Nghiên cứu và phát triển hệ thống ga gián tiếp bằng điện tử phục vụ điều khiển ô tô từ xa

Tóm tắt
Trong đ tài “Nghiên cứu và phát triến hệ thống điu khin ga phục vụ điu
khin ô tô từ xa” này người thực hiện đã thực hiện được các công viêc như sau:
Đo đạc được độ trễ của tín hiệu khi truyn qua mạng thông qua mạng 3G, đo được
độ đáp ứng v sự tăng tốc của xe khi truyn qua mạng, so sánh độ đáp ứng giữa
viêc điu khin trực tiếp và điu khin từ xa qua. Do tốc độ truyn dữ liệu qua
mạng có một độ trễ nhất đnh nên cơ cấu được điu khin sẽ có một độ trễ nhất
đnh so với thực tế và ảnh hưỡng tới chất lượng điu khin hệ thống ga. Một động
cơ một chiu 12V được thiết kế bên trong cơ cấu điu khin ga đ thực hiện việc
điu khin bướm ga nhằm duy trì v trí mà tài xế điu khin. Hệ thông cơ bản vẫn
giữ được kết cấu cơ khí. Cơ cấu ga điu khin gián tiếp được gắn song song với hệ
thống cơ khí nên xe vẫn có th hoạt động được 2 chế độ điu khin trực tiếp hoặc
điu khin từ xa.

Abstract

In the project “A study on Throttle -by-wire” is studied vehicle
teleoperation . We carried out the as follows: Measure the delay of the signals
when transmitted over the network 3G, the response of the acceleration of the car,
and the comparison of responses between the direct control and teleoperated
control. A 12V DC motor is built in the control structure of the terminal to make
the throttle control to maintain the position that the driver controls. Basically the
proposed Throttle-by-wire system remains original mechanism.The structure of
indirect control throttle is mounted parallelly to the original system. As the result
the car can be still operated by two control modes direct control or teleoperation.



Trng Đại Hc S Phạm Kỹ Thuật TP.HCM Luận văn cao hc

GVHD: TS. Nguyễn Bá Hải - 1 - HVTH: Trần Xuân Trình

MC LC
MC LC 1
DANH MC T VIT TT 6
MC LC HÌNH 9
MC LC BNG 14
Chng 1: TNG QUAN 15
1.1 Tng quan và lí do chọn đ tài 15
1.2 Các kt qu nghiên cu trong vƠ ngoƠi nc 16
1.2.2 Các kết quả nghiên cu nớc ngoài 17
1.3 Mc tiêu và nhim v ca đ tài 19
1.3.1 Mục đích nghiên cu 19
1.3.2 Nhiệm vụ nghiên cu 20
1.4 Đi tng nghiên cu 20
1.5 Đim mi ca đ tài 20
1.6 Gii hn đ tƠi 21
1.7 Phng pháp nghiên cu và k hoch thc hin 21
1.7.1 Phơng pháp nghiên cu 21
1.7.2 Kế hoạch thực hiện 22
Chng 2:C S LÝ THUYT 23
2.1. Chc năng ca bm ga 23
2. 1.1 Hệ thng ga trực tiếp 23
2.1.2 Hệ thng điu khin ga gián tiếp 29
2.1.2.1 Mô đun chân bàn đạp ga điện tử 31
Trng Đại Hc S Phạm Kỹ Thuật TP.HCM Luận văn cao hc

GVHD: TS. Nguyễn Bá Hải - 2 - HVTH: Trần Xuân Trình

2.1.2.2 ECU điu khin 33
2.1.2.3 u và nhợc đim 38
2.1.3 Hệ thng ga gián tiếp từ xa 39
2.1.4 Các hệ thng ga đợc so sánh qua bảng sau 40
2.1.6 Tình hình các hưng đầu t nghiên cu hệ thng ga gián tiếp 42
2.1.7 Các vấn đ khó khăn đặt ra khi thiết kế hệ thng ga gian tiếp 45
2.2 C s lý thuyt cm giác xúc giác (haptics) 46
2.2.1 ng dụng ca công nghệ Haptics 47
2.2.1.1 ng trên ô tô 47
2.2.1.2 ng dụng haptic trong robot ging ngi 49
2.2.1.3 ng dụng haptic trong y tế 50
2.2.1.4 Haptic cho ngi mù 52
2.2.1.5 ng dụng haptic trong công nghệ thông tin 53
2.3 Gii thiu phn mm LabVIEW 54
2.3.1 LabVIEW là gì 54
2.3.2 ng dụng LabVIEW trong thực tế 55
2.3.2 Lập trình với LabVIEW 57
2.4 Thut toán PID và ng dng vƠo điu khin đng c DC 59
2.4.1 Khái niệm v thuật toán PID 59
2.4.2 Điu khin v trí động cơ bằng thuật toán PID 60
2.5 Lí thuyt điu khin t xa 61
2.5.1 Giới thiệu v mạng không dây 61
2.5.2 Tiêu chuẩn mạng không dây hiện nay 63
2.5.3 Kỹ thuật truyn tín hiệu trong mạng không dây 63
2.5.3.1 DSSS - Direct Sequence Spread Spectrum 64
2.5.3.2 CSMA/CA 65
2.5.3.3 RTS/CTS 66
Trng Đại Hc S Phạm Kỹ Thuật TP.HCM Luận văn cao hc

GVHD: TS. Nguyễn Bá Hải - 3 - HVTH: Trần Xuân Trình

2.5.4 Truyn dữ liệu qua sóng vô tuyến mạng 3G 67
2.5.4.1 Khái niệm mạng 3G 68
2.5.4.3 Các thiết b cần thiết đ kết ni 3G 69
2.6 Thut toán điu khin t xa qua mng 3G 70
2.6.1 Chơng trình truyn dữ liệu từ máy Server 70
2.6.2 Chơng trình nhận dữ liệu từ máy Client 71

