Thiết kế hệ thống điều khiển xe tự động

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO TRƯỜNG ĐẠI HỌC SƯ PHẠM KỸ THUẬT THÀNH PHỐ HỒ CHÍ MINH LUẬN VĂN THẠC SĨ HÀ QUỐC BẢO THIẾT KẾ HỆ THỐNG ĐIỀU KHIỂN XE TỰ ĐỘNG NGÀNH: KỸ THUẬT CƠ KHÍ ĐỘNG LỰC – 60520116 S K C0 Tp Hồ Chí Minh, tháng 10/2015 BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO TRƯỜNG ĐẠI HỌC SƯ PHẠM KỸ THUẬT THÀNH PHỐ HỒ CHÍ MINH LUẬN VĂN THẠC SĨ HÀ QUỐC BẢO THIẾT KẾ HỆ THỐNG ĐIỀU KHIỂN XE TỰ ĐỘNG NGÀNH: KỸ THUẬT CƠ KHÍ ĐỘNG LỰC - 60520116 Hướng dẫn khoa học: TS LÊ THANH PHÚC Thành Phố Hồ Chí Minh, tháng 10 năm 2015 LÝ LỊCH KHOA HỌC I LÝ LỊCH SƠ LƯỢC: Họ & tên: HÀ QUỐC BẢO Giới tính: Nam Ngày, tháng, năm sinh: 02/02/1987 Nơi sinh: Kiên Giang Quê quán: Thái Bình Dân tộc: Kinh Địa liên lạc: 114/34 Phú Thọ Hòa - P Phú Thọ Hòa - Q.Tân Phú - TP.HCM Đơn vị công tác: Trường Cao Đẳng Kỹ Thuật Lý Tự Trọng TP Hồ Chí MInh, 390 Hoàng Văn Thụ, Phường 4, Q Tân Bình, TP Hồ Chí Minh Điện thoại đơn vị: Điện thoại riêng: 0933.651.943 Fax: E-mail: haquocbao22@yahoo.com.vn II QUÁ TRÌNH ĐÀO TẠO: Đại học Hệ đào tạo: Chính quy Thời gian đào tạo từ 09/2010 đến 09/ 2012 Nơi học: Trường Đại Học Sư Phạm Kỹ Thuật TP Hồ Chí Minh Ngành học: Kỹ Thuật Cơ Khí Động Lực Tên đồ án tốt nghiệp: Thiết kế ghế Haptic Ngày & nơi thi tốt nghiệp: 09/2012, Trường Đại Học Sư Phạm Kỹ Thuật TP Hồ Chí Minh Giảng viên hướng dẫn: TS Nguyễn Bá Hải Trình độ ngoại ngữ: Anh Văn B1 III QUÁ TRÌNH CÔNG TÁC CHUYÊN MÔN TỪ KHI TỐT NGHIỆP ĐẠI HỌC: Thời gian Từ 04/2013 đến Nơi công tác Công việc đảm nhiệm Trường Cao Đẳng Kỹ Thuật Lý Tự Trọng TP Hồ Chí MInh, 390 Hoàng Văn Thụ, Phường 4, Q Tân Bình, TP Hồ Chí Minh ii Giảng viên khoa khí động lực LỜI CAM ĐOAN Tôi cam đoan công trình nghiên cứu Các số liệu, kết nêu luận văn trung thực chưa công bố công trình khác Tp Hồ Chí Minh, ngày tháng Ký tên Hà Quốc Bảo iii năm 2015 LỜI CẢM ƠN Trong trình thực đề tài, Tôi nhận nhiều giúp đỡ, tạo điều kiện Ban giám hiệu, Bộ phận sau Đại học, Khoa khí Động lực, cán phòng, ban chức Trường Đại học Sư Phạm Kỹ Thuật Thành Phố Hồ Chí Minh Tôi xin bày tỏ lòng cảm ơn chân thành giúp đỡ Tôi xin bày tỏ lòng biết ơn sâu sắc tới Thầy TS Lê Thanh Phúc hướng dẫn tạo điều kiện thuận lợi cho hoàn thành luận văn Bên cạnh chân thành cảm ơn bạn bè, đồng nghiệp gia đình động viên, khích lệ, tạo điều kiện giúp đỡ suốt trình thực hoàn thành luận văn Một lần xin chân thành cảm ơn quý thầy cô bạn Xin chúc quý thầy cô toàn thể bạn dồi sức khoẻ thành công! Tp Hồ Chí Minh, tháng 10 năm 2015 Học viên thực Hà Quốc Bảo iv TÓM TẮT Công nghệ tự động phát triển đạt nhiều thành tựu giới Đặc biệt, lĩnh vực xe tự động có bước đột phá năm gần Nghiên cứu nhằm thiết kế hệ thống điều khiển tự động cho mô hình xe, làm phương tiện để khảo sát đánh giá hiệu trình điều khiển chạy tự động xe theo đường cho trước Quá trình thu thập xử lý ảnh, điều khiển bẻ góc lái tốc độ xe thực thông qua phần mềm LabVIEW Đề tài sử dụng camera làm phận thu thập hình ảnh đường phía trước xe, từ đó, xác định vị trí xe so