Nghiên cứu thiết kế bộ quan sát hệ số trượt và ước lượng tốc độ tuyệt đối cho điều khiến lực kéo của ô tô điện

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO
TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA HÀ NỘI

Võ Duy Thành

NGHIÊN CỨU THIẾT KẾ BỘ QUAN SÁT HỆ SỐ
TRƯỢT VÀ ƯỚC LƯỢNG TỐC ĐỘ TUYỆT ĐỐI CHO
ĐIỀU KHIỂN LỰC KÉO CỦA Ô TÔ ĐIỆN

LUẬN ÁN TIẾN SĨ KỸ THUẬT ĐIỀU KHIỂN VÀ TỰ ĐỘNG HÓA

Hà Nội, 2019


BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO
TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA HÀ NỘI

Võ Duy Thành

NGHIÊN CỨU THIẾT KẾ BỘ QUAN SÁT HỆ SỐ TRƯỢT
VÀ ƯỚC LƯỢNG TỐC ĐỘ TUYỆT ĐỐI CHO ĐIỀU
KHIỂN LỰC KÉO CỦA Ô TÔ ĐIỆN

Ngành: Kỹ thuật Điều khiển và Tự động hóa
Mã số: 9520216

LUẬN ÁN TIẾN SĨ KỸ THUẬT ĐIỀU KHIỂN VÀ TỰ ĐỘNG HÓA

NGƯỜI HƯỚNG DẪN KHOA HỌC:
PGS.TS. Tạ Cao Minh

Hà Nội, 2019


LI CAM OAN
Tụi xin cam oan luên ỏn tián s "Nghiên cùu thi¸t k¸ bë quan sát h» sè trưđt và ưỵc lưđng tèc đë
tuy»t đèi cho đi·u khiºn lüc kéo cõa ơ tơ đi»n" là cơng trình nghiên cùu cừa cỏ nhõn tụi dợi sỹ
hợng dăn cừa ngới hợng dăn khoa hồc. Cỏc kát quÊ trỡnh by trong luên án là trung thüc và chưa
đưđc cơng bè bði b§t kỳ tác gi£ nào khác. Toàn bë các nëi dung ká thứa v tham khÊo Ãu ủc
trớch dăn, tham chiáu đ¦y đõ.
Hà Nëi, ngày 29 tháng 8 năm 2019
Giáo viên hợng dăn

Nghiờn cựu sinh

i


LI CM N
Mởt iÃu dạ nhên thĐy ối vợi viằc nghiên cùu và hoàn thành mët quyºn báo cáo là phƯn Kát luên
ủc t cuối quyn lÔi l phƯn mà ngưíi nghiên cùu s³ ph£i hồn thành nëi dung cõa nó đ¦u tiên;
trong khi đó, ph¦n Líi c£m ơn t Ưu quyn thỡ ủc viát sau cựng. Khụng ph£i bði vì t¦m quan
trång cõa các ph¦n này mà bði vì ch¿ sau khi chúng ta hồn thành xong tồn bë và đóng gói đưđc
mët quyºn luªn án thì ta mợi nhỡn lÔi cÊ mởt chng ớng di lm vi»c và th¦m c£m ơn nhúng ngưíi
đã đi cùng ta trong st thíi gian đó.
Tơi chính thùc b£o v» đ· cng Nghiờn cựu sinh vo Ưu thỏng 5/2013 vợi tờn à ti ban Ưu
ủc gủi ý bi Tián s Nguyạn Bình Minh, ngưíi đã có nhi·u cơng trình nghiên cùu thnh cụng và ụ
tụ iằn tÔi Nhêt BÊn. Sau khi trình bày đ· cương, có khơng ít ý ki¸n cho rơng, Ã ti ny khú lm,
thiáu tớnh thỹc tiạn, khụng cú c s nghiờn cựu trờn thá giợi. BÊn thõn mỡnh tÔi thới im ú, tụi cng
tỹ nhên thĐy rơng nởi dung ó Ã xuĐt khỏ m hỗ v thiáu tính hàn lâm. Ph£i m§t khá nhi·u thíi
gian kiên trì tìm hiºu, trao đêi và khám phá, cëng vỵi sü ởng viờn, giỳp ù cừa ngới thƯy hợng dăn

khÊ kớnh v tên tửy, Phú Giỏo s TÔ Cao Minh, tụi mợi thĐy thỹc sỹ yờu thớch à ti ny v biát rơng
mỡnh ó cú nhỳng lỹa chồn sỏng suốt. Vỡ vêy, lới cÊm n Ưu tiờn tụi xin ủc gỷi tợi ngới thƯy cừa
tụi, Phú Giỏo s TÔ Cao Minh, ngới ó khụng quÊn ngÔi thới gian, cụng sực i cựng tụi tứ Ưu tợi
cuối cụng trỡnh, ngới ó kiờn trì gi£i thích, hé trđ, gi£ng gi£i nhúng khúc m-c trong quá trình
nghiên cùu, kº c£ nhúng câu häi "ngu ng" nhĐt, ngới ó bọ cÊ nhỳng bỳa tối vợi gia đình ch¿ đº
nghe tơi trình bày các ý tưðng và sûa chúa nhúng sai sót trong các cơng trình nghiờn cựu. Vợi thƯy,
tụi ủc l chớnh mỡnh trong con ngưíi cõa khoa håc, đưđc dũng c£m thº hi»n t§t cÊ nhỳng gỡ
mỡnh ang thiáu sút m khụng cÊm thĐy bĐt k ngÔi ngựng gỡ. CÊm n Tián s Nguyạn Binh Minh vì
gđi ý ban đ¦u cho đ· tài nghiên cùu, m°c dù đã có nhúng sü thay đêi, bê sung nhĐt nh nhng
xng sống v nh hợng cừa à ti văn ủc giỳ vỳng tứ Ưu tợi cuối cụng trỡnh.

Mội lƯn bỏo cỏo nh k cỏc kát quÊ nghiờn cựu tÔi n v o tÔo, Bở mụn Tỹ ởng húa Cụng
nghiằp, Viằn iằn, trớng Ôi hồc Bỏch Khoa H Nởi, luụn cú mởt ngới thƯy phÊn biằn rĐt gay g-t.
Mội lƯn bỏo cỏo nh vêy l nhỳng cuởc tranh luên rĐt sụi nời v thng th-n. Ch tợi khi tơi trình bày
hồn ch¿nh các nghiên cùu cõa tơi mët cỏch cú hằ thống, kát hủp vợi quỏ trỡnh trin khai thỹc
nghiằm, tụi mợi nhên ủc "cỏi gêt Ưu" cừa thƯy. Tụi nhên thĐy rơng, nhỳng cuởc tranh luên, nhỳng
ý ki¸n ph£n bi»n gay g-t mà s-c s£o đó đã tÔo ởng lỹc nghiờn cựu cho tụi, kớch thớch tớnh "hiáu thng khoa hồc", v ụi khi, sỹ ỗng ý cừa thƯy giống nh mởt ớch án m tụi luụn nộ lỹc hát sực
Ôt ủc. Náu khụng cú nhỳng sỹ kiằn Đy, tụi khụng biát tợi bao giớ mợi hồn thành đưđc nghiên
cùu này. Ngưíi th¦y đó là th¦y Phó Giáo sư Tr¦n Trång Minh. Xin c£m ơn th¦y vì t§t c£ sü quan tâm,
sát sao, đëng viên và ch¿ b£o trong st thíi gian qua.
Tơi cũng xin đưđc c£m ơn các th¦y cơ giáo trong Bë mơn Tü ởng húa, ni tụi cụng tỏc, cỏc
anh ch em ỗng nghi»p đã đëng viên, cê vũ tôi đº tôi c£m nhªn đưđc ni·m vui trong
ii


