Nghiên cứu ổn định hệ thống lái không trục tại vị trí giới hạn quay vòng

LÝ LỊCH KHOA HỌC

LỜI CAM ĐOAN

LỜI CÁM ƠN

TÓM TẮT

ABSTRACT

DANH SÁCH CÁC TỪ VIẾT TẮT

DANH SÁCH CÁC HÌNH

DANH SÁCH CÁC BẢNG

MỤC LỤC

1. PHẦN I: DẪN NHẬP

1.1. Tổng quan chung về lĩnh vực nghiên cứu

1.2. Các nghiên cứu ngoài và trong nước

1.2.1. Nghiên cứu ngoài nước

1.2.2. Nghiên cứu trong nước

1.3. Mục đích của đề tài

1.4. Nhiệm vụ và giới hạn của đề tài

1.5. Phương pháp nghiên cứu

2. PHẦN II: NỘI DUNG

2. CHƯƠNG I: CƠ SỞ LÝ THUYẾT

2.1. Lịch sử hệ thống lái

2.2. Tổng quan hệ thống lái trên ô tô

2.2.1. Công dụng của hệ thống lái

2.2.2. Yêu cầu của hệ thống lái

2.2.3. Phân loại hệ thống lái

2.2.4. Các góc đặt bánh xe

2.2.5. Độ chụm của bánh xe

2.2.6. Bán kính quay vòng

2.3. Ứng dụng công nghệ lái không trục lái (SBW) trên ô tô

2.3.1. Xe ô tô điện Mini Land Glider của Nissan

2.3.2. Sản phẩm hãng xe GM Hy – Wire

2.3.3. Sản phẩm của hãng xe Mercedes và SuRai của Trung Quốc

2.3.4. Hệ thống lái điều khiển bằng dây (Drive – by – Wire) trên xe Infiniti của Nissan

2.3.5. Xe hơi mới cho tương lai

2.3.6. Ứng dụng công nghệ by Wire trên động cơ của Honda Odyssey

2.4. Những cải tiến của Steer – by – Wire

2.5. Những lợi ích kỹ thuật của Steer – by – Wire

2.6. Cơ sở lý thuyết cảm giác xúc giác (haptics)

2.6.1. Lịch sử haptics

2.6.2. Cấu trúc các hệ thống haptics

2.6.3. Các thiết bị giao diện haptics

2.6.3.1. Thiết bị Exoskeletons và Stationary

2.6.3.2. Găng tay và các thiết bị tay cầm

2.6.3.3. Thiết bị Point Sources and Specific Task

2.6.4. Mô phỏng cấu trúc thực tế ảo

2.6.5. Các thuật toán biểu diễn haptics

2.6.6. Phạm vi ứng dụng của haptics

2.7. Con người tương tác với robot

2.8. Giới thiệu phần mềm LabVIEW

2.9. Thuật toán điều khiển động cơ DC

2.9.1. Phương pháp điều khiển vận tốc động cơ DC

2.9.2. Thuật toán điều khiển vận tốc

2.9.3. Thuật toán PID và ứng dụng vào điều khiển động cơ DC

2.9.3.1. Khái niệm thuật toán PID

2.9.3.2. Bản chất toán học của thuật toán PID

2.9.3.3. Thực hành điều khiển PID cho động cơ

2.9.4. Các lưu ý khi thiết kế bộ điều khiển PID

2.9.5. Điều khiển vị trí động cơ DC bằng thuật toán PID

2.9.6. Điều khiển vị trí động cơ DC bằng khâu P

2.9.7. Điều khiển vị trí động cơ DC bằng khâu PI

2.9.8. Điều khiển vị trí động cơ DC bằng khâu PID

3. CHƯƠNG 2: THUẬT TOÁN TÁI TẠO CẢM GIÁC LÁI

3.1. Giới thiệu hệ thống lái không trục lái (Steer – by – Wire)

3.2. Ứng dụng Steer – by – Wire trên ô tô

3.2.1. Hệ thống Steer – by – Wire là gì?

3.2.2. Sự phát triển của hệ thống Steer – by – Wire

3.2.3. Hệ thống lái thường và hệ thống lái không trục lái

3.2.4. Mô hình động học của hệ thống lái không trục lái

3.2.5. Cấu trúc điều khiển hệ thống SBW

3.2.6. Mô men vô lăng và cảm giác lái

3.2.7. Theo dõi góc bánh xe

3.2.8. Mô men phản hồi hệ thống bánh xe

3.2.9. Thuật toán điều khiển hệ thống SBW

3.2.9.1. Điều khiển động cơ vô lăng

3.2.9.2. Điều khiển động cơ bánh xe

3.3. Các phương pháp tái tạo cảm giác lái

3.3.1. Phương pháp dựa trên mô hình động lực học

3.3.2. Phương pháp dựa trên bản đồ mô men cảm giác lái

3.3.3. Phương pháp dựa vào cảm biến mô men

3.3.4. Phương pháp dựa trên dòng tín hiệu đo

3.3.4.1. Tổng quan về phương pháp đo

3.3.4.2. Sự tái tạo cảm giác lái

3.3.4.3. Điều khiển tự do

3.3.4.4. Điều khiển tự do

I. Giới thiệu về hệ thống lái không trục