với đường môi trường thực tế Khi sai số xe tâm đường vượt giới hạn quy định (giá trị cài đặt), hệ thống điều khiển PID xuất tín hiệu điều khiển mô tơ lái quay Mô tơ lái hoạt động làm bánh dẫn hướng xoay sang trái phải để giữ xe chạy theo đường phía trước đồng thời giảm tốc độ xe đánh lái Kết thực nghiệm cho thấy, xe có khả tự điều khiển góc lái tốc độ theo đường thực tế Khả tự điều khiển góc lái tốc độ xe thành công lớn đề tài Từ làm sở khoa học cho việc hoàn thiện mô hình hệ thống điều khiển xe chạy tự động sau Đồng thời đề tài góp phần phát triển ứng dụng hệ thống điều khiển xe tự động vào thực tế Việt Nam tương lai v ASTRACT Automatic control technology has been developed and had achievements in worldwide Especially, in the field of automated vehicles, the results had breakthroughs in recent years This study aimed to design an automatic control system for a vehicle model as a mean to examine and evaluate the effectiveness of the automatic control of vehicles according to the path following The image processing, control of steering angle and vehicle speed are done by using LabVIEW software The project uses a camera to collect images of the previous lane of the car Then, it determines the position of the car compared to the lane in the real environment When the distance between the vehicle and lane exceed the predetermined value, PID control system will send signals to control the driving motor The driving motor steers the wheels to turn left or right to keep the vehicle following the path At the same time, PID control system will send signals to reduce vehicle speed when steering car The experimental results showed that the car has the ability of self-steering and self-speeding according to the actual lanes These result is one of the biggest successes of the research Then it is the basis for improving the autonomous car control system model later on At the same time, it contributes to develop and apply of autonomous car control systems into reality in Vietnam vi MỤC LỤC Trang tựa TRANG Quyết định giao đề tài Xác nhận cán hướng dẫn Lý lịch khoa học ii Lời cam đoan iii Lời cảm ơn iv Tóm tắt v Astract vi Mục lục vii Danh sách chữ viết tắt xi Danh sách hình xii Danh sách bảng xv Chương 1.TỔNG QUAN 1.1 Tổng quan chung lĩnh vực nghiên cứu 1.1.1 Khái niệm xe tự hành 1.1.2 Những ưu vượt trội xe tự lái 1.1.3 Xu hướng phát triển xe tự lái 1.1.4 Các kết nghiên cứu ô tô tự động 1.2 Mục đích đề tài 1.3 Nhiệm vụ giới hạn đề tài 1.3.1 Nhiệm vụ đề tài 1.3.2 Giới hạn đề tài 1.4 Phương pháp nghiên cứu Chương CƠ SỞ LÝ THUYẾT 2.1 Lý thuyết tổng quan xử lý ảnh 2.1.1 Giới thiệu chung xử lý ảnh 2.1.2 Các bước xử lý ảnh vii 2.1.2.1 Thu nhận ảnh 2.1.2.2 Tiền xử lý ảnh 2.1.2.3 Phân tích ảnh 2.1.2.4 Biểu diễn ảnh 2.1.2.5 Nhận dạng nội suy 2.1.2.6 Cơ sở tri thức 2.1.2.7 Mô tả ảnh 2.1.3 Biên phương pháp phát biên 2.2 Biến đổi hough (Hough transform) 2.2.1 Biến đổi Hough cho đường thẳng 10 2.2.2 Biến đổi Hough cho đường thẳng tọa độ cực 11 2.3 Mô hình đường (Lane Model) 14 2.4 Lý thuyết