nghiên cứu ổn định hệ thống lái không trục lái tại vị trí giới hạn quay vòng của vành tay lái

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

LUẬN VĂN THẠC SĨ
NGÔ VĂN HỢP

NGHIÊN CỨU ỔN ĐỊNH HỆ THỐNG LÁI KHÔNG
TRỤC LÁI TẠI VỊ TRÍ GIỚI HẠN QUAY VÒNG
CỦA VÀNH TAY LÁI

NGÀNH: KỸ THUẬT CƠ KHÍ ĐỘNG LỰC - 605246

S KC 0 0 4 0 7 2

Tp. Hồ Chí Minh, năm 2013


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

LUẬN VĂN THẠC SĨ
NGÔ VĂN HỢP

NGHIÊN CỨU ỔN ĐỊNH HỆ THỐNG LÁI KHÔNG TRỤC LÁI
TẠI VỊ TRÍ GIỚI HẠN QUAY VÒNG CỦA VÀNH TAY LÁI

NGÀNH: KỸ THUẬT CƠ KHÍ ĐỘNG LỰC - 605246
Hướng dẫn khoa học:

PGS.TS NGUYỄN HỮU HƯỜNG

Tp. HồChí Minh, 2013


Nghiên cứu ổn ñịnh hệ thống lái không trục lái tại vị trí giới hạn quay vòng của vành tay lái

LÝ LỊCH KHOA HỌC
I. LÝ LỊCH SƠ LƯỢC:
Họ & tên: NGÔ VĂN HỢP
Giới tính: Nam
Ngày, tháng, năm sinh: 16 / 10 / 1986
Nơi sinh: Bến Tre
Quê quán: Mỏ Cày Nam – Bến Tre
Dân tộc: Kinh
Chỗ ở riêng hoặc ñịa chỉ liên lạc: 242 – Tân Phong – Thành Thới A – Mỏ Cày
Nam – Bến Tre
ðiện thoại cơ quan:
ðiện thoại nhà riêng: 0977079973
Fax:
E-mail:
II. QUÁ TRÌNH ðÀO TẠO:
1. Trung học chuyên nghiệp:
Hệ ñào tạo:
Thời gian ñào tạo từ ……/…… ñến ……/
Nơi học (trường, thành phố): Ngành học:
2. ðại học:
Hệ ñào tạo: Chính quy
Thời gian ñào tạo từ ……/…… ñến ……/ …
Nơi học (trường, thành phố): Trường ðHSPKT Tp. Hồ Chí Minh

Ngành học: Cơ khí ñộng lực
Tên ñồ án, luận án hoặc môn thi tốt nghiệp: Nghiên cứu hệ thống truyền lực
4WD
Ngày & nơi bảo vệ ñồ án, luận án hoặc thi tốt nghiệp: 10/2010 Trường
ðHSPKTTpHCM
Người hướng dẫn: Ths. Trần ðình Quý
III. QUÁ TRÌNH CÔNG TÁC CHUYÊN MÔN KỂ TỪ KHI TỐT NGHIỆP
ðẠI HỌC:
Thời gian

Nơi công tác

Công việc ñảm nhiệm

2010 - 2011

Công ty ô tô ðÔ THÀNH

Bảo trì xe

2011 - nay

Trường CðGT Vận Tải TpHCM

Giảng dạy

CBHD: PGS.TS. NGUYỄN HỮU HƯỜNG
TS. NGUYỄN BÁ HẢI

HVTH: NGÔ VĂN HỢP

Trang i


Nghiên cứu ổn ñịnh hệ thống lái không trục lái tại vị trí giới hạn quay vòng của vành tay lái

LỜI CAM ðOAN
Tôi cam ñoan ñây là công trình nghiên cứu của tôi.
Các số liệu, kết quả nêu trong luận văn là trung thực và chưa từng ñược ai
công bố trong bất kỳ công trình nào khác

Tp. Hồ Chí Minh, ngày … tháng … năm 201…
(Ký tên và ghi rõ họ tên)

NGÔ VĂN HỢP

CBHD: PGS.TS. NGUYỄN HỮU HƯỜNG
TS. NGUYỄN BÁ HẢI

HVTH: NGÔ VĂN HỢP
Trang ii


Nghiên cứu ổn ñịnh hệ thống lái không trục lái tại vị trí giới hạn quay vòng của vành tay lái

LỜI CÁM ƠN

Sau hơn một năm thực hiện, ñề tài “Nghiên cứu ổn ñịnh hệ thống lái không trục
lái tại vị trí giới hạn quay vòng của vành tay lái” ñã ñược hoàn thành. Ngoài sự cố
gắng nổ lực của cá nhân, bản thân tôi ñã ñược sự giúp ñỡ ñóng góp ý kiến, lời
khuyên từ thầy cô, bạn bè sự khích lệ ñộng viên từ gia ñình trong thời gian qua.

Trước tiên, tôi xin chân thành cám ơn gia ñình ñã ñộng viên ủng hộ, tạo ñiều
kiện cho tôi học tập và hoàn thành ñề tài này.
Xin chân thành cám ơn quý thầy cô ñã tận tình hướng dẫn truyền ñạt kiến thức
ñể tôi hoàn thành các môn học trong khóa học, quý thầy cô và các anh em trung tâm
Học ðể Làm ñã tạo ñiều kiện cho tôi có một không gian học tập và nghiên cứu.
ðặc biệt là sự biết ơn sâu sắc ñến các Thầy PGS. TS. Nguyễn Hữu Hường và
Thầy TS. Nguyễn Bá Hải là những người ñã trực tiếp hướng dẫn, tận tình chỉ bảo
truyền ñạt những kiến thức hữu ích, luôn ñộng viên nhắc nhở tôi trong suốt quá
trình tôi thực hiện ñề tài.
Tôi xin chân thành cám ơn

Ngô Văn Hợp

CBHD: PGS.TS. NGUYỄN HỮU HƯỜNG
TS. NGUYỄN BÁ HẢI
Trang iii

HVTH: NGÔ VĂN HỢP


Nghiên cứu ổn ñịnh hệ thống lái không trục lái tại vị trí giới hạn quay vòng của vành tay lái

TÓM TẮT
Ngày nay công nghệ thông tin và kỹ thuật phần mềm phát triển mạnh mẽ. Những
thành tựu mới trong lĩnh vực ñã giúp cho ô tô ngày càng trở nên thông minh hơn.
Trong ñó, sự phát triển theo hướng công nghệ SBW ứng dụng trên ô tô ñã và ñang
ñược quan tâm,ñồng thời cũng hứa hẹn mang lại sự hoàn thiện trong tính năng ñiều
khiển xe và tính an toàn.
Hiện nay SBW ñang là xu hướng của ô tô tương lai vì chúng có nhiều ưu ñiểm
so với hệ thống lái truyền thống. Trong hệ thống lái truyền thống thì người lái tác

