Nghiên cứu này sẽ đi sâu vào phân tích các loại cảm biến va chạm, từ nguyên lý hoạt động, cấu tạo cho đến ứng dụng thực tiễn. Chúng tôi sẽ xem xét các ưu điểm và hạn chế của từng loại cảm biến, đồng thời đề xuất các giải pháp cải tiến nhằm nâng cao hiệu quả và độ tin cậy của hệ thống. Ngoài ra, nghiên cứu cũng sẽ đề cập đến các xu hướng phát triển mới trong lĩnh vực này, như việc tích hợp trí tuệ nhân tạo và học máy để tăng cường khả năng nhận diện và phản ứng của hệ thống cảm biến.
Trang 1TRƯỜNG ĐẠI HỌC GIAO THÔNG VẬN TẢI
KHOA CƠ KHÍ
BỘ MÔN CƠ KHÍ Ô TÔ
………
TIỂU LUẬN
HỌC PHẦN KỸ NĂNG TỰ HỌC VÀ NGHIÊN CỨU
CHUYÊN NGÀNH Chủ đề: Hệ thống cảnh báo va chạm
Sinh viên: Phạm Văn Đức Lớp: Kỹ sư ô tô
Khóa: 63 Người hướng dẫn: PGS.TS Trần Văn Như
Hà Nội 2024
Trang 2MỤC LỤC
MỤC LỤC 2
Lời nói đầu 3
I: Lịch sử phát triển của Hệ thống cảnh báo va chạm 4
II: Tìm hiểu chung về hệ thống cảnh báo va chạm trên ô tô 6 1.Tóm tắt 6
2.Giới thiệu 6
3.Bối cảnh 6
III: Tổng quan, Cấu tạo, Nguyên lý hoạt động 6
1.Tổng quan về hệ thống: 6
2 Cấu tạo của hệ thống cảnh báo va chạm: 6
3 Nguyên lý hoạt động của hệ thống 8
Các mức cảnh báo của hệ thống: 11
IV: Ưu điểm, Nhược điểm của hệ thống cảnh báo va chạm.12 1.Ưu điểm 12
2.Nhược điểm 13
V: Kết luận 13
Tài Liệu Tham Khảo 13
Trang 3Bảng Đánh Giá
STT Chỉ số đánh giá Tiêu chí hiệu năng Tỷ trọng Điểm
đánh giá
1
Khả năng áp
dụng các phương
pháp và sử dụng
công cụ tìm kiếm
các tài liệu
chuyên ngành, tổ
chức và quản lý
tài liệu.
- Sử dụng thành thạo các công cụ và phương pháp tìm kiếm tài liệu thông qua mạng internet, sử dụng các từ khóa phù hợp, kết hợp các từ khóa để đạt được hiệu năng tìm kiếm.
- Sử dụng thành thạo công cụ phần mềm quản lý tài liệu tham khảo và trích dẫn
Biết tổ chức, quản lý tài liệu tham khảo,
sử dụng các từ khóa giúp có thể truy cập nhanh đến tài liệu.
30%
/3
2
Khả năng phân
tích, đánh giá tài
liệu chuyên
ngành như các
báo cáo kỹ thuật,
bài báo kỹ thuật
chuyên ngành.
Có phương pháp đọc và tổng hợp tài liệu theo các nội dung Nội dung tổng hợp thể hiện được các thông tin, kiến thức có được
từ trong tài liệu tham khảo, có trích dẫn đầy đủ Có sự phân tích và lô gic trong nội dung tổng hợp.
