Chương 1 TỔNG QUAN Khi một người lái xe thì người đó cảm thấy có sự chuyển động. Vì khi xe chuyển động thường sẽ có gia tốc, gia tốc này thay đổi thường xuyên cả về độ lớn và hướng, do vậy người lái xe cảm thấy như có nhiều lực khác nhau tác động vào người. Xe chạy nhanh hơn, những rung động trở nên nghiêm trọng hơn. Các dấu hiệu chuyển động tác động vào người, tạo ra cảm giác chuyển động.
Các dấu hiệu này có thể được kích thích mà không thực sự lái xe, đó là hiện thực trong mô phỏng. Các công cụ để đạt được điều này, là một hệ thống chuyển động. Hệ thống chuyển động sẽ được điều khiển tự động bằng một hệ thống điều khiển. Quan hệ tương tác giữa người lái, hệ thống chuyển động, hệ thống mô phỏng sẽ phải được phối hợp với hệ thống điều khiển.
Với sự phát triển của công nghệ máy tính, ngày càng có nhiều thông tin có thể được tích hợp trực tiếp trong bộ điều khiển. Sự kết hợp giữa máy tính và hệ thống chuyển động có tính khả thi để tạo ra một hệ thống mô phỏng chuyển động ghế ngồi của người tài xế là vấn đề của đề tài nghiên cứu này. Tính cấp thiết của đề tài Trong quá trình phát triển kinh tế, nhu cầu vận chuyển hàng hóa ngày càng cao. Cũng như nhu cầu di chuyển đi lại bằng ô tô ngày càng nhiều.
Vì vậy việc học lái xe ô tô càng trở nên phổ biến. Tuy nhiên việc đào tạo gặp nhiều trở ngại như việc lái xe đòi hỏi phải có thầy dạy kèm sát bên cạnh, số giờ thực hành có hạn chế, những nguy hiểm khi lái thực tế, học phí cao. Bên cạnh đó, việc chạy theo lợi nhuận làm cho việc đào tạo kém chất lượng. Dẫn đến những người chưa lái xe thành thạo mà vẫn có bằng lái.
Khi xử lí các tình huống bất ngờ dễ dẫn đến tai nạn giao thông, gây nguy hiểm cho bản thân và xã hội. 1 Luan van Với những khó khăn trên, một hệ thống mô phỏng lái xe trong môi trường thực tế ảo sẽ giúp các học viên làm quen với việc lái xe. Với một mô hình mà người lái có thể thực hành giống như thực tế. Nhưng ở đây là môi trường thực tế ảo,không gây nguy hiểm cho học viên và chi phí thấp.
Với sự cần thiết này, tác giả quyết định chọn đề tài thiết kế chế tạo hệ thống mô phỏng chuyển động lái xe. Mục đích của đề tài Tạo ra một hê thống có khả năng chuyển động giống một chiếc xe thực tế mà người dùng có thể tương tác, điều khiển hay cảm nhận giống như ngồi trên một chiếc xe thật. Cải tiến thử nghiệm các phương pháp điều khiển để giá đỡ hoạt động đáp ứng được các yêu cầu đề ra. Kiểm tra các sự đáp ứng để điều chỉnh phương trình động học và động lực học cũng như các phương pháp điều khiển.
Nhiệm vụ, đối tượng và phạm vi nghiên cứu 1. Nhiệm vụ của đề tài Đầu tiên việc chọn một phương án thiết kế dưới dạng mô hình phù hợp với đề tài là nhiệm vụ cực kỳ quan trọng. Dựa vào mô hình này sẽ xây dựng phương trình động học và động lực học. Từ các phương trình này việc chọn lựa thông số và thiết kế một hệ thống cơ khí hoàn chỉnh sẽ được thực hiện.
Tiếp theo việc chế tạo hệ thống giá đỡ được thực hiện dựa trên các thông số và bản vẽ thiết kế. Song song thời gian này việc lắp ráp hệ thống điện và xây dựng phần mềm điều khiển được tiến hành. Sự kết hợp giữa phần cứng và phần mềm sẽ được một hệ thống hoàn chỉnh. Cuối cùng việc kiểm tra độ chính xác, điều chỉnh thiết kế để giảm sai số được thực hiện.
