Luận văn nghiên cứu – điều khiển xe điện theo quỹ đạo cho trước

TRƯỜNG ĐH CƠNG NGHỆ TP. HCM
PHỊNG QLKH – ĐTSĐH

CỘNG HỊA XÃ HỘI CHỦ NGHĨA VIỆT NAM
Độc lập – Tự do – Hạnh phúc
TP. HCM, ngày 26 tháng 01 năm 2016

NHIỆM VỤ LUẬN VĂN THẠC SĨ
Họ tên học viên: VŨ ĐỨC NGUYÊN ...............................Giới tính: Nam.......................
Ngày, tháng, năm sinh: 26/04/2989......................................Nơi sinh: Tiền Giang ...........
Chuyên ngành: Kỹ Thuật Cơ Điện Tử ................................ MSHV: 1441840007 ..........

I- Tên đề tài:
NGHIÊN CỨU – ĐIỀU KHIỂN XE ĐIỆN THEO QUỸ ĐẠO CHO TRƯỚC ..............
...............................................................................................................................................
II- Nhiệm vụ và nội dung:
Nghiên cứu thuật toán bám line tự động cho xe ơ tơ 4 bánh.
1./ Mơ hình hóa hệ thống.
2./ Thiết kế bộ điều khiển.
3./ Thực nghiệm kiểm chứng.

III- Ngày giao nhiệm vụ:

26/05/2015 ................................................................

IV- Ngày hoàn thành nhiệm vụ: 26/01/2016 .................................................................
V- Cán bộ hướng dẫn: PGS.TS. NGUYỄN TẤN TIẾN.............................................
...............................................................................................................................................

CÁN BỘ HƯỚNG DẪN
(Họ tên và chữ ký)

KHOA QUẢN LÝ CHUYÊN NGÀNH
(Họ tên và chữ ký)


LỜI CAM ĐOAN
Tơi xin cam đoan đây là cơng trình nghiên cứu của riêng tôi. Các số liệu, kết quả
nêu trong Luận văn là trung thực và chưa từng được ai cơng bố trong bất kỳ cơng trình
nào khác.
Tơi xin cam đoan rằng mọi sự giúp đỡ cho việc thực hiện Luận văn này
đã được cảm ơn và các thông tin trích dẫn trong Luận văn đã được chỉ rõ nguồn gốc.
Học viên thực hiện Luận văn
(Ký và ghi rõ họ tên)

VŨ ĐỨC NGUYÊN


LỜI CÁM ƠN
Lời đầu tiên, tôi xin gửi đến thầy PGS.TS Nguyễn Tấn Tiến lòng tri ân sâu sắc.
Trong suốt quá trình thực hiện luận văn, Tiến sĩ Nguyễn Tấn Tiến là người đã tận tình
hướng dẫn, định hướng và cung cấp những góp ý cần thiết để tơi có thể hồn thành bản
luận văn này. Khơng chỉ học hỏi được kiến thức của thầy, tơi cịn học được ở thầy
phương pháp nghiên cứu, cách thức làm việc khoa học và cũng như sự nhiệt tâm của
người thầy với học trị.
Để có được kiến thức như hơm nay, tơi xin chân thành cảm ơn các thầy trong bộ
môn Cơ Điện tử - trường đại học Công Nghệ thành phố Hồ Chí Minh.
Ngồi ra tơi xin gửi lời cám ơn đến sự hỗ trợ của các bạn kỹ sư, sinh viên đang làm
việc và học tập tại Phịng Thí nghiệm Cơ Điện Tử- trường Bách Khoa Tp HCM, nơi tôi đã
tiến hành các thí nghiệm kiệm chứng.
Sau cùng, tơi xin gửi lời cảm ơn đến tất cả các người thân, bạn bè và đồng nghiệp,

những người đã luôn động viên và hỗ trợ tơi trong suốt q trình học tập và nghiên cứu.

