4
  Hi nghtoàn quc vĐiu khin và Tđộng ho á - VCCA-2011 VCCA-2011 Thiết kế hthng mô phng lái xe BMP1 D e si g n a full-m i ssion B MP1 sim ula t or Nguyn Công Định, Cao Hu Tình  Hc vin Kthut quân sự  e-Mail: [email protected], [email protected] Tóm tt Các thiết bhun luyn da trên công nghmô phng đã mang li hiu quthiết thc so vi hun luyn trên thiết bthc. Bài báo này trình bày ni dung nghiên cu thiết kế mt thiết bmô phng hun luyn lái xe BMP1. Thiết bmô phng lái được xây dng bao gm hthng tính toán mô phng động lc hc xe thi gian thc, hthng mô phng hiu ng âm thanh và hình nh 3 chiu, hthng to dao động sàn xe, và hthng giám sát thông tin, đánh giá kết quhun luyn. Các chc năng mô phng ca thiết bđược thiết kế để cài đặt trên thiết bphn cng thông dng nhm làm gim giá thành và tăng khnăng ng dng trong thc tế. Hthng to dao động 3 bc tdo sdng động cơ đin xoay chiu 3 pha được điu  khin bng biến tn đã đảm bo được tc độ đáp ng nhanh và tiết kim năng lượng. Hthng giám sát thông tin giúp giáo viên quan sát được kết quca người lái và tđộng đánh giá chm đim thao tác lái.  Thiết b phng sau khi chế to đã đáp ng được yêu cu hun luyn thc tế.  Abstract Training systems based on simulation technology  proved the effectiveness compared to the real systems. This paper introduces the design of a full- mission BMP1 simulator. This simulator includes mathematically realtime dynamics, 3D display, sound effect, 3-DOF motion platform and self evaluations. The simulator is designed compatibly to low cost hardware devices. The 3-DOF motion platform uses 3-phase AC motors controled by inverters. It satisfies highly response rate and energy saving. Evaluation systems help instructors observe the train ing results and automatically score. The simulator satisfies training requirements. Chviết tt 2D 2 chiu (2 Dimention) 3D 3 chiu (3 Dimention)  DOF Bc tdo (Degree Of Freedom) Đặt vn đề  Các thiết bmô phng phc vhun luyn đã mang li hiu quthiết thc. Hun luyn trên các thiết b phng so vi hun luyn trên thiết b thc có ưu đim ni bt là tiết kim chi phí đầu tư trang thiết bkinh phí  bo trì,  bo dưỡng. Sdng thiết b phng trong hun luyn còn giúp gim thiu ô nhim môi trường, gim thiu các nguy cơ mt an toàn và không làm nh hưởng đến các hot động bình thường ca đời sng xã hi.   Nhng năm gn đây, các hthng mô phng lái nói chung và mô phng lái xe thiết giáp nói riêng đã được các nước nghiên cu và đưa vào ng dng rng rãi trong thc tin  [4]. nước ta, tcách đây gn 20 năm, mô phng lái xe thiết giáp đã được đặt ra để nghiên cu  [1]. Tuy nhiên, kết quthu được vn chưa được như mong mun. Hn chế ca các thiết bnày là tính không sát thc ca hthng tính toán mô phng động lc hc xe. Hthng tính toán hin thkhung cnh lái  cũng chưa sát thc tế làm nh hưởng đến knăng quan sát đường lái ca người hc.  Đặc bit, các thiết b phng này c hưa được tích hp hthng to dao động sàn xe. Nhng hn chế này đã làm cho phn ln thiết  bmô phng lái chế to trong nước không th đưa vào ng dng trong thc tế. Khc phc các nhược đim nêu trên, các tác giđã thiết kế mt hthng mô  phng lái xe BMP1 vi đầy đủ tính năng nhm đáp ng nhu cu hun luyn thc tế. Phn cơ khí bao gm khoang cabin tp lái  và khung giá hthng to dao động. Phn đin –  đin tđiu khin thc hin đo lường tín hiu tcác cm biến tín hiu điu khin lái, điu khin đồng hvà các đèn báo trên cabin, điu khin động cơ đin xoay chiu ca h thng to dao động. Phn công nghthông tin gm chương trình  phn mm giám sát bài tp ca giáo viên, chương trình tính toán hin thhình nh 3D và âm thanh , chương trình tính toán động lc hc xe . Thiết kế hthng 2.1 Mô hình cu trúc h thng Sơ đồ thiết kế chc năng ca hthng mô phng lái được mô ttrên hình H. 1. Hthng mô phng lái được tích hp tcác thành phn thuc lĩnh vc chuyên môn: công nghthông tin, cơ khí, đin –  đin tđiu khin. H thng hot động như sau: Người lái quan sát hình nh mô phng 3 chiu ca bãi lái và sdng các thiết bmô phng lp đặt trên khoang lái để thc hin thao tác khi động động cơ, khi xe và lái xe. Tín hiu tcác cm biến trên khoang lái được chuyn vmáy tính để tính toán động lc hc xe và kim soát trình tthao tác ca người lái. Chương trình mô phng sthhin sthay đổi hình nh, âm thanh, thông strên đồng hhin thđiu khin thiết bto dao động sàn xe tương ng vi thao tác ca người  lái và trng thái ca xe trên địa hình . 541

