NGHIÊN CỨU THIẾT KẾ VÀ CHẾ TẠO HỆ THỐNG AN TOÀN TRÊN XE ĐIỆN CÁ NHÂN 4 BÁNH LUẬN VĂN THẠC SĨ KỸ THUẬT

Có nhiều giải pháp đã được công bố trong những năm gần đây như: hoàn thiện quá trình cháy của động cơ đốt trong, sử dụng các loại nhiên liệu không truyền thống cho ôtô như LPG, khí thiên

I H C N NG

TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA

TRẦN PHƯỚC PHÚ

NGHIÊN CỨU THIẾT KẾ VÀ CHẾ TẠO HỆ THỐNG

AN TOÀN TRÊN XE ĐIỆN CÁ NHÂN 4 BÁNH

LUẬN VĂN THẠC SĨ KỸ THUẬT

Đà Nẵng - Năm 2018

I H C N NG

TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA

TRẦN PHƯỚC PHÚ

NGHIÊN CỨU THIẾT KẾ VÀ CHẾ TẠO HỆ THỐNG

AN TOÀN TRÊN XE ĐIỆN CÁ NHÂN 4 BÁNH

Chuyên ngành: Kỹ thuật cơ khí động lực

Mã số: 85.20.116

LUẬN VĂN THẠC SĨ KỸ THUẬT

Người hướng dẫn khoa học: TS Phạm Quốc Thái

Đà Nẵng - Năm 2018

LỜI CAM ĐOAN

Tôi xin cam đoan đây là công trình nghiên cứu của riêng tôi Mọi kết quả nghiên cứu cũng như ý tưởng của tác giả khác nếu có đều được trích dẫn đầy

đủ

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

Luận văn này cho đến nay vẫn chưa hề được bảo vệ tại bất kỳ một hội đồng bảo vệ luận văn thạc sĩ nào trên toàn quốc cũng như ở nước ngoài và cho đến nay vẫn chưa hề được công bố trên bất kỳ phương tiên thông tin nào

Tôi xin hoàn toàn chịu trách nhiệm về những gì mà tôi đã cam đoan trên đây

Tác giả

Trần Phước Phú

MỤC LỤC

MỞ ĐẦU 1

1 Lý do chọn đề tài 1

2 Mục đích nghiên cứu 2

3 Đối tượng và phạm vi nghiên cứu 2

4 Phương pháp nghiên cứu 2

4.1 Phương pháp thu thập thông tin 2

4.2 Phương pháp nghiên cứu lý thuyết 2

4.3 Phương pháp phân tích đánh giá 2

4.4 Tham khảo ý kiến của giảng viên hướng dẫn 2

5 Ý nghĩa khoa học và tính thực tiễn của đề tài 2

6 Dự kiến kết quả đạt được 3

7 Cấu trúc luận văn 3

CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN 4

1.1 Xu hướng sử dụng nhiên liệu sạch cho phương tiện giao thông 4

1.1.1 Hoàn thiện động cơ diesel 4

1.1.2 Ôtô chạy bằng các loại nhiên liệu lỏng thay thế 4

1.1.3 Ô tô chạy bằng khí thiên nhiên 5

1.1.4 Ôtô chạy bằng khí dầu mỏ hóa lỏng LPG 5

1.1.5 Ô tô chạy bằng điện 6

1.1.6 Ô tô chạy bằng pin nhiên liệu 7

1.1.7 Ôtô hybrid 8

1.2 Tổng quan về xe điện cá nhân 8

1.2.1 Giới thiệu chung 8

1.2.2 Cấu hình của một số loại xe điện cá nhân 9

1.2.2.1 Cấu hình của ô tô điện 9

1.2.2.2 Cấu hình một số xe điện cỡ nhỏ 10

1.3 Nhu cầu sử dụng phương tiện giao thông cá nhân: 13

1.3.1 Phương tiện cá nhân 13

1.3.2 Các phương tiện công cộng 13

1.3.3 Các phương tiện dùng các lĩnh vực vui chơi giải trí, thể thao và du lịch 13

1.3.4 Các loại phương tiện phục vụ trong y tế 13

CHƯƠNG 2: CƠ SỞ LÝ THUYẾT 14

2.1 Phân tích động lực học xe điện cá nhân 14

2.1.1 Cơ sở lý thuyết 14

2.1.2 Trường hợp không tải 15

2.1.3 Trường hợp đầy tải 18

2.2 Lý thuyết về không gian riêng 19

2.2.1 Khái niệm không gian cá nhân 19

2.2.2 Nguyên lí TOF và cơ sở của việc đo khoảng cách bằng cảm biến siêu âm 21 2.3 Mô hình hóa và mô phỏng hệ thống an toàn cho xe điện cá nhân dựa vào không gian riêng: 22

2.3.1 Hệ thống hỗ trợ xe điện cá nhân 22

2.3.2 Phân tích hành vi của xe điện cá nhân vận hành trong khu vực người đi bộ23 2.3.3 iều kiện mô phỏng 27

2.3.4 Chỉ tiêu đánh giá 29

2.3.5 Kết quả và bàn luận 30

2.3.5.1 Xe điện và một người đi bộ 30

2.3.5.2 Xe điện và dòng người đi bộ 32

Kết luận chương 2 35

CHƯƠNG 3 PHÁT TRIỂN HỆ THỐNG AN TO N CHO XE IỆN CÁ NHÂN 36

3.1 Cấu trúc hệ thống an toàn xe điện cá nhân 36

3.1.1 Sơ đồ khối hệ thống an toàn 36

3.1.2 Chiến thuật điều khiển hệ thống an toàn 37

3.1.3 Thiết kế mạch điều khiển hệ thống an toàn 38

3.2 Cảm biến 40

3.2.1 Cảm biến góc lái 40

3.2.2 Cảm biến tay ga 41

3.2.3 Cảm biến tốc độ (Encoder) 42

3.2.4 Cảm biến siêu âm 44

3.3 Cơ cấu chấp hành 46

3.4 Bộ điều khiển trung tâm 49

3.5 Thuật toán điều khiển 57

3.6 Chương trình điều khiển 58

3.6.1 Chương trình nhận tín hiệu từ cảm biến khoảng cách 62

3.6.2 Chương trình nhận tín hiệu từ cảm biến góc lái 64

3.6.3 Chương trình nhận tín hiệu từ tay ga 65

3.6.4 Chương trình nhận tín hiệu từ cảm biến tốc độ 65

CHƯƠNG 4 KẾT QUẢ VÀ ĐÁNH GIÁ 68

1 Kết quả 68

2 Hướng phát triển đề tài 68

TÀI LIỆU THAM KHẢO 69

DANH MỤC HÌNH

Hình 1.6 Phương án thiết kế xe điện cân bằng một bánh 11

Hình 2.2 Sơ đồ phân bố tải trọng của xe điện không tải 17

Hình 2.8 Nguyên lý của hệ thống hỗ trợ an toàn cho xe điện 23 Hình 2.9 Mô hình tính toán của xe điện trong khu vực người đi