40% /4
3
Khả năng trình
bày các tài liệu
kỹ thuật chuyên
ngành như đồ án
tốt nghiệp, báo
báo chuyên đề,
bài báo khoa học,
…
Trình bày có tính lô gic, cấu trúc rõ ràng
và mạch lạc
Sử dụng văn phạm phù hợp với các tài liệu kỹ thuật
Hình thức trình bày phù hợp với hình các dạng báo cáo, tài liệu kỹ thuật
30% /3
ĐIỂM ĐÁNH GIÁ CHUNG /10
Giảng viên đánh giá
………
Sinh viên
………
Trang 4Lời nói đầu
Trong những năm gần đây, sự phát triển vượt bậc của công nghệ đã mang lại nhiều cải tiến đáng kể trong lĩnh vực an toàn giao thông Một trong những tiến bộ quan trọng nhất là sự ra đời và ứng dụng rộng rãi của hệ thống cảm biến va chạm
Hệ thống này không chỉ giúp giảm thiểu nguy cơ tai nạn mà còn nâng cao trải nghiệm lái xe an toàn và thoải mái hơn cho người sử dụng
Hệ thống cảm biến va chạm hoạt động dựa trên nguyên lý phát hiện và phản ứng nhanh chóng với các tình huống nguy hiểm tiềm tàng Các loại cảm biến phổ biến như cảm biến siêu âm, cảm biến radar và cảm biến laser đều có những đặc điểm và ứng dụng riêng biệt, nhưng đều chung mục tiêu là phát hiện chướng ngại vật và cảnh báo người lái xe kịp thời Cảm biến siêu âm thường được sử dụng để phát hiện các vật thể ở khoảng cách gần, trong khi cảm biến radar và laser có khả năng phát hiện các vật thể ở khoảng cách xa hơn và trong điều kiện thời tiết khắc nghiệt
Nghiên cứu này sẽ đi sâu vào phân tích các loại cảm biến va chạm, từ nguyên lý hoạt động, cấu tạo cho đến ứng dụng thực tiễn Chúng tôi sẽ xem xét các ưu điểm
và hạn chế của từng loại cảm biến, đồng thời đề xuất các giải pháp cải tiến nhằm nâng cao hiệu quả và độ tin cậy của hệ thống Ngoài ra, nghiên cứu cũng sẽ đề cập đến các xu hướng phát triển mới trong lĩnh vực này, như việc tích hợp trí tuệ nhân tạo và học máy để tăng cường khả năng nhận diện và phản ứng của hệ thống cảm biến
Mục tiêu của nghiên cứu là cung cấp một cái nhìn tổng quan toàn diện về công nghệ cảm biến va chạm, đồng thời đưa ra các khuyến nghị cụ thể cho việc triển khai và ứng dụng trong thực tế Chúng tôi hy vọng rằng nghiên cứu này sẽ đóng góp vào việc nâng cao an toàn giao thông, giảm thiểu tai nạn và mở ra những hướng đi mới trong lĩnh vực công nghệ cảm biến Qua đó, chúng tôi mong muốn góp phần xây dựng một môi trường giao thông an toàn và bền vững hơn cho tất cả mọi người
Trang 5I: Lịch sử phát triển của Hệ thống cảnh báo va chạm
Hệ thống cảnh báo va chạm trên ô tô đã trải qua một quá trình phát triển đáng kể từ những ngày đầu của ngành công nghiệp ô tô Đây là một số mốc quan trọng trong lịch
sử phát triển của công nghệ này:
Những năm 2000: Công nghệ trở nên phổ biến
Các hệ thống cảnh báo va chạm ngày càng trở nên phổ biến và bắt đầu được trang
bị trên nhiều mẫu xe hơn, không chỉ là các mẫu xe cao cấp
Các nhà sản xuất ô tô cải tiến các công nghệ radar, camera và cảm biến, cho phép
hệ thống phát hiện và cảnh báo va chạm với độ chính xác cao hơn
Hệ thống hỗ trợ phanh khẩn cấp tự động (AEB - Automatic Emergency Braking) cũng được phát triển, giúp xe tự động phanh khi phát hiện mối nguy hiểm
Những năm 2010: Sự tích hợp và mở rộng
Công nghệ cảnh báo va chạm tiếp tục phát triển với việc tích hợp nhiều cảm biến và công nghệ khác nhau, bao gồm hệ thống camera đa dạng, cảm biến siêu âm và radar tích hợp
Các hệ thống hiện đại không chỉ cảnh báo mà còn can thiệp vào điều khiển xe, chẳng hạn như tự động điều chỉnh tốc độ, điều chỉnh hướng lái hoặc thậm chí phanh
tự động để tránh va chạm
Các công ty xe hơi và các nhà sản xuất công nghệ không ngừng cải tiến khả năng phát hiện và phản ứng với các tình huống nguy hiểm
