Nguyên lý hoạt động, truyền nhận tín hiệu của bộ điều khiển: máy tính được cài đặt phần mềm mơ phỏng WheelCofign, cài ứng dụng đua xe dùng để mô phỏng và cài đặt đầy đủ driver cho các thiết bị phần cứng kết nối với máy tính (gồm có vơ lăng, chân ga, chân phanh và mạch điều khiển arduino). Các thiết bị phần cứng được kết nối với máy tính qua các cổng USB. Khi các phần mềm được khởi chạy bắt đầu cho q trình mơ phỏng, ứng dụng đua xe sẽ nhận tín hiệu điều khiển từ tay lái vơ lăng phần cứng, tín hiệu trạng thái xe từ game được gửi đến phần mềm WheelCofign. Phần mềm WheelCofign mã hóa tín hiệu này, sau đó gửi tín hiệu này dưới dạng số hex xuống mạch điều khiển. Mạch điều khiển sẽ nhận dữ liệu và quy đổi thành tín hiệu xung gửi đến mạch công suất, điều khiển hai động cơ để mơ hình mơ phỏng lại trạng thái xe trong ứng dụng đua xe. Hai động cơ một chiều đƣợc ghép nối với cảm biến, cảm biến gửi tín hiệu phản hồi vị trí hiện tại của động cơ về mạch điều khiển để mạch điều khiển điều chỉnh tín hiệu xung, điều khiển động cơ đến vị trí yêu cầu.
Tiếp theo chúng ta cần nạp code vào trong Arduino Leonardo R3 nhằm tạo tín hiệu xung PWM cho bộ điều khiển động cơ thông qua vô lăng lái. Dưới đây là code tham khảo: int a = 0;
int b = 0; int c = 0;
int d = 0; int e = 0; int r = 0; int right = 0; int left = 0; void setup() { pinMode(8, OUTPUT); pinMode(9, OUTPUT); pinMode(10, OUTPUT); pinMode(11, OUTPUT); pinMode(3, INPUT); pinMode(4, INPUT); pinMode(5, INPUT); Serial.begin(9600); } void loop() { a = pulseIn(3, HIGH,100); b = pulseIn(4, HIGH,100); e = d; d = c; c = analogRead(0); r = floor((c+d+e)/25); if (a>0){ right = r+(a* ((250-r)/50) ); analogWrite(10, right); analogWrite(11, right); digitalWrite(8, HIGH); digitalWrite(9, LOW); Serial.print("> - " +String(right) +" " );
Sinh viên thực hiện:Nguyễn Hữu Hải Âu Người hướng dẫn: Ths. Phạm Minh Mận left = r+(b* ((250-r)/50) ); analogWrite(10, left); analogWrite(11, left); digitalWrite(8, LOW); digitalWrite(9, HIGH); Serial.print("< - " +String(left) +" "); }else{ analogWrite(10, 0); analogWrite(11, 0); digitalWrite(8, HIGH); digitalWrite(9, HIGH); Serial.print("|"); } } } 4.2.2. Vô lăng
Vô lăng này là một sự chuyển đổi đầy đủ sang kích thước lớn hơn và nó vẫn giữ được đầy đủ chức năng. Tất cả các nút và D-Pad đều hoạt động bình thường để bánh xe vẫn tương thích với tất cả các trị chơi PC và console. Khơng có bộ điều hợp nào được sử dụng để lắp bánh xe này vào trung tâm, thay vào đó, bản thân bánh xe được gia cơng CNC chính xác cho các vị trí lỗ bu lơng thích hợp, vị trí D-Pad và khe hở cho các nút để bánh xe được gắn chính xác mà khơng có bất kỳ khoảng trống khó coi hoặc mở rộng bánh xe xa trungtâm. Vơ lăng được gia công từ composite sợi thủy tinh để chúng có thể lớn hơn, nhưng vẫn nhẹ và nhạy. Mơ hình bánh xe Momo được làm từ nhơm cứng nhẹ để tăng cường độ bền giúp truyền tất cả các cú thúc và rung một cách sạch sẽ và khơng bị biến dạng tới tay người lái. [10]
Hình 4. 2: Vô lăng
4.2.3. Bộ bàn đạp
Trong bộ bàn đạp này bao gồm bàn đạp ga, bàn đạp phanh và bàn đạp ly hợp, bộ bàn đạp này được sản xuất giống như bàn đạp của một chiếc ô tô sử dụng hộp số sàn. - Bàn đạp ga
Bàn đạp ga được thiết kế để khớp với bàn đạp phanh và ly hợp về vị trí và hình dạng. Mặt bàn đạp độc đáo tạo điều kiện thuận lợi cho việc di chuyển gót chân xuống và lò xo hồi vị cứng cung cấp phản hồi xúc giác. Cảm biến tuyến tính sử dụng nguồn điện một cách trơn tru và có thể đốn trước được.
