(Luận văn thạc sĩ) mô hình điều khiển của người 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 MƠ 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 MƠ 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 MƠ 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 cơng tác: Trường Cao Đẳng Nghề số (BQP), đường Bùi Huy Hòa, Kp 3, phường Long Bình Tân, thành phố Biên Hịa, 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 CƠNG TÁC CHUN MƠN 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 Tơi cam đoan cơng trình nghiên cứu tơi Các số liệu, kết nêu luận văn trung thực chưa công bố cơng trình khác Tp Hồ Chí Minh, ngày tháng năm 2014 Ký tên iii LỜI CẢM ƠN Trong trình thực đề tài,Tơi 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.Tơi xin bày tỏlịng cảm ơn chân thành giúp đỡ Tơi xin bày tỏ lịng biết ơn sâu sắc tới Tiến SĩLê Thanh Phúc trực tiếp hướng dẫn bảo cho Tơi hồn thành luận văn Tôi xin chân thành cảm ơn bạn bè, đồng nghiệp Tơi gia đình động viên, khích lệ, tạo điều kiện giúp đỡ Tơi suốt q trình thực hồn thành luận án Mặc dù tơi có nhiều cố gắng hồn thiện luận văn tất nhiệt tình lực mình, nhiên khơng thể tránh khỏi thiếu sót, mong nhận đóng góp q báu q thầy bạn Tp Hồ Chí Minh, tháng 11 năm 2014 Học viên thực iv 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 Mơ hình xe 2.3.2 Mơ hình điều khiển lái xe với đặc tính thần kinh 12 vii 2.4 Mơ 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 MƠ HÌNH ĐIỀU KHIỂN XE 30 3.1 Giới thiệu phần mềm mô City Car Driving 30 3.2 Thiết kế mơ hình điều khiển xe 30 3.2.1 Phương pháp chuyể n đở i tín hi ệu xoay trục vơ 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 cơng mơ hình điều khiển xe 38 3.3 Lập trình điều khiển mơ hình điều khiển lái 39 3.3.1 Thuật tốn 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 4.3 Kết thực nghiệm 44 4.3.1 Kết thực nghiệm trường hợp 44 4.3.2 Kết thực nghiệm trường hợp hai 47 4.3.3 Kết thực nghiệm trường hợp ba 50 4.4 So sánh đánh giá kết 53 Chƣơng KẾT LUẬN 56 5.1 Kết luận 56 5.2 Hƣớng phát triển đề tài 57 TÀI LIỆU THAM KHẢO 58 PHỤ LỤC 60 ix Chƣơng TỔNG QUAN 1.1 Tổng quan chung vể lĩnh vực nghiên cứu Tai nạn giao thông vấn đề quan tâm lớn cá nhân, xã hội đặc biệt ngành sản xuất xe ln phát triển hồn thiện hệ thống nhiều chức nhằm đảm bảo an tồn cho người lái hành khách, hàng hóa từ giải pháp an toàn chủ động, an toàn bị động đến kết hợp an toàn chủ-bị động xe Tuy nhiên, năm gần số lượng tai nạn giao thông xẩy ngày tăng Theo thống kê, phân tích vụ tai nạn giao thơng đường cho thấy yêu tố người nguyên nhân chính, chiếm 85o/o vụ tai nạn giao thông đường [1] Nguyên nhân dẫn đến tình trạng này, điều khiển người lái xe hay q trình điều khiển xe khơng đạt hiệu mong muốn Do đó, vấn đề nghiên cứu đánh giá hiệu trình tương tác người xe mục đích nghiên cứu đề tài Trong nhiều thập kỷ qua, nhiều nhà khoa học, kỹ sư giới nghiên cứu mô tả tương tác người - xe Phần lớn nghiên cứu hướng mô tả đặc điểm hành vi người lái xe, xác định giá trị giới hạn dựa điều kiện vị trí xe với yếu tố mơi trường phát triển mơ hình điều khiển xe [2, 3] Gần đây, mơ hình điều khiển người lái xe hãng sản xuất xe nghiên cứu, phát triển ứng dụng mạnh mẽ thực tế MacAdam [4] xây dựng mơ hình đường xem trước Mơ hình giúp người lái điều khiển xe theo đường mong muốn cách dự đốn đường phía trước liên kết chặt chẽ khả dự đoán người lái xe với thời gian phản ứng Các thuật toán điều khiển cho mơ hình vịng lặp kín hệ thống điều khiển xe Weir McRuer [5]đã nêu quan điểm lý thuyết điều khiển làm sở khoa học cho việc phân tích động lực học kiểm soát tay lái Kết hệ thống điều khiển xe đánh giá thành phần làm ảnh hưởng đến phương trình chuyển [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 vịng (ơm cua) 60 61 Bảng 4.11: Số liệu thực nghiệm người già điều khiển xe vào đoạn đường vịng (ơm 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 ... THỐNG ĐIỀU KHIỂN LÁI XE CỤM CƠ CẤU ĐIỀU KHIỂN LÁI XE Hình 3.10: Sản phẩm thi cơng mơ hình điều khiển lái xe Trong hình 3.10, mơ hình điều khiển gồm cụm cấu gồm cụm cấu điều khiển xe giúp người lái. .. môi trường lái xe trước điều khiển xe thật 38 3.3 Lập trình điều khiển mơ hình điều khiển lái 3.3.1 Thuật tốn thu thập tín hiệu điều khiển lái Dựa tín hiệu điều khiển phần mền mơ lái City Car... lái Áp lực Vị trí cánh tay người lái d THU NHẬN, PHẢN HỒI Mắt áp lực quan cảm nhận người Hình 2.4: Sơ đồ điều khiển thần kinh người lái 2.3 Mơ hình xe ngƣời lái 2.3.1 Mơ hình xe Một mơ hình xe