CHƯƠNG 1 TỔNG QUAN VẤN ĐỀ NGHIÊN CỨU
1.3 Các nghiên cứu trong và ngoài nước
1.3.2 Các nghiên cứu ngoài nước:
Nghiên cứu về hệ thống lái SBW của các tác giả nước ngoài thường đi sâu vào từng vấn đề cụ thể sau:
- Nghiên cứu của tác giả Sheikh Muhamad Hafiz fahami1- UTM-Proton Active Safety Laboratory, University Teknology Malaysia, Kuala Lumpur [21]: Nghiên cứu đã đưa ra được mô hình tốn cho vành lái, dẫn động bánh xe dẫn hướng. Thay đổi tỷ số truyền lái bằng việc sử dụng các luật điều khiển đã đưa ra.
- Nghiên cứu Paul Yih, J. Christian Gerdes [22]; Nghiên cứu của tác giả Eid S. Mohamed, Saeed A. Albatlan [23] đưa ra mơ hình động lực học cho hệ thống lái SBW Các nghiên cứu trên sử dụng mơ hình hai bậc tự do [2],[3],[4],[13], ba bậc tự do [5], và bốn bậc tự do [6], làm đối tượng để phân tích hệ thống lái SBW.
Nghiên cứu vềđiều khiển:
- Nghiên cứu về các vấn đề điều khiển và an toàn cho hệ thống steer by wire của tác giả Paul Yih trình bày tương đối đầy đủ về mơ hình động lực học lái, mơ hình tuyến tính của xe, và tiến hành thực nghiệm trên xe [13].
- Nghiên cứu của A dem Kader về điều khiển cho hệ thống steer by wire (SBW) [24]: Mơ hình nghiên cứu của tác giả gồm có vành lái với 01 động cơ phản hồi, 01 động cơ dẫn động quay bánh xe dẫn hướng, 02 bộ mã hóa cảm biến góc quay vành lái và góc quay lái, 02 bộ điều khiển PID, 02 bộ điều khiển cung cấp điện áp cho mỗi động cơ cùng một bộ xử lý máy tính. Thí nghiệm được tác giả tiến hành trên mơ hình và cố định một tải trọng nhất định lên trọng tâm mơ hình (f200). Mơ phỏng được thực hiện với phần mềm Matlab cho phép thiết kế bộ điều khiển trong nội khối, sau đó biên dịch và chạy chương trình trong thời gian thực. Nghiên cứu đưa ra phương pháp xác định hằng số PID và bảng thơng số điều khiển. Có thể thấy nghiên cứu của tác giả chủ yếu về điều khiển cho hệ thống SBW, tuy nhiên mô phỏng cho thấy bộ điều khiển có thời gian chuyển mạch rất chậm (0,4 s) để chuyển từ hướng này sang hướng kia, ảnh hưởng đến độ trễ lái và độ chính xác khi lái xe, hơn nữa do sử dụng động cơ chấp hành cơng suất lớn do đó kể cả khi bộ điều khiển làm việc nhanh đi nữa thì động cơ vẫn sẽ chậm chạp trong đổi hướng (sẽ tốt hơn nếu sử dụng 02 động cơ riêng cho mỗi hướng).
