Hệ thống Lane keeping system SPKT

hệ thống Airbag System, Traction Control, Lane Keeping System, ABS, VSC,…An toàn và tiện nghi trên oto luôn là một đề tài muôn thuở, được các hãng xe đặt lên làm nhiệm vụ hàng đầu khi mà người tiêu dùng ngày càng khắc khe ở việc lựa chọn một chiếc xe vừa an toàn, tiện nghi và vấn đề an toàn luôn là ưu tiên hàng đầu. Một chiếc xe ngày nay, với hàng loạt các hệ thống hỗ trợ nhằm đảm bảo an toàn cho người lái cũng như đáp ứng nhu cầu tiện nghi cho người lái

LỜI NÓI ĐẦU

An toàn và tiện nghi trên oto luôn là một đề tài muôn thuở, được các

hãng xe đặt lên làm nhiệm vụ hàng đầu khi mà người tiêu dùng ngày càng

khắc khe ở việc lựa chọn một chiếc xe vừa an toàn, tiện nghi và vấn đề an

toàn luôn là ưu tiên hàng đầu Một chiếc xe ngày nay, với hàng loạt các hệ

thống hỗ trợ nhằm đảm bảo an toàn cho người lái cũng như đáp ứng nhu cầu

tiện nghi cho người lái như hệ thống Airbag System, Traction Control, Lane

Keeping System, ABS, VSC,…

Các hệ thống tiện nghi không chỉ giúp tạo sự thoải mái, giảm áp lực cho người lái xe khi đi trên đường, đặc biệt là những khung đường dài Hệ

thống an toàn giúp giảm thiểu rủi ro tai nạn khi mà người lái xe mất tập trung

khi lái xe do mệt mỏi, sử dụng chất kích thích,… đại diện trong số các hệ

thống này là hệ thống hỗ trợ giữ lane : Lane Keeping System

Qua bài báo cáo này, chúng em hy vọng sẽ giúp các bạn tiếp cận được với hệ thống Lane Keeping System - một hệ thống rất thông dụng trên các

hãng xe ngày nay, hiểu được cấu tạo và nguyên lý hoạt động của hệ thống

cũng như hướng phát triển của hệ thống trên các hãng xe hiện nay

Mục Lục

1 Giới thiệu tổng quan về hệ thống Lane Keeping System 5

1.1 Chức năng và lịch sử ra đời của hệ thống 17

1.2 Tên hệ thống ứng với từng hãng xe 18

1.3 Phân loại hệ thống Lane Keeping System 19

2 Cấu tạo của hệ thống Lane Keeping System 5

2.1 Bộ phận nhận biết làn đường :Video camera 5

2.1.1 Công nghệ thu sáng trên camera 6

2.1.2 Khoảng làm việc của cảm biến camera 7

2.1.3 Chất lượng hình ảnh của cảm biến camera 8

2.1.4 Các loại lane đường cảm biến camera có thể nhận biết 9

2.1.5 Điều kiện thời tiết ảnh hưởng đến hoạt động của hệ thống LKS 10

2.2 Các cảm biến phụ trợ 11

2.2.1 Cảm biến tốc độ xe 11

2.2.2 Came biến góc đánh lái và cảm biến moment 11

2.2.3 Cảm biến đo tốc độ xoay của xe (Yaw rate) 13

2.3 ECU của LKS 13

2.4 Cơ cấu chấp hành 14

2.4.1 Màn hình hiển thị, vô – lăng 14

2.4.2 Hệ thống lái 15

2.4.3 Hệ thống phanh (Hãng áp dụng Mercedes – Benz và Nissan) 16

3 Nguyên lý hoạt động và sơ đồ mạch điện hệ thống 20

3.1 Nguyên lý hoạt động và sơ đồ mạch điện của hãng Honda 20

3.2 Nguyên lý hoạt động và sơ đồ mạch điện của hãng BMW 22

4 Hệ thống LKS trên một số hãng xe 25

4.1 Mercedes – Benz 25

4.2 Ford 26

5 Kết luận 27

6 Tài liệu tham khảo 28

1 Cấu tạo của hệ thống Lane Keeping System

Ảnh 2.1 : Cấu tạo chung của hệ thống Lane Keeping System

1.1 Bộ phận nhận biết làn đường :Video camera

Ảnh 2.2 : Cảm biến video camera của LKS

Ảnh 2.3 : Cảm biến Video camera

Cảm biến nhận biết làn đường của hệ thống là một camera (có nguyên

lý hoạt động tương tự như camera laptop nhưng tốc độ quay nhanh hơn.) Được lắp đặt ngay trên kính chắn gió, tại vị trí gương chiếu hậu Trên camera

có gắn chụp len để giảm bớt hoặc thậm chí hoàn toàn loại bỏ ánh sáng tán xạ

và do đó làm tăng chất lượng hình ảnh của cảm biến Giắc LVDS (Low Voltage Differential Signalling) : giắc này sẽ kết nối với ECU của Lane Keeping System nhằm đưa những tín hiệu mà camera thu được để xử lý tại ECU của hệ thống

