Chương Hệ thống hỗ trợ lái xe Cuối 1980, chương trình nghiên cứu Châu Âu ‘PROMETHEUS’Programme for a European Traffic with Highest Efficienty and Unlimited Safety’ Khi hạn chế chế tạo thành tố điện tử cảm biến, vấn đề động lực học ô tô chưa đước nghiên cứu đầy đủ, hệ thống máy tính công nghiệp tích chưa đời, nên nhà thiết kế Châu Âu chưa tạo ô tô có ‘độ nhạy’ cao mong muốn 5.1 Hệ thống hỗ trợ lái xe Khi điều khiển ô tô, điều kiện chuyển động thay đổi nhanh, lái xe cần nhiều phản ứng kịp thời, thường làm họ mệt mỏi Những thiết bị hỗ trợ lái xe thiết kế góc độ khác nhằm giải phóng áp lực cho lái xe để họ vững tin điều khiển, trạng thái cận vật lý, với mục tiêu thực chuyến không tai nạn Cảm biến giữ vai trò quan Hình 9.1 phân vùng ảnh hưởng hệ thống hỗ trợ Vùng vùng quan sát được, vùng vùng liên lạc có phương tiện vùng 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 thông tin toạ độ, số liệu vê đường từ vệ tinh Ngoài cho phép trao đổi thông tin di đông với đối tác giao thong khác Các hệ thống hoạt động: GPS : Global Postioning System TMC: Trafic Message Chanel: Thông báo trạng thái giao thông DAB: Digital Audio Broadcast GSM: Mobilnetz Hệ thống thông tin cho xe Hiện hệ thống thông tin gia đình công sở phát triển (WLAN: Wireless LAN), cho phép ứng dụng 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 khả hạn chế tai nạn xe có ESP Kết tổ hợp an toàn động lực học thụ động, ESP, hệ thống phanh, túi khí, đai an toàn, trần di động Hình 9.2 Phân bố tai nạn xe có không trang bị ESP Hệ thống xác định trạng thái lái xe Mệt mỏi, thiếu ngủ chuyển dài hành trình, vài giây ngủ nguyên nhân chủ yếu tai nạn giao thông chết người Vì cần có thiết bị nhận dạng trạng thái làm việc lái xe Nếu lái xe mệt, có thiết bị cảnh báo can thiệp dừng chuyến 5.1.2 Nguyên nhân tai nạn hệ thống hỗ trợ lái xe Theo thống kê giới, phút chết người tai nạn giao thông Năm 2002, theo Triade (Châu Âu, USA, Japan) có 90 000 chết khu vực đó, thiệt hại 400 tỷ Euro ( hình 5.3) Riêng Châu Âu gánh chịu 160 tỷ Euro 40 000 người chết năm Uỷ ban Châu có mục tiêu đến năm 2010 giảm số tử nạn giao thông xuống mưc 20 000 người Nhật Mỹ có chương trình tương tự: Chương trình an toàn đường Trong năm qua có tiến lớn vể giảm số người chết so với số tai nạn có biện pháp an toàn thụ động túi khí, giây an toàn Hệ thống phanh có ABS, ESP, thiết bị hỗ trợ phanh cho lái xe góp phần hạn chế tai nạn giao thông Mặc dù có nhiều tiến mục tiêu EU không đạt Hệ thống hỗ trợ lái xe bị động lẫn thụ động bị hạn chế không gian giao thông không phát kịp thời trạng thái nguy hiểm không nhận biết Mục tiêu thống kê xác lập quy luật gây tai nạn Hình 5.4 phân bố tai nạn CHLB Đức Đó sở để phân tích tai nạn Hình 5.3 Tại nạn giao thông Mỹ, Châu Âu, Nhật năm 2003 Hình 5.4 Phân bố tai nạn CHLB Đức Kreuzungskollision 31% (đâm 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 chướng ngại vật); Fussganger 7%(đâm người bộ) Từ đồ ta nhận thấy gần ¼ số vụ tai nạn thay đổi tuyến rời tuyến có chủ đích;gần 30 % vươt, đâm trực diện đâm vật cản; 7% gây với người bộ; 31 % đâm ngã tư Vì hệ thống sau cần thiết: - Tín hiệu cảnh báo rời tuyến vào vùng không quan sát - Hệ thống cảnh báo đâm xe thiết bị hỗ trợ dừng xe hệ thống kiểm soát khoảng cách an toàn ACC - Để giảm tai nạn cho người cần hệ thống xử lý ảnh - Giảm tai nạn ngã tư cần hệ thống cảm biến tích hợp Hệ thống an toàn thụ động tích cực phản ứng nhanh phát huy hiệu cao; điều có hiệu hệ thống cấp thông tin môi trường đầy đủ kịp thời Vì hệ thống cảnh báo trang thái giao thông giúp lái xe phản ứng hạn chế tai nạn 5.1.3 Thông tin Xe-Xe Xe-hệ thống đường Hê thống C2CC C2IC cho biết trạng thái giao thông kịp thời đối tác Hệ thống giao thông cấp tín hiệu cảnh báo ùn tắc kịp thời; hệ thống biển báo rõ ràng mạch lạc Giữa xe-xe xe-hệ thông liên hệ thông tin liên tục 5.1.4 Các cảm biến dự báo cho hệ thông hỗ trợ lái xe Để xác định đối tượng xuất trước xe cần loạt cảm biển Tuỳ vào tầm quan sát mà phải có cảm biến với tần số khác nhau, xem hình 5.5 Cảm biến đo khoảng cách Thế hệ cảm biến đo miền 2,5 mét; tương lai mét Nguyên lý cảm biến phát chùm sáng (lade) tần số 43,5 kHz, xác đinhh thời gian từ lúc phát đến lúc thu để biết khoảng cách vận tốc chùm sáng phát biết: d=te.cs/2, cs= 340 m/s2, te thời gian phát thu Hình 5.5 Tương quan khoảng cách tần số đo Hình 5.6 Cảm biến đo khoảng cách Bosch Radar: Ngày ô tô, radar 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 5.27 Hệ thống thu xử lý ảnh 5.1.5 Hệ thống quan sát Hình 5.28 Quan hệ ACC thiết bị quan sát an toàn giao thông Hình 9.29 Hệ thống hỗ trợ đỗ xe Komfortsysteme -Hệ thống hỗ trợ đỗ xe: Khi đỗ xe, lái xe bị khuất nhiều vùng Vì người ta điện tử hoá khả quan sát lái xe, xem hình 5.29 Trong hình 5.30 lái xe kích hoạt hệ thông Parking, xác định khoảng cách tự do, điều khiển vào cua, thường xuyên xác định lại không gian tự để người lái điều khiển Trong tương lai, người ta có ý định liên kết hệ thống với hệ thông lái để quay bánh xe vào cua, lái thực hai chức ga phanh Hình 5.30 Đo khả đỗ Hình 5.31 Đỗ xe Điều khiển vận tốc/giới hạn tốc độ Điều khiển vận tốc (Cruise Control) hệ thống tiện ích cho lái xe, chạy tốc độ thấp mà lái xe muốn chạy ổn định Lái lái chọn tốc độ tuỳ ý, hệ thống điều khiển để giữ cho xe chạy ổn định tốc độ Người ta chọn tốc độ tối đa Loại trang bị Mỹ chủ yếu, Châu Âu chiến 2030% Điều khiển khoảng cách ACC Điều khiển khoảng cách (ACC: Adaptive Cruise Control) thiết bị đo khoảng cách xe so với xe trước điều chỉnh vận tốc để khoảng cách không thay đổi Hệ thống tích hợp hệ thống phanh truyền lực điều khiển điện tử, Chương trình điều khiển ổn định điện tử ESP ACC có chức tích hợp với hệ thống khác ô tô nên phải thiết kế có khả kết nối cao sử dụng cho nhiều mođun xe khác Sau số giải thích Những phần tử ACC hình 5.32 ACC dẫn hướng: chức ưu tiên điều khiển vận tốc mong muốn (Set Speed Control), điều khiển tốc độ ổn định chạy theo (Follow Control), điều khiển tốc độ thích hợp chạy đường vòng (Curve Speed