Xe đạp điện tự thăng bằng.

E-mail | Bản in | Lưu xem sau

Như những đứa bé năm tuổi biết, việc giữ thăng bằng trên xe đạp thì không dễ dàng như là chúng ta hình dung. Nhưng, theo các kỹ sư cho biết thì, việc làm cho một chiếc xe đạp tự giữ thăng bằng mà không có người lái thậm chí còn khó hơn nhiều.

Mặc dù đứng trước nhiều thách thức, các kỹ sư từ đại học Keio tại Yakohama, Nhật Bản, đang nghiên cứu phát triển một chiếc xe đạp điện tự giữ thăng bằng. Một chiếc xe đạp có thể tự đứng thẳng trong khi đang được lái bởi những động cơ điện. Mục đích sau cùng của họ là tạo ra một xe đạp chạy tốt và tinh vi có thể dùng như một sự thay thế tiện lợi cho một xe hơi nhỏ.  

 Yasuhito Tanaka và Toshiyuki Murakami, cùng với khoa thiết kế tại đại học Keio, sẽ công bố nghiên cứu vào số báo sắp tới của IEEE Transactions on Industrial Electronics.   

Murakami cho Physorg.com biết “Chiếc xe đạp là một phương tiện tiện lợi, an toàn. Đặc biệt, xe đạp là một phương tiện thuận tiện và có ích như là một hoạt động dành cho người lớn tuổi. Tuy nhiên, nhiều tai nạn té xe xảy ra ở người già và thật là hữu ích khi tạo ra một xe đạp an toàn hơn”.

Là một bước để tiến tới mục đích đặt ra, các nhà nghiên cứu đã thiết kế ra một chiếc xe đạp điện có thể duy trì được thăng bằng và đi theo đường thẳng. Trong các mô phỏng và thí nghiệm, họ đã kiểm tra ba phương pháp khác nhau có thể kết hợp được kiểm soát thăng bằng và kiểm soát về đường đi cong. Các nhà nghiên cứu thấy rằng sự kết hợp của “bộ điều chỉnh tư thế” (đối với sự thăng bằng) và “bộ điều chỉnh chức năng lái” (đối với đường đi cong) có thể khiến xe đạp tự lái liên tục.  

Trong thiết kế thử nghiệm, một chiếc xe đạp truyền thống được đặt trên ba trục lăn- hai trục lăn ở dưới bánh sau và một trục lăn ở dưới bánh trước. Khi trục lăn đằng sau quay, trục lăn đằng trước quay thông qua một thanh kim loại. Hai động cơ điều khiển chuyển động của xe đạp-động cơ trên tay lái điều khiển việc lái xe. Và động cơ phía sau lái bánh sau với tốc độ trung bình 2,5 met trên 1 giây.

Để kiểm soát tư thế và sự thăng bằng của xe đạp, các kỹ sư đã nối một điôt phát sáng đằng sau xe và sử dụng một máy camera để sau xe đạp để điều chỉnh sự chuyển động của điôt đó. Một bộ cảm ứng con quay hồi chuyển nối vào xe đạp cũng theo dõi những thay đổi của hướng xe đi.

 Các nhà nghiên cứu có thể điều khiển được xe đạp vào lúc dùng những phản hồi từ các bộ cảm biến này với một hệ điều hành thời gian thực- real-time linux. Như các nhà nghiên cứu giải thích, những điều chỉnh về gia tốc (động cơ sau) và việc lái xe (động cơ phía trước) thì không phức tạp bởi vì phản hồi có thể được hiểu để có được ý nghĩa vật lý rõ ràng. Hệ thống điều chỉnh sau đó tính toán những điều chỉnh động cơ cần thiết.

 Murakami giải thích “Bởi vì phản ứng tư thế của xe đạp thì mang tính bị động, nên không thể điều khiển trực tiếp. Do đó, cần phải làm bộ điều khiển thăng bằng một cách gián tiếp bằng cách dùng bộ điều khiển cho việc lái. Đây là một lý do tại sao sự ổn định của xe đạp lại khó như thế". 

 Trong khi phương pháp ổn định tối ưu có thể cho phép xe đạp chạy trên một đường thẳng trên các trục lăn, thì những phương pháp khác có thể giúp ổn định tư thế của xe, nhưng có những vấn đề về tư thế khiến cho xe đạp không đi theo đường thẳng.

Một giải pháp để đạt được những kết quả này là phát triển một mô hình động lực học được đơn giản hoá cho một chiếc xe đạp. Đây là một sự cải tiến của mẫu động lực học Sharp được nghiên cứu rộng và phức tạp hơn của R.S Sharp vào 1971. Phiên bản được đơn giản hoá của các nhà nghiên cứu cho phép họ tạo ra một bộ điều chỉnh xe đạp mà kết hợp điều chỉnh sự ổn định và đường đi.

Nhóm nghiên cứu lập kế hoạch cải tiến mẫu để phù hợp với các loại đường và đặc tính của lốp xe, là những điểm không được tính đến trong nghiên cứu này. Bằng việc chứng thực được khả năng có thể giữ thăng bằng ở xe đạp mà không có người lái, các nhà nghiên cứu hy vọng sẽ tiếp tục tạo ra các xe đạp tinh vi và an toàn hơn nữa. 

Murakami cho biết “Mục đích cuối cùng của chúng tôi là giữ thăng bằng cho xe đạp ở tốc độ là 0. Nhiều tai nạn té xe xảy ra khi những người cao tuổi dừng xe tại lối qua đường, v.v”.

( Cổng thông tin khoa học công nghệ tỉnh đồng Nai )