Nghiên cứu và phát triển lý thuyết phương pháp tái tạo cảm giác xúc giác trong điều khiển ô tô từ xa

Quan trọng hơn, đó là việc điều khiển từ xa giúp cho con ng i điều khiển các thiết bị, ph ơng tiện thực hiện các nhiệm v nguy hiểm mà con ng i không thể trực tiếp tham gia, ví d nh ho t

TÓM T T

Đề tài “Nghiên cứu và phát triển lý thuyết phương pháp tái tạo cảm giác xúc giác trong điều khiển ô tô từ xa” đ ợc thực hiện t i Tr ng Đ i học S ph m

Kỹ thuật Thành phố Hồ Chí εinh d ới sự h ớng dẫn khoa học c a Tiến sĩ Nguyễn

Bá H i.Trong đề tài này, tác gi đã thực hiện tổng hợp và phân tích các công trình nghiên c u đã công bố trong và ngoài n ớc có liên quan tới vấn đề cần nghiên c u, phân tích các t ơng tác xúc giác giữa ng i điều khiển và ô tô trong tr ng hợp điều khiển ô tô trực tiếp Trên cơ s đó, tác gi trình bày các ph ơng pháp tái t o

c m giác xúc giác trong điều khiển ô tô từ xa Để ch ng minh cho những kết qu đã tìm đ ợc trong quá trình phân tích và nghiên c u, tác gi đã sử d ng một bộ thí nghiệm t o c m giác xúc giác và tiến hành ba thí nghiệm để tái t o c m giác xúc giác về áp suất (c ng, mềm), rung, nhiệt độ cho ng i điều khiển ô tô.Qua kết qu thí nghiệm đ t đ ợc, tác gi đã ch ng minh đ ợc những lý thuyết đã tìm thấy trong quá trình nghiên c u và rút ra kết luận về các ph ơng pháp tái t o c m giác xúc giác trong điều khiển ô tô từ xa

ABSTRACT

This research is done at University of Technical Education Ho Chi Minh City under the scientific guidance of Dr Nguyen Ba Hai.In this study, the author has made synthesis and analysis of researches published by domestic and international journals and conferences related to haptic interactions between the operator and vehicle From this basis, the authors present methods to recreate the sense of touch in vehicle teleoperation To demonstrate the results found during analysis and research, the authors have used experiments to create the sense of touch, and conducted three experiments to reproduce the tactile sensation of pressure (hard, soft), vibration, and temperature Experimental results have shown that the theory was found in the research is significant to reproduce the senses of haptic feedback for human operators