Chng 3: THIT K PHN CÚNG VÀ LP TRÌNH CHO H THNG
ĐIU KHIN GA GIÁN TIP T XA 73
3.1 Thit k phn cng 73
3.1.1 Giới thiệu sơ đồ hệ thng điu khin ga gián tiếp từ xa 73
3.1.2 Chế tạo phần cơ khí ca mô hình xe điu khin gián tiếp từ xa 74
3.1.3 Chế tạo cơ khí hệ thng điu khin ga gián tiếp từ xa 75
3.1.4 Bộ cảm biến đo tc độ Encoder 76
3.2 Xây dng phn mm h thng điu khin ga gián tip t xa 77
3.2.1 Giới thiệu chung các bộ phận ca hệ thng ga gián tiếp từ xa 77
3.2.1.1 Bàn đạp ga 77
3.2.1.2 Laptop dùng cho server và Client 77
3.2.1.3 Giới thiệu card USB HDL 9090 78
3.2.1.4 Chn động cơ điện một chiu điu khin hệ thng ga 80
3.2.2 Thiết kế phần điện ca mô hình 81
3.2.2.1 Mạch điện đợc thiết kế điu khin trong nhà 81
3.2.2.2 Mạch điện điu khin ga đợc điu khin gián tiếp 82
3.3 Thut toán và lp trình h thng điu khin ga 84
3.3.1 Giới thiệu lu đồ thuật toán cho hệ thng điu khin ga gián tiếp từ xa 84
3.3.2 Thiết kế phần mm 85
Trng Đại Hc S Phạm Kỹ Thuật TP.HCM Luận văn cao hc

GVHD: TS. Nguyễn Bá Hải - 4 - HVTH: Trần Xuân Trình


Chng 4: KT QU THC NGHIM 100
4.1 Kịch bn thử nghim và kt qu thử 100
4.1.1 Kch bản thực nghiệm 100
4.1.2 Kết quả thực nghiệm 101
4.1.3 Đng đặc tuyến ca ga và đo thi gian trễ ca hệ thng điu khin ga gián
tiếp từ xa qua đng đặc tuyến 103
4.2 Đo thi gian tr ca h thng điu khin ga gián tip t xa bằng thut toán .
107
4.2.1 Thuật toán tính thi gian trễ trên hệ thng điu khin ga gián tiếp từ xa 107
4.2.2 Thuật toán đo thi gian trễ 108

Chng 5: KT LUN VÀ HNG NGHIÊN CU 109
5.1 Kt lun 109
5.2 Hn ch 109
5.3 H
́
ng nghiên c
́
u 110
TÀI LIU THAM KHO 111
PH LC 112
Ph lc A: Mt s khi (hƠm thc) ph bin trong ca LabVIEW 112
A1 Cấu trúc một s vòng lặp 112
A2 Một s hàm Delay thi gian 114
A3. Cách lấy các hàm tính toán và so sánh 116
Ph lc B: Thut toán PID và ng dng vƠo điu khin đng c DC 117
B1 Khái niệm v thuật toán PID 117

B2 Các lu ý khi thiết kế bộ điu khin PID 118
B3 Điu khin v trí động cơ bằng thuật toán PID 119
Trng Đại Hc S Phạm Kỹ Thuật TP.HCM Luận văn cao hc

GVHD: TS. Nguyễn Bá Hải - 5 - HVTH: Trần Xuân Trình


B3.1. Điu khin v trí động cơ DC khâu P 120
B3.2 Điu khin v trí động cơ DC bằng khâu PI 123

B3.3 Điu khin v trí động cơ DC bằng khâu PID 125




Trng Đại Hc S Phạm Kỹ Thuật TP.HCM Luận văn cao hc

GVHD: TS. Nguyễn Bá Hải - 6 - HVTH: Trần Xuân Trình


DANH MC T VIT TT
3 G (Third Generation) : Hệ thống thông tin thế hệ thứ 3
ABS (Anti-lock braking system) : Hệ thống chống bó cứng phanh
ACC (Adaptive Cruise Control) : Hệ thống kiểm soát hành trình
ACK (acknowledgment signal) :
Thông báo tiếp nhận tốt thông tin
ADC ( analog-to-digital converter) : Chuyển đi tin hiệu từ tương tự sang
số
Ad-hoc (hay còn gọi là peer-to-peer) : Mng ngang hàng
ADSL (Asymmetric Digital Subscriber Line) : Là đường dây thuê bao số bất đối

xứng

AM/FM (Frequency modulation) : Điều chỉnh tần số tín hiệu
ASR (Anti-slip regulation) : Hệ thống chống trượt
BAS (Brake Assist) : ảệ thống hỗ trợ phanh khẩn cấp
CSMA/CA (carrier sense multiple access with collision avoidance) : Là giao thức
truyền thông tin trong đó các thiết bị mng tranh nhau sử dụng đường truyền

DC ( Direct Current ) : Động cơ một chiều
DIR : Đo chiều
DNS (Domain Name System) : Hệ thống tên miền
DSC (Dynamic stability control) :Hệ thống kiểm soát sự n định chủ
động
DSSS (Direct Sequence Spread Spectrum) : Tri ph nhy tần
ECO (Economic Cooperation Organization) : ảệ thống kiểm soát nhiên liệu
ECU (Enigine Control Unit) : Bộ điều khiển đông cơ
EFI (Electronic Fuel Injection) : Phụn nhiên liệu điện tử
ESC (Electronic stability control) : Hệ thống cân bằng điện tử
ESP (Electronic stability program) : Hệ thống cân bằng điện tử
Trng Đại Hc S Phạm Kỹ Thuật TP.HCM Luận văn cao hc

GVHD: TS. Nguyễn Bá Hải - 7 - HVTH: Trần Xuân Trình


FFC (Federal Communications Commission) : Tri ph chuỗi trực tiếp
GND ( Ground) : Chân mát
GPS (Global Positioning System) : Là hệ thống ồác định vị trí dựa trên
vị trí của các vệ tinh nhân to