- Bàn đạp phanh
Bàn đạp phanh được thiết kế để mô phỏng lại cơ chế tương tự xảy ra trong hệ thống phanh thực. Bàn đạp phanh cần một lượng lớn lực để tác động, giống như trên những chiếc xe đua thực thụ. Vì người lái phải sử dụng toàn bộ chân để vận hành bàn đạp này, bàn đạp có thiết kế cánh tay và điểm xoay theo chuyển động của chân người lái. Xylanh
Sinh viên thực hiện:Nguyễn Hữu Hải Âu Người hướng dẫn: Ths. Phạm Minh Mận
áp suất cơng nghiệp hồn tồn bằng thép khơng gỉ đọc áp suất thủy lực trong hệ thống phanh và gửi thông tin này đến ECU để xử lý thêm. Người dùng có thể hốn đổi các mơ-đun kháng lực có thể hốn đổi cho nhau trên cụm xi-lanh phụ cho phép người dùng điều chỉnh cảm giác của bàn đạp phanh từ xe đường phố hạng phổ thông sang xe F1 và mọi thứ ở giữa. Nhờ thiết kế độc đáo, bàn đạp truyền tải mọi sắc thái của những gì xảy ra trong hệ thống phanh xe đua thực sự. Cảm giác độc đáo khi má phanh tiếp cận với rô- to, thời điểm các má phanh tiếp xúc với rô-to và cảm giác mọi thành phần của hệ thống phanh uốn cong và căng thẳng khi xe giảm tốc mang lại cho người lái những phản hồi có giá trị khơng có ở bất kỳ bộ bàn đạp nào khác trên thị trường hôm nay. Người dùng có thể hốn đổi các mơ-đun kháng lực có thể hốn đổi cho nhau trên cụm xi-lanh phụ cho phép người dùng điều chỉnh cảm giác của bàn đạp phanh từ xe đường phố hạng phổ thông sang xe F1 và mọi thứ ở giữa. Nhờ thiết kế độc đáo của chúng tôi, bàn đạp truyền tải mọi sắc thái của những gì xảy ra trong hệ thống phanh xe đua thực sự. Cảm giác độc đáo khi má phanh tiếp cận với rô-to, thời điểm các má phanh tiếp xúc với rô-to và cảm giác mọi thành phần của hệ thống phanh uốn cong và căng thẳng khi xe giảm tốc mang lại cho người lái những phản hồi có giá trị khơng có ở bất kỳ bộ bàn đạp nào khác trên thị trường hơm nay. Người dùng có thể hốn đổi các mơ-đun kháng lực có thể hốn đổi cho nhau trên cụm xi-lanh phụ cho phép người dùng điều chỉnh cảm giác của bàn đạp phanh từ xe đường phố hạng phổ thông sang xe F1 và mọi thứ ở giữa. Nhờ thiết kế độc đáo của chúng tôi, bàn đạp truyền tải mọi sắc thái của những gì xảy ra trong hệ thống phanh xe đua thực sự. Cảm giác độc đáo khi má phanh tiếp cận với rô-to, thời điểm các má phanh tiếp xúc với rô-to và cảm giác mọi thành phần của hệ thống phanh uốn cong và căng thẳng khi xe giảm tốc mang lại cho người lái những phản hồi có giá trị khơng có ở bất kỳ bộ bàn đạp nào khác trên thị trường. Bàn đạp được thiết lập để tạo cảm giác như phanh trên một chiếc xe đường phố chuẩn bị cho cuộc đua. Thêm Bộ điều chỉnh để có khả năng điều chỉnh tối ưu. Bộ điều chỉnh bao gồm các ống lót urethane bổ sung để tạo ra tổng cộng 10 thiết lập độ cứng để tái tạo mọi thứ từ phanh xe đường phố hạng phổ thông đến phanh xe đua NASCAR hạng nặng.