ñộng vào vô lăng một góc lái nhất ñịnh, góc lái này ñược truyền qua trục lái tới cơ
cấu lái rồi làm xoay các bánh xe. Còn bây giờ ñối với hệ thống SBW thì người lái
xoay vô lăng rồi nhờ các cảm biến phát hiện góc quay của vô lăng, sau ñó gởi tín
hiệu ñến bộ ñiều khiển bằng ñiện (ECU). ECU sẽ ñiều khiển ñộng cơ ñiện của cơ
cấu bánh xe ñể xoay các bánh xe chuyển ñộng theo góc xoay của vô lăng. ðiều này
cho phép khi thiết kế, chúng ta có thể bỏ ñi trục lái. Khi bỏ ñi trục lái thì hệ thống
SBW mang lại nhiều lợi ích như: trọng lượng xe giảm xuống, buồng lái rộng hơn,
không bị rò rỉ dầu và linh hoạt trong việc bố trí các hệ thống trên xe.
Tuy nhiên, bên cạnh những thuận lợi ñó thì SBW có nhược ñiểm là người lái sẽ
mất cảm giác lái khi không còn trục lái. ðiều này dẫn ñến mất an toàn khi ñiều
khiển xe. Do ñó trong ñề tài này tôi sẽ trình bày các phương pháp tái tạo cảm giác
lái ñể có thể tái tạo ra ñược cảm giác lái thực. Bên cạnh ñó, mặc dù ñã tái tạo ñược
cảm giác lái thực nhưng hệ thống SBW vẫn còn một vấn ñề cần giải quyết ñó là vô
lăng sẽ mất ổn ñịnh tại vị trí giới hạn (lock – to - lock).
Trong luận văn này tôi ñã ñề xuất một phương pháp ổn ñịnh tay lái tại vị trí giới
hạn quay vòng nhằm cải thiện cảm giác lái và ổn ñịnh vành tay lái. ðặc tính giới
hạn cho phép lái xe cảm nhận ñược ñộ cứng của bức tường ảo khi xoay vô lăng tới
vị trí khóa. Nghiên cứu ñã ñược kiểm tra thông qua thí nghiệm thực tế và kết quả
của phương pháp ổn ñịnh tay lái ñược ñề xuất cho phép ổn ñịnh tay lái so với
trường hợp bình thường về các chỉ số: vị trí, lực, mô men…

CBHD: PGS.TS. NGUYỄN HỮU HƯỜNG
TS. NGUYỄN BÁ HẢI
Trang iv

HVTH: NGÔ VĂN HỢP


Nghiên cứu ổn ñịnh hệ thống lái không trục lái tại vị trí giới hạn quay vòng của vành tay lái

ABSTRACT
Today, information technology and software engineering flourished. New
achievements in the field of automobile helped to become more intelligent. In
particular, the development of technology towards applications in the automotive
SBW have been interested, and also promises to bring perfection in the vehicle
control and safety .
Currently SBW is a trend of future cars, as they have several advantages
compared with conventional steering system. In the traditional system, the driver
drive impacts on the steering wheel a certain steering angle, steering angle is
transmitted to the drive shaft and to rotate the steering wheel. And now for the SBW
system, the steering wheel and rotate the sensor by detecting the angle of rotation of
the steering wheel, then send a signal to the power control (ECU). ECU controls the
electric motor gear mechanism to rotate the wheels in motion with rotation of the
steering wheel. This enables the design, we can remove drive shaft. When the drive
shaft is removed SBW system brings many benefits such as reduced weight, wider
cockpit, no oil leaks and flexibility in the layout of the vehicle system.
However, besides the advantages that the SBW downside is that the driver will
lose steering feel when no longer drive shaft. This leads to loss of safe driver. Hence
in this topic I will re- create the sensation method can drive to re- create the feeling
of actually driving. Besides, despite reproduce real driving pleasure but SBW
system remains a problem to be solved is that the steering wheel is unstable at limit
position (lock - to - lock).
In this essay, I have proposed a method of steering stability at the position limits
rotation to improve steering feel and steering wheel steady. Character limits driving
feel of the virtual wall stiffness when turning the steering wheel to the locked
position. Research has been tested through practical experiments and results of
stable steering method proposed allows stable steering compared with the
parameters: position, force, torque...

CBHD: PGS.TS. NGUYỄN HỮU HƯỜNG

TS. NGUYỄN BÁ HẢI
Trang iv

HVTH: NGÔ VĂN HỢP


Nghiên cứu ổn ñịnh hệ thống lái không trục lái tại vị trí giới hạn quay vòng của vành tay lái

DANH SÁCH CÁC TỪ VIẾT TẮT
SBW – Steer by Wire: Hệ thống lái không trục
ECU – Electronic Control Unit: Bộ ñiều khiển bằng ñiện tử
ABS – Anti – lock Brake System: Hệ thống chống hãm (bó) cứng phanh
EPS – Electric Power Steering: Trợ lực lái bằng ñiện
ACC – Active Cruise Control: ðiều khiển hệ thống ga tự ñộng
PID – Proportional Integral Derivative: Tỉ lệ - Tích phân - ðạo hàm
LabVIEW – Laboratory Virtural Instrumentation Engineering Workbench:
Phần mềm lập trình của công ty National Instruments, Hoa Kỳ
GPS – Global Positioning System: Hệ thống ñịnh vị toàn cầu
DBW – Drive by Wire: Dẫn ñộng bằng dây
VCM – Variable Cylinder Management: Kiểm soát số xylanh hoạt ñộng
DOF – Degree of Freedom: Bậc tự do
I/O – Input/Output: Tín hiệu ñầu vào/ Tín hiệu ñầu ra
GUI – Graphical User Interface: Giao diện người dùng ñồ họa
HW – Handwheel: Vô lăng
RW - Roadwheel: Bánh xe
PO – Passivity Observer: Bộ quan sát bị ñộng
PC – Passivity Controller: Bộ ñiều khiển bị ñộng
VE – Virtual Environment: Môi trường ảo
HO – Human Operator: Người ñiều khiển (hoặc Con người)

CBHD: PGS.TS. NGUYỄN HỮU HƯỜNG
TS. NGUYỄN BÁ HẢI

HVTH: NGÔ VĂN HỢP
Trang v


Nghiên cứu ổn ñịnh hệ thống lái không trục lái tại vị trí giới hạn quay vòng của vành tay lái

DANH SÁCH CÁC HÌNH
HÌNH

TRANG

Hình 1.1: Hệ thống lái trên ô tô ñầu tiên của Karl Benz năm 1885 ......................... 13
Hình 1.2: Cấu tạo hệ thống lái phổ biến hiện nay .................................................... 14
Hình 1.3: Hệ thống lái ñiều khiển bằng dây (Drive By Wire) của xe Nissan .......... 14
Hình 1.4: Góc Camber ............................................................................................. 17
Hình 1.5: Góc Camber dương và Camber âm .......................................................... 17
Hình 1.6: Góc Caster ................................................................................................ 18
Hình 1.7: Góc Kingpin ............................................................................................. 18
Hình 1.8: ðộ chụm bánh xe ..................................................................................... 19
Hình 1.9: Bán kính quay vòng của ô tô .................................................................... 19
Hình 1.10: Xe Land Glider của hãng xe Nissan với hệ thống lái Drive-by-Wire... 20
Hình 1.11: Không gian rộng lớn bên trong xe Hy-wire GM ................................... 21
Hình 1.12: Các thiết bị kiểm tra hệ thống lái tự ñộng của xe Mercedes .................. 22
Hình 1.13: ðiều khiển ñỗ xe từ xa ứng dụng trên xe Su Rui của BYD Trung Quốc23
Hình 1.14: Hình ảnh mô phỏng của hệ thống Drive-by-wire .................................. 24
Hình 1.15: Công nghệ ñiều khiển bằng dây ứng dụng cho xe tương lai .................. 25
Hình 1.16: Công nghệ by – Wire ứng dụng trên ñộng cơ i – VTEC 3.5 của xe