IEEE (Institute of Electrical and Electronics Engineers) : Kỹ sư điện và điện tử

I/O (input/output or I/O) : Sự giao tiếp giữa hệ thống sử lý
thông tin
ITU (International Telecommunication Union) : T chức viễn thông thế giới thuộc
Liên Hợp Quốc.
ISC ( Idle Speed Control System) : Van điều khiển cầm chừng
LabVIEW (Laboratory Virtual Instrumentation Engineering Workbench) : Ngôn ngữ
lập trình đ họa
LAN (Wireless Local Area Network) : Mng nội bộ
LBT (Listen Before Talk) : Nghe trước khi nói
MAC
Media Access Control : Địa chỉ vật lý của mng
PCI (Peripheral Component Interconnect) : Chuẩn để truyền dữ liệu giữa các
thiết bị ngoi vi đến bo mch chủ.
PDA (Personal Digital Asistant) : Thiết bị hỗ trợ cá nhân
PID (Proportional–Integral–Derivative) : Tỷ lệ - Tích phân – Vi phân
PULSE : Xung
PWM ( Pulse Width Modulation) : Điều chế độ rộng xung
RPM (Round Per Minute) : Tốc độ quay của đĩa
RTS/CTS (request to send/clear to send) : Là cơ chế tùy chọn sử dụng giao
thức mng không dâỔ để gim va chm

SW (Switch) : Công tắc
TAC (Thottle Actuator Control) : Mô đun chân ga điện tử
TCS (traction control system) : Hệ thống điều khiển lực kéo
Trng Đại Hc S Phạm Kỹ Thuật TP.HCM Luận văn cao hc

GVHD: TS. Nguyễn Bá Hải - 8 - HVTH: Trần Xuân Trình


TCP/IP (Internet protocol suite) : Bộ giao thức liên mng

TRC (Traction control ) : Điều khiển lực kéo
USB (Universal Serial Bus) : Chuẩn kết nối tuần tự
VCC : Ngun 5V lấy từ USB
VSC (Vehicle stability Control) : n định hướng chuỔển động
XBW (X-by-Wire) : Hệ thống điều khiển bằng dây

Trng Đại Hc S Phạm Kỹ Thuật TP.HCM Luận văn cao hc

GVHD: TS. Nguyễn Bá Hải - 9 - HVTH: Trần Xuân Trình


MC LC HÌNH
Hình 2.1: Nguyên lý hoạt động ca bộ chế hòa khí xe gắn máy 23
Hình 2.2: Cấu tạo ca bộ chế hòa khí xe gắn máy 24
Hình 2.3: Cấu tạo ca bộ chế hòa khí loại SU 25
Hình 2.4: Bộ chế hòa khí sử dụng trên ô tô 25
Hình 2.5: Nguyên lý hoạt động và cấu tạo ca bộ chế hòa khí sử dụng trên ôtô 26
Hình 2.6: Hoạt động ca bớm ga 26
Hình 2.7: Nguyên lý hoạt động ca hng khếch tán 27
Hình 2.8: Nguyên lý tạo hòa khí 27
Hình 2.9: Cụm ga đợc sử dụng trong hệ thng phun xăng 28
Hình 2.10: Sơ đồ khi hệ thng điu khin ga bằng cơ khí ca động cơ phun xăng 29
Hình 2.11: Sơ đồ khi ca hệ thng ga điện tử gián tiếp 30
Hình 2.12: Các khi cơ bản ca thiết b điu khin bớm ga điện tử 31
Hình 2.13: Bàn đạp chân ga và giá đỡ 31
Hình 2.14: Hình dáng và cấu trúc các mô đun chân ga điện tử b trí trên ô tô 33
Hình 2.15: ECU điu khin 34
Hình 2.16: Sơ đồ điu khin ga từ xa 39
Hình 2.17: Đồ th đng đặc tính phản hồi lực ca bàn đạp ga ECO Nissan 42
Hình 2.18: Cụm đồng hồ hin th ca Nisan 43

Hình 2.19: Bàn đạp ga trên xe ca hãng Continential 44
Hình 2.20: Bàn đạp ga ca hãng Continential 44
Hình 2.21: Những tác động ca tay lên một vật th đ cảm nhận
trạng thái ca vật th
46
Hình 2.22: Giao diện Haptics sử dụng trong điu khin xe từ xa 47
Hình 2.23: Thiết b giao diện điu khin xe 47
Hình 2.24: Giao diện hệ thng đnh v tích hợp ca BMW




Trng Đại Hc S Phạm Kỹ Thuật TP.HCM Luận văn cao hc

GVHD: TS. Nguyễn Bá Hải - 10 - HVTH: Trần Xuân Trình


Hình 2.25: Công nghệ haptics trong hệ thng iDrive ca hãng BMW 49
Hình 2.26: "Đa bé Icub" đang tập bò 49
Hình 2.27: ASIMO đang xung cầu thang 50
Hình 2.28: Tơng tác với hình ảnh ba chiu thông qua cánh tay robot 51
Hình 2.29: Tương tác với hình ảnh ba chiều trong phẫu thuật từ xa 51
Hình 2.30: Tiến sĩ Garnette Sutherland đang giới thiệu neuroArm tại ĐH Calgary
(nh: Reuters) 52
Hình 2.31: Các cô chú trong hội ngi mù Th Đc đang thử nghiệm chiếc nón "mắt
thần" 53
Hình 2.32: Axon Logic ra mắt chiếc tablet Haptic 53
Hình 2.33: Ngi phụ nữ có th trả li mail ngay trong nhà tắm 54
Hình 2.34: Khả năng kết hợp các phần cng ca LabVIEW 55
Hình 2.35: Các lĩnh vực ng dụng ca LabView 56