Thiết kế hệ thống mô phỏng lái xe BMP1

  • Upload
    pvdai

  • View
    167

  • Download
    0

Embed Size (px)

DESCRIPTION

Hội nghị toàn quốc về Điều khiển và Tự động hoá - VCCA-2011Thiết kế hệ thống mô phỏng lái xe BMP1 Design a full-mission BMP1 simulatorNguyễn Công Định, Cao Hữu Tình Học viện Kỹ thuật quân sự e-Mail: [email protected], [email protected] Tóm tắtCác thiết bị huấn luyện dựa trên công nghệ mô phỏng đã mang lại hiệu quả thiết thực so với huấn luyện trên thiết bị thực. Bài báo này trình bày nội dung nghiên cứu thiết kế một thiết bị mô phỏng huấn luyện lái xe BMP1. Thiết bị mô phỏng lái được xây

Citation preview

Hi ngh ton quc v iu khin v T ng ho - VCCA-2011

Thit k h thng m phng li xe BMP1 Design a full-mission BMP1 simulatorNguyn Cng nh, Cao Hu Tnh Hc vin K thut qun s e-Mail: [email protected], [email protected] Tm ttCc thit b hun luyn da trn cng ngh m phng mang li hiu qu thit thc so vi hun luyn trn thit b thc. Bi bo ny trnh by ni dung nghin cu thit k mt thit b m phng hun luyn li xe BMP1. Thit b m phng li c xy dng bao gm h thng tnh ton m phng ng lc hc xe thi gian thc, h thng m phng hiu ng m thanh v hnh nh 3 chiu, h thng to dao ng sn xe, v h thng gim st thng tin, nh gi kt qu hun luyn. Cc chc nng m phng ca thit b c thit k ci t trn thit b phn cng thng dng nhm lm gim gi thnh v tng kh nng ng dng trong thc t. H thng to dao ng 3 bc t do s dng ng c in xoay chiu 3 pha c iu khin bng bin tn m bo c tc p ng nhanh v tit kim nng lng. H thng gim st thng tin gip gio vin quan st c kt qu ca ngi li v t ng nh gi chm im thao tc li. Thit b m phng sau khi ch to p ng c yu cu hun luyn thc t. mi trng, gim thiu cc nguy c mt an ton v khng lm nh hng n cc hot ng bnh thng ca i sng x hi. Nhng nm gn y, cc h thng m phng li ni chung v m phng li xe thit gip ni ring c cc nc nghin cu v a vo ng dng rng ri trong thc tin [4]. nc ta, t cch y gn 20 nm, m phng li xe thit gip c t ra nghin cu [1]. Tuy nhin, kt qu thu c vn cha c nh mong mun. Hn ch ca cc thit b ny l tnh khng st thc ca h thng tnh ton m phng ng lc hc xe. H thng tnh ton hin th khung cnh li cng cha st thc t lm nh hng n k nng quan st ng li ca ngi hc. c bit, cc thit b m phng ny cha c tch hp h thng to dao ng sn xe. Nhng hn ch ny lm cho phn ln thit b m phng li ch to trong nc khng th a vo ng dng trong thc t. Khc phc cc nhc im nu trn, cc tc gi thit k mt h thng m phng li xe BMP1 vi y tnh nng nhm p ng nhu cu hun luyn thc t. Phn c kh bao gm khoang cabin tp li v khung gi h thng to dao ng. Phn in in t v iu khin thc hin o lng tn hiu t cc cm bin tn hiu iu khin li, iu khin ng h v cc n bo trn cabin, iu khin ng c in xoay chiu ca h thng to dao ng. Phn cng ngh thng tin gm chng trnh phn mm gim st bi tp ca gio vin, chng trnh tnh ton hin th hnh nh 3D v m thanh, chng trnh tnh ton ng lc hc xe.

