Những thiết bị hỗ trợ lái xe được thiết kế ở các góc độ khác nhau nhằm giải phóng các áp lực cho lái xe để họ vững tin trong điều khiển, nhất là các trạng thái cận vật lý, với mục tiêu t
Trang 1Chương 5 Hệ thống hỗ trợ lái xe
Cuối 1980, chương trình nghiên cứu của Châu Âu ‘PROMETHEUS’-Programme for a European Traffic with Highest Efficienty and Unlimited Safety’ Khi do hạn chế về chế tạo các thành tố điện tử như cảm biến, các vấn đề về động lực học ô tô chưa đước nghiên cứu đầy đủ, một hệ thống máy tính công nghiệp tích chưa ra đời, nên các nhà thiết kế Châu Âu chưa tạo được ô tô có ‘độ nhạy’ cao như mong muốn
5.1 Hệ thống hỗ trợ lái xe
Khi điều khiển ô tô, điều kiện chuyển động thay đổi khá nhanh, lái xe cần nhiều phản ứng kịp thời, thường làm họ mệt mỏi Những thiết bị hỗ trợ lái
xe được thiết kế ở các góc độ khác nhau nhằm giải phóng các áp lực cho lái
xe để họ vững tin trong điều khiển, nhất là các trạng thái cận vật lý, với mục tiêu thực hiện các chuyến đi không tai nạn Cảm biến giữ vai trò quan trong Hình 9.1 phân vùng ảnh hưởng của hệ thống hỗ trợ Vùng trong cùng là vùng quan sát được, vùng giữa là vùng liên lạc có phương tiện và vùng ngoài là vùng dự báo
Hình 5.1 Phân bố vùng kiểm soát
5.1.1 Tổng quan
Hệ thống thông tin cho lái xe
Hệ thống thông tin mặt đất cho phép lái xe có các thông tin về toạ độ, số liệu
vê đường từ các vệ tinh Ngoài ra nó cho phép trao đổi các thông tin di đông với các đối tác giao thong khác
Các hệ thống đã hoạt động:
GPS : Global Postioning System
TMC: Trafic Message Chanel: Thông báo trạng thái giao thông
DAB: Digital Audio Broadcast
GSM: Mobilnetz
Trang 2Hệ thống thông tin cho xe
Hiện nay hệ thống thông tin giữa gia đình và công sở rất phát triển (WLAN: Wireless LAN), cho phép ứng dụng trong giao thông: Hệ thống thông tin Xe-Xe (C2CC: Car to Car communication), hệ thông tin xe-Hạ tầng giao thông (C2IC: Car to Infrastructure Communication)
Các hệ thống hỗ trợ lái xe
+Hệ thống hỗ trợ đỗ xe
+ACC Adaptive Cruise Control
Hệ thống ổn định xe
ABS:
ESP:
ASR:
Hình 5.2 chỉ ra khả năng hạn chế tai nạn của các xe có ESP Kết quả đó là tổ hợp an toàn động lực học và thụ động, ESP, hệ thống phanh, túi khí, đai an toàn, của và trần di động
Hình 9.2 Phân bố tai nạn giữa xe có và không trang bị ESP
Hệ thống xác định trạng thái lái xe
Mệt mỏi, thiếu ngủ trong các chuyển dài hành trình, vài giây ngủ là nguyên nhân chủ yếu của các tai nạn giao thông chết người Vì vậy cần có thiết bị nhận dạng trạng thái làm việc của lái xe Nếu lái xe mệt, sẽ có các thiết bị cảnh báo hoặc can thiệp dừng chuyến đi
Trang 35.1.2 Nguyên nhân tai nạn và các hệ thống hỗ trợ lái xe