Đối tượng nghiên cứu Ứng dụng phương trình động học và động lực học vào điều khiển giá đỡ mô phỏng chuyển động. Giá đỡ là nền tảng, có thể tích hợp các chương trình mô phỏng lái xe khác nhau tùy mục đích sử dụng để chạy hệ thống này. Phạm vi nghiên cứu Đề tài chỉ nghiên cứu việc điều khiển giá đỡ không xây dựng chương trình mô phỏng ứng dụng. Cách tiếp cận và phương pháp nghiên cứu 1.
Cách tiếp cận Một mô hình được xây dựng dựa trên các đặc điểm của cơ cấu mô phỏng chuyển động lái xe trên cơ sở nền tảng của các nghiên cứu đã được công bố. Đánh giá, lựa chọn thiết kế dựa trên mục đích đề ra. Phương pháp nghiên cứu Phương pháp tham khảo lý thuyết Phương pháp kế thừa các công trình nghiên cứu đã được thực hiện. Phương pháp kiểm tra đánh giá.
Mô phỏng cơ cấu bằng phần mềm MATLAB Phương pháp thực nghiệm. Tổng quan chung về lĩnh vực nghiên cứu Trong phần này các khía cạnh khác nhau của hệ thống mô phỏng lái xe sẽ được thảo luận. Sau đó là cơ chế nhận thức chuyển động.Với sự nhấn mạnh vào khả năng chuyển động, sự phát triển của các hệ thống này trong những năm qua sẽ được đề cập sơ lược. Cấu trúc của hệ thống mô phỏng Một hệ thống mô phỏng tổng quát bao gồm 5 thành phần: phần mềm (SW), phần cứng (HW), mạng liên kết, người dùng và các ứng dụng.
Trong đó 3 thành phần chính và quan trọng nhất là phần mềm (SW), phần cứng (HW) và các ứng dụng. 3 Luan van Hình 1.1 Sơ đồ khối hệ thống mô phỏng 1. Phần mềm Phần mềm luôn là linh hồn của hệ thống cũng như đối với bất cứ một hệ thống máy tính hiện đại nào. Về mặt nguyên tắc có thể dùng bất cứ ngôn ngữ lập trình hay phần mềm đồ họa nào để mô hình hóa và mô phỏng các đối tượng.
Phần mềm nào cũng phải bảo đảm 2 công dụng chính: tạo hình và mô phỏng. Các đối tượng được mô hình hóa nhờ chính phần mềm này hay chuyển sang từ các mô hình 3D (thiết kế nhờ các phần mềm CAD khác như AutoCAD, 3D Studio,. Sau đó phần mềm phải có khả năng mô phỏng động học, động lực học, và mô phỏng ứng xử của đối tượng. Phần cứng Phần cứng của một hệ thống mô phỏng bao gồm: Máy tính, các thiết bị đầu vào (Input devices) và các thiết bị đầu ra (Output devices).
Các thiết bị đầu vào : có khả năng ghi nhận nơi người sử dụng đang nhìn vào hoặc hướng đang chỉ tới, như thiết bị theo dõi gắn trên đầu (head-trackers), găng tay hữu tuyến (wire-gloves) các camera quan sát hay là các nút nhấn bàn đạp. Các thiết bị đầu ra : gồm hiển thị đồ họa (như màn hình, HDM,.) để nhìn được đối tượng 2D, 3D. Thiết bị âm thanh (loa) để nghe được âm thanh vòm (như Hi-Fi, Surround,. Bộ phản hồi cảm giác (Haptic feedback như găng tay,.) để tạo xúc giác khi sờ, nắm đối tượng.
