NGHIÊN CỨU VÀ PHÁT TRIỂN HỆ THỐNG GA GIÁN TIẾP BẰNG ĐIỆN TỬ PHỤC VỤ Ô TÔ ĐIỀU KHIỂN TỪ XA

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO
TRƯỜNG ĐẠI HỌC SƯ PHẠM KỸ THUẬT
THÀNH PHỐ HỒ CHÍ MINH

LUẬN VĂN THẠC SĨ
TRẦN XUÂN TRÌNH

NGHIÊN CỨU VÀ PHÁT TRIỂN HỆ THỐNG GA GIÁN TIẾP
BẰNG ĐIỆN TỬ PHỤC VỤ Ô TÔ ĐIỀU KHIỂN TỪ XA

NGÀNH: KHAI THÁC VÀ BẢO TRÌ Ô TÔ MÁY KÉO - 605246

S K C0 0 3 7 3 8

Tp. Hồ Chí Minh, tháng 10/2012


BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO
TRƯỜNG ĐẠI HỌC SƯ PHẠM KỸ THUẬT
THÀNH PHỐ HỒ CHÍ MINH

LUẬN VĂN THẠC SĨ
TRẦN XUÂN TRÌNH

NGHIÊN CỨU VÀ PHÁT TRIỂN HỆ THỐNG GA
GIÁN TIẾP BẰNG ĐIỆN TỬ PHỤC VỤ Ô TÔ
ĐIỀU KHIỂN TỪ XA

NGÀNH: KHAI THÁC VÀ BẢO TRÌ Ô TÔ, MÁY KÉO - 605246

Tp. Hồ Chí Minh, tháng 10 năm 2012

LÝ LỊCH KHOA HỌC
I. LÝ LỊCH SƠ LƯỢC:
Họ & tên: Trần Xuân Trình

Giới tính: Nam

Ngày, tháng, năm sinh: 26/12/1986

Nơi sinh: Nam Định

Quê quán: Nam Định

Dân tộc: Kinh

Chỗ ở riêng hoặc địa chỉ liên lạc: 780/35A, Đường Bình Giã, P11, TP Vũng
Tàu.
Điện thoại cơ quan:
Điện thoại nhà riêng: 0903258177
Fax:

E-mail:

II. QUÁ TRÌNH ĐÀO TẠO:
1. Đại học:
Hệ đào tạo: Chính qui

Thời gian đào tạo từ 08/2008 đến 01/2010

Nơi học (trường, thành phố): Trường Đại Học Sư Phạm Kỹ Thuật TPHCM
Ngành học: Cơ Khí Động Lực
Tên đồ án, luận án hoặc môn thi tốt nghiệp: Hoàn chỉnh mô hình hệ thống nhiên liệu
Commonrail Hice và soạn bài giảng thực hành.
Nơi bảo vệ đồ án, luận án hoặc thi tốt nghiệp: Trường Đại Học Sư Phạm Kỹ Thuật
Người hướng dẫn: KS. Bùi Quang Dũng
III. QUÁ TRÌNH CÔNG TÁC CHUYÊN MÔN KỂ TỪ KHI TỐT NGHIỆP
ĐẠI HỌC:
Thời gian

Nơi công tác

Công việc đảm nhiệm


LỜI CAM ĐOAN
Tác giả cam đoan đây là công trình nghiên cứu của tác giả.
Các số liệu, kết quả nêu trong luận văn là trung thực và chưa từng được ai
công bố trong bất kỳ công trình nào khác.
Tp. Hồ Chí Minh, ngày 29 tháng 9 năm 2012
Học viên thực hiện

Trần Xuân Trình


LỜI CẢM ƠN
Trong suốt quá trình học tập và làm luận văn đã giúp em học
hỏi thêm rất nhiều được rất nhiều kiến thức bổ ích từ thầy cô, bạn bè.
Những kiến thức này giúp em vững vàng hơn về chuyên môn nghiệp
vụ sau này.

Có được kết quả như ngày hôm nay, em xin chân thành gởi
lời cảm ơn đến Thầy Nguyễn Bá Hải, Thầy đã cho em những kiến
thức, tận tình hướng dẫn, giúp em xác định hướng đi để em có thể
hoàn thành luận văn này.
Cùng các bạn trong phòng nghiên cứu HỌC ĐỂ LÀM đã giúp
đỡ rất nhiều về nơi làm việc cũng như hỗ trợ về trang thiết bị trong
quá trình thực hiện đề tài này.
Em cũng xin chân thành gởi lời cảm ơn đến các thầy cô trong
khoa Cơ khí Động Lực của trường Đại học Sư Phạm Kỹ Thuật đã
tạo điều kiện thuận lợi cho em trong suốt quá trình học tập cũng như
trong quá trình làm luận văn.
Một lần nữa tôi xin chân thành cảm ơn với tất cả tấm lòng của mình.
Tp.Hồ Chí Minh, 10/2012
Học viên thực hiện

Trần Xuân Trình


Tóm tắt
Trong đề tài “Nghiên cứu và phát triến hệ thống điều khiển ga phục vụ điều
khiển 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 truyền qua mạng thông qua mạng 3G, đo được
độ đáp ứng về sự tăng tốc của xe khi truyền qua mạng, so sánh độ đáp ứng giữa
viêc điều khiển trực tiếp và điều khiển từ xa qua. Do tốc độ truyền dữ liệu qua
mạng có một độ trễ nhất định nên cơ cấu được điều khiển sẽ có một độ trễ nhất
định so với thực tế và ảnh hưỡng tới chất lượng điều khiển hệ thống ga. Một động
cơ một chiều 12V được thiết kế bên trong cơ cấu điều khiển ga để thực hiện việc
điều khiển bướm ga nhằm duy trì vị trí mà tài xế điều khiển. Hệ thông cơ bản vẫn
giữ được kết cấu cơ khí. Cơ cấu ga điều khiển gián tiếp được gắn song song với hệ
thống cơ khí nên xe vẫn có thể hoạt động được 2 chế độ điều khiển trực tiếp hoặc

điều khiển 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.


Trường Đại Học Sư Phạm Kỹ Thuật TP.HCM

Luận văn cao học

MỤC LỤC
MỤC LỤC ................................................................................................................... 1
DANH MỤC TỪ VIẾT TẮT .................................................................................... 6
MỤC LỤC HÌNH........................................................................................................ 9
MỤC LỤC BẢNG .................................................................................................... 14
Chƣơng 1: TỔNG QUAN........................................................................................ 15
1.1 Tổng quan và lí do chọn đề tài .......................................................................... 15
1.2 Các kết quả nghiên cứu trong và ngoài nƣớc................................................. 16
1.2.2 Các kết quả nghiên cứu nước ngoài .............................................................. 17
1.3 Mục tiêu và nhiệm vụ của đề tài ...................................................................... 19
1.3.1 Mục đích nghiên cứu .................................................................................... 19
1.3.2 Nhiệm vụ nghiên cứu ................................................................................... 20

1.4 Đối tƣợng nghiên cứu ....................................................................................... 20
1.5 Điểm mới của đề tài .......................................................................................... 20
1.6 Giới hạn đề tài ................................................................................................... 21
1.7 Phƣơng pháp nghiên cứu và kế hoạch thực hiện ........................................... 21
1.7.1 Phương pháp nghiên cứu .............................................................................. 21
1.7.2 Kế hoạch thực hiện ....................................................................................... 22
Chƣơng 2:CƠ SỞ LÝ THUYẾT ............................................................................ 23
2.1. Chức năng của bƣớm ga ................................................................................. 23
2. 1.1 Hệ thống ga trực tiếp ................................................................................... 23
2.1.2 Hệ thống điều khiển ga gián tiếp .................................................................. 29
2.1.2.1 Mô đun chân bàn đạp ga điện tử ............................................................. 31

GVHD: TS. Nguyễn Bá Hải

-1-

HVTH: Trần Xuân Trình


Trường Đại Học Sư Phạm Kỹ Thuật TP.HCM

Luận văn cao học

2.1.2.2 ECU điều khiển ...................................................................................... 33
2.1.2.3 Ưu và nhược điểm .................................................................................. 38
2.1.3 Hệ thống ga gián tiếp từ xa ........................................................................... 39
2.1.4 Các hệ thống ga được so sánh qua bảng sau ................................................ 40
2.1.6 Tình hình các hãng đầu tư nghiên cứu hệ thống ga gián tiếp ........................ 42
2.1.7 Các vấn đề khó khăn đặt ra khi thiết kế hệ thống ga gian tiếp ...................... 45
2.2 Cơ sở lý thuyết cảm giác xúc giác (haptics) ..................................................... 46

2.2.1 Ứng dụng của công nghệ Haptics.................................................................. 47
2.2.1.1 Ứng trên ô tô ........................................................................................... 47
2.2.1.2 Ứng dụng haptic trong robot giống người .............................................. 49
2.2.1.3 Ứng dụng haptic trong y tế ..................................................................... 50
2.2.1.4 Haptic cho người mù .............................................................................. 52
2.2.1.5 Ứng dụng haptic trong công nghệ thông tin ........................................... 53
2.3 Giới thiệu phần mềm LabVIEW ...................................................................... 54
2.3.1 LabVIEW là gì .............................................................................................. 54
2.3.2 Ứng dụng LabVIEW trong thực tế ................................................................ 55
2.3.2 Lập trình với LabVIEW ................................................................................ 57
2.4 Thuật toán PID và ứng dụng vào điều khiển động cơ DC ............................ 59
2.4.1 Khái niệm về thuật toán PID ......................................................................... 59
2.4.2 Điều khiển vị trí động cơ bằng thuật toán PID.............................................. 60
2.5 Lí thuyết điều khiển từ xa ................................................................................. 61
2.5.1 Giới thiệu về mạng không dây ..................................................................... 61
2.5.2 Tiêu chuẩn mạng không dây hiện nay ......................................................... 63
2.5.3 Kỹ thuật truyền 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
GVHD: TS. Nguyễn Bá Hải

-2-

HVTH: Trần Xuân Trình


Trường Đại Học Sư Phạm Kỹ Thuật TP.HCM

Luận văn cao học

2.5.4 Truyền dữ liệu qua sóng vô tuyến mạng 3G ................................................ 67
2.5.4.1 Khái niệm mạng 3G ............................................................................... 68
2.5.4.3 Các thiết bị cần thiết để kết nối 3G........................................................ 69
2.6 Thuật toán điều khiển từ xa qua mạng 3G..................................................... 70
2.6.1 Chương trình truyền dữ liệu từ máy Server ................................................. 70
2.6.2 Chương trình nhận dữ liệu từ máy Client.................................................... 71
Chƣơng 3: THIẾT KẾ PHẦN CÚNG VÀ LẬP TRÌNH CHO HỆ THỐNG
ĐIỀU KHIỂN GA GIÁN TIẾP TỪ XA .................................................................... 73
3.1 Thiết kế phần cứng ........................................................................................... 73
3.1.1 Giới thiệu sơ đồ hệ thống điều khiển ga gián tiếp từ xa............................... 73
3.1.2 Chế tạo phần cơ khí của mô hình xe điều khiển gián tiếp từ xa .................. 74
3.1.3 Chế tạo cơ khí hệ thống điều khiển ga gián tiếp từ xa ................................. 75
3.1.4 Bộ cảm biến đo tốc độ Encoder.................................................................... 76
3.2 Xây dựng phần mềm hệ thống điều khiển ga gián tiếp từ xa ....................... 77
3.2.1 Giới thiệu chung các bộ phận của hệ thống 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 Chọn động cơ điện một chiều điều khiển hệ thống ga .......................... 80
3.2.2 Thiết kế phần điện của mô hình ................................................................... 81
3.2.2.1 Mạch điện được thiết kế điều khiển trong nhà ...................................... 81
3.2.2.2 Mạch điện điều khiển ga được điều khiển gián tiếp ............................. 82
3.3 Thuật toán và lập trình hệ thống điều khiển ga ............................................. 84
3.3.1 Giới thiệu lưu đồ thuật toán cho hệ thống điều khiển ga gián tiếp từ xa ..... 84
3.3.2 Thiết kế phần mềm ....................................................................................... 85

GVHD: TS. Nguyễn Bá Hải

-3-

HVTH: Trần Xuân Trình


Trường Đại Học Sư Phạm Kỹ Thuật TP.HCM

Luận văn cao học

Chƣơng 4: KẾT QUẢ THỰC NGHIỆM ............................................................. 100
4.1 Kịch bản thử nghiệm và kết quả thử ............................................................. 100
4.1.1 Kịch bản thực nghiệm ................................................................................ 100
4.1.2 Kết quả thực nghiệm .................................................................................. 101
4.1.3 Đường đặc tuyến của ga và đo thời gian trễ của hệ thống điều khiển ga gián
tiếp từ xa qua đường đặc tuyến ................................................................................ 103
4.2 Đo thời gian trễ của hệ thống điều khiển ga gián tiếp từ xa bằng thuật toán .
.................................................................................................................................. 107
4.2.1 Thuật toán tính thời gian trễ trên hệ thống điều khiển ga gián tiếp từ xa .. 107
4.2.2 Thuật toán đo thời gian trễ ......................................................................... 108
Chƣơng 5: KẾT LUẬN VÀ HƢỚNG NGHIÊN CỨU ....................................... 109
5.1 Kết luận ............................................................................................................ 109
5.2 Hạn chế ............................................................................................................ 109
5.3 Hƣớng nghiên cƣ́u........................................................................................... 110
TÀI LIỆU THAM KHẢO ...................................................................................... 111
PHỤ LỤC ................................................................................................................ 112
Phụ lục A: Một số khối (hàm thức) phổ biến trong của LabVIEW .................. 112
A1 Cấu trúc một số vòng lặp ................................................................................ 112
A2 Một số hàm Delay thời gian ........................................................................... 114
A3. Cách lấy các hàm tính toán và so sánh ......................................................... 116
Phụ lục B: Thuật toán PID và ứng dụng vào điều khiển động cơ DC ............. 117
B1 Khái niệm về thuật toán PID ......................................................................... 117

B2 Các lưu ý khi thiết kế bộ điều khiển PID....................................................... 118
B3 Điều khiển vị trí động cơ bằng thuật toán PID .............................................. 119

GVHD: TS. Nguyễn Bá Hải

-4-

HVTH: Trần Xuân Trình


Trường Đại Học Sư Phạm Kỹ Thuật TP.HCM

Luận văn cao học

B3.1. Điều khiển vị trí động cơ DC khâu P ........................................................ 120
B3.2 Điều khiển vị trí động cơ DC bằng khâu PI ............................................... 123
B3.3 Điều khiển vị trí động cơ DC bằng khâu PID ............................................. 125

GVHD: TS. Nguyễn Bá Hải

-5-

HVTH: Trần Xuân Trình


Trường Đại Học Sư Phạm Kỹ Thuật TP.HCM

Luận văn cao học

DANH MỤC TỪ VIẾT TẮT

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 đổi tin hiệu từ tương tự sang

số
Ad-hoc (hay còn gọi là peer-to-peer)

: Mạng 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)

: Hệ 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 mạng tranh nhau sử dụng đường truyền
DC ( Direct Current )

: Động cơ một chiều

DIR

: Đảo chiều

DNS (Domain Name System)

: Hệ thống tên miền

DSC (Dynamic stability control)

:Hệ thống kiểm soát sự ổn định chủ

động
DSSS (Direct Sequence Spread Spectrum)

: Trải phổ nhảy tần

ECO (Economic Cooperation Organization)

: Hệ 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

GVHD: TS. Nguyễn Bá Hải

-6-

HVTH: Trần Xuân Trình

Trường Đại Học Sư Phạm Kỹ Thuật TP.HCM

Luận văn cao học

FFC (Federal Communications Commission)

: Trải phổ chuỗi trực tiếp

GND ( Ground)

: Chân mát

GPS (Global Positioning System)

: Là hệ thống xác định vị trí dựa trên

vị trí của các vệ tinh nhân tạo
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) : Tổ chức viễn thông thế giới thuộc
Liên Hợp Quốc.
: Van điều khiển cầm chừng

ISC ( Idle Speed Control System)

LabVIEW (Laboratory Virtual Instrumentation Engineering Workbench) : Ngôn ngữ
lập trình đồ họa
LAN (Wireless Local Area Network)

: Mạng nội bộ

LBT (Listen Before Talk)

: Nghe trước khi nói

MAC Media Access Control

: Địa chỉ vật lý của mạng

PCI (Peripheral Component Interconnect)

: Chuẩn để truyền dữ liệu giữa các

thiết bị ngoại vi đến bo mạch 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 mạng không dây để giảm va chạm
SW (Switch)

: Công tắc

TAC (Thottle Actuator Control)

: Mô đun chân ga điện tử

TCS (traction control system)

: Hệ thống điều khiển lực kéo

GVHD: TS. Nguyễn Bá Hải

-7-

HVTH: Trần Xuân Trình


Trường Đại Học Sư Phạm Kỹ Thuật TP.HCM

Luận văn cao học

TCP/IP (Internet protocol suite)

: Bộ giao thức liên mạng

TRC (Traction control )

: Điều khiển lực kéo

USB (Universal Serial Bus)

: Chuẩn kết nối tuần tự

VCC

: Nguồn 5V lấy từ USB

VSC (Vehicle stability Control)

: Ổn định hướng chuyển động

XBW (X-by-Wire)

: Hệ thống điều khiển bằng dây

GVHD: TS. Nguyễn Bá Hải

-8-

HVTH: Trần Xuân Trình


Trường Đại Học Sư Phạm Kỹ Thuật TP.HCM

Luận văn cao học

MỤC LỤC HÌNH
Hình 2.1: Nguyên lý hoạt động của bộ chế hòa khí xe gắn máy ................................... 23
Hình 2.2: Cấu tạo của bộ chế hòa khí xe gắn máy ......................................................... 24
Hình 2.3: Cấu tạo của 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 của bộ chế hòa khí sử dụng trên ôtô ........... 26
Hình 2.6: Hoạt động của bướm ga ................................................................................. 26
Hình 2.7: Nguyên lý hoạt động của họng khếch tán ...................................................... 27
Hình 2.8: Nguyên lý tạo hòa khí .................................................................................... 27
Hình 2.9: Cụm ga được sử dụng trong hệ thống phun xăng .......................................... 28
Hình 2.10: Sơ đồ khối hệ thống điều khiển ga bằng cơ khí của động cơ phun xăng ..... 29
Hình 2.11: Sơ đồ khối của hệ thống ga điện tử gián tiếp ............................................... 30
Hình 2.12: Các khối cơ bản của thiết bị điều khiển
6 bướm ga điện tử ............................ 31
Hình 2.13: Bàn đạp chân ga và giá đỡ ...........................................................................
31
3

4
Hình 2.14: Hình dáng và cấu trúc các mô đun chân ga điện tử bố trí trên ô tô ............. 33
Hình 2.15: ECU điều khiển ............................................................................................ 34
Hình 2.16: Sơ đồ điều khiển ga từ xa ............................................................................. 39
Hình 2.17: Đồ thị đường đặc tính phản hồi lực của bàn đạp ga ECO Nissan ................ 42
Hình 2.18: Cụm đồng hồ hiển thị của Nisan .................................................................. 43
Hình 2.19: Bàn đạp ga trên xe của hãng 2Continential.................................................... 44
Hình 2.20: Bàn đạp ga của hãng Continential................................................................ 44
Hình 2.21: Những tác động của tay lên một vật thể để cảm nhận trạng thái của vật thể ...
......................................................................................................................................... 46
Hình 2.22: Giao diện Haptics sử dụng trong điều khiển xe từ xa .................................. 47
Hình 2.23: Thiết bị giao diện điều khiển xe ................................................................... 47
Hình 2.24: Giao diện hệ thống định vị tích hợp của BMW ...............................................
GVHD: TS. Nguyễn Bá Hải

-9-

HVTH: Trần Xuân Trình


Trường Đại Học Sư Phạm Kỹ Thuật TP.HCM

Luận văn cao học

Hình 2.25: Công nghệ haptics trong hệ thống iDrive của hãng BMW .......................... 49
Hình 2.26: "Đứa bé Icub" đang tập bò ........................................................................... 49
Hình 2.27: ASIMO đang xuống cầu thang ..................................................................... 50
Hình 2.28: Tương tác với hình ảnh ba chiều 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

(Ảnh: Reuters) ................................................................................................................. 52
Hình 2.31: Các cô chú trong hội người mù Thủ Đức đang thử nghiệm chiếc nón "mắt
thần" ................................................................................................................................ 53
Hình 2.32: Axon Logic ra mắt chiếc tablet Haptic ........................................................ 53
Hình 2.33: Người phụ nữ có thể trả lời mail ngay trong nhà tắm .................................. 54
Hình 2.34: Khả năng kết hợp các phần cứng của LabVIEW ........................................ 55
Hình 2.35: Các lĩnh vực ứng dụng của LabView ........................................................... 56
Hình 2.36: Đại học Virginia Tech, Hoa kỳ phát triển Robot giống người sử dụng
LabVIEW ........................................................................................................................ 57
Hình 2.37: Phát triển máy bay không người lái ............................................................. 57
Hình 2.38 : Cửa sổ Front Panel ...................................................................................... 58
Hình 2.39: Cửa sổ Block Diagram ................................................................................ 58
Hình 2.40: Sơ đồ điều khiển động cơ DC theo thuật toán PID ...................................... 60
Hình 2.41: Thuật toán điều khiển động cơ DC theo vị 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 số 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
GVHD: TS. Nguyễn Bá Hải

- 10 -

HVTH: Trần Xuân Trình


Trường Đại Học Sư Phạm Kỹ Thuật TP.HCM

Luận văn cao học

Hình 2.49: Mô phỏng 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 ứng dụng 3G và chia sẽ 3G ........................................................... 69
Hình 2.53: Bộ điều khiển từ xa qua mạng 3G bên Server ............................................. 70
Hình 2.54: Bộ điều khiển từ xa qua mạng 3G bên Client .............................................. 72
Hình 3.1: Sơ đồ khối hệ thống ....................................................................................... 73
Hình 3.2: Mô hình xe được điều khiển ga gián tiếp ....................................................... 75
Hình 3.3: Cơ cấu điều khiển 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 điều khiển ga ..................................................................................... 80
Hình 3.11: Mạch điện trên mô hình trong nhà ............................................................... 81
Hình 3.12: Driver điều khiển động cơ............................................................................ 82
Hình 3.14: Lưu đồ thuật toán dùng để lập trình ............................................................. 85
Hình 3.15: Cửa sổ front panel của server trên xe ........................................................... 86
Hình 3.16: Lưu đồ thuật toán của server trên xe ............................................................ 87
Hình 3.17: Thuật toán bên server trên xe ....................................................................... 88
Hình 3.18: Sơ đồ khối chương trình điều khiển server trên xe ...................................... 89
Hình 3.19: Cửa sổ front panel của server-Client trong nhà........................................... 90
Hình 3.20: Lưu đồ thuật toán của máy Master ............................................................... 91
Hình 3.21: Thuật toán client trong nhà ......................................................................... 92
Hình 3.22: Sơ đồ khối chương trình điều khiển client trong nhà ................................... 93
GVHD: TS. Nguyễn Bá Hải

- 11 -

HVTH: Trần Xuân Trình


Trường Đại Học Sư Phạm Kỹ Thuật TP.HCM

Luận văn cao học

Hình 3.23: Thuật toán bên server trong nhà ................................................................... 94
Hình 3.24 : Sơ đồ khối chương trình điều khiển server ................................................. 95
Hình 3.25: Cửa sổ front panel của Client trên xe .......................................................... 96
Hình 3.26: Lưu đồ thuật toán Client trên xe ................................................................. 97
Hình 3.27: Thuật toán bên client trên xe ........................................................................ 98
Hình 3.28 : Sơ đồ khối chương trình điều khiển client trên xe ...................................... 99
Hình 4.1: Thử nghiệm hệ thống điều khiển ga gián tiếp trên đường ........................... 100
Hình 4.2: Thử nghiệm xe điều khiển gián tiếp trên đường .......................................... 101
Hình 4.3: Đặc tính độ bám của bướm ga so với bàn đạp ga điều khiển gián tiếp ....... 103
Hình 4.4: Đặc tính độ bám của bướm ga so với bàn đạp ga điều khiển gián tiếp từ xa ....
....................................................................................................................................... 105
Hình 4.5: Lưu đồ tính thời gian trễ trên hệ thông điều khiển ga gián tiếp từ xa.......... 107
Hình 4.6: Chương trình đo thời gian trễ ....................................................................... 108
Hình A1.1 : Lấy vòng lặp ............................................................................................. 112
Hình A1.2: Khối While Loop ....................................................................................... 113
Hình A1.3: Khối Case Structure ................................................................................. 113
Hình A1.4: Khối Flat Sequence ................................................................................... 113
Hình A1.5: Khối While Loop ....................................................................................... 114
Hình A2.1: Cách lấy hàm delay thời gian .................................................................... 114
Hình A2.2: Khối 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 điều khiển động cơ DC theo thuật toán PID ................................... 117
Hình B1.2: Cơ cấu cần điều khiển vị trí ...................................................................... 118
Hình B3.1: Thuật toán điều khiển động cơ DC theo vị trí bằng PID ........................... 119
Hình B3.2: Kết quả lập trình P control cho động cơ DC ............................................ 121
GVHD: TS. Nguyễn Bá Hải

- 12 -

HVTH: Trần Xuân Trình


Trường Đại Học Sư Phạm Kỹ Thuật TP.HCM

Luận văn cao học

Hình B3.3: Sơ đồ khối chương trình điều khiển P control........................................... 122
Hình B3.4: Giao diện người dùng điều khiển P cho động cơ DC................................ 122
Hình B3.5: Đáp ứng của vị trí động cơ DC ................................................................ 123
Hình B3.6: Điều khiển khâu PI vị trí động cơ DC ....................................................... 124
Hình B3.7: Điều khiển khâu PID vị trí động cơ DC .................................................... 125

GVHD: TS. Nguyễn Bá Hải

- 13 -

HVTH: Trần Xuân Trình

Trường Đại Học Sư Phạm Kỹ Thuật TP.HCM

Luận văn cao học

MỤC LỤC BẢNG
Bảng 2.1: Bảng so sánh ưu và nhược điểm của các hệ thống ga ................................ 41
Bảng 3.1: Thông số kỹ thuật của Card USB HDL 9090 ............................................ 79
Bảng 3.2: Cách kiểm tra Card USB HDL 9090 .......................................................... 80
Bảng 4.1: Kết quả thử nghiệm quãng đường và thời gian điều khiển ga.................. 102
Bảng 4.2: Số liệu đánh giá độ lệch của bướm ga khi điều khiển gián tiếp ............... 105
Bảng 4.3: Số liệu đánh giá độ sai lệch của bướm ga khi điều khiển gián tiếp từ xa 106

GVHD: TS. Nguyễn Bá Hải

- 14 -

HVTH: Trần Xuân Trình


Trường Đại Học Sư Phạm Kỹ Thuật TP.HCM

Luận văn cao học

Chƣơng 1:

TỔNG QUAN
1.1 Tổng quan và lí do chọn đề tài
Ngày nay với sự phát triể n của các ngành điê ̣n tử , điề u khiể n từ xa và công nghê ̣
thông tin các ngành tự động hóa, kỹ thuật điện tử đã có những bước phát triển nhảy

vọt, các ứng dụng của các ngành này vào các ngành khác ngày càng nhiều, trong đó có
ngành công nghệ ô tô. Dẫn đế n việc thúc đẩ y sự phát triể n của các hê ̣ thố ng điề u khiể n
thông minh, hiê ̣n đa ̣i trên ô tô ra đời . Do nhu cầu về phương tiện điều khiển từ xa phục
vụ cho quân sự, an ninh, giám sát…Ứng dụng công nghệ thông minh trên ôtô ngày
càng tăng nên tính tiện nghi và an toàn chủ động trên xe ngày càng được cải thiện, hiện
nay nhiều công trình nghiên cứu đã và đang được thực hiện. Hệ thống ga đóng vai trò
vô cùng quan trọng trong rất nhiều hệ thống chẳng hạn như hệ thống kiểm soát hành
trình ACC (Adaptive Cruise Control), hệ thống kiểm soát lực kéo TCS (traction
control system) hay ASR (Anti-slip regulation), hệ thống phanh chống bó cứng ABS
(Anti-lock braking system), hệ thống kiểm soát độ ổn định thân xe ESC (Electronic
stability control) hay ESP (Electronic stability program) hoặc DSC (Dynamic stability
control). Chính vì thế mà việc đánh giá được độ trễ của hệ thống ga điều khiển từ xa và
thời gian tăng tốc của xe là cực kì quan trọng (nó dẫn đến độ ổn định tốc của xe khi di
chuyển cũng như độ êm dịu khi tăng tốc của xe) . Đó là lý do em chọn đề tài “Nghiên
cứu và phát triến hệ thống điều khiển ga phục vụ điều khiển ô tô từ xa” thông qua
mạng 3G .
Đề tài được thực hiện tại phòng nghiên cứu của trung tâm bồi dưỡng giáo viên
và đào tạo nhân lực công nghệ cao Trường Đại Học Sư Phạm dưới sự hướng dẫn của
TS.Nguyễn Bá Hải. Cùng với các thành viên trong nhóm HỌC ĐỂ LÀM.
Trong đề tài này người thực hiện đã thực hiện được các công viêc như sau:
-

Thiết kế được cơ cấu điều khiển ga.

GVHD: TS. Nguyễn Bá Hải

- 15 -

HVTH: Trần Xuân Trình

Trường Đại Học Sư Phạm Kỹ Thuật TP.HCM

Luận văn cao học

-

Lập trình điều khiển được hệ thống ga điều khiển từ xa qua mạng 3G.

-

Đo đạc được độ trễ của tín hiệu khi truyền qua mạng thông qua mạng 3G.

-

Đo được độ đáp ứng về sự tăng tốc của xe khi truyền qua mạng.

-

So sánh độ đáp ứng giữa viêc điều khiển trực tiếp và điều khiển từ xa qua.

Để thực hiện việc này tác giả đã sử dụng một động cơ một chiều 12V trong cơ
cấu điều khiển ga. Động cơ điều khiển vị trí của bướm ga, nhằm duy trì vị trí mà tài xế
điều khiển.
Hệ thông cơ bản vẫn giữu được kết cấu ban đầu. Cơ cấu ga điều khiển gián tiếp
được gắn song song với hệ thống cơ khí nên xe vẫn có thể hoạt động được 2 chế độ
điều khiển trực tiếp hoặc điều khiển từ xa.
Do tốc độ truyền dữ liệu qua mạng có một độ trễ nhất định nên cơ cấu được điều
khiển sẽ có một độ trễ nhất định so với thực tế.
Hệ thống điều khiển ga thu thập tín hiệu và được điều khiển qua máy tính thông

qua phần mềm LabVIEW.
Xe mang tính chất thí nghiệm nên chưa thể chạy ra đường mà chỉ được thử
nghiệm trong khuôn viên trường.
1.2 Các kết quả nghiên cứu trong và ngoài nƣớc
Cùng với sự phát triển công nghệ ô tô trên thế giới nghành công nghệ ô tô trong
nước cũng có những bước tiến nhất định với khởi đầu là những công trình nghiên cứu
trong các trường Đại học của sinh viên, kỹ sư. Sau đây là một số đề tài điển hình:
Đề tài “ Nghiên cứu hệ thống điều khiển ga tự động trên ôtô ” của sinh viên :
Nguyễn Hồng Phúc và Huỳnh Hữu Trí dưới sự hướng dẫn của Ths.Nguyễn Văn Thình
được thực hiện vào tháng 7 năm 2011.
Đề tài mới chỉ dừng lại ở mức độ tìm hiểu và thực hiện mô phỏng lại hoạt động
của hệ thống, chưa đề xuất được phương pháp điều khiển mới.

GVHD: TS. Nguyễn Bá Hải

- 16 -

HVTH: Trần Xuân Trình


Trường Đại Học Sư Phạm Kỹ Thuật TP.HCM

Luận văn cao học

Đề tài “Nghiên cứu và chế tạo mô hình xe điều khiển từ xa” của KS.Phạm
Trường Giang dưới sự hướng dẫn của TS.Nguyễn Bá Hải được thực hiện vào tháng 10
năm 2011.
Đề tài này đã thực hiện việc thu thập và truyền dữ liệu qua mạng mạng wifi tuy nhiên
chỉ ở dạng đợn giản điều khiển một motor để thay đổi tốc độ một cách trực tiếp.
Như vậy đề tài này đã giải quyết được 2 vấn đề của 2 đề tài trên là đề xuất được

cách điều khiển bướm ga theo một phương pháp mới đó là điều khiển bướm ga bằng
motor để thay đổi lượng xăng đi vào động cơ để thay đổi tốc độ động cơ dẫn đến thay
đổi tốc độ xe.
Đề tài “Nghiên cứu và phát triển hê ̣ thố ng phanh gián tiếp điều khiể n điện tử
trên ô tô” Lận văn thạc sĩ của Ks. Trần Đức Thắng. Đề tài này đã điều khiển thành
công hệ thống phanh gián tiếp từ xa. Một người ngồi trong phòng điều khiển hệ thống
phanh của một chiếc xe sân golf thật thử nghiệm thông qua mạng wifi. Hệ thống này
mới chỉ dừng lại ở mạng wifi nội bộ với khoảng cách giới hạn.
Đề tài “Kỹ thuật mạng không dây” của học viên Nguyễn Tấn Sĩ. Luận văn này
được thực hiện với mục đích tìm hiểu nghiên cứu các phương pháp xây dựng mạng
cảm biến dựa trên các kỹ thuật, các giao thức định tuyến trên mạng không dây. Đề tài
đã ứng dụng để xây dựng mô phỏng để quan sát các hiện tượng vật lý, hay điều kiện
môi trường như nhiệt độ, áp suất, âm thanh, sự chấn động, sự chuyển động, ô nhiễm ở
các vị trí khác nhau. Đề tài chỉ dừng lại ở chỗ thu thập tín hiệu từ các cảm biến cố định
theo một chiều, chưa thể thu thập được những tín hiệu đi động.
1.2.2 Các kết quả nghiên cứu nƣớc ngoài
Cédric Wilwert cùng nhóm gồm 4 thành viên, “Design of automotive X-byWire systems”,

LORIA UMR 7503 – INRIA Campus Scientifique - BP 239 - 54506

VANDOEUVRE-lès - ANCY CEDEX.

Nhóm này đã nghiên cứu và thiết kế hệ thống X-by-Wire, họ đã đi phân tích
thời gian thực và độ tin cậy của các hệ thống X-by-Wire, xem xét lại các tính năng dự
GVHD: TS. Nguyễn Bá Hải

- 17 -

HVTH: Trần Xuân Trình

Trường Đại Học Sư Phạm Kỹ Thuật TP.HCM

Luận văn cao học

phòng khi cần thiết (lỗi dự phòng giúp tài xế có thể di chuyển xe vào chỗ an toàn trước
khí cho ngưng hoạt động )và giao thức giao tiếp được sử dụng cho hệ thống X-by-Wire
như TTP/C, FlexRay and TTCAN. Vấn đề và cách khắc phục các lỗi đối với hệ thống
XBW (X-by-Wire) này bằng cách tạo ra các mã lỗi thông dụng chuẩn phục vụ cho việc
chuẩn đoán.
-

Nghiên cứu của nhóm mới thực nghiệm trên hệ thống Steer-by-Wire, Brake-byWire, nhưng chưa thực nghiệm trên hệ thống ga.

-

Độ tin cậy của hệ thống X-by-Wire vẫn chưa đươc các tổ chức có chức năng
chứng nhận.

-

Điện áp cung cấp cho các hệ thống X-by-wire lên tới 42V cũng sẽ là một khó
khăn.

-

Khi có lỗi xảy ra không được dẫn đến các tình huống nguy hiển cho con người,
môi trường, kinh tế.

-

Khi xảy ra lỗi ở một hệ thống thì các hệ thống khác vẫn phải hoạt động bình
thường.
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.
Đề tài đã tính toán thiết kế được các hệ thống của X-by-Wire như: steer-bywire, Brake-by-wire, Throttle-by-wire.
Đề tài đã nêu ra những khó khăn như:
-

Thời gian trễ đáng kể giữa việc điều khiển đến khi các yêu cầu được thực
hiện như hệ thống lái và phanh yêu cầu tính an toàn rất cao.

-

Mạng giao tiếp nội bộ CAN không còn thích hợp cho các yêu cầu của hệ
thống.

GVHD: TS. Nguyễn Bá Hải

- 18 -

HVTH: Trần Xuân Trình


Trường Đại Học Sư Phạm Kỹ Thuật TP.HCM

-

Luận văn cao học

Việc tái tạo lực phản hồi của các hệ thống như hệ thống lái, hệ thống phanh,
hệ thống ga.

-

Đề tài này chưa xác định hay đo đạc được đường đặc tính của các hệ thống
và chưa đánh giá được mức độ an toàn của các hệ thống.

-

Thiết kế một hệ thống dự phòng, sự tương tác đa cơ cấu.

Đề xuất của đề tài: Thay thế hệ thông truyền dữ liệu CAN qua sử dụng:
-

Time-triggered C (TTCAN), TTCAN được giới thiệu như là sự mởi rộng
giao thức của mạng CAN, nó có thời gian kích hoạt giao tiếp và thời gian hệ
thống mạng lưới toàn cầu với độ chính xác cao.

-

FlexRay (Cena 2005), phương pháp này trình bày cách xác định thời gian xử
lý để hạn chế những va chạm giữa các gói dữ liệu và làm trễ sự truyền liên
tục giữa chúng (Temple 2004).

-

Byteflight với mức độ toàn vẹn dữ liệu cao, tránh xung đôt giữa các gói dữ
liệu, các gói dữ liệu được định hướng thông qua các địa chỉ nhận dạng. đảm
bảo ưu tiên cho các gói dữ liệu cao độ trễ, khả năng linh hoạt cao, mở rộng
hệ thống một cách dễ dàng, sử dụng băng thông rộng và chi phí cho hệ thống
thấp (Byteflight 2009)

-

Nghiên cứu tiếp theo được yêu cầu xác định tất cả các giao thức phù hợp cho
những hệ thống X-by-wire.

1.3 Mục tiêu và nhiệm vụ của đề tài
1.3.1 Mục đích nghiên cứu
- Thiết kế và chế tạo phần cơ khí hệ thống điều khiển ga gián tiếp điện tử trên
xe quân sự hoạt động êm dịu vận hành xe với tốc độ ổn định.
- Cơ cấu điều khiển ga phải gọn, bền chắc dễ điều khiển, dễ bảo dưỡng, kiểm tra
sửa chữa.
- Thiết kế được hệ thống điều khiển ga từ xa qua mạng 3G.

GVHD: TS. Nguyễn Bá Hải

- 19 -

HVTH: Trần Xuân Trình