1.1.1 Công nghệ thu sáng trên camera

Đối với camera cảu hệ thống, điểm lưu ý là công nghệ thu sáng được ứng dụng Hiện nay, có 2 công nghệ thu sáng được sử dụng: CMOS và CCD Mỗi công nghệ thu sáng đều có những ưu và nhược điểm sau:

- CMOS (Complimentary Metal-Oxide Semiconductor):

Đặc điểm:

+ CMOS độ nhạy sáng kém + Tốc độ xử lý nhanh

+ Chất lượng hình ảnh lại kém + Kích thước nhỏ gọn

- CCD (Charge Coupled Device)

Đặc điểm:

+ CCD độ nhạy sáng kém + Tốc độ xử lý chậm + Chất lượng hình ảnh tốt hơn CMOS + Kích thước lớn

+ Giá thành cao Căn cứ vào các ưu nhược điểm của từng công nghệ thu sáng mà các hãng sẽ ứng dụng cho camera của hãng

1.1.2 Khoảng làm việc của cảm biến camera

Ảnh 2.4: Khoảng làm việc của cảm biến camera LKS

Cảm biến camera của hệ thống có : + Tầm hoạt động : 6m 40m

+ Độ mở ngang : 50

+ Độ mở dọc : 30

1.1.3 Chất lượng hình ảnh của cảm biến camera

Ảnh 2.5 : Hình ảnh sau khi cảm biến camera ghi lại

Hỉnh ảnh sau khi cảm biến camera ghi lại chỉ gồm 2 màu là xám và trắng nhằm mục đích xử lý nhanh hơn Cụ thể nếu camera ghi nhận lại là ảnh màu thì số đơn vị màu sắc cần phân tích trên 1 vùng sẽ nhiều hơn đối với vùng phân chỉ có 2 màu xám trắng

1.1.4 Các loại lane đường cảm biến camera có thể nhận biết

Ảnh 2.6 : Các lane đường cảm biến camera LKS có thể nhận biết

Cảm biến camera LKS có thể nhận biết được các loại lane :

+ Lane ngắt quảng (ảnh 1) + Lane liên tục (ảnh 2)

+ Lane ngắt quãng và liên tục (ảnh 3)

+ Lane bằng các khối phản quang (ảnh 4)

1.1.5 Điều kiện thời tiết ảnh hưởng đến hoạt động của hệ thống

Trong những điều kiện nêu trên, nếu người lái vẫn bật hệ thống, đẻ đảm

bảo an toàn hệ thống sẽ tự hủy sau 5p hoạt động nếu các cảm biến đưa về là xe

đang đi trong các điều kiện như nêu trên

1.2 Các cảm biến phụ trợ

Ảnh 2.8 : Các cảm biến phụ trợ của hệ thống LKS

Trên hệ thống LKS chủ động, ngoài việc xác định làn đường mà xe đang đi, hệ thống LKS còn phải thu nhận từ các cảm biến phụ trợ nhằm tính toán ra góc đánh lái phù hợp để ddauw xe về vị trí đứng lane

1.2.1 Cảm biến tốc độ xe

LKS sẽ dựa vào tín hiệu này để xác nhận có cho hệ thống hoạt động hay không vì hệ thống chỉ hoạt động ở tốc độ 60 Km/h

1.2.2 Came biến góc đánh lái và cảm biến moment

Hai cảm biến này thuộc hệ thống EPS, LKS sẽ dựa vào hai tín hiệu từ cảm biến này để xác định người lái xe có tác động vào hệ thống lái khi mà LKS đã phát ra tín hiệu cảnh báo bằng âm thanh và rung tay lái,…