Bộ phản hồi xung lực (Force Feedback) để tạo lực tác động như khi đạp xe, đi đường xóc,… 4 Luan van 1. Các ứng dụng Là các chương trình chạy xe để người sử dụng có thể tương tác lên hệ thống như là chương trình chạy xe leo địa hình, chạy xe đua, lái xe vượt sa hình… 1. Đặc điểm của một hệ thống mô phỏng Công nghệ mô phỏng có thể được gói gọn trong 3 từ tiếng Anh bắt đầu bằng chữ cái I (3I) bao gồm: Interactive (Tương tác) , Immersion (Đắm chìm), Imagination (Tưởng tượng). Một hệ thống thực mô phỏng tốt sẽ được đánh giá bởi 3 chỉ tiêu: Tương tác thời gian thực: Động học thay đổi khi hình ảnh mô phỏng thay đổi và ngược lại.
Động học của hệ co khí phải bắt kịp thay đổi động học của hình ảnh mô phỏng. Mô phỏng thời gian thực: ở đây có nghĩa là máy tính có khả năng nhận biết được tín hiệu vào của người sử dụng và thay đổi ngay lập tức hình ảnh mô phỏng. Người sử dụng nhìn thấy sự vật thay đổi trên màn hình ngay theo ý muốn của họ và bị thu hút bởi sự mô phỏng này. Cảm giác đắm chìm(Immersion): là một hiệu ứng tạo khả năng tập trung sự chú ý cao nhất một cách có chọn lọc vào chính những thông tin từ người sử dụng hệ thống mô phỏng.
Người sử dụng cảm thấy mình là một phần của thế giới ảo, hòa lẫn vào thế giới đó. Hệ thống còn đẩy cảm giác này “thật” hơn nữa nhờ tác động lên các kênh cảm giác khác như thính giác, khướu giác. Người dùng không những nhìn thấy đối tượng đồ họa, điều khiển (xoay, di chuyển.) được đối tượng mà còn cảm thấy chúng như có thật. Các nhà nghiên cứu cũng đang tìm cách tạo những cảm giác khác như ngửi, nếm trong thế giới ảo.
Ứng dụng hệ thống mô phỏng Mô phỏng kỹ thuật được sử dụng để đánh giá các đặc tính của một chiếc xe. Trong sự phát triển của một chiếc xe mới, các mô phỏng hiện đang được sử dụng trong toàn bộ quá trình thiết kế, để dự đoán các vấn đề và hỗ trợ trực quan. Với mô phỏng, giảm thiểu trong việc chế tạo thử nghiệm. Hầu hết các mô phỏng kỹ thuật là nền tảng cố định không có chuyển động quán tính vì vai trò chuyển động không 5 Luan van phải luôn luôn quan trọng và cần thiết.
ví dụ như khi chuyển động thẳng đều hệ thống chuyển động không thay đổi gì. Mô phỏng đào tạo được sử dụng để đào tạo thi bằng lái xe, cũng như rền luyện các kỹ năng lái xe cơ bản (ví dụ như điều khiển bằng tay). Việc đào tạo kỹ năng cơ bản là chủ yếu vì có nhiều sự khác biệt giữa mô phỏng và lái xe thật. Tiếp cận hệ thống mô phỏng giúp học viên có nhiều thời gian thực hành hơn, chi phí rẻ hơn.
Mô phỏng nghiên cứu thường được áp dụng cho điều tra cơ bản vào tương tác giữa người và xe, nghiên cứu nhận thức của con người. Hệ thống chuyển động như là kết quả đầu vào cảm giác. Ưu nhược điểm hệ thống mô phỏng 1. Ưu điểm Chi phí giảm : Ưu điểm chính của mô phỏng nghiên cứu là tính linh hoạt.
Có thể dễ dàng cấu hình lại để mô phỏng một loạt các vấn đề nghiên cứu con người cần. Chúng cho phép đánh giá và tối ưu hóa hiệu suất của con người và chỉ ra vấn đề tồn tại trong thiết kế hệ thống và hoạt động. Chúng đặc biệt hữu ích trong việc lựa chọn một phương pháp tiếp cận hệ thống hữu hiệu từ nhiều lựa chọn thay thế và đánh giá hiệu năng hệ thống trước khi chế tạo thử nghiệm thực địa. kịch bản mô phỏng khác nhau có thể được tạo ra để phù hợp với yêu cầu của thí nghiệm cụ thể.