Thông tin tài liệu
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 KHƠNG 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 VỊNG 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 định hệ thống lái khơng 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 đào tạo: Chính quy Thời gian ñào tạo từ ……/…… ñến ……/ … Nơi học (trường, thành phố): Trường ðHSPKT Tp Hồ Chí Minh Ngành học: Cơ khí động lực Tên đồ 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 Q III Q TRÌNH CƠNG TÁC CHUN MÔN KỂ TỪ KHI TỐT NGHIỆP ðẠI HỌC: Thời gian Nơi cơng tác Cơng việc đảm nhiệm 2010 - 2011 Cơng ty tơ ðƠ 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 khơng 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 khơng trục lái vị trí giới hạn quay vịng vành tay lái” hồn thành Ngoài cố gắng nổ lực cá nhân, thân tơi giúp đỡ đóng góp ý kiến, lời khuyên từ thầy cô, bạn bè khích lệ động viên từ gia đình thời gian qua Trước tiên, xin chân thành cám ơn gia ñình ñã ñộng viên ủng hộ, tạo ñiều kiện cho tơi học tập hồn thành đề tài Xin chân thành cám ơn q thầy tận tình hướng dẫn truyền đạt kiến thức để tơi hồn thành mơn học khóa học, q thầy anh em trung tâm Học ðể Làm ñã tạo điều kiện cho tơi có khơng 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 đạt kiến thức hữu ích, ln động viên nhắc nhở tơi suốt q trình tơi thực đề tài Tơi xin chân thành cám ơn Ngô Văn Hợp CBHD: PGS.TS NGUYỄN HỮU HƯỜNG TS NGUYỄN BÁ HẢI Trang iii HVTH: NGƠ VĂN HỢP Nghiên cứu ổn định hệ thống lái khơng trục lái vị trí giới hạn quay vịng vành tay lái MỤC LỤC Trang tựa Lý lịch khoa học i Lời cam ñoan ii Lời cám ơn iii Tóm tắt iv Abstract iv Danh sách từ viết tắt v Danh sách hình vi Danh sách bảng vii Mục lục PHẦN I: DẪN NHẬP 1.1 Tổng quan chung lĩnh vực nghiên cứu 1.2 Các nghiên cứu nước 1.2.1 Nghiên cứu nuớc 1.2.2 Nghiên cứu nuớc 1.3 Mục đích ñề tài 11 1.4 Nhiệm vụ giới hạn ñề tài 11 1.5 Phương pháp nghiên cứu 12 PHẦN II: NỘI DUNG 13 CHƯƠNG I: CƠ SỞ LÝ THUYẾT 13 1.1 Lịch sử hệ thống lái 13 1.2 Tổng quan hệ thống lái ô tô 15 1.2.1 Công dụng hệ thống lái 15 1.2.2 Yêu cầu hệ thống lái 15 1.2.3 Phân loại hệ thống lái 15 1.2.4 Các góc đặt bánh xe 16 1.2.4.1 Góc camber 16 CBHD: PGS.TS NGUYỄN HỮU HƯỜNG TS NGUYỄN BÁ HẢI HVTH: NGÔ VĂN HỢP Trang Nghiên cứu ổn định hệ thống lái khơng trục lái vị trí giới hạn quay vịng vành tay lái 1.2.4.2 Góc Caster 17 1.2.4.3 Góc Kingpin 18 1.2.4.4 ðộ chụm bánh xe 18 1.2.4.5 Bán kính quay vịng 19 1.3 Ứng dụng công nghệ lái không trục lái (SBW) ô tô 20 1.3.1 Xe ô tô ñiện Mini Land Glider Nissan 20 1.3.2 Sản phẩm hãng xe GM Hy – Wire 21 1.3.3 Sản phẩm hãng xe Mercedes SuRai Trung Quốc 22 1.3.4 Hệ thống lái ñiều khiển dây (Drive – by – Wire) xe Infiniti Nissan 24 1.3.5 Xe cho tương lai 25 1.3.6 Ứng