Theo các thống kê trên thế giới, cứ một phút chết một người do tai nạn giao thông Năm 2002, theo Triade (Châu Âu, USA, Japan) có 90 000 chết trong khu vực đó, thiệt hại 400 tỷ Euro ( hình 5.3) Riêng Châu Âu gánh chịu 160
tỷ Euro và 40 000 người chết mỗi năm Uỷ ban Châu có mục tiêu đến năm
2010 giảm số tử nạn giao thông xuống mưc 20 000 người Nhật bản và Mỹ cũng có chương trình tương tự: Chương trình an toàn đường bộ Trong những năm qua đã có nhưng tiến bộ lớn vể giảm số người chết so với cùng
số tai nạn do có biện pháp an toàn thụ động như túi khí, giây an toàn Hệ thống phanh có ABS, ESP, thiết bị hỗ trợ phanh cho lái xe đã góp phần hạn chế tai nạn giao thông Mặc dù có nhiều tiến bộ nhưng mục tiêu của EU không đạt được Hệ thống hỗ trợ lái xe cả bị động lẫn thụ động đều bị hạn chế nếu không gian giao thông không được phát hiện kịp thời và các trạng thái nguy hiểm không được nhận biết Mục tiêu kế tiếp là thống kê và xác lập các quy luật gây tai nạn Hình 5.4 là phân bố tai nạn của CHLB Đức Đó
là một cơ sở để phân tích tai nạn
Hình 5.3 Tại nạn giao thông tại Mỹ, Châu Âu, Nhật năm 2003
Hình 5.4 Phân bố tai nạn của CHLB Đức
Kreuzungskollision 31% (đâm ở ngã tư); Frontalkollision 8% (đâm trực diện); Auffahrunfall 21% (vươt); sonstige 9% (nguyên nhân khác); Spurwechsel 4%( thay đổi tuyến); Spurverlassen 19% ( rời tuyến); Kollision mit Hindnis 1% (đâm các chướng ngại vật); Fussganger 7%(đâm người đi bộ).
Trang 4Từ đồ ta nhận thấy gần ¼ số vụ tai nạn là do thay đổi tuyến và rời tuyến có chủ đích;gần
30 % là do vươt, đâm trực diện và đâm các vật cản; 7% gây ra với người đi bộ; 31 % đâm nhau trên ngã tư Vì vậy các hệ thống sau đây là cần thiết:
- Tín hiệu cảnh báo rời tuyến khi vào vùng không quan sát được.
- Hệ thống cảnh báo đâm xe như thiết bị hỗ trợ dừng xe hoặc hệ thống kiểm soát khoảng cách an toàn ACC.
- Để giảm tai nạn cho người đi bộ cần hệ thống xử lý ảnh.
- Giảm tai nạn trong ngã tư cần các hệ thống cảm biến tích hợp.
Hệ thống an toàn thụ động và tích cực càng phản ứng nhanh thì nó càng phát huy hiệu quả cao; điều đó càng có hiệu quả khi hệ thống được cấp thông tin môi trường đầy đủ và kịp thời Vì vậy hệ thống cảnh báo trang thái giao thông giúp lái xe phản ứng đúng và hạn chế tai nạn.
5.1.3 Thông tin Xe-Xe và Xe-hệ thống đường
Hê thống C2CC và C2IC cho biết các trạng thái giao thông kịp thời giữa các đối tác Hệ thống giao thông cấp tín hiệu cảnh báo và ùn tắc kịp thời; hệ thống biển báo rõ ràng mạch lạc Giữa xe-xe và xe-hệ thông có thể liên hệ thông tin liên tục.
5.1.4 Các cảm biến dự báo cho hệ thông hỗ trợ lái xe
Để xác định các đối tượng xuất hiện trước xe cần một loạt các cảm biển Tuỳ vào tầm quan sát mà phải có các cảm biến với tần số khác nhau, xem hình 5.5.
