Proceedings VCM 2012 110 mô hình hệ thống động lực xe tự hành

808 Trần Thanh Hùng, Quang Hà
VCM2012
Mô hình hệ thống động lực xe tự hành
Modelling for powertrain of an autonomous vehicle
Trần Thanh Hùng, Quang Hà*
Trường Đại học Cần Thơ, *Trường Đại học Kỹ thuật Sydney
e-Mail: ,
Tóm tắt
Phân tích động lực học đóng vai trò rất quan trọng trong việc điều khiển xe tự hành. Bài báo này trình bày
mô hình hóa và mô phỏng hệ thống động lực của một xe tự hành mọi địa hình, được phát triển tại Trung tâm
Robot Địa hình, Sydney, Úc. Tất cả các bộ phận của hệ thống động lực từ động cơ, bộ truyền động vô cấp
(CVT), hộp số tới bánh xe đều được phân tích và mô phỏng, dựa trên đặc tính động lực học của chúng và kết
quả thực nghiệm. Mô hình của toàn bộ hệ thống động lực được phát triển và được kiểm chứng qua kết quả
thực nghiệm.
Abstract:
Dynamics analysis plays a very important role in the control of an autonomous vehicle. This paper presents
modeling and simulation for the powertrain of an autonomous all-terrain vehicle, which was developed at the
Australian Center for Field Robotics, Sydney. All parts of the system from the engine, Continuous Variable
Transmission (CVT), gearbox to the wheels are analyzed and simulated, based on the characteristics of their
dynamics and experimental results. Model of the whole powertrain is developed and verified by experimental
results.

Ký hiệu
Ký hiệu Đơn vị Ý nghĩa

e

s
Thời hằng của động cơ

e

%
Độ mở của ga (throttle)

e

RPM Tốc độ quay của động
cơ

c

RPM Tốc độ quay đầu ra
CVT

d

RPM Tốc độ quay của hộp bộ
vi sai

dL

RPM Tốc độ quay của đầu ra
bên trái bộ vi sai

dR

RPM Tốc độ quay của đầu ra
bên phải bộ vi sai

G

RPM Tốc độ quay của đầu ra
hộp số

w

RPM Tốc độ quay của bánh
xe

wL

RPM Tốc độ quay của bánh
xe bên trái

wR

RPM Tốc độ quay của bánh
xe bên phải
Chữ viết tắt
RPM Revolution per minute
CVT Continuous variable transmission

1. Phần mở đầu
Xe tự hành mọi địa hình có rất nhiều ứng dụng
tiềm năng, cả trong khu vực quân sự và dân sự,
như trinh sát, giám sát, tìm mục mục tiêu, tìm
kiếm và cứu hộ, thăm dò và khai thác tài nguyên.
Bản mẫu của một xe tự hành địa hình đã được phát
triển tại Trung tâm Robot Địa hình, Sydney, Úc.
Bản mẫu này được cải tiến từ xe địa hình

Conquest Argo 8x8, với kích thước 3 x 1.45 x
1,1m và trọng tải 0,5 tấn. Nó có thể đạt vận tốc
30km/h trên mặt đất và 3 km/h trên mặt nước. Xe
được trang bị tám bánh xe động lực, lái theo kiểu
trượt như xe tăng (H.1) bằng cách tác động vào
các phanh.
H.2 mô tả cấu trúc hệ thống động lực của xe, bao
gồm một động cơ, bộ truyền động vô cấp (CVT),
hộp số, bộ vi sai, hệ thống xích và các bánh xe.
Trong hình, ký hiệu T,

, và K được dùng cho các
mômen xoắn, tốc độ quay, và tỷ số truyền tại các
thành phần tương ứng.
Xe được trang bị các cảm biến để cho phép đo tốc
độ động cơ, tốc độ đầu vào hộp số, và tốc độ bánh
xe bên trái và bên phải. Ngoài ra tốc độ động cơ và
lực phanh hai bên có thể được điều khiển độc lập
bởi các cơ cấu chấp hành. Nhiều thực nghiệm đã
được thực hiện để lấy dữ liệu phục vụ cho việc mô
hình hóa hệ thống. Dựa trên các thực nghiệm và lý
thuyết liên quan, một mô hình cơ bản gồm tất cả
bộ phận trong hệ thống động lực của xe đã được
Tuyển tập công trình Hội nghị Cơ điện tử toàn quốc lần thứ 6 809
Mã bài: 173
phát triển và được báo cáo tại Hội nghị về Robot
và Tự động hóa tại Úc (T.H.Tran và công sự,
2004). Bài báo này sẽ trình bày những cải tiến trên
mô hình đã thực hiện và kiểm nghiệm, so sánh kết
quả mô phỏng với dữ liệu thực tế thu được từ các

lần thực nghiệm trên xe.

2. Mô hình hóa và mô phỏng xe
Hệ thống truyền động bao gồm động cơ, CVT, hộp
số, bộ vi sai (trong hộp số), hệ thống xích và tám
bánh xe. H.3 mô tả các thành phần trong hệ thống
cùng với sự phân bố mômen xoắn và tốc độ. Cần
lưu ý rằng các mô hình của động cơ, CVT, hộp số,
và hệ thống xích độc lập với hệ thống phanh.
Trong khi đó mô hình các bộ phận khác phải phụ
thuộc mômen xoắn tác động lên các đĩa phanh bên
phải và trái.
2.1 Động cơ
Xe xử dụng đông cơ 4 thì FD620D, công suất 20
HP của hãng Kawasaki. Có thể áp dụng phương
trình khí lý tưởng và động lực học để mô tả từng
bộ phận của động cơ (Crossley và Cook, 1991;
Hendricks và Sorenson, 1990). Tuy nhiên, đối với
mục đích điều khiển, không cần thiết phải xem xét
quá chi tiết như vậy. Thực nghiệm nghiệm cho
thấy có thể mô tả mô-men xoắn sinh ra bởi một
động cơ như một hàm truyền bậc nhất (Zanasi et
al, 2001):
,
1
e
e
e
e
s

K
T



 (1)
với

e
là độ mở của ga (throttle), K
e
và

e
là độ lợi
và thời hằng động cơ.
Phương trình chuyển động của động cơ được xác
định từ định luật 2 Newton:
,
, ecefriceee
TTTJ 


(2)
với J
e
là mô-men quán tính, bao gồm bánh đà, trục
động cơ và buly kéo của CVT; T
fric,e
là mô-men ma

sát trong động cơ và T
ec
là mô-men tải từ CVT tác
động lên động cơ.


H. 1 Bản mẫu của một xe tự hành địa hình




H. 2 Hệ thống động lực của xe




T

dL




dL



H
ệ thống xích

K

3





Động cơ



(20 hp)


Bộ vi sai


CVT


K
1


K
2


Te

c



e


Bánh xe


T

wL



wL

Tc



c


T

wR



wR

T

dR


dR


Hộp số




Đĩa
phanh


Đĩa
phanh



T

G


G


810 Trần Thanh Hùng, Quang Hà
VCM2012

H. 3 Sơ đồ khối các thành phần trong hệ thống động lực

2.2 CVT
Động lực từ động cơ đi qua một bộ truyền động vô
cấp (CVT) trước khi đến các bộ phận còn lại. CVT
bao gồm hai puli và một dây đai hình chữ V. Mỗi
puly có một đĩa cố định và một đĩa di động. Khi
động cơ tăng tốc, dưới ảnh hưởng của lực ly tâm,
đĩa di động của puly sơ cấp di chuyển về phía đĩa
cố định làm tăng bán kính (chèn dây đai) puly và
do đó tăng tỉ số truyền (để tăng tốc độ quay của
các bộ phận phía sau). Ngược lại, khi tải tăng lên,
dưới ảnh hưởng của mô-ment tải và lò xo nén, đĩa
di động của puly thứ cấp bị ép về phía đĩa cố định,
làm giảm tỉ số truyền (để tăng mô-men cung cấp
cho các bộ phận phía sau). Như vậy có thể mô tả tỉ
số truyền của CVT như một hàm của tốc độ động
cơ và tải tác động lên CVT:
,),(
1 ce
TfK


 (3)
Hàm f() phụ thuộc vào cấu tạo cơ khí của CVT,
thực tế rất khó tìm được mô hình chính xác. Giải
pháp đưa ra là sẽ ước lượng từ dữ liệu thực
nghiệm.
Mô-men xoắn và tốc độ tại đầu ra của CVT được
xác định bởi:

.
,/
1
1
K
KTT
ec
ecc



(4)
2.3 Hộp số
Hộp số có bốn vị trí, cụ thể là Reverse để lui xe;
Neutral – dùng lúc khởi động động cơ hoặc chạy
không tải; Low để sử dụng khi cần thêm thêm kéo,
và High - để sử dụng lúc hoạt động bình thường.
Đầu ra của hộp số kết nối trực tiếp vỏ của bộ vi
sai. Vì vậy, vỏ của bộ vi sai có thể được xem như
là đầu ra của hộp số khi tính hệ số truyền của hộp
số, K2.










High,2655.0
Low,1295.0
Neutral,0
Reverse,1295.0
2
K
(5)
giá trị K2 được tính toán từ số răng của các bánh
răng trong hộp số.
Mô-men xoắn và tốc độ quay ở đầu ra của hộp số:



,
,/
2
2,
K
KTTT
cG
GfriccG




(6)
Trong đó
Gfric
T
,
là mô-men ma sát trong hộp số.
2.4 Hệ thống xích
Bỏ qua hiện tượng backlash, hệ thống xích có thể
được đơn giản hóa như là một tỉ số truyền K3, tính
từ số lượng răng của mỗi xích trong hệ thống dây
chuyền,

.0.2483
3
K
(7)
2.5 Bộ vi sai-bánh xe
Bộ vi sai sử dụng cấu trúc bánh răng mặt trời-hành
tinh, truyền động lực từ động cơ đến các bánh xe,
đồng thời cho phép chúng quay ở tốc độ khác
nhau. Khi xe chạy thẳng, mô-men xoắn từ hộp số
được phân phối đồng đều cho các bánh xe bên
phải và trái. Tải trên các đầu ra bên phải và trái
của bộ vi sai là giống nhau. Bộ vi sai ở chế độ cân
bằng, không có chuyển động tương đối giữa các
hai bánh răng hành tinh. Tất cả các bánh xe có
cùng một tốc độ và do đó được mô hình hóa như

một bánh xe. Khi đó:

,
,
,
,
GddLdR
DfricGddRdL
dRdL
TTTTT
TT




(8)
trong đó
Dfric
T
,
là mô-men tải do ma sát.
Mô-men xoắn và tốc độ bánh xe, thu được sau hệ
thống xích , như sau:

.
,/
3
3
K
KTT

dw
dw



(9)
Xét xe đang chuyển động thẳng theo vận tốc V
X

trên một mặt phẳng nghiêng với độ dốc . Các lực
tác động lên xe theo hướng chuyển động được mô
tả trên H. 4.
Phương trình chuyển động thẳng của xe được tính
từ định luật 2 Newton như sau:



,sin
,

mgFFVmF
RwindXwt


(10)
T

fric,w

Te

T

fric,


T

ec





e







T

c



c









G





K

1



K

2

T

fric,


Động cơ
CVT


Hộp số


T

G











T

dR



dR





T

bR



T

dL





dL

T

wR




wR






T

wL





wL

K

3



T

fric,w


r.F

fric
w

R





wR

r.F
fric
,wL




wL







T

fric,


T

bL



K

3

Bộ vi sai


Bánh xe


bên phải


Xích


Bánh xe


bên trái


Xích


Phanh phải

Phanh

trái

Tuyển tập công trình Hội nghị Cơ điện tử toàn quốc lần thứ 6 811
Mã bài: 173
trong đó F
t,w
là lực kéo tạo ra ở bánh xe, , F
wind
là
lực cản của không khí, F
R
là ma sát lăn, m là khối
lượng xe và g là gia tốc trọng trường.
Lực cản của không khí, F
wind
, có thể bỏ qua vì xe
chạy tốc độ thấp.
Ma sát lăn được xác định bởi,



,
21 XrrR
VccmF  (11)
Trong đó
21
và,
rr

cc là các hệ số ma sát, phụ
thuộc vào loại vỏ xe và điều kiện mặt đường
(Kiencke and Nielsen, 2000).
Tổng mô-men tải tác động lên trục bánh bao gồm
mô-men cần cho lực kéo, mô-men do ma sát nội ,
và mô-men để tăng tốc bánh xe,
,
,, wtwfricwww
rFTJT 


(12)
trong đó J
w
mô-men quán tính bánh xe, T
fric,w
là
mô-men tải trên trục bánh xe.
Thay (10-11) vào (12), cho ra:

   
.sin
21
,


mgrVccmr
VmrTJT
Xrr
Xwfricwww





(13)
Giả sử rằng bánh xe không trượt so với mặt
đường,
,
wX
rV

 (14)
Khi đó (13) trở thành,



   
.sin
.
21
,
2


mgrrccmr
TrmJT
wrr
wfricwww




(15)
Mô-men ma sát trong động cơ, hộp số, bộ vi sai và
bánh xe có thể mô phỏng như ma sát nhớt với các
hệ số tương ứng ,
e
b ,
G
b
d
b và
w
b

.,
,
,
,
,
,
,
wwwfric
G
d
dfric
CGGfric
eeefric
bT
b
T

bT
bT







(16)
Khi xe quay, tải trên các đầu ra của bộ vi sai
không cân bằng do các ảnh hưởng của lực phanh
hoặc tải lên các bánh xe. Tốc độ bánh xe bên trái
và bên phải khác nhau.
Giả sử các lực tác động theo chiều chuyển động
thẳng chia đều cho các bánh bên phải và trái. Mô-
men tải trên các bánh xe trái và phải được tính từ
các phương trình (10), (12) và (13):


F
wind
F
t,w
Velocity, V
X

F
R
+mgsin(


)


: slope

H. 4 Các lực tác động lên xe theo hướng chuyển
động



   
 
   
,sin
2
1
2
1
2
1
,sin
2
1
2
1
2
1
21
,

2
21
,
2




mgrrccmr
TmrJT
mgrrccmr
TmrJT
wRrr
wRfricwRwwR
wLrr
wLfricwLwwL






(17)
Với T
fric,wL
và T
fric,wR
là ma sát trên trục bánh xe
bên trái và bên phải.
Mô-men và tốc độ ở ngõ vào hệ thống xích được

xác định bởi,

.
,
,
,
3
3
3
3
K
K
KTT
KTT
dRwR
dLwL
wRdR
wLdL






(18)
Để phân tích tác động của bộ vi sai trong trương
hợp xe quay, đặt
dRGdRd
x


 là
độ sai biệt tốc độ. Tốc độ tại đầu ra bên trái và bên
phải của bộ vi sai được xác định

.
,
x
x
GdR
GdL




(19)
Khi mô-men tháng T
bL
và T
bR
tác động, tổng tải lên
bánh răng mặt trời bên trái và phải của bộ vi sai là

,
,
bRdRsR
bLdLsL
TTT
TTT



(20)
dẫn đến tổng tải lên vỏ bộ vi sai
.
sLsRd
TTT  (21)
Chuyển động tương đối bên trong bộ vi sai bi ảnh
hưởng của ma sát nội, được mô phỏng như ma sát
nhớt. Trong trạng thái xác lập, mô-men ma sát này
cân bằng với độ sai biệt mô-men tải trên các bánh
răng mặt trời bên phải và trái
.
,
xbTT
inDsLsR
 (22)
Từ đó, độ sai biệt tốc độ được ước lượng bởi
,
,inD
sLsR
b
TT
x

 (23)
với
inD
b
,
là hệ số ma sát nhớt trên trong bộ vi sai.
Từ các công thức (1-7) và (17-23), một bộ mô

phỏng đã được xây dựng và cài đặt trên công cụ
Simulink của Matlab (T.H.Tran và công sự, 2004).
Sơ đồ khối của bộ mô phỏng được thể hiện trên
H.5.
3. Cải tiến và kiểm nghiệm
3.1 Xác định các thông số bộ mô phỏng
Trong bộ mô phỏng, CVT là bộ phận phức tạp
nhất, rất khó xác định được mô hình toán. Vì vậy
ước lượng từ thực nghiệm đã được lựa chọn. Từ
812 Trần Thanh Hùng, Quang Hà
VCM2012
dữ liệu tốc độ ngõ vào và ra của CVT thu được khi
xe chạy khoảng 15 phút trên đồng, sự phân bố của
tỉ số truyền CVT được vẽ trên H.6 (theo tốc độ
động cơ) và H. 7 (theo tốc độ động cơ và tải ước
lượng trên CVT). Cấu trúc cũng như dữ liệu thực
nghiệm cho thấy tỉ số truyền của CVT phụ thuộc
vào hai biến, tốc độ động cơ và tải tác động lên
CVT. Để đơn giản hóa, có thể tách riêng ảnh
hưởng của từng biến và mô tả như các hàm tuyến
tính, được chọn từ các vùng phổ biến nhất trên H.
6 và H.7:





),(
1 cece
ThgTfK


 (24)

 
 








rpm850khi0,
rpm850khi,850
2500
1
e
ee
e
g



(25)

 
 









. Nm500khi,0
Nm500khi,500
500
1
c
cc
c
T
TT
Th (26)

Giá trị của các thông số khác được sử dụng trong
bộ mô phỏng hệ thống động lực được liệt kê trong
Bảng 1. Độ lợi và hệ số ma sát trong động cơ được
ước tính hóa của đường cong mô-men xoắn động
cơ. Hằng số thời gian động cơ tính từ các dữ liệu
thử nghiệm. Mô-men quán tính và các hệ số ma sát
khác được lựa chọn theo kinh nghiệm. Các hệ số
ma sát lăn của trên đường chạy được cung cấp
(Wong, 2001).
3.2 Cải tiến và kiểm nghiệm
Bộ mô phỏng đã xây dựng bao gồm rất nhiều vòng
hồi tiếp, đòi hỏi khối lượng tính toán lớn, và đôi
khi không tìm được kết quả. Vấn đề càng nghiêm

trọng hơn khi đưa thêm nhiều vòng hồi tiếp để
điều khiển xe. Vì vậy cần phải cải tiến mô hình mô
phỏng.
Trước hết, xét trường hợp xe chạy thẳng, từ các
công thức (15) and (16), tổng mô-ment tải tác
động lên trục bánh xe là





 
.sin
.
1
2
22


mgrmrc
cmrbrmJT
r
wrwwww



(27)


wR


wL


T
wR

T
wL



dR


dL



T
dR

T
dL




K

1


Engine
CVT


e




T
ec


K
2


Gearbox

Differential


G

T
G


K
3


Chains

Wheels


c




T
c

T
bR
T
b
L

Throttle



e



H. 5 Sơ đồ mô phỏng xe
Bảng 1. Giá trị các thông số sử dụng trong bộ mô phỏng
B
ộ phận

Thông s
ố

Ký hi
ệu v
à giá tr
ị

Động cơ
Độ lợi K
e
= 0.5 Nm
Thời hằng

e
= 0.3 s
Mô-men quán tính J
e
= 0.07 kgm
2

Hệ số ma sát b
e
= 0.0026 Nms
Hộp số Hệ số ma sát b
G
= 0.0955 Nms
Bộ vi sai
Hệ số ma sát b
d
= 0.00955 Nms
Hệ số ma sát bên trong b
D,in
= 2.3873 Nms
Xích Hệ số truyền K
3
= 0.2483
Bánh xe-thân xe

Khối lượng xe m = 490 kg
Kh
ối l
ư
ợng v
à bán kính
bánh xe
r = 0.25 m, m
w
= 6.6kg
Hệ số ma sát b
w

= 0.04 Nms
Hệ số ma sát tĩnh c
r1
= 0.1 m.s
-2

Hệ số ma sát động c
r2
= 0.08 s
-1

Tuyển tập công trình Hội nghị Cơ điện tử toàn quốc lần thứ 6 813
Mã bài: 173


H. 6 Sự phân bố của tỉ số truyền CVT theo tốc độ
động cơ

Thay thế (8), (9) và (16) vào (27), ta được mô-men
tải trên bộ vi sai và hộp số như sau:



 
  
,sin
.
31
2
32

22
3
2
3
2
Kmgrmrc
KcmrKb
KrmJT
r
drw
dwd







(28)



 
  
.sin
.
31
2
32
22

3
2
3
2
Kmgrmrc
KcmrbKb
KrmJT
r
drdw
dwG







(29)


H. 7 Sự phân bố của tỉ số truyền CVT theo tốc độ
động cơ và theo tải (ước lượng) tác động
lên CVT


Tổng mô-men tải lên đầu ra CVT được tính từ (6),
(16), và (29)




 
  
.sin
.
231
2
2
2
32
22
2
2
2
2
3
2
2
2
3
2
KKmgrmrc
KKcmrbKbKKb
KKrmJT
r
crGdw
cwc








(30)
Công thức (30) cho thấy khi xe chạy thẳng, các bộ
phận hộp số, bộ vi sai, hệ thống xích và bánh xe có
thể được mô tả bằng một công thức duy nhất. Các
bộ phận khác như động cơ và CVT vẫn được thể
hiện bằng các công thức (1-4). Vận tốc quay của
bánh xe được xác định bởi:
.
23
KK
cw

 (31)
Trong trường hợp xe quẹo trái/phải, tổng mô-men
tải tác động lên bánh xe bên trái và phải xác định
từ (16) và (17).



 
 
 
.sin
2
1
2
1

2
1
2
1
2
1
,sin
2
1
2
1
2
1
2
1
2
1
1
2
22
1
2
22




mgrmrc
cmrbmrJT
mgrmrc

cmrbmrJT
r
wRrwwRwwR
r
wLrwwLwwL


















(32)
Khi đó tải tác động lên các đầu ra của bộ vi sai là


 
 
 

.sin
2
1
2
1
2
1
2
1
2
1
,sin
2
1
2
1
2
1
2
1
2
1
3
1
2
32
22
3
2
3

2
3
1
2
32
22
3
2
3
2
KmgrmrcKcmrKb
KmrJT
KmgrmrcKcmrKb
KmrJT
rdRrw
dRwdR
rdLrw
dLwdL





































(33)
Kết hợp với mô-men phanh tác động để làm xe
quẹo trái/phải, tổng tải tác động lên bộ vi sai là




 
 
  
.sin
2
1
2
1
2
1
3
1
2
32
22
3
2
3
2
bRbLr
dRdLrw
dRdLwd
TTKmgrmrc
KcmrKb
KmrJT















(34)

Từ (19), ,22
dGdRdL

 (34) trở thành




  
.sin
3
1
2
32
22
3
2
3
2

bRbLr
drwdwd
TTKmgrmrc
KcmrKbKmrJT





(35)
Tiếp tục tính toán như trên, ta được tổng mô-men
tải tác động lên CVT


 
    
.sin
2231
2
2
2
32
22
2
2
2
2
3
2
2

2
3
2
KTTKKmgrmrc
KKcmrbKbKKb
KKmrJT
bRbLr
crGdw
cwc







(36)
Khi xe quẹo trái/phải, độ sai biệt tốc độ được xác
định từ (23) và (20) như sau:





.
,inD
bLbRdLdR
b
TTTT
x


 (37)
Thay (33) và (19) vào (37) cho ra,
814 Trần Thanh Hùng, Quang Hà
VCM2012







 
.
,
2
32
22
3
2
3
2
bLbR
inDrww
TT
xbKcmrKbxKmrJ



(38)

Phương trình (38) cho thấy có thể tính toán độ sai
biệt tốc độ như một hàm bậc nhất của mô-men
phanh,


    
,
,
2
32
22
3
2
3
2
inDrww
bLbR
bKcmrKbsKmrJ
TT
x



(39a)

với thời hằng



  

.
,
2
32
22
3
2
3
2
inDrw
w
x
bKcmrKb
KmrJ




(39b)
Khi xe quẹo, bánh xe bên trong có thể bị đứng lại
nếu lực phanh đủ mạnh. Để thể hiện điều đó, độ
sai biệt tốc độ được giới hạn bởi
.
22
KxK
cc

 (40)
Tốc độ các bánh xe được xác định từ (6), (18), và
(19) như sau:

.
,
332
332
xKKK
xKKK
cwR
cwL




(41)
Sử dụng các công thức trên, bộ mô phỏng đã đơn
giản được các vòng hồi tiếp ở nhiều bộ phận trong
hệ thống động lực, làm tăng tốc độ tính toán, trong
khi vẫn lại tất cả các đặc tính động học như mô
hình trước.

3.3 Kiểm nghiệm
Một bộ dữ liệu được thu được trong một lần thử
nghiệm được sử dụng để kiểm nghiệm mô hình.
Các dữ liệu bao gồm tín hiệu điều khiển độ mở của
ga, điều khiển phanh, tốc độ quay tại động cơ, tại
hộp số, và tại các bánh xe. Tốc độ quay động cơ và
hộp số được đo bằng RPM bởi các cảm biến hiệu
ứng Hall trong khi tốc độ bánh xe được đo bằng
các encoder và tính bằng rad/s. Trong bộ mô
phỏng, các bộ điều khiển ga và phanh được mô tả

bằng các các hàm truyền bậc nhất, với thời hằng
được xác định từ đáp ứng của chúng. Mặt đất được
giả định là phẳng ( = 0).
Các tín hiệu điều khiển (ga, phanh) thực tế được
đưa vào chạy bộ mô phỏng. Đáp ứng của mô hình
với các dữ liệu đầu vào thực được so sánh với các
dữ liệu đầu ra thử nghiệm trong H.8 cho động cơ,
tốc độ hộp số, và H.9 cho tốc độ bánh xe bên trái
và bên phải. Nói chung, có thể thấy rằng động cơ,
hộp số, và tốc độ bánh xe bám sát dữ liệu thử
nghiệm ở trạng thái xác lập. Dữ liệu tốc độ bánh
xe có nhiều nhiễu, có lẽ vì ảnh hưởng của địa hình
gồ ghề trong quá trình thử nghiệm.
Tuy nhiên, khi tăng tốc, hộp số và bánh xe đáp
ứng chậm hơn so với dữ liệu thực tế, trong khi
động cơ chạy nhanh hơn. Điều này có lẽ là có hiện
tượng trượt giữa dây đai và puly trong CVT trong
quá trình tăng tốc tăng tốc trong khi điều đó bị bỏ
qua trong mô hình. Đáp ứng ở động cơ và đầu vào
hộp số đối với tín hiệu phanh tương tự như dữ liệu
thực tế. Trong quá trình quay, tốc độ bánh xe bám
theo dữ liệu thử nghiệm, tuy nhiên, với một tốc độ
chậm hơn. Điều này có thể được giải thích do trượt
bánh xe. Mô hình giả định rằng trượt không xảy ra
giữa bánh xe và mặt đất. Đối với một chiếc xe lái
theo kiểu trượt, tuy nhiên, để xe quẹo phái/trái
được, các bánh xe phải trượt trên mặt đất.
595 600 605 610 615
0
50

100
Ga (%)
595 600 605 610 615
0
2000
4000
Đong co (RPM)


Mo phong
Thuc nghiem
595 600 605 610 615
0
2000
4000
Hop so (RPM)
Thoi gian (s)


Mo phong
Thuc nghiem

H. 8 Đáp ứng của động cơ và hộp số

595 600 605 610 615
0
50
100
(%)

Phanh phai
Phanh trái
595 600 605 610 615
0
20
40
Bánh phai (rad/s)


Mo phong
Thuc nghiem
595 600 605 610 615
0
20
40
Bánh trái (rad/s)
Thoi gian (s)


Mo phong
Thuc nghiem

H. 9 Đáp ứng của các bánh xe

4. Kết luận
Trong bài báo này, hệ thống động lực của xe tự
hành địa hình, bao gồm cả động cơ, CVT, hộp số,
bộ vi sai, hệ thống xích và các bánh xe đã được
phân tích và mô hình hóa. Một mô hình đầy đủ đã

được phát triển, tuy nhiên thực nghiệm cho thấy bị
giới hạn về khả năng tính toán. Một mô hình cải
tiến đã được đề xuất để cải thiện hiệu quả tính
toán. Mô phỏng cho thấy rằng không có sự khác
biệt đáng kể trong kết quả giữa các mô hình.
Việc kiểm nghiệm mô hình đã được thực hiện trên
dữ liệu thực tế. Kết quả mô phỏng với tín hiệu
thực cho thấy đáp ứng của mô hình gần với kết
Tuyển tập công trình Hội nghị Cơ điện tử toàn quốc lần thứ 6 815
Mã bài: 173
quả thực nghiệm. Vì vậy mô hình này có thể được
dùng để phát triển và kiểm nghiệm các giải thuật
điều khiển xe tự hành.

Tài liệu tham khảo
[1] Tran, T. H., Ha, Q. P., Grover, R., and
Scheding, S., "Modelling of an autonomous
amphibious vehicle." Proc. of the 2004
Australian Conference on Robotics and
Automation, Canberra, Australia, (CD-ROM),
December 6-8, 2004.
[2] Crossley, P. R., and Cook, J. A. (1991). "A
nonlinear engine model for drivetrain system
development." Proc. of the IEE International
Conference 'Control 91', Edinburgh, UK, 2,
921-925, 25-28 March, 1991.
[3] Hendricks, E., and Sorenson, S. C. (1990).
"Mean value modelling of spark ignition
engines." Engines, SAE Technical Paper No.
900616.

[4] Zanasi, R., Visconti, A., Sandoni, G., and
Morselli, R. (2001). "Dynamic modeling and
control of a car transmission system." Proc.
of the 2001 IEEE/ASME International
Conference on Advanced Intelligent
Mechatronics, Como, Italy, 1, 416 - 421, 8-
12 July 2001.
[5] Kiencke, U., and Nielsen, L. (2000).
Automotive Control Systems, Springer,
Berlin.
[6] Wong, J. Y. (2001). Theory of Ground
Vehicle, Wiley, New York, 3
rd
edition.


Trần Thanh Hùng nhận bằng Kỹ sư
Điện tử tại Trường Đại Học Cần Thơ
năm 1996, bằng Thạc sỹ Kỹ thuật
Điện tử tại Trường Đại Học Bách
Khoa, Đại Học Quốc Gia Tp. Hồ Chí
Minh năm 2000, và nhận bằng Tiến sỹ Kỹ thuật tại
Trường Đại Học Kỹ thuật Sydney, Úc năm 2008.
Tiến sỹ Trần Thanh Hùng tham gia giảng dạy tại
Trường Đại Học Cần Thơ từ năm 1996 đến nay.
Hiện anh đang là Giảng Viên Chính thuộc Bộ môn
Tự Động Hóa, Khoa Công Nghệ; giữ chức vụ Phó
Trưởng Khoa Công Nghệ, Trường Đại Học Cần
Thơ.

Quang Ha is currently an Associate
Professor at the Faculty of
Engineering, UTS. He obtained his
PhD in Electrical Engineering in 1993
from Moscow Power Engineering
Institute, Russia. His research interests include
robust control and estimation, robotics, and
computational intelligence applications. He is a
member of the IEEE.