điều khiển tự động 16 2.4.1 Khái niệm điều khiển tự động 16 2.4.2 Phân loại phương thức điều khiển tự động 18 2.5 Lý thuyết chung điểu khiển động 19 2.5.1 Động DC 19 2.5.2 Phương pháp điều khiển tốc độ động (điều khiển tốc độ) 20 2.6 Thuật toán điều khiển động 20 2.6.1 Khái niệm 20 2.6.2 Điều khiển PID động DC 21 2.6.3 Phương pháp điều chỉnh hệ số gain PID 26 2.6.3.1 Điều chỉnh thủ công 26 2.6.3.2 Phương pháp Ziegler – Nichols 26 2.7 Công cụ xử lý ảnh điều khiển góc lái, điều khiển vận tốc LabVIEW 26 2.7.1 LabVIEW 26 2.7.2 Ứng dụng Lab VIEW 28 2.7.3 Lập trình với Lab VIEW 28 2.7.4 Một số hàm thường sử dụng Lab VIEW 29 viii Chương THIẾT KẾ, LẬP TRÌNH HỆ THỐNG ĐIỀU KHIỂN XE TỰ ĐỘNG 32 3.1 Thiết kế, lắp đặt hệ thống điều khiển xe tự động 32 3.1.1 Sơ đồ khối hệ thống điều khiển 32 3.1.2 Các thành phần hệ thống 32 3.1.2.1 Camera Colorvis 32 3.1.2.2 Máy tính Acer Aspire E1-572G 33 3.1.2.3 Card điều khiển 9090 I/O 33 3.1.2.4 Motor driver 43 3.1.2.5 Motor điều khiển bẻ lái chạy xe 44 3.1.2.6 Encoder 46 3.1.3 Sơ đồ bố trí phận 47 3.1.4 Bản vẽ thiết kế 47 3.1.5 Mô hình thực tế 48 3.1.6 Sơ đồ mạch điện hệ thống điều khiển xe tự động 49 3.2 Nhận dạng, xử lý xuất tín hiệu điều khiển bẻ lái điều khiển tốc độ Lab VIEW 50 3.2.1 Mô hình hệ thống điều khiển xe tự động 50 3.2.2 Nguyên lý hoạt động hệ thống điều khiển xe tự động 51 3.2.3 Lưu đồ thuật toán điều khiển 51 3.2.3.1 Thuật toán xử lý ảnh điều khiển góc lái, điều khiển tốc độ xe 51 3.2.3.2 Thuật toán điều khiển góc lái tốc độ theo vị trí xe so với vạch sơn đường 52 3.3 Thiết lập chương trình điều khiển góc lái vận tốc xe thuật toán điều khiển PID LabVIEW 52 3.3.1 Thiết lập chương trình điều khiển góc lái thuật toán điều khiển PID.52 3.3.2 Thiết lập chương trình điều khiển tốc độ xe thuật toán điều khiển PID 55 3.3.3 Giao diện người dùng 56 ix Chương KHẢO SÁT VÀ ĐÁNH GIÁ KẾT QUẢ NGHIÊN CỨU 59 4.1 Phương án khảo sát 59 4.1.1 Môi trường điều kiện khảo sát 59 4.1.2 Kết thực nghiệm 60 4.2 Kết thực nghiệm 60 4.2.1 Kết thực nghiệm lần chạy I 60 4.2.2 Kết thực nghiệm lần chạy II 64 4.2.3 Kết thực nghiệm lần chạy III 67 4.3 So sánh đánh giá kết chạy thực nghiệm 70 Chương KẾT LUẬN 73 5.1 Kết luận 73 5.2 Hướng phát triển đề tài 74 TÀI LIỆU THAM KHẢO 75 x DANH SÁCH CÁC CHỮ VIẾT TẮT WHO : World Health Organization - Tổ chức y tế giới WB : World Bank - Ngân hàng giới LM : Lane Model - Mô hình đường TCP : Transmission Control Protocol - Giao thức điều khiển truyền vận IP : Internet Protocol - Là nhãn hiệu số gán cho thiết bị tham gia vào mạng máy tính có sử dụng giao thức Internet để liên lạc PCI : Pripheral Component Interconnect - Chuẩn để truyền liệu thiết bị ngoại vi đến bo mạch chủ BD : Block Diagram - Cửa sổ dùng để viết thuật toán cho ứng dụng FP : Front Panel - Cửa sổ giao diện người dùng LabVIEW : Laboratory Virtual Instrumentation Engineering Workbench – Phần mềm lập trình ngôn ngữ đồ họa PID : Propotional Integral Derivative – Bộ điều khiển vi tích phân tỷ lệ AMP : Amplifier – Bộ khuếch đại DC : Direct Current – Dòng