Hình 2.18 Hành vi của xe điện khi không có hệ thống hỗ trợ 30 Hình 2.19 Hành vi của xe điện khi không có hệ thống hỗ trợ 30

Hình 2.23 Hành vi của xe điện khi không có và có hệ thống hỗ trợ 33 Hình 2.24 Tỷ lệ chiếm chỗ trung bình theo mật độ người đi bộ 34

Hình 3.2 ồ thị mối quan hệ giữa chu kỳ cảnh báo và phần trăm

Hình 3.11 Sơ đồ nguyên lý hoạt động của cảm biến tốc độ 42

Hình 3.15 Lực tác dụng lên xe điện khi chuyển động tăng tốc trên

DANH MỤC BẢNG

Bảng 2.3 Thông số mô phỏng của người đi bộ và xe điện 28

Bảng 3.2 Thông số kỹ thuật của cảm biến siêu âm HY-SRF05 44

TÓM TẮT

Tên đề tài: “Nghiên cứu, thiết kế và chế tạo hệ thống an toàn trên xe điện cá nhân 4 bánh”

Học viên: Trần Phước Phú Chuyên ngành: Kỹ thuật cơ khí động lực

Mã số: 85.20.116 Khóa: K32 Trường ại học Bách khoa -

ại học à Nẵng

Tóm tắt: Trong những năm qua, xe điện cá nhân ngày càng được quan tâm trên

toàn thế giới do có nhiều ưu điểm như: thân thiện môi trường nhỏ gọn và tiện lợi

để sử dụng trong khu vực người đi bộ, sân bay, trường học Tuy nhiên, cần phải đảm bảo tính an toàn khi xe điện được sử dụng trong khu vực người đi bộ Nghiên cứu này phát triển hệ thống hỗ trợ an toàn cho xe điện cá nhân Hệ thống

hỗ trợ an toàn có thể xác định được vùng an toàn của người đi bộ xung quanh và báo cho người điều khiển xe biết, giúp vận hành xe một cách an toàn và thoải mái trong khu vực người đi bộ Kết quả mô phỏng và thử nghiệm cho thấy hiệu quả của hệ thống an toàn cũng được xác nhận rõ ràng và xe điện vận hành ổn định với tốc độ tối đa có thể lên đến 8 km/h và tải trọng có thể lên đến 150 kg

Từ khóa: Xe điện cá nhân, không gian riêng, người đi bộ, hệ thống giao thông

ABSTRACT Abstract: In recent year, personal mobility vehicles (PMVs) have increasingly

attracted research interest as new individual transportation vehicles that are environmentally-friendly, compact, and convenient to use in pedestrian areas such as sidewalks, campus and airport areas However, it is important to ensure the safety and comfort of pedestrians sharing space with PMVs This study proposed an assistance system for the vehicle that supports the driver in recognizing the psychological strain of surrounding pedestrians and informing the driver about the invasion of the PMV using a vibrator and indicator Furthermore, a simulation model considering the interaction between a PMV and pedestrianswas investigated Simulation results revealed that the invasion of

PS increases with increasing pedestrian density The experimental results revealed that the vehicle was operated stably at the maximum speed of 8 km/h and the maximum load of 150 kg, and the effectiveness of the assistance system was clearly confirmed

Key word: Personal electric vehicle, personal space, pedestrian, transportation

system

DANH MỤC CÁC KÝ HIỆU VÀ CHỮ VIẾT TẮT

F j [N] Lực quán tính của ô tô khi chuyển động

Z 1 , Z 2 [N] Phản lực tiếp tuyến của mặt đường tác dụng lên các bánh xe

L [m] Chiều dài cơ sở

a, b [m] Khoảng cách từ tâm đến trục bánh xe trước và bánh xe sau

h g [m] Tọa độ trọng tâm của xe theo chiều cao

inner [v/ph] Tốc độ quay bánh xe phía trong

outter [v/ph] Tốc độ quay bánh xe phía ngoài

 [v/ph] ộ chênh lệch tốc độ quay vòng của hai bánh xe

0 [v/ph] ộ chênh lệch tốc độ quay vòng ban đầu của bánh xe

0 [v/ph] Tốc độ ban đầu của bánh xe

K 0 [-] Hệ số góc quay ban đầu

K ps [-] Hệ só góc quay khi có hệ thống hỗ trợ lái

d [m] Quãng đường di chuyển của sóng âm

v [m/s] Vận tốc sóng âm trong không khí

t [s] Quãng thời gian truyền sóng

I [%] Phần trăm chiếm chỗ giữa xe điện và vùng không gian cá nhân

T [s] Chu kì cảnh báo

CW Clock Wise-Quay cùng chiều kim đồng hồ

CCW Counter Clock Wise- Quay ngược chiều kim đồng hồ

IC

Intergated Circuit- Là vi mạch tích hợp nhiều linh kiện điện tử như tụ điện, điện trở, transistor với số lượng lớn, ghép lại với nhau theo một mạch đã thiết kế sẵn

PWM Pulse Width Modulation- Phương pháp điều chỉnh điện áp ra

MỞ ĐẦU

1 LÝ DO CHỌN ĐỀ TÀI

Sự phát triển các phương tiện giao thông ở các khu vực trên thế giới nói chung không giống nhau, mỗi nước có một quy định riêng về khí thải của xe, nhưng đều có xu hướng là từng bước cải tiến cũng như chế tạo ra loại ôtô mà mức ô nhiễm là thấp nhất và giảm tối thiểu tiêu hao nhiên liệu iều đó càng cấp thiết khi mà nguồn tài nguyên dầu mỏ ngày càng cạn kiệt, dẫn đến giá dầu tăng cao mà nguồn thu nhập của người dân lại tăng không đáng kể

Các xe chạy bằng nhiên liệu diesel, xăng hoặc các nhiên liệu khác đều đang tràn ngập trên thị trường, gây ô nhiễm môi trường, làm cho bầu khí quyển ngày một xấu đi, hệ sinh thái thay đổi Vì thế việc tìm ra phương án để giảm thiểu lượng khí gây ô nhiễm môi trường là một vấn đề cần được quan tâm nhất hiện nay của ngành ôtô nói riêng và mọi người nói chung

Ôtô sạch không gây ô nhiễm (zero emission) là mục tiêu hướng tới của các nhà nghiên cứu và chế tạo ôtô ngày nay Có nhiều giải pháp đã được công

bố trong những năm gần đây như: hoàn thiện quá trình cháy của động cơ đốt trong, sử dụng các loại nhiên liệu không truyền thống cho ôtô như LPG, khí thiên nhiên, methanol, biodiesel, ôtô điện, ôtô dùng pin nhiên liệu, ôtô dùng năng lượng mặt trời, ôtô lai (hybrid)