dụng công nghệ by Wire ñộng Honda Odyssey 26 1.4 Những cải tiến Steer – by – Wire 26 1.5 Những lợi ích kỹ thuật Steer – by – Wire 28 1.6 Cơ sở lý thuyết cảm giác xúc giác (haptics) 28 1.6.1 Haptics gì? 28 1.6.2 Lịch sử haptics 29 1.6.3 Cấu trúc hệ thống haptics 31 1.6.4 Các thiết bị giao diện haptics 32 1.6.4.1 Thiết bị Exoskeletons Stationary 33 1.6.4.2 Găng tay thiết bị tay cầm 36 1.6.4.3 Thiết bị Point Sources and Specific Task 38 1.6.5 Mô cấu trúc thực tế ảo 39 1.6.6 Các thuật toán biểu diễn haptics 40 1.6.7 Phạm vi ứng dụng của haptics 43 1.6.7.1 Dân dụng 43 1.6.7.2 ðối với ô tô 43 1.6.7.3 Y học 45 1.6.7.4 Con người tương tác với robot 46 CBHD: PGS.TS NGUYỄN HỮU HƯỜNG TS NGUYỄN BÁ HẢI HVTH: NGÔ VĂN HỢP Trang Nghiên cứu ổn định hệ thống lái khơng trục lái vị trí giới hạn quay vịng vành tay lái 1.6.7.5 Trong quân ñội 46 1.7 Giới thiệu phần mềm LabVIEW 46 1.7.1 LabVIEW gì? 46 1.7.2 Thuật tốn điều khiển ñộng DC 50 1.7.2.1 Phương pháp ñiều khiển vận tốc ñộng DC 50 1.7.2.2 Thuật toán ñiều khiển vận tốc 52 1.7.3 Thuật toán PID ứng dụng vào ñiều khiển ñộng DC 53 1.7.3.1 Khái niệm thuật toán PID 53 1.7.3.2 Bản chất toán học thuật toán PID 54 1.7.3.3 Thực hành ñiều khiển PID cho ñộng 57 1.7.3.4 Các lưu ý thiết kế ñiều khiển PID 58 1.7.3.5 ðiều khiển vị trí động DC thuật toán PID 58 1.7.3.6 ðiều khiển vị trí động DC khâu P 59 1.7.3.7 ðiều khiển vị trí động DC khâu PI 61 1.7.3.8 ðiều khiển vị trí động DC khâu PID 62 CHƯƠNG THUẬT TOÁN TÁI TẠO CẢM GIÁC LÁI 64 2.1 Giới thiệu hệ thống lái không trục lái (Steer – by – Wire) 64 2.2 Ứng dụng Steer – by – Wire ô tô 66 2.2.1 Hệ thống Steer – by – Wire gì? 66 2.2.2 Sự phát triển hệ thống Steer – by – Wire 67 2.3 Hệ thống lái thường hệ thống lái không trục lái 68 2.4 Mơ hình động học hệ thống lái không trục lái 69 2.5 Cấu trúc ñiều khiển hệ thống SBW 70 2.6 Mô men vô lăng cảm giác lái 71 2.7 Theo dõi góc bánh xe 74 2.8 Mô men phản hồi hệ thống bánh xe 76 2.9 Thuật tốn điều khiển hệ thống SBW 78 2.9.1 ðiều khiển động vơ lăng 78 2.9.2 ðiều khiển ñộng bánh xe 79 CBHD: PGS.TS NGUYỄN HỮU HƯỜNG TS NGUYỄN BÁ HẢI HVTH: NGÔ VĂN HỢP Trang Nghiên cứu ổn định hệ thống lái khơng trục lái vị trí giới hạn quay vịng vành tay lái 2.10 Các phương pháp tái tạo cảm giác lái 80 2.10.1 Phương pháp dựa mơ hình động lực học 81 2.10.2 Phương pháp dựa ñồ mô men cảm giác lái 82 2.10.3 Phương pháp dựa vào cảm biến mô men 85 2.10.4 Phương pháp dựa dịng tín hiệu đo 87 2.10.4.1 Tổng quan phương pháp ño 87 2.10.4.2 Sự tái tạo cảm giác lái 89 2.10.4.3 ðiều khiển tự 90 2.10.4.4 ðiều khiển tự 91 CHƯƠNG ðỀ XUẤT THUẬT TỐN ỔN ðỊNH VÀNH TAY LÁI TẠI VỊ TRÍ GIỚI HẠN QUAY VÒNG 92 3.1 Sơ ñồ ñiều khiển hai chiều phương pháp bị ñộng 92 3.1.1 Các ñịnh nghĩa 92 3.1.2 Bộ quan sát bị ñộng (PO: Passivity Observer) 93 3.1.3 Bộ ñiều khiển bị ñộng (PC: Passivity Controller) 96 3.2 Lý thuyết mạng (Network Theory) 98 3.2.1 Hệ thống ñại diện 98 3.2.2 Các hệ thống tương tự 100 3.3 Một số vấn ñề ñã giải kết ñạt ñược 102 3.3.1 Thông tin phản hồi thực tế 102 3.3.2 ðiều khiển tự 103 3.4 ðề xuất thuật tốn ổn định vành tay lái 104 CHƯƠNG THIẾT KẾ MƠ HÌNH VÀ LẬP TRÌNH THUẬT TỐN 106 4.1 Phần khí mơ hình hệ thống SBW 106 4.1.1 Bản vẽ thiết kế mơ hình vơ lăng 106 4.1.2 Mơ hình thật hệ thống SBW 107 4.2 Phần điện mơ hình hệ thống SBW 109 4.2.1 Mạch điện điều khiển mơ hình vơ lăng 109 4.2.2 Cảm biến dòng ACS712 109 CBHD: PGS.TS NGUYỄN HỮU HƯỜNG TS NGUYỄN BÁ HẢI HVTH: NGƠ VĂN HỢP Trang Nghiên cứu ổn định hệ thống lái khơng trục lái vị trí giới hạn quay vòng vành tay lái 4.3 Giới thiệu Card LabVIEW 9090 111 4.4 Lập trình tái tạo cảm giác lái ổn định vơ lăng vị trí giới hạn quay vịng114 4.4.1 Giao diện lập trình điều khiển cảm giác lái 114 4.4.1.1 Giao diện ñiều khiển 114 4.4.1.2 Giao diện lập trình cảm giác lái 115 4.4.2 Giao diện lập trình ổn định vơ lăng vị trí giới hạn quay vịng 117 4.4.2.1 Giao diện điều khiển 117 4.4.2.2 Giao diện lập trình thuật tốn ổn định vơ lăng 120 4.5 Thí nghiệm 121 4.5.1 Các thông số mô 121 4.5.2 Ví dụ mơ 121 4.5.3 Thí nghiệm 124 CHƯƠNG KẾT LUẬN VÀ HƯỚNG PHÁT TRIỂN 127 5.1 Kết luận 127 5.2 Hướng phát triển 128 TÀI LIỆU THAM KHẢO 129 PHỤ LỤC Các báo gởi đăng tạp chí khoa học cơng nghệ GTVT - Nghiên cứu thuật toán tái tạo cảm giác xúc giác lái vô lăng ô tơ - Nghiên cứu ổn định vơ lăng hệ thống lái không trục lái PHỤ LỤC Bảng vẽ thiết kế mơ hình hệ thống lái khơng trục lái CBHD: PGS.TS NGUYỄN HỮU HƯỜNG TS NGUYỄN BÁ HẢI HVTH: NGƠ VĂN HỢP Trang Nghiên cứu ổn định hệ thống lái khơng trục lái vị trí giới hạn quay vòng vành tay lái PHẦN I DẪN NHẬP 1.1 Tổng quan chung lĩnh vực nghiên cứu Ngày công nghệ thông tin kỹ thuật phần mềm phát triển mạnh mẽ Những thành tựu lĩnh vực giúp cho tơ ngày trở nên thơng minh Trong Steer – By – Wire (SBW) cơng nghệ điều khiển điện tử ứng dụng tơ quan tâm Hiện Steer – By – Wire ñang xu hướng tơ tương lai chúng có nhiều ưu ñiểm so với hệ thống lái truyền thống Ví dụ: ðối với hệ thống ga, ñã biết hệ thống ga truyền thống người lái tác động lên bàn đạp ga thơng qua dây cáp để dẫn động bướm ga Cịn ngày với phát triển công nghệ Steer – By – Wire điều khiển ga điện tử (Throttle – By – Wire) thay liên kết khí cảm biến bướm ga ñiều khiển ñộng ñiện thông qua ñiều khiển ñiện (ECU) ðiều cho phép loại bỏ dây cáp nối chân ga tới bướm ga Tương tự vậy, ñối với hệ thống lái, hệ thống lái thường người lái tác động vào vơ lăng góc lái định, góc lái truyền qua trục lái tới cấu lái (ví dụ: cấu – bánh răng) làm xoay bánh xe Cịn hệ thống lái khơng trục lái (Steer – By –Wire) người lái xoay vô lăng nhờ cảm biến phát góc quay vơ lăng, sau cảm biến gởi tín hiệu đến điều khiển điện (ECU), ECU ñiều khiển ñộng ñiện xoay bánh xe chuyển động theo góc quay vơ lăng ðiều cho phép kỹ sư thiết kế bỏ ñi trục lái tạo khơng gian rộng linh hoạt việc bố trí hệ thống cấu xe [2] Do khơng cịn trục lái hệ thống lái Steer – By – Wire nên người lái cảm giác lái ðiều gây an toàn điều khiển xe [2] Vì vậy, hệ thống lái khơng trục lái vơ lăng lắp đặt ñộng ñiện ñể tạo cảm giác lái Và thuật toán tái tạo cảm giác lái xác thực cho Steer – By –Wire hướng nghiên cứu nhiều nhà khoa học phịng thí nghiệm quan tâm CBHD: PGS.TS NGUYỄN HỮU HƯỜNG TS NGUYỄN BÁ HẢI HVTH: NGÔ VĂN HỢP Trang Nghiên cứu ổn định hệ thống lái khơng trục lái vị trí giới hạn quay vịng vành tay lái a c ௧ න ݂ ሺܶሻݒሺܶሻ ݀ܶ ܧሺ0ሻ 0, ⩝ ݐ ܧ௦௩ 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 đặt thơng số thuật tốn ổn định vơ lăng Chú thích hình 4.16 Hình 4.16 có thành phần sau: - Khung a: có chức kết nối dừng card điều khiển mơ hình - Khung b: có nhiệm vụ thiết lập hệ số cho thuật tốn ổn định vơ lăng - Khung c: Cơng thức thuật tốn ổn định vơ lăng vị trí giới hạn quay vịng CBHD: PGS.TS NGUYỄN HỮU HƯỜNG TS NGUYỄN BÁ HẢI Trang 119 HVTH: NGÔ VĂN HỢP Nghiên cứu ổn định hệ thống lái khơng trục lái vị trí giới hạn quay vịng vành tay lái 4.4.2.2 Giao diện lập trình thuật tốn ổn định vơ lăng Cũng tương tự giao diện lập trình thuật tốn tái tạo cảm giác lái, lúc giao diện lập trình thuật tốn ổn định vơ lăng vị trí giới hạn quay vịng hiển thị hình 4.17 Hình 4.17: Giao diện lập trình thuật tốn ổn định vơ lăng SBW CBHD: PGS.TS NGUYỄN HỮU HƯỜNG TS NGUYỄN BÁ HẢI Trang 120 HVTH: NGƠ VĂN HỢP Nghiên cứu ổn định hệ thống lái khơng trục lái vị trí giới hạn quay vịng vành tay lái 4.5 Thí nghiệm 4.5.1 Các thơng số mơ ðầu tiên, chúng tơi sử dụng điều khiển PID để điều khiển vị trí vơ lăng Thuật tốn ổn định vơ lăng vị trí giới hạn quay vịng giới thiệu phần 3.4 ðể tái tạo ñược cảm giác lái ổn định vơ lăng vị trí giới hạn quay vịng thơng số 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 thơng số động 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 định chọn cho mơ 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 vơ lăng vị trí giới hạn 4.5.2 Ví dụ mơ Trong phần này, tơi minh họa hoạt ñộng PO PC mơ tường ảo đơn giản với mối quan hệ trở kháng (tín hiệu đầu vào vận tốc, tín hiệu đầu lực) Sự mơ ñược thực phần mềm LabVIEW Bức tường CBHD: PGS.TS NGUYỄN HỮU HƯỜNG TS NGUYỄN BÁ HẢI Trang 121 HVTH: NGƠ VĂN HỢP Nghiên cứu ổn định hệ thống lái khơng trục lái vị trí giới hạn quay vịng vành tay lái ảo mơ hình lị 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 mơ phỏng, tường khảo sát vận tốc quỹ đạo 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 