nghiên cứu ổn định hệ thống lái không trục lái tại vị trí giới hạn quay vòng của vành tay lái

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO TRƯỜNG ĐẠI HỌC SƯ PHẠM KỸ THUẬT THÀNH PHỐ HỒ CHÍ MINH LUẬN VĂN THẠC SĨ NGÔ VĂN HỢP NGHIÊN CỨU ỔN ĐỊNH HỆ THỐNG LÁI KHÔNG TRỤC LÁI TẠI VỊ TRÍ GIỚI HẠN QUAY VÒNG CỦA VÀNH TAY LÁI NGÀNH: KỸ THUẬT CƠ KHÍ ĐỘNG LỰC - 605246 S KC 0 Tp Hồ Chí Minh, năm 2013 BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO TRƯỜNG ĐẠI HỌC SƯ PHẠM KỸ THUẬT THÀNH PHỐ HỒ CHÍ MINH oOo - LUẬN VĂN THẠC SĨ NGÔ VĂN HỢP NGHIÊN CỨU ỔN ĐỊNH HỆ THỐNG LÁI KHÔNG TRỤC LÁI TẠI VỊ TRÍ GIỚI HẠN QUAY VÒNG CỦA VÀNH TAY LÁI NGÀNH: KỸ THUẬT CƠ KHÍ ĐỘNG LỰC - 605246 Hướng dẫn khoa học: PGS.TS NGUYỄN HỮU HƯỜNG Tp HồChí Minh, 2013 Nghiên cứu ổn ñịnh hệ thống lái không trục lái vị trí giới hạn quay vòng vành tay lái LÝ LỊCH KHOA HỌC I LÝ LỊCH SƠ LƯỢC: Họ & tên: NGÔ VĂN HỢP Giới tính: Nam Ngày, tháng, năm sinh: 16 / 10 / 1986 Nơi sinh: Bến Tre Quê quán: Mỏ Cày Nam – Bến Tre Dân tộc: Kinh Chỗ riêng ñịa liên lạc: 242 – Tân Phong – Thành Thới A – Mỏ Cày Nam – Bến Tre ðiện thoại quan: ðiện thoại nhà riêng: 0977079973 Fax: E-mail: hopckdspkt@gmail.com II QUÁ TRÌNH ðÀO TẠO: Trung học chuyên nghiệp: Hệ ñào tạo: Thời gian ñào tạo từ ……/…… ñến ……/ Nơi học (trường, thành phố): Ngành học: ðại học: Hệ ñào tạo: Chính quy Thời gian ñào tạo từ ……/…… ñến ……/ … Nơi học (trường, thành phố): Trường ðHSPKT Tp Hồ Chí Minh Ngành học: Cơ khí ñộng lực Tên ñồ án, luận án môn thi tốt nghiệp: Nghiên cứu hệ thống truyền lực 4WD Ngày & nơi bảo vệ ñồ án, luận án thi tốt nghiệp: 10/2010 Trường ðHSPKTTpHCM Người hướng dẫn: Ths Trần ðình Quý III QUÁ TRÌNH CÔNG TÁC CHUYÊN MÔN KỂ TỪ KHI TỐT NGHIỆP ðẠI HỌC: Thời gian Nơi công tác Công việc ñảm nhiệm 2010 - 2011 Công ty ô tô ðÔ THÀNH Bảo trì xe 2011 - Trường CðGT Vận Tải TpHCM Giảng dạy CBHD: PGS.TS NGUYỄN HỮU HƯỜNG TS NGUYỄN BÁ HẢI HVTH: NGÔ VĂN HỢP Trang i Nghiên cứu ổn ñịnh hệ thống lái không trục lái vị trí giới hạn quay vòng vành tay lái LỜI CAM ðOAN Tôi cam ñoan ñây công trình nghiên cứu Các số liệu, kết nêu luận văn trung thực chưa ñược công bố công trình khác Tp Hồ Chí Minh, ngày … tháng … năm 201… (Ký tên ghi rõ họ tên) NGÔ VĂN HỢP CBHD: PGS.TS NGUYỄN HỮU HƯỜNG TS NGUYỄN BÁ HẢI HVTH: NGÔ VĂN HỢP Trang ii Nghiên cứu ổn ñịnh hệ thống lái không trục lái vị trí giới hạn quay vòng vành tay lái LỜI CÁM ƠN Sau năm thực hiện, ñề tài “Nghiên cứu ổn ñịnh hệ thống lái không trục lái vị trí giới hạn quay vòng vành tay lái” ñã ñược hoàn thành Ngoài cố gắng nổ lực cá nhân, thân ñã ñược giúp ñỡ ñóng góp ý kiến, lời khuyên từ thầy cô, bạn bè khích lệ ñộng viên từ gia ñình thời gian qua Trước tiên, xin chân thành cám ơn gia ñình ñã ñộng viên ủng hộ, tạo ñiều kiện cho học tập hoàn thành ñề tài Xin chân thành cám ơn quý thầy cô ñã tận tình hướng dẫn truyền ñạt kiến thức ñể hoàn thành môn học khóa học, quý thầy cô anh em trung tâm Học ðể Làm ñã tạo ñiều kiện cho có không gian học tập nghiên cứu ðặc biệt biết ơn sâu sắc ñến Thầy PGS TS Nguyễn Hữu Hường Thầy TS Nguyễn Bá Hải người ñã trực tiếp hướng dẫn, tận tình bảo truyền ñạt kiến thức hữu ích, ñộng viên nhắc nhở suốt trình thực ñề tài Tôi xin chân thành cám ơn Ngô Văn Hợp CBHD: PGS.TS NGUYỄN HỮU HƯỜNG TS NGUYỄN BÁ HẢI Trang iii HVTH: NGÔ VĂN HỢP Nghiên cứu ổn ñịnh hệ thống lái không trục lái vị trí giới hạn quay vòng vành tay lái TÓM TẮT Ngày công nghệ thông tin kỹ thuật phần