Thành phố Hồ Chí Minh, ngày 26 tháng 11 năm 2015

VŨ ĐỨC NGUYÊN


TĨM TẮT
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.
Nội dung nghiên cứu luận văn bao gồm:
* Mơ hình hóa hệ thống, tác giả mơ hình hóa hệ thống dựa trên sơ đồ
nguyên lý của xe ô tô 4 bánh sử dụng bộ truyền động vi sai phía sau và cơ cấu
lái hình thang theo chuẩn cơ cấu lái Ackerman.
* Thiết kế bộ điều khiển, tác giả thiết kế bộ điều khiển dựa trên tiêu
chuẩn ổn định Lyapunov. Tác giả sử dụng các dữ liệu đầu ra của cảm biến
camera để tính tốn các thơng số cần thiết cho bộ điều khiển.
* Mô phỏng, tác giả mô phỏng bằng phần mềm Matlab để kiểm tra tính
ổn định bộ điều khiển.
* Thực nghiệm kiểm chứng, tác giả sử dụng mô hình ơ tơ điện 4 bánh
có sơ đồ ngun lý giống với ơ tơ thực để kiểm chứng tính khả thi của bộ điều
khiển.


ABSTRACT
The main objective of the thesis is focused on researching, designing controllers
for electric cars four wheels followed the the previous orbit.
Research contents include:
* Modeling system, author modeling system based on the principle
diagram of 4-wheeled vehicles using transmission rear differential and steering

trapezoid with Ackerman steering standard.
* Controller design, the authors designed controllers based on stable
Lyapunov standards. The author uses the output data of the camera sensor to
calculate the parameters necessary for the controller.
* Simulation, by using Matlab software simulation for checking the
stability of control.
* Experimental verification, the authors use the model 4-wheel electric
car with the principle diagram similar to real cars to test the feasibility of the
controller.


1

MỤC LỤC
DANH MỤC CÁC TỪ VIẾT TẮT ............................................................................4
DANH MỤC CÁC KÝ HIỆU.....................................................................................5
DANH MỤC BẢNG ...................................................................................................7
DANH MỤC HÌNH ....................................................................................................7
CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN.......................................................................................9
1.1. Giới thiệu chung về ô tô điện............................................................................9
1.2. Giới thiệu chung về ô tô điện tự động ............................................................10
1.2.1. Khái niệm ................................................................................................10
1.2.2. Ưu điểm – Nhược điểm...........................................................................10
1.2.3. Nguyên lý hoạt động ô tô điện tự động ..................................................11
1.2.4. Những hệ thống hỗ trợ tích hợp trên xe ơ tơ điện tự động.....................11
1.3. Những phương pháp điều khiển xe điện đã được nghiên cứu ........................12
1.3.1. Phương pháp điều khiển mờ ( Fuzzy Control)........................................12
1.3.2. Phương pháp điều khiển neural ( Neural Networks Control System) ....15
1.4. Vấn đề nghiên cứu của luận văn .....................................................................19
1.4.1. Đầu bài đặt ra ..........................................................................................19

1.4.2. Phạm vi nghiên cứu của luận văn ...........................................................19
1.4.3. Nội dung thực hiện trong luận văn..........................................................19
1.4.4. Ý nghĩa khoa học của luận văn ...............................................................19
CHƯƠNG 2: LỰA CHỌN PHƯƠNG ÁN ...............................................................20
2.1. Lựa chọn đối tượng điều khiển ......................................................................20
2.1.1. Xe ô tô 4 chỗ truyền động cầu vi sai phía trước .....................................20


2

2.1.2. Xe ô tô 4 chỗ truyền động cầu vi sai phía sau ........................................20
Lựa chọn:...........................................................................................................20
2.2. Lựa chọn bộ điều khiển ..................................................................................21
2.2.1. Bộ điều khiển mờ ( Fuzzy Control ) .......................................................21
2.2.2. Bộ điều khiển nơ-ron ( Neural Control ).................................................21
2.2.3. Bộ điều khiển Adaptive...........................................................................22
2.2.4. Bộ điều khiển Back Stepping ..................................................................22
Lựa chọn............................................................................................................22
2.3. Lựa chọn cảm biến ..........................................................................................23
2.3.1. Cảm biến từ trường .................................................................................23
2.3.2. Cảm biến siêu âm ....................................................................................23
2.3.3. Cảm biến Camera ....................................................................................23
Lựa chọn............................................................................................................24
CHƯƠNG 3: THIẾT KẾ BỘ ĐIỀU KHIỂN ............................................................25
3.1. Mơ hình hóa động học xe ô tô 4 bánh ............................................................25
3.1.1. Động học cơ cấu lái.................................................................................25
3.1.2. Mơ hình hóa động học tồn hệ thống......................................................26
3.2. Mơ hình hóa hệ thống .....................................................................................28
3.3. Thiết kế bộ điều khiển bám line .....................................................................29
3.4. Đo các sai số ...................................................................................................30

