LỜI CAM ĐOAN Tôi cam đoan đây là công trình nghiên cứu của tôi. Các số liệu, kết quả nêu trong luận văn là trung thực và chưa từng được ai công bố trong bất kỳ công trình nào khác. Hồ Chí Minh, ngày 10 tháng 09 năm 2012 Học viên thực hiện Nguyễn Thanh Minh LỜI CẢM ƠN Trong suốt quá trình thực hiện luận văn này, tôi được sự hướng dẫn tận tình của thầy TS. Nguyễn Bá Hải, xin chân thành cảm ơn thầy đã giúp đỡ và truyền thụ những kiến thức quý báu giúp em vượt qua được những khó khăn để hoàn thành đề tài.
Xin cảm ơn quý thầy cô giảng dạy lớp cao học đã truyền thụ những kiến thức quý báu, bổ ích để phục vụ cho công tác sau này và trong quá trình thực hiện luận văn. Xin cảm ơn các bạn trong nhóm Hocdelam đã giúp đỡ và hỗ trợ trong suốt thời gian thực hiện luận văn. Xin cảm ơn các anh chị học viên cao học khóa 2010 - 2012 đã giúp đỡ và đóng góp những ý kiến quý báu trong quá trình học tập tại trường. Xin cảm ơn cha mẹ, các em đã động viên giúp đỡ vật chất lẫn tinh thần giúp tôi vượt qua những khó khăn để hoàn thành luận văn này.
Hồ Chí Minh, tháng 10 năm 2012 Học viên thực hiện Nguyễn Thanh Minh Tóm tắt Trong đề tài “Nghiên cứu và phát triể n hê ̣ thố ng chuyển số gián tiếp phục vụ điều khiển ôtô từ xa” có nhiều vấn đề mở ra liên quan đến công nghệ “by-wire” bao gồm việc lựa chọn cơ cấu chấp hành, tính toán thời gian trễ và độ tin cậy của hệ thống. Đề tài này tập trung vào phát triển một hệ thống chuyển số gián tiếp (shift- by-wire) dựa trên cơ sở động cơ điện và đo thời gian giữa hệ thống điều khiển gián tiếp và điều khiển gián tiếp từ xa. Chuyển số gián tiếp là hệ thống mà các cơ cấu cơ khí được thay thế bằng các cảm biến và cơ cấu chấp hành. Chuyến số gián tiếp từ xa là việc điều khiển chuyển số thông qua đường truyền vô tuyến.
Hệ thống bao gồm 1 động cơ điện một chiều để dẫn động cần chuyển số và các công tắc hành trình để xác định vị trí số, cùng các card giao tiếp và mạch khuếch đại và được lập trình điều khiển thông qua phần mềm LabVIEW. Hệ thống cơ bản vẫn giữ nguyên kết cấu cơ khí ban đầu, tác giả thiết kế hệ thống mới gắn song song với hệ thống hiện tại được điều khiển thông qua nút nhấn tích hợp trên vô lăng hoặc điều khiển từ xa thông qua mạng không dây 3G. Do đó ta có thể điều khiển chuyển số ở 3 chế độ: trực tiếp, gián tiếp hoặc điều khiển từ xa. Nghiên cứu này được chứng minh bằng kết quả thực nghiệm trên xe một xe quân sự 4 chỗ được cải tạo từ xe sân golf.
Abstract In this research a shift-by-wire system is studied. There are several issues related to “by-wire” technology including actuator types, time delay in “by-wire” system, redundancy,etc… This project focuses on developing a DC motor-based shift-by-wire system and the measurement of time delay in indirect control and teleperation control. Indirect control of a shift-by-wire system is the case when mechanical cable is replaced with electrical sensors and actuator. Teleoperation is the case when the shift-by-wire of vehicle is controlled at a distance.
The system includes one DC motor to drive the shift lever and the switchs to determine the shift position, with the interface card, the amplifier circuit and control programme through LabVIEW software. Basically, system remains the original mechanical structure, authors designed a new system mounted parallelly with the current system, The proposed shift-by-wire is controlled through the integrated buttons on the steering wheel or teleoperation control via 3G wireless network. Thus we can control the tranmission in three modes: direct, indirect and teleoperaton control. This research is investigated with experimental results bassed on a 4 seat military vehicle.