mềm phát triển mạnh mẽ Những thành tựu lĩnh vực ñã giúp cho ô tô ngày trở nên thông minh Trong ñó, phát triển theo hướng công nghệ SBW ứng dụng ô tô ñã ñang ñược quan tâm,ñồng thời hứa hẹn mang lại hoàn thiện tính ñiều khiển xe tính an toàn Hiện SBW ñang xu hướng ô tô tương lai chúng có nhiều ưu ñiểm so với hệ thống lái truyền thống Trong hệ thống lái truyền thống người lái tác ñộng vào vô lăng góc lái ñịnh, góc lái ñược truyền qua trục lái tới cấu lái làm xoay bánh xe Còn ñối với hệ thống SBW người lái xoay vô lăng nhờ cảm biến phát góc quay vô lăng, sau ñó gởi tín hiệu ñến ñiều khiển ñiện (ECU) ECU ñiều khiển ñộng ñiện cấu bánh xe ñể xoay bánh xe chuyển ñộng theo góc xoay vô lăng ðiều cho phép thiết kế, bỏ ñi trục lái Khi bỏ ñi trục lái hệ thống SBW mang lại nhiều lợi ích như: trọng lượng xe giảm xuống, buồng lái rộng hơn, không bị rò rỉ dầu linh hoạt việc bố trí hệ thống xe Tuy nhiên, bên cạnh thuận lợi ñó SBW có nhược ñiểm người lái cảm giác lái không trục lái ðiều dẫn ñến an toàn ñiều khiển xe Do ñó ñề tài trình bày phương pháp tái tạo cảm giác lái ñể tái tạo ñược cảm giác lái thực Bên cạnh ñó, ñã tái tạo ñược cảm giác lái thực hệ thống SBW vấn ñề cần giải ñó vô lăng ổn ñịnh vị trí giới hạn (lock – to - lock) Trong luận văn ñã ñề xuất phương pháp ổn ñịnh tay lái vị trí giới hạn quay vòng nhằm cải thiện cảm giác lái ổn ñịnh vành tay lái ðặc tính giới hạn cho phép lái xe cảm nhận ñược ñộ cứng tường ảo xoay vô lăng tới vị trí khóa Nghiên cứu ñã ñược kiểm tra thông qua thí nghiệm thực tế kết phương pháp ổn ñịnh tay lái ñược ñề xuất cho phép ổn ñịnh tay lái so với trường hợp bình thường số: vị trí, lực, mô men… CBHD: PGS.TS NGUYỄN HỮU HƯỜNG TS NGUYỄN BÁ HẢI Trang iv HVTH: NGÔ VĂN HỢP Nghiên cứu ổn ñịnh hệ thống lái không trục lái vị trí giới hạn quay vòng vành tay lái ABSTRACT Today, information technology and software engineering flourished New achievements in the field of automobile helped to become more intelligent In particular, the development of technology towards applications in the automotive SBW have been interested, and also promises to bring perfection in the vehicle control and safety Currently SBW is a trend of future cars, as they have several advantages compared with conventional steering system In the traditional system, the driver drive impacts on the steering wheel a certain steering angle, steering angle is transmitted to the drive shaft and to rotate the steering wheel And now for the SBW system, the steering wheel and rotate the sensor by detecting the angle of rotation of the steering wheel, then send a signal to the power control (ECU) ECU controls the electric motor gear mechanism to rotate the wheels in motion with rotation of the steering wheel This enables the design, we can remove drive shaft When the drive shaft is removed SBW system brings many benefits such as reduced weight, wider cockpit, no oil leaks and flexibility in the layout of the vehicle system However, besides the advantages that the SBW downside is that the driver will lose steering feel when no longer drive shaft This leads to loss of safe driver Hence in this topic I will re- create the sensation method can drive to re- create the feeling of actually driving Besides, despite reproduce real driving pleasure but SBW system remains a problem to be solved is that the steering wheel is unstable at limit position (lock - to - lock) In this