3.5. Phương trình điều khiển mơ hình thực nghiệm ..............................................31
3.5.1. Giải thuật điều khiển ...............................................................................31
3.5.2. Mối liên hệ giữa

và

....................................................................31


3

3.5.3. Mối liên hệ giữa

và Đ .....................................................................32

3.6. Mô phỏng matlab ............................................................................................33
CHƯƠNG 4: THỰC NGHIỆM ................................................................................35
4.1. Cảm biến sử dụng – CMU Cam 5 ..................................................................35
4.2. Tính tỷ số truyền cơ cấu lái ............................................................................35
4.3. Mơ hình thực nghiệm ......................................................................................36
4.4. Kết quả thực nghiệm .......................................................................................37
4.5. So sánh kết quả ...............................................................................................38
Chương 5: KẾT LUẬN .............................................................................................39
5.1. Nhận xét kết quả .............................................................................................39
5.2. Kết luận ...........................................................................................................39
5.2. Định hướng phát triển đề tài ...........................................................................39
TÀI LIỆU THAM KHẢO.........................................................................................40


4

DANH MỤC CÁC TỪ VIẾT TẮT
EV: Electric vehicles
HEV: Hybrid electric vehicle
OLEV: OnLine Electric Vehicle
AGVs : Automated Guided Vehicles
SDC: Self Driving Car
GPS: Global Positioning System


5

DANH MỤC CÁC KÝ HIỆU
Ký Hiệu

Mô Tả
Sai số theo phương tiếp tuyến.

[mm]

Sai số theo phương pháp tuyến.

[mm]

Sai số góc xoay.

[deg.]

Vận tốc tâm xe.

[m/s]

Vận tốc điểm tham chiếm R

[m/s]

1/2 khoảng cách hai bánh xe.

[m]

Khối lượng xe.

[kg]

Gia tốc trọng trường 9.81 /

ℎ

Đơn Vị

.

[ /

]

Lực ma sát.

[N]

Chiều cao đặt camera.

[m]

Bán kính bánh xe.

[m]

Góc hợp giữa trục xe và trục x.

[deg]

Góc hợp bởi tiếp tuyến đường line tại R và trục x.

[deg]

Tốc độ góc của xe.

[rad/s]

Tốc độ góc điểm tham chiếu R.

[rad/s]

Hồnh độ tâm xe.

[m]

Tung độ tâm xe.

[m]

Hoành độ điểm tham chiếu R.

[m]

Tung độ điểm tham chiếu R.

[m]

Hoành độ tâm vùng trắc trên.

[mm]


6

Đ

Hoành độ tâm vùng trắc dưới.

[mm]

Tung độ tâm vùng trắc trên.

[mm]

Tung độ tâm vùng trắc dưới.

[mm]

Kích thước dọc màn hình.

[mm]

Kích thước ngang màn hình.

[mm]

Vận tốc vịng quay của bánh xe.

[vịng/s]

Vận tốc vịng quay của trục chính bánh xe.

[vịng/s]

Vận tốc vịng quay của trục bộ vi sai.

[vòng/s]

Vận tốc vòng quay của trục hộp giảm tốc.

[vòng/s]

Vận tốc vòng quay của trục động cơ.

[vòng/s]

7

DANH MỤC BẢNG
Bảng 3. 1 - Thông số ban đầu của xe ........................................................................33
Bảng 5. 1 - Tỷ lệ của góc quay đc và 2 bánh xe .......................................................35