- Nghiên cứu về hệ thống lái SBW của Jack J. Kenned, Professor V.R. Patil [25]: Tác giả thiết kế bộ điều khiển cho hệ thống gồm hai mạch (mạch trên và mạch dưới) và được điều khiển bởi hai bộ điều khiển PID tương ứng. Bộ điều khiển PID mạch dưới điều khiển góc quay bánh xe dẫn hướng bám theo góc quay vành tay lái, đầu
vào của nó là chênh lệch giữa góc quay bánh xe dẫn hướng mong muốn và góc quay bánh xe thực tế, đầu ra là điện áp cấp cho động cơ chấp hành. Bộ điều khiển PID mạch trên cung cấp điện áp cho động cơ tạo ra mô men cản phản ánh lực cản giữa lốp với mặt đường để người lái có cảm giác về các trạng thái lái khác nhau. Với tín hiệu góc quay của bánh xe dẫn hướng và vận tốc ơ tơ sẽ tính ra ra mơ men, mơ men này coi như là một mô men tham chiếu, chênh lệch giữa mô men tham chiếu này và mô men đo được từ động cơ lắp ở vành tay lái (động cơ phản hồi) thiết lập đầu vào cho bộ điều khiển PID, đầu ra là điện áp gửi đến động cơ phản hồi tạo ra mơ men cản, mơ men này có thể bám sát mơ men tham chiếu. Trong nghiên cứu có tính đến việc thay đổi tỷ số truyền lái theo tốc độ xe, bộđiều khiển PID được thiết lập ở một số vận tốc điển hình: 5 km/h, 20 km/h, 60 km/h, 70 km/h, 80 km/h. Mục đích cơ bản của việc điều khiển động cơ phản hồi là tạo ra mô men phản kháng như vận hành thực của xe ô tơ khi đánh lái, hơn nữa nó làm cho việc đánh lái dễ dàng hơn ở vận tốc thấp hoặc khi đỗ xe và đánh lái nặng hơn ở vận tốc cao để cải thiện cảm giác lái bằng cách điều chỉnh mô men phản kháng này. Trong nghiên cứu này, tác giả đã đưa ra phương pháp thay đổi tỷ số truyền lái mong muốn theo tốc độ xe, mơ phỏng mơ hình SBW, sử dụng hai bộ điều khiển PID cho hệ thống cho thấy hiệu quả của chúng khi các bánh xe dẫn hướng bám theo vị trí vành lái, đồng thời người điều khiển có thể nhận được những phản hồi tương ứng khi họ quay vành tay lái. Trong đó đưa ra phương pháp thay đổi tỉ số truyền lái và sử dụng bộ điều khiển PID mô phỏng hệ thống SBW kết quả cho thấy các bánh xe dẫn hướng phía trước có thể bám theo vị trí của vành tay lái, đồng thời người điều khiển có thể nhận được các lực phản hồi khi họ quay vành tay lái.
- Nghiên cứu của các tác giả Chunyan Wang, Dong Zhou, Wanzhong Zhao, Xiaoyue Gu [26] về điều khiển góc quay bánh xe dẫn hướng của hệ thống steer by wire sử dụng thuật tốn PID thích nghi-mờ. Tiến hành mơ phỏng trong các điều kiện làm việc khác nhau cho thấy điều khiển góc bánh xe dẫn hướng dựa trên PID thích nghi - mờ có thể làm cho hệ thống đạt được sự kiểm soát tốt, ổn định trong các điều kiện đó. Kết quả của nghiên cứu này có thể cung cấp cơ sở lý thuyết nhất định để nghiên cứu và áp dụng hệ thống SBW.
- Nghiên cứu của các tác giả Salem Haggag, David Alstrom, Sabri Cetinkunt, and Alex Egelja [27] về hệ thống steer by wire điện – thủy lực, trong nghiên cứu tác gải đã xây dựng mơ hình cho các máy xây dựng cỡ trung, ở đây thuật toán điều khiển sử dụng phần mềm Simulik để mô phỏng. Kết quả cho thấy hiệu quả của bộ điều khiển tuy nhiên hệ thống xử lý chậm và độ tin cậy chưa cao.
- Nghiên cứu của tác giả Yixin Yao về các phương pháp điều khiển cho hệ thống steer by wire [28].
- Nghiên cứu của các tác giả Se-Wook Oh, Ho - chol CHAE, Seok – Chan YUN nghiên cứu thiết kế bộ điều khiển cho hệ thống lái điện [29]. Tác giả đưa ra thuật toán điều khiển tái tạo cảm giác cho động cơ vành lái một cách xác thực. Trong nghiên cứu tác giả sử dụng giản đồ Bond để phân thích thuật tốn điều khiển và đã đưa ra biểu đồ trạng thái cảm giác vánh lái.