Ngoài ra, một số khu vực hạn chế về không gian, nơi đỗ xe không thể sử dụng ô tô truyền thống để chạy như: khuôn viên các khu nghỉ dưỡng, bệnh viện, trường học Chính vì vậy, việc tìm ra phương án chế tạo xe điện cá nhân vận hành trong khu vực người đi bộ để đảm bảo tiện lợi, an toàn, giảm ô nhiễm môi trường, tiết kiệm nhiên liệu và dần xóa bỏ sự lệ thuộc của con người vào nguồn nhiên liệu từ dầu mỏ là một vấn đề thiết thực rất được quan tâm trong nhưng năm gần đây của người dân cũng như các nhà khoa học, các kĩ sư và các tập đoàn sản xuất ô tô, xe điện trên thế giới

Xe điện dùng trong khu vực đi bộ đối với nhiều quốc gia, trong đó có Việt Nam, vẫn là rất mới mẻ, thậm chí còn được hiểu mơ hồ Trong những năm gần đây, phương tiện giao thông cá nhân ngày càng được quan tâm và phát triển tại một số nơi trên thế giới như xe 1 bánh, xe 2 bánh tự cân bằng Tuy nhiên, các phương tiện giao thông cá nhân này không đảm bảo an toàn trong quá trình vận hành và gây nên sự không thoải mái cho người đi bộ xung quanh

Xuất phát từ những lý do trên, tác giả đã chọn đề tài “Nghiên cứu, thiết

kế chế tạo hệ thống an toàn trên xe điện cá nhân 4 bánh” làm đề tài nghiên

cứu của mình với mong muốn được phát triển hệ thống an toàn, thiết kế, tính toán và lắp ráp hoàn thiện sản phẩm xe điện cá nhân

2 MỤC ĐÍCH NGHIÊN CỨU

Mục đích nghiên cứu của đề tài là nghiên cứu tổng quan về xe điện và nội dung chính là nghiên cứu hệ thống an toàn trên xe điện cá nhân 4 bánh

3 ĐỐI TƯỢNG VÀ PHẠM VI NGHIÊN CỨU

- ối tượng nghiên cứu của đề tài là hệ thống an toàn trên xe điện cá nhân

- Phạm vi nghiên cứu của luận văn giới hạn ở các nội dung sau:

+ Nghiên cứu tổng quan về xe điện cá nhân;

+ Tính toán thiết kế hệ thống truyền động;

+ Nghiên cứu cơ bản về hệ thống điều khiển an toàn;

+ Nghiên cứu cơ sở thiết kế, chế tạo, lắp ráp hệ thống điều khiển an toàn trên xe điện cá nhân

4 PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU

4.1 Phương pháp thu thập thông tin

Tìm kiếm tài liệu, thu thập thông tin, dựa trên các công trình báo cáo khoa học đã công bố, tạp chí khoa học có uy tín Lấy các thông tin từ sách giáo khoa,

từ các hội thảo, hội nghị quốc gia, quốc tế và trên Internet liên quan đề tài

4.2 Phương pháp nghiên cứu lý thuyết

Phương pháp nghiên cứu trong luận văn là nghiên cứu lý thuyết Trên cơ

sở các tài liệu, các ứng dụng cụ thể hệ thống điều khiển an toàn trên các xe điện của một số hãng sản xuất, luận văn tập hợp, phân tích đánh giá để làm rõ các

vấn đề như:

- Cấu trúc của hệ thống an toàn cho xe điện vận hành trong khu vực người

đi bộ;

- Các giải pháp kỹ thuật và lựa chọn thông số trong thiết kế;

- Khả năng và phạm vi áp dụng hệ thống an toàn cho xe điện cá nhân ở Việt Nam

4.3 Phương pháp phân tích đánh giá

- ánh giá các kết quả nghiên cứu

- Xử lý tính toán số liệu thực nghiệm

4.4 Tham khảo ý kiến của giảng viên hướng dẫn

5 Ý NGHĨA KHOA HỌC VÀ TÍNH THỰC TIỄN CỦA ĐỀ TÀI

ề tài “Nghiên cứu, thiết kế chế tạo hệ thống an toàn trên xe điện cá

nhân 4 bánh” có ý nghĩa khoa học và thực tiễn như sau:

- Xe điện cá nhân vận hành đơn giản, tiết kiệm năng lượng, không gây ô nhiễm môi trường

- Xe điện cá nhân vận hành an toàn, tiện lợi trong các khu vực công cộng

và nơi có diện tích hạn chế

6 DỰ KIẾN KẾT QUẢ ĐẠT ĐƯỢC

Sản phẩm là một xe điện cá nhân 4 bánh được trang bị hệ thống an toàn

7 CẤU TRÚC LUẬN VĂN

Ngoài phần mở đầu và kết luận, luận văn “Nghiên cứu, thiết kế chế tạo hệ thống an toàn trên xe điện cá nhân 4 bánh” được trình bày trong 4

chương với cấu trúc như sau:

Chương 1 TỔNG QUAN

1.1 Xu hướng sử dụng nhiên liệu sạch cho phương tiện giao thông 1.2 Tổng quan về xe điện cá nhân

1.3 Nhu cầu sử dụng phương tiện giao thông cá nhân

Chương 2 CƠ SỞ LÝ THUYẾT

2.1 Phân tính động lực học cho xe điện cá nhân

2.2 Lý thuyết về không gian riêng

2.3 Mô hình hoá và mô phỏng hệ thống an toàn cho xe điện cá nhân dựa vào không gian riêng

3.4 Bộ điều khiển trung tâm

3.5 Thuật toán điều khiển

3.6 Chương trình điều khiển

3.7 Lắp đạt và thử nghiệm

Chương 4 KẾT QUẢ VÀ ĐÁNH GIÁ

CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN

1.1 Xu hướng sử dụng nhiên liệu sạch cho phương tiện giao thông

Sự phát triển các phương tiện giao thông ở các khu vực trên thế giới nói chung không giống nhau, mỗi nước có một quy định riêng về khí thải của xe, nhưng đều có xu hướng là từng bước cải tiến cũng như chế tạo ra loại ôtô mà mức ô nhiễm là thấp nhất và giảm tối thiểu sự tiêu hao nhiên liệu Mặt khác không những trong tương lai mà hiện nay nguồn tài nguyên dầu mỏ ngày càng cạn kiệt dẫn đến giá dầu tăng cao mà nguồn thu nhập của người dân lại tăng không đáng kể Ngày nay xe chạy bằng dầu diezel, xăng hoặc các nhiên liệu khác đều đang tràn ngập trên thị trường dẫn đến tình trạng ùn tắc giao thông, cũng như gây ô nhiễm môi trường, hệ sinh thái thay đổi dẫn đến hiệu ứng nhà kính nên nhiệt độ ngày một tăng làm những tảng băng ở Bắc cực, Nam cực cùng những nơi khác tan ra gây ra lũ lụt, sóng thần Vì thế, ôtô sạch không gây ô nhiễm (zero emission) là mục tiêu hướng tới của các nhà nghiên cứu và chế tạo ôtô ngày nay Có nhiều giải pháp đã được công bố trong những năm gần đây, tập trung là hoàn thiện quá trình cháy động cơ Diesel, sử dụng các loại nhiên liệu không truyền thống cho ôtô như LPG, khí thiên nhiên, methanol, biodiesel, điện, pin nhiên liệu, năng lượng mặt trời, ôtô lai (hybrid) Xu hướng phát triển ôtô

sạch có thể tổng hợp như sau:

1.1.1 Hoàn thiện động cơ diesel

Các kỹ thuật mới để hoàn thiện động cơ diesel đã cho phép nâng cao rõ rệt tính năng của nó bao gồm áp dụng hệ thống phun ray chung (common rail) điều khiển điện tử, lọc bồ hóng và xử lý khí trên đường xả bằng bộ xúc tác ba chức năng, hoặc nâng cao chất lượng nhiên liệu, sử dụng nhiên liệu diesel có hàm lượng lưu huỳnh cực thấp Việc dùng động cơ diesel sử dụng đồng thời nhiên liệu khí và nhiên liệu lỏng (dual fuel) cũng là một giải pháp nâng cao tính năng của động cơ diesel

1.1.2 Ôtô chạy bằng các loại nhiên liệu lỏng thay thế

Các loại nhiên liệu lỏng thay thế quan tâm hiện nay là cồn, colza … có nguồn gốc từ thực vật Do thành phần C trong nhiên liệu thấp nên quá trình cháy sinh

ra ít chất ô nhiễm có gốc carbon, đặc biệt là giảm CO2, chất khí gây hiệu ứng nhà kính Tuy nhiên giải pháp này có lợi ở những nơi mà nguồn nhiên liệu này dồi dào hoặc các loại nhiên liệu trên được chiết xuất từ các chất thải của quá trình sản xuất công nghiệp

Một loại nhiên liệu lỏng thay thế khác mới đây được công bố là Dimethyl ether (DME) được chế tạo từ khí thiên nhiên ây là loại nhiên liệu thay thế cực sạch có thể dùng cho động cơ diesel giống như LPG Thử nghiệm trên ôtô cho thấy, ôtô dùng DME có mức độ phát ô nhiễm thấp hơn nhiều so với tiêu chuẩn ôtô phát ô nhiễm cực thấp California ULEV Nếu việc sản xuất DME trên quy

mô công nghiệp thành hiện thực thì trong tương lai nó sẽ là nhiên liệu lỏng lý tưởng nhất vì khí thiên nhiên phân bố đều khắp trên trái đất và có trữ lượng tương đương dầu mỏ

1.1.3 Ô tô chạy bằng khí thiên nhiên

Sử dụng ôtô chạy bằng khí thiên nhiên là một chính sách rất hữu ích về năng lượng thay thế trong tương lai, đặc biệt về phương diện giảm ô nhiễm môi trường trong thành phố Một trong những khó khăn khiến cho nguồn năng lượng này chưa được áp dụng rộng rãi trên phương tiện vận tải là vấn đề lưu trữ khí thiên nhiên (dạng khí hay dạng lỏng) trên ôtô Ngày nay việc chế tạo bình chứa khí thiên nhiên đã được cải thiện nhiều cả về công nghệ lẫn vật liệu, chẳng hạn

sử dụng bình chứa composite gia cố bằng sợi carbon

1.1.4 Ôtô chạy bằng khí dầu mỏ hóa lỏng LPG

Hiện nay nhiều nước, nhiều khu vực trên thế giới xem việc sử dụng LPG trên ôtô chạy trong thành phố là giải pháp bảo vệ môi trường không khí hữu hiệu Người ta dự báo lượng LPG tiêu thụ cho giao thông vận tải sẽ gia tăng trong những năm tới do số lượng ôtô sử dụng nguồn năng lượng này gia tăng

Hình 1.1 Ô tô chạy bằng nhiên liệu sinh học

Khí dầu mỏ hóa lỏng LPG ngày càng trở nên là loại nhiên liệu ưa chuộng

để chạy ôtô Ngoài những đặc điểm nổi bật về giảm ô nhiễm môi trường nó còn

có lợi thế về sự thuận tiện trong chuyển đổi hệ thống nhiên liệu Việc chuyển đổi ôtô chạy bằng nhiên liệu lỏng sang dùng LPG có thể được thực hiện theo ba hướng: Sử dụng duy nhất nhiên liệu LPG, sử dụng hoặc xăng hoặc LPG, sử dụng đồng thời diesel và LPG (dual fuel) Việc tạo hỗn hợp LPG không khí có thể thực hiện bằng bộ chế hòa khí kiểu Venturie thông thường hay phun LPG trên đường nạp Những hệ thống phun mới đang được nghiên cứu phát triển là phun LPG dạng lỏng trong buồng cháy để tăng tính năng công tác của loại động

cơ này Cũng như các loại nhiên liệu khí khác, việc lưu trữ LPG trên ôtô là vấn

đề gây nhiều khó khăn nhất mặc dù áp suất hóa lỏng của LPG thấp hơn rất nhiều

so với khí thiên nhiên hay các loại khí khác Các loại bình chứa nhiên liệu LPG cũng được cải tiến nhiều nhờ vật liệu và công nghệ mới

1.1.5 Ô tô chạy bằng điện

Nếu như sự thâm nhập những ôtô chạy bằng điện vào cuộc sống của nhân loại thay các loại ôtô chạy bằng động cơ nhiệt thì các loại động cơ nhiệt được xử

lý ô nhiễm triệt để với những thành tựu công nghệ hiện đại, dĩ nhiên bị biến mất

vì thế mức độ có lợi về mặt ô nhiễm khi dùng động cơ điện sẽ không đáng kể, chắc chắn ít có lợi hơn khi thay ô tô cũ bằng ô tô mới dùng động cơ nhiệt hoàn

thiện triệt để về mặt ô nhiễm

Về mặt xã hội ô tô chạy điện trong giai đoạn đầu sẽ có ảnh hưởng quan trọng đến vấn đề tâm lý xã hội Sự hạn chế tính năng kỹ thuật cũng như bán kính hoạt động của ôtô, trở ngại trong vấn đề nạp điện, khả năng sử dụng các dịch vụ

tự phục vụ sẽ góp phần làm thay đổi thói quen của người dùng và dần dần làm thay đổi cách sống Mặt khác khi chuyển ôtô chạy bằng nhiên liệu truyền thống sang ôtô chạy bằng điện hoàn toàn sẽ gây ra trở ngại về mặt bố trí các trạm nạp điện cho ăcquy

Tuy nhiên những lợi ích mà xe chạy bằng điện mang lại cho xã hội là không nhỏ Vì vậy ô tô chạy bằng điện chắc chắn vẫn là sự lựa chọn số một của nhân loại vào những năm tới của thế kỷ 21 mà sự phát triển của nó đi theo những sự cải tiến, hoàn thiện hay phát minh quan trọng về công nghệ nhưng hiện tại sự phát triển của ô tô này cũng không cho phép giải quyết một cách nhanh chóng vấn đề ô nhiễm môi trường đô thị vì không thể xây dựng toàn bộ

cơ cấu hạ tầng cơ sở phục vụ trong một thời gian ngắn

1.1.6 Ô tô chạy bằng pin nhiên liệu

Một trong những giải pháp của nguồn năng lượng sạch cung cấp cho ôtô trong tương lai là pin nhiên liệu Pin nhiên liệu là hệ thống điện hóa biến đổi trực tiếp hóa năng trong nhiên liệu thành điện năng Pin nhiên liệu trước đây chỉ được nghiên cứu để cung cấp điện cho các con tàu không gian nhưng ngày nay pin nhiên liệu đã bước vào giai đoạn thương mại hóa để cung cấp năng lượng cho ôtô Do không có quá trình cháy xảy ra nên sản phẩm hoạt động của pin nhiên liệu là điện, nhiệt và hơi nước Vì vậy, có thể nói ôtô hoạt động bằng pin nhiên liệu là ôtô sạch tuyệt đối theo nghĩa phát thải chất ô nhiễm trong khí xả Ôtô chạy bằng pin nhiên liệu không nạp điện mà chỉ nạp nhiên liệu hydrogen Khó khăn vì vậy liên quan đến lưu trữ hydro dưới áp suất cao

Nhiều nghiên cứu đề nghị điều chế hydro ngay trên xe để sử dụng cho pin nhiên liệu nhưng hệ thống như vậy rất cồng kềnh và phức tạp Tuy nhiên ngày nay người ta đã thành công trong chế tạo các loại pin nhiên liệu có hiệu suất cao

và giá thành phù hợp nhưng việc áp dụng phương án này trên xe vẫn còn xa so với hiện thực vì so với các phương án làm giảm ô nhiễm khác, pin nhiên liệu chạy ôtô vẫn còn là loại nhiên liệu “xa xỉ” và “cao cấp”

Ngày nay người ta thấy rằng nếu sử dụng pin nhiên liệu để chạy ôtô thì giá thành đắt hơn chạy bằng diesel khoảng 30%

Hình 1 2 Ô tô chạy bằng điện

1.1.7 Ôtô hybrid

Xuất hiện từ đầu những năm 1990 và cho đến nay, ôtô hybrid đã luôn được nghiên cứu và phát triển như là một giải pháp hiệu quả về tính kinh tế và môi trường

Trong thời gian gần đây, các nhà sản xuất ô tô hàng đầu trên thế giới như Toyota, Honda… đã tung ra thị trường những thế hệ ô tô mới có hiệu suất cao

và giảm đáng kể lượng chất thải gây ô nhiểm môi trường được gọi là “ô tô lai” (Hybrid - Car).Có thể nói, công nghệ lai là chìa khoá mở cánh cửa tiến vào kỷ nguyên mới của những chiếc ô tô, đó là ô tô không gây ô nhiễm môi trường hay còn gọi là ô tô sinh thái (the ultimate eco-car)

1.2 Tổng quan về xe điện cá nhân

1.2.1 Giới thiệu chung

Xe điện sử dụng một động cơ điện cho lực kéo: acquy, pin nhiên liệu cung cấp nguồn năng lượng tương ứng cho động cơ điện Xe điện có nhiều ưu điểm hơn các loại phương tiện sử dụng động cơ đốt trong, chẳng hạn như không phát thải khí ô nhiễm, hiệu suất cao, độc lập với nguồn năng lượng từ dầu mỏ, yên tĩnh, không gây ồn Các nguyên tắt hoạt động cơ bản giữa xe điện và phương tiện sử dụng động cơ đốt trong tương tự nhau Tuy nhiên, một số khác biệt giữa phương tiện sử dụng động cơ đốt trong và xe điện, chẳng hạn như sử dụng một bồn chứa xăng so với nguồn pin, động cơ đốt trong so với động cơ điện, và khác nhau về yêu cầu truyền dẫn, các hệ thống trên xe như hệ thống lái,

hệ thống dẫn động, hệ thống treo

Hình 1 3 Ô tô Hybrid

1.2.2 Cấu hình của một số loại xe điện cá nhân

Trước đây, các xe điện chủ yếu được chuyển đổi từ các ô tô thông thường bằng cách thay thế động cơ đốt trong và thùng nhiên liệu với một động cơ điện

và pin trong khi giữ lại tất cả các thành phần khác Nhược điểm như: khối lượng lớn, tính linh hoạt và hiệu suất thất là những nguyên nhân làm cho xe điện khó

áp dụng rộng rãi

Hiện nay, ô tô hiện đại được tạo ra có chủ ý dựa vào nguyên bản của thân

và khung sườn được thiết kế riêng iều này đáp ứng các yêu cầu về cấu trúc duy nhất cho ô tô và làm cho các nguồn động lực đẩy bằng điện được sử dụng linh hoạt hơn Một ô tô điện cơ bản bao gồm ba hệ thống chủ yếu: Hệ động lực điện, hệ thống năng lượng, và hệ thống phụ trợ

Hệ động lực điện bao gồm: Hệ thống điều khiển xe, bộ chuyển đổi điện, các động cơ điện, truyền động cơ khí, và bánh chủ động

Hệ thống năng lượng bao gồm nguồn năng lượng bộ phận quản lý năng lượng, và bộ phận tiếp năng lượng điện Hệ thống phụ trợ bao gồm trợ lực lái, điều hòa, nguồn cung cấp năng lượng phụ trợ

Hình 1.4 Ô tô điện cổ điển

Hình 1 5 Ô tô hiện đại

Dựa trên các yếu tố đầu vào điều khiển từ chân ga và bàn đạp phanh, hệ thống điều khiển xe cung cấp tín hiệu điện thích hợp cho bộ chuyển đổi năng lượng điện có chức năng điều chỉnh dòng điện giữa điện động cơ và nguồn năng lượng Những nguồn năng lượng được tái sinh trong quá trình phanh có thể được nạp vào nguồn năng lượng chính Hầu hết pin EV dễ dàng có khả năng tiếp nhận nguồn năng lượng tái sinh này

Xe đạp điện, xe máy điện: Xe đạp điện được thiết kế dựa trên cấu tạo của một chiếc xe đạp thông thường, có gắng thêm hệ thống điện, Acquy và bộ điều khiển Một xe đạp điện hiện hành cấu tạp từ 4 bộ phận chính sau :

Bộ chuyển đổi điện

Tín hiệu

điện

Truyền động

cơ khí

Quản lý năng lượng

Nguồn năng lượng

Sạc ăcquy

Nguồn năng lượng phụ

iều hòa không khí

Trợ lực lái

Phanh

Chân ga

Bộ chuyển

đổi điện

ộng cơ xe đạp điện : ộng cơ xe đạp điện gồm có 2 loại, đó là động cơ có chổi

than (DC) và động cơ không có chổi than (BLDC)

Hệ thống điều khiển : Tay ga điều khiển được thiết kế giống như tay cầm như

các dòng xe gắn máy thông thường Và hệ thống các bo mạch điều khiển giúp

chuyển đổi từ điều khiển của người lái thành các tín hiểu điện và tạo dòng điện

phù hợp đưa tới động cơ, nhờ đó ta có thể tùy chỉnh tốc độ nhanh chậm cho xe,

điều khiển phanh và bật tắt các tín hiệu đèn báo trên xe

Acquy hoặc pin : Pin hoăc Acquy là nguồn cung cấp điện cho xe hoạt động Pin

lithium – ion là loại phổ biến nhất và được sử dụng rộng rãi vì tính năng ưu việt,

loại pin này thiết kế theo công nghệ Nhật Bản có thể đi được quảng đường dài ừ

70 km đến 100 km ối với xe sử dụng acquy, thì mỗi dòng xe có thiết kế số

lượng acquy khác nhau tùy thuộc vào điện áp của động cơ mà xe sử dụng

Quãng đường đi được có thể đạt tới 80 km đến 100 km cho một lần sạc

Xe điện cá nhân tự cân bằng 1 bánh hoặc 2 bánh: ây là loại xe mang tính

cách mạng trong giao thông mang lại thuận tiện nhất định cho con người khi di

chuyển thường xuyên ở quảng đường ngắn, bằng phẳng như sân bay, nhà xưởng,

khu sinh thái… nhưng hệ thống điều khiển của nó vẫn chưa ổn định, khó điều

khiển

Hình 1 6 Phương án thiết kế xe điện cân bằng một bánh

1 – Cần tựa điều khiển ; 2 – Thân + bộ điều khiển & Acquy ;

3 – ộng cơ điện BLDC liền bánh xe ; 4 – Tựa để chân

Cấu tạo chung của loại xe này gồm các bộ phận chính sau:

Bộ cảm biến trên bánh xe (đông cơ điện BLDC đặt bên trong bánh xe): Bên trong bánh xe của xe điện là nơi đặt động cơ điện, ở đây cũng được tích hợp một số cảm biến độ nghiêng và tốc độ iều này giúp người sử dụng luôn điều khiển được tốc độ của xe

Con quay hồi chuyển và bo mạch kiểm soát: Con quay hồi chuyển và bo mạch kiểm soát của xe chịu trách nhiệm kiểm soát và nhận và xử lý các thông số

về tốc độ và độ nghiêng từ các cảm biển trong bánh xe rồi sau đó chuyển về bo mạch chính Bo mạch chính xử lý số liệu gửi về từ đó duy truy được trạng thái cân bằng của xe

Pin: Pin là bộ phận cung cấp điện cho xe, giúp cho xe có thể vận hành Hiện nay loại xe điện cá nhân đang được nghiên cứu phát triển mạnh mẽ với những cải tiến mới với nhưng tính năng ưu việt hơn như thân thiện với môi trường, nhỏ gọn thuận tiện, ổn định an toàn, phù hợp với mọi lứa tuổi, xe điện cho người tàn tật ã có rất loại xe với mẫu mã đẹp, xe vận hành ổn định và an toàn như Honda U3-X, Segway (USA), Toyota Winglet, Toyota i – ROAD, …

Toyota Winglet

Hình 1 7 Một số xe điện cá nhân hiện nay

1.3 Nhu cầu sử dụng phương tiện giao thông cá nhân:

Xe điện là loại phương tiện giao thông đã có từ rất lâu của thế kỷ trước, và được sử dụng rộng rãi trên toàn thế giới trong nhiều loại phương tiện ặt biệt ngày nay, xe điện không còn đơn thuần là xe điện công cộng và tàu điện như thế

kỷ trước nữa Ngày nay, việc đối diện với ô nhiễm môi trường và nguồn nhiên liệu hóa thạch ngày càng cạn kiệt thì xe điện đã được ứng dụng trên nhiều loại phương tiện, các phương tiện này dùng động cơ điện để dần thay thế phương tiện sử dụng động cơ đốt trong ( ICE) Có thể liệt kê một số loại xe điện theo lĩnh vực và theo cách sử dụng của chúng như sau:

1.3.1 Phương tiện cá nhân

 Xe ô tô điện : xe điện sử dụng nguồn điện acqui, pin, dùng năng lượng mặt trời Các loại xe này được ứng dụng trên ô tô cá nhân, ô tô tải

 Xe máy điện và xe đạp điện: là phương tiện được nhiều người ưa thích, và được phát triển mạnh mẽ thơi gian gần đây

1.3.2 Các phương tiện công cộng

 Tàu điện cao tốc : tàu điện được ứng dụng từ rất lâu là loại phương tiện dùng chở khách trong thành phố và khá phổ biến ở các nước phát triển trên thế giới

 Xe buýt điện: là loại xe khá phổ biến trong các thành phố lớn trên thế giới

1.3.3 Các phương tiện dùng các lĩnh vực vui chơi giải trí, thể thao và du lịch

 Xe điện dùng trong công viên, khu vui chơi giải trí là loại xe điện dùng chuyên chở hành khách Các loại tàu điện cao tốc, cảm giác mạnh trong công viên

 Loại xe điện dùng trong thể thao: phục vụ các mục đích khác nhau, như trong lĩnh vực Golf…

1.3.4 Các loại phương tiện phục vụ trong y tế

Xe điện sẽ được sử dụng trong các bệnh viên vận chuyển nhanh chóng bệnh nhân cũng như các y bác sĩ để kịp thời cứu chữa bệnh nhân, đây là một hướng mới của đề tài Tuy nhiên để có thể áp dụng hợp lí có hiệu quả cần nghiên cứu thay đổi kết cấu, bố trí lại các trang thiết bị để phù hợp với điều kiện

sử dụng trong y tế

CHƯƠNG 2: CƠ SỞ LÝ THUYẾT 2.1 Phân tích động lực học xe điện cá nhân

Sự phân bố trọng lượng lên các trục của xe thiết kế khi không tải và khi có tải được xác định trên cơ sở giá trị các thành phần trọng lượng và vị trí tác dụng của chúng lên các trục của xe điện

2.1.1 Cơ sở lý thuyết

 Tọa độ trọng tâm của xe điện thiết kế theo chiều dọc :

a: khoảng cách từ trọng tâm ô tô đến cầu trước b: khoảng cách từ trọng tâm ô tô đến cầu sau

 Tọa độ trọng tâm của xe theo chiều cao hg :