Hình 2.36: Đại hc Virginia Tech, Hoa kỳ phát trin Robot ging ngi sử dụng
LabVIEW 57
Hình 2.37: Phát trin máy bay không ngi lái 57
Hình 2.38 : Cửa sổ Front Panel 58
Hình 2.39: Cửa sổ Block Diagram 58
Hình 2.40: Sơ đồ điu khin động cơ DC theo thuật toán PID 60
Hình 2.41: Thuật toán điu khin động cơ DC theo v trí bằng PID 60
Hình 2.42: Mạng wireless cấu hình theo mô hình ad-hoc 61
Hình 2.43: Mạng wireless cấu hình theo mô hình Access point 62
Hình 2.44: Mạng wireless cấu hình theo mô hình doanh nghiệp 62
Hình 2.45: Một s chuẩn thông dụng 63
Hình 2.46: Các kỹ thuật dùng trong chuẩn 802.11 64
Hình 2.47: Mô hình kỹ thuật DSSS 65
Hình 2.48: Kỹ thuật CSMA/CA 66
Trng Đại Hc S Phạm Kỹ Thuật TP.HCM Luận văn cao hc

GVHD: TS. Nguyễn Bá Hải - 11 - HVTH: Trần Xuân Trình


Hình 2.49: Mô phng mạng không dây 66
Hình 2.50: Kỹ thuật RTS/CTS 67
Hình 2.51: Mô hình mạng 3G
68
Hình 2.52: Mô hình ng dụng 3G và chia sẽ 3G 69
Hình 2.53: Bộ điu khin từ xa qua mạng 3G bên Server 70
Hình 2.54: Bộ điu khin từ xa qua mạng 3G bên Client 72
Hình 3.1: Sơ đồ khi hệ thng 73
Hình 3.2: Mô hình xe đợc điu khin ga gián tiếp 75
Hình 3.3: Cơ cấu điu khin ga 76

Hình 3.4: Lắp đặt Encoder 76
Hình: 3.5: Bàn đạp phanh và ga 77
Hình 3.6: Laptop ASUS 77
Hình 3.7: Sơ đồ chân Card USB HDL 9090 78
Hình 3.8: Card USB HDL 9090 79
Hình 3.9: Sơ đồ đấu chân Card USB HDL 9090
79
Hình 3.10: Motor điu khin ga 80
Hình 3.11: Mạch điện trên mô hình trong nhà 81
Hình 3.12: Driver điu khin động cơ 82
Hình 3.14: Lu đồ thuật toán dùng đ lập trình 85
Hình 3.15: Cửa sổ front panel ca server trên xe 86
Hình 3.16: Lu đồ thuật toán ca server trên xe 87
Hình 3.17: Thuật toán bên server trên xe 88
Hình 3.18: Sơ đồ khi chơng trình điu khin server trên xe 89

Hình 3.19: Cửa sổ front panel ca server-Client trong nhà 90
Hình 3.20: Lu đồ thuật toán ca máy Master 91
Hình 3.21: Thuật toán client trong nhà 92
Hình 3.22: Sơ đồ khi chơng trình điu khin client trong nhà 93
Trng Đại Hc S Phạm Kỹ Thuật TP.HCM Luận văn cao hc

GVHD: TS. Nguyễn Bá Hải - 12 - HVTH: Trần Xuân Trình


Hình 3.23: Thuật toán bên server trong nhà 94
Hình 3.24 : Sơ đồ khi chơng trình điu khin server 95
Hình 3.25: Cửa sổ front panel ca Client trên xe 96
Hình 3.26: Lu đồ thuật toán Client trên xe 97
Hình 3.27: Thuật toán bên client trên xe 98

Hình 3.28 : Sơ đồ khi chơng trình điu khin client trên xe 99

Hình 4.1: Thử nghiệm hệ thng điu khin ga gián tiếp trên đng 100
Hình 4.2: Thử nghiệm xe điu khin gián tiếp trên đng 101
Hình 4.3: Đặc tính độ bám ca bớm ga so với bàn đạp ga điu khin gián tiếp 103
Hình 4.4: Đặc tính độ bám ca bớm ga so với bàn đạp ga điu khin gián tiếp từ xa
105
Hình 4.5: Lu đồ tính thi gian trễ trên hệ thông điu khin ga gián tiếp từ xa 107
Hình 4.6: Chơng trình đo thi gian trễ 108
Hình A1.1 : Lấy vòng lặp 112
Hình A1.2: Khi While Loop 113
Hình A1.3: Khi Case Structure 113
Hình A1.4: Khi Flat Sequence 113
Hình A1.5: Khi While Loop 114
Hình A2.1: Cách lấy hàm delay thi gian 114
Hình A2.2: Khi Flat Sequence 115
Hình A2.3: Hàm While Until Next ms Multiple 115
Hình A3.1: Các hàm tính toán trong LabVIEW 116
Hình A3.2: Các hàm so sánh trong LabVIEW 116
Hình B1.1: Sơ đồ điu khin động cơ DC theo thuật toán PID 117
Hình B1.2: Cơ cấu cần điu khin v trí 118
Hình B3.1: Thuật toán điu khin động cơ DC theo v trí bằng PID 119
Hình B3.2: Kết quả lập trình P control cho động cơ DC 121
Trng Đại Hc S Phạm Kỹ Thuật TP.HCM Luận văn cao hc

GVHD: TS. Nguyễn Bá Hải - 13 - HVTH: Trần Xuân Trình


Hình B3.3: Sơ đồ khi chơng trình điu khin P control 122
Hình B3.4: Giao diện ngi dùng điu khin P cho động cơ DC 122

Hình B3.5: Đáp ng ca v trí động cơ DC 123
Hình B3.6: Điu khin khâu PI v trí động cơ DC 124
Hình B3.7: Điu khin khâu PID v trí động cơ DC 125