- Nhóm nghiên cứu thuộc Trường đại học Swinburne, Melbourne, Úc [30] thiết kế bộ điều khiển trượt thử nghiệm trên mơ hình hệ thống thử nghiệm. Nhóm tác giả cơng bố mơ hình nghiên cứu và kết luận phương pháp điều khiển trượt áp dụng cho hệ thống lái điện sử dụng bộđiều khiển trượt có khảnăng đáp ứng tốt trước các kính thích ngẫu nhiên.
- Nhóm nghiên cứu thuộc trung tâm nghiên cứu hãng Renault, Carlos Canudas- deWit, Xavier Claeys, J. Coudon and Xavier Claeys [31] công bố mơ hình hệ thống lái điện và thử nghiệm hai bộ điều khiển PD và bộ điều khiển thích nghi LQ. Nhóm kết luận rằng khi sử dụng bộ điều khiển thích nghi LQ cho khả năng đáp ứng tốt hơn so với bộ điều khiển PD.
- Nghiên cứu của tác giả Sheikh Muhamad Hafiz [21]: Hai bộ điều khiển PID đã được sử dụng cho hai bánh xe dẫn hướng trước, khi người lái xe giữ và xoay vành lái, một góc điều chỉnh được tạo ra bởi hai động cơ của hệ thống lái, bộ điều khiển PID sẽ điều chỉnh các góc của từng bánh xe dẫn hướng tới góc mong muốn bằng cách tính sai số.
Nghiên cứu về cảm giác lái:
- Phương pháp sử dụng bản đồ mô men, được phát triển bởi tác giả Se Wook Oh [29]. Trong phương pháp này, bản đồ mô men được xây dựng từ tín hiệu cảm biến góc đánh lái và tốc độ chuyển động. Từ bản đồ mô men cản tổng hợp đưa ra tín hiệu
mơ men cản phản hồi. Tín hiệu phản hồi kết hợp với tín hiệu cảm biến gia tốc ngang sẽ quyết định tín hiệu phản hồi cảm giác lên vành lái.
- Phương pháp sử dụng cảm biến mô men phản hồi cảm giác lái được F.Bolourchi phát triển [32]. Đây là phương pháp phản hồi cảm giác được phát triển từ các hệ thống lái trợ lực lái điện. Phương pháp này sử dụng cảm biến mơ men bố trí trên trục nối động cơ chấp hành và cơ cấu lái. Khi mô men cản thay đổi làm cho trục nối bị biến dạng xoắn. Cảm biến mô men xác định mô men gây nên biến dạng xoắn, vị trí dịch chuyển kết hợp tạo thành tín hiệu phản hồi lên vành lái. Bộ điều khiển chính nhận tín hiệu từ cảm biến vị trí góc quay vành lái, mơ men cản tại bánh xe dẫn hướng, sẽ tính tốn cấp tín hiệu phản hồi cảm giác. Bố điều khiển có hai chức năng chính chức năng: điều khiển cảm giác lái và thay đổi tỉ số truyền giữa vành lái và cơ cấu lái.
- Phương pháp sử dụng cảm biến dòng, áp của các tác giả Ba-Hai Nguyen, Jee- Hwan Ryu - School of Mechanical Engineering, Korea University of Technology and Education, Cheonan , Korea[20]. Nghiên cứu đưa ra một phương pháp để tái tạo cảm giác lái xe thực tế của hệ thống lái SBW phương pháp này sử dụng các cảm biến để đo những tác động của điều kiện đường xá, lực bên của lốp. Kết quả mô phỏng sử dụng thiết kế điều khiển và module mô phỏng trong ngơn ngữ lập trình LabVIEW. Các kết quả mơ phỏng cho thấy phương pháp này cung cấp một giải pháp rẻ hơn và đơn giản hơn cho sự phát triển của các hệ thống SBW. Tác giả nghiên cứu tạo cảm giác xác thực nhất trên vành tay lái được tái tạo thơng qua phương pháp đo dịng, áp [33]. Đặc điểm chính của phương pháp này là sử dụng cảm biến đo dòng, áp để đo cường độ dòng điện, điện áp của động cơ đặt tại cơ cấu lái làm tín hiệu phản hồi lên vành lái. Trong nghiên cứu này tác giả sử dụng phần mềm LABVIEW để mơ phỏng đặc tính cảm giác thơng qua phương trình. Tác giả so sánh với các phương pháp tạo cảm giác khác và cho rằng phương pháp này tái tạo cảm giác chính xác, đơn giản và tiết kiệm chi phí hơn so với các phương pháp khác.