Căn cứ vào giá trị các thành phần trọng lượng và tọa độ trọng tâm của chúng, ta xác định tọa độ trọng tâm của xe theo công thức [1]:

m

i i i

G

l G a

1

1 ) (

m

i i i

G

h G h

1

1 ) (

Bỏ qua trọng lượng của khối mạch điều khiển

 Phân bố trọng lượng lên các cầu:

b G

2.1.2 Trường hợp không tải

Hình chiếu đứng xe điện cá nhân 4 bánh

Ta có bảng số liệu sau :

Bảng 2 1 Phân bố trong lƣợng xe điện khi không tải

STT Tên gọi Trọng lƣợng li(mm

G : Trọng lượng xe khi không tải

Gn : Trọng lượng người điều khiển (1 người)

2.2 Lý thuyết về không gian riêng

Vấn đề quan trọng của việc điều khiển hệ thống an toàn trên xe là việc xác định được vùng không gian cá nhân, để biết xe đã tiến vào vùng không gian này hay chưa phải xác định được khoảng cách từ xe đến người phía trước Khoảng cách sẽ được tính toán nhờ cảm biến siêu âm dựa trên nguyên lí TOF

2.2.1 Khái niệm không gian cá nhân

Không gian cá nhân là khu vực xung quanh một cá nhân coi nó là của mình một cách vô thức Hầu hết mọi người đánh giá cao không gian cá nhân của mình

và cảm thấy không thoải mái, tức giận hoặc lo lắng khi không gian cá nhân của

họ bị xâm lấn Về tâm lý học, mọi người cảm thấy sợ hãi và khó chịu khi không gian cá nhân của họ bị xâm chiếm Do đó cần phải xem xét tác động tâm lý do

xe điện cá nhân gây ra khi nó di chuyển trong khu vực có người Từ đó thiết kế

hệ thống an toàn có thể cảnh báo và giúp xe thoát nhanh khỏi vùng không gian

cá nhân

Khái niệm về không gian cá nhân (PS) được đề xuất bởi Edward T Hall vào năm 1996, PS là không gian xung quanh một người nào đó mà họ sẽ cảm thấy không thoải mái nếu bị xâm phạm bởi người khác Trong những năm gần đây, có nhiều nghiên cứu về không gian cá nhân và các yếu tố ảnh hướng đến tâm lý của người đi bộ Sakuma đã đề xuất mô hình mô phỏng về hành vi của

người đi bộ trong đám đông [9] Gonrini đã nghiên cứu về không gian cá nhân trong điều kiện tĩnh [10] Kamide đã đánh giá không gian cá nhân của một người đối diện với robot [11] TS Phạm Quốc Thái và các cộng sự đã đề phát triển hệ thống hỗ trợ lái cho xe điện cá nhân và phân tích ảnh hưởng của hệ thống trong khu vực người đi bộ [12][14]; nhóm nghiên cứu cũng đã đề xuất hình dạng của

PS như hình 2.4 Trong đó, không gian cá nhân phía trước (Front PS) và phía bên (side PS) là khoảng cách đối diện và phía bên giữa 2 người, được đo khi một người bắt đầu tránh người kia, được minh họa như trên hình 2.5 và 2.6

l f

l s

Người đi bộ

Hướng di chuyển

Không gian riêng

Hình 2.4 Minh họa về không gian cá nhân

Hình 2.5 Không gian riêng phía trước của người đi bộ

2.2.2 Nguyên lí TOF và cơ sở của việc đo khoảng cách bằng cảm biến siêu âm

2.2.2.1 Nguyên lí TOF

Nguyên lí TOF (time of flight) là nguyên lí đo khoảng cách bằng thời gian truyền của sóng Phương pháp này được đặc biệt sử dụng với các thiết bị sử dụng sóng siêu âm do vận tốc di chuyển của sóng trong không khí và trong các vật liệu khác tương đối chậm và người ta có thể đo được khoảng cách với sai số nhỏ

2.2.2.2 Cơ sở lý thuyết

Sóng siêu âm được truyền đi trong không khí với vận tốc khoảng 343[m/s] Nếu một cảm biến phát ra sóng siêu âm và thu về các sóng phản xạ đồng thời, đo được khoảng thời gian từ lúc phát đi tới thu về, thì ta có thể tính toán được quãng đường mà sóng đã di chuyển trong không gian Quãng đường

di chuyển của sóng sẽ bằng 2 lần khoảng cách từ cảm biến tới chướng ngại vật, theo hướng phát của sóng siêu âm Hay khoảng cách từ cảm biến tới chướng ngại vật sẽ được tính theo nguyên lý TOF:

2

t

Khoảng cách từ thiết bị phát đến chướng ngại vật được tính bằng vận tốc của sóng trong môi trường tương ứng nhân với một nửa thời gian truyền của sóng

Hình 2.6 Không gian riêng phía bên của người đi bộ

2.3 Mô hình hóa và mô phỏng hệ thống an toàn cho xe điện cá nhân dựa vào không gian riêng:

2.3.1 Hệ thống hỗ trợ xe điện cá nhân

Hệ thống hỗ trợ an toàn xe điện cá nhân được mô tả như trên hình 2.8 Hệ thống hỗ trợ sẽ dò sự hiện diện của người đi bộ xung quanh và tính toán không gian riêng của xe điện và người đi bộ dựa vào các tín hiệu như: khoảng cách và tốc độ Khi xe điện đi vào vùng không gian riêng của người đi bộ, hệ thống sẽ báo cho người điều khiển xe điện biết về sự chiếm chỗ Người lái xe sẽ nhận biết và giảm tốc và tránh người đi bộ (semi-active assistance system) hoặc xe điện sẽ tự động giảm tốc và tránh người đi bộ (active assistance system)

Hình 2.7 Sơ đồ tính khoảng cách tới vật cản

2.3.2 Phân tích hành vi của xe điện cá nhân vận hành trong khu vực người đi bộ

Mô hình hành vi của xe điện được xây dựng dựa trên khái niệm không gian riêng ể hiểu rõ hiệu quả của hệ thống hỗ trợ xe điện cá nhân, tác giả phân tích

mô hình của xe điện vận hành trong khu vực người đi bộ, trong 2 trường hợp có

và không có hệ thống hỗ trợ an toàn

Vị trí của xe điện và người đi bộ có thể được xác định như sau ([15]):

(1) Nhận biết có người đi bộ

PS của người đi bộ

(2) ánh giá trạng thái của người đi bộ

(3) Xác định điều kiện của người đi bộ

Hình 2.8 Nguyên lý của hệ thống hỗ trợ an toàn cho xe điện

Hình 2.9 Mô hình tính toán của xe điện trong khu vực người đi bộ

Xe điện i

l fi (t)

l si (t)

l fk (t) l sk (t)

Không gian riêng của người đi bộ k (S PSk (t)) được xác định như sau

1 )