Trng Đại Hc S Phạm Kỹ Thuật TP.HCM Luận văn cao hc

GVHD: TS. Nguyễn Bá Hải - 14 - HVTH: Trần Xuân Trình


MC LC BNG
Bng 2.1: Bảng so sánh u và nhợc đim ca các hệ thng ga 41
Bng 3.1: Thông s kỹ thuật ca Card USB HDL 9090 79
Bng 3.2: Cách kim tra Card
USB HDL 9090
80
Bng 4.1: Kết quả thử nghiệm quưng đng và thi gian điu khin ga 102
Bng 4.2: S liệu đánh giá độ lệch ca bớm ga khi điu khin gián tiếp 105
Bng 4.3: S liệu đánh giá độ sai lệch ca bớm ga khi điu khin gián tiếp từ xa 106

Trng Đại Hc S Phạm Kỹ Thuật TP.HCM Luận văn cao hc

GVHD: TS. Nguyễn Bá Hải - 15 - HVTH: Trần Xuân Trình


Chng 1:
TNG QUAN
1.1 Tng quan và lí do chọn đ tài
Ngày nay vơ


i s
̣
pha

t triê
̉
n cu
̉
a ca

c nga

nh điê
̣
n t
̉
, điêu khiê
̉
n t

xa va

công nghê
̣

thông tin các ngành tự động hóa, kỹ thuật điện tử đư có những bớc phát trin nhảy
vt, các ng dụng ca các ngành này vào các ngành khác ngày càng nhiu, trong đó có
ngành công nghệ ô tô. Dâ
̃

n đên việc thu

c đâ
̉
y s
̣
pha

t triê
̉
n cu
̉
a ca

c hê
̣
thông điêu khiê
̉
n
thông minh, hiê
̣
n đa
̣
i trên ô tô ra đơ

i . Do nhu cầu v phơng tiện điu khin từ xa phục
vụ cho quân sự, an ninh, giám sát…ng dụng công nghệ thông minh trên ôtô ngày
càng tăng nên tính tiện nghi và an toàn ch động trên xe ngày càng đợc cải thiện, hiện
nay nhiu công trình nghiên cu đư và đang đợc thực hiện. Hệ thng ga đóng vai trò
vô cùng quan trng trong rất nhiu hệ thng chẳng hạn nh hệ thng kim soát hành

trình ACC (Adaptive Cruise Control), hệ thng kim soát lực kéo TCS (traction
control system) hay ASR (Anti-slip regulation), hệ thng phanh chng bó cng ABS
(Anti-lock braking system), hệ thng kim soát độ ổn đnh thân xe ESC (Electronic
stability control) hay ESP (Electronic stability program) hoặc DSC (Dynamic stability
control). Chính vì thế mà việc đánh giá đợc độ trễ ca hệ thng ga điu khin từ xa và
thi gian tăng tc ca xe là cực kì quan trng (nó dẫn đến độ ổn đnh tc ca xe khi di
chuyn cũng nh độ êm du khi tăng tc ca xe) . Đó là lý do em chn đ tài “Nghiên
cu và phát triến hệ thng điu khin ga phục vụ điu khin ô tô từ xa” thông qua
mạng 3G .
Đ tài đợc thực hiện tại phòng nghiên cu ca trung tâm bồi dỡng giáo viên
và đào tạo nhân lực công nghệ cao Trng Đại Hc S Phạm dới sự hớng dẫn ca
TS.Nguyễn Bá Hải. Cùng với các thành viên trong nhóm HC Đ LÀM.
Trong đ tài này ngi thực hiện đư thực hiện đợc các công viêc nh sau:
- Thiết kế đợc cơ cấu điu khin ga.
Trng Đại Hc S Phạm Kỹ Thuật TP.HCM Luận văn cao hc

GVHD: TS. Nguyễn Bá Hải - 16 - HVTH: Trần Xuân Trình


- Lập trình điu khin đợc hệ thng ga điu khin từ xa qua mạng 3G.
- Đo đạc đợc độ trễ ca tín hiệu khi truyn qua mạng thông qua mạng 3G.
- Đo đợc độ đáp ng v sự tăng tc ca xe khi truyn qua mạng.
- So sánh độ đáp ng giữa viêc điu khin trực tiếp và điu khin từ xa qua.
Đ thực hiện việc này tác giả đư sử dụng một động cơ một chiu 12V trong cơ
cấu điu khin ga. Động cơ điu khin v trí ca bớm ga, nhằm duy trì v trí mà tài xế
điu khin.
Hệ thông cơ bản vẫn giữu đợc kết cấu ban đầu. Cơ cấu ga điu khin gián tiếp
đợc gắn song song với hệ thng cơ khí nên xe vẫn có th hoạt động đợc 2 chế độ
điu khin trực tiếp hoặc điu khin từ xa.
Do tc độ truyn dữ liệu qua mạng có một độ trễ nhất đnh nên cơ cấu đợc điu

khin sẽ có một độ trễ nhất đnh so với thực tế.
Hệ thng điu khin ga thu thập tín hiệu và đợc điu khin qua máy tính thông
qua phần mm LabVIEW.
Xe mang tính chất thí nghiệm nên cha th chạy ra đng mà chỉ đợc thử
nghiệm trong khuôn viên trng.
1.2 Các kt qu nghiên cu trong vƠ ngoƠi nc
Cùng với sự phát trin công nghệ ô tô trên thế giới nghành công nghệ ô tô trong
nớc cũng có những bớc tiến nhất đnh với khi đầu là những công trình nghiên cu
trong các trng Đại hc ca sinh viên, kỹ s. Sau đây là một s đ tài đin hình:
Đ tài “ Nghiên cứu hệ thống điều khiển ga tự động trên ôtô ” ca sinh viên :
Nguyễn Hồng Phúc và Huỳnh Hữu Trí dới sự hớng dẫn ca Ths.Nguyễn Văn Thình
đợc thực hiện vào tháng 7 năm 2011.
Đ tài mới chỉ dừng lại  mc độ tìm hiu và thực hiện mô phng lại hoạt động
ca hệ thng, cha đ xuất đợc phơng pháp điu khin mới.
Trng Đại Hc S Phạm Kỹ Thuật TP.HCM Luận văn cao hc

GVHD: TS. Nguyễn Bá Hải - 17 - HVTH: Trần Xuân Trình


Đ tài “Nghiên cứu và chế tạo mô hình xe điều khiển từ xa” ca KS.Phạm
Trng Giang dới sự hớng dẫn ca TS.Nguyễn Bá Hải đợc thực hiện vào tháng 10
năm 2011.
Đ tài này đư thực hiện việc thu thập và truyn dữ liệu qua mạng mạng wifi tuy nhiên
chỉ  dạng đợn giản điu khin một motor đ thay đổi tc độ một cách trực tiếp.
Nh vậy đ tài này đư giải quyết đợc 2 vấn đ ca 2 đ tài trên là đ xuất đợc
cách điu khin bớm ga theo một phơng pháp mới đó là điu khin bớm ga bằng
motor đ thay đổi lợng xăng đi vào động cơ đ thay đổi tc độ động cơ dẫn đến thay
đổi tc độ xe.
Đ tài “Nghiên cứu va


pha

t triê
̉
n hê
̣
thô

ng phanh gián tiếp điê

u khiê
̉
n điện tử
trên ô tô” Lận văn thạc sĩ ca Ks. Trần Đc Thắng. Đ tài này đư điu khin thành
công hệ thng phanh gián tiếp từ xa. Một ngi ngồi trong phòng điu khin hệ thng
phanh ca một chiếc xe sân golf thật thử nghiệm thông qua mạng wifi. Hệ thng này
mới chỉ dừng lại  mạng wifi nội bộ với khoảng cách giới hạn.
Đ tài “Kỹ thuật mạng không dây” ca hc viên Nguyễn Tấn Sĩ. Luận văn này
đợc thực hiện với mục đích tìm hiu nghiên cu các phơng pháp xây dựng mạng
cảm biến dựa trên các kỹ thuật, các giao thc đnh tuyến trên mạng không dây. Đ tài
đư ng dụng đ xây dựng mô phng đ quan sát các hiện tợng vật lý, hay điu kiện
môi trng nh nhiệt độ, áp suất, âm thanh, sự chấn động, sự chuyn động, ô nhiễm 
các v trí khác nhau. Đ tài chỉ dừng lại  chỗ thu thập tín hiệu từ các cảm biến c đnh
theo một chiu, cha th thu thập đợc những tín hiệu đi động.
1.2.2 Các kt qu nghiên cu nc ngoài
Cédric Wilwert cùng nhóm gồm 4 thành viên, “Design of automotive X-by-
Wire systems”, LORIA UMR 7503 – INRIA Campus Scientifique - BP 239 - 54506
VANDOEUVRE-lès - ANCY CEDEX.
Nhóm này đư nghiên cu và thiết kế hệ thng X-by-Wire, h đư đi phân tích
thi gian thực và độ tin cậy ca các hệ thng X-by-Wire, xem xét lại các tính năng dự

Trng Đại Hc S Phạm Kỹ Thuật TP.HCM Luận văn cao hc

GVHD: TS. Nguyễn Bá Hải - 18 - HVTH: Trần Xuân Trình


phòng khi cần thiết (lỗi dự phòng giúp tài xế có th di chuyn xe vào chỗ an toàn trớc
khí cho ngng hoạt động )và giao thc giao tiếp đợc sử dụng cho hệ thng X-by-Wire
nh TTP/C, FlexRay and TTCAN. Vấn đ và cách khắc phục các lỗi đi với hệ thng
XBW (X-by-Wire) này bằng cách tạo ra các mã lỗi thông dụng chuẩn phục vụ cho việc
chuẩn đoán.
- Nghiên cu ca nhóm mới thực nghiệm trên hệ thng Steer-by-Wire, Brake-by-
Wire, nhng cha thực nghiệm trên hệ thng ga.
- Độ tin cậy ca hệ thng X-by-Wire vẫn cha đơc các tổ chc có chc năng
chng nhận.
- Điện áp cung cấp cho các hệ thng X-by-wire lên tới 42V cũng sẽ là một khó
khăn.
- Khi có lỗi xảy ra không đợc dẫn đến các tình hung nguy hin cho con ngi,
môi trng, kinh tế.
- Khi xảy ra lỗi  một hệ thng thì các hệ thng khác vẫn phải hoạt động bình
thng.
Amar Shah, “Drive-by-wire”, 10326849 School of Mechanical Engineering,
University of Western Australia. Supervisor Prof. Thomas Braünl School of Electrical,
Electronic and Computer Engineering,University of Western Australia, Semester 1,
2009.
Đ tài đư tính toán thiết kế đợc các hệ thng ca X-by-Wire nh: steer-by-
wire, Brake-by-wire, Throttle-by-wire.
Đ tài đư nêu ra những khó khăn nh:
- Thi gian trễ đáng k giữa việc điu khin đến khi các yêu cầu đợc thực
hiện nh hệ thng lái và phanh yêu cầu tính an toàn rất cao.
- Mạng giao tiếp nội bộ CAN không còn thích hợp cho các yêu cầu ca hệ

thng.
Trng Đại Hc S Phạm Kỹ Thuật TP.HCM Luận văn cao hc

GVHD: TS. Nguyễn Bá Hải - 19 - HVTH: Trần Xuân Trình


- Việc tái tạo lực phản hồi ca các hệ thng nh hệ thng lái, hệ thng phanh,
hệ thng ga.
- Đ tài này cha xác đnh hay đo đạc đợc đng đặc tính ca các hệ thng
và cha đánh giá đợc mc độ an toàn ca các hệ thng.
- Thiết kế một hệ thng dự phòng, sự tơng tác đa cơ cấu.
Đ xuất ca đ tài: Thay thế hệ thông truyn dữ liệu CAN qua sử dụng:
- Time-triggered C (TTCAN), TTCAN đợc giới thiệu nh là sự mi rộng
giao thc ca mạng CAN, nó có thi gian kích hoạt giao tiếp và thi gian hệ
thng mạng lới toàn cầu với độ chính xác cao.
- FlexRay (Cena 2005), phơng pháp này trình bày cách xác đnh thi gian xử
lý đ hạn chế những va chạm giữa các gói dữ liệu và làm trễ sự truyn liên
tục giữa chúng (Temple 2004).
- Byteflight với mc độ toàn vẹn dữ liệu cao, tránh xung đôt giữa các gói dữ
liệu, các gói dữ liệu đợc đnh hớng thông qua các đa chỉ nhận dạng. đảm
bảo u tiên cho các gói dữ liệu cao độ trễ, khả năng linh hoạt cao, m rộng
hệ thng một cách dễ dàng, sử dụng băng thông rộng và chi phí cho hệ thng
thấp (Byteflight 2009)
- Nghiên cu tiếp theo đợc yêu cầu xác đnh tất cả các giao thc phù hợp cho
những hệ thng X-by-wire.
1.3 Mc tiêu và nhim v ca đ tài
1.3.1 Mc đích nghiên cu
- Thiết kế và chế tạo phần cơ khí hệ thng điu khin ga gián tiếp điện tử trên
xe quân sự hoạt động êm du vận hành xe với tc độ ổn đnh.
- Cơ cấu điu khin ga phải gn, bn chắc dễ điu khin, dễ bảo dỡng, kim tra

sửa chữa.
- Thiết kế đợc hệ thng điu khin ga từ xa qua mạng 3G.
Trng Đại Hc S Phạm Kỹ Thuật TP.HCM Luận văn cao hc

GVHD: TS. Nguyễn Bá Hải - 20 - HVTH: Trần Xuân Trình


- Đánh giá đợc hiệu quả hệ thng ga gián tiếp thông qua thi gian tăng tc, và
độ trễ ca hệ thng điu khin ga.
1.3.2 Nhim v nghiên cu
- Chế tạo phần cơ khí hệ thng điu khin ga gián tiếp.
- Thiết kế mạch điện trên hệ thng điu khin ga gián tiếp ca xe.
- Vận dụng lý thuyết điu khin động cơ DC, sử dụng card Hocdelam USB
HDL-9090 và Driver Motor.
- Tìm hiu phần mm LabVIEW đ lập trình điu khin.
- Nghiên cu thuật toán PID điu khin động cơ DC.
- Xây dựng thuật toán điu khin hệ thng ga trên xe.
- Khảo sát và thực nghiệm hệ thng điu khin ga gián tiếp đa ra kết quả so
sánh giữa hệ thng ga trực tiếp và hệ thng ga điu khin gián tiếp từ xa.
1.4 Đi tng nghiên cu
- Hệ thng ga điện tử gián tiếp.
- Phần mm LabVIEW.
- Card USB HDL 9090.
- Các thiết b thu nhận tín hiệu, các cảm biến.
- Giao tiếp qua mạng thông qua chuẩn TCP/IP.
- Phơng pháp làm thí nghiệm.
1.5 Đim mi ca đ tài
Chế tạo và thực nghiệm cơ cấu điu khin ga gián tiếp trên xe thật ( Xe phục vụ
ch ngi trong sân golf, có khả năng ch 4 ngi và đạt vận tc ti đa 30km/h).
- Hệ thng có th hoạt động đợc  2 chế độ:

+ Điu khin trực tiếp nh hệ thng thông thng.
+ Điu khin gián tiếp bằng joytick hoặc một bàn đạp không dây đợc gắn cảm
biến xác đnh v trí.
Trng Đại Hc S Phạm Kỹ Thuật TP.HCM Luận văn cao hc

GVHD: TS. Nguyễn Bá Hải - 21 - HVTH: Trần Xuân Trình


Nghiên cu và thực hiện việc điu khin cơ cấu điu khin ga gián tiếp thông
qua mạng 3G. Cơ cấu ga đợc ng dụng điu khin ga ca xe thật (xe sân gôn 4 chỗ
ngồi có th đạt vận tc ti đa 30km/h).
1.6 Gii hn đ tƠi
Với nguôn ta

i liê
̣
u rât ha
̣
n chê co

đơ
̣
c t

nh
̃
ng ba

i ba


o khoa ho
̣
c ngoa

i nơ

c
(cho tơ

i thơ

i điê
̉
m th
̣
c hiê
̣
n đê ta

i na

y, cha co

bât ky

công bô hay ba

o ca

o tơng t

̣
vê
hê
̣
thông điu khin cơ cấu ga gián tiếp qua mạng 3G tại Việt Nam).
Đ tài chì có th điêu khiê
̉
n ga gián ti ếp trên mô
̣
t chiêc xe ch  4 ngơ

i, và chỉ
đa
̣
t vâ
̣
n tôc tôi đa 30km/h.
Xe mang tính chất thí nghiệm nên cha th chạy ra lộ mà chỉ đợc thử nghiệm
trong khuôn viên trng.
Xe chỉ có th điu khin đợc trong vòng bán kính 100m.
Do tc độ truyn dữ liệu qua mạng có một độ trễ nhất đnh nên cơ cấu đợc điu
khin sẽ có một độ trễ nhất đnh so với thực tế.
Cuôi cu

ng, đ tài đư thu thâ
̣
p ca

c tố


n hiê
̣
u qua ma

y tố

nh thông qua phân mêm
LabVIEW là mô
̣
t trong nh
̃
ng phân mêm ma
̣
nh nhât hiê
̣
n ta
̣
i trong th
̣
c nghiê
̣
m ca

c d
̣

án và đ tài, quan sa

t tố


n hiê
̣
u điêu khiê
̉
n đê
̉
phân tố

ch , đa

nh gia

hiê
̣
u qua
̉
cu
̉
a viê
̣
c thiêt
kê va

chuyê
̉
n đô
̉
i hê
̣
thông đi u khin ga thơ


ng sang hê
̣
thông điêu khiê
̉
n ga gián ti ếp
băng motor thông qua mạng 3G.
1.7 Phng pháp nghiên cu và k hoch thc hin
1.7.1 Phng pháp nghiên cu
- Phác thảo mô hình trên giấy.
- Nghiên cu tài liệu.
- Thiết kế và chế tạo cơ cấu điu khin ga trên ôtô thật.
- Viết chơng trình điu khin qua mạng đ điu khin từ xa.
- Thử nghiệm và đánh giá tình trạng hoạt động.
Trng Đại Hc S Phạm Kỹ Thuật TP.HCM Luận văn cao hc

GVHD: TS. Nguyễn Bá Hải - 22 - HVTH: Trần Xuân Trình


1.7.2 K hoch thc hin
- Phác thảo mô hình trên giấy đ dự trù những thiết b cần thiết cho đ tài.
- Nghiên cu tài liệu: thông qua các tài liệu trong và ngoài nớc đ tìm hiu v
nguyên lý làm việc, tính năng, cũng nh u nhợc đim ca các đi tợng phục vụ cho
đ tài đ có th ti thiu những ảnh hng bất lợi.
- Kim tra hoạt động ca từng thiết b.
- Thiết kế và chế tạo cơ cấu điu khin ga trên ôtô mô hình.
- Viết chơng trình điu khin điu khin cơ cấu điu khin ga thông qua giao
tiếp giữa máy tính, card giao tiếp và Driver Motor, đ kim tra hoạt động ca hệ thng
sau khi đư lắp ráp trên mô hình.
- Thực nghiệm trên ô tô thật, thu thập dữ liệu phân tích và sửa chữa chơng trình

sao cho phù hợp nhất.
- Viết chơng trình điu khin qua mạng đ điu khin từ xa.
- Thực nghiệm lấy kết quả so sánh độ đáp ng và độ trễ khi truyn qua mạng.

Trng Đại Hc S Phạm Kỹ Thuật TP.HCM Luận văn cao hc

GVHD: TS. Nguyễn Bá Hải - 23 - HVTH: Trần Xuân Trình


Chng 2:
C S LÝ THUYT
2.1. Chc năng ca bm ga
Khi đạp bàn đạp ga thì cánh bớm ga sẽ m, độ m sẽ tùy thuộc vào việc đạp
bàn đạp ga bao nhiêu và cho phép gió đi vào trong ng góp hút chính lợng gió đi vào
này sẽ làm thay đổi lợng xăng đợc đi vào trong động cơ là tc độ động cơ thay đổi.
Hầu hết các bớm ga đợc đặt  đầu vào ca ng góp hút và đợc ni với lc gió
2. 1.1 H thng ga trc tip
Là hệ thng ga thông thng trên các xe máy, ô tô mà chúng ta thng thấy.
Bớm ga trong hệ thng này đợc đóng m nh vào lực kéo trực tiếp từ bàn đạp ga đặt
bên trong xe thng qua cáp kết ni đ điu khin lợng hỗn hợp không khí - nhiên liệu
hút vào trong xylanh.
Ch hòa khí loi VM: Đây là loại chế hào khí truyn thng đợc sử dụng trên
xe gắn máy.

Hình 2.1: Nguyên lý hoạt động ca bộ chế hòa khí xe gắn máy
Khi vận hành tay ga, quả ga dich chuyn lên xung một cách trực tiếp nh dây
ga do vậy đng kính hng giảm áp thay đổi một cách cỡng bc và điu tiết dòng

1
3

2
1. Khí vào
2. Thùng cha
nhiên liệu
3. Van hạn chế
Trng Đại Hc S Phạm Kỹ Thuật TP.HCM Luận văn cao hc

GVHD: TS. Nguyễn Bá Hải - 24 - HVTH: Trần Xuân Trình


hỗn hợp khí. Bầu phao đợc b trí phía dới quả ga và đng cấp xăng đợc chia làm
hai mạch xăng chính.


Hình 2.2: Cấu tạo ca bộ chế hòa khí xe gắn máy
Lơ
̣
ng khố

đơ
̣
c hu

t qua carburetor phu
̣
thuô
̣
c va

o đô

̣
nhấc ca quả ga : quả ga
nhấc ca

ng cao thố

lơ
̣
ng khố

đi qua ca

ng nhiêu , nghĩa là tc độ dòng khí  hng
khuyêch ta

n ca

ng tăng va

lơ
̣
ng xăng bi
̣
hu

t va

o ca

ng lơ


n . Nh vâ
̣
y, bơ

m ga cho phe

p
điêu khiê
̉
n hoa
̣
t đô
̣
ng cu
̉
a đô
̣
ng cơ ơ
̉
ca

c chê đô
̣
ta
̉
i kha

c nhau tuy


theo điêu kiê
̣
n la

m
viê
̣
c.
Ch hòa khí loi SU (CV): Khi vận hành tay ga, bớm ga sẽ dch chuyn đóng
m .Quả ga sẽ nằm giữa hng giảm áp tự động m và đóng theo sự thay đổi áp suất
chân không trong hệ thng bên trên màng ngăn vì vậy đng kính ca hng hút thay
đổi và duy trì đợc vận tc dòng khí nạp một cách ổn đnh.

1. Quả ga
2. Jic lơ chính
3. Kim ga
4. ng phun chính
5. Jic lơ xăng phụ
6. Vít gió
7. Vít chặn quả ga
8. Jic lơ gió phụ
9. Jic lơ gió chính
10. Dây ga