MỞ ĐẦU 1.1 Lý do chọn đề tài Ngày nay, có rất nhiều ứng dụng trên xe điều khiển từ xa để phục vụ khi hoạt động ở giám sát an ninh cho các tòa nhà, vùng nguy hiểm, vùng độc hại v.Khi xe hoạt động(thông qua người lái điều khiển từ xa),để xe di chuyển một cách an toàn,linh hoạt thì trên xe điều khiển từ xa cần phải có hệ thống lái gián tiếp để kiểm soát sự chuyển động của xe theo đúng quỹ đạo mà người điều khiển đã chọn. Hệ thống lái gián tiếp từ xa trên xe phải đảm bảo về tính an toàn,chính xác,linh hoạt và đặc biệt là người điều khiển phải có được cảm giác lái thực trên vô lăng điều khiển khi xe hoạt động.Khi người lái điều khiển vô lăng lái,thì các bánh xe dẫn hướng phải đáp ứng kịp thời và chính xác theo góc quay của vô lăng thông qua cơ cấu lái nhằm đưa xe đi đúng hướng mà người điều khiển đã chọn. Ở Việt Nam hiện nay,xe điều khiển từ xa vẫn chưa được quan tâm đúng mức.Trong tương lai gần,chúng ta mong muốn rằng việc điều khiển các xe từ xa thông qua mạng WIFI hay 3G không còn là điều hiếm hoi và đó là một trong những phương tiện, những công cụ thay thế con người làm việc trong những môi trường độc hại,nguy hiểm nhằm đảm bảo an toàn cho con người tránh được những độc hại gây mất mát trong cuộc sống. Đó là lý do để tác giả nghiên cứu và cho ̣n đề tài:“Nghiên cứu và phát triể n thuật toán điều khiên lái:tự động và từ xa cho các phương tiện” Tác giả thực hiện nghiên cứu đề tài “Nghiên cứu và phát triể n thuật toán điều khiên lái:tự động và từ xa cho các phương tiện” .Nhìn chung để thực hiê ̣n đề tài, tác giả đã tìm hiể u nghiên cứu các nguồ n tài liê ̣u rấ t ha ̣n chế có đươ ̣c từ những bài báo khoa ho ̣c trong và ngoài nước.2 Mục đích và nhiệm vụ nghiên cứu 1.1 Mục đích nghiên cứu Vận dụng lý thuyết về hê ̣ thố ng lái không trục lái trên ôtô, lý thuyết thuật toán điều khiển động cơ DC, viết chương trình giao tiếp và thực nghiệm thuật toán hê ̣ thố ng lái không trục lái trên ôtô, từ đó hoàn thiện và phát triển thuật toán điều khiển lái: tự động GVHD: TS.
Nguyễn Bá Hải Trang 1 Luan van Trường Đại Học SPKT TP.HCM – từ xa cho các phương tiện, đó cũng chính là tiền đề quan trọng trong các bước phát triển cho hệ thống lái điều khiển từ xa và lái xe tự động trong tương lai. Cụ thể như sau: - Đề xuất được thuật toán điều khiển hệ thống SBW. - Nghiên cứu các yếu tố ảnh hưởng đến cảm giác lái. - Nghiên cứu cách thức tái tạo cảm giác lái bằng phương pháp đo cường độ dòng điện trực tiếp.
- Thực thi được việc lái từ xa hệ thống SBW. - Tìm được giải pháp chương trình đã lập trình (thử nghiệm trên xe quân sự). - Khảo sát và đánh giá được mối quan hệ giữa: mô-men phản hồi với góc lái; dòng điện với góc lái và sự đáp ứng của HW và RW.Từ đó, xác định được cảm giác lái của người lái ở các điều kiện lái khác nhau.2 Nhiệm vụ nghiên cứu Do đề tài về nghiên cứu và phát triể n thuật toán điều khiên lái:tự động và từ xa cho các phương tiện còn mới mẽ ở Việt Nam nên nhóm nghiên cứu chỉ thu thập tài liệu, nghiên cứu và phân tích các bài báo khoa học, tài liệu trong vào ngoài nước liên quan đến hệ thống lái không trục lái trên ôtô (đặc biệt là kiến thức và một số tài liệu của thầy:TS.Nguyễn Bá Hải) để dựa vào đó phát triển nghiên cứu và phát triể n thuật toán điều khiên lái: tự động và từ xa cho các phương tiện. - Tìm hiểu phần mềm LabVIEW để lập trình điều khiển(LabVIEW, Card HDL USB-9090).