M C L C

Quyết định giao đề tài

Lý lịch khoa học i

L i cam đoan ii

C m t iii

Tóm tắt iv

M c l c v

Danh sách các từ viết tắt x

Danh sách các hình xi

Danh sách các b ng xv

Ch ng 1 : T NG QUAN 1

1.1 T ng quan chung v lĩnh vực nghiên c u 1

1.2 Các nghiên c u trong n c vƠ ngoƠi n c 3

1.2.1 Nghiên c u trong n ớc 3

1.2.2 Nghiên c u ngoài n ớc 6

1.3 M c đích c a đ tài 10

1.4 Gi i h n c a đ tài 10

1.5 Ph ng pháp nghiên c u 10

Ch ng 2 : C S Lụ THUY T 12

2.1 T ng quan v t ng tác ng i và xe 12

2.2 C m giác là gì? 13

2.2.1 Khái niệm 13

2.2.2 Các lo i c m giác 14

2.3 Vai trò c a các giác quan trong đi u khi n xe trực ti p 15

2.4 Xúc giác là gì? 17

2.4.1 Khái niệm 17

2.4.2 Cơ chế t o c m giác xúc giác 18

2.4.3 Những c m giác xúc giác mà tay ng i có thể c m nhận đ ợc khi t ơng tác với một vật thể 22

2.4.3.1 C m giác về chuyển động ngang (thô, nhám) 22

2.4.3.2 C m giác về áp suất (c ng, mềm ) 22

2.4.3.3 C m giác về nhiệt độ 23

2.4.3.4 C m giác về trọng l ợng 23

2.4.3.5 C m giác về đ ng biên, thể tích 24

2.4.3.6 C m giác về s c bén đ ng biên 24

2.4.4 Vai trò c a xúc giác 25

2.4.4.1 Vai trò c a xúc giác trong ho t động c a con ng i 25

2.4.4.2 Vai trò c a xúc giác trong lái xe trực tiếp 27

2.5 Xúc giác trên xe là gì? 28

2.5.1 Khái niệm 28

2.5.2 Một số c m giác xúc giác mà con ng i c m nhận đ ợc khi điều khiển xe 28

2.5.2.1 T ơng tác với vô lăng 28

2.5.2.2 T ơng tác với bàn đ p ga 28

2.5.2.3 T ơng tác với bàn đ p phanh 29

2.5.2.4 T ơng tác với cần sang số 30

2.5.2.5 T ơng tác với ghế ngồi 30

2.5.2.6 T ơng tác với nút nhấn 31

2.6 Gi i thi u công ngh Haptics 32

2.7 Các ng d ng c a công ngh Haptics 34

2.7.1 Các ng d ng với haptics trên ô tô 34

2.7.2 ng d ng haptics trong y học 35

2.7.3 Haptic cho ng i mù 37

2.7.4 ng d ng haptics trong quân sự 38

2.7.5 ng d ng trong công nghiệp 38

2.7.6 ng d ng haptics trong giáo d c 39

2.7.8 ng d ng haptic trong công nghệ thông tin 40

2.8 L ực ph n h i t môi tr ng lên robot di đ ng dựa trên ph ng pháp Logic m 41

2.8.1 Tổng quan về điều khiển từ xa robot di động 41

2.8.2 Lực ph n hồi từ môi tr ng 42

2.8.3 Quy tắc m trong việc biểu diễn lực ph n hồi 43

2.8.4 Phân tích ổn định c a hệ thống điều khiển từ xa robot di động 45

2.8.5 Haptics trong điều khiển từ xa robot di động 50

2.8.5.1 Sự t ơng tác o giữa ng i điều khiển, khối l ợng o và môi tr ng 53

2.8.5.2 Lực o t o ra b i môi tr ng 53

2.8.5.3 T ơng tác với ng i điều khiển 55

2.9 T o c m giác lái cho h thống SBW bằng ph ng pháp sử d ng c m bi n dòng đi n 57

2.9.1 Giới thiệu hệ thống SBW 57

2.9.2Tái t o c m giác lái bằng ph ơng pháp đo dựa trên c ng độ dòng điện 58

2.9.2.1Ho t động c a ph ơng pháp dựa trên c m biến dòng 58

2.10 Gi i thi u phần m m LabVIEW 62

2.10.1 LabVIEW là gì 62

2.10.2 ng d ng LabVIEW trong thực tế 62

2.10.3 Lập trình với LabVIEW 64

2.11 Thu t toán PID và ng d ng vƠo đi u khi n đ ng c DC 65

2.11.1 Khái niệm về thuật toán PID 65

2.11.2 Điều khiển vị trí động cơ bằng thuật toán PID 66

Ch ng 3 : CÁC PH NG PHÁP TÁI T O C M GIÁC XÚC GIÁC TRÊN Ô TÔ 68

3.1 Phân lo i ph ng pháp tái t o c m giác xúc giác trên ô tô 68

3.2 Tái t o c m giác xúc giác áp suất (c ng, m m) 68

3.3 Tái t o c m giác xúc giác rung xóc cho ng i đi u khi n ô tô 71

3.4 Tái t o c m giác xúc giác nhi t đ cho ng i đi u khi n ô tô 74

Ch ng 4 : THÍ NGHI M VÀ K T QU NGHIÊN C U 77

4.1 Thí nghi m 77

4.1.1 Giới thiệu mô hình thí nghiệm 77

4.1.2 Thí nghiệm t o c m giác xúc giác áp suất (c ng, mềm) 79

4.1.3 Thí nghiệm t o c m giác xúc giác rung 80

4.1.4 Thí nghiệm t o c m giác xúc giác nhiệt độ (nóng, l nh) 82

4.2 K t qu thí nghi m 84

4.2.1 Kết qu thí nghiệm t o c m giác xúc giác áp suất 84

4.2.2 Kết qu thí nghiệm t o c m giác xúc giác nhiệt độ 85

Ch ng 5 : K T LU N VÀ H NG PHÁT TRI N 87

5.1 K t lu n 87

5.2 H ng phát tri n 87

TÀI LI U THAM KH O 89

PH L C 91

Ph l c A: M t số khối (hàm th c) ph bi n trong LabVIEW 91

A1 Cấu trúc một số vòng lặp 91

A2 Một số hàm Delay th i gian 93

A3 Cách lấy các hàm tính toán và so sánh 95

Ph l c B: K t qu l p trình PID cho đ ng c DC v i LabVIEW 96

B1 Điều khiển vị trí động cơ DC bằng khâu P 96

B2 Điều khiển vị trí động cơ DC bằng khâu PI 98

B3 Điều khiển vị trí động cơ DC bằng khâu PID 99

DANH SÁCH CÁC T VI T T T

IEEE (Institute of Electrical and

LabVIEW (Laboratory Virtual Instrumentation

PID (Proportional–Integral–Derivative) :T ỷ lệ - Tích phân – Vi phân

thi ết bị ngo i vi đến bo m ch chủ

DANH SÁCH CÁC HÌNH

Hình 2.1: Các giác quan bên ngoài c a con ng i 14

Hình 2.2: Cấu trúc da 18

Hình 2.3: Đ ng truyền xúc giác qua da 21

Hình 2.4: C m giác chuyển động ngang 22

Hình 2.5: C m giác về áp suất 23

Hình 2.6: C m giác về nhiệt độ 23

Hình 2.7: C m giác về trọng l ợng 24

Hình 2.8: C m giác đ ng biên 24

Hình 2.9: C m nhận s c bén đ ng biên 25

Hình 2.10: T ơng tác với vô lăng 28

Hình 2.11: T ơng tác với bàn đ p ga 29

Hình 2.12: T ơng tác với bàn đ p phanh 30

Hình 2.13: T ơng tác với cần sang số 30

Hình 2.14: T ơng tác với ghế ngồi 31

Hình 2.15: T ơng tác với nút nhấn 32

Hình 2.16: T ơng tác với thế giới o 33

Hình 2.17: Cơ cấu Haptic một bậc tự do 34

Hình 2.18: Giao diện Haptics dùng trong điều khiển xe từ xa 35

Hình 2.19: B ng điều khiển bằng xúc giác iDrive Touch c a BεW 35

Hình 2.20: T ơng tác với hình nh ba chiều thông qua cánh tay robot 36

Hình 2.21:T ơng tác với hình nh 3D để phẫu thuật từ xa 37

Hình 2.22:Tiến sĩ Garnette Sutherland đang giới thiệu neuroArm t i Đ i học Calgary 37

Hình 2.23:Một ng i mù trong hội ng i mù Th Đ c đang thử nghiệm chiếc nón

mắt thần 38

Hình 2.24: Sử d ng haptics để lắp ráp bom h t nhân 38

Hình 2.25: ng d ng haptics điều khiển robot từ xa 39

Hình 2.26: Thực hành lái máy xúc trong môi tr ng thực tế o 39

Hình 2.27: Axon Logic ra mắt chiếc tablet Haptics 40

Hình 2.28: Công nghệ ph n hồi xúc giác trên điện tho i màn hình c m ng 41

Hình 2.29: Thiết bị ch và robot di động 41

Hình 2.30: Sơ đồ biểu diễn lực ph n hồi dựa trên thông tin ph m vi vật c n 43

Hình 2.31: Robot di động trong không gian ho t động rộng và hẹp 43

Hình 2.32: Cấu trúc điều khiển từ xa robot di động với ph ơng pháp đề xuất biểu diễn lực ph n hồi 44

Hình 2.33: Sơ đồ tổng quát hệ thống điểu khiển robot di động từ xa với lực ph n hồi 47

Hình 2.34: Kết qu mô phỏng cho hệ thống điều khiển từ xa với hằng số và hệ số ph n hồi thay đổi 49

Hình 2.35: Tổng quan hệ thống điều khiển từ xa robot di động 50

Hình 2.36: Sự t ơng tác o với vật c n 50

Hình 2.37: Sơ đồ c a chiến l ợc điều khiển robot từ xa 51

Hình 2.38: Sự chuyển đổi vận tốc ẋ c a khối l ợng thành vận tốc điểm đặt 52

Hình 2.39: Mô hình c a sự t ơng tác giữa ng i vận hành, khối l ợng o và môi tr ng 53

Hình 2.40: Vị trí c a thiết bị Haptics và sự tính toán c a ẋtrong khung tham chiếu Robot di động 56

Hình 2.41: Mô hình động lực học hệ thống SBW 57

Hình 2.42: Sơ đồ kết nối c m biến dòng 60

Hình 2.43: Kh năng kết hợp các phần c ng c a δabVIEW 63

Hình 2.44: Các l ĩnh vực ng d ng c a δabVIEW 63

Hình 2.45: Một robot d ới n ớc (Spider) đ ợc phát triển dựa trên lập trình LabVIEW 64

Hình 2.46: Cửa sổ Front Panel 64

Hình 2.47: Cửa sổ Block Diagram 65

Hình 2.48: Sơ đồ điều khiển động cơ DC theo thuật toán PID 66

Hình 2.49: Thuật toán điều khiển động cơ DC theo vị trí bằng PID 66

Hình 3.1: Mô hình tính toán ph n hồi lực 69

Hình 3.2: Sự rung do lực quán tính ly tâm 72

Hình 3.3: Cơ cấu báo nguy áp suất dầu bôi trơn 73

Hình 3.4: Cơ cấu báo nguy nhiệt độ n ớc làm mát động cơ 74

Hình 3.5: Mô hình ph ơng pháp tái t o nhiệt 75

Hình 4.1: Sơ đồ nguyên lý mô hình thí nghiệm t o c m giác xúc giác: áp suất, nhiệt độ, rung 77

Hình 4.2: Mô hình thí nghiệm t o c m giác xúc giác áp suất, rung, nhiệt độ 79

Hình 4.3: δ u đồ thuật toán lập trình t o c m giác xúc giác áp suất 79

Hình 4.4: Giao diện điều khiển t o c m giác áp suất 80

Hình 4.5: δ u đồ thuật toán lập trình t o c m giác xúc giác rung 81

Hình 4.6: Giao diện thí nghiệm t o c m giác xúc giác rung 81

Hình 4.7: δ u đồ thuật toán lập trình t o c m giác xúc giác nhiệt độ 82

Hình 4.8: Giao diện điều khiển t o c m giác xúc giác nhiệt độ 83

Hình 4.9: Ch ơng trình lập trình mô hình thí nghiệm 83

Hình 4.10: Đáp ng c a lực F và dòng i theo góc α 84

Hình 4.11: Đồ thị nhiệt độ c a bộ t o nhiệt theo th i gian t 85

Hình 4.12: Biên độ rung theo th i gian 86

Hình A1.1: Lấy vòng lặp 91

Hình A1.2: Khối While δoop 91

Hình A1.3: Khối Case Structure 92

Hình A1.4: Khối Flat Sequence 92

Hình A1.5: Khối While δoop 93

Hình A2.1: Cách lấy hàm delay th i gian 93

Hình A2.2: Khối Flat Sequence 94

Hình A2.3: Hàm While Until Next ms Multiple 94

Hình A3.1: Các hàm tính toán trong LabVIEW 95

Hình A3.2: Các hàm so sánh trong LabVIEW 95

Hình B1.1: Kết qu lập trình P control cho động cơ DC 96

Hình B1.2:Sơ đồ khối ch ơng trình điều khiển P control 96

Hình B1.3: Giao diện ng i dùng điều khiển P cho động cơ DC 97

Hình B1.4: Đáp ng c a vị trí động cơ DC 97

Hình B2.1: Điều khiển khâu PI vị trí động cơ DC 99

Hình B2.2: Điều khiển khâu PID vị trí động cơ DC 100

DANH SÁCH CÁC B NG

B ng 4.1: Các linh kiện điện và điện tử sử d ng trong mô hình thí nghiệm 78

Ch ng 1

1.1 T ng quan chung v lĩnh vực nghiên c u

Ngày nay, công nghệ thông tin và phần mềm đã phát triển m nh mẽ và không ngừng v ơn tới những đỉnh cao c a khoa học Những thành tựu đã đ t đ ợc

c a nó góp phần rất lớn vào nhiều lĩnh vực khác nhau trong đ i sống cũng nh trong kỹ thuật, giúp cho việc điều khiển các thiết bị kỹ thuật dễ dàng và chính xác hơn Quan trọng hơn, đó là việc điều khiển từ xa giúp cho con ng i điều khiển các thiết bị, ph ơng tiện thực hiện các nhiệm v nguy hiểm mà con ng i không thể

trực tiếp tham gia, ví d nh ho t động dò phá bom mìn, làm s ch các nhà máy h t nhân, lắp ráp chế t o bom h t nhân…Bên c nh đó, sự phát triển m nh mẽ c a công nghệ điện tử đã can thiệp rất nhiều vào các hệ thống trên ô tô và dần dần thay thế các chi tiết cơ khí vốn cồng kềnh, dễ h hỏng, giúp cho ô tô ngày càng thông minh hơn Ví d , công nghệ điều khiển b ớm ga bằng điện tử đã thay thế dây cáp nối từ bàn đ p ga xuống tr ga, hay hệ thống lái không tr c lái đã bỏ đi đ ợc tr c lái và làm cho không gian cabin rộng hơn t o điều kiện thuận lợi cho việc thiết kế nội thất Ngoài ra, ngành công nghiệp ô tô cũng kế thừa một thành tựu quan trọng c a công nghệ điện tử, truyền thông đó là kỹ thuật điều khiển từ xa