Honda Odyssey 2005 ................................................................................................ 26
Hình 1.17: Chuyển ñổi từ một hệ thống lái thường sang hệ thống Steer-By-Wire . 27
Hình 1.18: Cảm nhận của con người về trạng thái của vật thể ................................ 29
Hình 1.18a: Sơ ñồ cấu trúc giao diện haptics .......................................................... 31
Hình 1.18b: Mô hình haptics tương tác giữa con người với môi trường ................. 33
Hình 1.19: Thiết bị phản hồi lực Exoskeleton ......................................................... 34
Hình 1.20: Thiết bị CyberForce ............................................................................... 34
Hình 1.21: FREFLEX [Ohio University Website, Robert L. Williams].................. 35
Hình 1.22: Cánh tay chính “Master Arm” trường ñại học Southern Methodist ...... 36
Hình 1.23: Master II, Rutgers University................................................................. 37
Hình 1.24: Thiết bị hiển thị lực giữ của bàn tay ...................................................... 37

CBHD: PGS.TS. NGUYỄN HỮU HƯỜNG
TS. NGUYỄN BÁ HẢI
Trang vi

HVTH: NGÔ VĂN HỢP


Nghiên cứu ổn ñịnh hệ thống lái không trục lái tại vị trí giới hạn quay vòng của vành tay lái

Hình 1.25: Thiết bị CyberGlove ............................................................................... 37
Hình 1.26: Thiết bị CyberGrasp Exoskeleton .......................................................... 37
Hình 1.27:Thiết bị Phantom ..................................................................................... 38
Hình 1.28: Thiết bị Pantograph của trường ðại học McGil..................................... 38
Hình 1.29: (a) Hệ thống ñào tạo phẩu thuật ñầu gối và (b) Thiết bị kính xoay khớp
giả (Mock Arthroscope) (bên trên) ñược so sánh với thiết bị thực tế (bên dưới) ..... 39
Hình 1.30: Cần ñiều khiển phản hồi lực Sidewinder, Microsoft Corp và chuột phản
hồi lực WingMan, Logitech ...................................................................................... 39
Hình 1.31: Sơ ñồ cấu trúc cơ bản cho các ứng dụng thực tế ảo kết hợp âm thanh, thị

giác và phản hồi haptics ............................................................................................ 40
Hình 1.32: Sơ ñồ các khối cơ bản của một thuật toán biểu diễn haptics ................. 41
Hình 1.33a: Khái niệm bức tường ảo miêu tả sự tương tác một bậc tự do (1DOF) 42
Hình 1.33b: Sơ ñồ mạch ñiện của mắt thần ............................................................. 43
Hình 1.34: Giao diện Haptics sử dụng trong ñiều khiển xe từ xa ............................ 44
Hình 1.35: Thiết bị giao diện ñiều khiển xe ............................................................. 44
Hình 1.36: Công nghệ haptics trong hệ thống iDrive của hãng BMW .................... 45
Hình 1.37: Tương tác với hình ảnh ba chiều trong phẫu thuật từ xa ....................... 45
Hình 1.38: Tương tác với hình ảnh ba chiều thông qua cánh tay robot ................... 46
Hình 1.39: Giao diện chính của phần mềm LabVIEW phiên bản 2009 .................. 48
Hình 1.40: Một robot (Spider) phát triển dựa trên lập trình LabVIEW ................... 49
Hình 1.41: Khả năng kết hợp các phần cứng của LabVIEW ................................... 49
Hình 1.42: Sơ ñồ ñiện của ñộng cơ DC ................................................................... 50
Hình 1.43: Sơ ñồ cấu trúc ñiều khiển vận tốc ñiển hình của ñộng cơ DC ............... 51
Hình 1.44: Sơ ñồ ñiều khiển vận tốc của ñộng cơ DC ............................................. 52
Hình 1.45: Cơ cấu cần ñiều khiển vị trí ................................................................... 54
Hình 1.46: Sơ ñồ ñiều khiển vị trí của bộ PID ......................................................... 54
Hình 1.47: Mô tả giá trị ñặt, giá trị ño ñược và diện tích sai lệch............................ 56
Hình1.48: Phối cảnh kết nối phần cứng ñiều khiển PID ñộng cơ DC ..................... 57
Hình 1.49: Sơ ñồ mạch ñiện kết nối phần cứng ñiều khiển PID ñộng cơ DC ......... 57
Hình 1.50: Sơ ñồ thuật toán ñiều khiển ñộng cơ DC theo vị trí bằng PID .............. 58

CBHD: PGS.TS. NGUYỄN HỮU HƯỜNG
TS. NGUYỄN BÁ HẢI
Trang vi

HVTH: NGÔ VĂN HỢP


Nghiên cứu ổn ñịnh hệ thống lái không trục lái tại vị trí giới hạn quay vòng của vành tay lái

Hình 1.51: Sơ ñồ lập trình P control cho ñộng cơ DC ............................................. 60
Hình 1.52: Giao diện người dùng ñiều khiển P cho ñộng cơ DC ............................ 60
Hình 1.53: ðồ thị ñáp ứng vị trí của ñộng cơ DC .................................................... 61
Hình 1.54: Sơ ñồ ñiều khiển khâu PI vị trí ñộng cơ DC .......................................... 62
Hình 1.55: Sơ ñồ ñiều khiển khâu PID vị trí ñộng cơ DC ....................................... 63
Hình 2.1: Sơ ñồ chức năng của hệ thống Steer – by – Wire .................................... 64
Hình 2.2: Sơ ñồ bố trí chung một số hệ thống lái thông dụng trên ô tô con ............ 66
Hình 2.3: (a) Hệ thống lái không trục lái trên ô tô (SBW); (b) “Hy-Wire” của hãng
General Motor’s; (c) Khái niệm SBW của hãng BMW ............................................ 67
Hình 2.4: Hệ thống lái thường (a) và hệ thống lái không trục lái (b) ...................... 68
Hình 2.5: Mô hình ñộng học của hệ thống lái không trục lái (SBW) ...................... 69
Hình 2.6: Sơ ñồ khối của hệ thống SBW ................................................................. 71
Hình 2.7: Mô hình ñiều khiển vô lăng ..................................................................... 72
Hình 2.8: Hệ thống ñiều khiển vô lăng dựa vào ñộng cơ......................................... 73
Hình 2.9: Biểu ñồ quan hệ mô men trên vô lăng và góc vô lăng ............................. 74
Hình 2.10: Sơ ñồ hệ thống ñiều khiển phản hồi bánh xe ......................................... 75
Hình 2.11: Sơ ñồ tính toán mô men hệ thống bánh xe ............................................. 77
Hình 2.12: ðồ thị quan hệ mô men tính toán và góc bánh xe .................................. 77
Hình 2.13: Sơ ñồ ñiều khiển toàn bộ hệ thống SBW ............................................... 78
Hình 2.14: ðồ thị quan hệ góc quay vô lăng lái theo thời gian ............................... 79
Hình 2.15: Các phương pháp ñiều khiển ñặc tính quay vòng thiếu ......................... 80
Hình 2.16: Sơ ñồ ñiều khiển của phương pháp dựa trên mô hình ñộng lực học...... 82
Hình 2.17a: Sơ ñồ ñiều khiển của phương pháp bản ñồ mô men ............................ 83
Hình 2.17b: Sơ ñồ ñiều khiển của phương pháp bản ñồ mô men ............................ 84
Hình 2.18: Sơ ñồ kiểm soát vị trí lực ñối với SBW ................................................. 85
Hình 2.19: Sơ ñồ quan hệ ñiều khiển từ xa hai cổng của hệ thống lái không trục lái86
Hình 2.20a: Tổng quan về tái tạo cảm giác lái dùng cảm biến dòng ....................... 88
Hình 2.20b: Sơ ñồ kết nối của cảm biến ño dòng .................................................... 89
Hình 3.1: Hệ thống các thành phần của hệ thống giao diện haptics ........................ 93