- Bàn đạp ly hợp
Chúng tôi đặc biệt tự hào về bàn đạp ly hợp. Bàn đạp ly hợp có một cảm giác riêng biệt và chúng tôi muốn đảm bảo rằng chúng tơi đã hiểu đúng cảm giác đó. Một lần nữa, chúng tơi đã phân tích những thành phần cơ khí nào góp phần vào cảm giác của bàn đạp ly hợp, cụ thể là bàn đạp ly hợp của xe đua. Các phương tiện đường phố thông thường sử dụng một cơ cấu lò xo phức tạp dưới bảng điều khiển của xe để hỗ trợ người lái giữ bàn đạp ly hợp. Điều này rất hữu ích khi xe đang dừng và đang tham gia giao thông hoặc chỉ dừng lại ở giao lộ. Mục đích của cơ cấu lị xo phức tạp này là làm cho bàn đạp nhẹ
hơn trong nửa sau của hành trình, dẫn đến cảm giác bàn đạp mềm-cứng-mềm khi bàn đạp được chuyển từ hoàn toàn hoạt động sang hồn tồn khơng hoạt động. Hầu hết các bộ bàn đạp đua mô phỏng cao cấp khác trên thị trường sử dụng một cơ cấu lò xo phức tạp trên bàn đạp ly hợp để mô phỏng cảm giác này. Tuy nhiên, cơ chế phức tạp này không chỉ vắng mặt trên một chiếc xe đua đơn thuần mà nó cịn khiến người lái khơng thể nhả bàn đạp một cách trơn tru. [11]
Hình 4. 3: Bàn đạp
4.3. Xây dựng bộ điều khiển mơ hình lái xe
4.3.1. Ghép nối mạch điều khiển và phần mềm mô phỏng
Phần mềm và phần cứng cần ghép nối ở đây là phần mềm WheelConfign và mạch điều khiển Arduino Leonardo R3. Nguyên lý làm việc giữa phần cứng và phần mềm: khi cho khởi chạy một trò chơi đua xe đã đƣợc kết nối với WheelConfign, trạng thái của chiếc xe trong game chính là tín hiệu đầu vào đƣa vào phần mềm WheelConfign. Từ các tín hiệu đầu vào này, WheelConfign sẽ phân tích, tính tốn dựa trên những cài đặt từ trước để nhận được tín hiệu của bậc tự do, các lực cần mơ phỏng, sau đó gửi các
Sinh viên thực hiện:Nguyễn Hữu Hải Âu Người hướng dẫn: Ths. Phạm Minh Mận
Hình 4. 4: Phần mềm điều chỉnh WheelConfig
Hệ thống lái (Steering)
Góc tối đa (Max Angle) - Góc tối đa mà vơ lăng sẽ quay.
Bánh xe trung tâm (Center Wheel) - Khi được nhấn, vị trí vơ lăng của bạn sẽ bằng khơng. Đảo ngược (Invert) - Nếu tay lái của bạn quay sai hướng, hãy đặt hộp kiểm này.
Hiệu chỉnh (Calibrate) - Nhấn nút này nếu vô lăng chưa được hiệu chỉnh hoặc nếu nó bị xê dịch.
Hướng dẫn sử dụng - Nếu bánh xe không thể được hiệu chỉnh tự động (khơng có động cơ), hãy chọn hộp này, nhấp vào nút "Hiệu chỉnh" và xoay bánh xe cho đến khi "Trạng thái thiết bị" là "Homing" hoặc "Sẵn sàng".