Tơi sử dụng phần mềm LabVIEW để mơ 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 kết nối song song Bức tường ảo bao gồm số lò xo klò xo = 2.5 kN/m Chúng ta thiết lập PO để kiểm tra mơi 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 thuật tốn để ổn định vơ lăng sau: ݂ ሺ ݐሻ ൌ ൬ܾ Trong đó: 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 định hệ thống lái khơng trục lái vị trí giới hạn quay vịng vành tay lái ݒሺݐሻ ݇ ݂ሺݐሻ ܾ ߙ Hình 4.18: Mơ hình tường ảo đơn giản để kiểm tra mơ PO/PC ݒ Bộ PC Con người ݂ ݒ ݒ Giao diện haptics α ݂ ݂ Mơi trường ảo Hình 4.19: Mơ hình mơ hệ thống haptics hồn 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: NGƠ VĂN HỢP Nghiên cứu ổn định hệ thống lái khơng trục lái vị trí giới hạn quay vịng vành tay lái (a) (b) Hình 4.20: ðường ñặc trưng mô ñối với hệ thống tường ảo đơn 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 đánh giá, tơi chia thành thí nghiệm Trong thí nghiệm PO đại diện cho dịng lượng vào PC VE Trong thí nghiệm đầu tiên, khơng có PC, người điều khiển tiếp cận với tường ảo có độ cứng k = 2.5 kN/m với thời gian thí nghiệm từ tới 100 giây Tiến hành thí nghiệm ta thu đồ thị hình 4.21: quan sát [hình 4.21a] ta thấy vơ lăng dao động liên tục quanh vị trí trung tâm điều dẫn đến ổn định Tương tác khơng 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: NGƠ VĂN HỢP Nghiên cứu ổn định hệ thống lái khơng trục lái vị trí giới hạn quay vịng vành tay lái (a) (b) (c) Hình 4.21: Kết thí nghiệm: tương tác với mơi trường ảo (ñộ cứng k = 2.5 kN/m) Bộ ñiều khiển bị động (PC) khơng hoạt động (a) Vị trí, (b) Lực, (c) Năng lượng Nhìn hình 4.21 ta thấy vị trí vơ lăng dao động liên tục chạm vào tường ảo Cịn lực tiếp xúc với ñộ mạnh lớn, mức cao gần 80N Còn lượng tăng theo thời gian Chính điều cho vơ lăng ổn định cao chạm vào vị trí giới hạn(hay tường ảo) ðiều nhìn thấy kỹ video mơ ñược quay lại Cho nên ñể dập tắt ñược dao động vơ 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 định hệ thống lái khơng trục lái vị trí giới hạn quay vịng vành tay lái (a) (b) (c) Hình 4.22: Kết thí nghiệm: tương tác với mơi trường ảo (độ 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 điều 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 định tâm) [hình 4.22a] Giá trị lực có giảm xuống [hình 4.22b] khơng đáng kể Cịn lượng tạo hệ thống ñược giảm xuống, ñiều chứng tỏ ñưa PC vào thuật tốn 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 định hệ thống lái khơng 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 khơng có PC) hình 4.24 (trường hợp có PC) ta thấy khơng có PC đưa vào thuật tốn vơ lăng dao ñộng liên tục (ñường màu trắng lượng (ñường màu ñỏ) tăng theo thời gian Như vậy, trường hợp chưa có PC đưa vào