nghiên cùu khoa håc. Tôi xin đ°c bi»t c£m ơn cỏc thƯy Phú Giỏo s Nguyạn Vn Liạn, Phú Giỏo sư
Bùi Qc Khánh, Giáo sư Nguy¹n Phùng Quang vì sü quan tâm, góp ý, đëng viên và coi tơi như
mët ngới con cừa Tỹ ởng húa. ỗng thới, tụi cng xin chõn thnh cÊm n cỏc thƯy Phú Giỏo s
Hỗ Húu H£i và Phó Giáo sư Đàm Hồng Phúc đang cụng tỏc tÔi Viằn C khớ ởng lỹc, H BKHN
vỡ nhúng trao đêi cũng như góp ý đº hồn thi»n nhỳng thiáu sút cừa mởt "k ngoÔi Ôo" cừa ngnh

ụ tụ nh tụi.
TÔi Trung tõm Nghiờn cựu ng dửng v Sỏng tÔo Cụng nghằ, trớng Ôi hồc Bỏch Khoa H
Nởi, tụi cú nhỳng ngới ỗng nghiằp, ngới bÔn ó cho tơi khơng khí nghiên cùu khoa håc đúng
nghĩa b¬ng nhúng trao ời chuyờn mụn, nhỳng thÊo luên chi tiát, i vào b£n ch§t cõa các v§n đ·
nghiên cùu. Cám ơn bÔn Nguyạn BÊo Huy vỡ nhỳng trao ời rĐt hiằu quÊ. Mội lƯn Huy và nợc l
mội lƯn "khụng khớ khoa hồc" cừa Trung tõm lÔi ủc thời bựng lờn mët cách hùng khði. Cám ơn
chà Nguy¹n Thu Hà, m°c dự chuyờn mụn và Kinh tá nhng văn kiờn trỡ ngỗi nghe tụi giÊi thớch cỏc
vĐn à khoa hồc k thuêt tng nh rĐt khụ khan.
Cú ủc nhỳng kát quÊ nghiên cùu hơm nay khơng thº khơng nh-c tỵi sü giỳp ù cừa cỏc bÔn
sinh viờn ngnh Tỹ ởng húa. Cỏc bÔn ó giỳp tụi trin khai thỹc tá cỏc ý tng nghiờn cựu. CÊm
n cỏc bÔn vỡ nhỳng lƯn cÊ thƯy v trũ ăm mỗ hụi trong xng vo nhúng ngày hè đº gi£i mã
thông tin trên xe ô tụ iằn, vỡ nhỳng lƯn "câu" xe ụ tụ i Nam nh o Ôc c tớnh ởng hồc, vỡ
nhỳng lƯn b úi vỡ cố chÔy thỹc nghiằm nốt lƯn ci nhưng mãi chưa thành l¦n ci. Đó ln là
nhúng tr£i nghi»m mà khơng làm thüc sü thì khơng bao giớ cú ủc. ỗng thới, tụi cng xin cÊm n
bÔn Nguyạn Trung Kiờn, giÊng viờn trớng Ôi hồc S phÔm K thuêt Nam nh v cỏc ỗng
nghiằp cựng Bở mụn cõa Kiên đã giúp đï tơi trong q trình làm thỹc nghiằm v lĐy c tớnh trờn
xe ụ tụ tÔi Nam nh.
Cuối cựng v quan trồng nhĐt văn luụn l gia đình. Tơi có mët gia đình r§t tuy»t víi. Đó là cha
mµ tơi, nhúng ngưíi quan tâm đëng viên nhưng khơng h· gây sùc ép vì sđ tơi đã ph£i v§t v£ làm
vi»c, chăm lo cho tơi mët cách vụ t nhĐt v trong thõm tõm tụi luụn biát rơng, cha mà rĐt lo l-ng vÃ
tián ở nghiờn cựu cõa tơi nhưng khơng bao gií nói ra. Đó là vủ tụi, ngới bÔn ới luụn i cựng tụi,
hộ trủ tụi cÊ và vêt chĐt lăn tinh thƯn trong nhỳng lỳc khú khn nhĐt, ó "chu ỹng" tụi i sợm v·
mn, giúp tơi gánh vác cc sèng gia đình. Đó là con trai tơi, đùa tr´ mà méi l¦n tơi nhỡn nú Ãu l
mội lƯn tụi thĐy mỡnh ủc tiáp thêm đëng lüc làm vi»c. Tơi xin dành líi c£m n sõu s-c v chõn
thnh nhĐt tợi gia ỡnh cừa mình, mët ché düa vúng ch-c nh§t mà tơi khơng thº tìm th§y đưđc ð b§t
kỳ ai khác.
Hà Nëi, tháng 8 năm 2019.

iii

Mưc lưc
Mð đ¦u
1 Têng quan

1
4

1.1 Khái qt đèi tưđng nghiên cùu . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
1.2 Möc tiêu nghiên cùu . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
1.2.1 Đi·u khiºn chuyºn đëng xe ô tô đi»n . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
1.2.2 Cỏc trÔng thỏi c bÊn cừa xe ô tô . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
1.2.3 Giợi hÔn nởi dung nghiờn cựu v à xuĐt yờu cƯu cừa luên ỏn . . . . .
1.3 Têng quan tình hình nghiên cùu . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
1.3.1 ợc lủng trÔng thỏi xe ô tô đi»n . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
1.3.2 Các nghiên cùu v· đi·u khiºn lüc kéo - TCS . . . . . . . . . . . . . . . .
1.4 Ã xuĐt phng hợng thỹc hiằn nghiờn cựu . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
Kát luên chng . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
2 Mô hình hóa và mơ phäng xe ơ tơ đi»n

4
5
5
11
16
17
17
22
27
29

30

Tóm t-t nëi dung . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
2.1 C§u hình mơ hình mơ phäng . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
2.2 Mơ hình hóa đëng håc và đëng lüc håc xe ô tô đi»n . . . . . . . . . . . . . . . .
2.2.1 Đëng håc xe ô tô . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
2.2.2 Đëng lüc håc xe ô tô . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
2.2.3 Mô phäng kiºm chùng . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
2.3 Xây düng h» thèng mô phäng Signal Hardware-in-the-loop cho xe ô tô đi»n .
2.3.1 Mô phäng Hardware-in-the-loop - Đành nghĩa v phõn loÔi . . . . . . .
2.3.2 C§u hình h» thèng mơ phäng Signal Hardware-in-the-loop cho xe ô tô
đi»n . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
2.3.3 Mơ hình h» thèng truy·n đëng xe ơ tơ đi»n . . . . . . . . . . . . . . . .
2.3.4 Thi¸t k¸ ghép nèi ph¦n cùng và têng thº h» thèng . . . . . . . . . . . .
2.4 K¸t qu£ kiºm chùng mơ hình . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
2.4.1 Các kàch b£n thû nghi»m . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
2.4.2 K¸t qu£ . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
Kát luên chng . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
3 ợc lủng trÔng thái xe ơ tơ đi»n

30
30
32
32
33
37
38
38

Tóm t-t nëi dung . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .

3.1 Têng hñp dú li»u a cÊm bián - mụ hỡnh v mởt số vĐn à cƯn giÊi quyát . . .
3.2 Nõng cao tốc ở trớch mău cừa cÊm bián bơng bở lồc Multirate Kalman . . . .
3.2.1 Giỵi thi»u chung . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
3.2.2 Bë låc Multirate Kalman . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
3.2.3 Ã xuĐt cÊi tián bở lồc Multirate Kalman . . . . . . . . . . . . . . . . . .

54
54
57
57
59
61

iv

44
45
46
47
47
48
52
54


MƯC LƯC

3.2.4 K¸t qu£ mơ phäng . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
3.3 Ưỵc lưđng trüc ti¸p h» sè trưđt xe ơ tơ đi»n . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
3.3.1 Mơ hình thu gån xe ô tô đi»n . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .

3.3.2 Thiát ká bở ợc lủng trỹc tiáp hằ số trưñt . . . . . . . . . . . . . . . . .
3.3.3 Thi¸t k¸ bë quan sát trüc ti¸p h» sè trưđt . . . . . . . . . . . . . . . . .
3.3.4 K¸t qu£ mơ phäng . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
3.3.5 Nhªn xét . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
3.4 Ưỵc lưđng tèc đë dài sû dưng Têng hđp dú li»u đa c£m bi¸n . . . . . . . . . .
3.4.1 Đ°t v§n đ· . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
3.4.2 Têng hđp tèi ưu thơng tin tø nhi·u nguỗn dỳ liằu . . . . . . . . . . . .
3.4.3 Ùng dưng cho ưỵc lưđng vªn tèc tuy»t đèi . . . . . . . . . . . . . . . . .
Kát luên chng . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
4 Đi·u khiºn h» sè trưđt

63
66
66
67
68
70
71
71
71
73
75
76
77

Tóm t-t nëi dung . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
4.1 Giỵi thi»u chung . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
4.2 Đi·u khiºn giỵi hÔn hằ số trủt . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
4.2.1 C§u hình h» thèng đi·u khiºn đ· xu§t . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
4.2.2 Xây düng bë đi·u khiºn . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .

4.2.3 K¸t qu£ mơ phäng . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
4.3 Đi·u khiºn chèng trưñt trờn c s giợi hÔn mụ men truyÃn cỹc Ôi . . . . . .
4.3.1 Ưỵc lưđng mơ men truyÃn cỹc Ôi MTTE (Maximum Transmissible
Torque Estimation) . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
4.3.2 C£i ti¸n bở iÃu khin giợi hÔn mụ men cỹc Ôi . . . . . . . . . . . . . .
4.3.3 Phân tích và kh£o sát tính ên đành . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
4.3.4 K¸t qu£ mơ phäng . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
Kát luên chng . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
5 Xây düng h» thèng thüc nghi»m và k¸t qu£

77
77
78
78
79
82
86

Tóm t-t nëi dung . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
5.1 Xây düng h» thèng thüc nghi»m . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
5.1.1 Đ°t v§n đ· . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
5.1.2 Thiát ká hằ thống phƯn cựng . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
5.1.3 H» thèng tham chi¸u DAS-3 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
5.1.4 L-p đ°t h» thèng . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
5.1.5 Xây düng h» thèng thüc nghi»m đi·u khiºn Signal Hardware-in-the-loop104
5.2 K¸t qu£ thüc nghi»m . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
5.2.1 c im ớng chÔy thỷ . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
5.2.2 Phương pháp đánh giá kát quÊ ợc lủng . . . . . . . . . . . . . . . . . 105
5.2.3 Thû nghi»m đëc lªp h» thèng thu thªp dú li»u . . . . . . . . . . . . . . 107
5.2.4 Thû nghi»m thuªt toỏn nõng cao tốc ở trớch mău . . . . . . . . . . . . 109

5.2.5 Ưỵc lưđng tham sè xe ơ tơ đi»n . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
5.2.6 Đi·u khiºn chuyºn đëng xe ô tô đi»n . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 115

86
87
88
91
95
96
96
96
96
97
101
102
105
105

111

K¸t luªn chương . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 122
Kát luên
Danh mửc cỏc cụng trỡnh ó cụng bố cõa luªn án

v

123
126

MÖC LÖC

Tài li»u tham kh£o

128

vi


Danh sách b£ng
2.1 Các thơng sè sû dưng trong mơ hình . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
5.1 Dú li»u mët sè b£n tin CAN . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .

....
....

5.2
5.3
5.4
5.5
5.6
5.7
5.8

....100
....102
....105
....111
....112
....115

....115

Các thơng sè chính cõa MyRIO 1900 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
Các thông sè cõa h» thèng DAS-3 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
Thơng sè đưíng thû nghi»m . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
Ch§t lưđng phương pháp nâng cao tốc ở trớch mău encoder bỏnh xe .
ChĐt lủng phng phỏp ợc lủng trỹc tiáp hằ số trủt . . . . . . . .
Ch§t lưđng phương pháp ưỵc lưđng tèc đë dài . . . . . . . . . . . . . .
Ch§t lưđng phương pháp tính tốn h» sè trưđt thơng qua tèc đë dài . .

vii

50
99


Danh sách hình v³
1.1
1.2
1.3
1.4
1.5
1.6
1.7
1.8
1.9
1.11
1.12
1.13
1.14

Các lỵp bài tốn đi·u khiºn trong xe ô tô đi»n . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
Xe ơ tơ và ngưíi đi·u khiºn trong đi·u khiºn chuyºn đëng . . . . . . . . . . .
Các phương chuyºn đëng cõa xe ô tô . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
Mơ hình chuyºn đëng ngang Segel - Mụ hỡnh xe Ôp . . . . . . . . . . . . . . .
Các lüc tác döng lên xe theo phương dåc . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
Các trÔng thỏi cừa xe ụ tụ . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
Mèi quan h» giúa h» sè trưđt λ và h» sè bám µ . . . . . . . . . . . . . . . . . .
Quan h» giúa tèc đë bánh xe, tèc đë xe và h» sè trưñt . . . . . . . . . . . . . .
Bë s£n ph©m đo tèc đë cõa Kistler . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
1.10 Phõn loÔi cỏc nghiờn cựu v· đi·u khiºn lüc kéo ô tô đi»n . . . . . . . . . . . .
Đi·u khin lỹc kộo trờn c s mụ hỡnh mău . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
Đi·u khiºn lüc kéo trên cơ sð ưỵc lưđng đi·u ki»n m°t đưíng . . . . . . . . .
Đi·u khiºn lüc kéo khơng dùng thơng tin vªn tèc . . . . . . . . . . . . . . . . .
Đi·u khiºn h» sè trưñt trong kho£ng ên đành . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
1.15 C§u trúc h» đi·u khiºn h» sè trưñt trên cơ sð đi·u khiºn trưñt . . . . . . . . .
1.16 Các nhi»m vö cõa luªn án . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .

5
6
6
7
9
12
12
13
14
22
23
23

24
25
26
28

2.1
2.2
2.3
2.4
2.5
2.6
2.7
2.8
2.9

Các hưỵng chuyºn đëng cõa xe ơ tơ . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 30
Mơ hình xe ơ tơ 3 bêc tỹ do vợi cỏc lỹc tỏc dửng . . . . . . . . . . . . . . . . . 31
C§u hình h» thèng . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 31
Lu ỗ thuêt toỏn thỹc hiằn mơ hình xe ơ tơ . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 36
Mơ hình Simulink đëng lüc håc và đëng håc xe ô tô . . . . . . . . . . . . . . . 38
Trưíng hđp 1 - Tèc đë bình thưíng . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 39
Trưíng hđp 2 - Tèc đë cao
. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 40
Trưíng hđp 3 - Chuyºn hưỵng lái . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 41
Phõn loÔi mụ phọng Hardware-in-the-loop (a) Signal hardware-in-the-loop.
(b) Power và Reduced-scale hardware-in-the-loop . . . . . . . . . . . . . . . . . 43 2.10 Signal
Hardware-in-the-loop vỵi h» đi·u khiºn cho xe ô tô đi»n . . . . . . . . . 44
2.11 C§u hình đ· xu§t h» thèng mô phäng Signal HIL . . . . . . . . . . . . . . . . . 45
2.12 C§u hình h» thèng truy·n đëng xe ơ tô đi»n . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 45
2.13 Mơ hình cõa h» thèng truy·n lüc xe ô tô đi»n . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 46

2.14 Mơ hình têng thº h» thèng Signal HIL cho xe ô tô đi»n . . . . . . . . . . . . . . 47
2.15 Ghép nèi ph¦n cùng h» thèng . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
48
2.16 K¸t qu£ mơ phäng cho thû nghi»m đi th¯ng . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
49
2.17 K¸t qu£ khi đánh lái . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
51
3.1 Mơ hình q trình têng hđp c£m bi¸n JDL . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
55
3.2 Sü khác bi»t v· thíi gian trớch mău trong mởt hằ thống iÃu khin . . . . . .

viii

57


DANH SÁCH HÌNH V“

3.3 Mơ hình bë låc Kalman . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
3.4 Tớn hiằu thỹc, tớn hiằu trớch mău v phng sai đëng . . . . . . . . . . . . . .
3.5 Thüc thi bë låc Multirate Kalman đ· xu§t . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
3.6 C§u hình cõa h» thèng mô phäng . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
3.7 Thû nghi»m vỵi tín hi»u vào hình sin . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
3.8 Thû nghi»m vỵi tín hi»u vào tam giác . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
3.9 So sánh sai sè cõa các phương pháp (vỵi tín hi»u vào hình sin) . . . . . . . .
3.10 Mơ hình xe ơ tơ đi»n . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
3.11 Hằ số khuách Ôi cừa bở quan sát h» sè trưñt . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
3.12 K¸t qu£ mơ phäng bë quan sát h» sè trưñt . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
3.13 C£m bi¸n đo tèc đë bỏnh xe (nguỗn: Mitsubishi) . . . . . . . . . . . . . . . . .
3.14 Tín hi»u đo gia tèc (a) và Vªn tèc o tứ 3 loÔi cÊm bián (b) . . . . . . . . . . . .

4.1 Mèi quan h» giúa µ −λ và các vùng đi·u khiºn . . . . . . . . . . . . . . . . . .

59
61
62
63
64
65
65
67
69
70
72
73
78

4.2
4.3
4.4
4.5
4.6
4.7
4.8
4.9

79
80
80
81
81

83
84
85

C§u hình h» iÃu khin giợi hÔn hằ số trủt . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
Đ°c tính đi·u khiºn bë bù kiºu 1 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
Triºn khai h» thèng đi·u khiºn cho bë bù kiºu 1 . . . . . . . . . . . . . . . . .
Đ°c tính đi·u khiºn bë bù kiºu 2 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
Triºn khai h» thèng đi·u khiºn cho bë bù kiºu 2 . . . . . . . . . . . . . . . . .
Thû nghi»m khi không đi·u khiºn h» sè trưñt . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
Thû nghi»m vỵi bë bù kiºu 1 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
Thû nghi»m vỵi bë bù kiºu 2 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .

4.10 C§u trúc h» đi·u khiºn chèng trủt trờn c s giợi hÔn mụ men truyÃn cỹc Ôi 88
4.11 Mụ hỡnh tng ng cừa hằ thống iÃu khiºn . . . . . . . . . . . . . .....
4.12 Mơ hình thu gån cõa h» thèng đi·u khiºn . . . . . . . . . . . . . . . . .....
4.13 H» sè trưñt khi thay đêi h» sè ch¿nh đành κ . . . . . . . . . . . . . . . .....
4.14 So sánh vªn tèc xe và vªn tèc bánh xe . . . . . . . . . . . . . . . . . . .....
4.15 So sánh mô men đ°t . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .....
4.16 So sánh h» sè trưñt . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .....
4.17 So sánh công su§t tiêu thư . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .....
5.1
C§u hình h» thèng ph¦n cùng . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .....
5.2
5.3
5.4
5.5
5.6
5.7
5.8

5.9

5.16

Đ°c điºm tín hi»u ra cõa các Encoder bánh xe . . . . . . . . . . . . . .....
Các cêng giao ti¸p trên module cơ b£n DAS-3 . . . . . . . . . . . . . . .....103
L-p đ°t các h» thèng thí nghi»m . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .....103
Signal Hardware-in-the-loop vỵi h» thèng thüc nghi»m . . . . . . . . .....104
H» thèng thí nghi»m kiºu Signal HIL . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .....105
S ỗ ớng thỷ . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .....106
Thỷ nghiằm chÔy ởc lêp hằ thống thu thêp dỳ liằu - ChÔy thng . . .....107
Thỷ nghiằm chÔy ởc lêp hằ thống thu thêp dỳ liằu - ChÔy hỡnh sin .....108
5.10 Vên tèc đo tø GPS và đo tø bánh xe - ChÔy thng . . . . . . . . . . . .....109
5.11 Nõng cao tốc ở trớch mău encoder 36 xung/vòng . . . . . . . . . . . .....110
5.12 Nâng cao tèc đë trích mău GPS 10Hz . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .....110
5.13 CĐu hỡnh hằ thống ợc lủng hằ sè trưđt khơng dùng vªn tèc . . . . .....111
5.14 Kát quÊ ợc lủng hằ số trủt bơng cỏc h» thèng khác nhau . . . . . .....112
5.15 CĐu hỡnh hằ thống ợc lủng vên tốc di . . . . . . . . . . . . . . . . .....113
ợc lủng vên tốc di và tính tốn h» sè trưđt . . . . . . . . . . . . . .....114
5.17 K¸t qu£ khi khơng đi·u khiºn h» sè trưđt trên HIL . . . . . . . . . . . .....116
ix

90
90
92
92
93
93
94
98

99


DANH SÁCH HÌNH V“

5.18 K¸t qu£ đi·u khiºn h» sè trủt trờn HIL vợi bở bự kiu 1

............117

5.19 Kát quÊ đi·u khiºn h» sè trưđt trên HIL vỵi bë bù kiºu 2
5.20 K¸t qu£ cõa phương pháp MTTE nguyên b£n
5.21 Thû nghi»m vỵi h» sè κ=2.78 . . . . . . . . . .
5.22 Thû nghi»m vỵi h» sè κ=20 . . . . . . . . . . .
5.23 Thû nghi»m vỵi h» sè κ=50 . . . . . . . . . . .

............118
...................120
...................120
...................121
...................121

x


Danh möc các ký hi»u
l f , lr, b f , br, h Kích thưỵc hình håc cõa xe ơ tơ
Fxi, Fyi, i = 1..4 Lüc dåc trưc và ngang trưc trên các bánh xe
vx ho°c V

Vªn tèc tuy»t đèi (dåc trưc), cịn gåi là vªn tèc dài

vy

Vªn tèc ngang tröc

r

Tèc đë quay quanh tâm xe

ax, ay

Gia tèc tuy»t đèi (dåc tröc) và gia tèc ngang tröc

m ho°c M

Têng khèi lưđng xe ơ tơ

cW
A

H» sè hình dáng khí đëng håc cừa xe
Diằn tớch mt trợc cừa xe



Mêt ở khụng khớ



Gúc lái cõa bánh xe

Fair
λ

Lüc c£n khơng khí
H» sè trưđt hay h» sè trưđt cõa bánh xe

ˆ

λ

H» sè trưđt ưỵc lưđng

an, bn, Sh, Sv Các h» sè trong phương trình Pacejka
α
Góc trưđt ngang cõa bánh xe
γ

Góc nghiêng cõa bánh xe (góc camber)

Fzi, i = 1..4Trång lüc cõa xe trên các bánh xe
N
Trång lưđng cõa c£ xe ơ tơ
Re f f

Bán kính hi»u dưng cõa bánh xe

ω

Tèc đë quay cõa bánh xe

Te

Mơ men sinh ra bði đëng cơ

Tt

Mơ men đ¦u ra cõa hëp gi£m tèc

Ki

T¿ sè truy·n cõa hëp gi£m tèc

Ftotal

Têng các lüc dåc trưc trên các bánh xe

Tb

Mơ men phanh quy đêi v· trưc bë truy·n

Jz

Mơ men qn tính quanh trưc đùng

Jx ho°c J

Mơ men qn tính cõa xe

Jw ho°c Jω

A, B,C

Mơ men qn tính cõa bánh xe
Các ma trªn trong mụ hỡnh khụng gian trÔng thỏi viát trờn miÃn thới gian

F, G, H, Λ

Các ma trªn trong mơ hình khơng gian trÔng thỏi viát trờn miÃn rới rÔc

xi


Danh mưc các ký hi»u
Q hay Qc Ma trªn hi»p phng sai nhiạu quỏ trỡnh R hay
Rc Ma trên hiằp phng sai nhiạu o
P
Ma trên hiằp phng sai cừa sai lằch ợc lủng
T

Chu k trớch mău

Tc

Chu k trớch mău vũng iÃu khin

Ts

Chu k trớch mău cừa cÊm bián tốc ở cêp nhêt chêm

Hằ số gúc giỳa hai im trớch mău thüc

Fd

Lüc ma sát sinh ra bði ti¸p xúc m°t đưíng - lèp xe, gåi t-t là lüc chõ đëng

Fdr

Lüc c£n tr chuyn ởng

Vw
,

Vên tốc cừa bỏnh xe
2

ở lằch chuân và phương sai cõa phép đo

p a, p b
g

Và trí chân ga, chân phanh
Gia tèc trång trưíng

Cs
µ

Đë cùng lái (driving stiffness)
H» sè bám

ΔT

Lưđng bù mơ men

Tcom

Lưđng đ°t mơ men tø ngưíi lái

Kc
κ

H» sè bù
H» sè ch¿nh đành

∇T¿ l» mơ men cõa đëng cơ khơng truy·n đưđc xng m°t đưíng

xii


Danh mưc các tø vi¸t t-t
EV
TCS

Electric Vehicle
Traction Control System

ABS

Anti-lock Braking System

MTTE

Maximum Transmissible Torque Estimation

KF
E-KF
MKF
M-MKF
MSE

Kalman Filter
Extended Kalman Filter
Multirate Kalman Filter
Modified Multirate Kalman Filter
Mean Square Error

RMSD

Root Mean Square Deviation

NRMSD

Normalized Root Mean Square Deviation

IMU
GPS

Inertial Measurement Unit
Global Positioning System

HIL

Hardware-in-the-loop

S-HIL

Signal Hardware-in-the-loop

xiii


Mð đ¦u
T¦m quan trång và lý do lüa chån đ· ti
ợc lủng trÔng thỏi l nhiằm vử c bÊn cừa đi·u khiºn chuyºn đëng và đëng lüc håc xe ô tụ.
Trờn xe ụ tụ cú rĐt nhiÃu trÔng thỏi, vớ dư như: góc trưđt thân xe, vªn tèc dài, h» sè trưđt, góc l-c
ngang, khèi lưđng, đë cùng lèp... Méi trÔng thỏi cừa xe ụ tụ Ãu úng gúp vai trị quan trång vào
h» thèng đi·u khiºn, làm tăng cưíng chĐt lủng iÃu khin v c biằt gúp phƯn Êm b£o an tồn
cho ngưíi lái và hành khách trên xe trong nhúng đi·u ki»n vªn hành và đ°c điºm mơi trớng khỏc
nhau. Náu khụng xỏc nh ủc cỏc trÔng thỏi thì vi»c đi·u khiºn xe hồn tồn phư thc kinh
nghi»m v th trÔng cừa ngới lỏi, tiÃm ân rĐt nhiÃu rõi ro trong q trình tham gia giao thơng như
hi»n tủng mĐt lỏi khi i ớng trn, thứa/thiáu lỏi khi chuyn hợng hoc khi phanh trỏnh vêt cÊn
xuĐt hiằn ởt ngởt. Náu cú th biát ủc cỏc trÔng thỏi cõa xe, h» thèng đi·u khiºn có thº can thi»p
tín hiêu vào các cơ c§u ch§p hành đº hé trđ ngưíi lái, giúp đưa xe ơ tơ v· đi·u ki»n vên hnh an
ton v tuõn theo yờu cƯu iÃu khin cừa ngới lỏi. Vỡ vêy, viằc ợc lủng trÔng thỏi cừa xe ụ tụ l
cỹc k cƯn thiát.
ối vợi xe ô tô đi»n, vi»c đưñc trang bà đëng cơ đi»n cho hằ thống truyÃn ởng s tên dửng
ủc rĐt nhiÃu u im cừa loÔi c cĐu chĐp hnh ny. Trong ú phÊi k án cỏc c im nời trởi
vủt bêc so vợi xe chÔy ởng c ốt trong nh: (1) đáp ùng mơ men r§t nhanh, ch¿ trong vài mili
giây, (2) mơ men có thº đo đưđc thơng qua đo dũng iằn ởng c, tÔo iÃu kiằn cho viằc iÃu khiºn

lüc phát đëng cõa xe, (3) đëng cơ có thº tích hđp vào bánh xe làm vi»c đi·u khiºn trð nờn linh hoÔt
hn, ởc lêp hn v an ton hn.
tªn dưng đưđc các ưu điºm vưđt trëi này cõa ởng c iằn, viằc ợc lủng cỏc trÔng thỏi
cừa xe ngồi u c¦u v· đë chính xác cao, cịn ph£i ỏp ựng cỏc tiờu chớ và tốc ở trớch mău và
mùc đë đơn gi£n trong tính tốn đº phù hđp vỵi các ùng dưng thíi gian thüc. V· cơ b£n, ợc lủng
trÔng thỏi xe ụ tụ gp mởt số khú khn gỗm:

ã TrÔng thỏi cừa xe ụ tụ phƯn lợn là khơng đo trüc ti¸p đưđc, và n¸u đo đưđc thì cũng b-t bc
ph£i đo b¬ng các h» thèng c£m bián chi phớ rĐt cao, khụng phự hủp cho viằc trin khai trờn
xe ụ tụ thng mÔi. Chớnh iÃu ny dăn tợi vĐn à cƯn phÊi ợc lủng cỏc trÔng thái đº phưc vư
cho đi·u khiºn.
• Xe ơ tơ là ối tủng phi tuyán mÔnh v cỏc tham số bián thiên liên tưc trong st q trình
vªn hành cõa xe như khèi lưđng, đi·u ki»n ma sát m°t đưíng, tèc ở giú...
ã Cỏc cÊm bián g-n trờn xe ụ tụ rĐt a dÔng vợi nhiÃu c tớnh và chừng loÔi, tèc đë, đë phân
gi£i. Đº sû döng h» thèng c£m bián ny ũi họi phÊi cú cỏc phng phỏp ỗng bở thụng tin,
lồc nhiạu hay phối hủp nhơm trớch lồc đưđc thơng tin ý nghĩa đº đưa vào bë ưỵc lủng trÔng
thỏi.
Viằc ợc lủng trÔng thỏi cho xe ụ tụ iằn ang l mởt chừ Ã nghiờn cựu hĐp dăn cÊ lý thuyát
hn lõm lăn trin khai thỹc tá bði ơ tơ đi»n là xu th¸ chung cõa c£ thá giợi. Cỏc kát quÊ nghiờn cựu vÃ
ợc lủng trÔng thái cõa ơ tơ đi»n thưíng đưđc ùng dưng vào đi·u
1


Mð đ¦u

khiºn chuyºn đëng và đi·u khiºn tü lái. Xét trờn c thự giao thụng tÔi Viằt Nam, tỏc giÊ lüa chån đ·
tài có tên gåi: "Nghiên cùu thi¸t k¸ bë quan sát h» sè trưđt và ưỵc lưđng tèc đë tuy»t đèi cho đi·u
khiºn lüc kéo cõa ô tô đi»n"
Tóm lưđc nëi dung nghiên cùu và k¸t qu£ cõa luên ỏn
Luên ỏn ny têp trung giÊi quyát bi toỏn ưỵc lưđng h» sè trưđt cõa xe ơ tơ đi»n. Đº thüc hi»n

cơng vi»c này, tác gi£ đ· xu§t các thuêt toỏn ợc lủng trỹc tiáp hằ số trủt v ưỵc lưđng tèc đë dài
cõa xe ơ tơ đi»n đº tø đó tính tốn ra h» sè trưđt. Đº gi£i quyát cỏc vĐn à trong ợc lủng trÔng
thỏi xe ụ tụ, thay vỡ tiáp cên thụng qua mụ hỡnh ởng lüc håc, luªn án thüc hi»n nghiên cùu trên cơ
sð cõa phương pháp têng hđp dú li»u đa c£m bi¸n vợi mụ hỡnh ởng hồc cừa ối tủng. Vợi cỏch
tiáp cên ny, thuêt toỏn ợc lủng s hoÔt ởng ởc lêp vợi sỹ thay ời cừa cỏc tham số ởng lüc håc
cõa xe ơ tơ. Trong các nghiên cùu đưđc à xuĐt, hằ số trủt ủc ợc lủng trỹc tiáp tø mơ hình
đëng håc và khơng dùng thơng tin v· tèc đë dài. Trong khi đó, tèc đë dài cõa xe ơ tơ s³ đưđc ưỵc
lưđng thơng qua têng hđp dỳ liằu tứ hằ thống cỏc cÊm bián gỗm gia tèc k¸, Global Positioning
System (GPS), c£m bi¸n tèc đë quay bánh xe. Các c£m bi¸n trong h» thèng này ho°c đã đưđc g-n
s®n trên xe, ho°c đưđc trang bà thêm phưc vư nhu c¦u nghiên cùu. Đº đ£m b£o sü ỗng bở và mt
dỳ liằu cừa cỏc cÊm bián, thuêt toỏn nõng cao tốc ở trớch mău cừa cÊm bián bơng viằc sỷa ời
thuêt toỏn Multirate Kalman Filter cng ủc à xuĐt. Cỏc thuêt toỏn Ãu rĐt n giÊn nờn yờu cƯu
nng lỹc tớnh toỏn cừa phƯn cựng thĐp. Vỡ vêy, cỏc à xuĐt cừa luên ỏn khÊ thi khi trin khai trờn cỏc
hằ thống phƯn cựng vợi yờu cƯu thới gian thỹc.
Và mt ựng dửng, luên ỏn à xuĐt mët sè thuªt tốn trong đi·u khiºn chèng trưđt và đi·u khiºn lüc
kéo xe ơ tơ đi»n. Các thuªt tốn iÃu khin Ãu sỷ dửng kát quÊ cừa phộp ợc lưđng h» sè trưđt đã
thüc hi»n. Trong các thuªt tốn đi·u khiºn đưđc đ· xu§t, bë đi·u khiºn chèng trưđt hoÔt ởng nh
mởt bở giợi hÔn hằ số trủt đ£m b£o khi xe đi vào đưíng có h» sè bỏm thĐp, hằ số trủt khụng
vủt quỏ giợi hÔn t trưỵc, tø đó, duy trì đë bám đưíng và tăng mùc đë an tồn cõa ngưíi lái.
Trong khi đó, bë đi·u khiºn lüc kéo đưđc đ· xu§t trên cơ sð sỷa ời phng phỏp iÃu khin lỹc
kộo bơng ợc lủng mụ men truyÃn cỹc Ôi (Maximum Transmissible Torque Estimation - MTTE).
Phng phỏp ny tớnh toỏn mụ men cỹc Ôi cho phép trong méi đi·u ki»n m°t đưíng khác nhau đº
giỵi hÔn mụ men t cho ởng c truyÃn ởng. Do ú, xe luụn ủc hoÔt ởng trong vựng an ton.
Ton bở cỏc thuêt toỏn ợc lủng v iÃu khin Ãu ủc kim chựng bơng mụ phọng off-line
trờn nÃn phƯn mÃm Matlab/Simulink, thüc nghi»m trên xe ô tô đi»n thüc và mơ phäng thíi gian thüc
b¬ng h» thèng Hardware-in-the-loop. Đèi tưđng nghiên cùu và thû nghi»m thuªt tốn cõa luªn án
là xe ơ tơ đi»n i-MiEV do Mitsubishi s£n xu§t năm 2013.
í ngha cừa luên ỏn
à cêp tợi mởt ối tủng nghiên cùu mang tính thíi sü là ơ tơ đi»n, luên ỏn em lÔi nhiÃu ý ngha
cÊ và khoa hồc lăn thỹc tiạn.

ã VÃ khoa hồc, luên ỏn i theo mởt hợng tiáp cên mợi trong viằc phỏt trin cỏc bở quan sỏt v
ợc lủng trÔng thỏi xe ụ tụ đi»n trên cơ sð phương pháp têng hđp c£m bi¸n, thay vì cách
ti»p cªn truy·n thèng là sû dưng các mơ hình đëng lüc håc cõa đèi tưđng. Cách làm ny cho
phộp kát quÊ ợc lủng khụng b phử thuởc vào sü thay đêi tham sè cõa đèi tưñng. Đèi vợi
vĐn à iÃu khin, luên ỏn cú nhỳng úng gúp mợi và khoa hồc thụng qua cỏc à xuĐt mợi cũng
như c£i ti¸n các phương pháp đã đưđc cơng bè em lÔi chĐt lủng cng nh ở ờn nh
cao hn cho ụ tụ iằn.
ã VÃ phng diằn thỹc tiạn, luên ỏn ó thỷ nghiằm cỏc kát quÊ trờn nhiÃu n·n t£ng
2


Mð đ¦u

khác nhau như mơ phäng máy tính, thüc nghi»m vỵi Hardware-in-the-loop và đ°c bi»t là kiºm
chùng trên xe ơ tơ thüc. Đi·u này kh¯ng đành kh£ năng áp dưng cừa phng phỏp trờn thỹc
tiạn.
CĐu trỳc cừa luên ỏn
Ton bở quyºn luªn án đưđc chia thành năm chương nëi dung v mởt chng kát luên.
Nởi dung c bÊn cừa cỏc chng nh sau:

ã Chng 1 giợi thiằu chung và ối tưđng nghiên cùu, c§u trúc và các v§n đ· cơ bÊn liờn quan
tợi ối tủng. Tứ ú, thu hàp phÔm vi nghiên cùu và đưa ra các nëi dung cũng nh cỏc yờu
cƯu cử th, nh lủng ối vợi luên án. Ti¸p theo đó, trên cơ sð phân tích các nghiờn cựu cựng
phÔm vi, nởi dung chng 1 cng à xuĐt phng hợng giÊi quyát cỏc nhiằm vử cừa luên
ỏn.
ã Chương 2 thüc hi»n mơ hình hóa đèi tưđng. Nëi dung chng b-t Ưu bơng viằc xõy dỹng
mụ hỡnh ởng håc và các phương trình đëng lüc håc vỵi các tham sè đưđc sû dưng trên cơ
sð cõa xe ơ tô i-MiEV. H» thèng truy·n đëng và h» thèng lái cũng đưđc mơ t£ trong chương
này. Ti¸p đó, q trình xây düng h» thèng mơ phäng kiºu Hardware-in-the-loop đưđc đ· cªp.

Đây là cơ sð đº thû nghi»m các thuªt tốn ợc lủng v iÃu khin cừa luên ỏn.
ã Chng 3 nghiờn cựu và cỏc thuêt toỏn ợc lủng v quan sỏt. Bở ợc lủng v quan sỏt trỹc
tiáp hằ số trưđt khơng sû dưng thơng tin tèc đë đưđc đ· cêp trợc tiờn. Viằc nghiờn cựu ợc
lủng tốc ở di cõa xe và các thuªt tốn liên quan s³ đưđc à cêp phƯn cũn lÔi cừa chng
ny.
ã Chng 4 à cêp tợi vĐn à iÃu khin hằ số trủt. Các nghiên cùu liên quan tỵi nëi dung này
s³ đưđc im qua. Luêt iÃu khin mợi cng ủc à xuĐt trong chương này.

• Chương 5 trình bày vi»c xây düng phƯn cựng phửc vử viằc trin khai cỏc thuêt toỏn ợc lủng
nh ó Ã cêp trong cỏc chng trợc. Tiáp ú, nởi dung chng têp trung vo cỏc kát quÊ
thỷ nghi»m trên c£ n·n t£ng ph¦n cùng đã xây düng và các k¸t qu£ thû nghi»m trên h» thèng
Hardware-in-the-loop đã xõy dỹng trong chng 2.
ã Mởt số kát luên và nhỳng úng gúp cừa luên ỏn, nhỳng vĐn à cũn thiáu sút v hợng nghiờn
cựu tiáp theo ủc trỡnh by trong phƯn Kát luên.

3


Chương 1

Têng quan
1.1

Khái quát đèi tưñng nghiên cùu

Hi»n nay, Electric Vehicle đang là mët thuªt ngú nhªn đưđc sü quan tõm cừa cÊ thá giợi, tứ cỏc cỏ
nhõn, têp th nghiờn cựu tợi cỏc cụng ty, têp on, quy mụ và lỵn hơn là chính phõ nhi·u qc gia.
Electric Vehicle (EV) [1–3] đưđc đành nghĩa là mơt phương ti»n giao thơng, truy·n đëng bði mët
ho°c nhi·u đëng cơ đi»n vỵi nguỗn nng lủng ủc cĐp tứ -c quy hoc tứ bờn ngoi thụng qua
cỏp nguỗn. EV cú th l ụ tô đi»n cá nhân, tàu đi»n công cëng, xe bus đi»n, xe đ¦u kéo đi»n. . . .

Sð dĩ EV trð nên quan trång vì chúng khơng ch¿ làm gi£m tiáng ỗn, ụ nhiạm khụng khớ, mực ở
phỏt thÊi khớ CO2, chúng cịn làm gi£m sü phư thc cõa các phng tiằn giao thụng vo cỏc
nhiờn liằu húa thÔch nh dƯu mọ, khớ ốt.
Náu văn tiáp tửc giỳ mực ở sû dưng nhiên li»u như hi»n nay thì kàch b£n xĐu nhĐt l thá giợi s
cÔn kiằt dƯu mọ trong vũng 40 nm tợi [3]. Trờn thỹc tá, viằc ngy cng khan hiám ti nguyờn dƯu
mọ s lm giỏ dƯu tng rĐt mÔnh dăn tợi viằc sỷ dửng loÔi nhiờn liằu ny khụng Êm bÊo tớnh kinh
tá. DƯu cú th ủc sÊn xuĐt tứ mởt số loÔi nguyờn liằu húa thÔch khỏc nh than ỏ v vợi quy trỡnh
sÊn xuĐt và cách tính như hi»n nay, giá d¦u s³ tăng thêm kho£ng 10%. Đây là mët con sè khơng
h· b§t kh£ thi v· m°t kinh t¸ trong đi·u ki»n dü trú than đá tèt hơn d¦u mä. Lưđng dü trú than đá
hi»n nay vào kho£ng 100 năm, tuy vªy, nó văn l mởt nguỗn ti nguyờn hỳu hÔn.
Nhỳng lo ngÔi và vĐn à Đm lờn cừa trỏi Đt văn ang tiáp tửc v thỹc tá diạn bián ngy cng phực
tÔp. Vi»c trái đ§t §m lên đưđc cho là do sü phát th£i khí CO2 trong q trình đèt cháy nhiên liằu
húa thÔch. iÃu ny dăn tợi nhỳng sỹ bián ời khí hªu trên di»n rëng và sü dâng cao cõa mỹc nợc
bin, e dồa phỏ hừy hng loÔt cỏc thnh phố ven bin trờn ton thá giợi. Trong cỏc nguỗn phát khí
CO2, phát th£i do các phương ti»n giao thơng sû dưng đëng cơ đèt trong đùng thù 3, chi¸m 18%
[4] sau cơng nghi»p (23%) và phát đi»n (39%). Vì vêy, viằc nghiờn cựu, thiát ká v sÊn xuĐt EV
hiằn nay đº thay th¸ cho các phương ti»n giao thơng truy·n thèng là vi»c làm vơ cùng c§p bách và
địi häi sü chung tay cõa nhi·u tê chùc, doanh nghi»p v nhiÃu quốc gia trờn ton thá giợi.
Trong quyn luên án này, EV là đèi tưñng nghiên cùu và đưñc hiºu như là xe ơ tơ đi»n, cư thº
hơn là xe ơ tơ đi»n cá nhân chð ngưíi dưỵi 9 ché, có 4 bánh xe g-n vỵi 1 thân đëc lêp, khụng kộo
theo r moúc. Vỡ vêy, thống nhĐt ngơn ngú, luªn án sû dưng cưm tø “ơ tơ iằn thay thá cho
thuêt ngỳ tiáng Anh núi trờn.

4


Chương 1. Têng quan
Điều khiển xe tự lái

Quản lý Năng lượng

Điều khiển chuyển động
Điều khiển truyền động điện

Mơi trường
Vị trí
Bản đồ số

1.2

Bộ điều khiển

Bộ điều khiển

Tự lái

dòng năng
lượng

Bộ điều khiển
chuyển động

Bộ điều khiển
động cơ

Mơ hình xe
Động cơ

ơ tơ điện

Hình 1.1: Các lỵp bài tốn đi·u khiºn trong xe ơ tơ đi»n

Mưc tiêu nghiên cùu

Xe ơ tơ đi»n, đương nhiên, đang rĐt phỏt trin trờn thá giợi bi cỏc tờ chực nghiên cùu v· chúng
khơng nhúng đưđc hé trđ bði các doanh nghiằp bơng ti chớnh m cũn nhên ủc sỹ hộ trủ cừa
nh nợc bơng cỏc chớnh sỏch, hnh lang pháp lý, lë trình triºn khai. Hi»n nay, r§t nhi·u quèc gia
phát triºn đã và đang phát triºn cơ sð hÔ tƯng phửc vử cho vên hnh hng loÔt xe ụ tụ iằn nh xõy
dỹng trÔm sÔc, thiát ká ln đưíng riêng, phê chu©n và xây düng các khung pháp lý cho xe vªn
hành tü đëng...
Trên xe ơ tơ đi»n, có tỵi 5 lỵp bài tốn đi·u khiºn chính, ùng vợi cỏc mÔch vũng iÃu khin xáp
theo kiu nối tƯng như trình bày trên hình 1.1. Đó là (1) Đi·u khiºn đëng cơ truy·n đëng, (2) Đi·u
khiºn chuyºn đëng, (3) QuÊn lý nguỗn nng lủng trờn xe, (4) Vên hnh ơ tơ tü đëng khơng c¦n
ngưíi lái và (5) Đo lớng v ợc lủng trÔng thỏi. Viằc nghiờn cựu và xe ơ tơ tü lái là hồn tồn
khơng kh£ thi tÔi Viằt Nam do c thự và giao thụng cha cho phộp vên hnh loÔi xe ny. Cỏc
nghiờn cựu và đi·u khiºn đëng cơ đã d¦n trð nên bão hịa. Viằc quÊn lý cỏc nguỗn nng lủng trờn
xe cng ó Ôt ủc nhỳng thnh cụng nhĐt nh khi à ti cĐp Nh nợc KC03.08/11-15 (Nghiờn
cựu thiát ká chá tÔo hằ truy·n đëng và đi·u khiºn cho xe ô tô đi»n) đ· xu§t và đưđc nghi»m thu c§u
trúc h» năng lưđng lai -c quy - siêu tư đi»n. Trong bài vi¸t ng trờn tÔp chớ IEEE Control System,
Zongxuan Shun v cởng sỹ ó viát: "K thuêt cốt lừi cừa cỏc hằ thèng an tồn chõ đëng (b£n ch§t
là h» thèng đi·u khin chuyn ởng) bao gỗm iÃu khin ờn nh iằn tỷ kát hủp vợi ợc lủng trÔng
thỏi xe ụ tụ đi»n và các đi·u ki»n m°t đưíng..." [5]. Trong thüc tá, viằc ợc lủng trÔng thỏi cừa xe ụ
tụ iằn l thnh phƯn khụng th thiáu ủc cừa hằ thống iÃu khin an ton chừ ởng. Hn thá nỳa,
viằc ợc lủng trÔng thỏi cũn ủc sỷ dửng rởng hn, cho c£ bë đi·u khiºn tü lái.

Chính vì vªy, nëi dung cừa luên ỏn s têp trung vo viằc thiát ká cỏc bở ợc lủng trÔng thỏi cừa
xe ụ tụ iằn và tø đó ùng dưng các k¸t qu£ này trong bài toán đi·u khiºn chuyºn đëng cõa xe. Tuy
nhiên, b£n thân đi·u khiºn chuyºn đëng cũng là mët lĩnh vüc nghiờn cựu rĐt rởng, số lủng cỏc
trÔng thỏi cƯn ợc lủng cừa xe ụ tụ cng rĐt nhiÃu nờn luên ỏn trợc hát s giợi thiằu cỏc thụng tin
c bÊn và hai lnh vỹc ny, tứ ú, thu hàp phÔm vi nghiên cùu cuèi cùng.

1.2.1

Đi·u khiºn chuyºn đëng xe ô tơ đi»n

Đèi vỵi các xe ơ tơ nói chung, các chuyºn đëng theo phương th¯ng, ngang, quay quanh tâm cõa
xe ụ tụ iÃu ủc tÔo ra bi cỏc lằnh iÃu khiºn tø ngưíi lái (vơ lăng, ga, phanh) và phư thc vào
đ°c tính đëng håc cõa chính chi¸c xe. Ngưíi lái ph£i liên töc quan sát
5