1.2.2.1 Cảm biến góc đánh lái

Ảnh 2.9 : Cảm biến góc đánh lái

Cảm biến góc đánh lái nằm ở sau vô – lăng Cảm biến gồm 1 đĩa nhựa trên có khắc các rảnh gọi là Code Disk Ứng với mỗi đơn vị ánh sáng chiếu qua đĩa và được cảm biến ánh sáng thu nhận, ta sẽ có một dãy số nhị phân ứng với 2 giá trị 0 và 1 (0 ứng với những điểm cảm biến ánh sáng không nhận được ánh sáng, 1 ứng với những điểm cảm biến ánh sáng nhận được ánh sáng.) Từ dãy số nhị phân này, Ecu sẽ biết được người lái xe đang đánh lái theo hướng nào, góc đánh lái là bao nhiêu độ và tốc độ đánh lái

Cảm biến góc đánh lái hiện nay có thể nhận biết góc đánh lái khoảng

734 và thậm chí lên đến 1044 đối với cảm biến của hãng VolksWagen

1.2.2.2 Cảm biến moment

Cảm biến moment có thể nằm cùng vị trí với cảm

biến góc đánh lái, khoảng hoạt động của cảm biến từ

8 N.m – 10 N.m

1.2.3 Cảm biến đo tốc độ xoay của xe (Yaw rate)

Ảnh 2.11 : Cảm biến đo tốc độ xoay của xe

Cảm biến Yaw – rate có khoảng hoạt động từ -50 đến 50 ứng với mức

điện áp từ 0,7V ưng với góc -50 đến 4,3V ứng với góc 50

Cảm biến Yaw – rate cung cấp tín hiệu để ECU LKS tính toán ra lực

đánh lái và góc đánh lái phù hợp để đưa xe về vị trí lản trung tâm

1.3 ECU của LKS

ECU của LKS sẽ nhận các tín hiệu từ cảm biến video camera thông qua các thuật toán xử lý ảnh, ECU sẽ phân tích và tìm ra lane mà người lái

xe đã lựa chọn ở phần setting của hệ thống, tìm ra tâm đường cùng với các

tín hiệu từ các cảm biến ECU sẽ tính toán tìm ra khoảng thời gian từ lúc xe

có hiện tượng chệch lane đến lúc xe cán lane, trong khoảng thời gian đó,

ECU sẽ phát ra tín hiệu để cảnh báo người lái xe biết họ đang đi sai lane,

đồng thời ECU sẽ tính toán lực đánh lái và góc đánh lái phù hợp để đưa xe

về vị trí đúng lane Nếu ECU đã phát ra tín hiệu cảnh báo rồi mà người lái

vẫn không có dấu hiệu tác động vào hệ thống lái (thông qua các cảm biến

góc đánh lái và cảm biến moment) thì ECU của LKS sẽ gửi tín hiệu góc đánh lái và lực đánh lái đến ECU của EPS để đưa xe về làn đừng trung tâm, không

đi sai lane nữa

1.4 Cơ cấu chấp hành

1.4.1 Màn hình hiển thị, vô – lăng

Ảnh 2.13 : Cơ cấu chấp hành của LKS

1.4.2 Hệ thống lái

ECU của LKS sẽ gửi tín hiệu góc đánh lái và lực đánh lái vào ECU của

hệ thống trợ lực lái để thay đổi hướng di chuyển của xe,từ đó đưa xe về vị trí

đi đúng lane

Các hệ thống lái có thể ứng dụng LKS

1.4.2.1 Hệ thống lái dùng trợ lực điện –thủy lực

Ảnh 2.14: Hệ thống lái trợ lực điện- thủy lực

1.4.2.2 Hệ thống lái dùng trợ lực điện EPS (hãng Ford và

Honda đang áp dụng)

1.4.3 Hệ thống phanh (Hãng áp dụng Mercedes – Benz và

Nissan)

Ảnh 2.16 : LKS tác dụng lên hệ thống phanh

Khi ECU của LKS đã nhận biết được xe đang đi sai làn, tín hiệu điều

khiển ECU của LKS sẽ gửi đến bộ chấp hành phanh, từ đó hệ thống sẽ phanh

2 bên bánh xe đối diện (2 bánh xe không cán lane) để đưa xe về đúng làn

1.4.4 Steering by wire

Ảnh 2.17 : Hệ thống lái bằng điện của Infinite

Hiện nay, hướng phát triển của hệ thống LKS là Steering By Wire với

ưu điểm là xử lý tín hiệu từ ECU của LKS đưa đến nhanh hơn, người lái sẽ

không chịu tác động trực tiếp từ rung động mặt đường truyền trực tiếp lên vô

2 Giới thiệu tổng quan về hệ thống Lane Keeping System

2.1 Chức năng và lịch sử ra đời của hệ thống

Lane Keeping System (LKS)là hệ thống cảnh báo đi sai làn đường và

hỗ trợ giữ làn đường Cụ thể :khi xe đang đi trên đường và có hiện tượng bắt đầu trượt khỏi làn hệ thống sẽ cảnh báo bằng âm thanh và tay lái rung lên cảnh báo cho người lái biết là họ đang đi sai làn Nếu người lái vẫn không có dấu hiệu điều chỉnh tay lái để đưa xe trở lại làn thì hệ thống sẽ tác động vào