Cảm biến đo khoảng cách
Thế hệ hiện nay là các cảm biến đo được trong miền 2,5 mét; trong tương lai sẽ là 4 mét Nguyên lý của các cảm biến là phát các chùm sáng (lade) tần số 43,5 kHz, xác đinhh thời gian từ lúc phát đến lúc thu để biết khoảng cách vì vận tốc chùm sáng phát đã biết: d=te.cs/2, cs= 340 m/s 2 , te là thời gian phát thu.
Hình 5.5 Tương quan khoảng cách và tần số đo
Trang 5Hình 5.6 Cảm biến đo khoảng cách Bosch
Radar: Ngày nay trong ô tô, radar cũng được sử dụng để đo khoảng cách Video:
Hình 9.23 ADC-Camera
Hình 9.24 Chất lượng ảnh CCD (trái), HDRC (phải)
HDRC: High dynamic Range Camera ADC: Analog-Digital-Wandler
Trang 65.27 Hệ thống thu và xử lý ảnh
5.1.5 Hệ thống quan sát
Hình 5.28 Quan hệ giữa ACC và thiết bị quan sát trong an toàn giao thông
Hình 9.29 Hệ thống hỗ trợ đỗ xe
Trang 7-Hệ thống hỗ trợ đỗ xe: Khi đỗ xe, lái xe bị khuất nhiều vùng Vì vậy người ta đã điện tử hoá khả năng quan sát của lái xe, xem hình 5.29 Trong hình 5.30 khi lái xe kích hoạt hệ thông Parking, nó xác định khoảng cách tự do, và khi điều khiển vào cua, nó thường xuyên xác định lại không gian tự do để người lái điều khiển Trong tương lai, người ta có
ý định liên kết hệ thống này với hệ thông lái để quay bánh xe khi vào cua, lái chỉ còn thực hiện hai chức năng là ga và phanh.
Hình 5.30 Đo khả năng đỗ Hình 5.31 Đỗ xe
Điều khiển vận tốc/giới hạn tốc độ
Điều khiển vận tốc (Cruise Control) là hệ thống tiện ích cho lái xe, nhất là chạy tốc độ thấp mà lái xe muốn chạy ổn định Lái lái chọn một tốc độ tuỳ ý,
hệ thống sẽ điều khiển để giữ cho xe chạy ổn định tốc độ đó Người ta có thể chọn tốc độ tối đa Loại trang bị này ở Mỹ là chủ yếu, Châu Âu chỉ chiến 20-30%
Điều khiển khoảng cách ACC
Điều khiển khoảng cách (ACC: Adaptive Cruise Control) là thiết bị đo khoảng cách của xe so với xe trước nó và điều chỉnh vận tốc để khoảng cách
đó không thay đổi Hệ thống này được tích hợp trong hệ thống phanh và truyền lực điều khiển điện tử, trên nền của Chương trình điều khiển ổn định điện tử ESP ACC có chức năng tích hợp với các hệ thống khác trong ô tô nên nó phải được thiết kế có khả năng kết nối cao và sử dụng cho nhiều mo-đun xe khác Sau đây là một số giải thích Những phần tử chính của ACC được chỉ ra trong hình 5.32
ACC dẫn hướng: chức năng ưu tiên là điều khiển vận tốc mong muốn (Set
Speed Control), điều khiển tốc độ ổn định khi chạy theo (Follow Control), điều khiển tốc độ thích hợp khi chạy trên đường vòng (Curve Speed Control) Các khối đó được thiết kế độc lập, các modun mới cũng có thể được bổ sung, chúng có chức năng gia tốc khác nhau
Trang 8Hình 9.32 Cấu trúc ACC
Gierratensensor/cảm biến góc quay thân xe trục z; Motorsteuerung mit elet Momentenschnittstelle/Điều khiển động cơ với chân kết nối đo mo men; Radar-sensor mit integrierten ACC-Regler/Cảm biến radar; Bremssystem mit aktiver Bremsdruckerzeugung/Hệ thống phanh với cơ cấu tạo áp suất tích cực; Lenkwinkelsensor/Cảm biến góc vô lăng; Raddrehzahlsensor/Cảm biến góc quay bánh xe.
