P HN II: NI DUNG
1.3.2 The GM Hy-wire
Hình 1.6: Không gian rộng lớn bên trong Hy-wire GM
General Motors đưđ a ra một khái ni m về xe hơi, đó là Hy-wire, những ch c năng c a lo i xe này đ c thể hi n nh hình 1.6. Một trong những điều thú vị nhất c a h thống Drive-By-Wire c a GM Hy-wire là chúng ta có thể thiết kế nội thất một cách tinh tế và hi u qu mà không thay đổi bất c bộ ph n gì trong thành phần cơ khí c a chiếc xe và vi c điều khiển lái là nhi m v một số phần mềm vi tính mới. Xe hơi Drive-By-Wire trong t ơng lai, chúng tôi sẽ t o ra một bộđiều khiển chính xác theo ý muốn bằng cách nhấn một vài nút, điều đó cũng giống nh chúng ta điều chỉnh vị trí ghế ngồi trong xe hơi ngày nay. Nó có thể sẽ đ c s p xếp một cách h p lý trong h thống để l u trữ tùy chọn điều khiển khác nhau cho mỗi ng i lái xe trong một gia đình.
1.3.3 S n ph m c a Mercedes và Su Rui c a BYD Trung Qu c
Hình 1.7: Các thiết bị kiểm tra hệ thống lái tự động của Mercedes
Vi c đ a các h thống lái tự động vào xe hơi không ph i là một khái ni m quá mới mẽ. Vào những năm1990, Chrysler đư nghiên c u h thống lái tự động có tên Automated Durability Road (ADR), sử d ng các robot để lái xe trên những cung đ ng thử rất khó khăn. Các chuyên gia đánh giá rằng: c hai s n phẩm c a Mercedes và Chryler hoàn toàn có kh năng tiến xa hơn, và chuyển từ phòng thí nghi m tới tay ng i dùng trong th i gian gần. T o ra chiếc xe hơi mà ng i lái không cần ch m tay vào vô-lăng vẫn điều khiển đ c là giấc mơ c a không ít hãng s n xuất ô tô. Mercedes-Benz đang nỗ lực để hi n thực hóa điều này. Mercedes đang thử nghi m h thống lái tựđộng mới nhất c a mình. Với h thống này, chiếc xe sẽ tựđánh giá các nguy cơ có thể gây nên va ch m mà không cần đ c l p trình tr ớc. Tuy đư có những thành công b ớc đầu, nh ng hưng còn ph i tiến hành nhiều cuộc thử nghi m t ơng tự. gồm túi khí và kh năng phát hi n va ch m khí tốc độ cao. Cũng với công ngh này, hãng xe Trung Quốc, BYD xác nh n thông tin mẫu Su Rui mới sẽ trang bị th thống điều khiển từ xe cho phép tài xế lái từ bên ngoài trong ph m vi 20 m.
Hình 1.8: Điều khiển đỗ xe từ xa ứng dụng trên xe Su Rui của BYD Trung Quốc
BYD cho biết, h thống này sẽ giúp ng i điều khiển đỗ xe vị trí hẹp d dàng hơn. T Carnewschina đánh giá đây là ý t ng vô cùng thông minh. Không tiết lộ về giới h n tốc độ xe khi đ c điều khiển từ xe. Một vài nguồn tin khác cho hay, tốc độ tối đa c a xe có thể là 5 km/h. Drive-by-wire, dBW, công ngh by-wire, hoặc x-by-wire trong ngành công nghi p ô tô thay thế các h thống điều khiển cơ khí truyền thống với các h thống điều khiển đi n tử bằng cách sử d ng các thiết bị truyền động cơ đi n và giao di n ng i máy nh bàn đ p và gi l p c m giác lái. Do đó, các thành phần truyền thống nh cột lái, tr c trung gian, máy bơm, ống, th t l ng, làm mát và servo chân không và xi lanh tổng thểđ c lo i bỏ từ chiếc xe. Các ví d bao gồm h thống kiểm soát b ớm ga đi n tử và phanh bằng dây. Steer by wire Điều này hi n đang đ c sử d ng trong xe nâng đi n và stockpickers đi n và một số máy kéo.Vi c thực hi n c a nó trong các ph ơng ti n đ ng bộ đ c giới h n b i những lo ng i về độ tin c y mặc dù nó đư đ c ch ng minh trong một số mẫu xe nh ThyssenKrupp Presta chỉđ o c a Mercedes-Benz Unimog, Hy-wire và Sequel General Motors và Mazda Ryuga. Một h thống bánh xe phía sau SbW Delphi gọi là Quadrasteer đ c sử d ng trên một số dòng xe bán t i nh ng đư có thành công th ơng m i h n chế. Điều này là không đ c nhầm lẫn với h thống tr lực đi n.