DANH MỤC HÌNH
Hình 1. 1 – Hoạt động ơ tơ điện ..................................................................................9
Hình 1. 2 - Nguyên lý hoạt hộng ô tô điện tự động hồn tồn ..................................11
Hình 1. 3 – Hệ thống điều khiển [14] .......................................................................13
Hình 1. 4 – Bộ điều khiển Fuzzy Control [14]..........................................................13
Hình 1. 5 – Kết quả thu nhận từ camera [14] ............................................................14
Hình 1. 6 – Kết quả thực nghiệm trên đường chữ S [14] ..........................................14
Hình 1. 7 – Kết quả thực nghiệm trên góc cong gắt [14] ..........................................14
Hình 1. 8 – The CMU Navlab Autonomous Navigation Testbed [15] .....................15
Hình 1. 9 – Network for Vehical Detection [15] ......................................................16
Hình 1. 10 – Neural network architecture for autonomous driving [15] ..................16
Hình 1. 11 – Quá trình huấn luyện cho hệ thống [15] ..............................................17
Hình 1. 12 – Hình ảnh những dạng mẫu đường để huấn luyện [15].........................17
Hình 1. 13 – Những dạng đường thực tế [15] ...........................................................17
Hình 1. 14 – Mơ phỏng khi xe lệch hướng [15]........................................................18
Hình 1. 15 – Kết quả mơ phỏng khi xe quay lại hướng ban đầu [15] .......................18
Hình 2. 1 – Sơ đồ ngun lý mơ hình .......................................................................21
Hình 2. 2 - Sơ đồ bộ điều khiển back stepping. ........................................................22
Hình 2. 3 – Khối điều khiển DC Motor Controller. ..................................................22
Hình 2. 4 - Cảm biến Camera CMU 5 ......................................................................24


8

Hình 2. 5 - Dạng bám line .........................................................................................24
Hình 3. 1 - Mơ hình hóa cơ cấu lái. ..........................................................................25
Hình 3. 2 - Xác định góc quay φ_c thơng qua φ_l. ...................................................26
Hình 3. 3 - Mơ hình hóa hệ thống bám line. .............................................................28
Hình 3. 4 - Sơ đồ đo sai số e2, e3. ............................................................................30
Hình 3. 5 - Sơ đồ tính sai số e1. ................................................................................30
Hình 3. 6 - Giải thuật điều khiển. ..............................................................................31
Hình 3. 7 - Kết quả mơ phỏng bằng matlab. .............................................................33
Hình 3. 8 - Sai số 2..................................................................................................34
Hình 3. 9 - Sai số 3. .................................................................................................34
Hình 4. 1 – Mơ hình thực nghiệm .............................................................................36
Hình 4. 2 – Mơ hình di chuyển trên line thực nghiệm ..............................................36
Hình 4. 3 – Thực nghiệm sai số 2. .........................................................................37
Hình 4. 4 – Thực nghiệm sai số 3. .........................................................................37
Hình 4. 5 – So sánh thơng số 2. ..............................................................................38
Hình 4. 6 – So sánh thông số 3. ..............................................................................38


9

CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN
1.1. 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.

Nguồn điện

Bộ quản lý
năng lượng

Pin

Tay lái

Chân ga
Chân thắng

Trung tâm
xử lí
tín hiệu

Hệ thống
điều hịa

Động cơ
điện

Góc lái
bánh xe

Hình 1. 1 – Hoạt động ơ tơ điện

Truyền
động cơ khí

10

1.2. Giới thiệu chung về ô tô điện tự động
1.2.1. Khái niệm
Ơ tơ điện tự động là một chiếc ơ tơ điện có một hệ thống lái tự động cho phép nó
vận hành một cách an tồn từ nơi này đến nơi khác mà khơng có sự can thiệp từ
con người, tránh trở ngại về thời tiết, tránh vật cản trên đường và xe khác.
1.2.2. 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 thơng.
+ Cơng nghệ cảm biến hiện đại có thể thích ứng tốt hơn với mơi 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 ơ tơ.
+ Ơ tơ 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.
+ Khơng 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.


