Ứng dụng bộ điều khiển pid điều khiển hệ thống lái Steer-By-Wire trên xe ô tô

ĐẠI HỌC ĐÀ NẴNG

TRƢỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA
---------------------------------------

HUỲNH VĂN SANG

ỨNG DỤNG BỘ ĐIỀU KHIỂN PID ĐIỀU KHIỂN HỆ THỐNG
LÁI STEER-BY-WIRE TRÊN XE Ô TÔ

C
C

R
L
T.

DU

Chuyên ngành: Kỹ thuật điều khiển và tự động hóa
Mã số: 8520216

TĨM TẮT LUẬN VĂN THẠC SĨ KỸ THUẬT

Đà Nẵng, năm 2020


Cơng trình đƣợc hồn thành tại
TRƢỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA – ĐẠI HỌC ĐÀ NẴNG

Ngƣời hƣớng dẫn khoa học: TS. NGUYỄN LÊ HÒA

C
C

Phản biện 1: PGS.TS. LÊ TIẾN DŨNG

Phản biện 2: TS. ĐỖ VĂN CẦN

R
L
T.

DU

Luận văn sẽ đƣợc bảo vệ trƣớc Hội đồng chấm luận văn tốt nghiệp thạc sĩ Kỹ thuật
điều khiển và tự động hóa tại Trƣờng đại học Bách khoa ngày 19 tháng 12 năm 2020.

Có thể tìm hiểu luận văn tại:
- Trung tâm học liệu và truyền thông – Đại học Bách Khoa - ĐHĐN
- Thƣ viện khoa Điện, trƣờng Đại học Bách Khoa, ĐHĐN


1
MỞ ĐẦU
1. Lý do chọn đề tài
Cùng với sự ra đời và phát triển của ô tô, hệ thống lái khơng ngừng đƣợc cải tiến với
những tính năng và cơng nghệ mới để đáp ứng đƣợc những tiêu chí về an tồn và tiện nghi
cho ngƣời dùng trong q trình chuyển động ngay cả ở vận tốc cao và mật độ phƣơng tiện
giao thông lớn. Kỹ thuật điều khiển tự động đƣợc nghiên cứu để nâng cao độ tin cậy, độ an
toàn của các hệ thống xe tự lái. Việc xây dựng đƣợc một mơ hình chính xác của hệ thống

lái, cũng nhƣ mơ hình động học của xe có ý nghĩa quan trọng trong việc thiết lập đƣợc một
hệ điều khiển có chất lƣợng.
Cũng nhƣ hệ thống phanh, hệ thống treo,… hệ thống lái là một trong những hệ thống
đảm bảo an tồn cho ơ tơ chuyển động an tồn, êm dịu. Vì thế mà hiện nay hệ thống lái

C
C

ngày càng đƣợc cải tiến, tiêu chuẩn về thiết kế chế tạo hệ thống lái ngày càng nghiêm ngặt

R
L
T.

và chặt chẽ hơn để đáp ứng các tiêu chí an tồn và tiện nghi, tính an tồn chủ động trong
điều khiển chuyển động với vận tốc cao và mật độ giao thông lớn. Các nghiên cứu về hệ

DU

thống lái điện (SBW) là tiền đề để phát triển công nghệ lái tự động đã đƣợc nhiều nhóm
nghiên cứu trên thế giới thực hiện.

Từ các yếu tố trên ta thấy cần thiết phải nghiên cứu đƣa ra giải pháp nâng cao chất
lƣợng điều khiển và tập trung vào việc xây dựng mơ hình chính xác thiết kế bộ điều khiển
PID của hệ thống lái Steer-by-wire (SBW). Các kết quả khảo sát, mô phỏng, thử nghiệm
từng phần hệ thống đƣợc mô tả để khẳng định chất lƣợng hệ điều khiển PID của hệ thống lái
Steer-by-wire (SBW).
2. Cơ sở khoa học
Việc nâng cao chất lƣợng hệ thống lái trên ô tô đã đƣợc nhiều nhà khoa học quan tâm
nghiên cứu. Một số cơng trình đi trƣớc đã xây dựng mơ hình tốn học mơ tả hệ thống và đề

xuất phƣơng pháp điều khiển nhằm nâng cao chất lƣợng hoạt động của hệ thống lái Steerby-wire.
3. Mục tiêu nghiên cứu
Nghiên cứu lý thuyết và thực nghiệm động lực học hệ thống lái điện làm cơ sở khoa
học thay thế hệ thống lái cơ khí truyền thống bằng hệ thống lái Steer-by-wire. Xây dựng
đƣợc mơ hình tốn học mô tả gần nhƣ đúng với hệ thống lái hệ thống lái Steer-by-wire


