Hệ thống kiểm soát hành trình thích nghi (Adaptive cruise control system)

Hiện nay, cùng với sự phát triển của khoa học công nghệ, ngành công nghiệp ô tô cũng đang phát triển mạnh mẽ nhờ áp dụng các kỹ thuật và thiết bị thông minh lên trên các sản phẩm xe hơi của mình. Đặt biệt, hệ thống tiện nghi và an toàn trên xe hơi là một lĩnh vực được nhiều hãng xe và cũng như các nhà phát triển công nghệ đặc biệt chú tâm tới, vì một mục đích đó là mang lại sự tiện nghi và an toàn tuyệt đối cho người dùng khi tham gia giao thông trên chính chiếc xe của mình.

TÓM TẮT

Hiện nay, cùng với sự phát triển của khoa học công nghệ, ngành công nghiệp ô tôcũng đang phát triển mạnh mẽ nhờ áp dụng các kỹ thuật và thiết bị thông minh lêntrên các sản phẩm xe hơi của mình Đặt biệt, hệ thống tiện nghi và an toàn trên xe hơi

là một lĩnh vực được nhiều hãng xe và cũng như các nhà phát triển công nghệ đặc biệtchú tâm tới, vì một mục đích đó là mang lại sự tiện nghi và an toàn tuyệt đối chongười dùng khi tham gia giao thông trên chính chiếc xe của mình

Ngoài ra, bằng việc phổ cập thông tin về các hệ thống tiện nghi và an toàn trên xe ô

tô, bài báo cáo này nhắm mục đích phổ cập trong chương trình giáo dục cho học sinh,sinh viên và mọi người để tìm hiểu rõ hơn về hệ thống tiện nghi và an toàn trên xe hơi,nắm rõ được các thành phần và đặc trưng của các hệ thống phổ biến trong ngành côngnghiệp ô tô cũng như nền tảng khoa học công nghệ tân tiến hiện nay

PHẦN 1

Chương 2: Hệ thống kiểm soát hành trình thích

nghi (Adaptive Cruise Control System)

2.1 Giới thiệu

Đây là hệ thống có tính năng kiểm soát hành trình thích ứng trên ô tô hay còn đượcgọi là "ga tự động thông minh" - Adaptive Cruise Control (ACC) - đã ra đời, nhằmkhắc phục những nhược điểm của Cruise Control

Hình 2 1 - Hệ thống kiểm soát hành trình thích nghi

Hệ thống kiểm soát hành trình thích ứng ACC – Adaptive Cruise Control có khảnăng duy trì tốc độ theo ý muốn của tài xế, nó còn cảnh báo va chạm và hỗ trợ giảmtốc trong trường hợp cần thiết Công nghệ ACC – Adaptive Cruise Control là sự nângcấp đáng giá từ tính năng ga tự động Cruise Control, nhằm tăng sự an toàn và tính tiệndụng cho người lái xe

Trong trường hợp xe phía trước đột ngột phanh khẩn cấp, xe sẽ phát cảnh báo bằnghình ảnh trên màn hình và âm thanh qua loa, để người lái đạp chân phanh hoặc hỗ trợphanh giảm tốc Trên nhiều mẫu xe hiện đại, hệ thống tự động còn có thể dừng hẳn xetheo phương tiện đi trước Khi phương tiện phía trước tiếp tục khởi hành, xe sẽ tựđộng theo đuôi

Nhiệm vụ của hệ thống trên xe ô tô:

Hệ thống kiểm soát hành trình thích ứng ngoài khả năng duy trì tốc độ xe theo ýmuốn của tài xế còn có chức năng:

Cảnh báo va chạm và hỗ trợ giảm tốc trong trường hợp cần thiết, nhằm tăng sự antoàn và tính tiện dụng cho người lái xe

Công nghệ ACC này sẽ:

Tự động giảm ga và thậm chí là tự động phanh (sử dụng bơm từ hệ thống chống bócứng phanh ABS) khi phát hiện có vật cản phía trước trong các điều kiện giao thông

đông đúc để duy trì được khoảng cách an toàn với các xe phía trước.

Tự động điều khiển bướm ga để tăng tốc xe đạt đến tốc độ đã đinh sẵn khi radarphát hiện khoảng cách phía trước xe đã an toàn

Do đó, Hệ thống kiểm soát hành trình thích ứng có thể điều chỉnh tốc độ của xe đểphù hợp với tốc độ của xe đang di chuyển phía trước và duy trì sự an toàn từ nó Lái

xe có thể duy trì hoặc tắt chức năng này bất cứ lúc nào bằng cách nhấn ga hoặc chânphanh

2.2 Cấu tạo thành phần và cách thức hoạt động của hệ thống kiểm soát hành trình thích nghi

2.2.1 Cấu tạo thành phần hệ thống

Hình 2 2 - Tổng quan các chi tiết hệ thống kiểm soát hành trình trên xe (1)

Hình 2 3 - Tổng quan các chi tiết hệ thống kiểm soát hành trình trên xe (2)

- Hệ thống kiểm soát hành trình thích nghi bao gồm các mô đun điều khiển vàcác thành phần như sau:

- J428 Control Module for Distance Regulation (Mô-đun điều khiển để điềuchỉnh khoảng cách)

- J220 Motoric Engine Control Module (ECM) (Mô-đun điều khiển động cơ)

- J217 Transmission Control Module (TCM) (Mô-đun điều khiển hộp số)

- J104 ABS Control Module (w/EDL) (Mô-đun điều khiển phanh ABS)

- J533 Data Bus On Board Diagnostic Interface (Gateway) (Giao điện chuẩnđoán data bus)

- J285 Control Module with Indicator Unit in Instrument Panel Insert đun điều khiển bộ hiển thị trong bảng đồng hồ)

(Mô J527 Steering Column Electronic Systems Control Module /G85 SteeringAngle Sensor (Mô-đun điều khiển hệ thống lái điện tử/ cảm biến góc láiG85)

Sơ đồ 2 1 - Sơ đồ khối các thành phần của hệ thống kiểm soát hành trình thích nghiBên cạnh đó, hệ thống kiểm soát hành trình thích nghi có các thành phần sau:

- J685 Front Information Display Control Head Control Module (Mô-đun điềukhiển hiển thị thông tin phía trước)

- J589 Driver Identification Control Module (Mô-đun điều khiển nhận biếtngười lái)

- J518 Access/Start Control Module (Mô-đun điều khiển truy cập/ khởi động)

- J519 Vehicle Electrical System Control Module (Mô-đun điều khiển hệthống điện trên xe)

- J393 Central Control Module for Comfort System (Mô-đun trung tâm điềukhiển tiện nghi)

- J345 Control Module for Towing Sensor (Mô-đun điều khiển cảm biến kéo)

- Hệ thống CAN trong hệ thống kiểm soát hành trình

Sơ đồ 2 2 - Sơ đồ chi tiết các thành phần của hệ thống kiểm soát hành trình thích nghi

(1)

Sơ đồ 2 3 - Sơ đồ chi tiết các thành phần của hệ thống kiểm soát hành trình thích nghi

(2)

2.2.2 Cách thức hoạt động của hệ thống

Hệ thống kiểm soát hành trình thích nghi hoạt động dựa vào tín hiệu của các cảmbiến khoảng cách và cảm biến tốc độ xe để có thể điều chỉnh tốc độ theo mong muốncủa người lái cũng như đặt xe vào một khoảng cách an toàn so với các phương tiệnkhác

Ban đầu, khi hệ thống kiểm soát hành trình thích nghi hoạt động, hệ thống sẽ bắtđầu xác định khoảng cách và tốc độ của xe phía trước bằng cảm biến LIDAR hoặccảm biến RADAR

Khoảng cách từ xe phía trước

Hình 2 4 - Xác định khoảng cách xe phía trước

Hình 2 5 - Tính khoảng cách của các xe

Khoảng cách trong trường hợp B gấp đôi khoảng cách trong trường hợp A Thì thờigian cần thiết để tín hiệu phản xạ đến máy thu gấp đôi trong trường hợp B.

Phép đo thời gian lan truyền trực tiếp là cực kỳ phức tạp Do đó việc đo thời gianlan truyền gián tiếp ở dạng tần số được điều chế quy trình sóng liên tục (FMCW) là đãđược sử dụng Liên tục phát ra các tần số dao động cực cao với biến thời gian tần sốđược sử dụng như truyền tín hiệu Tốc độ tần số là 200mHz trong vòng một phầnnghìn giây

Hệ thống này sử dụng cảm biến đo khoảng cách từ mũi xe đến vật thể phía trướcbằng sóng radar hoạt động trong dải tần số từ 76 đến 77 GHz Sau khi được kích hoạt,cảm biến này phát hiện các phương tiện khác trong phạm vi lên tới 200m phía trướcxe

Hình 2 6 - Biểu đồ tín hiệu đưa vào hệ thống

Tốc độ của xe phía trước

Một hiện tượng vật lý được gọi là “Doppler Effect (hiệu ứng sóng siêu âm)” được

sử dụng để thiết lập tốc độ của xe phía trước Đối với nơi phát sóng, có sự khác biệttùy thuộc vào nếu đối tượng phản xạ sóng truyền là đứng yên hoặc chuyển động.Nếu khoảng cách giữa nơi phát và đối tượng phát giảm, thì tần số của sóng phản xạtăng và giảm ngược lại Sự thay đổi tần số này là được đánh giá bằng điện tử và cungcấp giá trị tốc độ của xe phía trước

Ví dụ: Khi xe phía trước tăng tốc, khoảng cách tăng lên Bởi vì hiệu ứng Doppler,tần số của tín hiệu nhận được (phản xạ) giảm

Điều này dẫn đến sự khác biệt giữa tần số (f1) và (f2) Sự khác biệt này là được xác

định của cảm biến đo khoảng cách.

Hình 2 7 - Xác định tốc độ của xe phía trước

Hình 2 8 - Tính toán tốc độ của xe phía trước thông qua tín hiệu nhận được

∆f: Chênh lệch giữa tần số truyền và tần số nhận ở từng thời điểm khác nhau

Cảm biến đo khoảng cách gửi tần số phát tín hiệu và nhận tín hiệu phản xạ Mô-đunđiều khiển khoảng cách xử lý radar tín hiệu đầu vào và bổ sung các tín hiệu khácnhau Những tín hiệu này được sử dụng để xác định vị trí của các chiếc xe phía trướcnhằm mục đích để kiểm soát tất cả các xe trong phạm vi phát hiện của radar

Vị trí, tốc độ của xe và khoảng cách hiện tại được thiết lập Các hoạt động kiểmsoát cần thiết được thu thập từ dữ liệu này và thông tin được gửi đến Mô-đun điều

khiển động cơ điện tử (ECM) Mô-đun điều khiển hộp số (TCM) và Mô-đun điềukhiển ABS (w / EDL).

Hình 2 9 - Cảm biến khoảng cách hoạt động

Dữ liệu kiểm soát khoảng cách được gửi qua mạng CAN và Giao diện chẩn đoán

dữ liệu (Cổng vào) đều được điều khiển bằng hệ thống CAN

Hình 2 10 - ECU - Bộ xử lý trung tâmSau đó, hệ thống sẽ tác động vào hộp số và thông tin tốc độ được đo đạc thông qua

cảm biến tốc độ được gắn trên trục bánh xe hoặc trên trục hộp số và được gửi đếnECU để xử lý.

2.2.3 Sơ đồ mạch điện của hệ thống kiểm soát hành trình

Sơ đồ 2 4 - Sơ đồ mạch điện hệ thống kiểm soát hành trình thích nghi

 J428 Mô-đun điều khiển tính toán khoảng cách

 Z47 Cảm biến tính toán khoảng cách

 S Cầu chì

Tín hiệu bổ sung: Drive System CAN Low; Drive System CAN High

Terminal 15

2.3 Cách vận hành của hệ thống kiểm soát hành trình thích nghi

ACC OFF: Ở chế độ này, hệ thống sẽ tắt và không thể hoạt động.

ACC READY: Đây là chế độ chờ Hệ thống vẫn bật nhưng không có hoạt động

kiểm soát hành trình nào đang diễn ra Nếu kiểm soát hành trình thích ứng đã đượckích hoạt trước đó, tốc độ mong muốn vẫn được lưu trong bộ nhớ

ACC ACTIVE: Ở chế độ này, hệ thống điều khiển xe ở tốc độ đã cài đặt hoặc điều

chỉnh khoảng cách từ xe phía trước

ACC OVERRIDE: Trong chế độ này, người lái sẽ ghi đè tốc độ đã cài đặt bằng

cách nhấn bàn đạp ga

Kích hoạt / Hủy kích hoạt hệ thống

Cần điều khiển có hai vị trí để kích hoạt hệ thống, ACC READY (bật vị trí sangON) hoặc ACC OFF (bật vị trí sang OFF) Hành trình điều khiển di chuyển cần theo ýmuốn của người lái vào các vị trí tương ứng với trạng thái

Hình 2 11 - Kích hoạt hệ thống kiểm soát hành trình thích nghi

Đặt tốc độ mong muốn

Tốc độ mong muốn là tốc độ tối đa được điều chỉnh bởi hệ thống kiểm soát hànhtrình thích ứng trên đường thoáng Nhấn nút SET lưu trữ tốc độ hiện tại như tốc độmong muốn

Hình 2 12 - Đặt tốc độ mong muốn cho hệ thống kiểm soát hành trình thích nghiTốc độ cài đặt được hiển thị bằng đèn LED màu đỏ ở vành đồng hồ tốc độ và biểutượng hoạt động của ACC xuất hiện trong đồng hồ tốc độ Dãy tốc độ ACC có thểhoạt động được biểu thị bằng ánh sáng màu đỏ nhạt của tất cả các đèn LED trongphạm vi từ 19 đến 125 dặm / giờ (30 và 200 km / h).

Hình 2 13 - Đồng hồ hiển thị tốc độNếu màn hình phụ đã được kích hoạt bởi người điều khiển, một thông báo kháccũng xuất hiện trong màn hình trung tâm Vì lý do an toàn, tốc độ được lưu trữ sẽ bịxóa khi xe tắt máy

Hình 2 14 - Màn hình hiển thị khoảng cách

Phát hiện xe phía trước

Phát hiện phương tiện di chuyển phía trước kết quả hiển thị trong đồng hồ tốc độ

Hình 2 15 - Đồng hồ hiển thị phát hiện xe phía trướcNếu màn hình phụ đang hoạt động, một thông báo cũng xuất hiện trong màn hìnhtrung tâm

DISTANCE 2

Hình 2 16 - Màn hình hiển thịTrong quá trình hoạt động, tốc độ mong muốn trong khoảng từ 19 đến 125 dặm /giờ (30 đến 200 km/h) có thể được thay đổi bằng cách đẩy cần gạt lên để tăng tốc độhoặc đẩy cần gạt xuống để giảm tốc độ.

Hình 2 17 - Công tắc điều chỉnh tăng giảm tốc độ

Đặt khoảng cách mong muốn

Người lái xe có thể đặt khoảng cách mong muốn so xe phía trước theo bốn cấpkhoảng cách Khoảng cách được thiết lập bởi hệ thống kiểm soát hành trình thích ứngđược kiểm soát bởi tốc độ của xe phía trước

Khoảng cách mong muốn từ xe phía trước được thiết lập bằng công tắc trượt trêncần gạt Tác động của công tắc làm tăng hoặc giảm khoảng cách một cấp mỗi lần.Khoảng cách mong muốn được chọn xác định động lực gia tốc của xe

Hình 2 18 - Công tắc điều chỉnh khoảng cáchKhoảng cách tăng lên khi tăng tốc độ Cài đặt tối thiểu đảm bảo tuân thủ các quyđịnh pháp luật khoảng cách an toàn khi di chuyển ở tốc độ không đổi trong giaothông

Khoảng cách đã chọn được chỉ báo ngắn gọn trên dòng thông tin trong màn hìnhtrung tâm của bảng điều khiển Màn hình trung tâm được kích hoạt lần đầu tiên khinhấn nút

Số lượng vạch giữa các xe được hiển thị tương ứng với khoảng cách được chọntrong mỗi trường hợp Cài đặt cơ bản của khoảng cách sau khi khởi động cơ có thểđược đặt cho mỗi người lái xe (tham khảo cài đặt hệ thống)

Hình 2 19 - Thông tin các khoảng cách cơ bản có thể điều chỉnh

Tăng tốc độ trên tốc độ mong muốn (OVERRIDE)

Nếu người lái tăng tốc nhiều hơn hệ thống ACC, biểu tượng trên đồng hồ tốc độ sẽ

biến mất Nếu màn hình phụ đã được kích hoạt bởi người lái, chế độ này sẽ xuất hiệntrong đó.

Hình 2 20 - Màn hình hiển thị chế độ OVERRIDE

Tăng tốc ở chế độ READY

Di chuyển cần gạt theo hướng về trước đến vị trí CANCEL sẽ vô hiệu hóa hệ ACC

và dẫn đến việc thay đổi chế độ từ ACTIVE /OVERRIDE sang READY

Đèn LED để hiển thị tốc độ đã cài đặt vẫn hoạt động

Khi thả cần gạt, cần gạt sẽ tự động trở lại vị trí ON

Hình 2 21 - Công tắc điều khiển chế độ READY

Lưu ý: Hệ thống ACC cũng bị tắt khi nhấn bàn đạp phanh Hệ thống chuyển sang

chế độ READY.

Kích hoạt chế độ kiểm soát hành trình thích nghi (RESUME)

OVERRIDE

Nếu hệ thống Adaptive Cruise Control đã bị tắt và được đặt ở chế độ READY, nó

có thể được tái kích hoạt bằng cách kéo cần gạt về phía người lái

Điều kiện tiên quyết: Tốc độ mong muốn vẫn được đặt

Hình 2 22 - Công tắc điều chỉnh chế độ RESUME

2.3.2 Cài đặt hệ thống

Khoảng cách (1, 2, 3, 4):

DISTANCE 3 được cài đặt sẵn tại nhà máy cho ACC Thuật ngữ “system setting”

có nghĩa là cài đặt này vẫn có hiệu lực khi kích hoạt cho đến khi người lái xe muốn đi

ở một khoảng cách mong muốn khác

2.4 Cấu tạo chi tiết và cách xử lý tín hiệu của hệ thống kiểm soát hành trình thích nghi

Chức năng của hệ thống kiểm soát hành trình thích ứng không được thực hiện nhưmột hệ thống độc lập mà phụ thuộc vào nhiều hệ thống con khác nhau (hệ thống điềukhiển động cơ, hệ thống cân bằng điện tử, điều khiển chuyển tiếp) và phải được liênkết với nhau

Bộ điều khiển của hệ thống này được tích hợp trong cảm biến, nó nhận và gửi dữliệu trên xe bằng mạng kết nối CAN đến các đơn vị điều khiển điện tử khác

Hình 2 23 - Hệ thống kiểm soát hành trình thích nghi

Cơ bản gồm 3 mô-đun:

- Mô-đun điều khiển 1: điều khiển hành trình Nếu cảm biến radar không phát

hiện thấy bất kỳ phương tiện nào ở phía trước, hệ thống sẽ duy trì tốc độ mongmuốn do người lái đặt ở chế độ ga tự động – Cruise Control

- Mô-đun điều khiển 2: điều khiển theo dõi Khi cảm biến radar phát hiện có

phương tiện phía trước Module này sẽ thực hiện nhiệm vụ kiểm soát tốc độ đểduy trì khoảng cách thời gian với chiếc xe gần nhất ở một cài đặt không đổi

- Mô-đun điều khiển 3: điều khiển khi vào cua Khi vào các khúc cua có góc

ngoặt lớn, cảm biến radar lúc này sẽ mất “tầm nhìn” so với chiếc xe phía trước.Cho đến khi chiếc xe xuất hiện trở lại radar hoặc cho đến khi hệ thống đượcchuyển sang kiểm soát hành trình bình thường, các biện pháp đặc biệt có hiệu lực.Tùy thuộc vào nhà sản xuất, tốc độ sau đó sẽ được duy trì, tốc độ gia tốc nganghiện tại được điều chỉnh hoặc chức năng hệ thống bị vô hiệu hóa

Hình 2 24 - Tổng quát về cấu tạo và các bộ phận của hệ thống kiểm soát hành trình

thích nghi

1 Cảm biến khoảng cách và bộ điều khiển

2 Hộp ECU

3 Bộ điều khiển can thiệp phanh thông qua ESP

4 Công tắc điều khiển và màn hình hiển thị

5 Can thiệp điều khiển động cơ bằng van tiết lưu điều chỉnh bằng điện

6 Cảm biến tốc độ bánh xe

7 Điều khiển chuyển số bằng phương tiện điều khiển truyền điện tử

2.4.1 Bộ điều khiển can thiệp thông qua ESP

Thiết bị đang trở thanh tiêu chuẩn tối thiểu cho một mẫu xe cao cấp, và dần đượctrang bị trên hầu hết các mẫu xe hiện nay đó chính là hệ thống cân bằng điện tử ESP(Electronic Stability Program) Trong suốt quá trình điều khiển xe, mọi hoạt động đềuđược cảm biến ghi lại và truyền về liên tục cho hệ thống điều khiển trung tâm đó làhộp đen ECU, để so sánh với những chương trình đã tính toán từ trước Nếu đột nhiên

có hiện tượng bất thường xảy ra như xe đi chệch quỹ đạo ở tốc độ cao hay vào cua bịphanh gấp thì ngay lập tức hệ thống ESP sẽ hoạt động theo những chương trình đãđược cài đặt Lúc này cơ cấu điều khiển thủy lực trong hệ thống sẽ thông qua chươngtrình điện tử can thiệp vào hệ thống chống bó cứng phanh ABS, nhằm điều chỉnh gócxoay và tốc độ của từng bánh xe sao cho cân bằng với góc trượt quán tính của xe.Ngoài ra cơ cấu này sẽ tự động giảm công suất tức thời động cơ điều khiển giảm tốc

độ vòng quay tại các bánh đến khi bánh xe đủ độ bám đường cần thiết, đưa xe về vùnglàm việc an toàn Nhờ vậy mà xe không thể bị chệch hướng đột ngột hay lật xe