- Nghiên cứu của Emad Mehdizadeh, Mansour Kabganian, and Reza Kazemi [34] về phản hồi của hệ thống lái cho lái xe. Mơ hình ơ tơ ảo được sử dụng để tạo ra các lực phản hồi tương ứng với hệ thống lái thông thường.
- Các nghiên cứu của Andrew Liu và Stacey Chang[35] mô tả các kết quả thực nghiệm khi lái xe làm cơ sở phản hồi cảm giác lái khi cho thử nghiệm ở ba điều kiện thử nghiệm khác nhau. Sau khi thử nghiệm ở ba trạng thái quay vòng, tác giả so sánh với các kết quả đã công bố và đưa ra các thảo luận chung.
- Nghiên cứu đầy đủ nhất phải kể đến tác giả Paul Jih [13], trong nghiên cứu này cảm giác lái được khảo sát thông qua các tác động của động lực học của cả xe. Tác giả sử dụng mơ hình động lực học lốp Pacejka để phân tích thành phần gây lên lực cản từ mặt đường làm cơ sở phản hồi lực tác dụng lên vành lái . Ngoài ra tác giả cũng xem xét ảnh hưởng của các tác động trợ lực lái thủy lực lên vành lái.
Nhận xét:
Sau khi tham khảo, phân tích các tài liệu trong và ngồi nước NCS có một số nhận xét sau:
- Các nghiên cứu ở nước ngoài về hệ thống lái SBW tương đối đầy đủ, trong đó tác giả P. Yih [13], đã có nghiên cứu thực nghiệm trên xe ô tô con, tuy nhiên các số liệu thực nghiệm không được công bố; các tác giả khác mới tập trung vào mơ hình, mơ phỏng và chế tạo mơ hình.
- Nghiên cứu tại Việt Nam có nghiên cứu của tác giả Trần Văn Lợi trên mơ hình bán thực nghiệm. Tác giả đã xây dựng cơ sở lý thuyết hệ thống lái cơ khí (khơng có bộ trợ lực thủy lực). Tuy nhiên, khả năng thí nghiệm của các hệ thống trên cịn hạn chế, chưa có các sản phẩm để kiểm chứng và đánh giá.
- Phương pháp tái tạo cảm giác lái bằng phương pháp đo dịng, áp có nhiều ưu điểm cần được tiếp tục nghiên cứu trong luận án ở mức độ hoàn chỉnh hơn.
- Phần lớn các nghiên cứu về hệ thống lái SBW là những nghiên cứu học thuật được chứng minh bằng mô phỏng, các số liệu đầu vào cho mơ hình chưa chính xác với các điều kiện hoạt động cụ thể của xe thật trên đường. Do đó cần thiết có nghiên cứu đầy đủ hơn về hệ thống lái SBW với đề tài “ Nghiên cứu hệ thống lái SBW điện tử - thủy lực” và mục tiêu cuối cùng là chuyển đổi hệ thống lái thơng thường có trợ lực thủy lực sang hệ thống lái SBW điện tử - thủy lực trên một ơ tơ cụ thể có thể hoạt động được trên đường giao thông theo luật định.
1.4 Mục tiêu, nội dung và phương pháp nghiên cứu của luận án 1.4.1 Mục tiêu nghiên cứu