thuật tốn làm cho vơ lăng lái lúc bị rung động, làm người lái khơng thể giữ vơ lăng thời gian dài Do đó, dẫn đến an tồn điều khiển Hình 4.23: Kết thí nghiệm: tương tác với mơi 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 vơ lăng Cịn trường hợp có PC đưa vào thuật tốn ta thấy đồ thị vị trí (đường màu trắng) tăng lúc đầu sau khơng tăng từ từ giảm dẩn trở vị trí cân ðiều chứng tỏ vơ lăng ổn định đồ thị vị trí vơ lăng (đường 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 định hệ thống lái khơng trục lái vị trí giới hạn quay vịng vành tay lái đưa vào thuật tốn để ổn định vơ lăng vị trí giới hạn, giúp cho người điều khiển có cảm giác êm dịu điều khiển vơ lăng vị trí giới hạn quay vịng Hình 4.24: Kết thí nghiệm: tương tác với mơi 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 vơ lăng Qua hai hình 4.23 4.24 ta thấy PO PC khơng hoạt động hệ thống ổn định cao (vị trí khơng ổn ñịnh, lượng tăng cao) Còn PO PC ñược kích hoạt hệ thống ổn định 5.2 Hướng phát triển Vấn ñề nên nghiên cứu tiếp tương lai ứng dụng thuật tốn ổn định để tiến hành thí nghiệm ổn định vơ lăng xe thực tế vị trí giới hạn quay vịng Cơng việc tìm thuật tốn để ổn định vơ lăng vị trí giới hạn CBHD: PGS.TS NGUYỄN HỮU HƯỜNG TS NGUYỄN BÁ HẢI Trang 128 HVTH: NGÔ VĂN HỢP Nghiên cứu ổn định hệ thống lái khơng trục lái vị trí giới hạn quay vòng vành tay lái TÀI LIỆU THAM KHẢO [1] TS Nguyễn Bá Hải, “Lập trình LabVIEW, trình độ 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 định hệ thống lái khơng 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 định hệ thống lái khơng trục lái vị trí giới hạn quay vịng vành tay lái PHỤ LỤC Các báo gởi đăng tạp chí khoa học cơng nghệ GTVT - Nghiên cứu thuật toán tái tạo cảm giác xúc giác lái vô lăng ô tô - Nghiên cứu ổn định vơ lăng hệ thống lái khơng trục lái CBHD: PGS.TS NGUYỄN HỮU HƯỜNG TS NGUYỄN BÁ HẢI Trang 131 HVTH: NGÔ VĂN HỢP Nghiên cứu ổn định hệ thống lái khơng trục lái vị trí giới hạn quay vòng vành tay lái PHỤ LỤC Bảng vẽ mơ hình hệ thống lái khơng trục lái CBHD: PGS.TS NGUYỄN HỮU HƯỜNG TS NGUYỄN BÁ HẢI Trang 132 HVTH: NGÔ VĂN HỢP ... i Nghiên cứu ổn định hệ thống lái khơng trục lái vị trí giới hạn quay vòng vành tay lái LỜI CÁM ƠN Sau năm thực hiện, ñề tài ? ?Nghiên cứu ổn định hệ thống lái khơng trục lái vị trí giới hạn quay. .. định hệ thống lái khơng trục lái (SBW) vị trí giới hạn quay vịng vành tay lái Vì vậy, tơi chọn đề tài ? ?Nghiên cứu ổn định hệ thống lái khơng trục lái vị trí giới hạn quay vịng vành tay lái? ?? ñể... tính hệ thống lái thường, sau tiến hành nghiên cứu hệ thống lái khơng trục lái để thí nghiệm ổn định hệ thống lái SBW vị trí giới hạn quay vịng vành tay lái - Thiết kế mơ hình vơ lăng hệ thống lái
Ngày đăng: 06/12/2021, 16:52
Xem thêm:
