hệ thống kiểm soát làn đường (LKS), hệ thống hỗ trợ đổ đèo (DAC) và hệ thống hỗ trợ khởi hành ngang dốc (HAC)

Trong xu thế hội nhập hiện nay, nền công nghiệp Việt Nam phát triển mạnh và đặc biệt là ngành kỹ thuật ô tô Vấn đề lại, vận chuyển ngày càng tăng người toàn thế giới Ơ tơ gần là phương tiện chủ lực đáp ứng nhu cầu đó Công nghệ ô tô là ngành khoa học kỹ thuật phát triển nhanh phạm vi toàn thế giới, để đáp ứng nhu cầu đã làm cho tốc độ gia tăng số lượng ô tô thế giới nhanh Do đó, tình hình giao thơng ngày càng phức tạp và nảy sinh vấn đề cấp bách cần phải giải quyết tai nạn giao thông, ô nhiễm môi trường, khủng hoảng nhiên liệu… Để giải qút vấn đề đó, địi hỏi ngành cơng nghệ ô tô phải áp dụng khoa học kỹ thuật tiên tiến thiết kế, ứng dụng nguyên vật liệu và công nghệ hiện đại để cho đời những chiếc xe ngày càng hoàn hảo với tính vận hành và tính an toàn vượt trội Một những hệ thống liên quan đến an toàn là hệ thống hỗ trợ lái Các hệ thống hỗ trợ lái là những hệ thống khách hàng quan tâm hiện mua xe tơ những lợi ích mà nó mang lại sử dụng như: an toàn, điều khiển xe dễ dàng, công nghệ hiện đại… Và trình học tập, em đã tiếp xúc, tìm hiểu về hệ thống này và nhận thấy là đề tài bổ ích đáng để tìm hiểu Chính em đã chọn đề tài tiểu luận: “HỆ THỐNG KIỂM SOÁT LÀN ĐƯỜNG (LKS), HỆ THỐNG HỖ TRỢ ĐỔ ĐÈO (DAC) VÀ HỆ THỐNG HỖ TRỢ KHỞI HÀNH NGANG DỐC (HAC)” Đề tài “”

TRƯỜNG ĐẠI HỌC SƯ PHẠM KỸ THUẬT THÀNH PHỐ HỒ CHÍ MINH

KHOA CƠ KHÍ ĐỘNG LỰC



BÁO CÁO CHUYÊN ĐỀ 2

HỆ THỐNG KIỂM SOÁT LÀN ĐƯỜNG (LKS), HỆ THỐNG

HỖ TRỢ ĐỔ ĐÈO (DAC) VÀ HỆ THỐNG HỖ TRỢ LÊN DỐC

(HAC

GVHD: TS.Huỳnh Phước Sơn

SVTH:

TP HỒ CHÍ MINH, NGÀY 28 THÁNG 05 NĂM 2020

TRƯỜNG ĐẠI HỌC SƯ PHẠM KỸ THUẬT THÀNH PHỐ HỒ CHÍ MINH

KHOA CƠ KHÍ ĐỘNG LỰC



BÁO CÁO CHUYÊN ĐỀ 2

HỆ THỐNG KIỂM SOÁT LÀN ĐƯỜNG (LKS), HỆ THỐNG

HỖ TRỢ ĐỔ ĐÈO (DAC) VÀ HỆ THỐNG HỖ TRỢ LÊN DỐC

(HAC

GVHD: TS.Huỳnh Phước Sơn

SVTH:

LỜI CẢM ƠN

Trước tiên, em xin cảm ơn nhà trường và quý thầy cô đã xây dựng môi trường họctập tốt, truyền đạt kiến thức cũng như những kinh nghiệm để em có thể gặt hái đượcthành quả trong năm qua

Đặc biệt, em xin gửi lời cảm ơn chân thành đến Thầy TS.Huỳnh Phước Sơn.

Thầy là người hướng dẫn nhiệt tình, luôn đưa ra những nhận xét đúng đắn để chúng

em hoàn thành đề tài tốt nghiệp được kịp thời và hoàn thiện nhất có thể

Sau cùng, tuy có nhiều nỗ lực, nhưng do thời gian thực hiện đề tài không nhiều vàkiến thức, kinh nghiệm còn hạn chế nên tiểu luận tốt nghiệp còn nhiều thiếu sót Dođó, em kính mong quý thầy cô, bạn bè thông cảm và rất mong nhận được ý kiến từmọi người để hoàn thiện đề tài tốt hơn Em xin chân thành cảm ơn!