- Xây dựng thuật toán điều khiển cho hệ thống lái không trục lái - Xây dựng thuật toán tái tạo cảm giác lái cho hệ thống lái không trục lái - Lập trình điều khiển từ xa hệ thống lái không trục lái (theo chuẩn TCP/IP). - Thử nghiệm thuật toán điều khiển lái trên xe thô (chưa gắn mạch điện) tại phòng thí nghiệm cơ điện tử, Khoa cơ khí động lực trường ĐHSPKT.3 Đối tượng nghiên cứu - Thuật toán hệ thống lái thường và hệ thống lái không trục lái (Steer-By-Wire) GVHD: TS. Nguyễn Bá Hải Trang 2 Luan van Trường Đại Học SPKT TP.HCM - Phần mềm LabVIEW - Điều khiển vị trí PID - Card giao tiếp HLD USB 9090 - Các thiết bị thu nhận tín hiệu, các cảm biến để điều khiển qua mạng - Điều khiển từ xa qua mạng không dây - Phương thức làm thí nghiệm.4 Điểm mới của đề tài Nhóm nghiên cứu chúng tôi đã và đang nghiên cứu đề tài:điề u khiể n hê ̣ thố ng lái không trục lái phục vụ điều khiển ô tô từ xa. Nhìn chung, để thực hiê ̣n đề tài nghiên cứu thuât toán điều khiển lái: tự động – từ xa cho các phương tiện nhóm nghiên cứu đã tìm hiể u các nguồ n tài liê ̣u rấ t ha ̣n chế có đươ ̣c từ những bài báo khoa ho ̣c ngoài nước (cho tới thời điể m thực hiê ̣n đề tài này, chưa có bấ t kỳ công bố hay báo cáo tương tự về hê ̣ thố ng lái không trục lái điề u khiể n từ xa trên xe thật ta ̣i Việt Nam).
Hệ thống có thể hoạt động ở nhiều chế độ: Thuật toán điều khiển trực tiếp như hệ thống lái thông thường Thuật toán điều khiển bằng vôlăng điều khiển hệ thống lái (ở chế độ này là chế độ lái của hệ thống lái không trục lái) Thuật toán điều khiển từ xa bằng vôlăng điều khiển hệ thống lái (ở chế độ này là chế độ lái của hệ thống lái không trục lái được điều khiển từ xa thông qua mạng WIFI) Ứng dụng phần mềm LabVIEW để lập trình và điều khiển từ xa hệ thống lái không trục lái trên ôtô thông qua mạng WIFI. Khảo sát thử nghiệm thuật toán điều khiển từ xa hệ thống lái không trục lái trên xe thật. Khảo sát được cảm giác lái của hệ thống lái không trục lái. Khảo sát được khả năng đáp ứng của hệ thống lái SBW Đo được thời gian trễ của hệ thống lái điều khiển từ xa qua mạngWIFI.
Nguyễn Bá Hải Trang 3 Luan van Trường Đại Học SPKT TP.5 Phương pháp nghiên cứu - Nghiên cứu tài liệu - Thực nghiệm thuật toán điều khiển lái trên ô tô thật, điều khiển hệ thống lái không trục lái thông qua giao tiếp giữa máy tính, card giao tiếp và Driver Motor - Viết chương trình điều khiển qua mạng để điều khiển từ xa - Hiệu chỉnh sau thực nghiệm để tìm được các yếu tố cần thiết và quan trọng nhằm tái tạo cảm giác lái xác thực trên vô lăng điều khiển.6 Phạm vi nghiên cứu - Đề tài chỉ giới hạn nghiên cứu thuật toán hệ thống lái không trục lái điều khiển từ xa trên ô tô(Thử nghiệm trên xe mô hình chế tạo xe quân sự) - Điều khiển động cơ DC bằng thuật toán PID. - Thu thập tín hiệu qua card giao tiếp Hocdelam HDL USB-9090. - Phần mềm LabVIEW. - Thiết lập giao diện qua mạng điều khiển từ xa.7 Tình hình nghiên cứu trong nước và trên thế giới 1.1 Tình hình trong nước Theo tìm hiểu thông tin của tác giả, hiện nay ở nước ta vẫn chưa có thuật toán điều khiển hệ thống lái: tự động – từ xa trên các phương tiện.