Nghiên cứu và phát triển hệ thống chuyển số gián tiếp phục vụ cho ô tô điều khiển từ xa MỤC LỤC MỤC LỤC. 1 DANH MỤC TỪ VIẾT TẮT. 6 MỤC LỤC HÌNH. 8 MỤC LỤC BẢNG.
12 CHƢƠNG 1: TỔNG QUAN.1 Tổng quan và lý do chọn đề tài .2 Mục đích và nhiệm vụ nghiên cứu .1 Mục đích nghiên cứu .2 Nhiệm vụ nghiên cứu.3 Đối tƣợng nghiên cứu.4 Điểm mới của đề tài.5 Phƣơng pháp nghiên cứu.6 Phạm vi nghiên cứu .7 Tình hình nghiên cứu trong và ngoài nƣớc .1 Tình hình nghiên cứu trong nước .2 Tình hình nghiên cứu nước ngoài. 16 CHƢƠNG 2:CƠ SỞ LÝ THUYẾT .1 Tổng quan về các loại hộp số trên ô tô .1 Hộp số thường.1 Công dụng của hộp số thường .2 Cấu tạo hộp số thường .3 Nguyên lý hoạt động hộp số thường .4 Ưu điểm và nhược điểm của hộp số thường .2 Hộp số tự động có cấp .1 Khái quát về hộp số tự động có cấp .2 Cấu tạo và nguyên lý hộp số tự động có cấp .3 Ưu điểm và nhược điểm của hộp số tự động có cấp .Nguyễn Bá Hải 1 HVTH:Nguyễn Thanh Minh Nghiên cứu và phát triển hệ thống chuyển số gián tiếp phục vụ cho ô tô điều khiển từ xa 2.3 Hộp số tự động vô cấp .1 Khái quát hộp số vô cấp .2 Cấu tạo và nguyên lý hoạt động của các loại hộp số tự động vô cấp.1 Hộp số tự động vô cấp FORD CTX (Continuously Variable Transaxle).2 Hộp số tự động vô cấp Extroid CVT (Continuously Variable Automatic Transmission ) của Nissan.3 Ưu điểm và nhược điểm của hộp số tự động có cấp .2 Hệ thống chuyển số gián tiếp (Shift-by-wire) .1 Khái quát về hệ thống chuyển số gián tiếp (Shift-by-wire) .2 Ưu điểm và nhược điểm của hệ thống .3 Tình hình nghiên cứu hệ thống chuyển số gián tiếp các hãng .1 Hệ thống SmartShift của hãng sản xuất xe đầu kéo Freightliner .2 Hệ thống X-by-wire trên xe BMW 7 series .3 Hệ thống chuyển số gián tiếp từ xa .1 Khái quát hệ thống điều khiển chuyển số gián tiếp từ xa .2 Ưu điểm và nhược điểm của hệ thống điều khiển chuyển số gián tiếp từ xa 36 2.3 So sánh các hệ thống chuyển số .4 Các vấn đề khó khăn đặt ra khi thiết kế hệ thống chuyển số gian tiếp .4 Cơ sở lý thuyết cảm giác xúc giác (haptics) .2 Ứng dụng công nghệ haptics .1 Ứng dụng trong lĩnh vực ô tô .1 Thiết bị giao diện điều khiển từ xa .2 Thiết bị iDrive Touch trên BMW .2 Ứng dụng trong lĩnh vực y tế .1 Cánh tay phẫu thuật ROBOCAST .2 Máy cảm biến siêu nhỏ cho phẫu thuật viên .3 Ứng dụng trong lĩnh vực công nghệ máy tính .Nguyễn Bá Hải 2 HVTH:Nguyễn Thanh Minh Nghiên cứu và phát triển hệ thống chuyển số gián tiếp phục vụ cho ô tô điều khiển từ xa 2.1 Công nghệ màn hình cảm ứng Tixel .2 Thiết bị chơi game Angry Birds .3 Chuột không dây Suma công nghệ cảm biến xúc giác .4 Ứng dụng trong lĩnh vực khác .1 Nokia và công nghệ xúc giác .2 Ngón tay xúc giác .5 Giới thiệu phần mền LabVIEW .2 Lập trình với LabVIEW .4 Thuật toán PID và ứng dụng vào điều khiển động cơ DC.1 Khái niệm thuật toán PID .2 Bản chất toán học của thuật toán PID .3 Điều khiển PID cho động cơ DC.4 Điều khiển vị trí động cơ DC bằng khâu P .5 Thuật toán điều khiển từ xa qua