TP Hồ Chí Minh, ngày 28 tháng 05 năm 2020

Sinh viên thực hiện

TÓM TẮT

1 Lời nói đầu:

Trong xu thế hội nhập hiện nay, nền công nghiệp Việt Nam đang phát triển rấtmạnh và đặc biệt là ngành kỹ thuật ô tô Vấn đề đi lại, vận chuyển ngày càng tăng củacon người trên toàn thế giới Ô tô gần như là phương tiện chủ lực đáp ứng mọi nhucầu đó Công nghệ ô tô là một ngành khoa học kỹ thuật phát triển rất nhanh trên phạm

vi toàn thế giới, để đáp ứng nhu cầu trên đã làm cho tốc độ gia tăng số lượng ô tô trênthế giới rất nhanh Do đó, tình hình giao thông ngày càng phức tạp và nảy sinh ra cácvấn đề cấp bách cần phải giải quyết như tai nạn giao thông, ô nhiễm môi trường,khủng hoảng nhiên liệu… Để giải quyết các vấn đề đó, đòi hỏi ngành công nghệ ô tôphải áp dụng khoa học kỹ thuật tiên tiến trong thiết kế, ứng dụng các nguyên vật liệuvà công nghệ hiện đại để cho ra đời những chiếc xe ngày càng hoàn hảo với tính năngvận hành và tính an toàn vượt trội Một trong những hệ thống liên quan đến an toàn làcác hệ thống hỗ trợ lái Các hệ thống hỗ trợ lái là một trong những hệ thống đượckhách hàng quan tâm hiện nay khi mua xe ô tô vì những lợi ích mà nó mang lại khi sửdụng như: an toàn, điều khiển xe dễ dàng, công nghệ hiện đại… Và trong quá trìnhhọc tập, em đã được tiếp xúc, tìm hiểu về các hệ thống này và nhận thấy đây là đề tài

bổ ích đáng để tìm hiểu Chính vì vậy em đã chọn đề tài tiểu luận:

“HỆ THỐNG KIỂM SOÁT LÀN ĐƯỜNG (LKS), HỆ THỐNG HỖ TRỢ ĐỔ

ĐÈO (DAC) VÀ HỆ THỐNG HỖ TRỢ KHỞI HÀNH NGANG DỐC (HAC)”

Đề tài “hệ thống kiểm soát làn đường (LKS), hệ thống hỗ trợ đổ đèo (DAC) và hệthống hỗ trợ khởi hành ngang dốc (HAC)” cũng giúp cho em hiểu thêm về cách hoạtđộng của các hệ thống trên xe cũng như cách các hệ thống kết nối với nhau

2 Mục tiêu nghiên cứu của tiểu luận:

- Nghiên cứu lý thuyết tổng quan về hệ thống kiểm soát làn đường (LKS), hệ

đèo (DAC) và hệ thống hỗ trợ khởi hành ngang dốc (HAC).

Phạm vi nghiên cứu:

- Các thành phần trong các hệ thống kiểm soát làn đường (LKS), hệ thống hỗ trợ

đổ đèo (DAC) và hệ thống hỗ trợ khởi hành ngang dốc (HAC)

- Nghiên cứu lý thuyết về các hệ thống kiểm soát làn đường (LKS), hệ thống hỗtrợ đổ đèo (DAC) và hệ thống hỗ trợ khởi hành ngang dốc (HAC)

- Ứng dụng của các hệ thống kiểm soát làn đường (LKS), hệ thống hỗ trợ đổ đèo(DAC) và hệ thống hỗ trợ khởi hành ngang dốc (HAC)

