mô hình điều khiển cho ngƣời lái xe

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO TRƯỜNG ĐẠI HỌC SƯ PHẠM KỸ THUẬT THÀNH PHỐ HỒ CHÍ MINH LUẬN VĂN THẠC SĨ CAO VĂN THÀNH MÔ HÌNH ĐIỀU KHIỂN CHO NGƯỜI LÁI XE NGÀNH: KỸ THUẬT CƠ KHÍ ĐỘNG LỰC - 605246 S K C0 4 Tp Hồ Chí Minh, tháng 11/2014 BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO TRƢỜNG ĐẠI HỌC SƢ PHẠM KỸ THUẬT THÀNH PHỐ HỒ CHÍ MINH LUẬN VĂN THẠC SĨ CAO VĂN THÀNH MÔ HÌNH ĐIỀU KHIỂN CHO NGƢỜI LÁI XE NGÀNH: KỸ THUẬT CƠ KHÍ ĐỘNG LỰC - 605246 Thành Phố Hồ Chí Minh, tháng 11 năm 2014 i BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO TRƢỜNG ĐẠI HỌC SƢ PHẠM KỸ THUẬT THÀNH PHỐ HỒ CHÍ MINH LUẬN VĂN THẠC SĨ CAO VĂN THÀNH MÔ HÌNH ĐIỀU KHIỂN CHO NGƢỜI LÁI XE NGÀNH: KỸ THUẬT CƠ KHÍ ĐỘNG LỰC - 605246 Hướng dẫn khoa học: TS LÊ THANH PHÚC Thành Phố Hồ Chí Minh, tháng 11 năm 2014 i LÝ LỊCH KHOA HỌC I LÝ LỊCH SƠ LƢỢC: Họ & tên: CAO VĂN THÀNH Giới tính: Nam Ngày, tháng, năm sinh: 02/06/1989 Nơi sinh: Nghệ An Quê quán: Nghệ An Dân tộc: Kinh Địa liên lạc: Xóm Hợp Nhân, Châu Đình, Quy Hợp, Nghệ An Đơn vị công tác: Trường Cao Đẳng Nghề số (BQP), đường Bùi Huy Hòa, Kp 3, phường Long Bình Tân, thành phố Biên Hòa, tỉnh Đồng Nai Điện thoại đơn vị: 0613.930.082 Điện thoại riêng: 0986.324.516 Fax: 0613.937.379 E-mail: thanhcko12b@gmail.com II QUÁ TRÌNH ĐÀO TẠO: Trung cấp: Hệ đào tạo: Thời gian đào tạo từ Nơi học: Ngành học: Đại học: Hệ đào tạo: Chính quy Thời gian đào tạo từ 09/2007 đến 09/ 2011 Nơi học: Trường Đại Học Sư Phạm Kỹ Thuật Nam Định Ngành học: Cơ khí động lực Tên đồ án tốt nghiệp: (Thi tốt nghiệp Đại Học) Ngày & nơi thi tốt nghiệp: 07/2011,tại Trường Đh Sư Phạm Kỹ Thuật NamĐịnh Giảng viên hướng dẫn III QUÁ TRÌNH CÔNG TÁC CHUYÊN MÔN TỪ KHI TỐT NGHIỆP ĐẠI HỌC: Thời gian Nơi công tác Công việc đảm nhiệm Từ10/2011 Trường cao đẳng nghề số đến (BQP) Tp Biên hòa, T Đồng nai 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 năm 2014 Ký tên iii LỜI CẢM ƠN Trong trình thực đề tài,Tôi nhận nhiều giúp đỡ, tạo điều kiện tập thể Ban Giám hiệu, Khoa Sau Đại học, Khoa Cơ Khí Động Lực, giảng viên, cán phòng, ban chức Trường Đại học Sư Phạm Kỹ Thuật Thành Phố Hồ Chí Minh.Tôi xin bày tỏlòng cảm ơn chân thành giúp đỡ Tôi xin bày tỏ lòng biết ơn sâu sắc tới Tiến SĩLê Thanh Phúc trực tiếp hướng dẫn bảo cho Tôi hoàn thành luận văn Tôi xin chân thành cảm ơn bạn bè, đồng nghiệp Tôi gia đình động viên, khích lệ, tạo điều kiện giúp đỡ Tôi suốt trình thực hoàn thành luận án Mặc dù có nhiều cố gắng hoàn thiện luận văn tất nhiệt tình lực mình, nhiên tránh khỏi thiếu sót, mong nhận đóng góp quí báu quí thầy cô bạn Tp Hồ Chí Minh, tháng 11 năm 2014 Học viên thực iv TÓM TẮT Một mô hình điều khiển cho người lái xe thiết kế thi công làm phương tiện để khảo sát đánh giá hiệu điều khiển xe hai nhóm người lái bao gồm người độ tuổi già người độ tuổi trẻ Số lượng người tham gia khảo sát người tuyển chọn đủ điều kiện điều lệ qui định sức khỏe cho người lái xe ô tô Việt nam Người tham gia khảo sát điều khiển xe môi trường lái xe mô - City Car Driving đoạn đường 500m gặp tình xử lý giao thông Các thông số điều khiển người lái thu thập phần mền LabVIEW Kết thực nghiệm cho thấy, người lái độ tuổi trẻ hiệu điều khiển xe tănglên 55,5% so với người lái độ tuổi già xét theo tình điều khiển xe đoạn đường cua vòng Về khả điều khiển xe tránh va chạm chướng ngại người độ tuổi trẻ điều khiển tốt người độ tuổi già 34,6% Về khả điều chỉnh góc lái để chuyển hướng di chuyển sang đường người độ tuổi trẻ điều chình xác người độ tuổi già là12,2% Việc so sánh đánh giá khả điều khiển xe người lái thành công lớn đề tài làm sở khoa học giúp hoàn thiện mô hình điều khiển cho người lái xe cách thay đổi thông số điều khiển hệ thống hổ trợ người lái trình điều khiển xe gặp trường hợp nguy hiểm, từ góp phần làm giảm khả xảy cố, tai nạn giao thông Ngoài ra, đề tài tăng cường chất lượng đào tạo tập lái ô tô cho trung tâm dạy lái xe trang bị cho đại lý ô tô nhằm hướng dẫn thêm cho khách hàng thăm quan showroom, khách hàng mua xe v ASTRACT A control model for the driver has successfully designed to examine and evaluate the effectiveness of the two groups of drivers who drive including the old age and young age The number of participants is sastify all the conditions of health regulations for automobile driving in Vietnam The participants drove in the same car driving simulation environment - City Car Driving on the 500m distance and the same traffic condition The control parameters of the driver were collected by LabVIEW software The experimental results showed that, the drivers at a young age have efficiency increased 55.5% comparison to the driver at aold age with the situation on the ring roads About the possibility driving the obstacle collision avoidance in younger better than the olderwas 34.6% The ability to adjust the steering angle movement redirected to the new lane roadin younger better than the olderwas 12.2% The comparison and evaluation of the ability drivingwas one of the biggest successes of the subject as a scientific basis to perfectcontrol model for the driver by changing the some coefficient control systems support the driver in the dangerous situations, thereby contributing to reduce the traffic accidents In addition, the subject can also improve the quality of the driver training center and can equip automobile dealers to guide more customers visit the showroom, customers buy car 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 ix Danh sách hình xi Danh sách bảng xiii Chƣơng 1.TỔNG QUAN 1.1 Tổng quan chung vể lĩnh vực nghiên cứu 1.2 Mục đích đề tài 1.3 Nhiệm vụ đề tài giới hạn đề tài 1.3.1 Nhiệm vụ đề tài 1.3.2 Giới hạn đề tài 1.4 Phƣơng pháp nghiên cứu Chƣơng CƠ SỞ LÝ THUYẾT 2.1 Cơ chế sinh học điều khiển ngƣời lái xe 2.1.1 Cơ chế sinh học 2.1.2 Quá trình điều khiển người lái xe 2.2 Cơ sở lý thuyết hệ thống điều khiển xe 2.3 Mô hình xe ngƣời lái 2.3.1 Mô hình xe 2.3.2 Mô hình điều khiển lái xe với đặc tính thần kinh 12 vii 2.4 Mô hình điều khiển cho ngƣời lái xe 13 2.4.1 Điều khiển bù hướng xe di chuyển 13 2.4.2 Điều khiển đường di chuyển xem trước xe 14 2.5 Tổng quan kỹ thuật lái xe 18 2.5.1 Khái quát hệ thống buồng lái ô tô 18 2.5.2 Kỹ thuật lái xe ô tô 20 2.5.3 Phương pháp lái xe ôtô loại đường khác 21 2.6 Điều kiện sức khỏe ngƣời lái xe 26 2.7 Phần mền LabVIEW 28 2.7.1 LabVIEW 28 2.7.2Lập trình với LabVIEW 29 Chƣơng THIẾT KẾ, LẬP TRÌNH MÔ HÌNH ĐIỀU KHIỂN XE 30 3.1 Giới thiệu phần mềm mô City Car Driving 30 3.2 Thiết kế mô hình điều khiển xe 30 3.2.1 Phương pháp chuyể n đổ i tín hi ệu xoay trục vô lăng thành tín hiệu điều khiển chuột máy tính 31 3.2.2 Thiết kế cấu lái 34 3.2.3 Thiết kế hệ thống mạch điện điều khiển mô hình lái 35 3.2.4 Thiết kế cấu điều khiển tay số 36 3.2.5 Thiết kế khung mô hiǹ h điề u khiể n lái 37 3.2.6 Sản phẩm thi công mô hình điều khiển xe 38 3.3 Lập trình điều khiển mô hình điều khiển lái 39 3.3.1 Thuật toán thu thập tín hiệu điều khiển lái 39 3.3.2 Lập trình điều khiển thu thập số liệu 40 Chƣơng KHẢO SÁT VÀ ĐÁNH GIÁ KẾT QUẢ NGHIÊN CỨU 41 4.1 Phƣơng án khảo sát 41 4.1.1 Người lái xe tham gia khảo sát 41 4.1.2 Môi trường khảo sát 41 4.2 Giao diện thu thập xử lý tín hiệu 43 viii [12] Rajesh Rajamani Vehicle Dynamics and ControlDepartment of Mechanical EngineeringUniversity of Minnesota Minneapolis, MN 55455, USA,2012 [13] Sheridan, T B., Three Models of Preview Control, IEEE Transactions on Human Factors i~ Electronics, June, Vol HFE-7, No 2, pp.91-102, 1966 [14] Andrew KnightBasic of Matlab International Standard Bcok Number 0-84932039-9, 2000 [15] PGS, Nguyễn Khắc Trai, Tính điều khiển quỹ đạo chuyển động xe Nhà giao thông vận tải [16].Matthijs Klomp, Longitudinal Force Distribution and Road Vehicle Handling.Bộ môn học ứng dụng, Trường đại học kỹ thuật Chalmers [17] Wenjuan Jiang, Carlos Canudas-de-Wit, Olivier Sename and Jonathan Dumon A new mathematical model for car drivers with spatial preview [18].Bộ Trưởng Bộ Y Tế “Tiêu Chuẩn Sức Khỏe Người Điều Khiển Phương Tiện Giao Thông Cơ Giới” 4132/2001/QĐ-BYT [19] A j Pick and d j Cole, Neuromuscular Dynamics in the Driver-Vehicle System [20] D.H Weir, D.T McRuer Dynamics of driver vehicle steering control, hệ thống kỹ thuật, Inc., 13766 So Hawthorne Blvd., Hawthorne, Calif., U.S.A 59 PHỤ LỤC Bảng 4.10: Số liệu thực nghiệm người trẻ điều khiển xevào đoạn đường vòng (ôm cua) 60 61 Bảng 4.11: Số liệu thực nghiệm người già điều khiển xe vào đoạn đường vòng (ôm cua) 62 63 Bảng 4.12: Số liệu thực nghiệm người trẻ điều khiển xe tránh chướng ngại vật 64 65 Bảng 4.13: Số liệu thực nghiệm người già điều khiển xe tránh chướng ngại vật nnn 66 67 Bảng 4.14: Số liệu thực nghiệm người trẻ điều khiển xe chuyển đườngnnn 68 69 Bảng 4.15: Số liệu thực nghiệm người già điều khiển xe chuyển đường 70 71 72 S K L 0 [...]... diện cho phản xạ độ cứng và đàn hồi 12 (2.3) 2.4 Mô hình điều khiển cho ngƣời lái xe 2.4.1 Điều khiển bù hƣớng xe di chuyển Nhiều mô hình điều khiển cho sự thay đổi phức tạp động lực học của xe Phần lớn những mô hình này dựa trên điều khiển động lực học bên của xe, được phân loại theo hai nhóm: Mô hình điều khiển bù hướng di chuyển và mô hình xem trước hướng di chuyển Một cấu trúc của mô hình điều khiển. .. điều khiển mô hình lái .35 Hình 3.8 : Hộp số điều khiển số với tám cấp số .36 Hình 3.9 : Bản vẽ thiết kế khung mô hình điều khiển xe .37 Hình 3.10 : Sản phẩm thi công mô hình điều khiển lái xe .38 Hình 3.11 : Thuật toán điều khiển lái xe 39 Hình 3.12 : Một chương trình thu thập và điều khiển lái xetrong môi trường lập trình LabVIEW .40 xi Hình 4.1 : Tình huống