(

)) ( ( )) ( (

)), ( (

1 ) (

)) ( ( ) (

)) ( (

, )

(

2

2 2

2 2 2

2

t x x

t l

t y y t x x

t x x

t l

t y y t

l

t x x

y x t

S

k sk

k k

k

sk k fk

1 )

(

)) ( ( )) ( (

)), ( (

1 ) (

)) ( ( ) (

)) ( (

, )

(

2

2 2

2 2

2 2

t x x

t l

t y y t x x

t x x

t l

t y y t

l

t x x

y x t

S

i si

i i

i

si i

fi i

PSi

Trong biểu thức trên, l fi (t), l si (t), l fk (t) và l sk (t) tương ứng là không gian riêng

phía trước và phía bên của xe điện và người đi bộ

Không gian riêng của xe điện i bị chiếm chỗ bởi người đi bộ k khi (x k (t),

y k (t)) S PSi (t), và không gian riêng của người đi bộ k bị chiếm chỗ bởi xe điện i khi (x i (t), y i (t))S PSk (t)

2.3.2.1 Phân tích hành vi của xe điện khi không có hệ thống hỗ trợ

Mô hình hành vi của xe điện không có hệ thống hỗ trợ chỉ dựa vào không gian riêng của xe điện Hình 2.10 mô tả lưu đồ thuật toán của mô hình hành vi của xe điện khi không có hệ thống hỗ trợ

Ban đầu xe điện di chuyển về phía dòng người đi bộ, khi người đi bộ đi vào trường quan sát của người điều khiển xe, người điều khiển sẽ đánh giá người đi

bộ có vào trong không gian riêng của xe hay không Nếu người đi bộ vào không gian riêng của xe (được xác định bởi biểu thức (2.6)), quá trình tránh sẽ được tiến hành Ngược lại, xe sẽ tiếp tục đi thẳng Trong suốt quá trình tránh, góc và hướng tránh của xe phụ thuộc vào khoảng cách và vị trí giữa xe và người đi bộ Hình 2.11 mô tả hành vi tránh người đi bộ của xe điện trong trường hợp không có hệ thống hỗ trợ Khi không có hệ thống hỗ trợ, người lái xe sẽ điều khiển xe sẽ tránh người đi bộ khi người đi bộ đi vào không gian riêng của xe điện, trong khí đó xe điện đã đi vào không gian riêng của người đi bộ iều này

sẽ tạo ra cảm giác không thoải mái cho người đi bộ

Hình 2.10 Lưu đồ thuật toán hành vi của xe điện khi không có hệ thống hỗ trợ

Hình 2.11 Hành vi của xe điện khi không có hệ thống hỗ trợ

PS của xe điện

PS của người đi bộ

2.3.2.2 Phân tích hành vi của xe điện khi có hệ thống hỗ trợ

ể giảm mức độ không thoải mái của người đi bộ, hệ thống hỗ trợ xe điện dựa vào không gian riêng được đề xuất Hình 2.12 mô tả lưu đồ thuật toán của

mô hình hành vi của xe điện khi được trang bị hệ thống hỗ trợ Khi người đi bộ

đi vào không gia riêng của xe điện (được xác định bởi biểu thức (2.6)) hoặc khi

xe điện chiếm không gian riêng của người đi bộ (được xác định bởi biểu thức (2.5), hệ thống hỗ trợ sẽ báo cho người lái xe, người lái xe sẽ điều khiển giảm tốc độ xe và tránh người đi bộ

Nhờ vào việc xem xét cả hai không gian riêng của xe điện và của người đi

bộ, xe điện sẽ giảm tốc và hỗ trợ việc tránh người đi bộ thoát ra khỏi không gian riêng nhanh hơn ngay khi việc chiếm không gian riêng xảy ra iều này tạo ra cảm giác an toàn và thoải mái hơn cho người khi bộ

Hình 2.12 Lưu đồ thuật toán hành vi của xe điện khi không có

đi bộ úng

úng

Xe điện giảm tốc độ

Xe và người đi bộ đi thẳng Xác định không gian riêng của xe và người đi bộ

Xe điện giảm tốc độ Khởi tạo

Xe điện tránh người đi bộ

Xe điện tránh người đi bộ

Hành vi của người đi bộ phụ thuộc vào không gia riêng Người đi bộ sẽ tránh xe điện khi xe điện đi vào không gian riêng của họ (được xác định bởi biểu thức (2.5) Ngoài ra, để nhận ra xe điện với người đi bộ, trong mô phỏng này, giá trị góc tránh của người đi bộ được thiết lập nhỏ hơn góc tránh của xe điện

Do đó, trong mô phỏng, hướng của không gian riêng được giả định không thay đổi trong suốt quá trình tránh

2.3.3 Điều kiện mô phỏng

Mô phỏng được thực hiện trong điều kiện xe điện vận hành trong khu vực người đi bộ với mật độ 0.1, 0.2, 0.3, 0.4 và 0.5 người/m2

, và trong điều kiện bề rộng của đường thay đổi Ảnh hưởng của hệ thống hỗ trợ an toàn được phân tích Ngoài ra, trong mô phỏng này, giả thuyết rằng không xét đến thời gian trễ, nghĩa là xe điện được trang bị hệ thống hỗ trợ sẽ giảm tốc độ và tránh người đi

bộ ngay khi nhận ra tín hiệu bị chiếm chỗ Hình 2.14 mô tả vị trí của người đi bộ

và xe điện trong mô phỏng Thông số đầu vào cho mô phỏng được trình bày trong bảng 2.3

Xe điện

Khu vực người đi bộ

Hình 2.14 Sơ đồ bố trí mô phỏng

B ẢNG 2.3 T HÔNG SỐ MÔ PHỎNG CỦA NGƯỜI ĐI BỘ VÀ XE ĐIỆN

Trong đó, l F và l S tương ứng là không gian riêng phía trước và phía bên của

người đi bộ, và v là tốc độ của xe điện Kết quả này là thông số đầu vào của hệ

thống hỗ trợ trong mô phỏng

2.3.4 Chỉ tiêu đánh giá

ể đánh giá ảnh hưởng của xe điện đối với người đi bộ, tỷ lệ chiếm chỗ

và thời gian băng qua được sử dụng [8], Tỷ lệ chiếm chỗ là chỉ số vật lý chỉ mức độ mà không gian riêng của người đi bộ bị xâm chiếm, như được mô tả như

trong hình 2.17 Tỷ lệ chiếm chỗ (I) được xác định như sau:

% 100

c



 0

) (

Trong đó, I(t)là giá trị tỷ lệ chiếm chỗ tức thời Tỷ lệ chiếm chỗ trung bình của

N người đi bộ được xác định như sau:

Hình 2.16 Quan hệ giữa không gian riêng phía bên của

người đi bộ và tốc độ của xe điện

0 0,2 0,4 0,6 0,8 1