1.3.4 Nh ng lợi ích kỹ thu t c a h th ng Steer-By-Wire
Công ngh Steer-By-Wire h a hẹn mang l i một số l i ích đáng kể, từ vi c gi m trọng l ng và sự tho i mái không h n chế trong vi c chế t o, đến cho phép h thống c i thi n độ an toàn nh độổn định trong điều khiển và giữcho xe đi thẳng. Bên c nh đó, vi c thay thế hoàn toàn h thống lái thông th ng sang h thống Steer-By-Wire có một số l i ích nh :
Không có tr c lái sẽđơn gi n hoá vi c thiết kế nội thất xe hơi.
Ít tiêu hao nhiên li u do không cần thiết ph i v n hành liên t c nh ng trong h thống lái th y lực (bơm th y lực ph i làm vi c xuyên suốt khi động cơ ho t động).
Không có tr c lái và hộp số gi m tốc sẽ tăng không gian sử d ng trong khoang động cơ.
Khi không có kết nối cơ khí giữa vô lăng và bánh xe trên đ ng, cho nên rất ít kh năng các tác động ch m từ phía tr ớc sẽ tác d ng lên tr c lái để xâm nh p vào không gian an toàn c a ng i lái.
Điều khiển đặc tính h thống một cách d dàng và có thểđ c điều chỉnh đểđáp ng tối u hóa h thống và c m giác lái.
C i thi n đáng kể vấn đề cách âm cho khoang hành khách.
Những đặc tr ng c a h thống Steer-By-Wire là d dàng điều chỉnh để tối u hóa đáp ng thay đổi h ớng xe và c m giác lái. Tính đến năm 2008 không có nhà s n xuất ôtô nào khi s n xuất có sẵn h thống Steer-By-Wire mà chỉ dựa vào công ngh Steer-By-Wire do những e ng i về sự an toàn và độ tin c y.
1.4 Nh ng c i ti n c a h th ng Steer-By-Wire
Chúng ta sẽ b t đầu với câu hỏi này: Công ngh bằng dây dẫn (By-Wire) là gì? Ý t ng không mới mẽ cho ngành công nghi p máy bay và ph ơng ti n hàng không này không th ơng m i và quân sự dựa trên h thống điều khiển bay
"Fly-By-Wire" (khái ni m về điều khiển kỹ thu t số ắFly-By_Wire đư đ c giới thi u b i NASA vào năm 1972). Tuy nhiên chỉ gần đây mới có các cuộc cách
m ng đi n tử, nó đư b t đầu tìm ra h ớng phát triển cho các h thống trên ôtô. Một số xe hơi đ c s n xuất hi n nay đư đ c sử d ng công ngh ắBy-Wire” cho điều khiển ga và phanh.
Vi c chuyển đổi từ một h thống lái thông th ng sang h thống Steer-By- Wire, lo i bỏ hoàn toàn các thành phần cơ khí (nh tr c lái, hộp số gi m tốc…) có thể thực hi n nh trong hình 1.9.
H th ng lái th ng H th ng Steer-By-Wire
Trong các h thống lái thông th ng có một thanh răng và bộ bánh răng ăn khớp sẽđ c g n trong một ống kim lo i với mỗi đầu c a thanh răng nhô ra từ ống tr c láy. Một thanh đ c gọi là thanh giằng sẽ kết nối vào mỗi đầu c a thanh răng.Bánh răngthì đ c g n với tr c. Khi chúng ta quay vô lăng lái, bánh răng quay, thanh răng di chuyển. mỗi đầu thanh giằng sẽ kết nối với các cánh tay quay lái trên tr c chính. Thanh răng và bánh răngăn khớp sẽ làm hai công vi c sau: nó chuyển đổi chuyển động quay c a vô lăng thành chuyển động tịnh tiến c a thanh răng cần cho sự chuyển h ớng c a bánh xe và nó t o ra một t̉ l gi m tốc giúp cho vi c chuyển h ớng bánh xe d dàng hơn.