bộ trợ lực lái điện hoặc phanh vào bánh đối diện để xe trở lại đúng làn

Mercedes-Benz Actros là chiếc xe đầu tiên ứng dụng hệ thống này vào cuối thập niên 90 ở châu Âu Trên xe tải hạng nặng này có gắn bộ cảnh báo

âm thanh mà lái xe có thể nghe thấy khi chiếc xe đi chệch làn đường Để lái

xe không bị khó chịu mỗi khi chuyển làn đường, hệ thống sẽ không làm việc nếu lái xe sử dụng đèn signal để chuyển làn

Ảnh 1.1 : Mercedes-Benz Actros chiếc xe đầu tiên ứng dụng hệ thống Lane

keeping system

2.2 Tên hệ thống ứng với từng hãng xe

Từ việc ứng dụng hệ thống Lane Keeping System lên các xe tải đường dài mà đại diện là Mercedes – Benz cùng với các lợi ích rất lớn từ việc giảm thiểu tai nạn giao thông do việc mất tập trung khi lái xe của tài xế Ngày nay, các hãng xe đã lần lượt áp dụng công nghệ Lane Keeping System lên các dòng xe phổ thông của mình với những tên gọi khác nhau tùy theo từng hãng Đại diện một số hãng tiêu biểu :

Ảnh 1.2 : Tên hệ thống Lane Keeping System ứng với từng hãng xe

2.3 Phân loại hệ thống Lane Keeping System

Nếu căn cứ vào việc hệ thống có điều chỉnh hướng lái của xe khi xe có hiện tượng đi lệch làn hay không, ta có thể chia hệ thống Lane Keeping

System ra làm 2 loại : Hệ thống Bị động và Hệ thống Chủ động

- Hệ thống bị động chỉ cảnh báo cho người lái biết họ đang đi sai làn đường

bằng các tính hiệu cảnh báo : âm thanh, rung vô –lăng, rung ghế ngồi của tài xế, hiển thị lên màn hình cảnh báo, … mà không hề có sự tác động đến hệ thống khác nhằm chuyển hướng xe, đưa xe về vị trí đi đúng làn đường

- Hệ thống chủ động bao gồm cả hệ thống bị động, nhưng sau khi phát ra

các tín hiệu cảnh báo mà người lái xe vẫn không có tác động gì đến vô – lăng để đưa xe về vị trí đi đúng làn thì hệ thống sẽ chủ động tác động đến

hệ thống lái có trợ lực điện (EPS) hoặc tác dụng đến hệ thống phanh nhằm đưa xe về vị trí đi đúng làn đường

3 Nguyên lý hoạt động và sơ đồ mạch điện hệ thống

3.1 Nguyên lý hoạt động và sơ đồ mạch điện của hãng Honda

Ảnh 3.1 : Hệ thống hỗ trợ lái thông minh của hãng Honda

- Hệ thống này gồm có hai hệ thống nhỏ: Adaptive Cruise Control, và Lane Keeping Assist System Nên có những khối sẽ không liên quan

- Về nguyên lý thì khối Lane-recognition unit được xem như là một cái

camera nó sẽ chụp ảnh và gửi tín hiệu hình ảnh đến bộ điều khiển của hệ

thống lane keeping(LKAS control unit), bộ điều khiển sẽ dung một thuật

toán để xử lý ảnh và xác định được chiếc xe có đi đúng lane hay không nếu

đã đúng lane nó sẽ gửi một mã ID thông qua mạng CAN đi đến màng hình

đi đúng phần lane, còn nếu như bánh xe cán phải lane thì bộ xử lý lane

keeping sẽ gửi 1 mã ID đến màng hình hiễn thì thông báo cho người lái xe cán phải lane và nếu người lái đánh vô lăng đưa xe về thì không vấn đề giừ, nhưng nếu như người lái không có phản ứng gì, làm sao để biết ngươi flais không có phẩn úng giừ thì dựa vào hai con cảm biến: steering angle và