Những năm 2020 và hiện tại: Công nghệ tiên tiến và tự động hóa
Các hệ thống cảnh báo va chạm hiện nay trở thành một phần quan trọng trong các
hệ thống hỗ trợ lái xe nâng cao (ADAS - Advanced Driver Assistance Systems) Các công nghệ như hệ thống cảnh báo điểm mù, cảnh báo chuyển làn, và kiểm soát hành trình thích ứng ngày càng trở nên phổ biến Sự phát triển của xe tự lái (autonomous vehicles) đã thúc đẩy việc phát triển các hệ thống cảnh báo va chạm và
hỗ trợ lái xe ngày càng thông minh hơn, với khả năng xử lý thông tin và đưa ra quyết định tự động trong thời gian thực
Công nghệ AI và học máy (machine learning) được ứng dụng để cải thiện khả năng nhận diện và dự đoán nguy cơ, giúp các hệ thống cảnh báo va chạm trở nên chính xác
và hiệu quả hơn
Trang 7II: Tìm hiểu chung về hệ thống cảnh báo va chạm trên ô tô
1.Tóm tắt
Hệ thống cảnh báo va chạm là một công nghệ trong ô tô để giảm thiểu nguy cơ
xảy ra tai nạn Các hệ thống này thường bao gồm các cảm biến và công nghệ điện
tử để phát hiện khoảng cách giữa xe và các vật thể khác xung quanh Khi hệ thống phát hiện nguy cơ va chạm, nó có thể cảnh báo lái xe bằng cách kích hoạt hệ thống cảnh báo âm thanh hoặc hiển thị trên bảng đồng hồ, và trong một số trường hợp có thể tự động kích hoạt hệ thống phanh khẩn cấp để giảm thiểu sự va chạm Các hệ thống này giúp cải thiện an toàn cho người lái và hành khách trên xe
2.Giới thiệu
Hệ thống cảnh báo va chạm (Collision Warning System - CWS) trên ô tô đã trở thành một phần quan trọng trong việc tăng cường an toàn giao thông Với sự phát triển nhanh chóng của công nghệ ô tô và nhu cầu ngày càng cao về việc giảm thiểu tai nạn giao thông, các nhà sản xuất ô tô và các kỹ sư đã tập trung vào việc phát triển và cải tiến các hệ thống cảnh báo va chạm Bài nghiên cứu này sẽ xem xét các thành phần chính của hệ thống cảnh báo va chạm, cách hoạt động của chúng, lợi ích và thách thức trong việc triển khai chúng
3.Bối cảnh
Hệ thống cảnh báo va chạm trên xe đang đóng vai trò quan trọng trong việc cải thiện an toàn giao thông và giảm thiểu tai nạn Với sự phát triển không ngừng của công nghệ, xu hướng tích hợp và quy định ngày càng nghiêm ngặt, hệ thống cảnh báo va chạm dự kiến sẽ trở thành một phần không thể thiếu trong các phương tiện giao thông trong tương lai Sự tiến bộ này không chỉ giúp bảo vệ người lái và hành khách mà còn góp phần vào việc xây dựng một môi trường giao thông an toàn và hiệu quả hơn
Trang 8III: Tổng quan, Cấu tạo, Nguyên lý hoạt động
1.Tổng quan về hệ thống:
Hệ thống tránh va chạm trên xe cơ giới nhằm mục đích tăng cường an toàn
đường bộ bằng cách giám sát môi trường xung quanh xe, cảnh báo người lái xe các chướng ngại vật phía trước và cải thiện việc tuân thủ luật lệ giao thông (Ví dụ: Giới hạn tốc độ) Các hệ thống này có khả năng cung cấp tham gia giao thông dễ bị tổng thương và có thể giải quyết tốt các nguyên nhân chính gây ra va chạm (Ví dụ: Lái xe mất tập trung, chạy quá tốc độ) bằng cách cảnh báo người lái xe về những hành vi không an toàn
2 Cấu tạo của hệ thống cảnh báo va chạm:
Cấu tạo của hệ thống cảnh báo va chạm bao gồm những thành phần chính dưới đây (1)
Cảm biến: Đây là thành phần quan trọng nhất của hệ thống cảnh báo và phòng tránh va chạm trên ô tô Cảm biến được sử dụng để phát hiện các đối tượng khác trên đường, chẳng hạn như xe hơi, người đi bộ và động vật Các loại cảm biến thường được sử dụng là:
Cảm biến radar: Nằm ở đầu xe và thường giấu bên trong lưới tản nhiệt Nó có nhiệm vụ phát đi những đợt sóng vô tuyến ở tần số cao liên tục để phát hiện các vật thể phía trước
