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

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.

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

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


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

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

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


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



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)


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

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

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


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


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


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.

-


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).

-