mạng wifi .6 Chương trình truyền dữ liệu từ máy Server .7 Chương trình nhận dữ liệu từ máy Client .6 Tổng quan về mạng không dây .1 Giới thiệu về mạng không dây.2 Các mô hình mạng không dây .2 Mô hình Ad-Hoc .3 Mô hình Infrastructure.3 Đánh giá mạng không dây .2 Nhược điểm .7 Công nghệ truyền dữ liệu qua 3G .1 Giới thiệu mạng 3G .Nguyễn Bá Hải 3 HVTH:Nguyễn Thanh Minh Nghiên cứu và phát triển hệ thống chuyển số gián tiếp phục vụ cho ô tô điều khiển từ xa CHƢƠNG 3: THIẾT KẾ CHẾ TẠO VÀ XÂY DỰNG THUẬT TOÁN CHO HỆ THỐNG .1 Chế tạo hệ thống chuyển số từ xa .1 Giới thiệu sơ đồ hệ thống chuyển số điều khiển gián tiếp từ xa.2 Chế tạo phần cơ khí của mô hình xe điều khiển gián tiếp từ xa .3 Chế tạo hệ thống chuyển số gián tiếp từ xa .1 Cần chuyển số trong phòng điều khiển .2 Laptop dùng cho server và client .3 Card USB HDL 9090 .4 Động cơ dẫn động cơ cấu chuyển số .5 Công tắc hành trình .2 Thiết kế phần điện của cơ cấu chuyển số gián tiếp từ xa .1 Mạch điện được thiết kế điều khiển.2 Mạch điện cơ cấu chuyển số gián tiếp trên xe .3 Xây dựng phần mềm điều khiển cơ cấu chuyển số gián tiếp điều khiển từ xa .1 Lưu đồ thuật toán cho hệ thống chuyển số gián tiếp từ xa .2 Thiết kế phần mềm .1 Chương trình server trong xe .2 Chương trình server client trong phòng điều khiển .3 Chương trình client trong xe. 95 CHƢƠNG 4: THÍ NGHIỆM VÀ KẾT QUẢ .1 Mục tiêu thử nghiệm .2 Kết quả thử nghiệm .1 Đo thời gian chuyển số gián tiếp và gián tiếp từ xa .2 Đo thời gian trễ của tín hiệu mạng 3G bằng thuật toán .1 Thuật toán tính thời gian trễ của tín hiệu mạng .2 Chương trình đo thời gian trễ .Nguyễn Bá Hải 4 HVTH:Nguyễn Thanh Minh Nghiên cứu và phát triển hệ thống chuyển số gián tiếp phục vụ cho ô tô điều khiển từ xa CHƢƠNG 5: KẾT LUẬN VÀ HƢỚNG PHÁT TRIỂN .2 Hƣớng phát triển. 104 TÀI LIỆU THAM KHẢO .Nguyễn Bá Hải 5 HVTH:Nguyễn Thanh Minh Nghiên cứu và phát triển hệ thống chuyển số gián tiếp phục vụ cho ô tô điều khiển từ xa DANH MỤC TỪ VIẾT TẮT LabVIEW (Laboratory Virtural Instrumentation Engineering Workbench) CVT (continuously variable transmission) DCT (dual–clutch transmission ) CTX (Continuously Variable Transaxle) 3G (3rd generation of mobile telecommunications technology) NI (National Instruments) USB(Universal Serial Bus) PCI (Peripheral Component Interconnect) PID (Proportional–Integral–Derivative) DC (Direct current) TCP/IP (Transmission Control Protocol and Internet Protocol ) IO (Input Output) ADC (Analog-to-digital converter) PWM (Pulse-width modulation) GND (Ground) CNT (Counter) DI (Digital) SW (Switch) Wireless LAN (Wireless Local Area Network) FCC (The Federal Communications Commission) IEEE (Institute of Electrical and Electronics Engineers) AP (Access point) UMTS (Universal Mobile Telecommunication System) 3GPP (The 3rd Generation Partnership Project) W-CDMA (Wideband Code Division Multiple Access) GSM(Global System for Mobile Communications, Groupe Spécial Mobile) GVHD: TS.