Trong việc điều khiển ô tô từ xa, ng i điều khiển không trực tiếp điều khiển chiếc xe mà ph i thông qua giao diện ng i dùng Do đó, c m giác khi điều khiển

xe thông qua giao diện ng i dùng sẽ có rất nhiều h n chế nh không c m nhận

đ ợc các lực tác động từ môi tr ng lên chiếc xe mà ta đang điều khiển nh sự rung

lắc khi xe đi vào đ ng mấp mô, không c m nhận đ ợc lực quán tính khi phanh hay khi tăng, gi m tốc độ đột ngột, tầm nhìn bị h n chế, nhiệt độ môi tr ng xe đang làm việc Chúng ta cũng dễ nhận thấy là khi thay thế các chi tiết cơ khí trong một số

hệ thống thì c m giác khi điều khiển sẽ không giống nh khi ta trực tiếp điều khiển,

dẫn đến hiệu qu điều khiển sẽ không cao Để nâng cao hiệu qu điều khiển từ xa ô

tô thì cần có một công nghệ mà ph i tái t o một phần hay toàn bộ tr ng thái đang

ho t động c a chiếc xe hay c m giác khi gián tiếp t ơng tác với hệ thống c a xe, làm cho ng i điều khiển có c m giác nh khi trực tiếp điều khiển xe, nghĩa là cần

ph i có sự ph n hồi thông tin từ chiếc xe đến ng i điều khiển hay t ơng tác giữa

ng i và xe hoặc là t ơng tác giữa ng i điều khiển và các thiết bị trên ô tô

Thông tin ph n hồi này có thể là hình nh, âm thanh, lực tác động…Trong số các thông tin ph n hồi đó, chúng tôi chỉ tập trung nghiên c u thông tin ph n hồi xúc giác b i vì thông tin này chiếm vị trí quan trọng các các thông tin nh hình nh, âm thanh

Một trong những công nghệ có thể tái t o đ ợc c m giác xúc giác này chính

là công nghệ Haptics Có thể nói, công nghệ Haptics là công nghệ c a ô tô trong

t ơng lai mà thế giới đang h ớng tới Nghiên c u ng d ng công nghệ Haptisc trên

ô tô sẽ giúp cho việc điều khiển ô tô từ xa chính xác hơn Hơn nữa, công nghệ tái

t o c m giác xúc giác cũng góp phần quan trọng về các mặt nh :

+ Về kinh tế xã hội: Việc nghiên c u công nghệ tái t o c m giác xúc giác thành công sẽ giúp cho Việt Nam không bị lệ thuộc vào việc mua công nghệ này từ

n ớc ngoài mà chúng ta sẽ là ng i làm ch công nghệ này trong t ơng lai không

xa, do đó sẽ gi m đ ợc chi phí cho xã hội

+ Về khoa học kỹ thuật: Nó giúp cho các ngành y học, công nghiệp chế t o

lắp ráp phát triển lên một bậc cao Ví d nh nó có thể giúp cho các bác sĩ tiến hành phẫu thuật từ xa một cách chính xác mà không cần ph i trực tiếp đến phòng mổ, điều này rất thuận tiện trong những tr ng hợp khẩn cấp mà bác sĩ phẩu thuật cách xa bệnh nhân c ngàn cây số Hay trong việc lắp ráp các thiết bị mang tính chất nguy hiểm, nó sẽ giúp cho chúng ta thực hiện công việc này từ xa t ơng đối chính xác mà không cần ph i trực tiếp làm việc trong những môi tr ng nguy hiểm này

+ Về giáo d c: Chúng ta có thể ng d ng công nghệ tái t o xúc giác vào m c đích đào t o, huấn luyện Ví d , ta có thể t o ra một mô hình cabin ô tô trên đó có gắn các thiết bị cần thiết cho việc điều khiển ô tô nh : vô lăng, ghế ngồi, bàn đ p

ga, bàn đ p phanh, bàn đ p ly hợp, cần số và một màn hình quan sát mô phỏng ô tô

và môi tr ng ho t động c a nó Ca bin này sẽ cho ng i tập lái c m giác gần

giốngnh đang ngồi trên ca bin thật c a ô tô Do đó, ta có thể ngồi tập lái trên cabin này tr ớc khi tập lái trên ô tô thật nhằm tiết kiệm nhiên liệu, gi m chi phí đào t o,

gi m ô nhiễm môi tr ng, tránh những r i ro do thao tác thiếu chính xác c a những

ng i mới tập lái ô tô

Vì những lỦ do trên mà tác gi quyết định chọn đề tài “Nghiên c u và phát

tri n lý thuy t ph ng pháp tái t o c m giác xúc giác trong đi u khi n ô tô t xa” để thực hiện đề tài cao học

1.2 Các nghiên c u trong n c vƠ ngoƠi n c

1.2.1 Nghiên c u trong n c

δiên quan đến vấn đề tái t o c m giác xúc giác trong điều khiển ô tô từ xa,

hiện đã có nhiều công trình nghiên c u c a các sinh viên, kỹ s trong các tr ng

Đ i học t i Việt Nam đã công bố Sau đây là một số công trình tiêu biểu:

Đề tài “Điều khiển phương tiện từ xa với mô hình xe thực tế” và đề tài Điều khiển xe ba bánh từ xa có phản hồi cảm giác lái” c a Nguyễn Tr ng

Giang, Lê Thanh Phong , h ớng dẫn b i TS Nguyễn Bá H i, đã nghiên c uhaiđề tài thành công trong việc điều khiển xe qua sóng wifi trong khuôn viên tr ng Đ i học S ph m Kỹ thuật Tp.HCε

Đề tài “Hệ thống lái gián tiếp điện tử (Steer-by-wire)” c a KS Chu Văn

Sinh d ới sự h ớng dẫn c a TS Nguyễn Bá H i Trong đề tài này, nhóm nghiên

c u đã t o ra hệ thống lái không tr c lái (lái gián tiếp) cho xe quân sự C m giác lái

đ ợc tái t o theo ph ơng pháp đơn gi n là lực c a một lò xo o

Đề tài “Nghiên cứu giao diện haptics phục vụ điều khiển phương tiện từ xa”, đề tài nghiên c u khoa học trọng điểm tr ng Đ i học S ph m Kỹ thuật Tp.HCM do TS Nguyễn Bá H i ch trì Đề tài đã nghiên c u và chế t o thành công với các c m giác xúc giác 3 tr c c a cơ cấu điều khiển (hai joystick đơn và một

vô lăng)

Đề tài “Nghiên cứu thiết kế giao diện Haptics điều khiển xe ôtô từ xa qua mạng wifi” c a Nguyễn Thành Tuyên và δê Thiện Tịnh, Đ i học S ph m Kỹ thuật

TP.HCM, 2011

- Đề tài mô t cách th c t o c m giác lái thông qua điều khiển xe từ xa

- Nghiên c u thuật toán PID điều khiển c m giác lái cho giao diện Haptics

- Thực hiện ph ơng pháp truyền nhận dữ liệu thông qua m ng nội bộ

- H n chế c a đề tài là ch a t o ra c m giác xác thực và điều khiển thông qua m ng khác nhau

Đề tài “Nghiên cứu và phát triến hệ thống điều khiển ga phục vụ điều khiển ô tô từ xa” thông qua mạng 3G” c a Trần Xuân Trình đ ợc thực hiện t i

phòng nghiên c u c a trung tâm bồi d ỡng giáo viên và đào t o nhân lực công nghệ cao Tr ng Đ i Học S Ph m d ới sự h ớng dẫn c a TS.Nguyễn Bá H i, 2012.Trong đề tài này, ng i thực hiện đã thực hiện đ ợc các công viêc nh sau:

- Thiết kế đ ợc cơ cấu điều khiển ga

- Lập trình điều khiển đ ợc hệ thống ga điều khiển từ xa qua m ng 3G

- Đo đ c đ ợc độ trễ c a tín hiệu khi truyền qua m ng thông qua m ng 3G

- Đo đ ợc độ đáp ng về sự tăng tốc c a xe khi truyền qua m ng

- So sánh độ đáp ng giữa viêc điều khiển trực tiếp và điều khiển từ xa qua

- Xe chỉ có thể điều khiển đ ợc trong vòng bán kính 100m

- Do tốc độ truyền dữ liệu qua m ng có một độ trễ nhất định nên cơ cấu

đ ợc điều khiển sẽ có một độ trễ nhất định so với thực tế

Đề tài “Nghiên cứu và phát triển hệ thống lái không trục lái phục vụ điều khi ển xe quân sự từ xa” c a Nguyễn Nh Xuân Phúc đ ợc h ớng dẫn b i TS

Nguyễn Bá H i, 2012.Trong đề tài này, tác gi đã gi i quyết đ ợc các vấn đề sau:

- Thiết kế chuyển đổi hệ thống lái th ng sang hệ thống lái SBW cho xe quân sự

- Thiết kế phần c ng và xây dựng phần mềm cho vô lăng điều khiển để tái

t o c m giác lái xác thực trên vô lăng điều khiển hệ thống lái SBW dựa trên ph ơng pháp đo dòng điện trực tiếp (sử d ng phần mềm δabVIEW)

- Đánh giá kết qu thực nghiệm và so sánh các u nh ợc điểm c a hệ thống lái th ng với hệ thống lái không tr c lái

- Đo đ ợc th i gian trễ c a hệ thống lái không tr c lái điều khiển từ xa qua thiết bị Wifi

- Tác gi đã chuyển đổi từ hệ thống lái th ng sang hệ thống lái SBW điều khiển từ xa trên một chiếc xe thật

Đề tài “Nghiên cứu và phát triển hệ thống chuyển số gián tiếp phục vụ điều khiển ô tô từ xa” c a Nguyễn Thanh εinh d ới sự h ớng dẫn c a TS Nguyễn