11

1.2.3. Nguyên lý hoạt động ô tô điện tự động
Nguồn điện

Mơi
trường

Pin

Hệ thống
cảm biến

Bộ quản lý
năng lượng

Hệ thống
điều hịa

Trung tâm
xử lý tín
hiệu và
điều khiển

Động cơ
điện

Hệ thống
xử lý tín
hiệu cảm
biến

Góc lái
bánh xe

Truyền
động cơ khí

Hình 1. 2 - Ngun lý hoạt hộng ơ tơ điện tự động hồn tồn
1.2.4. Những hệ thống hỗ trợ tích hợp trên xe ơ tơ điện tự động
1.2.4.1. 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 sốt tốc độ
của xe trong mọi tình huống khi vận hành, đặc biệt như khi lên dốc và xuống
dốc. [9]
1.2.4.2. Global Positioning System Control
Global Positioning System (GPS), sử dụng cảm biến vơ tuyến thu phát tín hiệu
đến vệ tinh. Là hệ thống dẫn đường, cung cấp thơng tin vị trí, thời gian và điều
kiện thời tiết ở bất cứ nơi nào trên trái đất. [5]
1.2.4.3. 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 khơng 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. [10]
1.2.4.4. 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. [11]
1.2.4.5. 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, vng góc hoặc
theo góc cho trước của bãi giữ xe. [12]
1.3. Những phương pháp điều khiển xe điện đã được nghiên cứu
1.3.1. 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 cịn liên quan đến chi phí sản xuất. Hệ
thống gồm những mô-đun sau, bộ xử lý MC9S12DG128, mô-đun điều khiển
servo, mơ-đun thu nhận hình ảnh, mơ-đun thu nhận vận tốc.
Thuật tốn điều khiển xe thơng minh là cốt lõi của tồn bộ hệ thống, bao gồm:
thuật tốn điều khiển tốc độ bánh xe sau và thuật toán điều khiển cho góc lái
bánh trước. Sơ đồ thuật tốn điều khiển xe thơng minh được thể hiện ở hình dưới
(Hình 1.3).


13

Road Recognition
Transmitter
Black
Track

Lateral
Deviation

Fuzzy
Controller

Angle Control

Parameter

Front Wheel
Turning Angle
Servo
Forward
Speed

Intelligent
PID Control

DC
Motor

Vehicle

Given Speed Speed
Value
Error
Road
Recognising

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 1.4).

Fuzzy Controller

Information Base
Data Base

A/D

Fuzzy
Interface

Rule Base

Inference
Module

Clear
Interface

D/A

Sensor

Hình 1. 4 – Bộ điều khiển Fuzzy Control [14]

Executing
Agency


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

1.3.2. 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.
i.
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 khơng trải
tr nhựaa
đường,

ng, đư
đường nhiều
u làn có trả
trải nhựaa đường
đư ng và khơng tr
trảii nhựa
nh đường,
ng, đường
đư ng có
line và khơng 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.
gi

Hình 1. 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 – Mơ ph
phỏng
ng khi xe lệch
l ch hư
hướng [15
15]

Hình 1. 15 – Kết
K quả mơ ph
phỏng
ng khi xe quay lạ
l hướng
lại
ng ban đầu
đ [15
15]


19

1.4. Vấn đề nghiên cứu của luận văn
1.4.1. 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.
Cơng việc chính cần giải quyết:
* Mơ hình hóa hệ thống.
* Thiết kế giải thuật điều khiển.
* Mô phỏng.
* Thực nghiệm kiểm chứng.
1.4.2. 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.
1.4.3. 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 mơ hình hóa
hệ thống dựa trên sơ đồ nguyên lý của xe ô tô bốn bánh. Sau khi mơ 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 mơ phỏng hệ thống để
kiểm tra độ chính xác và tính khả thi của bộ điều khiển. Tác giả sẽ sử dụng mơ
hình xe ơ tơ bốn bánh có nguyên lý giống với ô tô thật để kiểm chứng tính hiệu
quả của bộ điều khiển.
1.4.4. 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
2.1. Lựa chọn đối tượng điều khiển
2.1.1. 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 khơng cịn ma sát. Tất cả nhiệm
vụ định hướng, phanh và tăng tốc lên hai bánh trước.
2.1.2. 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.
Do tác giả khơng có điều kiện để thực hiện việc nghiên cứu trên ô tô thật nên tác
giả đã sử dụng mơ hình ơ tơ bốn bánh có sơ đồ ngun lý được thiết kế và chế
tạo dựa trên cơ sở của ô tô thật. Sơ đồ nguyên lý này bao gồm hệ thống lái hình
thang theo tiêu chuẩn hình thang lái Ackerman, bộ truyền động sử dụng vi sai
cầu sau (Hình 2.1).