essay, I have proposed a method of steering stability at the position limits rotation to improve steering feel and steering wheel steady Character limits driving feel of the virtual wall stiffness when turning the steering wheel to the locked position Research has been tested through practical experiments and results of stable steering method proposed allows stable steering compared with the parameters: position, force, torque CBHD: PGS.TS NGUYỄN HỮU HƯỜNG TS NGUYỄN BÁ HẢI Trang iv HVTH: NGÔ VĂN HỢP Nghiên cứu ổn ñịnh hệ thống lái không trục lái vị trí giới hạn quay vòng vành tay lái DANH SÁCH CÁC TỪ VIẾT TẮT SBW – Steer by Wire: Hệ thống lái không trục ECU – Electronic Control Unit: Bộ ñiều khiển ñiện tử ABS – Anti – lock Brake System: Hệ thống chống hãm (bó) cứng phanh EPS – Electric Power Steering: Trợ lực lái ñiện ACC – Active Cruise Control: ðiều khiển hệ thống ga tự ñộng PID – Proportional Integral Derivative: Tỉ lệ - Tích phân - ðạo hàm LabVIEW – Laboratory Virtural Instrumentation Engineering Workbench: Phần mềm lập trình công ty National Instruments, Hoa Kỳ GPS – Global Positioning System: Hệ thống ñịnh vị toàn cầu DBW – Drive by Wire: Dẫn ñộng dây VCM – Variable Cylinder Management: Kiểm soát số xylanh hoạt ñộng DOF – Degree of Freedom: Bậc tự I/O – Input/Output: Tín hiệu ñầu vào/ Tín hiệu ñầu GUI – Graphical User Interface: Giao diện người dùng ñồ họa HW – Handwheel: Vô lăng RW - Roadwheel: Bánh xe PO – Passivity Observer: Bộ quan sát bị ñộng PC – Passivity Controller: Bộ ñiều khiển bị ñộng VE – Virtual Environment: Môi trường ảo HO – Human Operator: Người ñiều khiển (hoặc Con người) CBHD: PGS.TS NGUYỄN HỮU HƯỜNG TS NGUYỄN BÁ HẢI HVTH: NGÔ VĂN HỢP Trang v Nghiên cứu ổn ñịnh hệ thống lái không trục lái vị trí giới hạn quay vòng vành tay lái DANH SÁCH CÁC HÌNH HÌNH TRANG Hình 1.1: Hệ thống lái ô tô ñầu tiên Karl Benz năm 1885 13 Hình 1.2: Cấu tạo hệ thống lái phổ biến 14 Hình 1.3: Hệ thống lái ñiều khiển dây (Drive By Wire) xe Nissan 14 Hình 1.4: Góc Camber 17 Hình 1.5: Góc Camber dương Camber âm 17 Hình 1.6: Góc Caster 18 Hình 1.7: Góc Kingpin 18 Hình 1.8: ðộ chụm bánh xe 19 Hình 1.9: Bán kính quay vòng ô tô 19 Hình 1.10: Xe Land Glider hãng xe Nissan với hệ thống lái Drive-by-Wire 20 Hình 1.11: Không gian rộng lớn bên xe Hy-wire GM 21 Hình 1.12: Các thiết bị kiểm tra hệ thống lái tự ñộng xe Mercedes 22 Hình 1.13: ðiều khiển ñỗ xe từ xa ứng dụng xe Su Rui BYD Trung Quốc23 Hình 1.14: Hình ảnh mô hệ thống Drive-by-wire 24 Hình 1.15: Công nghệ ñiều khiển dây ứng dụng cho xe tương lai 25 Hình 1.16: Công nghệ by – Wire ứng dụng ñộng i – VTEC 3.5 xe Honda Odyssey 2005 26 Hình 1.17: Chuyển ñổi từ hệ thống lái thường sang hệ thống Steer-By-Wire 27 Hình 1.18: Cảm nhận người trạng thái vật thể 29 Hình 1.18a: Sơ ñồ cấu trúc giao diện haptics 31 Hình 1.18b: Mô hình haptics tương tác người với môi trường 33 Hình 1.19: Thiết bị phản hồi lực Exoskeleton 34 Hình 1.20: Thiết bị CyberForce 34 Hình 1.21: FREFLEX [Ohio University Website, Robert L Williams] 35 Hình 1.22: Cánh tay “Master Arm” trường ñại học Southern Methodist 36 Hình 1.23: Master II, Rutgers University 37 Hình 1.24: Thiết bị hiển thị lực giữ bàn tay 37 CBHD: PGS.TS NGUYỄN HỮU HƯỜNG TS NGUYỄN BÁ HẢI Trang vi HVTH: NGÔ VĂN HỢP Nghiên cứu ổn ñịnh hệ thống lái không trục lái vị trí giới hạn quay vòng vành tay lái Hình 1.25: Thiết bị CyberGlove 37 Hình 1.26: Thiết bị CyberGrasp