Hình 3.2: Ví dụ hệ thống mạng ñược kết nối tùy ý (mỗi khối bị ñộng hay chủ ñộng)94
CBHD: PGS.TS. NGUYỄN HỮU HƯỜNG
TS. NGUYỄN BÁ HẢI
Trang vi

HVTH: NGÔ VĂN HỢP


Nghiên cứu ổn ñịnh hệ thống lái không trục lái tại vị trí giới hạn quay vòng của vành tay lái

Hình 3.3: Sơ ñồ kết nối PC với hệ thống cấu hình một cổng................................... 96
Hình 3.4: Sơ ñồ kết nối PC với hệ thống cấu hình hai cổng .................................... 98
Hình 3.5: Hệ thống một cổng, ɳ ............................................................................... 99
Hình 3.6: Vị trí HW và lực phản hồi khi lốp không tiếp xúc với mặt ñường ........ 102
Hình 3.7: Vị trí HW và lực phản hồi khi lốp tiếp xúc với mặt ñường ................... 102
Hình 3.8: Vị trí HW và lực phản hồi với mô men phụ .......................................... 103
Hình 3.9: Biểu ñồ trạng thái HW không có mô men ñiều khiển tự do (Tfc) .......... 103
Hình 3.10: ðồ thị hiển thị trạng thái HW có mô men ñiều khiển tự do................ 104
Hình 3.11: ðồ thị so sánh phương pháp ño dòng với các phương pháp khác ....... 104
Hình 4.1: Sơ ñồ phối cảnh mô hình vô lăng........................................................... 106
Hình 4.2: Mô hình cơ khí tái tạo cảm giác lái và ổn ñịnh vô lăng ......................... 107
Hình 4.3: Bố trí dẫn ñộng trục xoay vô lăng ......................................................... 108
Hình 4.4: Thành phần mạch ñiều khiển vô lăng .................................................... 109
Hình 4.5: Cảm biến dòng ñiện ACS712................................................................. 110
Hình 4.6: Sơ ñồ chân cảm biến dòng ACS712 ...................................................... 110
Hình 4.7: Mối liên hệ giữa ñiện áp và dòng ñiện trong cảm biến dòng ACS712 .. 111
Hình 4.8: Card USB HDL 9090 ............................................................................. 112
Hình 4.9: Sơ ñồ chân Card USB HDL 9090 .......................................................... 112
Hình 4.10: Sơ ñồ khối Card USB HDL 9090 trong LabVIEW ............................. 113
Hình 4.11: Giao diện hiển thị thông tin cảm giác lái ............................................. 114

Hình 4.12: Giao diện cài ñặt thông số .................................................................... 115
Hình 4.13: Giao diện lập trình tính toán mô men phản hồi.................................... 116
Hình 4.14: Giao diện lập trình tạo cảm giác lái trên mô hình hệ thống lái SBW .. 117
Hình 4.15: Giao diện hiển thị thông tin ổn ñịnh cơ cấu vô lăng tại vị trí giới hạn
quay vòng ................................................................................................................ 118
Hình 4.16: Giao diện cài ñặt thông số thuật toán ổn ñịnh vô lăng ......................... 119
Hình 4.17: Giao diện lập trình thuật toán ổn ñịnh vô lăng của SBW .................... 120
Hình 4.18: Mô hình bức tường ảo ñơn giản ñể kiểm tra mô phỏng của PO/PC .... 123
Hình 4.19: Mô hình mô phỏng hệ thống haptics hoàn chỉnh và bộ ñiều khiển bị
ñộng ......................................................................................................................... 123

CBHD: PGS.TS. NGUYỄN HỮU HƯỜNG
TS. NGUYỄN BÁ HẢI
Trang vi

HVTH: NGÔ VĂN HỢP


Nghiên cứu ổn ñịnh hệ thống lái không trục lái tại vị trí giới hạn quay vòng của vành tay lái

Hình 4.20: ðường ñặc trưng sự mô phỏng ñối với hệ thống bức tường ảo ñơn giản124
Hình 4.21: Kết quả thí nghiệm ............................................................................... 125
Hình 4.22: Kết quả thí nghiệm ............................................................................... 126
Hình 4.23: Kết quả thí nghiệm ............................................................................... 127
Hình 4.24: Kết quả thí nghiệm ............................................................................... 128

CBHD: PGS.TS. NGUYỄN HỮU HƯỜNG
TS. NGUYỄN BÁ HẢI
Trang vi

HVTH: NGÔ VĂN HỢP


Nghiên cứu ổn ñịnh hệ thống lái không trục lái tại vị trí giới hạn quay vòng của vành tay lái

DANH SÁCH CÁC BẢNG
BẢNG

TRANG

Bảng 3.1: Các cặp tương tự ñiện – cơ khí ............................................................... 100
Bảng 3.2: Sự kết nối cặp tương tự ñiện – cơ khí..................................................... 101
Bảng 4.1: Các chi tiết mô hình vô lăng ................................................................... 106
Bảng 4.2: Các thông số kỹ thuật mô hình ............................................................... 107
Bảng 4.3: Các tính năng của hệ thống dẫn ñộng mô hình ...................................... 108
Bảng 4.4: Chi tiết mạch ñiện ñiều khiển vô lăng .................................................... 109
Bảng 4.5: Thông số kỹ thuật của Card USB HDL 9090 ......................................... 112
Bảng 4.6: Cách kiểm tra Card USB HDL 9090 ...................................................... 113
Bảng 4.7: Các thông số dùng trong mô phỏng ........................................................ 121

CBHD: PGS.TS. NGUYỄN HỮU HƯỜNG
TS. NGUYỄN BÁ HẢI
Trang vii

HVTH: NGÔ VĂN HỢP


Nghiên cứu ổn ñịnh hệ thống lái không trục lái tại vị trí giới hạn quay vòng của vành tay lái

MỤC LỤC

Trang tựa
Lý lịch khoa học ............................................................................................................. i
Lời cam ñoan ................................................................................................................. ii
Lời cám ơn ................................................................................................................... iii
Tóm tắt ......................................................................................................................... iv
Abstract ........................................................................................................................ iv
Danh sách các từ viết tắt ............................................................................................... v
Danh sách các hình....................................................................................................... vi
Danh sách các bảng ..................................................................................................... vii
Mục lục .......................................................................................................................... 1
PHẦN I: DẪN NHẬP.................................................................................................. 6
1.1 Tổng quan chung về lĩnh vực nghiên cứu ......................................................... 6
1.2 Các nghiên cứu ngoài và trong nước ................................................................ 7
1.2.1 Nghiên cứu ngoài nuớc ............................................................................ 7
1.2.2 Nghiên cứu trong nuớc ............................................................................ 9
1.3 Mục ñích của ñề tài ......................................................................................... 11
1.4 Nhiệm vụ và giới hạn của ñề tài...................................................................... 11
1.5 Phương pháp nghiên cứu................................................................................. 12
PHẦN II: NỘI DUNG ............................................................................................... 13
CHƯƠNG I: CƠ SỞ LÝ THUYẾT ......................................................................... 13
1.1 Lịch sử hệ thống lái ......................................................................................... 13
1.2 Tổng quan hệ thống lái trên ô tô ..................................................................... 15
1.2.1 Công dụng của hệ thống lái ................................................................... 15
1.2.2 Yêu cầu của hệ thống lái ........................................................................ 15
1.2.3 Phân loại hệ thống lái............................................................................. 15
1.2.4 Các góc ñặt bánh xe ............................................................................... 16
1.2.4.1 Góc camber ................................................................................... 16

CBHD: PGS.TS. NGUYỄN HỮU HƯỜNG
TS. NGUYỄN BÁ HẢI

HVTH: NGÔ VĂN HỢP
Trang 1


Nghiên cứu ổn ñịnh hệ thống lái không trục lái tại vị trí giới hạn quay vòng của vành tay lái

1.2.4.2 Góc Caster..................................................................................... 17
1.2.4.3 Góc Kingpin .................................................................................. 18
1.2.4.4 ðộ chụm của bánh xe ................................................................... 18
1.2.4.5 Bán kính quay vòng ...................................................................... 19
1.3 Ứng dụng công nghệ lái không trục lái (SBW) trên ô tô ................................ 20
1.3.1 Xe ô tô ñiện Mini Land Glider của Nissan ............................................ 20
1.3.2 Sản phẩm hãng xe GM Hy – Wire ....................................................... 21
1.3.3 Sản phẩm của hãng xe Mercedes và SuRai của Trung Quốc ................ 22
1.3.4 Hệ thống lái ñiều khiển bằng dây (Drive – by – Wire) trên xe
Infiniti của Nissan .......................................................................................... 24
1.3.5 Xe hơi mới cho tương lai ....................................................................... 25
1.3.6 Ứng dụng công nghệ by Wire trên ñộng cơ của Honda Odyssey.......... 26
1.4 Những cải tiến của Steer – by – Wire ............................................................. 26
1.5 Những lợi ích kỹ thuật của Steer – by – Wire ................................................ 28
1.6 Cơ sở lý thuyết cảm giác xúc giác (haptics) ................................................... 28
1.6.1 Haptics là gì?.......................................................................................... 28
1.6.2 Lịch sử haptics ....................................................................................... 29
1.6.3 Cấu trúc các hệ thống haptics ................................................................ 31
1.6.4 Các thiết bị giao diện haptics ................................................................. 32
1.6.4.1 Thiết bị Exoskeletons và Stationary ............................................. 33
1.6.4.2 Găng tay và các thiết bị tay cầm ................................................... 36
1.6.4.3 Thiết bị Point Sources and Specific Task ..................................... 38
1.6.5 Mô phỏng cấu trúc thực tế ảo ................................................................ 39

1.6.6 Các thuật toán biểu diễn haptics ............................................................ 40
1.6.7 Phạm vi ứng dụng của của haptics......................................................... 43
1.6.7.1 Dân dụng ....................................................................................... 43
1.6.7.2 ðối với ô tô ................................................................................... 43
1.6.7.3 Y học ............................................................................................. 45
1.6.7.4 Con người tương tác với robot...................................................... 46

CBHD: PGS.TS. NGUYỄN HỮU HƯỜNG
TS. NGUYỄN BÁ HẢI

HVTH: NGÔ VĂN HỢP
Trang 2


Nghiên cứu ổn ñịnh hệ thống lái không trục lái tại vị trí giới hạn quay vòng của vành tay lái

1.6.7.5 Trong quân ñội .............................................................................. 46
1.7 Giới thiệu phần mềm LabVIEW ..................................................................... 46
1.7.1 LabVIEW là gì? ..................................................................................... 46
1.7.2 Thuật toán ñiều khiển ñộng cơ DC ........................................................ 50
1.7.2.1 Phương pháp ñiều khiển vận tốc ñộng cơ DC .............................. 50
1.7.2.2 Thuật toán ñiều khiển vận tốc ....................................................... 52
1.7.3 Thuật toán PID và ứng dụng vào ñiều khiển ñộng cơ DC ..................... 53
1.7.3.1 Khái niệm thuật toán PID ............................................................. 53
1.7.3.2 Bản chất toán học của thuật toán PID ........................................... 54
1.7.3.3 Thực hành ñiều khiển PID cho ñộng cơ ....................................... 57
1.7.3.4 Các lưu ý khi thiết kế bộ ñiều khiển PID...................................... 58
1.7.3.5 ðiều khiển vị trí ñộng cơ DC bằng thuật toán PID ...................... 58
1.7.3.6 ðiều khiển vị trí ñộng cơ DC bằng khâu P ................................... 59
1.7.3.7 ðiều khiển vị trí ñộng cơ DC bằng khâu PI ................................. 61

1.7.3.8 ðiều khiển vị trí ñộng cơ DC bằng khâu PID .............................. 62
CHƯƠNG 2 THUẬT TOÁN TÁI TẠO CẢM GIÁC LÁI .................................... 64
2.1 Giới thiệu hệ thống lái không trục lái (Steer – by – Wire) ............................. 64
2.2 Ứng dụng Steer – by – Wire trên ô tô ............................................................. 66
2.2.1 Hệ thống Steer – by – Wire là gì? .......................................................... 66
2.2.2 Sự phát triển của hệ thống Steer – by – Wire ........................................ 67
2.3 Hệ thống lái thường và hệ thống lái không trục lái ........................................ 68
2.4 Mô hình ñộng học của hệ thống lái không trục lái ......................................... 69
2.5 Cấu trúc ñiều khiển hệ thống SBW................................................................. 70
2.6 Mô men vô lăng và cảm giác lái ..................................................................... 71
2.7 Theo dõi góc bánh xe ...................................................................................... 74
2.8 Mô men phản hồi hệ thống bánh xe ................................................................ 76
2.9 Thuật toán ñiều khiển hệ thống SBW ............................................................. 78
2.9.1 ðiều khiển ñộng cơ vô lăng .................................................................. 78
2.9.2 ðiều khiển ñộng cơ bánh xe .................................................................. 79

CBHD: PGS.TS. NGUYỄN HỮU HƯỜNG
TS. NGUYỄN BÁ HẢI

HVTH: NGÔ VĂN HỢP
Trang 3


Nghiên cứu ổn ñịnh hệ thống lái không trục lái tại vị trí giới hạn quay vòng của vành tay lái

2.10 Các phương pháp tái tạo cảm giác lái ........................................................... 80
2.10.1 Phương pháp dựa trên mô hình ñộng lực học ...................................... 81
2.10.2 Phương pháp dựa trên bản ñồ mô men cảm giác lái ............................ 82
2.10.3 Phương pháp dựa vào cảm biến mô men ............................................. 85
2.10.4 Phương pháp dựa trên dòng tín hiệu ño ............................................... 87

2.10.4.1 Tổng quan về phương pháp ño ................................................... 87
2.10.4.2 Sự tái tạo cảm giác lái ................................................................. 89
2.10.4.3 ðiều khiển tự do ......................................................................... 90
2.10.4.4 ðiều khiển tự do ......................................................................... 91
CHƯƠNG 3 ðỀ XUẤT THUẬT TOÁN ỔN ðỊNH VÀNH TAY LÁI TẠI VỊ
TRÍ GIỚI HẠN QUAY VÒNG ................................................................................ 92
3.1 Sơ ñồ ñiều khiển hai chiều bằng phương pháp bị ñộng .................................. 92
3.1.1 Các ñịnh nghĩa ....................................................................................... 92
3.1.2 Bộ quan sát bị ñộng (PO: Passivity Observer) ...................................... 93
3.1.3 Bộ ñiều khiển bị ñộng (PC: Passivity Controller) ................................. 96
3.2 Lý thuyết mạng (Network Theory) ................................................................. 98
3.2.1 Hệ thống ñại diện ................................................................................... 98
3.2.2 Các hệ thống tương tự .......................................................................... 100
3.3 Một số vấn ñề ñã giải quyết và kết quả ñạt ñược .......................................... 102
3.3.1 Thông tin phản hồi thực tế ................................................................... 102
3.3.2 ðiều khiển tự do................................................................................... 103
3.4 ðề xuất thuật toán ổn ñịnh vành tay lái ........................................................ 104
CHƯƠNG 4 THIẾT KẾ MÔ HÌNH VÀ LẬP TRÌNH THUẬT TOÁN............ 106
4.1 Phần cơ khí mô hình hệ thống SBW ............................................................. 106
4.1.1 Bản vẽ thiết kế mô hình vô lăng .......................................................... 106
4.1.2 Mô hình thật hệ thống SBW ................................................................ 107
4.2 Phần ñiện mô hình hệ thống SBW ................................................................ 109
4.2.1 Mạch ñiện ñiều khiển mô hình vô lăng................................................ 109
4.2.2 Cảm biến dòng ACS712 ...................................................................... 109

CBHD: PGS.TS. NGUYỄN HỮU HƯỜNG
TS. NGUYỄN BÁ HẢI

HVTH: NGÔ VĂN HỢP
Trang 4

Nghiên cứu ổn ñịnh hệ thống lái không trục lái tại vị trí giới hạn quay vòng của vành tay lái

4.3 Giới thiệu Card LabVIEW 9090 ................................................................... 111
4.4 Lập trình tái tạo cảm giác lái và ổn ñịnh vô lăng tại vị trí giới hạn quay vòng114
4.4.1 Giao diện lập trình và ñiều khiển cảm giác lái .................................... 114
4.4.1.1 Giao diện ñiều khiển ................................................................... 114
4.4.1.2 Giao diện lập trình cảm giác lái .................................................. 115
4.4.2 Giao diện lập trình ổn ñịnh vô lăng tại vị trí giới hạn quay vòng ........ 117
4.4.2.1 Giao diện ñiều khiển ................................................................... 117
4.4.2.2 Giao diện lập trình thuật toán ổn ñịnh vô lăng ........................... 120
4.5 Thí nghiệm .................................................................................................... 121
4.5.1 Các thông số mô phỏng ....................................................................... 121
4.5.2 Ví dụ mô phỏng ................................................................................... 121
4.5.3 Thí nghiệm ........................................................................................... 124
CHƯƠNG 5 KẾT LUẬN VÀ HƯỚNG PHÁT TRIỂN....................................... 127
5.1 Kết luận ......................................................................................................... 127
5.2 Hướng phát triển ........................................................................................... 128
TÀI LIỆU THAM KHẢO ...................................................................................... 129
PHỤ LỤC 1
Các bài báo gởi ñăng tạp chí khoa học công nghệ GTVT
1 - Nghiên cứu các thuật toán tái tạo cảm giác xúc giác lái trên vô lăng ô tô
2 - Nghiên cứu ổn ñịnh vô lăng trong hệ thống lái không trục lái
PHỤ LỤC 2
Bảng vẽ thiết kế mô hình hệ thống lái không trục lái

CBHD: PGS.TS. NGUYỄN HỮU HƯỜNG
TS. NGUYỄN BÁ HẢI

HVTH: NGÔ VĂN HỢP
Trang 5


Nghiên cứu ổn ñịnh hệ thống lái không trục lái tại vị trí giới hạn quay vòng của vành tay lái

PHẦN I

DẪN NHẬP
1.1 Tổng quan chung về lĩnh vực nghiên cứu
Ngày nay công nghệ thông tin và kỹ thuật phần mềm phát triển mạnh mẽ. Những
thành tựu mới trong lĩnh vực ñã giúp cho ô tô ngày càng trở nên thông minh hơn.
Trong ñó Steer – By – Wire (SBW) là công nghệ ñiều khiển ñiện tử ứng dụng trên ô
tô ñã và ñang ñược quan tâm. Hiện nay Steer – By – Wire ñang là xu hướng của ô
tô tương lai vì chúng có nhiều ưu ñiểm so với các hệ thống lái truyền thống. Ví dụ:
ðối với hệ thống ga, như chúng ta ñã biết trong hệ thống ga truyền thống thì người
lái tác ñộng lên bàn ñạp ga thông qua dây cáp ñể dẫn ñộng bướm ga. Còn ngày nay
với sự phát triển của công nghệ Steer – By – Wire thì ñiều khiển ga bằng ñiện tử
(Throttle – By – Wire) sẽ thay thế các liên kết cơ khí bằng các cảm biến và bướm ga
sẽ ñược ñiều khiển bởi một ñộng cơ ñiện thông qua bộ ñiều khiển bằng ñiện (ECU).
ðiều này cho phép loại bỏ dây cáp nối chân ga tới bướm ga. Tương tự như vậy, ñối
với hệ thống lái, trong hệ thống lái thường thì người lái tác ñộng vào vô lăng một
góc lái nhất ñịnh, góc lái này ñược truyền qua trục lái tới cơ cấu lái (ví dụ: cơ cấu
thanh răng – bánh răng) rồi làm xoay các bánh xe. Còn bây giờ ñối với hệ thống lái
không trục lái (Steer – By –Wire) thì người lái xoay vô lăng rồi nhờ các cảm biến
phát hiện góc quay của vô lăng, sau ñó cảm biến gởi tín hiệu ñến bộ ñiều khiển
bằng ñiện (ECU), ECU sẽ ñiều khiển ñộng cơ ñiện xoay bánh xe chuyển ñộng theo
góc quay của vô lăng. ðiều này cho phép các kỹ sư thiết kế bỏ ñi trục lái ñã tạo một
không gian rộng và linh hoạt trong việc bố trí các hệ thống và cơ cấu trên xe [2]. Do
không còn trục lái trong hệ thống lái Steer – By – Wire nên người lái mất cảm giác

lái. ðiều này gây mất an toàn khi ñiều khiển xe [2]. Vì vậy, trong hệ thống lái
không trục lái thì vô lăng ñược lắp ñặt ñộng cơ ñiện ñể tạo cảm giác lái. Và thuật
toán tái tạo cảm giác lái xác thực cho Steer – By –Wire là một trong những hướng
nghiên cứu mới ñang ñược nhiều nhà khoa học và phòng thí nghiệm quan tâm.

CBHD: PGS.TS. NGUYỄN HỮU HƯỜNG
TS. NGUYỄN BÁ HẢI

HVTH: NGÔ VĂN HỢP
Trang 6


Nghiên cứu ổn ñịnh hệ thống lái không trục lái tại vị trí giới hạn quay vòng của vành tay lái

Hệ thống lái không trục lái (SBW) có nhiều ưu ñiểm như: làm cho không gian
cabin rộng hơn, tự do trong thiết kế nội thất, không có sự rò rĩ dầu, ít xảy ra tai
nạn… Bên cạnh những ưu ñiểm ñó SBW cũng có những nhược ñiểm và khó khăn
như: thiếu cảm giác lái thực tế, vì cảm giác này là một tập hợp những ảnh hưởng tác
ñộng từ mặt ñường, ma sát giữa các khớp cơ khí của hệ thống lái trước ñây ñược
truyền ñến người lái xe thông qua trục lái. Tuy nhiên, việc gỡ bỏ trục lái trong Steer
– By – Wire ñã tạo nên sự mất cảm giác lái. Sự mất cảm giác này dẫn ñến mất an
toàn khi ñiều khiển xe. Tuy nhiên, ñể hiện thực hóa ñược SBW cho ô tô hiện ñại thì
phải tạo ñược cảm giác lái xác thực, cảm giác lái này giống như cảm giác lái trong
hệ thống lái thông thường, nhằm giúp người lái không bị bất ngờ và không khó
khăn khi ñiều khiển. ðể tái tạo ñược cảm giác lái thực tế thì có nhiều phương pháp
tham khảo trong các bài báo[2, 3, 6].
Nhìn chung, các nhà khoa học ñã khẳng ñịnh ñể tạo ra ñược cảm giác lái xác
thực là một ñiều rất khó khăn. Khi thí nghiệm SBW trong phòng thí nghiệm, hoặc
khi chế tạo các mô hình của hệ thống lái thì có yêu cầu rất cao như: vi ñiều khiển
phải có công suất lớn, hoặc phải bỏ chi phí ñắt ñỏ cho các cảm biến lực, v.v…thông