Cảm biến laser: Sử dụng chùm tia laser có độ chính xác cao hơn so với cảm biến radar, giúp đo khoảng cách với các phương tiện khác
Camera: Được đặt ở phía trước xe, thường ở vị trí kính chắn gió Camera phát hiện vật thể bằng công nghệ nhận dạng hình ảnh
Bộ xử lý trung tâm ECU: Nhận dữ liệu từ cảm biến và camera để tính toán và
dự đoán khoảng cách, tốc độ tương đối giữa xe với vật thể đó
Trang 9 Hệ thống cảnh báo: Là thành phần thông báo cho người lái về khả năng va chạm, bao gồm đèn cảnh báo, âm thanh và biểu tượng hình ảnh trên bảng điều khiển
Hệ thống phanh: Đây là thành phần có thể tự động phanh xe để giảm thiểu tác động của va chạm
Cấu tạo của hệ thống hỗ trợ phòng tránh va chạm điểm mù
Trong một số trường hợp, hệ thống PCS có thể sử dụng cả camera và cảm biến radar để phát hiện các vật thể ở phía trước xe Điều này giúp hệ thống có độ chính xác cao hơn khi các vật thể nhỏ khó phát hiện bằng camera hoặc cảm biến radar hoạt động đơn lẻ
3 Nguyên lý hoạt động của hệ thống
Giống như các hệ thống an toàn khác có chung các bộ phận nhưng thực hiện các chức năng khác nhau (đáng chú ý là hệ thống chống bó cứng phanh và kiểm soát lực kéo), hệ thống FCW thường được kết hợp với kiểm soát hành trình thích ứng Điều này là do cả hai hệ thống sử dụng một thiết bị quét được gắn ở phía trước của xe để đo khoảng cách với các phương tiện phía trước bạn
Có một số cách đáng kể mà các hệ thống FCW hoạt động, bao gồm các biến thể trong phương pháp được sử dụng để phát hiện các va chạm tiềm ẩn và các cách mà phương tiện tự chuẩn bị để dừng hoặc chuẩn bị cho một vụ va chạm sau khi báo động được kích hoạt Các hệ thống cảnh báo sử dụng radar, laser hoặc camera để phát hiện các phương tiện phía trước và mỗi hệ thống này được mô tả ngắn gọn dưới đây(2)
Trang 10- Hệ thống radar: hoạt động bằng cách phát ra sóng vô tuyến từ mui xe Tốc độ di chuyển và khoảng cách từ các phương tiện khác được xác định bằng cách theo dõi các thay đổi trong Doppler Shift của sóng vô tuyến sau khi nó bật ra thứ gì đó và quay trở lại điểm bắt đầu
- Hệ thống laser: hoạt động bằng cách phát ra tia laser hồng ngoại từ mui xe Khi chùm tia chạm vào một phương tiện khác và phản xạ trở lại nguồn của nó, công nghệ laser cho phép đo khoảng cách giữa hai phương tiện Sử dụng một công thức toán học đơn giản, tốc độ của chiếc xe của bạn sau đó có thể được tính toán Dựa trên hai thông tin này, hệ thống FCW xác định nguy cơ va chạm trực diện
Trang 11- Hệ thống camera: hoạt động khác với các phương pháp radar và laser Thay vì dựa vào các bài đọc hoặc phản xạ của Doppler Shift, hệ thống FCW này có một camera được gắn ở phía trước của xe và bộ xử lý hình ảnh điện tử Máy ảnh và bộ xử lý hình ảnh được sử dụng để xác định nguy cơ va chạm trực diện
Nếu hệ thống FCW phát hiện ra rằng chiếc xe có nguy cơ bị va chạm trực diện,
có nhiều cách khác nhau để cảnh báo người lái xe về nguy hiểm
Cảnh báo bằng âm thanh bao gồm chuông, âm thanh chuông và báo động cảnh báo Cảnh báo trực quan bao gồm đèn trên bảng điều khiển và đèn phanh mô phỏng trên kính chắn gió
Cảnh báo xúc giác bao gồm cảm giác dây an toàn siết chặt vào thân xe và xe bị giật khi giảm tốc độ (trong các hệ thống áp dụng phanh)
Một số hệ thống FCW cung cấp hỗ trợ phanh bổ sung trong trường hợp người lái
xe không phản ứng với các cảnh báo
Trang 12Ngay cả các hệ thống FCW mới hơn cũng có thể áp dụng phanh mạnh mẽ nếu không có phản ứng với các cảnh báo, trong nỗ lực ngăn chặn hoặc giảm thiểu va chạm sắp xảy ra Ngoài ra, các hệ thống mới hơn này cũng có thể thắt chặt dây an toàn và sạc trước túi khí