Exoskeleton 37 Hình 1.27:Thiết bị Phantom 38 Hình 1.28: Thiết bị Pantograph trường ðại học McGil 38 Hình 1.29: (a) Hệ thống ñào tạo phẩu thuật ñầu gối (b) Thiết bị kính xoay khớp giả (Mock Arthroscope) (bên trên) ñược so sánh với thiết bị thực tế (bên dưới) 39 Hình 1.30: Cần ñiều khiển phản hồi lực Sidewinder, Microsoft Corp chuột phản hồi lực WingMan, Logitech 39 Hình 1.31: Sơ ñồ cấu trúc cho ứng dụng thực tế ảo kết hợp âm thanh, thị giác phản hồi haptics 40 Hình 1.32: Sơ ñồ khối thuật toán biểu diễn haptics 41 Hình 1.33a: Khái niệm tường ảo miêu tả tương tác bậc tự (1DOF) 42 Hình 1.33b: Sơ ñồ mạch ñiện mắt thần 43 Hình 1.34: Giao diện Haptics sử dụng ñiều khiển xe từ xa 44 Hình 1.35: Thiết bị giao diện ñiều khiển xe 44 Hình 1.36: Công nghệ haptics hệ thống iDrive hãng BMW 45 Hình 1.37: Tương tác với hình ảnh ba chiều phẫu thuật từ xa 45 Hình 1.38: Tương tác với hình ảnh ba chiều thông qua cánh tay robot 46 Hình 1.39: Giao diện phần mềm LabVIEW phiên 2009 48 Hình 1.40: Một robot (Spider) phát triển dựa lập trình LabVIEW 49 Hình 1.41: Khả kết hợp phần cứng LabVIEW 49 Hình 1.42: Sơ ñồ ñiện ñộng DC 50 Hình 1.43: Sơ ñồ cấu trúc ñiều khiển vận tốc ñiển hình ñộng DC 51 Hình 1.44: Sơ ñồ ñiều khiển vận tốc ñộng DC 52 Hình 1.45: Cơ cấu cần ñiều khiển vị trí 54 Hình 1.46: Sơ ñồ ñiều khiển vị trí PID 54 Hình 1.47: Mô tả giá trị ñặt, giá trị ño ñược diện tích sai lệch 56 Hình1.48: Phối cảnh kết nối phần cứng ñiều khiển PID ñộng DC 57 Hình 1.49: Sơ ñồ mạch ñiện kết nối phần cứng ñiều khiển PID ñộng DC 57 Hình 1.50: Sơ ñồ thuật toán ñiều khiển ñộng DC theo vị trí PID 58 CBHD: PGS.TS NGUYỄN HỮU HƯỜNG TS NGUYỄN BÁ HẢI Trang vi HVTH: NGÔ VĂN HỢP Nghiên cứu ổn ñịnh hệ thống lái không trục lái vị trí giới hạn quay vòng vành tay lái a c ௧ න ݂ ሺܶሻ‫ݒ‬ሺܶሻ ݀ܶ ൅ ‫ ܧ‬ሺ0ሻ ൒ 0, ଴ ௡ ⩝ ‫ ݐ‬൒ ‫ܧ‬௢௕௦௩ ሺ݊ሻ ൌ ∆ܶ ෍ ݂ሺ݇ ሻ‫ ݒ‬ሺ݇ ሻ b ௞ୀ଴ ሺܹ ሺ݊ሻ ൅ ܾ ∑௡௞ୀ଴ ‫ݒ‬௘ ሺ݇ሻଶ ሻ ‫ۓ‬ , ‫ݒ‬௘ ሺ݊ሻଶ ۖ ௡ ۖ ଶ ߙሺ݊ሻ ൌ ݊ế‫ ܹ ݑ‬ሺ݊ሻ ൏ െܾ ෍ ‫ݒ‬௘ ሺ݇ሻ ‫۔‬ ௞ୀ଴ ௡ ۖ ۖ0, ݊ế‫ ܹ ݑ‬ሺ݊ሻ ൒ െܾ ෍ ‫ݒ‬௘ ሺ݇ሻଶ ‫ە‬ ௞ୀ଴ ௡ ௡ିଵ ௞ୀ଴ ௞ୀ଴ ܹ ሺ݊ሻ ൌ ෍ ݂௘ ሺ݇ ሻ‫ݒ‬௘ ሺ݇ ሻ ൅ ෍ ߙሺ݇ ሻ‫ݒ‬௘ ሺ݇ሻଶ Hình 4.16: Giao diện cài ñặt thông số thuật toán ổn ñịnh vô lăng Chú thích hình 4.16 Hình 4.16 có thành phần sau: - Khung a: có chức kết nối dừng card ñiều khiển mô hình - Khung b: có nhiệm vụ thiết lập hệ số cho thuật toán ổn ñịnh vô lăng - Khung c: Công thức thuật toán ổn ñịnh vô lăng vị trí giới hạn quay vòng CBHD: PGS.TS NGUYỄN HỮU HƯỜNG TS NGUYỄN BÁ HẢI Trang 119 HVTH: NGÔ VĂN HỢP Nghiên cứu ổn ñịnh hệ thống lái không trục lái vị trí giới hạn quay vòng vành tay lái 4.4.2.2 Giao diện lập trình thuật toán ổn ñịnh vô lăng Cũng tương tự giao diện lập trình thuật toán tái tạo cảm giác lái, lúc giao diện lập trình thuật toán ổn ñịnh vô lăng vị trí giới hạn quay vòng ñược hiển thị hình 4.17 Hình 4.17: Giao diện lập trình thuật toán ổn ñịnh vô lăng SBW CBHD: PGS.TS NGUYỄN HỮU HƯỜNG TS NGUYỄN BÁ HẢI Trang 120 HVTH: NGÔ VĂN HỢP Nghiên cứu ổn ñịnh hệ thống lái không trục lái vị trí giới hạn quay vòng vành tay lái 4.5 Thí nghiệm 4.5.1 Các thông số mô ðầu tiên, ñã sử dụng ñiều khiển PID ñể ñiều khiển vị trí vô lăng Thuật toán ổn ñịnh vô lăng vị trí giới hạn quay vòng ñược giới thiệu phần 3.4 ðể tái tạo ñược cảm giác lái ổn ñịnh vô lăng vị trí giới hạn quay vòng thông số ñược chọn sau: Bảng 4.7: Các thông số dùng mô J w : 0.019 ( kg m / s ) Hằng số quán tính hệ thống lái bw : 0.368 ( Nms) Hằng số ñộng học hệ thống lái G feel :1 Hằng số lựa chọn cảm