điện chiều AC : Alternating Current – Dòng điện xoay chiều USB : Univeral Serial Bus – Chuẩn kết nối thiết bị điện tử xi DANH SÁCH CÁC HÌNH HÌNH TRANG Hình 1.1 Xe tự lái Lexus RX450h Google Hinh 2.1: Các bước xử lý ảnh Hinh 2.2: Bảng trị số giá trị 11 Hình 2.3: Đường thẳng Hough tọa độ cực 11 Hình 2.4: Ứng dụng biến đổi Hough phát góc 13 Hình 2.5: Mô hình đường đánh dấu mặt phẳng ảnh 14 Hình 2.6: Mô hình đường thực tế, lưu ý khoảng cách d1 d2 thể mm 15 Hình2.7: Cấu trúc hệ thống điều khiển 16 Hình 2.8: Sơ đồ tổng quát hệ thống điều khiển tự động 18 Hình 2.9: Sơ đồ khối điều khiển PID 21 Hình 2.10: Sơ đồ điều khiển động DC theo thuật toán PID 21 Hình 2.11: Sơ đồ hệ thống điều khiển lái 22 Hình2.12: Bộ PID điều khiển vị trí góc lái xe 22 Hình 2.13: Các thông số chất lượng đáp ứng độ 25 Hình 2.14: Cách thực xây dụng chương trình Lab VIEW 27 Hình 2.15: Môi trường làm việc LabVIEW; (a) cửa sổ Front Panel, (b) cửa sổ Block Diagram 28 Hình 2.16: Vòng lặp While Loop 29 Hình 2.17: Cấu trúc trường hợp Case Structure 30 Hình 2.18: Vòng lặp For Loop 31 Hình 2.19: Hai cách thể cấu trúc chuỗi 31 Hinh 2.20: Đoạn chương trình Y=x3 +3x+2 viết theo hai cách 31 Hình 3.1: Sơ đồ khối hệ thống điều khiển 32 Hình 3.2: Camera colorvis 33 Hình 3.3: Máy tính HP Elitebook 8840p 33 Hình 3.4: Card điều khiển HDL 9090 I/O 34 xii Hình 3.5: Hàm Hocdelam USB 9090 36 Hình 3.6: Motor driver 43 Hình 3.7: Sơ đồ cổng kết nối mạch suất 43 Hình 3.8: Motor điều khiển bẻ lái motor chạy xe 45 Hình 3.9: Mô tả tương quan góc quay động góc xoay bánh dẫn hướng Hình 3.10: Encoder đo góc quay động 46 Hình 3.11: Sơ đồ bố trí phận 47 Hình 3.12: Bản vẽ thiết kế mô trí phận 48 Hình 3.13: Mô hình bố trí phận hệ thống điều khiển xe 49 Hình 3.14: Sơ đồ mạch điện hệ thống điều khiển xe tự động 50 Hinh 3.15: Sơ đồ nguyên lý hệ thống điều khiển xe tự động 51 Hình 3.16: Lưu đồ thuật toán điều khiển góc lái theo vị trí xe so với đường môi trường thực tế 52 Hình 3.17: Lưu đồ thuật toán điều khiển góc lái tốc độ theo vị trí xe so với vạch sơn đường 53 Hình 3.18: Sơ đồ hệ thống điều khiển lái theo góc quay động 54 Hình 3.19: Mối quan hệ góc quay động góc xoay bánh dẫn hướng 54 Hình 3.20: Chương trình điều khiển góc lái với thuật toán điều khiển PID 55 Hình 3.21: Sơ đồ hệ thống chạy xe 56 Hình3.22: Chương trình điều khiển vận tốc với thuật toán điều khiển PID 57 Hình 3.23: Giao diện người dùng chương trình điều khiển hệ thống xe tự động 57 Hình 4.1: Mô hình đường chạy thử nghiệm 59 Hình 4.2: Đồ thị điều khiển góc lái vận tốc xe rẽ phải lần chạy I 60 Hình 4.3: Đồ thị điều khiển đánh lái qua phải xe rẽ phải lần chạy I 60 Hình 4.4: Đồ thị điều khiển trả lái sau xe rẽ phải lần chạy I 61 Hình 4.5: Đồ thị điều khiển đánh lái qua trái trả lái xe rẽ trái lần chạy I 62 Hình 4.6: Đồ thị điều khiển đánh lái qua trái xe rẽ trái lần chạy I 62 Hình 4.7: Đồ thị điều khiển trả lái xe rẽ trái lần chạy I 63 Hình 4.8: Đồ thị điều khiển góc lái vận tốc xe rẽ phải lần chạy II 64 xiii Hình 4.9: Đồ thị điều khiển đánh lái qua phải xe rẽ phải