Tình trạng (Status)
Trạng thái Thiết bị (Device Status) - Hiển thị trạng thái:
Đã ngắt kết nối (Disconnected) - Đảm bảo rằng cáp được kết nối và bạn đã chọn đúng cổng COM.
Đã kết nối (Connected) - Mọi thứ đều bình thường) Lỗi hiệu chuẩn - Đã xảy ra sự cố với hiệu chuẩn. Sẵn sàng - Hiệu chuẩn thành cơng.
Độ lợi bên ngồi - Nếu bạn đặt chốt trong phần Cài đặt bổ sung và chiết áp bên ngoài được kết nối, bạn sẽ thấy một giá trị để phản ánh cài đặt.
Nó cũng hiển thị vịng quay của tay lái, vị trí của bàn đạp và trạng thái của các nút.
Cập nhật (Update)
Tự động kiểm tra các bản cập nhật - Bật nếu bạn muốn chương trình kiểm tra các bản cập nhật mỗi khi nó khởi động.
Kiểm tra ngay - Kiểm tra các bản cập nhật theo cách thủ công.
Phiên bản phần mềm điều khiển - Phiên bản phần mềm cơ sở của arduino, phải khác 0,0, nếu không, hãy mở chân 6 khỏi mặt đất và quay bánh xe, phiên bản phải thay đổi, sau đó rút chân 6 xuống đất một lần nữa.
Phiên bản phần mềm - Phiên bản chương trình.
Lựa chọn (Select)
Thiết bị chơi game - Chọn Arduino Leonardo.
Cổng Wheel Com - Chọn cổng COM mà Arduino Leonardo được kết nối. Cài đặt nâng cao - Cài đặt "nơi những gì được kết nối" với Arduino Leonardo.
Hồ sơ trò chơi (Game Profiles)
Mới - Nhấp vào nút này để tạo hồ sơ. Chỉnh sửa - Sửa đổi hồ sơ hiện có. Xóa - Xóa hồ sơ hiện có.
Phát hiện trị chơi - Nếu bạn muốn chương trình tự động phát hiện trò chơi và áp dụng cấu hình, hãy chọn hộp này.
Hiệu ứng trị chơi (Game Effects)
Các hiệu ứng trong quá trình chơi game.
Main Gain - Sức mạnh của tất cả các hiệu ứng. Spring - Trả bánh xe về vị trí trung tâm.
Ma sát - Mô phỏng ma sát tĩnh.
Bộ giảm chấn - Bạn quay vơ lăng càng nhanh, nó càng chống lại bạn.
Qn tính - Mơ phỏng qn tính khối lượng của vô lăng (thêm trọng lượng vào vô lăng). Không đổi - Điều khiển mô-men xoắn vơ lăng trực tiếp bằng trị chơi. Được sử dụng bởi một số trò chơi.
Sine - Dùng để rung.
Hiệu ứng người dùng (User Effect)
Các hiệu ứng này được thêm vào bên trên các hiệu ứng trò chơi.
Các hiệu ứng này độc lập với cài đặt hiệu ứng trò chơi. Chúng nên được sử dụng một cách thận trọng.
4.3.2. Cài đặt kết nối Arduino Leonardo với phần mềm Wheel Confign
Bước 1: Kết nối Arduino với Máy tính hoặc Laptop, Windows sẽ tự động cài đặt hoặc
cài đặt Arduino USB Driver và đợi quá trình cài đặt Driver hoàn tất.
Bước 2 : Mở Bảng điều khiển Trình quản lý Thiết bị, Nhìn vào Ví dụ về Cổng (COM
Sinh viên thực hiện:Nguyễn Hữu Hải Âu Người hướng dẫn: Ths. Phạm Minh Mận
Hình 4. 5: Bảng điều khiển Device Manager.
Nếu nó giống như hình trên, trình điều khiển đã được cài đặt thành công.