Hoạt động kiểm soát trượt bánh:
Khi Tốc độ >=30km/h ECU xác định trượt khó phục hồi dưạ vào cảm biến góc lái, độ lệch, cảm biến giảm tốc và tốc độ xe
ECU kiểm soát trượt gửi tín hiệu đến ECU điều khiển dây đai an toàn yêu cầu hoạt động dây dây đai an toàn(seatbelt)
ECU điều khiển dây đại an toàn xác định điều kiện hoạt động mô tơ dây đai an toàn dưạ vào tín hiệu này và tín hiệu cài dây đai an toàn Sau đó nó rút (siết) dây đai an toàn
Dây đai an toàn trở lại bình thường khi điều kiện xe đã ổn định
Hoạt động phanh đột ngột:
Khi Tốc độ xe >=15km/h ECU điều khiển trượt có thể xác định điều kiện phanh đột ngột dựa trên cảm biến áp suất của xy lanh phanh chính, áp suất xylanh từng bánh, đèn stop và tốc độ
Cùng lúc này ECU điều khiển trượt xuất tín hiệu đến ECU điều khiển dây đai an toàn yêu cầu hoạt động dây đai an toàn
ECU điều khiển dây đai an toàn xác định điều kiện hoạt động mô tơ dây đai an toàn dưạ vào tín hiệu này và tín hiệu cài dây đai an toàn Sau đó nó rút (siết) dây đai an toàn
Dây đai an toàn trở lại bình thường khi bàn đạp phanh nhã ra
Các mức cảnh báo của hệ thống:
Hệ thống có 3 mức cảnh báo(3):
– Mức 1: Cảm biến radar phát hiện xe: có nguy cơ xảy ra va chạm với phương tiện của bạn
Trang 13Hệ thống cảnh báo mức 1
– Mức 2:
Cảm biến radar phát hiện xe: nguy cơ xảy ra va chạm tăng lên, thời gian phản hồi giảm
Cảnh báo hình ảnh và âm thanh: cảnh báo trực quan bằng hình ảnh và âm thanh Phanh: nhẹ nhàng, đã áp dụng phanh
Hệ thống cảnh báo mức 2
– Mức 3:
Hệ thống cảnh báo mức 3
Cảm biến radar phát hiện xe: nguy cơ va chạm cực cao
Cảnh báo hình ảnh và âm thanh: cảnh báo trực quan bằng hình ảnh và âm thanh Phanh: mạnh, đã áp dụng phanh
Trang 14IV: Ưu điểm, Nhược điểm của hệ thống cảnh báo va chạm
1.Ưu điểm
- Phát hiện sớm đối tượng trong điểm mù với khoảng cách lên tới 70 mét.
Giúp tài xế tránh tai nạn: Tính năng cảnh báo điểm mù giúp tài xế nhận ra sớm các
xe hoặc đối tượng khác điểm mù của gương, giúp tránh tai nạn trong tình huống đổi làn đường hoặc rẽ
Tăng tính an toàn: Tính năng này giúp tăng tính an toàn cho tài xế và người đi bộ xung quanh xe, giúp hạn chế rủi ro gây tai nạn điểm mù
Tiện lợi: Cảnh báo điểm mù hoạt động tự động, không yêu cầu tài xế phải quan sát thủ công, giúp tài xế tập trung việc lái xe
Thiết kế tiên tiến: Tính năng cảnh báo điểm mù thiết kế bằng công nghệ hiện đại và tiên tiến, giúp tăng tính năng suất và hiệu quả của hệ thống Dẫn đến nâng cao giá trị những chiếc xe đặc biệt là những chiếc xe sang trong đẳng cấp như BMW
Chỉ cảnh báo với các đối tượng di chuyển
Chỉ đưa ra cảnh báo với xe ở làn kế bên khi xe ở làn kế bên mới là đối tượng có nguy
cơ va chạm cao nhất
Hoạt động ổn định trong mọi điều kiện thời tiết
2.Nhược điểm
Chi phí cao: Tính năng cảnh báo điểm mù thường là một tính năng độc lập hoặc
là một phần hệ thống an toàn cao cấp, vì vậy chi phí lắp đặt có thể cao nhưng tương xứng với giá trị an toàn
Yêu cầu sử dụng đồng bộ: Để tính năng cảnh báo điểm mù hoạt động tốt, cần có thiết bị đồng bộ với nhau như thay đổi mặt gương
V: Kết luận
Hệ thống cảnh báo va chạm trên ô tô không chỉ là một đột phá nổi bật trong lĩnh vực
an toàn giao thông mà còn là một bước tiến đáng kể hướng tới tương lai an toàn và thông minh Việc tích hợp các công nghệ tiên tiến như cảm biến, radar, và hệ thống thông tin giúp tối ưu hóa khả năng phát hiện nguy cơ va chạm và cung cấp cảnh báo kịp thời cho người lái Điều này không chỉ giúp giảm nguy cơ tai nạn mà còn tăng cường sự tin tưởng và thoải mái khi lái xe
