CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN 1. Giới thiệu chung về ô tô điện Gồm ba hệ thống chủ yếu: hệ động lực điện, hệ thống năng lượng, và hệ thống phụ trợ. [1] - Hệ động lực điện bao gồm: hệ thống điều khiển xe, bộ chuyển đổi điện, các động cơ điện, và bánh chủ động. - Hệ thống năng lượng bao gồm: nguồn năng lượng, bộ phận quản lý năng lượng.
- Hệ thống phụ trợ bao gồm: trợ lực lái, điều hòa, nguồn cung cấp năng lượng phụ trợ. Bộ quản lý Hệ thống Nguồn điện Pin năng lượng điều hòa Động cơ Truyền Tay lái Trung tâm điện động cơ khí xử lí Chân ga tín hiệu Góc lái Chân thắng bánh xe Hình 1. 1 – Hoạt động ô tô điện 10 1. Giới thiệu chung về ô tô điện tự động 1.
Khái niệm Ô tô điện tự động là một chiếc ô tô điện có một hệ thống lái tự động cho phép nó vận hành một cách an toàn từ nơi này đến nơi khác mà không có sự can thiệp từ con người, tránh trở ngại về thời tiết, tránh vật cản trên đường và xe khác. Ưu điểm – Nhược điểm + Ưu điểm về mặt kỹ thuật + Hạn chế lỗi của con người trong khi vận hành, an toàn hơn khi lưu thông. + Công nghệ cảm biến hiện đại có thể thích ứng tốt hơn với môi trường, tăng tầm nhìn, phát hiện được chướng ngại vật nhỏ hơn và tinh tế hơn. + Thân thiện với môi trường, giảm thiểu tiếng ồn.
+ Người bị khuyết tật và người cao tuổi vẫn có thể sử dụng được ô tô. + Ô tô có thể tự đi tìm chỗ và đậu chính nó, tiết kiệm thời gian. + Khuyết điểm về mặt kỹ thuật + Cần phải đảm bảo chất lượng tốt nhất vì chỉ cần một trục trặc nhỏ cũng có thể dẫn đến những hậu quả nghiêm trọng. + Không phân định được trách nhiệm khi có hậu quả xảy ra.
+ Khi những Hacker thâm nhập vào phần mềm sẽ kiểm soát được xe. + Thời tiết khắc nghiệt có thể ảnh hưởng đến chất lượng cảm biến. + Hệ thống cơ sở hạ tầng giao thông cần phải thay đổi. Nguyên lý hoạt động ô tô điện tự động Bộ quản lý Hệ thống Nguồn điện Pin năng lượng điều hòa Trung tâm xử lý tín Động cơ Truyền hiệu và điện động cơ khí điều khiển Hệ thống Môi Hệ thống xử lý tín Góc lái trường cảm biến hiệu cảm bánh xe biến Hình 1.
2 - Nguyên lý hoạt hộng ô tô điện tự động hoàn toàn 1. Những hệ thống hỗ trợ tích hợp trên xe ô tô điện tự động 1. Autonomous Cruise Control (ACC) Autonomous Cruise Control ( Kiểm Soát Hành Trình Tự Động), sử dụng bộ điều tốc ly tâm để điều khiển vị trí của bướm ga. Hệ thống kiểm soát tốc độ của xe trong mọi tình huống khi vận hành, đặc biệt như khi lên dốc và xuống dốc.
Global Positioning System Control Global Positioning System (GPS), sử dụng cảm biến vô tuyến thu phát tín hiệu đến vệ tinh. Là hệ thống dẫn đường, cung cấp thông tin vị trí, thời gian và điều kiện thời tiết ở bất cứ nơi nào trên trái đất. Attention Warning System Attention Warning System ( Hệ Thống Cảnh Báo Tạo Sự Chú Ý ), sử dụng cảm biến hồng ngoại đặt trong cabin để theo dõi người lái, hệ thống sẽ cảnh báo khi người lái dấu hiệu buồn ngủ bằng hay mất tập trung (sử dụng điện 12 thoại, hoặc không nhìn thẳng khi lái xe) bằng cách phát ra âm thanh để gây sự chú ý và cảnh báo cho tài xế khi có sự cố xảy ra phía trước. Collision Avoidance System: Collision Avoidace System ( Hệ Thống Tránh Va Chạm), sử dụng hệ thống cảm biến Radar - Laser - Camera để quan sát.