tin chi tiết ñiều này có thể xem trong [3], [5], [6]v.v. Gần ñây, Jee – Hwan Ryu và
Ba Hai – Nguyen ñã ñề xuất một giải pháp mới với giá thành thấp [6] là: tái tạo cảm
giác lái dựa trên dòng ño ñược từ các IC dòng giá rẻ. Tuy nhiên, qua kết quả thực
nghiệm trong suốt 5 năm nghiên cứu và thí nghiệm trên mô hình thực, phương pháp
ño dòng còn một vấn ñề ñặt ra cần giải quyết hoàn thiện phương pháp trên là: Sự
mất ổn ñịnh của hệ thống lái không trục lái (SBW) tại vị trí giới hạn quay vòng của
vành tay lái. Vì vậy, tôi ñã chọn ñề tài “Nghiên cứu ổn ñịnh hệ thống lái không trục
lái tại vị trí giới hạn quay vòng của vành tay lái” ñể thực hiện ñề tài cao học.

1.2 Các nghiên cứu ngoài và trong nước
1.2.1 Nghiên cứu ngoài nuớc
Ở nước ngoài ñã có các nghiên cứu liên quan ñiều khiển từ xa cho các hệ thống
trên ô tô, trong ñó có thể kể ñến như:

CBHD: PGS.TS. NGUYỄN HỮU HƯỜNG
TS. NGUYỄN BÁ HẢI

HVTH: NGÔ VĂN HỢP
Trang 7


Nghiên cứu ổn ñịnh hệ thống lái không trục lái tại vị trí giới hạn quay vòng của vành tay lái

- ðề tài “ðiều khiển hệ thống lái bằng dây trên ô tô” của Yixin Yao [7] tại hội
nghị SAE International 2006 ñã nghiên cứu kết cấu chung của các hệ thống lái bằng
dây và ñề ra phương pháp khắc phục lỗi hệ thống lái không trục lái dây bằng cách
thiết kế thêm một ñộng cơ ñiều khiển cơ cấu lái bánh xe. ðề tài này ñã nghiên cứu
cách thức ñồng bộ bánh xe và hướng ñiều khiển, các yếu tố ảnh hưởng cảm giác lái
gồm: vận tốc, ñiều kiện mặt ñường, ñộng lực học của xe, ñiều khiển hồi về vị trí
giữa của vô lăng khi người ñiều khiển thả tự do tay lái. Khi vô lăng ở trạng thái tự

do thì một mô-men chủ ñộng sẽ hồi vị vô lăng về vị trí trung tâm ñược sinh ra và
kết quả là cơ cấu ñiều khiển bánh xe cũng ñược trả về vị trí trung tâm. ðồng thời ñề
tài cũng ñã nghiên cứu tỷ số truyền thay ñổi phụ thuộc vào vận tốc xe. Khi vận tốc
càng lớn thì tỷ số truyền lái càng tăng ñảm bảo khả năng ñáp ứng nhanh khi ở tốc
ñộ cao. ðề tài này còn ñưa ra ñược các kết quả so sánh giữa xe áp dụng hệ thống lái
bằng dây và hệ thống lái thường.
- ðề tài “Nghiên cứu tạo cảm giác lái trên hệ thống lái bằng dây giống như lái
trợ lực”của Dirk Odenthal, Tilman Bunte, Heinz-Dieter Heitzer và Christoph
Eicker ở trung tâm không gian vũ trụ ðức, 2002 ñã thiết kế ñược hệ thống ñiều
khiển SBW có chức năng giống như hệ thống lái thường. ðề tài này cũng ñã trình
bày về tỷ số truyền trong hệ thống lái bằng dây, sự ổn ñịnh hệ thống lái và giao
diện haptics ñiều khiển phản hồi thông tin mặt ñường. ðồng thời trong ñề tài cũng
ñã so sánh các hệ thống trợ lực bằng ñiện và thủy lực, từ ñó ñề ra phương pháp áp
dụng trên hệ thống SBW. Từ ñó các tác giả cũng ñã ñề xuất các phương pháp ñiều
khiển phản hồi thông tin cảm giác xúc giác thông qua cơ cấu ñiều khiển cổng chủ
và cổng nô.
- ðề tài “Fusion of Redundant, Informationin Brake-By-Wire Systems Using a
Fuzzy Voter” do Reza Hoseinnezhad Alirezabab-hadiashar ñã ñề xuất thuật toán
thông minh Fuzzy ñể dự ñoán khả năng hư hỏng của các cảm biến trong hệ thống
phanh gián tiếp. Trong ñề tài này tác giả ñã giới thiệu một phương pháp mới về sự
hợp nhất thông tin cảm giác khả năng chẩn ñoán các hư hỏng trong hệ thống tập trung
trên hệ thống phanh gián tiếp. Áp dụng phương pháp hợp nhất các dữ liệu hư hỏng

CBHD: PGS.TS. NGUYỄN HỮU HƯỜNG
TS. NGUYỄN BÁ HẢI

HVTH: NGÔ VĂN HỢP
Trang 8

Nghiên cứu ổn ñịnh hệ thống lái không trục lái tại vị trí giới hạn quay vòng của vành tay lái

bởi hai cảm biến lực và một cảm biến chuyển ñộng trong hệ thống phanh gián tiếp
bàn ñạp phanh. ðồng thời tác giả cũng ñã ñề xuất phương pháp phát hiện lỗi.
- ðề tài “Program-level Soft Error Derating in a Brake-by-Wire System” do
Daniel Skarin và Johan Karlsson công bố ñã nêu những giải pháp ñánh giá lỗi của
hệ thống phanh gián tiếp. Bài báo này cũng ñưa ra các giải pháp ñánh giá lỗi trong
các hệ thống xe. Hiện tại hệ thống ñiện tử ôtô ñược sử dụng ñể hỗ trợ các hệ thống
như: hệ thống chống hãm cứng phanh (ABS), hệ thống ổn ñịnh lái bằng ñiện tử
(ESP), ñiều khiển ga tự ñộng (ACC). Trong tương lai hệ thống ñiện tử sẽ nâng cao
tính an toàn của các hệ thống như: giảm thiểu sự va chạm, phanh gián tiếp, lái từ
xa…
- Trong ñề tài “Tạo cảm giác lái xác thực dựa trên cảm biến dòng” của TS.
Nguyễn Bá Hải – Giáo sư Jee Hwan Ryu [6], các tác giả ñã nghiên cứu về tạo cảm
giác lái bằng phương pháp ño dòng và so sánh với các phương pháp tạo cảm giác
khác. Các giả ñã ñề xuất ra các công thức phản hồi cảm giác lên người ñiều khiển.
ðề tài ñã hiển thị kết quả thực nghiệm cho việc tạo cảm giác lái bao gồm các ñồ
thị như: ñáp ứng góc lái và góc quay bánh xe, không tiếp xúc mặt ñường và có tiếp
xúc mặt ñường, ảnh hưởng của mô-men trợ lực lái…
1.2.2 Nghiên cứu trong nuớc
Trong nước ñã bắt ñầu có các nghiên cứu liên quan ñiều khiển từ xa ở dạng mô
hình thực nghiệm ở mức ñề tài Luận văn thạc sĩ và luận văn tốt nghiệp ñại học sau:
- Ths. Lê Thanh Phong và TS. Nguyễn Bá Hải ñã hoàn thành ñề tài “ðiều khiển
xe ba bánh từ xa có phản hồi cảm giác lái” trong ñề tài ñã cung cấp cảm giác lái
thông qua vô lăng nhưng cảm giác lái còn chưa xác thực.
- Luận văn thạc sĩ “Nghiên cứu và chế tạo hệ thống lái không trục lái” của Trần
Văn Lợi, ðại Học GTVT Hà Nội- Cơ Sở 2 ñã thực hiện ñược việc ñiều khiển vị trí
hệ thống lái bằng dây. ðề tài còn hạn chế là việc tạo cảm giác lái và ñánh giá kết
quả chưa hoàn thiện.
- ðồ án tốt nghiệp “Nghiên cứu thiết kế giao diện haptics ñiều khiển xe ôtô từ xa

qua mạng wifi” của Nguyễn Thành Tuyên và Lê Thiện Tịnh (ðại Học SPKT
CBHD: PGS.TS. NGUYỄN HỮU HƯỜNG
TS. NGUYỄN BÁ HẢI

HVTH: NGÔ VĂN HỢP
Trang 9


Nghiên cứu ổn ñịnh hệ thống lái không trục lái tại vị trí giới hạn quay vòng của vành tay lái

TP.HCM 2011) ñã mô tả cách thức tạo cảm giác lái thông qua ñiều khiển xe từ xa,
nghiên cứu thuật toán PID ñiều khiển cảm giác lái cho giao diện haptics và thực
hiện phương pháp truyền nhận dữ liệu thông qua mạng nội bộ. Nhưng hạn chế của
ñề tài là chưa tạo ra cảm giác lái xác thực và chưa ñiều khiển thông qua các mạng
khác ñược.
- ðồ án tốt nghiệp “Nghiên cứu ảnh hưởng của cảm giác xúc giác trong ñiều
khiển ô tô” của Diệp Văn Hiếu và Hoàng Văn Tưởng (ðHSPKT TpHCM, 2012) ñã
miêu tả ñược cảm giác lái bằng phương pháp ño dòng ñiện, lập trình ñược sự ñồng
bộ giữa mô hình vô lăng và mô hình cơ cấu lái. ðồng thời cũng xây dựng và ñiều
khiển ñược mô hình ảo hệ thống lái 3D. Nhưng trong ñề tài còn có hạn chế là chưa
giải quyết ñược sự ổn ñịnh vô lăng khi hồi về vị trí ban ñầu sau khi quay vòng.
- Luận văn thạc sĩ “Nghiên cứu và phát triển hệ thống chuyển số gián tiếp phục
vụ ñiều khiển ô tô từ xa” của Nguyễn Thanh Minh (ðHSPKT TpHCM, 2012). ðề
tài ñã thiết kế ñược hệ thống ga gián tiếp từ xa thông qua mạng 3G và ứng dụng mô
hình xe ñể ñiều khiển ga ñiện tử gián tiếp nhằm phục vụ trong phòng thí nghiệm.
ðồng thời ño ñược thời gian trễ và thời gian tăng tốc của hệ thống ga ñiều khiển
gián tiếp thông qua mạng 3G. Nhưng ñề tài còn các mặt hạn chế là: kết cấu cơ khí
của mô hình vẫn chưa ñạt ñược tính thẩm mỹ cao, chưa lập trình ñược chế ñộ dự
phòng khi có sự cố và chỉ mới ứng dụng trong phòng thí nghiệm.
- Luận văn thạc sĩ “ Nghiên cứu và phát triển hệ thống ga gián tiếp bằng ñiện tử

phục vụ ñiều khiển ô tô từ xa” của Trần Xuân Trình (ðHSPKT TpHCM, 2012)
cũng ñã thiết kế và ñiều khiển ñược hệ thống ga gián tiếp từ xa thông qua mạng 3G.
Qua ñó ñã vẽ ñược ñồ thị ñáp ứng của hệ thống ga gián tiếp và hệ thống ga gián tiếp
từ xa. ðồng thời ñề tài này ñã ño ñược thời gian trễ của hệ thống ga gián tiếp từ xa
qua thiết bị 3G. Cũng như những ñề tài khác, thì ñề tài này còn những mặt hạn chế
là thời gian truyền thông qua mạng vẫn còn bị trễ nên không có cảm giác ñiều khiển
ga như mong muốn, chưa lập trình ñược chế ñộ dự phòng trong trường hợp mất tín
hiệu ñiều khiển hay bị nhiễu sóng và chưa có ñộ an toàn cao.

CBHD: PGS.TS. NGUYỄN HỮU HƯỜNG
TS. NGUYỄN BÁ HẢI
Trang 10

HVTH: NGÔ VĂN HỢP


Nghiên cứu ổn ñịnh hệ thống lái không trục lái tại vị trí giới hạn quay vòng của vành tay lái

- Luận văn thạc sĩ “Nghiên cứu và phát triển hệ thống lái không trục lái phục vụ
ñiều khiển xe quân sự từ xa” của Nguyễn Như Xuân Phúc (ðHSPKT TpHCM,
2012) ñã thiết kế và ñiều khiển ñược hệ thống lái SBW cho xe quân sự qua mạng
wifi. ðồng thời ñề tài ñã tái tạo ñược cảm giác lái xác thực trên vô lăng, xác ñịnh
ñược sự ñáp ứng của vô lăng và cơ cấu lái thông qua ñiều khiển từ xa. Trong ñề tài
này tác giả cũng ñã ño ñược thời gian trễ của việc ñiều khiển hệ thống lái SBW từ
xa thông qua sóng wifi và ñánh giá ñược kết quả thực nghiệm khi ñiều khiển hệ
thống lái SBW trên xe thực.

1.3 Mục ñích của ñề tài
- Mục ñích ñề tài là nghiên cứu tính ổn ñịnh của hệ thống lái không trục lái tại
vị trí giới hạn quay vòng của vành tay lái và ñề xuất những giải pháp tạo cảm

giác lái giống hệ thống lái thường, giúp người ñiều khiển ñược thuận lợi và an
toàn khi lái xe.
- Trong ñề tài ñã sử dụng lý thuyết về cảm giác lái của người lái và viết chương
trình tái tạo cảm giác lái cho hệ thống lái không trục lái, kết hợp mô hình hệ thống
lái không trục lái ñể thí nghiệm sự ổn ñịnh hệ thống lái không trục lái.

1.4 Nhiệm vụ và giới hạn của ñề tài
- Nghiên cứu sẽ thực hiện trên mô hình hệ thống lái không trục lái, từ ñó thí
nghiệm sự ổn ñịnh của hệ thống lái không trục lái tại vị trí giới hạn quay vòng vành
tay lái.
- Sẽ sử dụng phần mềm LabVIEW ñể mô phỏng, khảo sát ñặc tính của hệ
thống lái thường, sau ñó tiến hành nghiên cứu hệ thống lái không trục lái ñể thí
nghiệm sự ổn ñịnh hệ thống lái SBW tại vị trí giới hạn quay vòng của vành tay
lái.
- Thiết kế mô hình vô lăng hệ thống lái không trục lái.

CBHD: PGS.TS. NGUYỄN HỮU HƯỜNG
TS. NGUYỄN BÁ HẢI
Trang 11

HVTH: NGÔ VĂN HỢP