Bá H i,2012

- Đề tài này tập trung vào việc phát triển một hệ thống chuyển số gián tiếp (Shift – By – Wire) dựa trên cơ s động cơ điện và đo th i gian chênh lệch giữa hệ thống điều khiển và hệ thống điều khiển gián tiếp từ xa

- Hệ thống bao gồm một động cơ điện một chiều để dẫn động cần chuyển số

và các công tắc hành trình để xác định vị trí số, dùng card giao tiếp và m ch khuếch

đ i đ ợc lập trình điều khiển thông qua phần mềm δabVIEW Hệ thống cơ b n vẫn giữ nguyên kết cấu ban đầu, tác gi thiết kế hệ thống mới gắn song song với hệ

thống hiện t i đ ợc điều khiển thông qua nút nhấn tích hợp trên vô lăng hoặc điều khiển từ xa thông qua m ng không dây 3G Do đó, có thể điều khiển ba chế độ: trực tiếp, gián tiếp và điều khiển từ xa Nghiên c u này đ ợc ch ng minh bằng kết

qu thực nghiệm trên một xe quân sự bốn chỗ đ ợc c i t o từ xe sân golf

- H n chế c a đề tài là kết cấu cơ khí ch a đ t đ ợc độ thẩm mĩ cũng nh độ chính xác cao Ch a lập trình đ ợc chế độ dự phòng khi có sự cố Hệ thống chỉ mới

ng d ng trong thử nghiệm

1.2.2 Nghiên c u ngoƠi n c

Ba-Hai Nguyen, Jee-Hwan Ryu “Direct Current Measurement Based Steer – By – Wire System For Realistic Driving Feeling”, Industrial Electronics IEEE

(ISIE 2009).Đề tài đã nghiên c u các vấn đề sau:

- Nghiên c u ph ơng pháp t o c m giác lái bằng ph ơng pháp đo dòng và so sánh với các ph ơng pháp t o c m giác khác

- Trong quá trình t o c m giác lái tác gi đư đề xuất các công th c ph n hồi

c m giác lên ng i điều khiển

- Trong đề tài còn hiển thị kết qu thực nghiệm cho việc t o c m giác lái bao gồm các đồ thị: đáp ng góc lái và góc bánh xe, không tiếp xúc mặt đ ng, có tiếp xúc mặt đ ng, nh h ng c a mô – men trợ lực

Terrence Fong, Francois Conti, Sesbastien Grange, Charles Baur“Novel interfaces for remote driving: gesture, haptic and PDA”, The Robotics Institute,

Carnegie Mellon University, Pittsburgh, Pennsylvania 15213 USA

- Đề tài đã giới thiệu 3 giao diện mới để điều khiển từ xa, trong đó có giao

diện haptics sử d ng để gi i quyết vấn đề ph n hồi lực đến ng i điều khiển thông qua thiết bị HapticDriver

- Thiết bị bao gồm một robot di động đ ợc trang bị bộ c m biến kho ng cách,một giao diện đồ họa và thiết bị haptics Delta Nhóm nghiên c u này đã thử nghiệm thiết bị HapticDriver t i một triển lãm th ơng m i bằng cách để cho một số

ng i sử d ng thiết bị này điều khiển một robot di động trong một con đ ng có nhiều vật c n trong hai tr ng hợp: chỉ có ph n hồi hình nh từ camera đ ợc gắn trên robot di động mà không có thông tin ph n hồi xúc giác và tr ng hợp th 2 là

có thêm thông tin ph n hồi xúc giác Qua việc thử nghiệm này, nhóm nghiên c u

thấy rằng nếu chỉ có thông tin ph n hồi hình nh thì ng i điều khiển không đ t

thêm thông tin ph n hồi xúc giác, nghĩa là trong tr ng hợp th 2 thì ng i điều khiển dễ dàng điều khiển robot di động về đúng m c tiêu với số lần robot di động

va ch m với vật c n là rất ít so với tr ng hợp th nhất Tuy nhiên, thiết bị vẫn còn

h n chế là chỉ cung câp thông tin về lực ph n hồi 2D, t c là ng i điều khiển chỉ phát hiện có vật c n ch không biết đ ợc đặc điểm môi tr ng ho t động xung quanh c a robot di động nh địa hình lồi lõm

Nicola Diolaiti, Claudio Melchiorri “Haptics tele-operation of a mobile robot” DEIS -Dept of Electronics, Computer Science and Systems University of

Bologna – Italy

- Nghiên c u đã trình bày về việc sử d ng một giao diện haptics để tăng sự

c m nhận về vùng ho t động c a robot di động Đặc biệt một lực t ơng tác o đ ợc tính trên cơ s lực c n xung quanh chiếc xe để ngăn chặn các tiếp xúc nguy hiểm.Ngoài ra, nghiên c u cũng trình bày một số thử nghiệm xác nhận rằng việc tăng c ng c m giác môi tr ng xung quanh chiếc xe sẽ làm gi m sự va ch m với

những ch ớng ng i vật Chiếc xe đ ợc mô hình hóa nh một khối l ợng o đ ợc tác động b i ng i điều khiển và môi tr ng Sự t ơng tác o đ ợc mô phỏng bằng liên kết với lực c a một lò xo o

- Ngoài ra, một giao diện haptics với các thông tin ph n hồi lực đã đ ợc sử

d ng để điều khiển từ xa robot di động

- Trong hệ thống trên, lực t ơng tác o đ ợc tính toán dựa trên biểu đồ vị trí

đ ợc gửi đến giao diện haptic Nh ợc điểm c a hệ thống đó là th i gian trễ trong quá trình điều khiển ch a đ ợc khắc ph c

Dirk Odenthal, Tilman Bunte, Heinz-Dieter Heitzer, Christoph Eicker

trung tâm không gian vũ tr Đ c, 2002 “Nghiên cứu tạo cảm giác lái trên hệ thống lái bằng dây giống như lái trợ lực”

- Đề tài tập trung thiết kế điều khiển hệ thống SBW có ch c năng giống nh

hệ thống th ng

- Đề tài này trình bày về tỷ số truyền trong hệ thống lái bằng dây, sự ổn định

hệ thống lái và giao diện Haptics điều khiển ph n hồi thông tin mặt đ ng

- So sánh các hệ thống trợ lực bằng điện và thuỷ lực, từ đó đề ra ph ơng pháp

áp d ng trên hệ thống SBW

- Từ các nghiên c u trong đề tài tác gi đư đề xuất các ph ơng pháp điều khiển

ph n hồi thông tin c m giác xúc giác thông qua cơ cấu điều khiển cổng ch và cổng

h ớng rung động; Nhịp điệu thích hợp c a rung động Nghiên c u này đ ợc tiến hành với 20 ng i tham gia lái xe trong môi tr ng mô phỏng Những môi tr ng này bao gồm một ghế xe thực tế, các bộ chấp hành t o rung động (nh là mô tơ lệch tâm) và một màn hình cho thấy c nh đ ng trong khi lái xe Nghiên c u này đề xuât tần số thích hợp kho ng 26 Hz đến 34 Hz, vị trí (lòng ghế hoặc sau l ng), th i gian c a rung động kho ng 3 – 5 s

Sangyoo Lee, Gaurav Sukhatme, Gerard Joungyun Kim, Park Chan-mo

“Haptic Control of a mobileRobot: A User Study”, Virtual Reality Laboratory,

Department of Computer Science and Engineering , Pohang University of Science

and Technology

- Trong nghiên c u này, c m biến đ ợc sử d ng trên robot để đo l ng thông tin ph m vi c a vật c n, một chiến l ợc chuyển thông tin này thành lực và ph n hồi đến tay ng i điều khiển thông qua giao diện haptics Thông tin hình nh đ ợc cung

cấp từ một camera gắn phía tr ớc robot Thí nghiệm cho thấy thông tin ph n hồi c i thiện đáng kể việc điều khiển robot: tăng kho ng cách tối thiểu từ robot đến vật c n,

gi m va ch m và th i gian điều khiển không gia tăng đáng kể

Ba-Hai Nguyen, Jee-Hwan Ryu“Haptic interface for intuitive teleoperation

of wheeled and tracked vehicles”, World Haptics Conference (WHC), 2011 IEEE ,

Page(s): 107 – 112

- Đề tài đã giới thiệu một giao diện haptics dùng để điều khiển các lo i xe có bánh và xe bánh xích

- Với giao đề xuất có 3 bậc tự do, mỗi bậc tự do có trang bị một biến tr , giao

diện là hình d ng c a vô lăng Ng i điều khiển có thể thay đổi các tín hiệu nh tốc

độ, chân gas, tiến, lùi…Khi chúng ta điều khiển giao diện bằng trực giác, điều này làm thay đổi vị trí, góc lái, tốc độ, rẽ trái, rẽ ph i…C m giác này truyền trực tiếp lên vô lăng đến tay ng i lái nh một c m giác – xúc giác

- Tùy theo m c đích điều khiển mà trong giao diện có các tr ng thái điều khiển khác nhau Ng i điều khiển bằng trực giác có thể thay đổi góc lái biến tr tay lái bên ph i và thay đổi tốc độ xe bằng tay lái bên trái

Sungjae Hwang, Jung-hee Ryu “The Haptic Steering Wheel: Vibro-tactile base Navigation for the Driving Enviroment”, Pervasive Computing and