giác thoải mái người lái Kt : 0.581 ( Nm / Amp) Chọn từ thông số ñộng DC Ka : 0.3 Hệ số phụ chọn dựa lượng momen xoắn mong muốn thông tin momen xoắn phản hồi Kv : Vv : 60 (km / h) Một vận tốc cố ñịnh chọn cho mô phần K fc : 0.03 Chọn dựa biểu ñiều khiển tự Trong trường hợp tốt nhất, hệ số ñảm bảo dao ñộng nhỏ HW ñiều khiển tự Kp: 2.5 Hệ số ñiều khiển PD, phương pháp chọn lựa: Ziegler–Nichols Kltl: 100 Góc khóa vô lăng vị trí giới hạn 4.5.2 Ví dụ mô Trong phần này, minh họa hoạt ñộng PO PC mô tường ảo ñơn giản với mối quan hệ trở kháng (tín hiệu ñầu vào vận tốc, tín hiệu ñầu lực) Sự mô ñược thực phần mềm LabVIEW Bức tường CBHD: PGS.TS NGUYỄN HỮU HƯỜNG TS NGUYỄN BÁ HẢI Trang 121 HVTH: NGÔ VĂN HỢP Nghiên cứu ổn ñịnh hệ thống lái không trục lái vị trí giới hạn quay vòng vành tay lái ảo mô hình lò xo giảm chấn hình 4.18 Chúng ta dễ dàng tạo hoạt ñộng hệ thống cách thiết lập thông số giảm chấn b tới giá trị âm Bức tường tạo lực x(t) > Trong mô phỏng, tường ñược khảo sát vận tốc quỹ ñạo hình sin [hình 4.20a] Với giảm chấn dương [ k = 2.5 kN/m , b = 50 Ns/m, hình 4.20b], lúc giá trị PO tăng theo thời gian Tôi ñã sử dụng phần mềm LabVIEW ñể mô hệ thống giao diện haptics Hệ thống giao diện haptics (hình 4.19) bao gồm: người ñiều khiển hay người (HO), giao diện haptics, PC, môi trường ảo Chú ý PC xuất hình 4.19 ñược kết nối song song Bức tường ảo bao gồm số lò xo klò xo = 2.5 kN/m Chúng ta thiết lập PO ñể kiểm tra môi trường ảo PC Chúng ta giả sử HI có giá trị giảm chấn b dương Như theo mô hình hình 4.18 bảng 3.2 ta thiết lập ñược thuật toán ñể ổn ñịnh vô lăng sau: ݂ ሺ‫ ݐ‬ሻ ൌ ൬ܾ ൅ Trong ñó: ߙ ሺ݊ ሻ ൌ Với: ‫ۓ‬ ۖ ۖ ݇ ൅ ߙ൰ ‫ ݒ‬ሺ‫ ݐ‬ሻ ሺ3.27ሻ ‫ݏ‬ ሺܹ ሺ݊ሻ ൅ ܾ ∑௡௞ୀ଴ ‫ݒ‬௘ ሺ݇ሻଶ ሻ , ‫ݒ‬௘ ሺ݊ሻଶ ௡ ݊ế‫ ܹ ݑ‬ሺ݊ሻ ൏ െܾ ෍ ‫ݒ‬௘ ሺ݇ሻଶ ‫۔‬ ௞ୀ଴ ௡ ۖ ۖ0, ݊ế‫ ܹ ݑ‬ሺ݊ሻ ൒ െܾ ෍ ‫ݒ‬௘ ሺ݇ሻଶ ‫ە‬ ௞ୀ଴ ௡ ௡ିଵ ௞ୀ଴ ௞ୀ଴ ܹ ሺ݊ሻ ൌ ෍ ݅ሺ݇ሻ‫ݒ‬௘ ሺ݇ ሻ ൅ ෍ ߙሺ݇ ሻ‫ݒ‬௘ ሺ݇ሻଶ CBHD: PGS.TS NGUYỄN HỮU HƯỜNG TS NGUYỄN BÁ HẢI Trang 122 HVTH: NGÔ VĂN HỢP Nghiên cứu ổn ñịnh hệ thống lái không trục lái vị trí giới hạn quay vòng vành tay lái ‫ݒ‬ሺ‫ݐ‬ሻ ݇ ݂ሺ‫ݐ‬ሻ ܾ ߙ Hình 4.18: Mô hình tường ảo ñơn giản ñể kiểm tra mô PO/PC ‫ݒ‬௛ Bộ PC Con người ݂௛ ‫ݒ‬௘ ‫ݒ‬௖ Giao diện haptics α ݂௖ ݂௘ Môi trường ảo Hình 4.19: Mô hình mô hệ thống haptics hoàn chỉnh ñiều khiển bị ñộng Các khối hệ thống (trái sang phải) người ñiều khiển, giao diện haptic, ñiều khiển bị ñộng (α), môi trường ảo CBHD: PGS.TS NGUYỄN HỮU HƯỜNG TS NGUYỄN BÁ HẢI Trang 123 HVTH: NGÔ VĂN HỢP Nghiên cứu ổn ñịnh hệ thống lái không trục lái vị trí giới hạn quay vòng vành tay lái (a) (b) Hình 4.20: ðường ñặc trưng mô ñối với hệ thống tường ảo ñơn giản (a) Biên dạng vận tốc hình sin, (b) Năng lượng hao mòn hệ thống giảm chấn dương 4.5.3 Thí nghiệm ðể dễ dàng nhận xét ñánh giá, ñã chia thành thí nghiệm Trong thí nghiệm PO ñại diện cho dòng lượng vào PC VE Trong thí nghiệm ñầu tiên, PC, người ñiều khiển tiếp cận với tường ảo có ñộ cứng k = 2.5 kN/m với thời gian thí nghiệm từ tới 100 giây Tiến hành thí nghiệm ta thu ñược ñồ thị hình 4.21: quan sát [hình 4.21a] ta thấy vô lăng dao ñộng liên tục quanh vị trí trung tâm ñiều dẫn ñến ổn ñịnh Tương tác không ổn ñịnh, kết dao ñộng quan sát ñược xung lực [hình 4.21b], giá trị PO [hình 4.21c] giá trị dương (tăng theo thời gian) CBHD: PGS.TS NGUYỄN HỮU HƯỜNG TS NGUYỄN BÁ HẢI Trang 124 HVTH: NGÔ VĂN HỢP Nghiên cứu ổn ñịnh hệ thống lái không trục lái vị trí giới hạn quay vòng vành tay lái (a) (b) (c) Hình 4.21: Kết thí nghiệm: tương tác với môi trường ảo (ñộ cứng k = 2.5 kN/m) Bộ ñiều khiển bị ñộng (PC) không hoạt ñộng (a) Vị trí, (b) Lực, (c) Năng lượng Nhìn hình 4.21 ta thấy vị trí vô lăng dao ñộng liên tục chạm vào tường ảo Còn lực tiếp xúc với ñộ mạnh lớn, mức cao gần 80N Còn lượng tăng theo thời gian Chính ñiều cho vô lăng ổn ñịnh cao chạm vào vị trí giới hạn(hay tường ảo) ðiều ñược nhìn thấy kỹ video mô ñược quay lại Cho nên ñể dập tắt ñược dao ñộng vô lăng ta tiến hành thí nghiệm thứ hai có PO PC CBHD: PGS.TS NGUYỄN HỮU HƯỜNG TS NGUYỄN BÁ HẢI Trang 125 HVTH: NGÔ VĂN HỢP Nghiên cứu ổn ñịnh hệ thống lái không trục lái vị trí giới hạn quay vòng vành tay lái (a) (b) (c) Hình 4.22: Kết thí nghiệm: tương tác với môi trường ảo (ñộ cứng k = 2.5 kN/m) Bộ ñiều khiển bị ñộng (PC) hoạt ñộng, (a) Vị trí, (b) Lực, (c) Năng lượng Trong thí nghiệm thứ 2, có PC, người ñiều khiển tương tác với vận tốc thông số giống trường hợp (chưa có PC), tương tác ñạt ñược ổn ñịnh sau khoảng lần nảy lên, ñiều có nghĩa sau khoảng lần dao ñộng vô lăng trở trạng thái cân (trạng thái tự ñịnh tâm) [hình 4.22a] Giá trị lực có giảm xuống [hình 4.22b] không ñáng kể Còn lượng ñược tạo hệ thống ñược giảm xuống, ñiều chứng tỏ ñưa PC vào thuật toán tiêu tán bớt phần lượng ñược tạo hệ thống [hình 4.22c] CBHD: PGS.TS NGUYỄN HỮU HƯỜNG TS NGUYỄN BÁ HẢI Trang 126 HVTH: NGÔ VĂN HỢP Nghiên cứu ổn ñịnh hệ thống lái không trục lái vị trí giới hạn quay vòng vành tay lái CHƯƠNG KẾT LUẬN VÀ HƯỚNG PHÁT TRIỂN 5.1 Kết luận Qua hai hình: hình 4.23 (trường hợp PC) hình 4.24 (trường hợp có PC) ta thấy PC ñưa vào thuật toán vô lăng dao ñộng liên tục (ñường màu trắng lượng (ñường màu ñỏ) tăng theo thời gian Như vậy, trường hợp chưa có PC ñưa vào thuật toán làm cho vô lăng lái lúc bị rung ñộng, làm người lái giữ vô lăng thời gian dài ñược Do ñó, dẫn ñến an toàn ñiều khiển Hình 4.23: Kết thí nghiệm: tương tác với môi trường ảo (ñộ cứng k = 2.5 kN/m) Bộ ñiều khiển bị ñộng (PC) không hoạt ñộng ðường màu ñỏ thể lượng tạo hệ thống, màu trắng thể vị trí vô lăng Còn trường hợp có PC ñưa vào thuật toán ta thấy ñồ thị vị trí (ñường màu trắng) tăng lúc ñầu sau ñó không tăng từ từ giảm dẩn trở vị trí cân ðiều chứng tỏ vô lăng ổn ñịnh ñồ thị vị trí vô lăng (ñường màu trắng) sau khoảng lần nảy lên ñưa trạng thái cân Cho nên PC CBHD: PGS.TS NGUYỄN HỮU HƯỜNG TS NGUYỄN BÁ HẢI Trang 127 HVTH: NGÔ VĂN HỢP Nghiên cứu ổn ñịnh hệ thống lái không trục lái vị trí giới hạn quay vòng vành tay lái ñược ñưa vào thuật toán ñể ổn ñịnh vô lăng vị trí giới hạn, giúp cho người ñiều khiển có cảm giác êm dịu ñiều khiển vô lăng vị trí giới hạn quay vòng Hình 4.24: Kết thí nghiệm: tương tác với môi trường ảo (ñộ cứng k = 25 kN/m) Bộ ñiều khiển bị ñộng (PC) hoạt ñộng ðường màu ñỏ thể lượng tạo hệ thống, màu trắng thể vị trí vô lăng Qua hai hình 4.23 4.24 ta thấy PO PC không hoạt ñộng hệ thống ổn ñịnh cao (vị trí không ổn ñịnh, lượng tăng cao) Còn PO PC ñược kích hoạt hệ thống ñược ổn ñịnh 5.2 Hướng phát triển Vấn ñề nên nghiên cứu tiếp tương lai ứng dụng thuật toán ổn ñịnh ñể tiến hành thí nghiệm ổn ñịnh vô lăng xe thực tế vị trí giới hạn quay vòng Công việc tìm ñược thuật toán ñể ổn ñịnh vô lăng vị trí giới hạn CBHD: PGS.TS NGUYỄN HỮU HƯỜNG TS NGUYỄN BÁ HẢI Trang 128 HVTH: NGÔ VĂN HỢP Nghiên cứu ổn ñịnh hệ thống lái không trục lái vị trí giới hạn quay vòng vành tay lái TÀI LIỆU THAM KHẢO [1] TS Nguyễn Bá Hải, “Lập trình LabVIEW, trình ñộ bản”, Nhà xuất ðại học quốc gia TP.HCM, 2012 [2] Liu, A Chang, S., “Force feedback in a stationary driving simulator”, Systems, Man and Cybernetics Intelligent Systems for the 21st Century., IEEE International Conference, Canada, vol 2, pp 1711- 1716, 1995 [3] Paul Yih “Steer – by – Wire: Implications For Vehicle Handling And Safety” the committee on graduate studies of Stanford University, January 2005 [4] D Odenthal, T Bunthe, H.