torque Nếu hai con cảm biến này ko có sự thay đổi thì bộ xữ lý biết được người lái ko có phản hồi gì và bộ xử lý lane keeping sẽ tính toán ra một góc quay và một lực mô men nó sẽ gửi tín hiệu này đến bộ xủ lý của hệ thông hỗ trợ lái điện (EPS) từ đó bộ xữ lý hệ thống EPS sẽ điều chỉnh góc lái và lực lái đưa chiếc xe về đúng lane và quá trình này cứ lặp đi lặp lại theo một vòng kín

- Và vòng kín này sẽ ngừng hoạt dộng khi có các điều kiện sau:

 Khi ta đạp phanh tốc độ xe >60 km/h

 Khi gạt mưa hoạt động 5 phút thì hệ thống sẽ ngưng hoạt động

 Có tín hiệu xin chuyển lane của tài xế

 Công tắc on/off hệ thống ở chế độ off

3.2 Nguyên lý hoạt động và sơ đồ mạch điện của hãng BMW

Ảnh 3.2 : Sơ đồ các khối của hệ thống LKS của BMW

 Rain/Light senser là cảm biến mưa và ánh sáng

 Dynamic stability control là bộ điều khiển của hệ thống ổn định thân xe

 Body gateway module là hộp nối chung của các mạng CAN nó như là một người phiên dịch để đưa tín hiệu với các tốc độ khác nhau có thể truyền đế các khối và nó còn đưa ra một cổng chuẩn đoán

 Lane departure warning control unit là bộ điều khiển Lane keeping

 Fuse là cầu chì hệ thống

 Central information display and car communication computer là một bộ gồm có máy tính xữ lý các tín hiệu để lựa chọn chế độ và gửi tín hiệu đến các bộ điều khiển và một màn hình hiển thị thông tin nó có thể lựa chọn các chế độ bằng cảm ứng hoặc bằng cử chỉ

 Controller là một bộ điều khiển

 Vibration motor là mô tơ rung

 Departure warning là công tắc ON/OFF của hệ thống

 Taplo là bảng táp lô

 Light module là cụm đền trước

Nguyên lý hoạt động của sơ đồ:

Để hệ thống hoạt động thì cần phải có các điều kiện đủ như: công tắc

hệ thống(11) phải để ở chế độ ON, xe phải chạy với tốc độ lớn hơn 60 km/h( lấy

số liệu từ khối 4), và lựa chọn các chế độ( khối 7 và 14), khi đi vào trời tối thì cụm đền trước phải hoạt động(khối 16) …Khi đã có các điều kiện đủ để hệ thống hoạt động thì camera( khối 2) sẽ truyền tín hiệu điện áp thấp đến bộ xữ lý

hệ thống lane keeping(6) bộ xữ lý sẽ dùng một thuật toán để xữ lý ảnh, nếu chiếc xe cán phải lane thì bộ xữ ký sẽ cấp điện áp cho motor rung(10) làm rung cần lái, và đồng thời bộ xữ lý sẽ gửi một mã ID đến màn hình hiển thị HEAD-

UP DISPLAY(khối 1) và TÁP LÔ(khối 15) để cảnh báo cho người lái xe biết

họ đang lái xe cán vào lane

4 Hệ thống LKS trên một số hãng xe

4.1 Mercedes – Benz

- Tên gọi: Active Lane keeping assist

- Hoạt động trong khoảng tốc độ từ 60km/h trở lên

- Hệ thống sẽ đưa ra cảnh báo kết hợp với phanh để đưa xe trở về làn

đường đúng

Ảnh 4.1 : Hệ thống camera xung quanh xe của Mercedes –Benz

Camera có thể nhìn các phương tiện phía trước ở khoảng cách 500m

Các cảm biến radar ngắn với tần số 24 GHz và tầm quét từ 0,2m đến 30m còn các cảm biến radar dài với tần số 76 GHz và tầm quét từ 60m đến 200m dùng để quan sát tình hình giao thông xung quanh

Khi đi lệch lane thì chỉ báo rung vô lăng và ghế cho tài xế chỉnh xe đi lại cho đúng lane hoặc tự động can thiệp vào hệ thống phanh để xe chạy lại cho đúng lane

Tài xế có thể tạm ngưng hệ thống bất cứ lúc nào khi phanh, có tín hiệu xi nhan,