Workshops (PERCOM Workshop), 2010 8th IEEE International, pages: 660 – 665

- Đề tài đã đề xuất một bộ t o xúc giác rung gắn trên vô lăng có tên là “The Haptic Wheel” để hiển thị thông tin xúc giác nh rẽ trái, rẽ ph i Giao diện này cho phép ng i sử d ng có đ ợc thông tin thông qua việc tiếp xúc vật lỦ c a lòng bàn tay c a tài xế với vô lăng haptics để giúp cho tài xế điều khiển h ớng chuyển động

c a xe

- u điểm c a giao diện đề xuất là sử d ng chính vô lăng làm thông tin ph n

hồi εột trong những lợi thế c a thông tin xúc giác ph n hồi trên vô lăng là ng i điều khiển có đ ợc thông tin liên t c từ nó do trong quá trình điều khiển ng i lái luôn cầm vô lăng Hơn nữa, lòng bàn tay là nơi dễ thu nhận xúc giác do không ph i

tiếp xúc qua các đối t ợng khác nh quần áo hay giày dép Nh ợc điểm trong việc

sử d ng vô lăng làm thông tin ph n hồi xúc giác là nó bị giới h n trong việc gửi tín

hiệu c nh báo do sự không ổn định tự nhiên trong lúc cầm vô lăng, ví d ng i lái

có thể chỉ cầm một tay trên vô lăng hoặc chỉ nắm nhẹ vô lăng Do đó, khó để phân chia việc phát tín hiệu xúc giác cho hai nửa c a vô lăng

1.3 M c đích c a đ tài

M c đích c a đề tài là nghiên c u một số c m giác xúc giác cơ b n c a

ng i điều khiển xe c m nhận đ ợc khi trực tiếp điều khiển xe, từ đó nghiên c u

ph ơng pháp tái t o c m giác xúc giác đó trong việc điều khiển ô tô từ xa nhằm đ a

ra những gi i pháp giúp cho việc điều khiển ô tô từ xa chính xác hơn, an toàn hơn

Cơ s khoa học để thực hiện đề tài là sử d ng lỦ thuyết về c m giác xúc giác

c a con ng i và lực ph n hồi trong điều khiển từ xa để tìm thuật toán nhằm tái t o

c m giác xúc giác điều khiển ô tô từ xa

1.4 Gi i h n c a đ tài

Đề tài tập trung tổng hợp tài liệu, phân tích và đ a ra các kết luận về các

ph ơng pháp tái t o c m giác xúc giác trên xe Vì xúc giác trên xe là rất đa d ng và

ph c t p nên đề tài này chỉ nghiên c u ph ơng pháp tái t o một số c m giác xúc giác cơ b n mà ng i lái c m nhận đ ợc trong khi điều khiển xe dựa trên sự phân

lo i c m giác xúc giác

Đề tài này cũng đ ợc thí nghiệm trên một mô hình t o c m giác xúc giác để

kh o sát và ch ng minh các kết luận đã tìm thấy trong quá trình phân tích và nghiên

c u

Do kinh phí và trình độ có h n nên đề tài này chỉ mới dừng l i m c độ nghiên c u và thực nghiệm trong phòng thí nghiệm, ch a nghiên c u ng d ng các xúc giác trên ô tô thật Các tín hiệu dùng điều khiển là những tín hiệu gi lập

1.5 Ph ng pháp nghiên c u

- Thu thập dữ liệu từ các công trình nghiên c u trong và ngoài n ớc

- Nghiên c u c m giác xúc giác trong điều khiển ô tô trực tiếp, sau đó nghiên

c u ph ơng pháp tái t o c m giác xúc giác đó trong điều khiển ô tô từ xa

- Thiết kế và chế t o một mô hình đơn gi n để làm thí nghiệm tái t o các c m giác xúc giác trên xe

- Làm thí nghiệm với mô hình đã chế t o và đánh giá kết qu , so sánh kết qu

với lỦ thuyết đã nghiên c u

- Hiệu chỉnh sau thí nghiệm để tìm các yếu tố cần thiết và quan trọng nhằm tái

t o c m giác xúc giác

Ch ng 2

C S Lụ THUY T

2.1 T ng quan v t ng tác ng i và xe

T ơng tác giữa ng i và xe là một phần, một nhánh trong lĩnh vực t ơng tác

giữa ng i và máy nói chung M c đích ch yếu c a t ơng tác giữa ng i và máy

là làm cho máy móc có thể hiểu đ ợc Ủ muốn c a con ng i để ho t động đúng theo ý muốn c a con ng i Đồng th i, máy móc cũng ph n hồi các thông tin cần thiết l i cho con ng i để kịp th i tác động đến quá trình điều khiển máy

Ví d : t ơng tác giữa ng i dùng và máy tính cá nhân (PC) là thông qua các thiết bị

xuất nhập nh :

+ Phần nhập vào: bàn phím (keyboard), chuột (mouse), b ng vẽ, …

+ Phần xuất ra: loa (speaker), màn hình (monitor)…

Về mặt b n chất thông tin c a t ơng tác, có thể chia t ơng tác giữa ng i và máy ra hai lo i:

+ T ơng tác truyền lực

+ T ơng tác truyền thông tin

Về mặt hình th c c a t ơng tác, có thể chia t ơng tác giữa ng i và máy ra ba

lo i:

+ T ơng tác bằng cử chỉ, vận động c a tay, chân

+ T ơng tác bằng l i nói

+ T ơng tác bằng Ủ nghĩ

Về mặt tiếp xúc, có thể chia t ơng tác giữa ng i và máy thành hai lo i:

+T ơng tác tiếp xúc cơ học

+T ơng tác không tiếp xúc cơ học

Về mặt giao diện – thiết bị, có thể chia t ơng tác ra 4 lo i nh sau:

+ T ơng tác kiểu cổ điển: dùng cần g t, nút bấm, bàn đ p,… làm đầu vào, dùng đồng hồ, v ch chia, đèn báo,… làm đầu ra

+ T ơng tác bằng giọng nói: dùng micro thu giọng nói c a ng i làm đầu vào,

giọng nói phát ra từ loa làm đầu ra

+ T ơng tác bằng cử chỉ: dùng cử chỉ các bộ phận trên thân thể con ng i làm đầu vào, dùng màn hình, đèn hiệu, âm thanh phát ra từ loa làm đầu ra

+ T ơng tác bằng suy nghĩ: dùng sóng não con ng i để làm tín hiệu đầu vào,

và dùng các thiết bị xuất tín hiệu đã biết làm đầu ra (màn hình, loa, …)

Nhìn chung, con ng i t ơng tác và c m giác với thế giới xung quanh nói chung và với ô tô nói riêng thông qua các giác quan c a họ Đối với từng t ơng tác

c thể thì vai trò c a các giác quan là không giống nhau Để tìm hiểu vai trò c a các giác quan trong quá trình điều khiển ô tô từ xa thì tr ớc hết cần tìm hiểu vai trò c a các giác quan trong quá trình điều khiển ô tô trực tiếp, từ đó ta xem xét giác quan nào là quan trọng trong điều khiển ô tô từ xa và tìm cách tái t o chúng εuốn làm

đ ợc điều này, tr ớc hết cần tìm hiểu các khái niệm sau đây

2.2 C m giác là gì?

2.2.1 Khái ni m

C m giác là một quá trình tâm lý ph n ánh từng thuộc tính riêng lẻ c a sự vật

và hiện t ợng đang trực tiếp tác động vào giác quan c a ta

Ví d : Ta đặt vào lòng bàn tay xoè ra c a ng i b n một vật bất kì với yêu cầu

tr ớc đó ng i b n ph i nhắm mắt, bàn tay không đ ợc nắm hay s bóp thì chắc

chắn ng i b n không biết đích xác đó là vật gì, mà chỉ có thể biết đ ơc vật đó

nặng hay nhẹ, nóng hay l nh…nghĩa là ng i b n mới chỉ ph n ánh đ ợc từng thuộc tính bề ngoài c a sự vật đó nh c m giác Quá trình c m giác gồm 3 khâu:

- Kích thích xuất hiện và tác động vào cơ quan th c m

- Xuất hiện xung thần kinh đ ợc truyền theo dây thần kinh tới não

- Vùng thần kinh c m giác t ơng ng với vỏ não ho t động t o ra c m giác Ngoài ra, con ng i còn có những c m giác từ các kích thích xuất hiện chính

bên trong cơ thể ng i đó Nói cách khác, con ng i không chỉ có c m giác ph n ánh các thuộc tính c a sự vật, hiện t ợng mà còn có c m giác ph n ánh các tr ng thái c a cơ thể đang tồn t i Qua tìm hiểu về khái niệm c m giác thì ta thấy c m giác có rất nhiều lo i và rất đa d ng với nhiều hình th c biểu hiện khác nhau Dựa vào vị trí c a nguồn kích thích gây ra c m giác ta có c m giác nằm bên ngoài (thị giác, thính giác, kh u giác, vị giác, xúc giác) hay bên trong cơ thể (c m giác vận động và s mó, c m giác thăng bằng, c m giác rung, c m giác cơ thể) Ngày nay, các nhà triết học còn chỉ ra vai trò c a từng lo i c m giác trong vật chất thu nhận t

t ng từ phía khách quan: vị giác 1%; xúc giác 1,5%; kh u giác 3,5%; thính giác 11%; thị giác 83%

2.2.2 Các lo i c m giác

+ C m giác bên ngoài: Đó là năm giác quan c a con ng i, chúng đóng vai trò quan

trọng trong việc nhận th c thế giới xung quanh, bao gồm: thị giác, thính giác, kh u giác, vị giác, xúc giác Vị trí năm giác quan này đ ợc mô t trên hình 2.1

Hình 2.1: Các c m giác bên ngoài c a con ng i

1-Th ị giác; 2-Thính giác; 3-Khứu giác; 4-Vị giác; 5-Xúc giác

C m giác nhìn (thị giác): Là kh năng nhận và diễn gi i thông tin từ ánh sáng đi vào

mắt Việc tri giác này còn đ ợc gọi là thị lực, sự nhìn Những bộ phận khác nhau cấu thành thị giác đ ợc xem nh là một tổng thể nh là hệ thị giác và đ ợc tập trung nghiên c u trong nhiều lĩnh vực khác nhau nh tâm lý, khoa học nhận

th c,khoa học thần kinh và sinh học phân tử

C m giác nghe (thính giác): δà kh năng tiếp thu âm thanh bằng cách phát hiện các dao động qua một cơ quan ví d nh tai "khiếm thính" hay "điếc" là khi không có

kh năng nghe

C m giác ngửi (kh u giác): Là giác quan có tác d ng c m nhận mùi ng i cơ quan này là mũi

C m giác nếm (vị giác): Là một hình th c c m nhận hóa học trực tiếp Vị giác là

một trong năm giác quan c a con ng i Khái niệm vị giác đề cập đến kh năng phát hiện mùi vị c a các chất nh thực phẩm, một sốkhoáng chất và các chất độc (độc tố)

C m giác da (xúc giác):Là những c m giác có đ ợc khi tiếp xúc bằng da (qua tay, chân )

+ Các c m giác bên trong

- C m giác vận động

- C m giác thăng bằng

- C m giác rung

2.3 Vai trò c a các giác quan trong đi u khi n xe trực ti p

Thị giác: Khi trực tiếp điều khiển xe thì mắt ta ph i luôn luôn nhìn đ ng, quan sát

biển báo giao thông, các ph ơng tiện xung quanh, đồng hồ chỉ thị trên táp lô… Nếu chúng ta không quan sát kỹ phía tr ớc hoặc sau khi lái xe thì tai n n sẽ x y ra là điều không tránh khỏi Hầu hết các tai n n giao thông x y ra do nhiều nguyên nhân, trong đó có nguyên nhân thiếu quan sát (có thể do ch quan hoặc khách quan) Theo nghiên c u c a Gerhard Mauter và Sabine Katzki [08], thị giác chiếm kho ng 80 – 90% khi trực tiếp điều khiển xe Nh vậy đ thấy thị giác đóng vai trò quan trọng trong lúc trực tiếp điều khiển xe nh thế nào

Thính giác: Trong lúc trực tiếp điều khiển xe thì tai ta có thể nghe đ ợc một số âm thanh nh tiếng rú ga, tiếng mòn má phanh, tiếng còi c a các ph ơng tiện Thính giác còn giúp ta nhận biết đ ợc một số âm thanh nh : tiếng rít, tiếng lách cách từ khóa, còi, ống x , tr c lái, bộ phận lốp xe…Khi xuất hiện âm thanh l , hỏng hóc có thể đã nặng và những chẩn đoán b ớc đầu giúp ta biết đ ợc nguyên nhân

Kh u giác: Giúp ta nhận biết tình tr ng một số hệ thống thông qua mùi l trên xe Khi chiếc xe c a b n không còn mùi h ơng quen thuộc không những sẽ đem đến

một c m giác khó chịu mỗi khi sử d ng mà còn là dấu hiệu c a những rắc rối sắp đến Mùi hôi trong xe mỗi khi m máy l nh có thể là rêu mốc đã đóng nhiều phía trong hộp ch a bộ giãn hơi c a hệ thống máy l nh (evaporator) Cần làm s ch bộ

phận này để khử mùi εùi xăng bên trong xe th ng do nắp thùng ch a xăng bị h ,

đ ng ống dẫn xăng từ thùng ch a đến động cơ bị rò rỉ, hay th i điểm đánh lửa (ignition timing) không đúng εùi xăng rất nặng c a khói thoát do khi các kim phun xăng bị bẩn hay nghẹt Xăng ra khỏi kim phun d ới d ng những giọt lớn không cháy hết trong buồng đốt εùi hôi khó chịu c a khói thoát khi bộ phận điều

áp c a xăng (fuel pressure regulator) hay bộ lọc khói (catalytic converter) c a ống thoát khí cháy bị nghẹt

Vị giác: Hầu nh vị giác rất ít đ ợc sử d ng trong lúc điều khiển xe Cơ quan này không có tác d ng gì trong điều khiển xe trực tiếp

Xúc giác: Khi điều khiển xe thì tài xế th ng xuyên t ơng tác trực tiếp với các thiết bị trên xe thông qua thông các bộ phận trên cơ thể nh tay, chân, mông, l ng, đùi…Thông qua c m giác xúc giác các bộ phận này, ng i điều khiển sẽ nắm bắt

đ ợc các thuộc tính c a thiết bị mà mình đang t ơng tác Ví d khi cầm vô lăng và đánh lái, ng i điều khiển nhận biết đ ợc độ c ng, mềm, trơn tru hay thô nhám c a vành vô lăng, lực đánh lái nặng hay nhẹ Từ đó, ng i lái sẽ đ a ra các thao tác hợp

lí để điều khiển xe an toàn

Nh vậy, theo phân tích nh trên thì ta thấy các giác quan đều có vai trò nhất định đối với ho t động lái xe trực tiếp Tuy nhiên không ph i chúng đều đóng vai trò quan trọng nh nhau mà trong ho t động lái xe thì các gian quan quan trọng đó

là thị giác (80% - 90%), xúc giác, thính giác Tuy nhiên, trong điều khiển ô tô từ xa, ngoài thị giác thì xúc giác cũng đóng vai trò quan trọng không kém Theo nghiên

c u c a nhóm tác gi Terrence Fong, Francois Conti, Sesbastien Grange, Charles Baur“Giao diện mới trong điều khiển từ xa” đã chỉ ra vai trò c a thông tin ph n hồi xúc giác Nhóm nghiên c u này đã thử nghiệm thiết bị HapticDriver t i một triển lãm th ơng m i bằng cách để cho một số ng i sử d ng thiết bị này điều khiển một robot di động trong một con đ ng có nhiều vật c n trong hai tr ng hợp: chỉ có

ph n hồi hình nh từ camera đ ợc gắn trên robot di động mà không có thông tin

ph n hồi xúc giác và tr ng hợp th 2 là có thêm thông tin ph n hồi xúc giác Qua

việc thử nghiệm này, nhóm nghiên c u thấy rằng nếu chỉ có thông tin ph n hồi hình

nh thì ng i điều khiển không đ t đ ợc kết qu tốt trong việc điều khiển robot di động từ xa so với tr ng hợp có thêm thông tin ph n hồi xúc giác, nghĩa là trong

tr ng hợp th 2 thì ng i điều khiển dễ dàng điều khiển robot di động về đúng

m c tiêu với số lần robot di động va ch m với vật c n là rất ít so với tr ng hợp th

nhất [05]

Để tìm hiểu vai trò c a xúc giác trong điều khiển ô tô từ xa thì tr ớc hết chúng ta cần định nghĩa xúc giác là gì, cơ chế c m nhận xúc giác c a con ng i ra sao

da Trong lớp biểu mô c a da còn có các đĩa xúc giác hay thể εerkel

Hình 2.2: C ấu trúc da

( nh: http://nuconggiachanh.vn)

1 Thân tóc, lông; 2 Da gai; 3 Nút th ần kinh tự do; 4.Tuyến bã nhờn; 5 Sợi

th ần kinh xúc giác; 6 Tiểu cơ Pilli; 7 Nang tóc; 8 Chân tóc; 9 Động m ch; 10

m ỡ; 14 Tuyến mồ hôi; 15 Lớp lưới; 16 Lớp nhú; 17 Lớp pasele; 18 Lớp spinosum; 19 L ớp granulosum; 20 Lớp lusidum; 21 Lớp sừng; 22 Lỗ chân lông;

23 Vi th ể meissner; I-Lớp biểu bì; II-Lớp bì; III-Lớp dưới bì

2.4.2 C ch t o c m giác xúc giác

Cơ chế t o c m giác xúc giác: C m giác tiếp xúc xuất hiện khi một kích thích

ch m nhẹ bề mặt da; C m giác áp lực khi ấn m nh một điểm nào đó trên bề mặt

da C 2 c m giác trên đều có đ ợc do da bị biến d ng, nh ng khác biệt là c ng

c m giác xúc giác thô sơ và c m giác xúc giác tinh vi C m giác thô sơ ma sát (tiếp xúc) do các thể Meissner thu nhận, chúng phân bố trên da và một số niêm m c

miệng, hốc mũi εật độ các thể Meissner cao nhất vùng môi, ngón tay

các vùng có lông nh râu, tóc kh năng nhận c m đối với các kích thích xúc giác rất nh y, do quanh nang lông có các đám rối thần kinh.C m giác thô sơ

áp lực do các thể Paccini thu nhận, đ ợc phân bố lớp sâu c a da và c gân, dây

chằng, phúc m c, m c treo ruột bên trong cơ thể Các kích thích nh rung, xóc

và các dao động cơ học nói chung cũng thuộc lo i c m giác này Các thể Paccini nhận đ ợc những dao động cơ học khá m nh, trong kho ng tần số 40 – 1000 Hz,

kh năng tiếp nhận và đáp ng tốt nhất với tần số 300 Hz

Đ ng dẫn truyền h ớng tâm c a các c m giác xúc giác thô sơ theo các dây

thần kinh t y Sau khi vào sừng xám sau t y sống, chúng tập trung thành bó Dejérine tr ớc để ch y lên hành t y, đồi não và vỏ não Trung khu chính là đồi não (thalamus) Các th c m thể c a c m giác xúc giác thô sơ có kh năng thích nghi cao với các kích thích áp lực, ma sát Th ng các kích thích áp lực tác động lên da

có c ng độ vừa ph i, kéo dài rất khó nhận biết, chỉ khi áp lực thay đổi đ t tới trị số

nhất định mới gây c m giác S dĩ nh vậy vì các điện thế th c m thể chỉ xuất

hiện khi có sự thay đổi kích thích Frey dùng ph ơng pháp đo tính (máy extensiometre) đã phát hiện ng ỡng c m giác xúc giác m nh nhất là vùng môi,

mũi, l ỡi Vùng kém nhất là l ng, gót chân, b ng Còn ng ỡng không gian đo bằng compa Weber (kho ng cách ngắn nhất có kh năng phân biệt hai đầu kim c a compa) đầu l ỡi là 1mm, lòng bàn tay 2 – 5 mm, mu bàn tay 15 – 30 mm, l ng 50 – 60 mm, đùi 67 – 70mm

C m giác tinh vi: Lo i c m giác này đ ợc coi là c m giác nông có ý th c,

b i vì nh nó mà ta nhận biết và phân biệt đ ợc các kích thích xúc giác tinh tế nh

lần biết chữ nổi, h ớng chuyển động trên da Lo i c m giác này cũng do các tiểu

thể nh c a c m giác thô sơ thu nhận Nh ng sau khi theo các dây thần kinh t y vào sừng xám c a t y sống, chúng đ ợc truyền lên thuỳ đỉnh c a đ i não qua bó Goll và

Burdach

Kh năng h ng phấn c a các cơ quan th c m xúc giác thay đổi tùy thuộc vào nhiều yếu tố khác nhau Khi da đ ợc s i ấm thì độ nh y c m xúc giác tăng lên, khi l nh thì độ nh y c m gi m đi

Bề mặt c a da là một tr ng th c m lớn Theo Donalson, trên bề mặt da có kho ng 500.000 điểm thu nhận cơ học; 250.000 điểm thu nhận nhiệt độ l nh; 30.000 điểm thu nhận nhiệt độ nóng; 3.500.000 điểm thu nhận c m giác đau Các điểm này phân bố không đều trên da.Diện tích da ng i đ ợc tính theo công th c

c a Du Bois (1916):

S = 71,84 P 0,425 H0.725 (2.1) Trong đó:

S là diện tích da

T là chiều cao

PT là vòng ngực

PC là vòng đùi

Đây là công th c tính chung cho c hai giới từ 4 tuổi tr lên Ngoài ra, tác

gi cũng còn đ a ra một số công th c khác theo các l a tuổi nh sơ sinh, 1 – 4 tuổi,

5 – 8 tuổi, 9 – 12 tuổi, 13 – 16 tuổi, nam tr ng thành, nữ tr ng thành (Luận án PTS b o vệ t i tr ng Đ i học Y Hà Nôi, 1995)

Diện tích trung bình c a da ng i kho ng 1,5 m2 Các sợi thần kinh có liên quan đến việc dẫn truyền các xung từ các cơ quan th c m xúc giác và cơ sẽ đi liên

t c vào cột sau c a t y sống (bó Goll, bó Burdach) rồi tới hành t y Trong nhân c a

cột sau sẽ bắt nguồn bó th phát Bó này bắt chéo rồi đi tiếp qua gò thị rồi lên não

bộ

Các sợi thần kinh thuộc các cơ quan th c m đau và nhiệt độ sẽ qua các rễ sau vào chất xám c a sừng sau Các tế bào c a sừng sau là nơron h ớng tâm th 2

sẽ qua hệ thống mép tr ớc, bắt chéo sang phía đối diện để vào cột chất trắng bên rồi

t o thành bó th phát có các sợi thần kinh kết thúc trong các nhân c a gò thị Từ các nơron c a gò thị sẽ xuất phát các sợi tr c tới vỏ não [03]

Hình 2.3: Đ ng truyền xúc giác qua da

( nh: http://yume.vn)

1.V ỏ não; 2.Thùy đỉnh; 3.Đồi não; 4.Não giữa;5.Đường đi trực tiếp cho xúc giác c ục bộ; 6.Cuống não; 7.Đường đi gián tiếp cho xúc giác phân tán và đau; 8.Dây cột sống; 9.Các sợi thần kinh c m thụ; 10.Tiểu thể pacini và các mút th ần kinh tự do;11.Đĩa Merkel(xúc giác cục bộ); 12.Da không có lông;13.Da có lông

2.4.3 Nh ững c m giác xúc giác mƠ tay ng i có th c m nh n đ c khi t ng tác v i m t v t th

2.4.3.1 C m giác v chuy n đ ng ngang (thô, nhám)

Là một c m giác xúc giác mà tay ng i c m nhận đ ợc khi t ơng tác với vật thể bằng cách chà sát Thông qua c m giác này, con ng i nhận biết đ ợc độ thô

nhám, trơn tru c a bề mặt vật thể

Con ng i có thể lợi d ng c m giác xúc giác này trong đ i sống để kiểm tra

bề mặt s n phẩm, đoán biết đ ợc vật thể mà mình t ơng tác trong tr ng hợp không nhìn thấy đ ợc vật thể

Hình 2.4: C m giác chuy ển động ngang

2.4.3.2 C m giác v áp su ất (c ng, m m )

Là một c m giác xúc giác mà tay ng i c m nhận đ ợc khi t ơng tác với vật

thể bằng cách ấn lên vật thể Thông qua c m giác này, con ng i nhận biết đ ợc độ

c ng, mềm c a bề mặt vật thể S dĩ ta nhận biết đ ợc độ c ng mềm c a vật thể

t ơng tác là do có ph n lực từ vật thể tác d ng ng ợc l i tay ta Ví d khi dùng tay

ấn vào t ng ta c m thấy c ng, khi dùng tay ấn vào qu bóng ta c m thấy mềm

m c nào tr ớc khi cầm hẳn nó trong tay nếu không ta sẽ bị bỏng ngay t c khắc

Hình 2.6: C m giác v ề nhiệt độ

2.4.3.4 C m giác v tr ọng l ng

Là một c m giác xúc giác mà tay ng i c m nhận đ ợc khi t ơng tác với vật thể bằng cách đặt vật thể lên lòng bàn tay Thông qua c m giác này, tay ng i có

thể nhận biết đ ợc vật thể mà mình đang t ơng tác là nặng hay nhẹ S dĩ ta nhận

biết đ ợc điều này là do b n thân vật thể có khối l ợng nên chịu lực hút c a trái đất

P = m.g

Để nâng đỡ đ ợc trọng l ợng này thì tay ng i cũng ph i cần một lực P’ lớn hơn

hoặc bằng trọng l ợng P c a vật nếu nh không muốn vật rơi xuống

Hình 2.7: C m giác về trọng l ợng

2.4.3.5 C m giác v đ ng biên, th tích

Là một c m giác xúc giác mà tay ng i c m nhận đ ợc khi t ơng tác với vật thể bằng cách cầm nắm vật thể Thông qua c m giác này, tay ng i biết đ ợc hình

d ng vật thể thông qua đ ng biên c a nó Ví d , khi nắm qu bóng nhỏ ta biết nó

có d ng hình tròn, khi nắm cái lon bia ta nhận biết đ ợc nó có d ng hình tr tròn

Hình 2.8: C m giác đ ng biên

2.4.3.6 C m giác v s c bén đ ng biên

Là một c m giác xúc giác mà tay ng i c m nhận đ ợc khi t ơng tác với vật

thể bằng cách s vào đ ng biên vật thể Thông qua c m giác này, tay ng i biết

đ ợc độ sắc bén c a đ ng biên vật thể Ví d , chúng ta có thể c m nhận đ ợc s c bén c a l ỡi dao bằng cách s nhẹ lên l ỡi dao, hoặc chúng ta có thể s vào c nh bàn để biết đ ợc nó có bo góc hay không

Hình 2.9: C m nh ận s c bén đ ng biên

2.4.4 Vai trò c a xúc giác

2.4.4.1 Vai trò c a xúc giác trong ho t đ ng c a con ng i

Có thể nói, mất giác quan nhìn xúc giác tr thành giác quan quan trọng nhất giúp cho ng i mù trong nhận th c và hành động

Xúc giác gồm có tr ớc hết là hai tay, ch yếu là hai bàn tay, các ngón tay, nhất là hai ngón tay trỏ Đây là cơ quan s mó chi tiết, tinh vi không những là cơ quan s mó ch yếu, tay còn là cơ quan ho t động ch yếu c a con ng i xúc giác còn gồm tất c những nơi có da nh : εặt, mũi, tai, môi, cổ, cánh tay, thân mình và hai chân Chân còn là cơ quan vận động, đi l i ch yếu c a con ng i Do tay chân không đơn thuần là cơ quan xúc giác nên nếu bị tàn tật về tay, về chân ng i ta l i coi nh tàn tật vận động ch không ph i tàn tật về xúc giác

Đối với ng i bình th ng, hai tay còn tham gia s mó ít nhiều để góp phần

với đôi mắt trong nhận th c thế giới khách quan đối với ng i bình th ng, tay

cũng ít khi tham gia theo dõi, giúp s c ho t động chỉ trừ đêm tối, không có đèn mắt không nhìn đ ợc thì ng i bình th ng mới dùng tay để s và đi l i Các bộ phận khác c a xúc giác nh da mặt, da mình, hai chân, xúc giác chỉ có tác d ng canh phòng b o vệ cho cơ thể khỏi bị những nh h ng bất lợi c a bên ngoài nh : đề phòng khỏi bị quá nóng, quá l nh hay các lo i côn trùng nh ruồi, muỗi gây h i Nó không hề tham gia vào việc nhận th c thế giới cũng nh theo dõi, giám sát hành động

Nh ng khi đã bị mù, toàn bộ cơ quan xúc giác c a con ng i đều tham gia

vào việc cung cấp thông tin, tín hiệu cần thiết cho nhận th c, hiểu biết, đồng th i tham gia vào việc theo dõi, giám sát ho t động b o đ m ho t động diễn ra đúng Ủ định tránh nguy hiểm, tai n n

Ví d nh hai chân đối với ng i bình th ng chỉ dùng để đi, việc b o đ m

đi đúng đ ng tránh các vật ch ớng ng i đều do mắt đ m nhiệm Khi bị mù chân

vừa dùng để đi, l i ph i chú Ủ nhận ra đ ng đi không bị l c, bị chệch đ ng khỏi

vấp vào đá hay sa xuống cống rãnh nông thôn, ng i mù th ng đi theo mép cỏ hai bên đ ng, chân ng i mù vừa đi vừa chú Ủ xem các cây cỏ có ch m vào chân hay không nếu không ch m là đi sai đ ng thành phố, ng i mù th ng đi d ới lòng đ ng sát với vỉa hè nơi này đ ng th ng dốc về phía vỉa hè, b o đ m cho

n ớc m a ch y vào các cống rãnh hai bên đ ng Khi b ớc chân ng i mù chú ý

độ dốc này, nếu không thấy dốc coi nh đã đi quá ra bên ngoài sẽ gặp xe cộ, hoặc chân chú ý các mấp mô các ổ gà trên đ ng để biết xem đã đến chỗ mình cần rẽ vào hay ch a Nh vậy, ng i mù dựa vào các thông tin, tín hiệu về s mó do chân cung

cấp để đi ch không ph i đếm b ớc chân nh một số ng i lầm t ng

Hoặc nh da mặt, da ng i, dựa vào đó ng i mù biết mình đang đi qua bếp,

lò s i, bếp điện đang cháy hay đã tắt biết mình đang đi nơi che khuất hay trống

tr i Đi trên đ ng vào buổi chiều nắng rọi phía ph i ng i, ch ng tỏ ng i mù đang đi về phía nam, nếu ánh sáng rọi sau l ng tới ng i mù đi về h ớng đông, nếu

rọi phía tr ớc mặt ng i mù đi về phía tây Hoặc khi vào một phòng họp trần thấp,

da mặt, da ng i c a ng i mù c m thấy nặng, nóng Ng ợc l i, vào một phòng

rộng trần cao sẽ thấy thoáng, mát dễ chịu Nh đó mà ng i mù biết đ ợc kích

th ớc c a phòng

Đây chỉ là một số ít trong rất nhiều thông tin, tín hiệu mà chân, da mặt, da

ng i có thể cung cấp cho ng i mù để sử d ng trong nhận th c và h ớng dẫn ho t động Tuy nhiên quan trọng nhất trong s mó vẫn là hai tay, bao gồm hai cánh tay, các bàn tay, ngón tay nhất là hai ngón trỏ Có khi vật ph i s quá lớn dang hai tay

cũng không xuể ph i dùng c hai chân đi bao vòng quanh hoặc đi lần l ợt các nơi

để s , cách s c a tay cũng rất phong phú đa d ng Có khi s tổng quát để nắm

chung tình hình, sau đó đi vào s tỉ mỉ, có khi xoa vuốt, có khi nắn bóp, uốn, bẻ, có khi dùng c bàn, có khi dùng một số ngón, có khi xoè ngón tay cái, tay giữa để đo,

có khi l i chỉ dùng ngón tay trỏ để đi vào từng chi tiết, từng ngóc ngách, có khi s

rồi đêm nằm nghĩ l i thấy có chỗ ch a nắm đ ợc, ch a hiểu ngày hôm sau l i s Đối với ng i mù s rất là quan trọng, có s mới nắm mới hiểu đ ợc ng i bình

th ng có câu: “Trăm nghe không bằng một thấy” Thấy đối với ng i sáng rất

quan trọng, tất nhiên chúng ta cần hiểu chữ thấy đây không đơn thuần là nhìn mà chính là ph i đến tận nơi, ngoài nhìn có khi ng i sáng còn ph i s mó Còn đối với

ng i mù l i có câu: “ng i mù ch a đ ợc s coi nh ch a đ ợc biết”.(Nguồn:

hoangkim.net.vn)

2.4.4.2 Vai trò c a xúc giác trong lái xe tr ực ti p

Xúc giác đóng vai trò quan trọng trong lúc điều khiển xe Thật vậy, không có thị giác, chúng ta vẫn điều khiển xe trong những điều kiện nhất định và có sự hỗ trợ

c a một số thiết bị nào đó Nh ng khi không có xúc giác thì sao? Ta thử xét một ví

d đơn gi n khi muốn chuyển số thì tay ta ph i nắm cần số, chân ph i đ p bàn đ p

ly hợp mà không cần ph i nhìn vào các thiết bị này Vì sao ta làm đ ợc điều này,

b i vì thông qua xúc giác tay và chân ta nhận biết đ ợc hình dáng c a thiết bị nên

nhận ra đ ợc nó, cũng qua đó ta biết đ ợc độ nặng nhẹ c a bàn đ p ly hợp và cần

số Nếu không có xúc giác, chúng ta nắm cần số và đ p bàn đ p ly hợp mà không hề

biết là ta đang t ơng tác với chúng Vì không có c m giác xúc giác nên ta có thể nhấn bàn đ p ga mà ta không hề biết là mình đang đ p lên cái gì và m c độ đ p đến đâu Chúng ta có thể bị tuột khỏi ghế ngồi trong lúc điều khiển xe mà không hề biết

nếu mất đi xúc giác vùng mông và l ng khi tựa vào ghế Hậu qu c a những vấn đề mất xúc giác trong lúc trực tiếp điều khiển xe là việc điều khiển xe không chính xác

và dẫn đến tai n n là điều chắc chắn

Vậy trong lúc trực tiếp điều khiển xe thì cơ thể ng i có những xúc giác gì khi t ơng tác với các thiết bị trên xe Chúng ta sẽ tìm hiểu các xúc giác mà ng i điều khiển xe trực tiếp c m nhận đ ợc qua một số tr ng hợp sau

Từ những khái niệm trên đây ta tiếp t c nghiên c u xúc giác trên xe là gì, khi

trực tiếp điều khiển xe thì con ng i nhận đ ợc những xúc giác gì, bộ phận nào trên cơ thể và trên xe

2.5 Xúc giác trên xe là gì?

2.5.1 Khái ni m

Xúc giác trên xe là c m giác mà ng i điều khiển xe c m nhận đ ợc thông qua việc t ơng tác trực tiếp với các bộ phận c a xe trong lúc điều khiển xe Ví d

nh khi t ơng tác với vô lăng, bàn đ p ga, bàn đ p phanh, ghế ngồi, cần số…

2.5.2 M t s ố c m giác xúc giác mƠ con ng i c m nh n đ c khi đi u khi n xe 2.5.2.1 T ng tác v i vô lăng

Khi t ơng tác với vô lăng thì ng i lái sẽ nhận đ ợc các c m giác do hệ

thống lái tác động tr l i nh mô men quán tính, mô men c n các khớp, mô men

giữ cho xe ổn định chuyển động thẳng sinh ra do xúc giữa bánh xe với mặt đ ng thông qua các cơ cấu cơ khí trong hệ thống lái truyền ng ợc lên vô lăng và tác động đến tay ng i lái đ ợc hiểu nh là c m giác lái

Hình 2.10: T ơng tác với vô lăng

2.5.2.2 T ng tác v i bƠn đ p ga

Khi t ơng tác với bàn đ p ga thì ng i điều khiển nhận đ ợc ph n lực từ bàn

đ p ga tác động lên chân ng i điều khiển Ph n lực này ch yếu bao gồm lực hồi

vị c a lò xo và c a các cơ cấu cơ khí.Cơ cấu hồi vị chân ga giúp cho bàn đ p có kh năng hồi vị về vị trí ban đầu khi ng i lái không tác d ng lực lên bàn đ p Cơ cấu hồi vị đồng th i đ m nhận ch c năng t o c m giác lực cho ng i điều khiển Việc

Mô men lái

Mô men c n