-D Heitzer, and C Heiker, “How to make SBW feel like power steering”, Proceedings on the 15th IFAC World Congress on Automatic Control, Barcelona, 2002 [5] D van Raaij “Application of bilateral control in Steer-by-Wire” Eindhoven University of Technology Department Mechanical Engineering Control Systems Technology Group, Eindhoven, January, 2008 [6] 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 [7] Yixin Yao, “Vehicle Steer-by-Wire System Control”, SAE International 2006 [8] 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 [9] A Fisch, C Mavroidis, Y Bar-Cohen, and J Melli-Huber “Haptic Devices for Virtual Reality, Telepresence and Human-Assistive Robotics” [10] Anand P Naik “Role of Vehicle Dynamic Modeling Fidelity With Haptic Collaboration In Steer By Wire Systems” Department of Mechanical and Aerospace CBHD: PGS.TS NGUYỄN HỮU HƯỜNG TS NGUYỄN BÁ HẢI Trang 129 HVTH: NGÔ VĂN HỢP Nghiên cứu ổn ñịnh hệ thống lái không trục lái vị trí giới hạn quay vòng vành tay lái Engineering State University of New York at Buffalo Buffalo, New York 14260, JULY 2007 [11] 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 [12] 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) [13] Sanket Amberkar, Farhad Bolourchi, Jon Demerly and Scott Millsap “A Control System Methodology for Steer by Wire Systems” SAE International 2004 [14] 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 [15] 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 [16] Richard J Adams “Stable Haptic Interaction with Virtual Environments” Program Authorized to Offer Degree: Department ofElectrical Engineering, University of Washington, 1999 CBHD: PGS.TS NGUYỄN HỮU HƯỜNG TS NGUYỄN BÁ HẢI Trang 130 HVTH: NGÔ VĂN HỢP Nghiên cứu ổn ñịnh hệ thống lái không trục lái vị trí giới hạn quay vòng vành tay lái PHỤ LỤC Các báo gởi ñăng tạp chí khoa học công nghệ GTVT - Nghiên cứu thuật toán tái tạo cảm giác xúc giác lái vô lăng ô tô - Nghiên cứu ổn ñịnh vô lăng hệ thống lái không trục lái CBHD: PGS.TS NGUYỄN HỮU HƯỜNG TS NGUYỄN BÁ HẢI Trang 131 HVTH: NGÔ VĂN HỢP Nghiên cứu ổn ñịnh hệ thống lái không trục lái vị trí giới hạn quay vòng vành tay lái PHỤ LỤC Bảng vẽ mô hình hệ thống lái không trục lái CBHD: PGS.TS NGUYỄN HỮU HƯỜNG TS NGUYỄN BÁ HẢI Trang 132 HVTH: NGÔ VĂN HỢP [...]... hình hệ thống lái không trục lái, từ ñó thí nghiệm sự ổn ñịnh của hệ thống lái không trục lái tại vị trí giới hạn quay vòng vành tay lái - Sẽ sử dụng phần mềm LabVIEW ñể mô phỏng, khảo sát ñặc tính của hệ thống lái thường, sau ñó tiến hành nghiên cứu hệ thống lái không trục lái ñể thí nghiệm sự ổn ñịnh hệ thống lái SBW tại vị trí giới hạn quay vòng của vành tay lái - Thiết kế mô hình vô lăng hệ thống lái. .. năm nghiên cứu và thí nghiệm trên mô hình thực, phương pháp ño dòng còn một vấn ñề ñặt ra cần giải quyết hoàn thiện phương pháp trên là: Sự mất ổn ñịnh của hệ thống lái không trục lái (SBW) tại vị trí giới hạn quay vòng của vành tay lái Vì vậy, tôi ñã chọn ñề tài