lần chạy II 64 Hình 4.10: Đồ thị điều khiển trả lái xe rẽ phải lần chạy II 65 Hình 4.11: Đồ thị điều khiển góc lái vận tốc xe rẽ trái lần chạy II 65 Hình 4.12: Đồ thị điều khiển đánh lái qua trái xe rẽ trái lần chạy II 66 Hình 4.13: Đồ thị điều khiển trả lái xe rẽ trái lần chạy II 66 Hình 4.14: Đồ thị điều khiển góc lái vận tốc xe rẽ phải lần chạy III 67 Hình 4.15: Đồ thị điều khiển đánh lái qua phải xe rẽ phải lần chạy III 67 Hình 4.16: Đồ thị điều khiển trả lái xe rẽ phải lần chạy III 68 Hình 4.17: Đồ thị điều khiển góc lái vận tốc xe rẽ trái lần chạy III 68 Hình 4.18: Đồ thị điều khiển đánh lái qua trái xe rẽ trái lần chạy III 69 Hình 4.19: Đồ thị điều khiển trả lái xe rẽ trái lần chạy III 69 Hình 4.20: Đồ thị điều khiển góc lái xe rẽ phải góc 350 70 Hình 4.21: Đồ thị điều khiển trả lái sau xe rẽ phải góc 350 70 Hình 4.22: Đồ thị điều khiển trả lái sau xe rẽ trái góc 350 71 Hình 4.23: Đồ thị điều khiển trả lái sau xe rẽ trái góc 350 71 xiv DANH SÁCH CÁC BẢNG BẢNG TRANG Bảng 2.1: Tìm thông số PID phương pháp Ziegler – Nichols 25 Bảng 3.1: Các chân tín hiệu Card điều khiển HDL 9090 I/O 34 Bảng 3.2: Các chân tín hiệu Card điều khiển HDL 9090 I/O 35 Bảng 3.3: Các chân hàm Hocdelam USB 9090 36 xv Chương TỔNG QUAN 1.1 Tổng quan chung lĩnh vực nghiên cứu 1.1.1 Khái niệm xe tự hành Chế độ tự hành có từ lâu máy bay, tàu thủy, tàu ngầm xe tự hành vấn đề phức tạp nhiều Cho đến nay, xe tự lái tồn hầu hết dạng thử nghiệm, chúng phổ biến tương lai không xa Xe tự lái, xe robot hay xe không người lái (autonomous, robotic, driverless self-driving car) Nó có khả thực khả vận chuyển xe truyền thống Xe tự lái có khả nhận thức môi trường xung quanh tự động điều hướng mà không cần tác động trực tiếp người Về xe tự hành bao gồm thành phần sau: • Hệ thống cảm ứng (sensor: Radars, SICK, GPS, cameras… ): Chúng có chức định vị vị trí xe, xác định xe chướng ngại vật xung quanh • Hệ thống điều khiển: Xử lý thông tin thu để xác định chuyển hướng xác, phát chướng ngại vật biển báo giao thông • Cơ cấu chấp hành (Các mô tơ bánh lái cần gia tốc ): Thực thi lệnh điều khiển từ hệ thống tự hành Hình 1.1 Xe tự lái Lexus RX450h Google [1] Một số xe tự hành tiêu biểu: xe tự lái Lexus RX450h Google, xe tự lái Leaf Nissan, xe tự hành Fusion Hybrid Ford… 1.1.2 Những ưu vượt trội xe tự lái Không hạn chế tắc nghẽn giao thông, xe tự lái hứa hẹn nhiều ưu vượt trội khác [2]: - Ít va chạm giao thông (các máy tính thực tốt người thao tác tập trung có tính lặp lặp lại lái xe) - Tăng lưu lượng giao thông giảm tắc nghẽn - Giảm tham gia người vào công việc lái - Mọi người tham gia giao thông bất chấp lực thể chất họ, tuổi tác số hạn chế thể - Giảm tình trạng khan nơi đỗ xe đỗ xe (chiếc xe thả hành khách xuống sau tự tìm chỗ đỗ hành khách hiệu cho xe quay lại đón) - Hiệu nhiên liệu cải thiện nhờ giảm số lần dừng xe - Các dịch vụ chia sẻ dùng chung xe Zipcar (một dịch vụ dùng chung xe triển khai Mỹ) trở nên thực tế - Giảm số lượng cảnh sát giao thông, camera, đèn đỏ biện pháp tăng cường an toàn giao thông khác 