vành tay lái Trong đề tài này tác giả cũng đã đưa ra thuật toán điều khi n ổn vị trí giới hạn vành tay lái nhưng độ ổn định chưa cao và chưa tận dụng hết thuật toán PO/PC... NgểỄên cứu và xây dựng tểuật toán mớỄ ổn địnể gỄao dỄện ểaptỄcs trong đỄều kểỄ n từ xa 2.1.2 Giao di n haptics và ng d ng Giao diện haptics là những hệ cơ điện tử cho phép con ngư i cảm nhận được các đặc tính vật lý c a đối tượng hay vật th trong môi trư ng ảo hoặc môi trư ng cách xa vị trí c a ngư i tương tác đối tượng Giao diện haptics Vô lăng Hình 2.1: Giao diện haptics trong điều khi n ô tô từ xa Thiết... thuật toán PO/PC chỉ giản chỉ dùng m c độ nghiên c u đơn giới hạn vành tay lái 1.3 M c đích c a đ tài - Mục đích đề tài là Nghiên cứu và xây dựng thuật toán mới ổn định giao diện haptỄcs trong đỄều khi n từ xa, giúp ngư i điều khi n được thuận lợi và an toàn khi lái xe - Trong đề tài sử dụng lý thuyết về cảm giác lái c a ngư i lái và viết chương trình tính toán nhằm tái tạo cảm giác lái cho hệ thống... các yếu tố cần thiết và quan trọng, nhằm ổn định hệ thống lái không trục lái trong điều khi n từ xa CBHD: TS NGUY N BÁ H ITrang6 HVTH: NGUY N THÀNH TUYÊN NgểỄên cứu và xây dựng tểuật toán mớỄ ổn địnể gỄao dỄện ểaptỄcs trong đỄều kểỄ n từ xa Ch C S ng 2 LÝ THUY T 2.1 C s lý thuy t c m giác xúc giác 2.1.1 Haptics Haptics:/'hap-tiks/ xuất hiện vào thập k̉ 90 c a thế k̉ 19 là một từ gốc Hy lạp “Haptesthai”... lái đ thí nghiệm sự ổn định hệ thống lái không trục lái trong điều khi n từ xa 1.4 Nhi m v và gi i h n c a đ tài - Đề tài nghiên c u sẽ thực hiện trên mô hình hệ thống lái không trục lái, từ đó thí nghiệm sự ổn định c a hệ thống lái không trục lái trong điều khi n từ xa - Trong đề tài sẽ sử dụng phần mềm LabVIEW đ mô phỏng, khảo sát đặc tính c a hệ thống lái thư ng, sau đó tiến hành nghiên c u hệ thống... u(t) trong hình 2.7 Do đó, giá trị điều khi n đầu ra có th xác định mô men vô lăng yêu cầu τc Bằng cách ng CBHD: TS NGUY N BÁ H ITrang19 HVTH: NGUY N THÀNH TUYÊN NgểỄên cứu và xây dựng tểuật toán mớỄ ổn địnể gỄao dỄện ểaptỄcs trong đỄều kểỄ n từ xa dụng phương trình giữa τc và u(t), mô tả định lượng cảm giác lái dựa vào tín hiệu điều khi n u(t) có th được phát tri n Nói chung, cảm giác lái được xác định. .. trên vô lăng, xác định được sự đáp ng c a vô lăng và cơ cấu lái thông qua điều khi n từ xa Trong đề tài này tác giả cũng đã đo được th i gian tr c a việc điều khi n hệ thống lái SBW từ xa thông qua sóng wifi và đánh giá được kết quả thực nghiệm khi điều khi n hệ thống lái SBW trên xe thực - Luận văn thạc sĩ Nghiên cứu ổn định hệ thống lái không trục lái t i vị trí giới h n quay vòng của vànể tay láỄ”c... có và không có điều khi n PID theo tín hiệu đầu vào góc vô lăng tham chiếu Như được hi n thị trong hình 2.13, điều khi n PID đơn giản thỏa mãn phản hồi c a hệ thống lái Bằng thuật toán điều khi n vô lăng, phương pháp điều khi n là phương pháp bản đồ mô men Bản đồ mô men sẽ được trình bày trong phần 2.4.3 CBHD: TS NGUY N BÁ H ITrang24 HVTH: NGUY N THÀNH TUYÊN NgểỄên cứu và xây dựng tểuật toán mớỄ ổn. .. bằng thuật toán điều khi n động cơ bánh xe trước, phương pháp điều khi n bánh xe trước là nhằm cải thiện tính tiện dụng và tính ổn định Xu hướng CBHD: TS NGUY N BÁ H ITrang25 HVTH: NGUY N THÀNH TUYÊN NgểỄên cứu và xây dựng tểuật toán mớỄ ổn địnể gỄao dỄện ểaptỄcs trong đỄều kểỄ n từ xa quay vòng thiếu là được điều khi n đ cải thiện tính ổn định Quay vòng thiếu là các bánh xe trước bị trượt ngang, kết... THÀNH TUYÊN NgểỄên cứu và xây dựng tểuật toán mớỄ ổn địnể gỄao dỄện ểaptỄcs trong đỄều kểỄ n từ xa SBW và cần thiết đ cung cấp cảm giác lái và phản hồi thông tin thực tế từ mặt đư ng tới ngư i lái Đồng th i nó hỗ trợ hệ thống lái thực hiện hoạt động tự định tâm c a vô lăng Như vậy hệ thống điều khi n động cơ phụ, hệ thống bánh xe dẫn động các bánh xe bằng cách loại bỏ các dao động và các nhi u loạn