2
(SBW) trên xe ơ tơ. Xây dựng mơ hình và mơ phỏng tồn hệ thống trên phần mềm Matlab –
Simulink để phân tích và đánh giá kết quả.
4. Ý nghĩa khoa học và thực tiễn của đề tài
Về mặt khoa học: Góp phần cải tiến bộ điều khiển chất lƣợng hệ thống lái hệ thống
lái Steer-by-wire nói riêng và hệ thống lái trên xe ơ tơ nói chung. Đề tài có sự đóng góp mặt
khoa học trong việc xây dựng mơ hình tốn học mơ tả chính xác hệ thống lái hệ thống lái
Steer-by-wire để từ đó làm cơ sở cho việc nghiên cứu, thiết kế bộ điều khiển nằm nâng cao
chất lƣợng của hệ thống.
Về mặt thực tiễn: Làm rõ hơn về bản chất của hệ thống lái hệ thống lái Steer-bywire dƣới góc nhìn của kỹ thuật điều khiển và tự động hóa. Kết quả nghiên cứu đƣợc của đề
tài này mang lại ý nghĩa cho việc ứng dụng vào thực tế và tiếp cận và làm chủ công nghệ lái
trên các xe ô tô hiện đại tại Việt Nam.

C
C

5. Đối tƣợng và phạm vi nghiên cứu

R
L
T.

Đối tƣợng là hệ thống lái Steer-by-wire trên xe ơ tơ có sơ đồ nguyên lý nhƣ sau:

Ngƣời lái

Hệ thống vô
lăng

6. Tên và bố cục đề tài

DU
θsw

θm1

Bộ điều khiển điện
tử

θm1

δf

Hệ thống lái
bánh trƣớc

Bánh
trƣớc

Căn cứ vào mục tiêu, nhiệm vụ nghiên cứu đề tài đƣợc đặt tên là: “ỨNG DỤNG BỘ
ĐIỀU KHIỂN PID ĐIỀU KHIỂN HỆ THỐNG LÁI STEER-BY-WIRE TRÊN XE Ô
TÔ”
Luận văn gồm các chƣơng sau:
Chƣơng 1: TỔNG QUAN VỀ HỆ THỐNG LÁI

Chƣơng 2: MƠ HÌNH TỐN HỆ THỐNG LÁI STEER-BY-WIRE
Chƣơng 3: PHƢƠNG PHÁP ĐIỀU KHIỂN HỆ THỐNG LÁI STEER-BY-WIRE
Chƣơng 4: MÔ PHỎNG VÀ ĐÁNH GIÁ KẾT QUẢ


3
CHƢƠNG 1 : TỔNG QUAN VỀ HỆ THỐNG LÁI
1.1. Chức năng, cấu tạo, phân loại hệ thống
1.1.1. Chức năng
Hệ thống lái dùng để giữ đúng hƣớng chuyển động hoặc thay đổi hƣớng chuyển động
của ô tô khi cần thiết.
1.2. Cấu tạo và nguyên lý hoạt động chung của hệ thống lái
1.2.1. Cấu tạo
Sơ đồ cấu tạo chung của hệ thống lái đƣợc mơ tả nhƣ hình 1.2.

C
C

R
L
T.

DU

Hình 1. 1. Sơ đồ cấu tạo chung của hệ thống lái
Trong đó: 1: Vành tay lái (vô lăng); 2: Trục lái; 3: Ống bọc trục lái; 4: Cơ cấu lái; 5: Tay
biên; 6: Trục đứng (chốt chuyển hƣớng); 7: Đòn quay (con quay); 8: Thanh bên của hình
thang lái; 9: Khớp cầu nối; 10: Đòn ngang (thanh ngang); 11: Đòn kéo dọc
1.4. Phƣơng pháp điều khiển hệ thống lái
Một số phƣơng pháp điều khiển hệ thống lái đã đƣợc công bố trong một số bài báo nhƣ hình

1.25 và 1.29.


4

Hình 1. 2. Sơ đồ cấu trúc điều khiển hệ thống Steer-by-wire theo [1]

C
C

R
L
T.

DU

Hình 1. 3. Sơ đồ cấu trúc điều khiển của hệ thống Steer-by-wire theo [2]


5
CHƢƠNG 2: MƠ HÌNH TỐN HỌC HỆ THỐNG LÁI STEER-BY-WIRE

2.3. Mơ hình các thành phần của hệ thống lái Steer-by-wire
2.3.1. Hệ thống vô lăng
Sơ đồ của hệ thống vô lăng đƣợc mơ tả nhƣ hình 2.2.

C
C

R

L
T.

DU

Hình 2.2. Sơ đồ hệ thống vô lăng
Biều đồ Bond tƣơng ứng với hệ thống vơ lăng đƣợc mơ tả nhƣ hình 2.3.
Từ biểu đồ hình 2.3. ta viết đƣợc các phƣơng trình:
̇ =

-

-

̇ =
̇ =G

(
-

(2.1)
-

)

(2.2)
(2.3)


6

̇ =
R: Bsc

C: 1/ks1

2

Se: Tdriver

1

C: Cwm R: Bm1

5
4

1

1/G
TF

6

0

(2.4)

8
7

11
9

0

1

3

10

I: Im1

12

GY Kb1

I: Isw

13
14

1

R: R1

15

I: L1

Hình 2.3. Biểu đồ Bond của hệ thống vơ lăng
Từ các phƣơng trình (2.1) đến (2.4) ta xây dựng đƣợc mơ hình tốn học của hệ thống

C
C

vơ lăng dƣới dạng phƣơng trình trạng thái:
{
Trong đó:

x(t) = [

u(t) = [

]

(

=

(̇ )
( )

( )
( )

( )
( )

R

L
T.

(̇ ) = [ ̇

]T

DU

̇

̇

̇ ]T

y(t) = [ ̇ ]

)

(

)

[

]

=[

]T

=[

]

=0

Sơ đồ trạng thái của hệ thống vơ lăng đƣợc mơ tả nhƣ hình 2.5.
u(t)

Bsw

x(t)

dx(t)

y(t)
Csw

Asw

Dsw

Hình 2.5. Sơ đồ trạng thái của hệ thống vô lăng


7
2.3.2. Hệ thống lái bánh trước
Sơ đồ hệ thống lái bánh trƣớc đƣợc mơ tả nhƣ hình 2.6.

C
C

R
L
T.

DU

Hình 2.6. Sơ đồ hệ thống lái bánh trƣớc
Biểu đồ Bond của hệ thống lái bánh trƣớc đƣợc mơ tả nhƣ hình 2.7.
R: R2
3

Se: Vs2

1

1
2

I: L2

R: Bwm
Kwb
4
GY 5

7

1

R: Btr

R: br
8

6

0

13

gmr
TF 11

10

1

gr
14 TF

12

9

I: Jwm C: Cwm

I: mr

19
15

0

17

16

C: Ctr

1
18

I: jt

Hình 2.7. Biểu đồ Bond của hệ thống lái bánh trƣớc
Từ biểu đồ hình 2.7 ta tiến hành viết các phƣơng trình:
̇ =

-

-

̇ =

-

̇ =

-

̇ =

(2.5)
-

(2.6)
(2.7)

-

-

(2.8)


8
̇ =
̇ =

-

(2.9)

-

(2.10)

Từ các phƣơng trình (2.5) đến (2.10) ta tiến hành xây dựng mơ hình tốn của Hệ thống lái
bánh trƣớc dƣới dạng phƣơng trình trạng thái:
{

(̇ )
( )

( )
( )

x(t) = [

Trong đó:

(̇ ) = [ ̇
u(t) = [

( )
( )
]T

̇

̇

̇

̇

̇ ]T

y(t) = [ ̇ ]

]

C
C

R
L
T.

=

DU

[
=[

]T

]

=[

]

=0

Sơ đồ trạng thái của Hệ thống lái bánh trƣớc đƣợc mô tả nhƣ hình 2.8.

u(t)

Bfw

x(t)

dx(t)

y(t)
Cfw

Afw

Dfw

Hình 2.8. Sơ đồ trạng thái của hệ thống lái bánh trƣớc


9
CHƢƠNG 3: PHƢƠNG PHÁP ĐIỀU KHIỂN HỆ THỐNG LÁI STEER-BY-WIRE
3.1. Mục đích của việc thiết kế bộ điều khiển cho hệ thống lái
Việc thiết kế bộ điều khiển cho hệ thống lái Steer-by-wire ngồi mục đích ngồi mục
đích giúp đầu ra của hệ thống đáp ứng tốt với các yêu cầu của ngƣời lái, thì cịn giúp nâng
cao độ an toàn, ổn định, thoải mái cũng nhƣ dễ điều khiển cho ngƣời lái, thích nghi với các
tác động nhiễu của môi trƣờng.
3.2. Đề xuất phƣơng án
3.2.1. Các phương án đề xuất
Phƣơng án 1: Sử dụng một bộ điều khiển
Sơ đồ hệ thống điều khiển sử dụng một bộ điều khiển đƣợc mơ tả nhƣ hình 3.1.
Tdriver

Hệ thống vơ θm1
lăng

Bộ điều
khiển

C
C

Vs2

R
L
T.

Hệ thống lái
bánh trƣớc

δf

DU

Hình 3.1. Sơ đồ hệ thống điều khiển sử dụng một bộ điều khiển
Phƣơng án 2: Sử dụng hai bộ điều khiển
Sơ đồ hệ thống điều khiển sử dụng hai bộ điều khiển đƣợc mơ tả nhƣ hình 3.2.
θsw

Bộ điều
khiển 1

Tdriver

Hệ thống vô θm1
lăng

Bộ điều
khiển 2

Vs2

Hệ thống lái
bánh trƣớc

δf

Hình 3.2. Sơ đồ hệ thống điều khiển sử dụng hai bộ điều khiển
Dựa vào hai phƣơng án nhƣ sơ đồ hình 3.1 và 3.2. ta thấy phƣơng án sử dụng hai bộ
điều khiển có nhiều ƣu điểm hơn so với 1 bộ điều khiển.
3.2.2. Lựa chọn bộ điều khiển
Các bộ điều khiển thƣờng đƣợc sử dụng là bộ hiệu chỉnh sớm pha, trễ pha, sớm trễ
pha, P, PI, PD, PID…
Do khó xây dựng đƣợc hàm truyền của hệ thống vô lăng và hệ thống lái bánh trƣớc
nên thiết kế bộ điều khiển sớm pha, trễ pha hoặc sớm trễ pha gặp nhiều khó khăn do đó ta
khơng lựa chọn bộ điều khiển là khâu hiệu chỉnh sớm pha, trễ pha, hoặc sớm trễ pha.


10
Yêu cầu chất lƣợng của hệ thống là góc lái bánh trƣớc
góc vơ lăng

ln bám theo chính xác

mong muốn với thời gian đáp ứng nhanh, hạn chế đƣợc sai số. Để đáp ứng

đƣợc yêu cầu chất lƣợng của hệ thống thì bộ điều khiển PID là phù hợp nhất, do đó ta chọn
bộ điều khiển là PID.
3.3. Xây dựng các thành phần của hệ điều khiển
Sơ đồ các thành phần của hệ thống điều khiển đƣợc mơ tả nhƣ hình 3.7.
θsw
θm1

Hệ thống vơ
lăng

Ngƣời lái

Bộ điều khiển điện
tử

θm1

Hệ thống lái
bánh trƣớc

δf

Bánh
trƣớc

Hình 3.7. Sơ đồ các thành phần của hệ thống điều khiển
Các thành phần của hệ điều khiển gồm 3 thành phần chính:
- Hệ thống vơ lăng: bao gồm các thành phần cảm biến mơmen, cảm biến góc vơ lăng,

C
C

động cơ.

R
L
T.

- Hệ thống lái bánh trƣớc: bao gồm các thành phần cảm biến vị trí, bánh, thanh răng,
động cơ bánh trƣớc và các thành phần cơ khí khác…

DU

- Bộ phận điều khiển (ECU): Điều khiển góc lái bánh trƣớc ln bám theo góc vơ
lăng mong muốn.

3.5. Lựa chọn phƣơng pháp để điều khiển và đánh giá chất lƣợng hệ thống
3.5.1. Lựa chọn phương pháp điều khiển
Ở đây ta lựa chọn phƣơng pháp điều khiển sử dụng hai bộ PID để điều khiển góc lái
bánh trƣớc

ln bám theo chính xác góc vơ lăng

mong muốn. Sơ đồ cấu trúc điều

khiển sử dụng hai bộ PID đƣợc mơ tả nhƣ hình 3.8.
θsw

PID1

Tdriver

Hệ thống vơ θm1
lăng

PID2

Vs2

Hệ thống lái
bánh trƣớc

δf

Hình 3.8. Sơ đồ cấu trúc điều khiển sử dụng hai bộ PID
Để thiết kế 2 bộ điều khiển PID thì có nhiều phƣơng pháp nhƣ: dùng quỹ đạo nghiệm
số, biểu đồ Bode hay phƣơng pháp giải tích nhƣng do đối tƣợng điều khiển là hệ thống vơ
lăng và góc lái bánh trƣớc khó xây dựng hàm truyền nên việc sử dụng các phƣơng pháp này
gặp nhiều khó khăn. Ta sẽ sử dụng phƣơng pháp Phƣơng pháp điều chỉnh trong PID Tuner
trong khối Matlab/Simulink PID Controller để thiết kế hai bộ PID


11
3.5.2. Đánh giá chất lượng điều khiển
Ta tập trung vào một số tiêu chí nhƣ: Sai số xác lập, độ lọt vố, thời gian đáp ứng,….

C
C

DU

R
L
T.


12

CHƢƠNG 4: MƠ PHỎNG VÀ ĐÁNH GIÁ KẾT QUẢ

4.1. Mơ phỏng hệ thống lái Steer-by-wire
4.1.1. Các tham số mô phỏng của hệ thống
Các tham số mô phỏng của hệ thống đƣợc mô tả nhƣ bảng 4.1.
Bảng 4.1. Các tham số mô phỏng trong hệ thống
Giá trị

Đơn vị

Độ cứng xoắn của mơmen

1754

Nm/rad

Mơ men qn tính lái

0.04

Kg

Giảm chấn cột lái

0.225

Hạng mục

C
C

4.8*10-4

Mơmen qn tính của động cơ
Hằng số điện từ động cơ lái

Kg

0.045

Vs/rad

2.69*10-4

H

0.1685

Ω

Điện trở động cơ bánh trƣớc

0.21

Ω

Điện cảm động cơ bánh trƣớc

0.52*10-3

H

0.65

Nm/rad

Mô men quán tính của động cơ

9.8*10-4

Nm/rad

Hệ số trở kháng động cơ

5.7*10-4

Kg

Độ tuân thủ trục động cơ

1.29*10-3

Nm/s

Sức cản giá đỡ

90

Nm/rad

Giá đỡ bánh răng

2.0

Kg

7.367*10-3

m

1

m

6.72*10-5

rad/Nm

Lực cản của thanh

40

Nms/rad

Mơmen qn tính của Bánh xe

1.8

Tỷ số giảm của cơ cấu bánh răng

0.49

Điện cảm động cơ vô lăng
Điện trở động cơ vô lăng

T
U

D

Mô men không đổi động cơ

Bán kính trục bánh răng
Chiều dài tay lái
Độ tuân thủ thanh nối

G

R
L
.

Nms/rad

Hệ số lực cản của động cơ

3.4*10-3

Kg

rad/s


13
Tỷ số góc lái với tốc độ V1

15

Tỷ số góc lái với tốc độ V2

20

V1

Tốc độ của xe V1

30

km/h

V2

Tốc độ của xe V2

100

km/h

a

Khoảng cách của bánh trƣớc đến bánh răng của xe

1.2247

m

b

Khoảng cách của bánh sau đến bánh răng của xe

1.4373

m

R

Bán kính của đƣờng dẫn bánh răng

1.5

m

Trọng lƣợng bánh trƣớc

7.0

kg

Trọng lƣợng bánh sau

7.2

kg

Tổng độ cứng khi vào cua phía trƣớc

16

kN/rad

Tổng độ cứng khi vào cua phía trƣớc

62

kN/rad

C

C

R
L
T.

4.1.2. Xây dựng các thành phần của hệ thống điều khiển bằng Matlab/Simulink
4.1.2.1. Hệ thống vô lăng

DU

Sơ đồ khối của hệ thống vô lăng trong Matlab Simulink được mơ tả như hình 4.5.

Hình 4. 1. Sơ đồ khối của hệ thống vô lăng trong Matlab Simulink
Sơ đồ các khối p3, q5, p10, p15 đƣợc xây dựng từ các phƣơng trình từ (2.1) đến (2.4)
4.1.2.2. Hệ thống lái bánh trước


14
Sơ đồ khối hệ thống lái bánh trƣớc trong Matlab Simulink đƣợc mơ tả hình 4.12:

C
C

R
L
T.