xe. .. Mô hình bậc tự do của xe 10 Hình 2.9 : Kết cấu của mô hình điều khiển lái xe với đặc tính thần kinh cơ 12 Hình 2.10 : Mô hình bù hướng di chuyển của xe 13 Hình 2.11 : Mô hình điển hình lái xe xem trước 14 Hình 2.12 : Mô hình chiến lược dự báo .15 Hình 2.13 : Mô hình điều khiển xe đa vòng lặp 16 Hình 2.14 : Xe và quỹ dạo xem trước con đường phía trước 17 Hình. .. CÁC HÌNH HÌNH TRANG Hình 2.1 : Cơ chế thần kinh cơ của con người .5 Hình 2.2 : Cơ chế điều khiển của người lái xe 6 Hình 2.3 : Sơ đồ điều khiển ba cấp đường – người – xe 7 Hình 2.4 : Sơ đồ điều khiển thần kinh cơ người lái 7 Hình 2.5 : Mô hình tọa độ của xe .8 Hình 2.6 :Mô hình xe một vết 9 Hình 2.7 :Mô hình khi xe chuyển động quay vòng 10 Hình 2.8 : Mô. .. người lái u ĐIỀU KHIỂN + CHẤP HÀNH e s Ʃ Cơ bắp Tín hiệu thần kinh Não − cánh tay y z Vị trí điều khiển tay lái Áp lực Vị trí cánh tay người lái d THU NHẬN, PHẢN HỒI Mắt và áp lực cơ quan cảm nhận con người Hình 2.4: Sơ đồ điều khiển thần kinh cơ người lái 7 2.3 Mô hình của xe và ngƣời lái 2.3.1 Mô hình xe Một mô hình xe toán học chính xác và thực tế là điều cần thiết để mô phỏng hệ thống điều khiển xe. .. chuyển động xe Xây dựng mô hình điều khiển lái xesử dụng trong mô phỏng City CarDriving Chuyển đổi tín hiệu điều khiển xe trên bàn phím máy tính của phần mền mô phỏng City CarDriving thành tín hiệu điều khiển của các cơ cấu lái ô tô Thiết kế, thi công mô hình điều khiển xe Khảo sát và đánh giá, so sánh khả năng điều khiển cho từng nhóm người lái xe bằng phần mền LabVIEW Đề xuất giải pháp điều khiển và... vi của người lái xe, xác định được các giá trị giới hạn dựa trên điều kiện vị trí của xe với các yếu tố môi trường và phát triển các mô hình điều khiển xe [2, 3] Gần đây, các mô hình điều khiển của người lái xe đã được các hãng sản xuất xe nghiên cứu, phát triển và ứng dụng mạnh mẽ trong thực tế MacAdam [4] đã xây dựng được mô hình đường đi xem trước Mô hình này giúp người lái điều khiển xe đi theo con... diện cho hệ thống thần kinh của người điều khiển xe là hệ thống bậc hai mô tả sự vận động của chân tay và cơ bắp của người điều khiển Mô hình cấu trúc có phạm vi đa dạng của dãi tần số so với mô hình giao nhau Mô hình xem trước đường di sẽ cài đặt các dữ liệu trước của con đường phía trước để thực hiện tốt mô hình điều khiển hướng di chuyển 2.4.2 Điều khiển đƣờng di chuyển xem trƣớc của xe Mô hình. .. thuận lợi điều khiển của người lái xe và giả định sự chậm trễ của người lái xe là không đáng kể Mô hình dự đoán một cách hiệu quả việc thực hiện điều khiển hướng di chuyển của người lái xe khi chuyển động bên là tương đối nhỏ Allen [9] đề xuất một mô hình điều khiển gần như tuyến tính đa vòng lặp để xác định góc lái bánh xe phía trước Nghiên cứu thực hiện điều khiển xe trên một phạm vi điều khiển, bao... hướng di chuyển được minh họa trong hình 2.10 [18] Tín hiệu ε + δsw H(s) G(s) y - Hình 2.10: Mô hình bù hướng di chuyển của xe Trong hình 3.6: H(s): Mô tả nhiệm vụ của người lái xe trên nhận thức tức thời lỗi hướng di chuyển của xe G(s): Chuyển giao nhiệm vụ cho xe Để dạt được chức năng chuyển giao điều khiển H(s), mô hình điều khiển phải điều chỉnh: Thứ nhất điều khiển xe cần phải thực hiện sự phán đoán