Hình 1.9: Chuyển đổi từ một hệ thống lái thông thường sang hệ thống Steer-By-Wire
Trong h thống Steer-By-Wire chỉ lo i trừ tr c trung gian và bơm th y lực thì tất các thành phần khác cũng t ơng tự nh h thống lái thông th ng. H thống Steer-By -Wire có thêm các c m biến, encoder, thiết bị truyền động và bộ điều khiển. Những cơ cấu và thiết bị này sẽ theo dõi góc lái cũng nh góc xoay c a bánh xe dẫn h ớng chỉ định đ c đ a ra b i ng i lái xe và t o ra sự ph n hồi c m giác lái lên vô lăng lái.
1.5 C s lý thuy t c m giác xúc giác (Haptics) 1.5.1 Haptics là gì?
Haptics là 1 từ gốc Hy L p để chỉ c m giác xúc giác (sense of touch). Haptics bao gồm lực tác động (c ng, mềm), c m giác về bề mặt (thô, nhám, s c, trơn…) c m giác về chuyển động mà con ng i có thể c m nh n thông qua tiếp xúc, cầm, n m, s (hình 1.10) [1].
Hình 1.10: Các cảm nhận về trạng thái của vật thể
1.5.2 Ứng d ng công ngh haptics
1.5.2.1Dân d ng
S n phẩm SPKT EYE là một s n phẩm ng d ng công ngh Haptics. Ng i mù chỉ cần đeo thiết bị vào đầu, không cần dùng g y vẫn không bị va ch m vào
ng i, v t c n. Không có g y vẫn ung dung đi ngoài đ ng và ắthấy” đ c ng i đểđi. Tất c nh hai ắm t thần” g n trên thiết bị. Khi gặp v t c n tr ớc mặt, thiết bị sẽ rung và giúp ng i mù tránh đ c v t c n. Ph m vi quan sát c a ắm t thần” từ 30 ậ 300m. Thiết bị do TS Nguyễn Bá Hải và các sinh viên Trung tâm bồi d ỡng giáo viên và đào t o nhân lực công ngh cao, Tr ng ĐH S ph m kỹ thu t TP.HCM chế t o
1.5.2.2 Đ i v i ô tô
Giao di n hình1.11 (phát triển b i TS. Nguyễn Bá Hải t i phòng thí nghi m
Biorobotics Lab, Hàn Quốc) có 3 b c tự do, mỗi b c tự do có trang bị một biến tr , giao di n là hình d ng c a vô lăng, ng i thực hi n điều khiển bằng trực giác có thể thay đổi các tín hi u nh tốc độ, chân ga, tiến, lùi…
Khi chúng ta điều khiển giao di n bằng trực giác, điều này làm thay đổi vị trí, góc lái, tốc độ, rẽ trái, rẽ ph i…C m giác này truyền trực tiếp lên vô lăng đến tay ng i lái nh một c m giác, xúc giác. Tùy theo m c đích điều khiển mà trong giao di n có các tr ng thái điều khiển khác nhau.
Giao di n hình 1.12, ng i điều khiển bằng trực giác có thểthay đổi góc lái biến tr tay lái bên ph i và thay đổi tốc độ xe bằng tay lái bên trái.
Hình 1.12: Thiết bị giao diện điều khiển xe
Ngành công nghi p ô tô cũng thừa h ng nhiều từ công ngh haptics. Nh hình 1.13 thì công ngh iDrive đ ợc hãng xe hơi BMW giơi thiê ̣u phiên bản đầu tiên vao năm 2001 và sau đó đ c c i tiến lên nhiều phiên b n khác nhau áp d ng trên nhiêu dong xe BMW. Công nghê ̣ iDriver nhằm c i thi n, s p xếp, cấu trúc l i các tín hi u thông tin thành từng nhóm theo công d ng, điều khiển… để t o điều ki n cho ng i lái d dàng thao tác.
Hình 1.13: Công ngh haptics trong h th ng iDrive c a hãng BMW 1.5.2.3 Con ng i t ng tác v i robot.
Nghiên c u t p trung vào t ơng tác xúc giác với hình nh ba chiều và các v t xa. Cơ câu PHANTOM haptics đ c ra đ i năm 1993 do công ty Sensable , Hoa
Theta
Theta left
Steering angle XR
Kỳ sáng t o ra nhầm kết h p với môi tr ng 3D ta ̣o ra cac cảm giac th ̣c ta ̣i ảo. Sau đây la hoa ̣t đô ̣ng của PHANTOM , con ng ơi sẽ điêu khiển canh tay PHANTOM thâ ̣t bên ngoai, khi đo d ̣a v ào tín hi u điều khiển mà mô hình 3D trên may tinh sẽ ho t động theo. Cánh tay PHANTOM sẽ ph n hồi lực thông qua cơ cấu chấp hành t o nên c m giác chuyển động cho ng i điều khiển đ c hiển thị hình 1.14.
Hình 1.14: Tương tác với hình ảnh ba chiều thông qua cánh tay robot
1.5.2.4 Y t :
Các phẫu thu t o và hi n di n từ xa, cung cấp các gi i pháp mới cho chăm sóc y tế. Các bác sĩ thực hi n các thao tác phẫu thuâ ̣t d ̣a vao dụng cụ Haptics kêt hợp vơi quan sat thông qua man hinh hiển thi ̣ sẽ phản hôi ca c động tac chinh xac va an toan hơn đ ợc hiển thi ̣ ở hình 1.15.
1.6 Gi i thi u ph n m n LabVIEW 1.6.1. LabVIEW là gì?
LabVIEW là một công c phần mềm hàng đầu công nghi p trong vi c phát triển các h thống thiết kế, điều khiển và kiểm tra. Kể từkhi ra đ i năm 1986, các kĩ s và nhà khoa học trên toàn thế giới đư tin c y vào NI LabVIEW nh chất l ng ngày càng cao, hi u qu s n xuất lớn hơn [2].
Ngôn ngữl u đồ, đồ họa c a LabVIEW hấp dẫn các kĩ s và nhà khoa học trên toàn thế giới nh một ph ơng pháp trực giác hơn trong vi c tựđộng hóa các h thống đo l ng và điều khiển. Ngôn ngữ l u đồ kết h p với I/O g n liền và điều khiển giao di n ng i sử d ng t ơng tác cùng đèn chỉ báo làm cho LabVIEW tr thành một sự lựa chọn lý t ng cho kĩ s và nhà khoa học. C thểnh sau:
o Tên gọi LabVIEW? (Trích từ Gío tr̀nh ḷp tr̀nh LabVIEW cơ bản - TS.Nguyễn Ba Hải ) LabVIEW là viết t t c a Laboratory Virtural Instrumentation EngineeringWorkbench (công c trong kĩ thu t- các thiết bị o trong phòng thí nghi m).
o Lịch sử: LabVIEW đ c thành l p năm 1976 b i công ty NationalInstruments (NI) khi đó ch yếu ng d ng trong điều khiển, đo l ng. Năm 1986 LabVIEW cho ra đ i phiên b n Labview 6.1 …Và bây gi phiên b n mới nhất là LabVIEW 2012.
LabVIEW có th lƠm đ ợc gì?
- LabVIEW là một phần mềml p trình Graphic (hay l p trình G).
- Labview đ c dùng nhiều trong phòng thí nghi m, lĩnh vực khoa học kĩ thu t nh : tự động hóa, điều khiển, đi n tử, cơ đi n tử, hàng không, hóa sinh, đi n tử y sinh… Hi n t i ngoài phiên b n LabVIEW cho h điều hành Windows, Linux, hưng NI đư phat tri ển các mô-đun LabVIEW cho máy hỗ tr cá nhân (PDA). Các ng d ng c a LabVIEW có thể đ c tóm t t nh sau:
Thu th p tín hi u từ các thiết bị bên ngoài nh c m biến nhi t độ, hình nh từ webcam, v n tốc động cơ,…
Giao tiếp với các thiết bị ngo i vi thông qua các chuẩn giao tiếp: RS232, RS485, USB, PCI, Ethernet. Để điều khiển nh ng thiết bị những nơi con ng i không thể làm vi c đ c, một ví d : Một con robot là một cái máy xúc đ c điều khiển để làm vi c d ới đáy biển, nơi mà con ng i khó có thể thực hi n tốt những nhi m v đặc bi t…
Mô phỏng và xử lí các tín hi u thu nh n đ c để ph c v các m c đích nghiên c u hay m c đích c a h thống mà ng i l p trình mong muốn.
Xây dựng các giao di n ng i dùng một cách nhanh chóng và thẩm mỹ hơn nhiều so với các ngôn ngữ l p trình khác nh Visual Basic, Matlab,…
Cho phép thực hi n các thu t toán điều khiển nh PID, Logic m ( Fuzzy Logic), một cách nhanh chóng thông qua các ch c năng tích h p sẵn trong LabVIEW.
Cho phép kết h p với nhiều ngôn ngữ l p trình truyền thống nh C, C++,
Matlab.
Hình 1.18: Khả năng kết hợp các phần cứng của LabVIEW
- Nh trên hình 1.18 ta thấy dùng Card LabVIEW ta có thể giao tiếp với: motor,