1.1.3 Xu hướng phát triển xe tự lái Ngày nay, ô tô phương tiện thiếu nhiều ngành công nghiệp giao thông vận tải lợi ích mà mang lại Nhưng bên cạnh thiệt hại vật chất nhân mạng tai nạn giao thông gây Theo báo cáo Tổ chức y tế giới (WHO) Ngân hàng giới (WB) năm, giới có 1,2 triệu người chết tai nạn giao thông đường Thống kê cho thấy, khoảng 50 triệu người bị thương tai nạn giao thông [3] Nguyên nhân không kiểm soát tốc độ, say xin lái xe… Bên cạnh hạn chế tình trạng người lái xe như: người chưa đủ tuổi, người già, người mù, người bị say xỉn… Chính thiệt hại hạn chế dẫn tới đời xe tự lái Với ưu điểm bật mình, xe tự lái xu phát triển công nghiệp ô tô tương lai 1.1.4 Các kết nghiên cứu ô tô tự động 1.1.4.1 Thế giới Choi, S.B and Devlin [4] trình bày tóm tắt thiết kế điều khiển kết hợp chân ga phanh làm thử nghiệm chế độ làm việc điều khiển theo phương dọc xe tự hành Nghiên cứu trình bày chế độ trượt dựa quy luật điều khiển trượt dọc, hệ thống phanh phụ, luật kiểm soát phanh thuật toán chuyển đổi ga / phanh Các chiến lược kiểm soát phát triển áp dụng xe thử nghiệm tiến hành thử nghiệm kết hợp điều khiển theo phương dọc xe Chiếc xe sử dụng quỹ đạo định trước với tốc độ mong muốn theo hàm thời gian Những kết thử nghiệm ban đầu cho thấy chất lượng theo dõi, lái xe tốt chuyển đổi suôn sẻ ga phanh Kyongsu Yi, Youngjoo Cho, Sejin Lee, Joonwoong Lee, and Namkyoo Ryoo [5] đề xuất cách điều khiển hệ thống ga / phanh thông qua van điều khiển điện từ chân không tăng áp (EVB), mô tơ bước Mô hình máy tính phi tuyến cho ống chân không điện tử phát triển mô thực cách sử dụng mô hình xe phi tuyến hoàn chỉnh Nghiên cứu đưa quy luật kiểm soát bao gồm thuật toán thiết lập cấu hình tăng tốc / giảm tốc mong muốn tình ICC (điều khiển chân ga tự động), chuyển mạch logic ga / phanh thuật toán kiểm soát ga phanh dựa động lực học xe Việc thực kiểm soát nghiên cứu thông qua mô máy tính thí nghiệm Kết cho thấy luật kiểm soát ICC ga / phanh đề xuất cung cấp thỏa đáng khoảng cách xe đến xe thực kiểm soát tốc độ Allen [6] đề xuất mô hình điều khiển gần tuyến tính đa vòng lặp để xác định góc lái bánh xe phía trước Nghiên cứu thực điều khiển xe phạm vi điều khiển, bao gồm giả định liên quan đến tránh tai nạn để hạn chế hiệu suất xử lý người lái xe Chiếc xe biểu diễn mô hình ba bậc tự bao gồm góc xoay, vận tốc bên lắc ngang gắn với kết cấu điều khiển xe Sự ổn định cho hệ thống đa vòng lặp phân tích tốc độ 96km/h dựa giả thiết, hình ảnh chuyển động chậm trễ thời gian phản hồi xem ổn định kết hợp động lực học thần kinh để mang lại thời gian trễ tổng thể cho người lái xe Xiaobo Yang [7] đề xuất vấn đề an toàn đường cao tốc có liên quan đến hoạt động xe đường tương tác người lái với xe Điều kiện môi trường hoạt động ảnh hưởng tới động lực học xe Vấn đề nguy hiểm, an toàn liên quan đến giới hạn điều khiển ổn định định hướng xe, mà giới hạn điều khiển người lái xe Theo quan điểm giới hạn ổn định, động lực học loại xe nghiên cứu rộng rãi thích ứng người lái xe hoàn hảo cho chuyển động xe Trong nghiên cứu này, số mô hình phân tích thay đổi phức tạp phát triển để nghiên cứu sai lệch bên, lệch hướng đặc tính kết nối xe 1.1.4.1 Trong nước Cho đến giới, xe tự hành đạt thành tựu định Nhưng Việt Nam, xe tự lái đề tài mẻ chưa đầu tư nghiên cứu Trong năm gần có đề tài nghiên cứu xử lý ảnh nhận diện đường phát chướng ngại vật cho xe chạy tự động Vì đề tài “Thiết kế hệ thống điều khiển xe tự động ” vấn đề nghiên cứu thật cần thiết cấp bách 1.2 Mục đích đề tài Với thành tựu đạt lợi ích mà xe tự động mang lại, xe tự động phổ biến tương lai không xa.Với xu hướng tiếp cận với công nghệ giới, thu hẹp khoảng cách trình độ, công nghệ với giới việc nghiên cứu, thiết kế hệ thống điều khiển xe tự động nhu cầu cần thiết cấp bách Do giới hạn công nghệ nước nên trước hết nghiên cứu ứng dụng hệ thống điều khiển xe tự động để vận chuyển hàng hóa công xưởng theo vạch sơn đường vẽ sẵn Sau sở thành đạt phát triển công nghệ nước bước ứng dụng thử nghiệm xe tự động lưu thông đường 1.3 Nhiệm vụ giới hạn đề tài 1.3.1 Nhiệm vụ đề tài - Tìm hiểu sở lý thuyết điều khiển tự động - Tìm hiểu sở lý thuyết xử lý ảnh phát đường - Xây dựng thuật toán điều khiển góc lái điều khiển vận tốc theo vị trí xe so với đường môi trường thực tế - Thiết kế hệ thống điều khiển xe tự động - Sử dụng phần mềm Lab VIEW để xây dựng chương trình tự động điều khiển góc lái tốc độ theo vị trí xe so với đường - Cho chạy thử nghiệm đánh giá kết đạt 1.3.2 Giới hạn đề tài Để đơn giản hóa yếu tố tác động bên ngoài, đề tài nghiên cứu phạm vi: - Nghiên cứu dựa mô hình - Xe chạy đường nhựa có dấu phân cách đường vạch sơn thẳng - Điều kiện môi trường ánh sáng tốt 1.4 Phương pháp nghiên cứu Để hoàn thành mục tiêu nghiên cứu “Thiết kế hệ thống điều khiển xe tự động”, người nghiên cứu dự kiến sử dụng phương pháp nghiên cứu: - Phương pháp phân tích, phân loại hệ thống hóa tài liệu tài liệu nước nước từ xây dựng sở lý thuyết xử lý ảnh, xe tự động - Thiết kế mô hình xây dựng thuật toán điều khiển góc lái điều khiển tốc độ theo vị trí xe so với đường mô hình giả lập - Phương pháp thực nghiệm đánh giá kết S K L 0 [...]... quay động cơ và góc xoay của bánh dẫn hướng Hình 3.10: Encoder đo góc quay động cơ 46 Hình 3.11: Sơ đồ bố trí các bộ phận 47 Hình 3.12: Bản vẽ thiết kế mô phỏng trí các bộ phận 48 Hình 3.13: Mô hình bố trí các bộ phận hệ thống điều khiển trên xe 49 Hình 3.14: Sơ đồ mạch điện hệ thống điều khiển xe tự động 50 Hinh 3.15: Sơ đồ nguyên lý của hệ thống điều khiển xe tự động. .. 15 Hình2.7: Cấu trúc cơ bản của hệ thống điều khiển 16 Hình 2.8: Sơ đồ tổng quát hệ thống điều khiển tự động 18 Hình 2.9: Sơ đồ khối bộ điều khiển PID 21 Hình 2.10: Sơ đồ điều khiển động cơ DC theo thuật toán PID 21 Hình 2.11: Sơ đồ hệ thống điều khiển lái 22 Hình2.12: Bộ PID điều khiển vị trí góc lái của xe 22 Hình 2.13: Các thông số chất lượng... điều khiển PID 55 Hình 3.21: Sơ đồ hệ thống chạy xe 56 Hình3.22: Chương trình điều khiển vận tốc với thuật toán điều khiển PID 57 Hình 3.23: Giao diện người dùng chương trình điều khiển hệ thống xe tự động 57 Hình 4.1: Mô hình đường chạy thử nghiệm 59 Hình 4.2: Đồ thị điều khiển góc lái và vận tốc khi xe rẽ phải lần chạy I 60 Hình 4.3: Đồ thị điều khiển đánh lái qua phải khi xe. .. cần thiết và cấp bách 1.2 Mục đích của đề tài Với những thành tựu đạt được và lợi ích mà xe tự động mang lại, xe tự động sẽ được phổ biến trong tương lai không xa.Với xu hướng tiếp cận với những công nghệ mới của thế giới, thu hẹp khoảng cách về trình độ, công nghệ với thế giới thì việc nghiên cứu, thiết kế hệ thống điều khiển xe tự động là nhu cầu cần thiết và cấp bách Do sự giới hạn về công nghệ trong... thuật toán điều khiển góc lái và điều khiển vận tốc theo vị trí của xe so với làn đường trong môi trường thực tế - Thiết kế hệ thống điều khiển xe tự động - Sử dụng phần mềm Lab VIEW để xây dựng chương trình tự động điều khiển góc lái và tốc độ theo vị trí của xe so với làn đường - Cho chạy thử nghiệm và đánh giá kết quả đạt được 1.3.2 Giới hạn của đề tài Để đơn giản hóa những yếu tố tác động bên ngoài,... các đặc tính kết nối của xe 1.1.4.1 Trong nước Cho đến nay trên thế giới, xe tự hành đạt được những thành tựu nhất định Nhưng ở Việt Nam, xe tự lái vẫn còn là đề tài khá mới mẻ và chưa được đầu tư nghiên cứu Trong những năm gần đây có các đề tài nghiên cứu về xử lý ảnh nhận diện làn đường và phát hiện chướng ngại vật cho xe chạy tự động Vì vậy đề tài Thiết kế hệ thống điều khiển xe tự động ” là vấn... thị điều khiển trả lái sau khi xe rẽ phải lần chạy I 61 Hình 4.5: Đồ thị điều khiển đánh lái qua trái và trả lái khi xe rẽ trái lần chạy I 62 Hình 4.6: Đồ thị điều khiển đánh lái qua trái khi xe rẽ trái lần chạy I 62 Hình 4.7: Đồ thị điều khiển trả lái khi xe rẽ trái lần chạy I 63 Hình 4.8: Đồ thị điều khiển góc lái và vận tốc khi xe rẽ phải lần chạy II 64 xiii Hình 4.9: Đồ thị điều khiển. .. Đồ thị điều khiển đánh lái qua phải khi xe rẽ phải lần chạy III 67 Hình 4.16: Đồ thị điều khiển trả lái khi xe rẽ phải lần chạy III 68 Hình 4.17: Đồ thị điều khiển góc lái và vận tốc khi xe rẽ trái lần chạy III 68 Hình 4.18: Đồ thị điều khiển đánh lái qua trái khi xe rẽ trái lần chạy III 69 Hình 4.19: Đồ thị điều khiển trả lái khi xe rẽ trái lần chạy III 69 Hình 4.20: Đồ thị điều khiển. .. của xe, xác định các xe và chướng ngại vật xung quanh • Hệ thống điều khiển: Xử lý thông tin thu được để xác định chuyển hướng chính xác, cũng như phát hiện các chướng ngại vật và các biển báo giao thông • Cơ cấu chấp hành (Các mô tơ trên bánh lái và cần gia tốc ): Thực thi các lệnh điều khiển từ hệ thống tự hành Hình 1.1 Xe tự lái Lexus RX450h của Google [1] 1 Một số xe tự hành tiêu biểu: xe tự lái... người lái với xe Điều kiện môi trường hoạt động ảnh hưởng tới động lực học của xe bởi Vấn đề nguy hiểm, mất an toàn liên quan đến giới hạn điều khiển ổn định và định hướng của xe, mà còn giới hạn điều khiển của người lái xe Theo quan điểm của giới hạn ổn định, động lực học của các loại xe đã được nghiên cứu rộng rãi cũng như sự thích ứng của người lái xe hoàn hảo cho sự chuyển động của xe Trong nghiên