Hệ thống được thiết kế cho xe ô tô tự động giúp xe chuyển động an toàn, tránh va chạm. Automatic Parking Assist System Automatic Parking Assist System là hệ thống hỗ trợ đậu xe tự động cho những dòng xe tự hành. Hệ thống có thể điều khiển xe tự tìm chỗ đậu xe và đưa xe từ làn đường giao thông vào chỗ đậu xe theo hướng song song, vuông góc hoặc theo góc cho trước của bãi giữ xe. Những phương pháp điều khiển xe điện đã được nghiên cứu 1.
Phương pháp điều khiển mờ ( Fuzzy Control) Hệ thống điều khiển được nghiên cứu bởi Tingjian Zhong và Meilian Qiu [14]. Thiết kế phần cứng của hệ thống điều khiển không chỉ ảnh hưởng đến hiệu suất tổng thể của chiếc xe thông minh, mà còn liên quan đến chi phí sản xuất. Hệ thống gồm những mô-đun sau, bộ xử lý MC9S12DG128, mô-đun điều khiển servo, mô-đun thu nhận hình ảnh, mô-đun thu nhận vận tốc. Thuật toán điều khiển xe thông minh là cốt lõi của toàn bộ hệ thống, bao gồm: thuật toán điều khiển tốc độ bánh xe sau và thuật toán điều khiển cho góc lái bánh trước.
Sơ đồ thuật toán điều khiển xe thông minh được thể hiện ở hình dưới (Hình 1. 13 Road Recognition Transmitter Black Lateral Angle Control Front Wheel Track Deviation Parameter Turning Angle Fuzzy Servo Controller Vehicle Forward Given Speed Speed Speed Road Value Error Intelligent DC Recognising PID Control Motor Speed Sensor Hình 1. 3 – Hệ thống điều khiển [14] Phương pháp điều khiển bám theo đường dẫn cho trước ứng dụng thuật toán Fuzzy Control. Bộ điều khiển được thiết kế như hình dưới đây (Hình 1.
Fuzzy Controller Information Base Data Base Rule Base Fuzzy Inference Clear Executing A/D D/A Interface Module Interface Agency Sensor Hình 1. 4 – Bộ điều khiển Fuzzy Control [14] 14 Hình 1. 5 – Hình ảnh thu nhận nh từ camera [14 14] Hình 1. 6 – Thhực nghiệm m trên đường đư ng ch chữ S [14 14] Hình 1.
7 – Thhực nghiệm m trên góc cong ggắt [14 14] 15 1. Phương pháp điều đi khiểển neural ( Neural Networks Control System) System Hệ thống ng đi điều khiển n được đư c nghiên ccứu bở ởi Dean A. Pomerleau – Carnegie Mellon University [15]. Nghiên ccứu u này trình bày các kkỹ thuậtt đào tạo t o cho phép ALVINN (Autonomous Land Vehicle In a Neural Network) hhọcc dưới dư i 5 phút đđể tự chủ ch kiểm m soát Navlab bằng ng cách quan sát phản ph ứng ng đi điều khiển n của c a con ngư người vớii các tình huống hu mới.
Sử dụng ng nh những kỹ thuậtt này, ALVINN đã đ đượcc đào ttạo để lái xe trong một m loạtt các tình hu huống ng bao gồm g cả đư đường ng 1 làn có trải tr i nh nhựa đường ng và không trải tr nhựaa đường, ng, đư đường nhiều u làn có trả trải nhựaa đường đư ng và không tr trảii nhựa nh đường, ng, đường đư ng có line và không có line, đường đư ng có chư chướng ng ngại ng vậtt và đư đường g off-road, off road, với v tốc độộ lên tớii 55 ddặm m trên giờ. 8 – Thiếtt bị b ALVINN [15] 16 Hình 1. 9 – Cấuu trúc m mạng ng nhận nh dạng ng khu vvực [15] Hình 1. 10 – Cấuu trúc m mạng ng cho hệ h thống ng llái tự độ ộng [15] 17 Hình 1.
