MỞ ĐẦU
Nghiên cứu về sự phát triển các hệ thống trên ô tô cho thấy ô tô thế giới đang có những thay đổi
mạnh mẽ trong đó có những thay đổi của hệ thống lái. Xu thế dẫn động điều khiển kiểm soát toàn bộ
động lực học xe thông qua điều khiển bằng điện đang dần trở nên rõ nét. Các nghiên cứu về hệ
thống điều khiển bằng điện là tiền đề phát triển cộng nghệ lái tự động. Công nghệ này đã và đang
được thử nghiệm ở các cấp độ khác nhau trên ô tô có khả năng kết nối với cơ sở hạ tầng giao thông
thông minh.
Có bốn cấp độ phát triển công nghệ lái ô tô khác nhau: Hỗ trợ người lái, kết hợp chức năng tự
động với người lái, lái tự động mức độ giới hạn, lái tự động hoàn toàn. Trong đó, công nghệ lái tự
động hoàn toàn ngoài việc cho phép phương tiện thực hiện tự động tất cả các chức năng lái xe còn
có chức năng giám sát điều kiện giao thông khi vận hành. Công nghệ này giúp giải phóng sức lao
động và thời gian lái xe, người sử dụng chỉ cần lựa chọn điểm đi và đến, công việc còn lại hoàn toàn
tự động.
Các nghiên cứu về hệ thống lái điện (SBW) là tiền đề để phát triển công nghệ lái tự động đã
được nhiều nhóm nghiên cứu trên thế giới thực hiện. Tại Việt Nam, các nghiên cứu về hệ thống lái
điện chưa được nhiều nhà nghiên cứu quan tâm đúng mức. Với mong muốn nắm bắt được các công
nghệ điều khiển lái hiện đại trên thế giới một cách sâu sắc, tiến tới làm chủ công nghệ và phát triển
các công nghệ mới tại Việt Nam tác giả đã lựa chọn đề tài “Nghiên cứu điều khiển hệ thống lái
điện trên ô tô con” làm luận án tiến sĩ.
Chƣơng I. TỔNG QUAN VẤN ĐỀ NGHIÊN CỨU

1.1.

Các loại hệ thống lái
Tổng hợp quá trình phát triển các hệ thống lái trên xe ô tô có thể liệt kê thành các hệ thống lái
sau: hệ thống lái thuần cơ khí, hệ thống lái trợ lực thủy lực, hệ thống lái trợ lực thủy lực điều khiển
điện, hệ thống lái trợ lực điện, hệ thống lái tích cực, hệ thống lái điện, hệ thống lái tự động. Mặc dù
mặt kết cấu các hệ thống lái khác biệt, tuy nhiên có thể tổng hợp các thành phần kết cấu hệ thống lái
một cách chung nhất như Hình 1.

Hình 1.1: Sơ đồ cấu trúc hệ thống lái

mái khi điều khiển lái. Tùy theo thiết kế và chế độ chuyển động của xe, năng lượng hỗ trợ của bộ trợ
lực do động cơ tạo ra có thể lên đến 80% năng lượng tổn hao cho việc đánh lái. Việc trang bị hệ
thống lái trợ lực giúp cho người lái ít tổn hao năng lượng khi quay vòng xe đồng thời giảm được
những va đập từ bánh xe lên vô lăng. Không những thế, nó còn nâng cao được tính năng an toàn
nhờ vào việc trong một số trường hợp lốp gặp sự cố đột ngột. Đây là một trong những ưu điểm nổi
bật hệ thống lái trợ lực thủy lực.
Vấn đề chính cần giải quyết ở hệ thống lái này là tỷ lệ trợ lực phù hợp với điều kiện chạy xe và
sự thay đổi góc đánh lái. Có thể thấy rõ khi di chuyển ở vận tốc thấp mô men cản quay vòng tương
đối lớn do vậy cần trợ lực nhiều, ngược lại tốc độ cao cần hạn chế trợ lực. Hay nói cách khác, đặc
tính trợ lực của hệ thống trợ lực thủy lực điều khiển bằng thanh xoắn thay đổi tỷ lệ trợ lực theo
điều kiện chuyển động dựa trên giá trị mô men cản quay vòng. Mô men cản này thay đổi theo vị trí
góc đánh lái và vận tốc chạy xe. Hệ thống lái trợ lực thủy lực ban đầu sử dụng thanh xoắn để điều
khiển các chế độ trợ lực.
1.1.3. Hệ thống lái trợ lực thủy lực điều khiển bằng điện
Hệ thống lái trợ lực thủy lực điều khiển bằng điện là phiên bản cải tiến của hệ thống lái trợ lực
thủy lực điều khiển bằng thanh xoắn, được phát triển từ thập kỷ 90. Đặc điểm quan trọng của hệ
thống này là thanh xoắn cảm biến mô men đánh lái không trực tiếp điều khiển van trợ lực thành tín
hiệu điện gửi đến hộp điều khiển điều khiển trợ lực. Hộp điều khiển trợ lực tổng hợp các tín hiệu
chạy xe, tính toán và xác định phần tỷ lệ trợ lực từ đó quyết định đặc tính trợ lực thông qua việc
điều khiển áp lực dầu từ bơm trợ lực và lượng dầu đi vào xy lanh trợ lực. Thông qua việc điều
khiển gián tiếp, các chế độ trợ lực và đặc tính trợ lực được thay đổi một các linh hoạt.
So với hệ thống lái trợ lực thủy lực điều khiển bằng thanh xoắn hệ thống lái trợ lực thủy lực
điều khiển bằng điện có nhiều ưu điểm hơn như: Dải làm việc làm việc của trợ lực đa dạng đáp ứng
các dải tốc độ khác nhau đặc biệt là đặc tính trợ lực, tạo cảm giác lái ở dải tốc độ cao. Trên thị
trường Việt Nam hệ thống lái trợ lực thủy lực điều khiển điện thường được trang bị cho các dòng
xe hạng trung và một số xe hạng sang.
1.1.4. Hệ thống lái trợ lực điện
Hệ thống lái trợ lực điện được phát triển với mong muốn thay thế hệ thống trợ lực thủy lực
truyền thống. Điểm chính của hệ thống trợ lực này là bộ phận trợ lực thủy lực truyền thống được
thay thế bằng bộ điều khiển trợ lực sử dụng động cơ điện.


Hình 1.2: Các kiểu hệ thống lái điện
a) Dẫn động tích hợp; b) Dẫn động độc lập
1.1.7. Hệ thống lái trong tƣơng lai
Các nghiên cứu về hệ thống lái điện là tiền đề phát triển công nghệ lái tự động. Công nghệ
lái xe tự động đã được ứng dụng cho các dòng xe điện, xe lai điện (xe phối hợp giữa động cơ xăng
và điện) trong giao thông tại một số nước phát triển (Mỹ, Đức, Nhật, Trung Quốc). Công nghệ này
được dự báo sẽ được sử dụng trên nhiều phương tiện vận tải trong tương lai tại các thành phố lớn.
Công nghệ lái tự động ứng dụng trên xe nhiều cấp độ khác nhau. Công nghệ này có thể chia thành
bốn cấp độ khác nhau tùy vào khả năng công nghệ và kết cấu cơ sở hạ tầng giao thông.
1.2. Các nghiên cứu trong và ngoài nƣớc
1.2.1. Các nghiên cứu nƣớc ngoài
Trên thế giới đã có nhiều tổ chức, tác giả, nhiều đề tài và công trình nghiên cứu lý thuyết cũng
như thực nghiệm về hệ thống lái điện. Các nghiên cứu được tiến hành trên nhiều khía cạnh khác
nhau. Tuy nhiên, có thể thấy một vấn đề chính đó là việc truyền dẫn tín hiệu giữa vành tay lái phía
trên và chuyển động của các bánh xe dẫn hướng. Vấn đề này có thể được chia thành hai nhóm
chính: truyền tín hiệu và phản hồi tín hiệu. Tín hiệu được truyền đi dựa theo góc quay vành tay lái,
tín hiệu phản hồi phản ánh tình trạng đường lên người lái. Khi nghiên cứu về hệ thống lái điện có
thể chia thành năm phần: Bộ phận vô lăng, bộ phận chấp hành hệ thống lái điện, bộ phận xử lý tín
hiệu đảm bảo an toàn, bộ điều khiển, động lực học xe.
 Bộ phận vô lăng
Các nghiên cứu tập trung vào các phương pháp điều khiển tạo cảm giác trên vô lăng. Trong
lĩnh vực này nhiều tác giả nghiên cứu hình thành nên ba nhóm chính bao gồm phương pháp tạo cảm
giác sử dụng biểu đồ cảm giác, phương pháp sử dụng cảm biến mô men, phương pháp sử dụng cảm
biến dòng. Các nghiên cứu của Andrew Liu và Stacey Chang mô tả các kết quả thực nghiệm khi lái
xe làm cơ sở phản hồi cảm giác lái khi cho thử nghiệm ở ba điều kiện thử nghiệm khác nhau. Sau
khi thử nghiệm ở ba trạng thái quay vòng, tác giả so sánh với các kết quả đã công bố và đưa ra các
thảo luận chung. Nguyen-Jee Hwan Ryu nghiên cứu tạo cảm giác xác thực nhất trên vành tay lái
được tái tạo thông qua phương pháp đo dòng . Đặc điểm chính của phương pháp này là sử dụng cảm
biến đo dòng để đo cường độ dòng điện động cơ đặt tại cơ cấu lái làm tín hiệu phản hồi lên vô lăng.

LQ cho khả năng đáp ứng tốt hơn so với bộ điều khiển PD.
 Động lực học xe
Nhiều nghiên cứu tập trung vào ảnh hưởng của chuyển động quay vòng tác động lên hệ thống
cũng như những ảnh hưởng theo phương dọc và ngang. Paul Jih mô phỏng và thực nghiệm hệ thống
lái điện một các toàn diện trên xe thực tế. Trong nghiên cứu này cảm giác lái được khảo sát thông
qua các tác động của động lực học của cả xe. Tác giả sử dụng mô hình động lực học lốp Pacejka để
phân tích thành phần gây lên lực cản từ mặt đường làm cơ sở phản hồi lực tác dụng lên vô lăng.
Ngoài ra tác giả cũng xem xét ảnh hưởng của các tác động trợ lực lái thủy lực lên vô lăng.
1.2.2. Các nghiên cứu trong nƣớc
Trong nước, năm 2001, tác giả Nguyễn Thanh Quang nghiên cứu về hệ thống lái trợ lực thủy
lực trên xe du lịch thông qua việc nghiên cứu động học, động lực học và độ bền các chi tiết trên hệ
thống lái trên xe Mekông. Năm 2004, tác giả Mai Khoa tiến hành nghiên cứu tính điều kiển của ô tô
tải với hệ thống lái có trợ lực thủy lực. Năm 2010, tác giả Nguyễn Tuấn Anh công bố công trình
nghiên cứu về điều khiển tối ưu hệ thống lái tích cực trên ô tô. Năm 2015, tác giả Nguyễn Tuấn Anh
công bố nghiên cứu thiết kế bộ điều khiển PID cho hệ thống lái trợ lực điện ESP.
Ngoài các công trình trên, bản thân tác giả đã tiến hành nghiên cứu về hệ thống lái điện từ năm
2008 thông qua đề tài thạc sỹ.Trong đề tài này tác giả xây dựng mô hình hệ thống lái, đồng thời thiết
kế các giao diện thực hiện điều khiển và quan sát hệ thống. Tác giả sử dụng phần mềm LabVIEW
thiết kế giao diện điều khiển bộ phận chấp hành đồng thời quan sát tình trạng phản hồi trên vô lăng.
Đây là nghiên cứu ban đầu về hệ thống nên các thông số hệ thống cũng như bộ điều khiển còn chưa
được quan tâm nhiều. Trong nghiên cứu này bộ điều khiển PID được đưa vào thực nghiệm làm đồng
bộ vô lăng và cơ cấu chấp hành.
Nghiên cứu trên được phát triển qua đề tài cấp trường năm 2011. Trong nghiên cứu tiếp theo
này, tác giả quan tâm nhiều đến động lực học của hệ thống đồng thời hoàn thiện thông số kết cấu
cũng như mô phỏng 3D hệ thống. Đồng thời qua nghiên cứu này sai số giữa vô lăng và cơ cấu chấp
hành được xem xét một cách trực quan.
Trong đề tài nghiên cứu cấp thành phố “Nghiên cứu chế tạo bộ tạo cảm giác cho hệ thống lái
gián tiếp”, tác giả tập trung nghiên cứu phương pháp tái tạo cảm giác lái trên vô lăng. Nghiên cứu



của nước ngoài kết hợp với điều kiện nghiên cứu trong nước. Trong đó, các bộ phận cơ khí trên mô
hình được lấy từ ô tô nguyên bản, bộ phận điện và điều khiển sử dụng các thiết bị linh kiện hiện đại,
các phần mềm tính toán hiện đại đảm bảo tính chính xác.
Việc nghiên cứu đưa ra sản phẩm hệ thống lái điện đã phối hợp nhiều nghiên cứu chuyên môn
khác nhau bao gồm các nghiên cứu về bộ phận cơ khí, phần mềm, phần cứng hệ thống lái điện.
Thông qua đề tài nghiên cứu, tác giả mong muốn đưa ra các thông tin, kết nối các nhà nghiên cứu
chuyên môn nhằm ứng dụng thực tế trên xe thật.
1.3.3. Ý nghĩa thực tiễn
Trong các năm gần đây số lượng các hệ thống lái hiện đại sử dụng trên ô tô ngày càng phổ
biến. Nghiên cứu hệ thống lái điện có ý nghĩa quan trọng trong việc tiếp cận và làm chủ công nghệ
lái trên các xe ô tô hiện đại tại Việt Nam. Trên cơ sở nghiên cứu về hệ thống lái điện có thể tiến
hành nghiên cứu các hệ thống điều khiển qua dây dẫn khác (Drive By Wire) trên ô tô.
Các sản phẩm của quá trình nghiên cứu như phần cứng, phần mềm của hệ thống cơ điện tử có
thể tiếp tục hoàn thiện để sử dụng trên hệ thống lái ô tô thực. Các sản phẩm trên có khả năng làm
việc tốt và ổn định trên mô hình bán tự nhiên. Tuy nhiên, khi thử nghiệm trên các xe thực tế cần xác
định thêm các yếu tố đảm bảo an toàn. Luận án có thể sử dụng làm tài liệu tham khảo cho giảng dạy,
nghiên cứu khoa học, chuyển giao công nghệ.


1.4. Mục tiêu, đối tƣợng, phƣơng pháp và nội dung nghiên cứu của đề tài
1.4.1. 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 điện cho hệ thống lái cơ khí truyền thống trên mô hình bán tự nhiên.
1.4.2. Đối tƣợng và phạm vi nghiên cứu
Đối tƣợng và phạm vi nghiên cứu: Nghiên cứu điều khiển bám và tái tạo cảm giác lái trên
mô hình bán tự nhiên hệ thống lái điện tích hợp của ô tô con có công thức bánh xe 4 × 2R ,
cầu trước dẫn hướng, hệ thống treo độc lập, không kể đến ảnh hưởng của biến dạng lốp.
Điều khiển bám trong trường hợp này được hiểu là tối thiểu hóa sai lệch về thời điểm và trị số
giữa góc quay vô lăng và góc quay trục lái hệ thống lái điện.
1.4.3. Phƣơng pháp nghiên cứu



men quán tính Js chịu tác động mô men đánh lái τ d , dịch chuyển một góc

θd . Trục lái có

hệ số ma sát Ks, độ cứng xoắn Cs, dịch chuyển góc θ1 . Động cơ điện một chiều có mô men
quán tính Je1, mô men tạo cảm giác lái τ1 (Hình 2.3).

Hình 2.3: Mô hình cơ học bộ phận vô lăng
Khi bỏ qua ảnh hưởng của các khe hở trong các bộ phận, mô hình toán học bộ phận vô
lăng nêu trên được biểu diễn bằng hệ phương trình:

(

 J s .θd =τd − Cs (θd − θ1 ) − Ks θd − θ1


 J e1 .θ1 = Cs (θd − θ1

)+
trận.

(

K s θd − θ1

)− τ

)

d

Ks 
Cs θ1  −τ 1 
 0 Je1 
−
−
θ1 Ks

 θ1 Cs

J

s





2.2.2. Bộ phận điện tử
Động cơ một chiều là bộ phận chính trực tiếp điều khiển vô lăng và bộ phận chấp hành hệ
thống lái. Do vậy, cần xây dựng mô hình khảo sát đặc tính làm việc của chúng. Động cơ điện một
chiều có thể biểu diễn bằng mô hình trên Hình 2.4.

Hình 2.4: Mô hình động cơ điện một chiều
Phương trình cân bằng mô men cho hệ thống thể hiện qua công thức 2.3.

τ motor –
τc J .
=

⇔ K .i

= J.

−
B.

ω
phi m

dωm
(2.4)

m

dt

E
dωm
⇔ K . u = J.
+ B.ω
phi
Ru
dt

Từ phương trình trên ta có thể khảo sát được đáp ứng vận tốc, mô men, biến thiên theo thời


gian khi lắp đặt động cơ lên hệ thống lái.
2.2.3. Bộ phận chấp hành

. Mô men cản quay vòng bánh

xe dẫn hướng
2
bao gồm mô men cản tại bánh xe bên phải τ và mô men cản bánh xe bên trái τ
cq1

Hình 2.6: Sơ đồ xác định mô men cản quay vòng

cq2

.


Khi ô tô chuyên động quay vòng, hiện tượng biến dạng lốp gây nên trượt cục bộ tạo thành mô
men cản chuyển động quay vòng do ảnh hưởng thành phần lực ngang tác động lên thân xe Fy . Giá
trị của mô men này không đủ lớn để gây nên hiện tượng quay xe, tuy nhiên đây là mô men cản
chính trong quá trình đánh lái có thể xem là mô men cản quay vòng. Mô men cản quay vòng tại
bánh xe dẫn hướng được xác định τcq = τcq1 +τcq 2 ≈ M z = (lc + l p ).Fy = C2 .(lc
+ lp ).α .


Trong đó: lc ,
lp

là khoảng cách được xác định theo góc đặt bánh xe và áp suất lốp. Mô
hình toán học của bộ phận chấp hành biểu diễn bằng hệ phương trình vi
phân 2.5.



θ
+ − 1) )
C

 o

l
1
l
p

r

o







p

J b
x

δ

=


đườ

αi
: Góc lệch bên của bánh xe thứ i (i = 1 ÷ 4)
ψ
: Góc quay thân xe quanh trục thẳng đứng qua trọng tâm
β
: Góc lệch thân xe so với phương chuyển động
v
: Vận tốc chuyển động của ô tô
vxc , vyc : Các thành phần vận tốc ô tô trong hệ tọa độ trọng tâm
vi
: Vận tốc của bánh xe thứ i (i = 1÷ 4)
Fyi
: Phản lực ngang
Fwx từ mặt đường
tác dụng lên bánh xe thứ i Fxi
: Phản
lực dọc tác dụng lên bánh xe thứ i (i = 1÷
4)
2
Fwx
: Lực cản F = 0,
trong đó Cw là hệ số cản không
wx
không khí
5.C .A.ρ .v khí, ρw

Các
ký

7
m
:
ô
M
tô
ô
δδ
h :
3
ì
,
n Góc
h quay
δ
của
c 4
=
h các
u bánh
y
0
ể xe
n ()

δ

đ
ộ ≠
n 0,

Hình 2.8.

Hình 2.8: Các thành phần lực tác dụng lên bánh xe
Thành phần lực theo phương dọc thay đổi theo tình trạng chuyển động, giá trị lớn nhất có thể
truyền xuống mặt đường được giới hạn bởi hệ số bám φxi và tải trọng thẳng đứng Fzi theo công thức
2.8.
(2.8)
Fxi max = ϕ
xi

max

Fzi

Với giả thiết các góc lệch bên của lốp nhỏ, phản lực ngang từ mặt đường tác dụng lên các bánh
xe quan hệ tuyến tính với góc lệch bên theo công thức:
Fyi = Cαi αi
(2.9)
 đó, phương trình (2.34) mô tả chuyển động lệch của viết lại
Khi
như
sau:


ψ
(
β )v

v


4

m

∑
i
1
+ 4

(F xi



i

−

yi

xi

∑

)F

wx 

i

−


wy 





i=1

với góc lệch thân xe β được xác định theo công thức:

v


tan β =

y

vx

Phương trình mô men đối với trọng tâm xe được viết như
sau:



 Fxi 

r
J =
xi  

ψ
(
β )v

x =
+



v = −
ψ
+ β
v

(


)

y

F sinδ ) F
cos
δ
14
+
(F −
wx 
y
−

(F







4
xi

i

∑

yi

(2.13)



wy 

i





yi

) + l .F

sin
δ

cosF
δ
+
xi

i

w

wy 






i=1

2.4.

Thiết kế mô phỏng bộ điều khiển hệ thống lái điện
Trong nội dung nghiên cứu của luận án, hai bộ điều khiển PID, điều khiển mờ Fuzzy –PID
được ứng dụng nhằm tìm ra bộ điều khiển thích hợp cho hệ thống lái điện (bộ điều khiển vô lăng, bộ
điều khiển bộ phận chấp hành). Bộ điều khiển chính được lập trình trong chương trình điều khiển
hệ thống lái điện bao gồm: Bộ điều khiển vô lăng và bộ điều khiển bộ phận chấp hành. Sơ đồ

Fuzzy để hiệu chỉnh tự động tham số KP, KI, KD tương ứng với các trạng thái cản mặt đường được
hình thành. Do vậy có thể kết hợp giữa bộ điều khiển PID và bộ điều khiển mờ Fuzzy thành bộ điều
khiển Fuzzy-PID.
Mục tiêu của bộ điều khiển Fuzzy-PID là tối ưu hóa sự lựa chọn tham số cho bộ điều khiển
PID. Bộ điều khiển Fuzzy-PID với một biến đầu vào là sai số giữa tín hiệu đánh lái và góc quay đáp
ứng cơ cấu lái, trạng thái cản, tín hiệu đầu ra là thông số hiệu chỉnh cho tham số PID KP , KI , KD .
Tham số này được dịch chuyển trong khoảng thay đổi [KPmin, KImax ], [KImin , KImax], [KDmin, KDmax]
tương ứng với trạng thái của mô men cản và sai số hệ thống. Quy đổi trạng thái này về dạng không
chính tắc.
'
(2.13)
K =
KP
,' K = K I −
,' K = KD −
−
−
KK KPmin
K
K
Pmax
Pmin

Imin

P

Dmin

KPmax −

p

Dmax

Pmin

−

KDmin

I

)K

Imax

Imin

(2.14)

I

+ 0.85

'
D

Khảo sát khả năng làm việc hệ thống lái điện
Khảo sát khả năng làm việc hệ thống tương ứng với các trạng thái mặt đường khác đường


phận vô lăng, bộ phận điện tử, bộ phận chấp hành và động lực học xe.


Từ các mô hình đã xây dựng, sử dụng phần mềm Matlab để mô phỏng, phân tích hệ thống và
thử nghiệm các chế độ làm việc của hệ thống lái điện. Các kết quả mô phỏng cho thấy cần phải sử
dụng bộ điều khiển có chất lượng đảm bảo khả năng bám giữa góc quay vô lăng và góc quay trục
lái, tái tạo cảm giác lái.
Kết quả nghiên cứu trong Chương II đã xây dựng 02 bộ điều khiển PID và Fuzzy-PID, cho
thấy khi sử dụng bộ điều khiển PID sai số bám giữa vô lăng và bộ phận chấp hành thay đổi từ 0 0.23 rad khi tác động đầu vào theo quy luật hình sin với tần số 1/6 Hz, biên độ lớn nhất khoảng 3.5
rad . Với bộ điều khiển PID với tham số không đổi, khi mô men cản quay tăng, sai số có xu hướng
tăng theo, đây là nhược điểm của bộ điều khiển PID.
Để đảm bảo khả năng làm việc khi tải trọng thay đổi ở phạm vi lớn, luận án tiến hành phân
tích, thử nghiêm bộ điều khiển Fuzzy-PID. Khi sử dụng bộ điều khiển Fuzzy-PID sai số dao động
trong khoảng nhỏ hơn từ 0 - 0.132 rad.
Cả hai bộ điều khiển đều đáp ứng được tiêu chuẩn hệ thống lái thông thường, bộ điều khiển
Fuzzy-PID có khả năng bám tốt hơn so với bộ điều khiển PID. Do vậy, bộ điều khiển Fuzzy-PID
được lựa chọn làm bộ điều khiển bám giữa vô lăng và trục lái.
Kết quả nghiên cứu trên mô hình lý thuyết làm cở sở cho nghiên cứu thực nghiệm trên mô
hình bán tự nhiên. Các tính toán trên mô hình lý thuyết làm cở sở thay đổi tải trọng lên các bánh xe
dẫn hướng khi thí nghiệm trên mô hình.
Chƣơng III: THIẾT KẾ, CHẾ TẠO MÔ HÌNH THÍ NGHIỆM HỆ THỐNG LÁI ĐIỆN
3.1. Thiết kế mô hình thí nghiệm
Mô hình thí nghiệm bán tự nhiên hệ thống lái điện là mô hình dùng để nghiên cứu thực
nghiệm trong phòng thí nghiệm có bộ phận giả lập các điều kiện ô tô chuyển động trên đường thí
nghiệm.

Hình 3.1: Sơ đồ mô hình thí nghiệm hệ thống lái điện
1- Cụm động cơ DC và hộp giảm tốc, 2-Cơ cấu lái, 3-Khung, 4-Kích đội bánh xe, 5- Chốt hãm,
6-Mâm đo góc đặt bánh xe, 7-Bánh xe, 8-Giảm chấn, 9-Lò xo, 10-Càng đỡ trên, 11- Ngõng
quay, 12-Cảm biến tải trọng, 13-Bộ phận điện tử, 14-Bộ phận vô lăng, 15-Máy tính, 16-Hộp


Hình 3.6: Chương trình điều khiển bám sử
dụng
bộ điều khiển Fuzzy-PID


Hình 3.7: Mô hình thí nghiệm hệ thống lái điện hoàn chỉnh
3.2. Thử nghiệm so sánh hệ thống lái điện và hệ thống lái cơ khí truyền thống
Bảng 3.1: Kết quả thử nghiệm đánh lái bên phải
Góc quay bánh Góc quay bánh Góc quay bánh
Góc quay vô
Tỷ số truyền
xe bên phải
xe bên trái
xe bên trái lý
lăng (độ)
(độ)
thực tế
thực tế (độ)
thuyết (độ)
0
0
0
0
20
5.1
4.9
4.74
99
19.8

38.1
33.1
32.95
714
20.1
Bảng 3.2: Kết quả thử nghiệm đánh lái bên trái
Góc quay bánh Góc quay bánh
Góc quay bánh
Góc quay vô
xe bên phải
xe bên phải lý
xe bên trái (độ)
lăng(độ)
Tỷ số truyền
thực tế (độ)
thuyết (độ)
0
0
0
0
20
5.1
4.9
4.75
99
19.8
10.1
9.6
9.29
196

20.1
3.3. Thử nghiệm tái tạo cảm giác lái
Phương pháp sử dụng bản đồ mô men cản điều khiển tạo cảm giác được phát triển bởi Se
Wook Oh. Trong phương pháp này, bản đồ mô men được xây dựng từ tín hiệu chính là cảm biến
góc đánh lái và tốc độ chuyển động. Mô men cảm giác phụ thuộc vào vận tốc quan hệ theo biểu
thức:

1

τ1 = −K β .v  .v − Vmax
3
2
+
Tin

2

1

(3.1)

Trong đó: Tin mô men cản ban đầu hệ thống, Kβ hiệu chỉnh theo tọa độ trọng tâm và diện
tích cản gió thay đổi áp lực tác dụng lên mặt đường, v vận tốc chạy xe, Vmax vận tốc max cực đại.
Mô men cảm giác phụ thuộc vào góc đánh lái quan hệ theo biểu thức:

τ 2 = Kα .

θd .signθd