Hệ thống lái không trục, hay còn gọi là Steer-by-Wire (SBW), là một công nghệ hiện đại trong lĩnh vực ô tô. Công nghệ này cho phép loại bỏ trục lái truyền thống, thay thế bằng các cảm biến và bộ điều khiển điện tử. Điều này không chỉ giúp giảm trọng lượng xe mà còn tạo ra không gian rộng rãi hơn trong buồng lái. Tuy nhiên, một trong những thách thức lớn nhất của hệ thống này là việc tái tạo cảm giác lái cho người điều khiển. Theo nghiên cứu, việc mất cảm giác lái có thể dẫn đến sự không an toàn trong quá trình điều khiển xe. Do đó, việc nghiên cứu và phát triển các phương pháp tái tạo cảm giác lái là rất cần thiết.

1.1. Lịch sử phát triển hệ thống lái

Hệ thống lái đã trải qua nhiều giai đoạn phát triển từ những ngày đầu của ô tô. Ban đầu, hệ thống lái cơ khí truyền thống được sử dụng, nhưng với sự phát triển của công nghệ, hệ thống lái điện tử đã ra đời. SBW là một bước tiến lớn trong công nghệ lái, cho phép điều khiển chính xác hơn và linh hoạt hơn. Nghiên cứu cho thấy rằng SBW có thể cải thiện hiệu suất lái xe, nhưng cũng cần phải giải quyết vấn đề cảm giác lái để đảm bảo an toàn cho người sử dụng.

II. Ứng dụng công nghệ SBW trong ô tô

Công nghệ SBW đang được áp dụng rộng rãi trong các mẫu xe hiện đại. Các nhà sản xuất ô tô như Nissan và GM đã phát triển các mẫu xe thử nghiệm với hệ thống lái không trục. Những ứng dụng này không chỉ giúp cải thiện tính năng điều khiển mà còn mang lại trải nghiệm lái tốt hơn cho người dùng. Tuy nhiên, việc triển khai công nghệ này cũng đặt ra nhiều thách thức, đặc biệt là trong việc đảm bảo độ tin cậy và an toàn của hệ thống. Các nghiên cứu hiện tại đang tập trung vào việc phát triển các thuật toán điều khiển để cải thiện cảm giác lái và ổn định hệ thống.

2.1. Lợi ích của hệ thống lái không trục

Hệ thống lái không trục mang lại nhiều lợi ích cho người sử dụng. Đầu tiên, nó giúp giảm trọng lượng xe, từ đó cải thiện hiệu suất nhiên liệu. Thứ hai, việc loại bỏ trục lái truyền thống tạo ra không gian rộng rãi hơn trong buồng lái, giúp tăng cường sự thoải mái cho hành khách. Cuối cùng, SBW cho phép các nhà thiết kế linh hoạt hơn trong việc bố trí các hệ thống khác trên xe. Tuy nhiên, để đạt được những lợi ích này, cần phải giải quyết vấn đề cảm giác lái và độ ổn định của hệ thống.

III. Phương pháp nghiên cứu và thí nghiệm

Nghiên cứu này sử dụng các phương pháp thí nghiệm thực tế để kiểm tra tính ổn định của hệ thống lái không trục tại vị trí giới hạn quay vòng. Các thí nghiệm được thực hiện trên mô hình mô phỏng, cho phép đánh giá các chỉ số như vị trí, lực và mô men. Kết quả cho thấy rằng phương pháp ổn định tay lái được đề xuất có thể cải thiện cảm giác lái và ổn định vành tay lái. Điều này cho thấy rằng việc nghiên cứu và phát triển các phương pháp ổn định là rất quan trọng trong việc nâng cao tính an toàn và hiệu suất của hệ thống lái không trục.

3.1. Kết quả thí nghiệm

Kết quả thí nghiệm cho thấy rằng phương pháp ổn định tay lái tại vị trí giới hạn quay vòng đã cải thiện đáng kể cảm giác lái so với các phương pháp truyền thống. Các chỉ số như vị trí, lực và mô men đều cho thấy sự ổn định cao hơn. Điều này chứng tỏ rằng việc áp dụng các thuật toán điều khiển hiện đại có thể mang lại những cải tiến rõ rệt trong hệ thống lái không trục. Nghiên cứu này không chỉ có giá trị lý thuyết mà còn có ứng dụng thực tiễn cao trong ngành công nghiệp ô tô.

Luận văn thạc sĩ HCMUTE: Nghiên cứu ổn định hệ thống lái không trục tại vị trí giới hạn quay vòng