11 – Quá trình hu huấ ấn luyệnn cho hhệ thống ng [15] Hình 1. 12 – Hình ảnh nh nh những dạng ng mẫu m đườ ờng để huấn n luyện luy [15 15] Hình 1. 13 – Những dạng ng đường đư ng th thực tế [15] 15] 18 Hình 1. 14 – Mô ph phỏng ng khi xe lệch l ch hư hướng [15 15] Hình 1.
15 – Kết K quả mô ph phỏng ng khi xe quay lạ l hướng lại ng ban đầu đ [15 15] 19 1. Vấn đề nghiên cứu của luận văn 1. Đầu bài đặt ra Mục tiêu chính của luận văn là tập trung vào việc nghiên cứu, thiết kế bộ điều khiển cho xe ô tô điện bốn bánh đi theo quỹ đạo cho trước. Công việc chính cần giải quyết: * Mô hình hóa hệ thống.
* Thiết kế giải thuật điều khiển. * Thực nghiệm kiểm chứng. Phạm vi nghiên cứu của luận văn Luận văn này tập trung việc nghiên cứu loại hình xe ô tô bốn bánh, cơ cấu lái hình thang theo chuẩn cơ cấu lái Ackerman, ô tô truyền động bằng bộ vi sai. Nội dung thực hiện trong luận văn Trong luận văn này tác giả tập trung vào việc thiết kế bộ điều khiển cho xe ô tô điện tự động bám theo line cho trước.
Nên việc đầu tiên là tác giả sẽ mô hình hóa hệ thống dựa trên sơ đồ nguyên lý của xe ô tô bốn bánh. Sau khi mô hình hóa được hệ thống, tác giả sẽ tìm được những sai số khi xe chuyển động để thiết kế bộ điều khiển phù hợp. Tác giả sử dụng phần mềm matlab mô phỏng hệ thống để kiểm tra độ chính xác và tính khả thi của bộ điều khiển. Tác giả sẽ sử dụng mô hình xe ô tô bốn bánh có nguyên lý giống với ô tô thật để kiểm chứng tính hiệu quả của bộ điều khiển.
Ý nghĩa khoa học của luận văn Nghiên cứu trong luận văn này là cơ sở để thiết kế bộ điều khiển cho xe bus tự hành. Là bước đầu tiên trong việc thiết kế và chế tạo xe ô tô điện tự hành ở Việt Nam trong tương lai. 20 CHƯƠNG 2: LỰA CHỌN PHƯƠNG ÁN 2. Lựa chọn đối tượng điều khiển 2.
Xe ô tô 4 chỗ truyền động cầu vi sai phía trước * Ưu điểm: loại bỏ được cơ cấu truyền động từ trước ra sau, giảm bớt chi tiết dẫn đến giảm bớt khối lượng của xe. Động cơ đặt phía trên trục trước nên trọng lượng của nó được truyền thẳng xuống bánh dẫn động khiến độ bám đường tăng lên, giúp xe hoạt động tốt ở các mặt đường trơn trượt. * Nhược điểm: trọng lượng tập trung phân bố xuống phía trước, hệ dẫn động cầu trước rất khó tăng tốc và luôn thất thế trên các đoạn đường thẳng. Rất dễ bị hiện tượng trượt (oversteer), tức bánh sau bị trượt và không còn ma sát.
Tất cả nhiệm vụ định hướng, phanh và tăng tốc lên hai bánh trước. Xe ô tô 4 chỗ truyền động cầu vi sai phía sau * Ưu điểm: tỉ lệ phân bổ trọng lượng trước - sau tốt hơn và có thể dễ dàng điều chỉnh. Khắc phục mọi nhược điểm của xe dẫn động cầu trước. Đem lại cảm giác lái tốt hơn.
* Nhược điểm: có giá thành đắt hơn. Trọng lượng nặng hơn. Sức mạnh của động cơ truyền tới các bánh xe bị hao hụt nhiều hơn, tiêu thụ nhiều nhiên liệu hơn. Lựa chọn: Tác giả chọn kiểu truyền động cầu vi sai phía sau do dễ điều khiển và giảm hiện tượng trượt cho xe.