Control) Các khối thiết kế độc lập, modun bổ sung, chúng có chức gia tốc khác Hình 9.32 Cấu trúc ACC Gierratensensor/cảm biến góc quay thân xe trục z; Motorsteuerung mit elet Momentenschnittstelle/Điều khiển động với chân kết nối đo mo men; Radar-sensor mit integrierten ACC-Regler/Cảm biến radar; Bremssystem mit aktiver Bremsdruckerzeugung/Hệ thống phanh với cấu tạo áp suất tích cực; Lenkwinkelsensor/Cảm biến góc vô lăng; Raddrehzahlsensor/Cảm biến góc quay bánh xe Điều khiển gia tốc: với trạng thái mong muốn vừa nêu cần giá trị gia tốc định lượng phù hợp Để thực điều đó, ACC kết nối với hệ truyền lực hệ thống phanh.ACC có chất làm việc tích hợp nên kết nối với mang LAN, xem hình 5.32 Như vây, ACC kết nối qua LAN với điều khiển động cơ, hộp số, ESP Các cảm biến chạy đường vòng: Để hạ giá thành, hệ ACC,ESP dùng chung cảm biến xử lý LAN Các cảm biến dùng 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 thiết bị chọn theo mod; hoạt động lái xe kích hoạt Chức ACC: Khi chạy đường tự do, lái xe chọn ngưỡng tốc độ để chạy tự động (hình 5.33 trên); có xe trước, xác dịnh khoảng cách an toàn tự động chọn tộc độ phù hợp, (hình 5.33 giữa); xe trước rẽ phải, tự động tăng tốc vận tốc ngưỡng trước đó, (hình 5.33 dưới) Hinh 5.33 Chức ACC Điều khiển chạy theo: Khi chạy theo, ACC chọn khoảng cách an toàn d, xác định vận tốc yêu cầu v, thời gian lái xe đặt trước, τ Set = 1-2 giây: dSet=vFτ Set Tốc độ bé chọn thời gian lớn ngược lại Điều khiển quỹ đạo đường vòng: ACC thiết kế chủ đích cho chạy đường cao tốc, chạy đường vòng tiện ích.5Khi đương vòng ACC xác định gia tốc an toàn tự động, tầm quan sát cảm biến bị khuất, không cho tăng tốc Những ACC ngày số hạnh chế chức cảm biến cấu chấp hành không đáp ứng vận tốc 30 km/h, nghĩa để phanh đến v=0 không xác định với vật tĩnh tại.Để khắc phục ,cần có radar xác định vận tốc đối tượng quan sát, vận tốc đối tượng v rel,j thi vận tộc điều chỉnh vj=vF+ vrel,j Có hai khả mở rộng sau: ACC plus ACC chạy chậm (Low Speed Following LSF) Cảm biên ACC tác dụng toàn miền vận tốc đến 200 km/h, nghĩa phanh đến dùng hẳn xe Với hệ có cấu trúc hình 5.34, trang bị radar để kiểm soát tốc độ cao 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) nhìn xa (phải) : IR infararot ECU Bộ xử lý Lidar: Lidar (Light Detection Range) cảm biến cho ACC, người Nhật chế tạo, sử dụng sóng điện trừong giải sóng cực ngắn, 800…1000 nm Loại đèn nầy phát huy tác dụng có sương mù Hình 5.36 Phương pháp xác định tuyến Hình 5.37 Hệ thống đèn NIR Hình 5.38 So sánh chất lượng ảnh ... 5.27 Hệ thống thu xử lý ảnh 5.1.5 Hệ thống quan sát Hình 5.28 Quan hệ ACC thiết bị quan sát an toàn giao thông Hình 9.29 Hệ thống hỗ trợ đỗ xe Komfortsysteme -Hệ thống hỗ trợ đỗ xe: Khi đỗ xe, lái. .. 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:... kịp thời; hệ thống biển báo rõ ràng mạch lạc Giữa xe- xe xe -hệ thông liên hệ thông tin liên tục 5.1.4 Các cảm biến dự báo cho hệ thông hỗ trợ lái xe Để xác định đối tượng xuất trước xe cần loạt