4 Phương pháp nghiên cứu:

Để thực hiện đề tài, em sử dụng nhiều phương pháp nghiên cứu nhưng chủ yếu làphân tích và tổng hợp lý thuyết Bên cạnh đó, em còn dịch một số tài liệu chuyên

ngành bằng tiếng anh để phục vụ cho công việc

MỤC LỤC

DANH MỤC CHỮ VIẾT TẮT

ACC Active cruise control Kiểm soát hành trình chủ động

ACSM Advanced crash safety module Module an toàn va chạm nâng

cao

ASD Active sound design Giả lập âm thanh chủ động

BDC Body domain controller Kiểm soát phạm vi thân xe

DEM2 Digital motor electronics 2 Hộp động cơ 2

DSC Dynamic stability controller Kiểm soát cân bằng động học

EARSH Electric active roll stabilization

rear

Cân bằng chủ động cầu sau

EARSV Electric active roll stabilization

front

Cân bằng chủ động cầu trước

EGS Electronic transmission control Điều khiển hộp số điện tử

ESP Electromechanical power

steering

Trợ lực lái điện tử

GWS Gear selector Cần số

HKFM Tailgate function module Module chức năng cốp sau

HSR Rear axle slip angle control Kiểm soát góc trượt cầu sau

IHKA Intergrated automatic

heating/air conditioning

Điều hòa tích hợp

KAFAS Camera-based driver support

system

Hệ thống camera hỗ trợ lái

CID Central Information Display Màn hình trung tâm

LEM Light effect manager Quản lý hiệu ứng đèn

NVE Night vision electronics Thiết bị điện tử nhìn đêm

RSE Rear seat entertainment Giải trí hàng ghế sau

RSL Radar sensor, left (avoidance

assistant)

Cảm biến radar, trái

RSR Radar sensor, right (avoidance

assistant)

Cảm biến radar, phải

SAS Optional equipment system Hệ thống thiết bị tùy chọn

SMBF Seat module, passenger Module ghế hành khách trước

SMBFH Seat module, passenger, rear Module ghế hành khách sau

SMFAH Seat module, driver, rear Module ghế hành khách sau trái

SPNMHL Seat pneumatics module back

SWW Blind spot detection ( primary) Phát hiện điểm mù (sơ cấp)

SWW2 Blind spot detection ( secondary) Phát hiện điểm mù (thứ cấp)

TCB Telematic communication box Hộp giao tiếp điện thoại

TRSVC Top rear side view camera Camera toàn cảnh

VDP Vertical dynamic flatform Nền tảng động học dọc trục

WCA Wirless charging oddments tray Khay sạc không dây

ZGM Central gateway module Module giao tiếp trung tâm

1 Start-up node control units for

starting and synchronizing the flexRay bus system

Hộp điều khiển nút khởi độngđể khởi động và đồng bộ hóa hệ

thống bus flexRay

terminal 15WUP thiết bị đầu cuối 15WUP

DANH MỤC CÁC HÌNH

Chương 1: CÁC HỆ THỐNG HỖ TRỢ LÁI 1.1 Tổng quan các hệ thống.

1.1.1 Hệ thống hỗ trợ khởi hành ngang dốc HAC.

Trong khoảng thời gian này, xe sẽ không bị tuột dốc khi chúng ta nhả bàn đạpphanh mà bị hãm lại bởi các hệ thống như: hệ thống phanh ABS, hệ thống kiểm soátlực kéo TRC, hoạt động của ly hợp (nếu có).

1.1.2 Hệ thống hỗ trợ xuống dốc DAC.

Hình 1.2: Hệ thống hỗ trợ đổ đèo DAC.

Hệ thống hỗ trợ đổ đèo DAC có chức năng hỗ trợ người lái xuống dốc màkhông cần rà chân phanh, giúp người lái tập trung lái xe mà không phải lo đang đivới vận tốc nguy hiểm

Cụ thể là xe sẽ bị hãm lại bởi các hê thống như hệ thống phanh ABS, hệ thốngkiểm soát lực kéo TRC, hoạt động của ly hợp (nếu có)

1.1.3 Hệ thống hỗ trợ kiểm soát làn đường.

Hình 1.3: Hệ thống hỗ trợ kiểm soát làn đường LKS.

Hệ thống hỗ trợ kiểm soát làn đường giúp người lái giữ xe không bị chệch lànkhi người lái đang có vấn đề như buồn ngủ, hoa mắt, đổ nước

Nhờ vào Camera KAFAS, hệ thống sẽ nhận biết được khi nào ta đi chệch lànđường, lúc đó hệ thống sẽ phát tiếng báo hiệu hoặc là rung lắc vô lăng cho người láichỉnh lại vô lăng Trường hợp người lái không chỉnh lại được thì hệ thống sẽ tựđộng chỉnh lại vô lăng thông qua hệ thống lái trợ lực điện

Ngoài ra hệ thống kiểm soát làn đường còn có các chức năng khác như:

+ Cảnh báo va chạm bên

+ Cảnh báo giảm va chạm bên

+ Phát hiện điểm mù

Chương 2: HỆ THỐNG KIỂM SOÁT LÀN ĐƯỜNG LKS2.1 CAMERA ĐA CHIỀU (KAFAS)

2.1.1 Tổng quan về KAFAS

Khi các yêu cầu lắp đặt trên camera KAFAS (Camera-based driver supportsystem) được nâng cấp trên G12, thì việc tồn tại của camera đơn sắc đã được thaythế bằng camera đa chiều ( stereo camera) Camera KAFAS được lắp trong đếgương của gương chiếu hậu trong và nằm sau kính chắn gió phía trước xe

Camera đa chiều KAFAS bao gồm 2 camera có độ phân giải cao sử dụng cảmbiến ánh sáng (Cảm biến ánh sáng là cảm biến chuyển đổi hình ảnh quang học sang

tín hiệu điện trong các máy thu nhận hình ảnh) CMOS ( Complementary MetalOxide Semiconductor -https://en.wikipedia.org/wiki/CMOS), camera sử dụng cảmbiến CMOS được đặt trưng bởi mức tiêu thụ năng lượng thấp, kích thước nhỏ gọn,

dễ chế tạo hơn cảm biến CCD (Charge Coupled Device) và có tỉ lệ khung hình cao,hai camera này được lắp cách nhau khoảng 20cm và tích hợp với hộp điều khiểntrong cùng một vỏ bọc

Hình 2.4: Vị trí camera KAFAS.

• Cảnh báo sai làn đường (Lane departure warning)

• Nhận biết biển báo đường bộ (Road sign recognition)

Camera KAFAS cũng đóng vai trò hỗ trợ trong các hệ thống:

• Hệ thống kiểm soát hành trình chủ động với chức năng Stop & Go (ACC)

• Hỗ trợ kiểm soát lái và làn đường trong trường hợp kẹt xe (Steering andlane control assistant including traffic jam)

• Hỗ trợ giữ làn đường chủ động kết hợp cảnh báo va chạm bên chủ động(Active lane keeping assistant with active side collision protection)

2.1.1 Chức năng phát hiện khoảng cách

Camera đa chiều không chỉ có thể đo được khoảng cách đến vật thể mà nócòn đo được độ cao của chúng so với mặt đường Trong khi một camera đơn sắcthông thường chỉ có thể ước lượng khoảng cách, thì camera đa chiều có thể xác địnhkhá chính xác khoảng cách đến vật thể lên đến 20-30cm trong phạm vi khoảng 40m

Hình 2.6: Camera KAFAS xác định khoảng cách.

Về nguyên lý hoạt động, các thiết bị điện tử dùng để xử lý hình ảnh trongcamera đa chiều KAFAS sử dụng hiệu ứng giống như cách con người tạo ra tầmnhìn trong không gian Camera KAFAS không chỉ cho phép xác định được vị trí củavật thể mà nó còn biết được sự chuyển động và chiều chuyển động của chúng Vớimỗi điểm ảnh của vật thể được xác định sẽ cho phép xác định được chiều chuyểnđộng của vật thể từ phương ngang, thẳng đứng hay dọc trục

Camera KAFAS có thể xác định khá chính xác trong khoảng cách lên đến 40mvề phía trước và mở rộng khoảng 5m về hai bên Nói chung, phạm vi phát hiện củacamera có thể lên đến 500m

2.1.2 Chức năng phát hiện người đi bộ

Camera KAFAS thu thập những hình ảnh phía trước xe và xác định toàn bộ

khung cảnh phía sau của các xe chuyển động cũng như đứng yên trong tầm quansát Cùng lúc đó hệ thống cũng xác định thông tin làn đường, vị trí xe và các chuyểnđộng Với sự hỗ trợ của dữ liệu hình ảnh từ camera KAFAS, các đối tượng được xácđịnh một cách rõ ràng là phương tiện hay chuyển động ngang của phương tiệnmuốn thay đổi làn đường Hệ thống đồng thời cũng phát hiện người và người đi xeđạp

Hình 2.7: Ví dụ về nhận dạng người đi bộ bằng camera KAFAS: người đi bộ

tiếp cận từ bên bước vào đường và bị ẩn một phần.

2.1.3 Chức năng phát hiện biển báo

Camera KAFAS cũng chịu trách nhiệm trong việc phát hiện các biển báo hiệugiao thông Ví dụ như các biển báo giới hạn tốc độ, cho vượt hay không cho vượtcũng như phát hiện các bảng chỉ dẫn…

2.1.4 Chức năng phát hiện làn đường

Hình 2.8: Camera KAFAS tích hợp trong đế gương chiếu hậu trong.

ra các tia hồng ngoại, khi kính trong suốt các tia này sẽ bị phản xạ lại và các

cảm biến ánh sáng sẽ nhận các tính hiệu này Ngược lại, khi nước mưa hoặcbụi bẩn xuất hiện thì các tia này sẽ đi qua chúng thay vì phản xạ lại đến cáccảm biến, ánh sáng phản xạ này tạo ra một điện áp, khi ánh sáng phản xạnhiều hơn thì chúng sẽ tạo ra điện áp lớn hơn và ngược lại Các mô tơ gạtmưa hoạt động khi điện áp được tạo ra thấp hơn (tức khi lượng ánh sángphạn xạ rất nhỏ) Tốc độ và thời gian kích hoạt gạt mưa tự động phụ thuộcvào mức độ ẩm ướt hay bẩn của kính chắn gió.

- Camera KAFAS ghi nhận hình ảnh phía trước xe lên đến 40m và mở rộngkhoảng 5m sang hai bên Dữ liệu hình ảnh sau đó được tính toán bởi hộpđiều khiển tích hợp trong camera Bằng việc phân tích hình ảnh được ghinhận từ camera KAFAS, hệ thống sẽ phát hiện ra làn đường cũng như cácvạch kẻ đường Chức năng này của camera KAFAS được dùng trong hệthống cảnh báo sai lệch làn đường (Lane Departure Warning)

Hình dạng của vạch kẻ đường có thể thay đổi dựa vào quy định của mỗi quốcgia hay tùy từng loại đường cũng như điều kiện thời tiết ngoài môi trường Hệ thốngcó thể phát hiện bề rộng và chủng loại của các loại vạch kẻ đường Để đánh giáđược một làn đường, đầu tiên camera và hộp điều khiển phải xác định rõ làn đườngđó và một làn đường phải có chiều rộng trung bình lớn hơn 2.5m

2.1.5 Chức năng phát hiện điều kiện mặt đường

Camera KAFAS trên G12 cũng có thể xác định được điều kiện của mặt đường.Với xe có trang bị gói Executive Drive Pro, dữ liệu sẽ được thu thập và đượcdùng để tùy chỉnh cho phần khung gầm và hệ thống treo tùy vào điều kiện mặtđường Bằng cách thay đổi thông số trong các hệ thống Dynamic Drive

(ARS) và Electronic Damper Control (EDC) và điều chỉnh sự tương tác giữahệ thống treo khí nén của hai cầu (ví dụ như thay đổi độ cứng hay độ cao của cácphuộc, phân bổ lại lực kéo giữa hai cầu đối với xe có trang bị dẫn động toàn thời

Hình 2.9: Camera KAFAS phát hiện sự mấp mô của mặt đường.

Xe có thể nhận biết được điều kiện mặt đường để có thể đưa ra các xử lý phùhợp trước khi xe tiếp xúc từng điều kiện đường khác nhau.Ví dụ nếu xe phát hiệnphía trước có mấp mô thì lập tức hệ thống kích hoạt các phuộc nâng lên để bảo vệkhung gầm,… Hệ thống hoạt động trong khoảng từ 15 đến 100km/h Cấu trúc của

xe ít bị chuyển động dọc do đó người lái sẽ cảm thấy êm dịu hơn Các mấp mô củamặt đường sẽ ít ảnh hưởng đến người lái

2.1.6 Giới hạn của hệ thống

Độ chính xác của hệ thống sẽ bị suy giảm do những giới hạn vật lý như:

- Sương mù nặng, mưa lớn, tuyết dày

- Gặp vùng ánh sáng mạnh chiếu trực tiếp vào thấu kính

- Vùng quan sát của camera trên kính lái bị bụi bẩn

- Những khúc quanh gắt

- Nếu giới hạn của các vạch kẻ đường bị mất, sai, khó thấy, phân kỳ hay hội tụhoặc khó nhận dạng cũng làm ảnh hưởng đến độ chính xác của hệ thống

- Ranh giới của các vạch kẻ đường bị tuyết bao phủ, bị bẩn hay bị ngập nước

- Ranh giới bị che khuất bởi vật cản

- Khi xe đi quá gần so với xe phía trước

- Kính lái bị nhòa, bẩn hay bị che khuất bởi các nhãn dán

- Độ trễ khoảng 10s kể từ lúc người lái khởi động xe

Lưu ý: Do những giới hạn cũng như những hạn chế, nên việc cảnh báo có thể

không thực hiện, có nhưng quá chậm hoặc không chính xác Do đó, hãy thận trọngđể có thể can thiệp một cách chủ động vào bất cứ lúc nào Nếu không sẽ có nguy cơxảy ra tai nạn.

2.2 Làn đường và hỗ trợ giao thông

Hỗ trợ kiểm soát làn đường với hổ trợ giao thông là một trang bị của hổ trợ lái.Hệ thống hỗ trợ người lái giữ xe ở là trong làn đường và điều chỉnh can thiệpnếu cần thiết

Hình 2.10: Hệ thống hỗ trợ lái.

2.2.1 Nguyên lý hoạt động

Tùy thuộc vào tốc độ, hệ thống phụ thuộc vào làn đường hoặc xe đang chạyphía trước Vị trí của làn đường và xe đang chạy phía trước được xác định với sự trợgiúp của 5 cảm biến radar và camẻa đa chiều KAFAS

Hình 2.11: Vị trí hệ thống KAFAS trên xe.

1 Bộ điều khiển cảm biến radar, bên phải (RSR)

2 Camera đa chiều KAFAS

3 Phát hiện điểm mù bên phải

4 Phát hiện điểm mù bên trái

5 Bộ điều khiển cảm biến radar, bên trái

Hổ trợ giao thông có thể sử dụng tốc độ trong khoảng từ 0-70 km/h và hổ trợkiểm soát làn đường được sử dụng từ 70-210 km/h.

Bảng dưới đây thể hiện tổng quát sự khác nhau giữa hai chức năng

Vận tố trong khoảng 0-70 kmh Vận tốc trong khoảng 70-210 km/h Can thiệp và điều chỉnh lái theo hương

của xe phía trước

Can thiệp lái chính xác theo hương trung tâm ở giữa làn

Phát hiện vạch kẻ đường

Nếu hổ trợ giao thông và hổ trợ kiểm soát làn đường được kích hoạt thì cảnh báo achạm bên hông được kích hoạt

2.2.2 Cảm biến phát hiện bàn tay

Để đảm bảo người lái xe cảnh giác và có khả năng phản ứng, anh ta đượckhuyến khích luôn luôn cầm cả hai tay lái khi hỗ trợ lái và điều khiển làn đường baogồm cả hỗ trợ kẹt xe được kích hoạt (được thiết lập theo quy định giao thông đường

bộ của Đức) Nếu người lái bỏ cả hai tay khỏi vành vô lăng, điều khiển sẽ dừng lạisau vài giây Trong khi điều khiển hoạt động và người lái được yêu cầu đặt tay lên

vô lăng để điều khiển lái

Một cảm biến điện dung (cảm biến phát hiện tắt tay) với các thiết bị điện tử pháthiện cảm ứng tương ứng trong vô lăng sẽ xác định xem tay lái có chạm vào vô lănghay không

Hình 2.12: Vị trí cảm biến phát hiện bàn tay.

Phát hiện cảm ứng điện tử được cài đặt trong vô lăng bên dưới túi khí củangười lái

Tay chỉ có thể được phát hiện trên vành tay lái, không phải trên nan hoa taylái, trung tâm hoặc tấm va chạm