DU

Hình 4. 2. Sơ đồ khối hệ thống lái bánh trƣớc trong Matlab Simulink
Các khối p2, p6, q9, p12, q16, p18 đƣợc xây dựng từ các phƣơng trình từ (2.5) đến (2.10).
4.1.2.3. Khối điều khiển tín hiệu phản hồi tỷ số góc lái
Sơ đồ khối điều khiển tín hiệu phản hồi trong matlab simulink đƣợc xây dựng nhƣ
hình 4.13:

Hình 4. 3. Sơ đồ khối điều khiển tín hiệu phản hồi tỷ số góc lái trong Matlab Simulink
4.1.2.4. Sơ đồ điều khiển của hệ thống lái


15
Hệ thống mơ phỏng gồm 3 thành phần chính: Hệ thống vô lăng, hệ thống lái bánh
trƣớc, khối điều khiển tín hiệu phản hồi tỷ số góc lái. Sơ đồ hệ thống lái trong Matlab
Simulink đƣợc mơ tả nhƣ hình 4.14:

C
C

R
L
T.

Hình 4. 4. Sơ đồ mơ phỏng của hệ thống lái trong Matlab Simulink

DU

4.2. Mô phỏng hệ thống với thuật toán điều khiển đề xuất

Nhƣ chúng ta đã đề xuất thuật toán điều khiển sử dụng hai bộ điều khiển PID, bộ thứ
nhất dùng để điều khiển

khiển

bám theo giá trị

bám theo giá trị

mong muốn, bộ thứ hai dùng để điều

là đầu ra của hệ thống vô lăng.

Ta lựa chọn phƣơng pháp thiết kế hai bộ điều khiển PID theo phƣơng pháp điều
chỉnh PID Tuner khối Simulink PID Controller.

Tính tốn các tham số của bộ điều khiển PID1: với các thông số tìm đƣợc:
10.003,

= 35.118,

= 0.660.

Sau khi mơ phỏng ta đƣợc kết quả đáp ứng nhƣ hình 4.17.

=


16

C
C

Hình 4. 5. Đáp ứng đầu ra của vịng điều khiển hệ thống vô lăng so với đầu vào
Ta thấy đáp ứng đầu ra

R
L
T.

đã đáp ứng tốt

mong muốn.

Ta tiếp tục sử dụng công cụ phần mềm PID tuner đƣợc hỗ trợ bởi Matlab simulink để

DU

tính tốn các tham số của bộ điều khiển PID2: với các thơng số tìm đƣợc
4082,

= -18.71.

= 1351,

=

Đáp ứng ra của vòng điều khiển hệ thống lái bánh trƣớc sử dụng PID tuner đƣợc mô
tả nhƣ hình 4.19.

Hình 4. 6. Đáp ứng ra của vịng điều khiển hệ thống lái bánh trƣớc sử dụng PID tuner

17
Ta thấy đáp ứng đầu ra
Đầu ra

tiếp tục đƣa vào khối tín hiệu điều khiển yêu cầu trƣớc để điều khiển hệ

thống lái bánh trƣớc
góc lái

đã đƣợc cải thiện đáng kể.

so với

khi xét đến tốc độ của xe theo Steering ratio, ở đây ta chọn tỷ số

= 15:1, tốc độ xe V = 30 km/h. Khối tín hiệu điều khiển u cầu trƣớc trong

Matlab Simulink đƣợc mơ tả nhƣ hình 4.26.

Hình 4. 7. Khối tín hiệu điều khiển u cầu trước trong Matlab Simulink

C
C

4.3. So sánh, đánh giá kết quả, phân tích, kết luận
Đáp ứng của hệ thống đối với tín hiệu vào là

có dạng nấc đơn vị đƣợc thể hiện

R

L
T.

trong hình 4.21.

DU

Hình 4. 8. Đáp ứng của hệ thống khi đầu vào có dạng hàm nấc đơn vị
Dựa vào đồ thị ta thấy
muốn, ở tín hiệu

và

đã tƣơng đối đáp ứng đƣợc đầu vào

mong

độ lọt vố khoảng 17%, khơng có sai số xác lập, thời gian xác lập


18
khoảng 0.5s, tuy vậy

đáp ứng hơi chậm so với

độ lọt vố khoảng 24%, thời gian xác

lập khoảng 1s.
Để kiểm tra tính lặp lại của hệ thống ở đầu vào ta sử dụng

là tín hiệu hình sin,

đáp ứng của hệ thống đƣợc thể hiện ở hình 4.22.

