1. 1L ch s0 h th nglái
2.7 Theo dõi góc bánh xe
Các bánh xe c a h th ng SBW nên theo l nh ñi u khi'n ñ u vào t ngư i lái và duy trì s ñ ng b v i vô lăng. ði u này có nghĩa là góc bánh xe nên bám sát góc vô lăng. Cho nên, yêu c u h th ng bánh xe có m t s ph n h i nhanh, dao ñ ng thích h p và sai s nh . D a vào các yêu c u này, m t c!u trúc ñi u khi'n ph n h i v trí ñ ng cơ ph$ñư c th c hi n ñ i v i h th ng ph$ñi u khi'n bánh xe [7].
Hình 2.10 hi'n th sơñ kh i c a m t h th ng ñi u khi'n bánh xe d a vào ñ ng cơ. ði u khi'n ph n h i ñ ng cơ bánh xe ñ' theo dõi góc bánh xe th c t ñ' ñi u
khi'n góc bánh xe th c t g n v i góc tham chi u. ð c tính cơ b n c a h th ng ñi u khi'n ñ ng cơ ph$ñó là tín hi u ñ u ra ñư c ñi'u khi'n nh/m theo dõi tín hi u ñ u vào thông qua s lo i b các tác ñ ng nhi(u bên ngoài. H th ng ñi u khi'n ph n h i ñ ng cơ bánh xe có th'ñư c thi t k nh/m cung c!p ñ mô men ñ' lo i b các nhi(u và th a mãn các yêu c u v góc bánh xe v i các sai s n/m trong kho ng cho phép. Trong hình 2.10, góc bánh xe θrñư c cung c!p t i b ñi u khi'n ñ ng cơ ph$ ñ' theo dõi góc bánh xe tham chi u θr-ref. Thu t toán ñi u khi'n ñ ng cơ ph$ nh/m ph n h i nhanh góc bánh xe θr. Góc bánh xe tham kh o θr-ref thu ñư c t góc vô lăng θhw trong h th ng ph$ ñi u khi'n vô lăng. Góc vô lăng θhw thay ñ#i ñư c b i ngư i lái b/ng cách xoay vô lăng.
Hình 2.10: Sơ ñ h th ng ñi u khi n ph,n h i bánh xe
Các mô men nhi(u bên ngoài trong h th ng ñi u khi'n ñ ng cơ ph$ bánh xe ñư c hi'n th trong hình 2.10 bao g m: mô men gi) th3ng hàng, các dao ñ ng c a b m t ñư ng, và các cơn gió.
ð ng l c h c c a h th ng bánh xe thay ñ#i theo các thay ñ#i c a ñi u ki n m t ñư ng, ch ñ t i c a xe và các ñi u ki n nh hư ng bên ngoài khác. Trong ñó, ñ khu ch ñ i c a h th ng ñ ng l c h c ñư c ñi u khi'n thay ñ#i theo nhi u nhân t ch3ng h n như t c ñ xe. Thay ñ#i này có th' làm gi m tính năng h th ng ñi u khi'n ñ ng cơ ph$ bánh xe. Tính năng theo dõi này có th' duy trì b/ng cách ng d$ng s thay ñ#i mô men c a ñ ng cơ ph$ñ' làm cân b/ng các nh hư ng c a ñ ng
Góc bánh xe tham chi u
θr-ref (t)
ur(t)
Mô men nhi(u τf(t) Góc bánh xe θr(t) Sai s e(t) B ñi u khi'n RW C m bi n ð ng cơ d n ñ ng ð ng cơ RW Bánh xe Bánh xe Cơ c!u ñi u khi'n bánh xe
l c h c xe. H s khu ch ñ i c a b ñi u khi'n s+ thay ñ#i theo t c ñ trong vòng l p v trí.
2.8 Mô men ph/n h>i h th*ng bánh xe
Mô men ph n h i h th ng bánh xe là thông tin v l c (ho c mô men) t i b m t ti p xúc gi)a bánh xe v i m t ñư ng. Nó r!t quan tr ng ñ i v i h th ng SBW và c n thi t ñ' cung c!p c m giác lái và ph n h i thông tin th c t t m t ñư ng t i ngư i lái. ð ng th i nó h tr h th ng lái th c hi n ho t ñ ng t ñnh tâm c a vô lăng.
Như v y h th ng ñi u khi'n ñ ng cơ ph$, h th ng bánh xe d n ñ ng các bánh xe b/ng cách lo i b các dao ñ ng và các nhi(u lo n bên ngoài k' c mô men gi) th3ng hàng. Các dao ñ ng và nhi(u này bao g m thông tin l c và mô men ti p xúc gi)a b m t bánh xe v i m t ñư ng. Do ñó, t!t c các dao ñ ng và các nhi(u có liên quan ñ n h th ng ñi u khi'n SBW ñư c lo i b . B/ng cách s0 d$ng phương pháp k* thu t tính toán tín hi u, thông tin l c và mô men v s ti p xúc gi)a b m t bánh xe v i m t ñư ng.
Thu n l i c a vi c s0 d$ng tín hi u mô men ñư c tính toán là chi phí th!p b i vì nó không c n thi t ph i thêm vào ph n c ng, tín hi u ti ng n th!p, ch!t lư ng tín hi u cao, cũng như d( dàng th c hi n. Vi c th0 xe ñã ch ra r/ng th i gian ph n h i c a tín hi u ñư c tín toán là nhanh hơn s0 d$ng c m bi n l c ñư c l%p trên kh p rôtuyn c a h th ng bánh xe.
Hình 2.11 hi'n th m t sơñ kh i c a b tính toán tín hi u ph n h i bánh xe. Tín hi u ñ u vào c a b tính toán bao g m góc bánh xe, tín hi u ñ u ra c a b ñi u khi'n bánh xe. Thu t toán tính toán th c t ñư c ng d$ng ñ' thu ñư c tín hi u mô men tính toán τr. Tín hi u τr là t] l c a mô men m t ñư ng - bánh xe th c t và các thay ñ#i tương ng v i các ñi u ki n ho t ñ ng c a h th ng bánh xe, ñi u ki n m t ñư ng và các dao ñ ng.
Hình 2.11: Sơñ tính toán mô men h th ng bánh xe
Hình 2.12 hi'n th k t qu ki'm tra c a mô men tính toán so v i góc bánh xe xe SBW th0 nghi m. Các mô men tính toán thu ñư c theo hai trư ng h p sau: Các bánh xe trư c c a xe th0 nghi m ñư c nâng lên kh i m t ñ!t như v y nh hư ng s ma sát c a các l p xe/ m t ñư ng b cô l p (ñư ng cong mô men 1), và các bánh trư c c a xe th0 nghi m là ñ t ti p xúc v i m t ñ!t và xe ki'm tra ñang trong tình tr ng ñ u xe (ñư ng cong mô men 2). Nó cho th!y r/ng mô men tính toán c a hai trư ng h p là khác nhau. Mô men tính toán s+ thay ñ#i theo mô men gi) th3ng hàng trên các lo i b m t ñư ng khác nhau, ví d$ như ñư ng khô và ñư ng tuy t ho c các m t ñư ng ñư c ph ñá.
2.9 Thu8t toán ñi u khi1n h th*ng SBW
B ñi u khi'n h th ng SBW g m: b ñi u khi'n ñ ng cơ vô lăng và b ñi u khi'n ñ ng cơ bánh xe trư c. M$c ñích c a ñi u khi'n ñ ng cơ vô lăng là nh/m c i thi n c m giác lái c a ngư i lái b/ng cách t o ra mô men ph n h i. M$c ñích c a ñi u khi'n bánh xe trư c là ñ' ñi u khi'n góc bánh xe trư c thích h p v i tính ti n d$ng và #n ñnh c a xe. Hình 2.13 cho th!y thu t toán ñi u khi'n toàn b h th ng SBW [15].
Hình 2.13: Sơñ ñi u khi n toàn bE h th ng SBW
2.9.1 ði u khi1n ñ-ng cơ vô lăng
M$c ñích cơ b n c a ñi u khi'n ñ ng cơ vô lăng là ñ' t o ra mô men ph n h i gi ng như xe th c t khi ngư i lái lái xe. Hơn n)a, nó làm cho vô lăng d( dàng ñi u khi'n t i t c ñ th!p ho c khi ñ u xe và làm cho vô lăng b si t ch t t i t c ñ cao ñ' c i thi n c m giác lái cho ngư i lái b/ng cách ñi u ch nh mô men ph n h i. Phương pháp ñi u khi'n PID ñư c s0 d$ng ñ'ñi u khi'n ñ ng cơ ph n h i mô men vô lăng.
Hình 2.14 hi'n th s so sánh s ph n h i c a ñ ng cơ vô lăng gi)a có và không ECU
Mô men lái
c a ngư i lái Tr$c vô lăng Góc vô lăng C m bi n l c H s vô lăng T] s truy n lái ði u khi'n h i ti p v phía trư c Mô men ñ ng cơ vô lăng ð ng cơ tr l c thanh răng Góc bánh xe trư c C m bi n hành trình thanh răng
Như ñư c hi'n th trong hình 2.14, ñi u khi'n PID ñơn gi n th a mãn ph n h i c a h th ng lái. B/ng thu t toán ñi u khi'n vô lăng, phương pháp ñi u khi'n là phương pháp b n ñ mô men. B n ñ mô men s+ñư c trình bày trong ph n 2.10.2.
Hình 2.14: ð th quan h góc quay vô lăng lái theo thAi gian
a) ðEng cơ có ñi u khi n PID
b) ðEng cơ không có ñi u khi n PID
2.9.2 ði u khi1n ñ-ng cơ bánh xe
ð'ñi u khi'n các bánh xe trư c, tín hi u ñ u ra ECU ñi u khi'n bánh xe trư c là r!t quan tr ng trong h th ng SBW b i vì không có liên k t cơ khí gi)a vô lăng và các bánh xe trư c như h th ng lái thư ng.
ð'ñi u khi'n ñ ng cơ bánh xe trư c, phương pháp ñi u khi'n PID ñư c s0 d$ng và phương trình (2.5) ñư c s0 d$ng như sai s tr ng thái c a ñi u khi'n PID.
@ * , V 2.5 Trong ñó:
e: là sai s tr ng thái c a ñi u khi'n PID
: t s truy n gi)a góc vô lăng và góc bánh xe trư c
ði u khi'n ñ ng cơ bánh xe trư c b/ng cách s0 d$ng phương pháp ñi u khi'n PID. Như v y, b/ng thu t toán ñi u khi'n ñ ng cơ bánh xe trư c, phương pháp ñi u khi'n bánh xe trư c là nh/m c i thi n tính ti n d$ng và tính #n ñ nh. Xu hư ng quay vòng thi u là ñư c ñi u khi'n ñ' c i thi n tính #n ñnh. Quay vòng thi u là các bánh xe trư c b trư t ngang, k t qu là ñư ng r ng hơn khi các l c tích tr) c a xe vư t quá ñ c tính c a l p. Hình 2.15 hi'n th các phương pháp ñi u khi'n b/ng bi'u ñ minh h a.
Hình 2.15: Các phương pháp ñi u khi n ñPc tính quay vòng thi1u
2.10 Các phương pháp tái t o c/m giác lái
Trong ph n này, chúng ta t p trung vào th c hi n t o ph n h i l c cho h th ng SBW. L c ph n h i b nh hư ng b i: ñ c tính l p, ñi u ki n m t ñư ng, v n t c xe, t i tr ng ñ t lên xe và nhi u y u t khác.
Trong h th ng lái thư ng, l c này s+ truy n t i ngư i lái thông qua các liên k t cơ khí. Tuy nhiên, trong h th ng SBW, l c này s+ ñư c gi t o b/ng cơ c!u ñi u khi'n HW. Do ñó, l c ph n h i là y u t h t s c c n thi t trong h th ng SBW.
2.10.1 Phương pháp d a trên mô hình ñ-ng l c h c
M t trong nh)ng bư c ñ u tiên ñ' th c hi n h th ng lái không tr$c lái là nghiên c u nh hư ng ñ c tính ho t ñ ng c a h th ng lái [2] và c m giác lái trong h th ng lái [3, 6].
Ví d$: Liu và Chang ñã nghiên c u mô men c m giác lái có nh hư ng ñ n ngư i lái. K t qu cho th!y r/ng n u không có mô men h tr t ñ ng cơ thì ngư i lái không có kh năng lái xe chuy'n ñ ng theo con ñư ng (lo i ñư ng là m t ñư ng cong ngo c). Tuy nhiên, khi quay vòng kéo dài (lo i ñư ng là ñư ng cong không ngo c) thì không có s khác bi t ñáng k' trong khi lái. Trong nghiên c u này, các thông tin v mô men lái không ñư c ñ c p. Năm 2000, Ryu Soo ñ xu!t phương pháp mô hình xe d a trên phương pháp tái t o c m giác lái trong EPS (tr l c lái ñi n t0). Căn c vào ñi u này, s nh hư ng l n nhau gi)a các bánh xe (RWs) và môi trư ng t o ra m t l c tương tác. Im et. al. ñã thi t k h th ng SBW v i phương pháp ki'm soát hai chi u s0 d$ng b quan sát. G n ñây, Yih, P. et. al ñã phát tri'n l c ph n h i HW d a trên m t thi t b quan sát trong ñó mô men gi) cho xe chuy'n ñ ng th3ng ñư c xem như là thông tin quan tr ng trong h th ng ñ ng l c h c. Do ñó, mô men gi) cho xe chuy'n ñ ng th3ng có th' ư c tính mà không c n b!t kỳ c m bi n nào. Tuy nhiên, phương pháp ti p c n d a trên s quan sát ñòi h i c n m t vi ñi u khi'n công su!t l n ñ' tính toán l c ph n h i. Và tín hi u có th' không gi ng như th c t .
Hình 2.16: Sơñ ñi u khi n c a phương pháp d0a trên mô hình ñEng l0c hHc
2.10.2 Phương pháp d a trên b/n ñ> mô men c/m giác lái
Phương pháp d a trên b n ñ mô men c m giác lái là m t phương pháp h)u hi u ñ' tránh tính toán mô men gi) cho xe chuy'n ñ ng th3ng.
M t trong nh)ng b n ñ mô men ñư c phát tri'n b i Oh, và c ng s , et. al. Khái ni m chính c a h là b n ñ mô men ñư c xây d ng d a trên hai tín hi u ñó là v n t c xe và v trí HW trong hình 2.17a và 2.17b. Trong trư ng h p c$ th', các m i quan h gi)a góc quay HW và v n t c xe ñư c xác ñ nh như phương trình (2.6), (2.7). ði u ki n nh hư ng c a góc lái: ^_` .a√ 2.6 ði u ki n nh hư ng c a v n t c: ^c .d ef:g :e c( hi Ej 2.7 + U k lj jl B l c th nh!t B l c th nh!t B l c th nh!t B l c th hai B l c th nh!t + mn Uop H th ng lái ð ng l c h c xe + + Kd Kp Fs bs Js Ka θd Sg n $ & & & + & τh i ti p
Trong ñó:
kαvà kβ: là h/ng s th c nghi m.
ysw: Ph n l c liên quan t i góc quay vô lăng. yv: Ph n l c liên quan t i v n t c c a xe
x : V n t c c a xe (Bi'u ñ này ch s0 d$ng trong phương pháp bi'u ñ mô- men xo%n ).
Vmax: V n t c c c ñ i c a xe Tin: là mô-men xo%n ban ñ u
Hình 2.17a: Sơ ñ ñi u khi n c a phương pháp b,n ñ mô men
Mômen lái c a ngư i lái + - Tr$c lái Góc HW C m bi n mô men ECU T] s truy n ði u khi'n h i ti p v phía trư c C m bi n hành trình ð ng cơ DC RW Góc RW Vô lăng ð ng cơ DC HW
Hình 2.17b: Sơ ñ ñi u khi n c a phương pháp b,n ñ mô men
V i b n ñ mô men s+ d( dàng t o l c ph n h i b i vì góc quay c a vô lăng (HW) và v n t c xe q có th' d( dàng ño ñư c trong b!t kỳ các lo i xe. Tuy nhiên, các nhân t khác như t n s dao ñ ng c a HW, mô men gi) cho xe chuy'n ñ ng th3ng không ñư c xem xét trong b n ñ mô men này.
- Ho t ñEng c a phương pháp bi u ñ momen: bi'u ñ mô-men d a vào tín hi u góc vô lăng, t c ñ xe, các y u t khác s+ xu!t tín hi u t i b ñi u khi'n, b ñi u khi'n tính toán sai l ch e (lúc này e b/ng tín hi u ñi u khi'n t bi'u ñ mô-men) và g i tín hi u ñi u khi'n t i b ch!p hành HW t o l c trên vô lăng làm cho ngư i lái có c m giác. Thông qua c m bi n l c, b ñi u khi'n s+ nh n tín hi u ph n h i v và tính toán sai l ch e, n u sai l ch e v n còn thì b ñi u khi'n s+ xu!t ti p tính hi u t i b ch!p hành HW. Khi các y u t ñ u vào thay ñ#i thì bi'u ñ mô-men thay ñ#i tín hi u ñi u khi'n và c m giác trên vô lăng cũng thay ñ#i theo.
- V i bi'u ñ mô-men, nó r!t d( dàng ñ' tái t o l c ph n h i vì góc quay c a vô