Bước 3: Tiếp theo, cài đặt Phần mềm cấu hình bánh xe AI Wave 2016, phần mềm đã
được tải xuống ở liên kết trên, cho đến khi hoàn tất,
Bước 4: Chạy hoặc mở Wheel Config, thông báo "New Firmware Found" sẽ xuất hiện,
Hình 4. 6: Giao điện phần mềm WheelConfign
Giải nén và chạy XLoader để cài đặt phần mềm theo cách thủ cơng. và điền vào nó như hình và mơ tả bên dưới.
Hình 4. 7: Phần mềm XLOADER
Tệp Hex: Trình duyệt hoặc tìm tệp Phần mềm cơ sở đã được tải xuống trước đó. Thiết bị: Chọn, Leonardo (32U4)
Tốc độ truyền: Đừng thay đổi nó
Cổng COM: Chế độ Arduino Bootloader, ở giai đoạn này chúng ta sẽ sử dụng một thủ thuật nhỏ, Mở bảng điều khiển Device Manager, sau đó nhấn nút Reset (nút màu đỏ ) trên board hoặc board Arduino, sau đó xem trình quản lý thiết bị Arduino Bootloader xem sao. COM? (hãy nhớ điều này sẽ chỉ kéo dài 8 giây), Ví dụ COM7, sau đó điền vào cột cổng COM trong phần mềm Xloader với COM7. sau đó Nhấp vào "Tải
Sinh viên thực hiện:Nguyễn Hữu Hải Âu Người hướng dẫn: Ths. Phạm Minh Mận
Bước 6: Sau đó nhấp vào Cài đặt nâng cao trên cấu hình bánh xe WheelConfign
Hình 4. 8: Giao diện nâng cao của phần mềm
Chỉ định Chế độ lệnh: PWN +/-, trong khi các chân 10 và 11 sẽ gửi tín hiệu PWM để quay động cơ sang trái và phải.
Chỉ định Tần số PWM: 20KHz.
Bộ mã hóa PPR bạn cần chỉ định số lượng xung từ bộ mã hóa của bạn nhận được trên mỗi vịng quay.
Trong Đầu vào kỹ thuật số, bạn có thể chỉ định nơi các nút của bạn được kết nối và trong Đầu vào tương tự, ví dụ: trục, tay lái, ga và phanh.
Bước 7: Bây giờ hãy thử quay tay lái và xem hình ảnh tam giác màu đỏ trên softare cấu
Hình 4. 9: Thử nghiệm kết nối với vơ lăng.
Nếu thành cơng thì hình tam giác màu đỏ sẽ theo vòng quay của bộ điều khiển đã được cài đặt bởi bộ mã hóa trước đó. nếu vịng quay của cần lái với vịng của biểu tượng hình tam giác màu đỏ khơng phải là vịng quay giống nhau, cài đặt hoặc thay đổi số lượng PPR trong Cài đặt nâng cao, cho đến khi nó thực sự phù hợp với xoay chỉ đạo.
4.3.3. Ghép nối mơ hình lái xe với bộ điều khiển
Trong phần này, nhóm đồ án sẽ đi giải quyết vấn đề ghép nối các thiết bị phần cứng, đáp ứng đủ công suất và điều khiển được mơ hình lái xe theo đúng ý đồ, mục đích của đề tài đã đề ra. Các thiết bị phần cứng cần ghép nối để tạo nên bộ điều khiển hoàn chỉnh bao gồm: Mạch điều khiển arduino leonardo r3, mạch công suất động cơ một chiều BTS7960, cảm biến góc quay, động cơ điện một chiều, bộ biến đổi nguồn AC- DC. Chức năng và cấu tạo của từng thành phần đã được giới thiệu chi tiết ở trên, mục này sẽ giải quyết vấn đề ghép nói các thiết bị để đạt mục đích điều khiển. Sơ đồ điều khiển như trong hình:
Sinh viên thực hiện:Nguyễn Hữu Hải Âu Người hướng dẫn: Ths. Phạm Minh Mận
Hình 4. 10: Sơ đồ điều khiển
Các chân và chức năng điều khiển của chúng được quy định như sau: