Nhằm phục vụ cho quá trình lập trình hệ thống, giá trị cảm biến gia tốc phải được lựa chọn phù hợp giúp đảm bảo hệ thống hoạt động ổn định và chính xác, nhóm đã thực hệ một số phương trình tính tốn như sau nhằm xác định đúng giá trị gia tốc phù hợp nhất. 2 1 0 1 0 ( ) ( / ) ( ) v v v a m s t t t Với: a: gia tốc (m/s2 ) Δv: vận tốc trung bình (m/s) Δt: thời gian trung bình (s)
48
Dựa vào giá trị từ Bảng 4.1: ta thay vào cơng thức nhằm tìm ra giá trị gia tốc tối thiểu khi đạp nhằm chân ga. s v t => 1 0 0.04( / ) 0 v m s v 2 0.04 0.08( / ) 0.5 a m s
Kết luận: với giá trị ΔS là hành trình tối đa của bàn đạp ga bằng hằng số 0.02m thì
với giá trị thời gian t 0.5s ta có gia tốc bằng 0.08 m/s2. Từ đó, nhóm thiết lập giá trị gia tốc đạp nhằm chân ga là 0.08 m/s2 .
B ng 4.1. Giá trị đầu vào của q trình mơ phỏng
Đại lượng Giá trị Đơn vị
S0 0 (m)
S1 0.02 (m)
t0 0 (s)
t1 0.5 (s)
4.1.2. Thiết kế mơ hình Labview thực nghiệm các giá trị hoạt động của hệ thống chống đạp nhằm chân ga
Nhóm ứng dụng phần mềm Labview kết hợp với Arduino để thực hiện quá trình thiết kế giao diện giao tiếp, xử lí tín hiệu từ bàn đạp ga, gia tốc đạp ga, …và đưa ra đồ thị thể hiện q trình đóng ngắt cánh ga khi có hoặc khơng xảy ra trường hợp đạp nhầm chân ga.
49
Hình 4.2.Giao diện Front panel của hệ thống trên Labview
Front panel là cửa sổ giao diện giúp hiện thị các giá trị sau q trình tính tốn dưới dạng số hoặc các biểu đồ và Slider, giúp chúng ta có thể quan sát sự thay đổi trực quan cũng như là thay đổi các giá trị tham số vào quá trình hoạt động của hệ thống một cách nhanh chóng và đơn giản.
50
Nhóm sử dụng loại biểu đồ Waveform Chart để hiện thị 02 giá trị là tín hiệu bàn đạp chân ga và góc mở của bướm ga, vì đây khối chức năng có thể cho ra các biểu đồ phi tuyến khơng có ràng buộc về chu kì hoạt động.
Hình 4.4. Cụm các giá trị được hiển thị dưới dạng số
Các thông số bao gồm:
1. Cổng chọn giao tiếp Serial Port với Arduino thông qua giao thức truyền thông nối tiếp UART.
2. Giá trị góc mở bướm ga và bàn đạp chân ga được thể hiện dưới dạng Numbers. 3. Là Boolean có chứng năng dừng chương trình.
51
Block Diagram:
Hình 4.5. Giao diện Block Diagram của hệ thống
Block Diagram là cửa sổ giúp chúng ta xây dựng chương trình thơng qua q
trình sử dụng các khối chức năng chuyên biệt. Chương trình đọc dữ liệu hoạt động của hệ thống chống đạp nhằm chân ga được nhóm xây dựng chủ yếu dựa trên khối chức năng Instrument I/O Serial.
Hình 4.6. Khối chứ
Giao tiếp truyền thông nối tiếp giữa Labview và Arduino được thiết lập giá trị Baud rate là 9600.
52
Bước 1: Dữ liệu từ Arduino gửi lên Serial Monitor
được khối chức năng VISA Bytes at Serial Port và VISA READ của Labview tiếp nhận.
Bước 2: Dữ liệu sau khi được đọc có
dạng chuỗi (String) sẽ được đi qua các khối chức năng Match Pattern nhằm bóc tách dữ liệu và chia thành hai khối dữ liệu là góc mở bướm ga và giá trị bàn đạp ga.
Bước 3: Tuy nhiên, để có thể hiện thị trên biểu
đồ Waveform Chart thì dữ liệu phải ở định
dạng Numbers, vì vậy dữ liệu cần sử dụng khối
Decimal String To Numbers để chuyển từ dạng
chuỗi qua dạng số. Và cuối cùng là hiển thị lên đồ thị Waveform Chart.
53
Sơ đồ mạch điện:
Hình 4.7. Sơ đồ mạch điện hệ thống chống đạp nhằm chân ga
Sơ đồ mạch điện đã sử dụng các biến trở dạng Slider để mơ tả chức năng và giá trị tín hiệu mà các cảm biến gửi đến vi điều khiển Arduino. Cụ thể, cảm biến vị trí bàn đạp chân ga (APS) và cảm biến gia tốc đươc thể hiện dưới chức năng của hai biến trở và trả về arduino tín hiệu analog có độ phân giải 10bit tương đương 1023 giá trị điện áp.
Nguyên lý làm việc cụ thể của sơ đồ mạch điện như sau:
APS gửi giá trị vị trí bàn đạp chân ga từ chân VPA chân A0 của Arduino; Giá trị gia tốc được gửi từ chân A/O chân A1 của Arduino và tín hiệu TPS được gửi từ chân VTA chân A2 của Arduino.
54
Arduino xử lí thơng tin và đưa ra tín hiệu điều khiển từ chân D8 và D9 chân IN1 và IN2 của cầu H:
o Nếu giá trị gia tốc > 0.08m/s2 thì chân D8 xuất ra là mức cao và D9 là mức thấp Cánh ga đóng tức lúc này, xảy ra đạp nhầm chân ga (với gia tốc lớn). Cánh ga lúc này, sẽ không thay đổi theo vị trí bàn đạp ga, do đó trạng thái động cơ không thay đổi theo hướng công suất tăng;
o Nếu giá trị gia tốc < 0.08m/s2 thì chân D8 xuất ra mức thấp và D9 là mức cao Góc mở của bướm ga phụ thuộc vào tín hiệu của bàn đạp ga. Tức lúc này, hệ thống cho rằng không xảy ra hiện tượng đạp nhầm chân ga. Do đó, cánh ga sẽ thay đổi theo tín hiệu bàn đạp ga.
4.2 THIẾT KẾ CHẾ TẠO MƠ HÌNH VẬT LÝ
Nhóm thiết kế mơ hình theo dạng sa bàn với kích thước tương đối nhỏ gọn, phù hợp với việc di chuyển và dễ dàng quan sát q trình thay đổi bướm ga khi có hoặc khơng xảy ra hiện tượng đạp nhầm chân ga.
Mơ hình được thiết kế với 3 bộ phận chính: module bướm ga điện tử, Bộ vi điều khiển – Arduino, và bàn đạp ga.
Bản thiết kế mơ hình hồn thiện:
55
Mơ hình thực tế sau khi đã hồn thành việc lắp đặt:
Hình 4.9. Mơ hình sau khi hồn thiện
Mơ hình sau khi được thi công lắp đặt đảm bảo được tương đối về hình dáng và kích thước so với thiết kế. Tuy nhiên, chưa có độ hồn thiện và thẩm mỹ cao, do ảnh hưởng của tình hình dịch bệnh Covid, dẫn đến sự thiếu hụt về vật tư, thiết bị gia công.
56
Chương 5
MƠ PHỎNG, PHÂN TÍCH KẾT QUẢ
Kết quả thực nghiệm hoạt động của hệ thống với mơ hình xây dựng trên Labview đối với các trường hợp:
So sánh khi tác động vào chân ga và ứng xử của cánh bướm ga. Xảy ra hiện tượng đạp nhầm chân ga.
Không xảy ra hiện tượng nhầm chân ga.
Xảy ra tình huống cục bộ. Đạp nhầm và không nhầm chân ga. Kết quả cụ thể của các trường hợp được trình bày như sau:
5.1 TRƯỜNG HỢP 1: SO SÁNH KHI TÁC ĐỘNG VÀO CHÂN GA VÀ ỨNG XỬ CỦA CÁNH BƯỚM GA.
Hình 5.1. Đáp ứng của cánh bướm ga theo tín hiệu của bàn đạp chân ga
Trước tiên, nhóm thực hiện khảo sát khả năng đáp ứng của cánh bướm ga so với giá trị từ bàn đạp chân ga. Nhóm nhận thấy giá trị góc mở cánh bướm ga - theo giá trị tín hiệu yêu cầu từ bàn đạp chân ga có hình dáng tương đối gần giống nhau, như trên đồ thị hình 5.1 có thể nó tính đồng bộ giữa 2 tín hiệu này là ổn định. Tuy
nhiên vẫn còn những thời điểm xuất hiện sai số và độ trễ, khơng vượt q 2%. Từ đó, cho thấy thuật tốn điều khiển của nhóm đã mơ phỏng có hoạt động tương ứng
57
của bướm ga trên thực tế, mặc khác làm cơ sở thực hiện các khảo sát chuyên sâu hơn nhằm đánh giá hiệu quả của hệ thống chống đạp nhằm chân ga.
5.2 TRƯỜNG HỢP 2: XẢY RA HIỆN TƯỢNG ĐẠP NHẦM CHÂN GA.
Hình 5.2. Sơ đồ thể hiện trường hợp đạp nhầm chân ga
Khi nhóm tiến hành tác động một lực đạp ga với gia tốc lớn cụ thể lớn hơn 0.08m/s2 và ứng với thời gian thực hiện nhỏ hơn 0.5s thì đường đồ thị tín hiệu bàn đạp chân ga vẫn di chuyển từ giới hạn nhỏ nhất (thời điểm bắt đầu tác động lên chân ga) lên tới hạn lớn nhất (tức lúc này là điểm mà chân ga dừng lại) và duy trì ổn định theo thời gian. Tuy nhiên, đường đồ thị góc mở cánh bướm ga đã không di chuyển bám theo tín hiệu bàn đạp chân ga mà lại di chuyển tiệm cận giới hạn nhỏ
nhất, vì lý do này đã thõa mãn điều kiện đạp nhầm chân ga.
Thời gian t1 trong trường hợp này là 0.482s đã nhỏ hơn 0.5s từ đó dẫn đến gia tốc đạp ga đã lớn hơn 0.08m/s2 cụ thể là 0.086m/s2.
Phương pháp giải quyết hiện tượng này: cánh ga sẽ vẫn được ổn định ở trạng thái bình thường Cơng suất động cơ không tăng đột ngột, hay tốc độ xe khơng tăng.
58
5.3 TRƯỜNG HỢP 3: KHƠNG XẢY RA HIỆN TƯỢNG NHẦM CHÂN GA.
Hình 5.3. Sơ đồ thể hiện trường hợp tăng tốc bình thường
Trong trường hợp này, nhóm nhận thấy khi tác động lên bàn đạp chân ga một gia tốc nhỏ hơn 0.08m/s2 và tuyến tính đến hết hành trình thì đường đặc tính thì của góc mở cánh bướm ga và tín hiệu bàn đạp ga gần như đồng bộ và ổn định theo thời gian. Cụ thể cho trường hợp đạp ga không phải là đạp nhằm thì thời gian nhóm khảo sát được trong trường hợp này là 3.2s >1s >0.5s. Từ đó, cho ra một gia tốc là 0.002m/s2 nhỏ hơn rất nhiều so với 0.08m/s2.
59
5.4 TRƯỜNG HỢP 4: XẢY RA TÌNH HUỐNG CỤC BỘ. ĐẠP NHẦM VÀ KHƠNG NHẦM CHÂN GA. KHƠNG NHẦM CHÂN GA.
Hình 5.4. Sơ đồ thể hiện góc mở cánh bướm ga sau khi sự kiện đạp nhầm diễn ra
Nhóm thực nghiệm kiểm tra hoạt động của góc mở cánh bướm ga sau khi kết thúc sự kiện đạp nhằm chân ga. Theo sư đồ như hình 5.4 ta thấy, sau khi đạp nhằm chân ga, lúc này người lái phải hồi vị bàn đạp ga về vị trí ban đầu, tiếp theo góc mở cánh bướm ga hoạt động trở lại bình thường và ngược lại.
60
Chương 6
KẾT LUẬN, ĐÁNH GIÁ KẾT QUẢ
6.1 KẾT LUẬN, ĐÁNH GIÁ KẾT QUẢ
Qua các nội dung trình bày ở trên, đề tài đã hoàn thành đúng các mục tiêu nghiên cứu cơ bản đưa ra:
Các yếu tố gây ra lỗi bàn đạp, tìm hiểu các nguyên tắc cơ bản của việc áp dụng sai bàn đạp và đặc điểm của lỗi bàn đạp ở những người lái xe.
Nghiên cứu lỗi bàn đạp đã được thực hiện bằng cách sử dụng phương pháp lái xe tự nhiên, mô phỏng lái xe hoặc khảo sát, từ đó chọn được hướng giải quyết cho đề tài.
Xây dựng mơ hình thuật tốn ngăn cản xe tăng tốc ngồi ý mốn khi người lái xe đạp nhầm chân ga trong những trường hợp cụ thể.
Xây dựng mơ hình Labview kết hợp với mơ hình vật lý để khảo sát các trường hợp cụ thể khi người lái xe đạp nhầm chân ga.
Hệ thống sau khi hoàn thành đã hoạt động đúng theo thuật toán điều khiển mà nhóm đã xây dựng.
Mơ hình khảo sát trên LabView, do nhóm thiết kế cũng đã thể hiện các giá trị hoạt động của hệ thống chống đạp nhằm chân ga chính xác với tính khả thi cao và sai số nhỏ.
Tuy nhiên, hệ thống chống đạp nhằm chân ga của nhóm chỉ mới đáp ứng một số trường hợp cụ thể trong các tình huống giao thơng nhất định, cịn rất nhiều các trường hợp phức tạp khác đòi hỏi hệ thống với sự điều khiển phức tạp hơn, đa biến số đầu vào hơn.
6.2 HƯỚNG PHÁT TRIỂN CỦA ĐỀ TÀI
Đề tài là cơ sở lý thuyết cho việc xây dựng các phương án thiết kế hệ thống nhằm hạn chế rủi ro cho người tham gia giao thông và phương tiện khi di chuyển trên đường khi xảy ra hiện tượng đạp nhầm chân ga của người tài xế. Từ kết quả của đề
61
tài, có thể tiến hành thực nghiệm lắp đặt và đánh giá kết quả đối với xe trong những trường hợp xe di chuyển trên đường thực tế. Từ đây có thể xây dựng thêm những trường hợp cụ thể hơn, phức tạp hơn khi di chuyển trên đường để ngày càng nâng cao tính năng an tồn chủ động của xe.
62
TÀI LIỆU THAM KHẢO
[1]. ThS. Nguyễn Thị Ngọc Anh, ThS. Võ Thị Bích Ngọc, Kỹ thuật điện tử. Đại
học Công nghệ Tp.HCM.
[2]. TS. Nguyễn Phụ Thượng Lưu, Hệ thống an tồn và ổn định trên ơ tơ. Đại học Công nghệ Tp.HCM.
[3]. ThS. Phạm Quốc Phương, Vi điều khiển. Đại học Công nghệ Tp.HCM.
[4]. PGSTS Đỗ Văn Dũng(2007), Hệ thống điện thân xe và điều khiển tự động trên Ơ tơ. Đại Học Sư Phạm Kỹ Thuật Thành Phố Hồ Chí Minh.
[5]. PGSTS. Đỗ Văn Dũng (2007), Hệ thống điện - điện tử trên ô tô hiện đại. Đại Học Quốc Gia Thành Phố Hồ Chí Minh.
[6]. Lococo, K. H., Staplin, L., Martell, C. A., & Sifrit, K. J. (March 2012). Pedal Application Errors. (Report No. DOT HS 811 597). Washington, DC: National Highway Traffic Safety Administration.
[7]. http://arduino.vn/bai-viet/42-arduino-uno-r3-la-gi
63
PHỤ LỤC
CODE ARDUINO
int out_ban_dap, out_gia_toc, in_gia_toc, in_ban_dap, in_buom_ga, out_buom_ga ;
const int tien = 9; const int lui = 8;
void setup()
{
Serial.begin(9600);
attachInterrupt(0, ngat, LOW); pinMode(3, OUTPUT); digitalWrite(3, HIGH); pinMode(13, OUTPUT); digitalWrite(13, HIGH); } void ngat() { Serial.print("a"); Serial.print(out_ban_dap); Serial.print("b"); Serial.print(out_buom_ga); in_ban_dap = analogRead(A0); in_buom_ga = analogRead(A2); out_ban_dap = map(in_ban_dap, 177, 800, 0, 90); out_buom_ga = map(in_buom_ga, 220, 900, 7, 90); if (out_ban_dap >= 10) { digitalWrite(13, LOW); }
64 if (out_ban_dap < 10) { digitalWrite(13, HIGH); loop(); } } void loop() { Serial.print("a"); Serial.print(out_ban_dap); Serial.print("b"); Serial.print(out_buom_ga); in_ban_dap = analogRead(A0); in_gia_toc = analogRead(A1); in_buom_ga = analogRead(A2); out_gia_toc = in_gia_toc; out_ban_dap = map(in_ban_dap, 175, 800, 0, 90); out_buom_ga = map(in_buom_ga, 219, 900, 7, 90); if (out_gia_toc >= 0.08) { digitalWrite(3, LOW); } if (out_gia_toc < 0.08) { digitalWrite(3, HIGH); } if (out_ban_dap > out_buom_ga) { analogWrite(tien, 1); analogWrite(lui, 0);
65 } else { analogWrite(tien, 0); analogWrite(lui, 1); } }