C
C

R
L
T.

DU

Hình 4. 9. Đáp ứng của hệ thống khi đầu vào có dạng sin
Dựa vào đồ thị ta thấy hệ thống đáp ứng tƣơng đối với tín hiệu vào
sin,

bám theo chính xác

với sai số rất nhỏ,

dạng hình

cũng đã bám theo tƣơng đối với

nhƣng vẫn cịn sai số nhƣng không quá đáng kể.
Đối với đầu vào là nhiễu đƣợc lấy từ khối Uniform Random Number ta có kết quả
nhƣ hình 4.23.

19

C
C

Hình 4. 10. Đáp ứng của hệ thống với tín hiệu vào nhiễu

R
L
.

Dựa vào đồ thị ta thấy đối với tín hiệu nhiễu tín hiệu

T
U

đã bám tƣơng đối theo tín

hiệu nhiễu với sai số không đáng kể, tuy vậy đáp ứng tín hiệu

D

khoảng thời gian q độ sai số cịn lớn.

Đồ thị góc lái bánh trƣớc khơng xét đến tỷ số góc lái
đến tỷ số góc lái

cịn chƣa đƣợc tốt lắm

và góc lái bánh trƣớc có xét

đƣợc thể hiện nhƣ hình 4.24.

Hình 4. 11. Đồ thị so sánh góc lái bánh trƣớc và khi sử dụng tỷ số góc lái


20
Dựa vào đồ thị hình 4.24 ta thấy

nhỏ hơn so với

của nhà sản xuất cũng nhƣ tốc độ của xe, tốc độ càng lớn

tùy theo thơng số tỷ số góc
càng nhỏ để thuận lợi cho việc

điều khiển cũng nhƣ tăng tính ổn định của hệ thống, nhƣ trong đồ thị với tốc độ V = 30
km/h Tỷ số góc lái = 15 nhƣng với V = 100 k/h Tỷ số góc lái = 20

nhỏ hơn

điều

này giúp cho việc điều khiển xe ở tốc độ cao dễ dàng và ổn định hơn.
Dựa vào các đồ thị 4.21, 4.22, 4.23, 4.24 ta thấy hệ thống điều khiển Steer-by-wire
đã có thể đáp ứng đƣợc các yêu cầu của hệ thống nhƣ thời gian đáp ứng nhanh, thời gian
xác lập nhỏ, độ lọt vố nằm trong khoảng cho phép, có thể hoạt động tƣơng đối trong điều
kiện có nhiễu cũng nhƣ có khả năng thay đổi góc lái bánh trƣớc tƣơng ứng với các tốc độ.

C

C

DU

R
L
T.


21

KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ
Đề tài “Ứng dụng bộ điều khiển PID điều khiển cho hệ thống lái Steer-by-wire trên
xe ơ tơ” đã xây dựng đƣợc các phƣơng trình tốn học dựa trên biểu đồ Bond từ đó giúp xây
dựng đƣợc mơ hình tốn học của hệ thống, cũng nhƣ phƣơng pháp điều khiển sử dụng hai
bộ PID để điều khiển hệ thống vô lăng và hệ thống lái bánh trƣớc, sử dụng tỷ số góc lái để
điều khiển góc lái bánh trƣớc theo các tốc độ khác nhau. Kết quả cho thấy hệ thống đã có
thể thỏa mãn đƣợc những yêu cầu bài toán đặt ra trong việc đáp ứng đầu ra với thời gian xác
lập nhỏ, độ lọt vố nằm trong khoảng cho phép, có thể hoạt động tƣơng đối với tín hiệu
nhiễu, cũng nhƣ thay đổi góc lái bánh trƣớc theo tốc độ giúp đảm bảo an tồn cũng nhƣ tính
ổn định hệ thống.

C
C

Do điều kiện khả năng và thời gian có hạn nên luận văn cịn nhiều thiếu sót. Đề tài

R
L
T.

vẫn chƣa xét đến nhiều yếu tố ảnh hƣởng đến quá trình điều khiển xe trong thực tế nhƣ cảm
giác lái, các tín hiệu đặt chƣa thực tế. Tuy vậy đề tài có thể dùng làm tài liệu tham khảo cho

DU

các ứng dụng phát triển sau này.