AbstractTraining systems based on simulation technology proved the effectiveness compared to the real systems. This paper introduces the design of a fullmission BMP1 simulator. This simulator includes mathematically realtime dynamics, 3D display, sound effect, 3-DOF motion platform and self evaluations. The simulator is designed compatibly to low cost hardware devices. The 3-DOF motion platform uses 3-phase AC motors controled by inverters. It satisfies highly response rate and energy saving. Evaluation systems help instructors observe the training results and automatically score. The simulator satisfies training requirements.

Thit k h thng2.1 M hnh cu trc h thng S thit k chc nng ca h thng m phng li c m t trn hnh H. 1. H thng m phng li c tch hp t cc thnh phn thuc lnh vc chuyn mn: cng ngh thng tin, c kh, in in t v iu khin. H thng hot ng nh sau: Ngi li quan st hnh nh m phng 3 chiu ca bi li v s dng cc thit b m phng lp t trn khoang li thc hin thao tc khi ng ng c, khi xe v li xe. Tn hiu t cc cm bin trn khoang li c chuyn v my tnh tnh ton ng lc hc xe v kim sot trnh t thao tc ca ngi li. Chng trnh m phng s th hin s thay i hnh nh, m thanh, thng s trn ng h hin th v iu khin thit b to dao ng sn xe tng ng vi thao tc ca ngi li v trng thi ca xe trn a hnh.

Ch vit tt2D 3D DOF 2 chiu (2 Dimention) 3 chiu (3 Dimention) Bc t do (Degree Of Freedom)

t vn Cc thit b m phng phc v hun luyn mang li hiu qu thit thc. Hun luyn trn cc thit b m phng so vi hun luyn trn thit b thc c u im ni bt l tit kim chi ph u t trang thit b v kinh ph bo tr, bo dng. S dng thit b m phng trong hun luyn cn gip gim thiu nhim

VCCA-2011

541

Hi ngh ton quc v iu khin v T ng ho - VCCA-2011Khoang li m phng y cc thit b iu khin li. Cc cm c kh v thit b trn khoang li m phng ging thit b tht v hnh dng, kch thc, v tr lp rp, hnh trnh dch chuyn v lc tc ng khi thao tc. Thit b to dao ng 3 bc t do c iu khin theo cc thng s ng hc dao ng ca sn xe trn a hnh s 3D. Chng trnh phn mm ca h thng c tch hp gm chng trnh to tnh hung, gim st bi tp ca gio vin v chng trnh m phng 3D, trong chng trnh m phng 3D c tch hp cc m un chc nng m phng hnh nh bi li, m phng hiu ng m thanh, tnh ton ngGim st bi tp trn bn 2D Tnh ton hin th hnh nh m phng 3D

lc hc, vo/ra tn hiu v iu khin h dao ng. Vic truyn thng trong h thng c thc hin trn giao thc mng TCP/IP. Hnh H. 2 m t biu thi gian ng b h thng. m bo tc hin th hnh nh khng nh hn 24 hnh/giy, khong thi gian ca mt chu k tnh ton ca ton b h thng phi m bo T = tk+1 tk 41,67ms. m bo chnh xc tnh ton ng lc hc v va chm ca xe vi cc i tng vt cn trn bi li th chu k tnh ton ng lc hc xe phi m bo khng ln hn 20ms.

D liu bi li Tnh ton ng lc hc m thanh

c tn hiu iu khin li iu khin ng h, n bo

iu khin h dao ng H. 1 B m c tn hiu iu khin li X l 3D, tnh va chm Tnh ng lc hc iu khin h dao ng X l thng tin trn chng trnh 2D tk H. 2 tk+1 Biu thi gian ng b h thng B m S cu trc h thng B m c tn hiu iu khin li X l 3D, tnh va chm Tnh ng lc hc iu khin h dao ng X l thng tin trn chng trnh 2D tk+2 B m B m

2.2 Tnh ton ng lc hc xe Tnh ton ng lc hc l thnh phn quan trng nht trong cc h thng m phng ni chung, th hin phn ng ca h thng m phng c st vi thit b thc hay khng. ng lc hc xe BMP1 c m t bng h cc phng trnh vi phn phc tp [2]. H phng trnh c lc bt mt s iu kin n gin ha vic tnh ton v vn bo m xc thc trong mt phm vi chp nhn c. Cc thnh phn c tnh ton bao gm cc c cu truyn lc (ng c, ly hp, hp s, c cu quay vng, gim tc cnh), tnh ton

ng lc hc chuyn ng thng, tnh ton ng lc hc quay vng, tnh ton h treo. Mt s phng php tch phn thi gian thc c tm hiu gii h phng trnh ny nh Euler v Adams. m bo tc v sai s tnh ton, phng php Adams c chn s dng [6]. M un tnh ton ng lc hc c ci t trn mt tin trnh ring vi bc tnh l 1ms. Chu trnh tnh ton ng lc hc xe c m t trn hnh H. 3. Cc tham s a hnh tc ng vo ng lc hc xe bao gm gc dc, h s bm ca a hnh, h s cn

VCCA-2011

542

Hi ngh ton quc v iu khin v T ng ho - VCCA-2011chuyn ng, va chm ca xe vi vt cn. Tham s u ra ca tnh ton ng lc hc l gia tc, vn tc, v tr v hng ca xe. Tham s dao ng ca m hnh sn xe trn a hnh cng c tnh ton phc v cho hin th khung nhn ca ngi li v iu khin h dao ng. Qu trnh th nghim c tin hnh vi mt s iu kin a hnh khc nhau v mt s iu kin li khc nhau. Kt qu tnh ton phn nh st vi ng lc hc xe tht.Tnh ton ng lc hc Thao tc ca ngi li M hnh xe ng h tc vng quay ng c m thanh ng c Tnh ton ng c Vt cn a hnh Cy, nh

tnh ton hin th 3D c thit k ci t trn my tnh c cu hnh thng dng. Tc hin th nh trung bnh t c l 60 hnh/giy. D liu m hnh cng c phn chia thnh cc i tng c b mt li c nh (a hnh, cy, cu vt bng, ho chng tng) v cc i tng mm (cc loi cc bo, bin bo). Khi xe va chm vi cc i tng mm s gy gy hoc thay i hnh dng.Ton cnh

Ga

Cc bo, bin bo, c H. 4

Cu, ho

M hnh t chc d liu m hnh 3D

Tnh ton ly hp

Ly hp

Tnh ton hp s

S truyn

Qu trnh m hnh ho a hnh v vic qun l to khng gian ca i tng c thc hin nh s dng cc thut ton hnh hc tnh ton kt hp cc cu trc hnh hc c bn. lm tng tnh ging thc ca ng dng, b mt li a hnh c ph bi nh chp t mt bi li thc t bng k thut texture mapping. Trn hnh H. 5 l b mt a hnh sau khi thc hin k thut texture mapping v a thm mt s i tng khc.

Tnh ton c cu quay vng

Tay li Phanh

Truyn ng cnh

D liu a hnh

Bnh sao ch ng H. 5 Hnh nh khung nhn ca li xe

Tnh ton gia tc, vn tc, v tr, hng, h treo

H thng m thanh m phng m thanh ng c ng b vi cc tham s tnh ton ng c ca chng trnh tnh ton ng lc hc khi xe tng, gim tc. D liu m thanh ng c c iu khin thay i v tn s v bin . 2.4 H thng to dao ng Trn thc t, dao ng ca sn xe khi xe chuyn ng trn a hnh l 6 bc t do. Cn c vo yu cu ca thit b m phng v chi ph tng ng, nhm ti la chn thit k h to dao ng 3 bc t vi cc chiu dch chuyn l gc dc, gc nghing bn v dch chuyn thng ng. Thnh phn chnh ca h dao ng l 3 ng c xoay chiu c gn trong mt gi c kh vng chc. B iu khin PID c s dng m bo chnh xc v tc p ng.

H. 3

Chu trnh tnh ton ng lc hc xe

2.3 H thng hin th v m thanh Hnh nh v m thanh ca thit b m phng tc ng trc tip vo cm gic ca ngi li. y l hai thng tin quan trng ngi li phn on tnh hung v a ra quyt nh iu khin xe tp li. D liu m hnh 3D ca h thng hin th c t chc theo phn lp (xem hnh H. 4). D liu ny c kt hp vi k thut x l theo mc chi tit ca khung nhn lm tng tc hin th. Chng trnh

VCCA-2011

543

Hi ngh ton quc v iu khin v T ng ho - VCCA-2011trnh nguy him cho ngi s dng, h to dao ng c kim sot cc trng thi c nguy c gy mt an ton v t ng dng hot ng. S iu khin h dao ng c trnh by trn hnh H. 6.B iu khin PID Bin tn ng c Gi dao ng

-

Tt ngun

Kim sot nguy him

H. 6

S iu khin h dao ng

Kt lunM hnh y ca thit b m phng li xe BMP1 c nghin cu thit k. Da trn thit k ny, nhm ti ch to thit b m phng tp li xe v a vo p dng th nghim, p ng yu cu hun luyn. Mt s ch tiu cht lng chnh ca thit b tp li nh tc hin th hnh nh, mc st thc ca m hnh ng lc lc hc so vi xe tht u p ng yu cu. H to dao ng c tc p ng nhanh, m bo s ng b gia hnh nh a hnh 3D vi trng thi v tr ca khoang li c kh. Kt qu nghin cu trn khng nh tnh ng n trong cch tip cn v gii quyt vn thuc lnh vc thit b tp li m phng. Kt qu nghin cu s tip tc c b sung, m rng cho thit k cc thit b m phng li khc v nng cao hn na cht lng cc thit b tp li phc v hun luyn b i.

PGS. TSKH Nguyn Cng nh sinh nm 1963, nhn bng Tin s chuyn ngnh "iu khin trong cc h thng k thut" nm 1991 ti Vin hn lm khoa hc Udbekixtan (Lin X c), bng TSKH chuyn ngnh "Phn tch h thng v iu khin t ng" nm 1995 ti H Tng hp k thut Taskent (Lin X c) v nhn PGS chuyn ngnh T ng ha nm 2002. PGS Nguyn Cng nh tham gia ging dy ti Hc vin K thut Qun s t nm 1986 v hin nay l Ph Gim c Hc vin KTQS. Cc hng nghin cu chnh l: iu khin ri rc da trn graph ng, iu khin thch nghi cc h thng phi tuyn, x l v nhn dng nh i tng, k thut m phng v xy dng cc thit b m phng phc v KTXH v ANQP. ThS Cao Hu Tnh sinh nm 1976, tt nghip Hc vin KTQS chuyn ngnh Tn la phng khng nm 2000, nhn bng Thc s ngnh T ng ho v iu khin t xa ti Hc vin KTQS nm 2003. ThS Cao Hu Tnh cng tc ti Hc vin KTQS t nm 2000, hin nay ang l NCS chuyn ngnh iu khin cc thit b bay. Cc hng nghin cu chnh l iu khin cc thit b bay, k thut m phng v xy dng cc thit b m phng phc v KTXH v ANQP.

Ti liu tham kho[1] Nguyn Cng nh v tp th tc gi: Bo co khoa hc tng kt ti nghin cu cp B Quc phng Nghin cu thit k, ch to cabin tp li xe BMP-1. B Quc phng, 2007 Nguyn Vn Tn; L Trung Dng: L thuyt xe tng. Hc vin KTQS, 1992 V Vn Trung: Kt cu v tnh ton xe tng Tp 4: H thng treo. Hc vin KTQS, 2004. Andy R.W. Huang; Chihsiuh Cheng: A low-cost driving simulator for full vehicle dynamics simulation. IEEE Transaction on Vehicular Technology, Vol.52, No.1, Jenuary 2003 Edward J. Haug: Virtual proving grounds emerging vehicle development tools. The University of Iowa, 2001 Woon-Sung Lee; Jung-Ha Kim; Jun-Hee Cho: A driving simulator as a virtual reality tool. IEEE International Conference On Robotics And Automation, 1998

[2] [3] [4]

[5]

[6]

VCCA-2011

544