Nghiên cứu ổn ñịnh hệ thống lái không trục lái tại vị trí giới hạn quay vòng của vành tay lái ñể thực hiện ñề tài cao học 1.2 Các nghiên cứu. .. thống lái không trục lái tại vị trí giới hạn quay vòng của vành tay lái CBHD: PGS.TS NGUYỄN HỮU HƯỜNG TS NGUYỄN BÁ HẢI Trang 12 HVTH: NGÔ VĂN HỢP Nghiên cứu ổn ñịnh hệ thống lái không trục lái tại vị trí giới hạn quay vòng của vành tay lái PHẦN II: NỘI DUNG CHƯƠNG I: CƠ SỞ LÝ THUYẾT 1.1 Lịch sử hệ thống lái Ở thuở sơ khai hệ thống lái của ô tô là sự kết nối thuần túy của các chi tiết cơ khí người lái xoay... lái không trục lái CBHD: PGS.TS NGUYỄN HỮU HƯỜNG TS NGUYỄN BÁ HẢI Trang 11 HVTH: NGÔ VĂN HỢP Nghiên cứu ổn ñịnh hệ thống lái không trục lái tại vị trí giới hạn quay vòng của vành tay lái 1.5 Phương pháp nghiên cứu Phương pháp nghiên cứu là: - Nghiên cứu cơ sở lý thuyết về SBW và các vấn ñề về ổn ñịnh - Nghiên cứu phương pháp ổn ñịnh PO PC - Áp dụng phương pháp ổn ñịnh PO PC vào hệ thống lái không trục. .. khoa học công nghệ GTVT 1 - Nghiên cứu các thuật toán tái tạo cảm giác xúc giác lái trên vô lăng ô tô 2 - Nghiên cứu ổn ñịnh vô lăng trong hệ thống lái không trục lái PHỤ LỤC 2 Bảng vẽ thiết kế mô hình hệ thống lái không trục lái CBHD: PGS.TS NGUYỄN HỮU HƯỜNG TS NGUYỄN BÁ HẢI HVTH: NGÔ VĂN HỢP Trang 5 Nghiên cứu ổn ñịnh hệ thống lái không trục lái tại vị trí giới hạn quay vòng của vành tay lái PHẦN I DẪN... ñịnh hệ thống lái không trục lái tại vị trí giới hạn quay vòng của vành tay lái Theo số lượng cầu dẫn hướng - Hệ thống lái với các bánh dẫn hướng ở cầu trước; - Hệ thống lái với các bánh dẫn hướng ở cầu sau; - Hệ thống lái với các bánh dẫn hướng ở tất cả các cầu Theo kết cấu của cơ cấu lái - Cơ cấu lái trục vít – bánh vít; - Cơ cấu lái trục vít – cung răng; - Cơ cấu lái trục vít – con lăn; - Cơ cấu lái. .. Nghiên cứu ổn ñịnh hệ thống lái không trục lái tại vị trí giới hạn quay vòng của vành tay lái 1.2 Tổng quan hệ thống lái trên ô tô 1.2.1 Công dụng của hệ thống lái Hệ thống lái của ô tô dùng ñể thay ñổi hướng chuyển ñộng hoặc giữ cho ô tô chuyển ñộng theo một quỹ ñạo xác ñịnh nào ñó Hệ thống cho phép người lái xe ñiều khiển hướng ñi của xe bằng cách xoay vô lăng thông qua cơ cấu lái tác ñộng ñến các... vi HVTH: NGÔ VĂN HỢP Nghiên cứu ổn ñịnh hệ thống lái không trục lái tại vị trí giới hạn quay vòng của vành tay lái Hình 3.3: Sơ ñồ kết nối PC với hệ thống cấu hình một cổng 96 Hình 3.4: Sơ ñồ kết nối PC với hệ thống cấu hình hai cổng 98 Hình 3.5: Hệ thống một cổng, ɳ 99 Hình 3.6: Vị trí HW và lực phản hồi khi lốp không tiếp xúc với mặt ñường 102 Hình 3.7: Vị trí HW và lực phản hồi... pháp tạo cảm giác lái giống hệ thống lái thường, giúp người ñiều khiển ñược thuận lợi và an toàn khi lái xe - Trong ñề tài ñã sử dụng lý thuyết về cảm giác lái của người lái và viết chương trình tái tạo cảm giác lái cho hệ thống lái không trục lái, kết hợp mô hình hệ thống lái không trục lái ñể thí nghiệm sự ổn ñịnh hệ thống lái không trục lái 1.4 Nhiệm vụ và giới hạn của ñề tài - Nghiên cứu sẽ thực hiện... HVTH: NGÔ VĂN HỢP Nghiên cứu ổn ñịnh hệ thống lái không trục lái tại vị trí giới hạn quay vòng của vành tay lái - Luận văn thạc sĩ Nghiên cứu và phát triển hệ thống lái không trục lái phục vụ ñiều khiển xe quân sự từ xa” của Nguyễn Như Xuân Phúc (ðHSPKT TpHCM, 2012) ñã thiết kế và ñiều khiển ñược hệ thống lái SBW cho xe quân sự qua mạng wifi ðồng thời ñề tài ñã tái tạo ñược cảm giác lái xác thực trên