Điều khiển gia tốc: với mỗi trạng thái mong muốn vừa nêu ở trên cần
những giá trị gia tốc định lượng phù hợp Để thực hiện điều đó, ACC được kết nối với hệ truyền lực và hệ thống phanh.ACC có bản chất làm việc tích hợp nên nó được kết nối với mang LAN, xem hình 5.32 Như vây, ACC
được kết nối qua LAN cùng với điều khiển động cơ, hộp số, ESP Các cảm
biến chạy trong đường vòng: Để hạ giá thành, các hệ ACC,ESP dùng
chung cảm biến và được xử lý trong LAN Các cảm biến dùng trong ESP là: Cảm biến quay thân xe quanh trục thẳng đứng z, cảm biến góc quay vô lăng, cảm biến gia tốc ngang, cảm biến số vòng quay bánh xe ACC là thiết bị
chọn theo mod; nó chỉ hoạt động khi lái xe kích hoạt nó Chức năng của
ACC: Khi chạy trên đường tự do, lái xe có thể chọn một ngưỡng tốc độ để
chạy tự động (hình 5.33 trên); khi có xe trước, nó xác dịnh khoảng cách an toàn và tự động chọn tộc độ phù hợp, (hình 5.33 giữa); khi xe trước rẽ phải,
nó tự động tăng tốc cho đến vận tốc ngưỡng trước đó, (hình 5.33 dưới)
Hinh 5.33 Chức năng ACC
Điều khiển chạy theo: Khi chạy theo, ACC chọn khoảng cách an toàn d, nó
xác định vận tốc yêu cầu v, thời gian do lái xe đặt trước, τ Set = 1-2 giây:
Trang 9dSet=vFτSet Tốc độ bé chọn thời gian lớn và ngược lại Điều khiển quỹ đạo
trên đường vòng: ACC được thiết kế chủ đích cho chạy đường cao tốc,
nhưng khi chạy trên đường vòng nó cũng rất tiện ích.5Khi trong đương vòng ACC xác định gia tốc an toàn tự động, khi tầm quan sát của cảm biến bị khuất, nó không cho tăng tốc Những ACC ngày còn một số hạnh chế về chức năng do các cảm biến và cơ cấu chấp hành không đáp ứng khi vận tốc dưới 30 km/h, nghĩa là nó không thể để phanh đến v=0 và không xác định được với các vật tĩnh tại.Để khắc phục ,cần có radar xác định vận tốc của đối tượng quan sát, nếu vận tốc của đối tượng là vrel,j thi vận tộc điều chỉnh sẽ là
vj=vF+ vrel,j Có hai khả năng mở rộng sau: ACC plus và ACC chạy chậm (Low Speed Following LSF) Cảm biên ACC có thể tác dụng trong toàn miền vận tốc đến 200 km/h, nghĩa là có thể phanh đến dùng hẳn xe Với hệ này có cấu trúc như hình 5.34, trang bị cả radar để kiểm soát tốc độ cao và cảm biến tốc độ thấp
Hình 5.34 Cấu trúc ACC điều khiển chuyển động thăng cho nhiều vận tốc
Hình 5.36 Camera điều khiển pha đèn: Hệ thống nhìn gần (trái) và nhìn xa
(phải)
: IR infararot ECU Bộ xử lý
Lidar: Lidar (Light Detection Range) là cảm biến cho ACC, do người Nhật
chế tạo, sử dụng sóng điện trừong trong giải sóng cực ngắn, 800…1000 nm Loại đèn nầy phát huy tác dụng khi có sương mù
Trang 10Hình 5.36 Phương pháp xác định tuyến
Hình 5.37 Hệ thống đèn NIR
Hình 5.38 So sánh chất lượng ảnh