Các thuật toán của xe được điều khiển từ xa hoặc tự động chủ yếu là xe trong các thiết bị đồ chơi gải trí như Robocon, Robot di động cỡ nhỏ.Sau đây là một số đề tài đã được nghiên cứu và công bố : - Luâ ̣n văn tha ̣c si:̃ Nghiên cứu và chế tạo hê ̣ thố ng lái bằ ng dây của ThS.Trầ n VănLơ ̣i, Đa ̣i Ho ̣c GTVT Hà Nô ̣i- Cơ Sở 2. Đề tài này đã thực hiê ̣n đươ ̣c điề u khiể n vi ̣trí hê ̣ thố ng lái bằ ng dây. Ha ̣n chế của đề tài là viê ̣c ta ̣o cảm giác lái và đánh giá kế t quả chưa hoàn thiê ̣n. Nguyễn Bá Hải Trang 4 Luan van Trường Đại Học SPKT TP.2 Tình hình trên thế giới - Tên đề tài: Tạo cảm giác lái xác thực dựa trên cảm biến dòng của TS.Nguyễn Bá Hải – Giáo sư Jee Hwan Ryu [2].
Nghiên cứu phương pháp ta ̣o cảm giác lái bằ ng phương pháp đo dòng và so sánh với các phương pháp ta ̣o cảm giác khác. Trong quá triǹ h ta ̣o cảm giác lái tác giả [2] đã đề xuấ t ra các công thức phản hồ i cảm giác lên người điề u khiể n. Trong đề tài còn hiể n thi ̣ kế t quả thực nghiê ̣m cho viê ̣c ta ̣o cảm giác lái bao gồ m các đồ thi:̣ đáp ứng góc lái và góc bánh xe, không tiế p xúc mă ̣t đường, có tiế p xúc mă ̣t đường, ảnh hưởng của mô-men trơ ̣ lực… - Tên đề tài: Điề u khiể n hê ̣ thố ng lái bằ ng dây trên ô tô của Yixin Yao ta ̣i hô ̣i nghi ̣ SAE International 2006 [1] đã: Cấ u ta ̣o chung cho các hê ̣ thố ng lái bằ ng dây và đề ra phương pháp khắ c phu ̣c lỗi hê ̣ thố ng lái bằ ng dây bằ ng cách thiế t kế thêm mô ̣t đô ̣ng cơ điề u khiể n cơ cấ u lái bánh xe. Nghiên cứu cách thức đồ ng bô ̣ bánh xe và hướng điề u khiể n.
Các yế u tố ảnh hưởng cảm giác lái: vâ ̣n tố c, điề u kiê ̣n mă ̣t đường, đô ̣ng lực ho ̣c của xe… Điề u khiể n hồ i về vi ̣ trí giữa của vô lăng khi người điề u khiể n thả tự do tay lái. Khi vô lăng ở tra ̣ng thái tự do thì mô ̣t mô-men chủ đô ̣ng sẽ hồ i vi ̣vô lăng về vi ̣trí trung tâm đươ ̣c sinh ra và kế t quả là cơ cấ u điề u khiể n bánh xe cũng đươ ̣c trả về vi ̣trí trung tâm. Nghiên cứu tỷ số truyề n thay đổ i phu ̣ thuô ̣c vào vâ ̣n tố c xe. Khi vâ ̣n tố c càng lớn thì tỷ số truyề n lái càng tăng đảm bảo khả năng đáp ứng nhanh khi ở tố c đô ̣ cao.
Kế t quả so sánh giữa xe áp du ̣ng hê ̣ thố ng lái bằ ng dây và hê ̣ thố ng lái thường.