Study with the several resources on Docsity
Earn points by helping other students or get them with a premium plan
Prepare for your exams
Study with the several resources on Docsity
Earn points to download
Earn points by helping other students or get them with a premium plan
Community
Ask the community for help and clear up your study doubts
Discover the best universities in your country according to Docsity users
Free resources
Download our free guides on studying techniques, anxiety management strategies, and thesis advice from Docsity tutors
This thesis focuses on investigating the composition and operation of pre-collision systems (pcs) in modern cars. With the increasing attention towards enhancing safety features in the automotive industry, this research aims to provide a comprehensive understanding of pcs, its components, and working principles. The study includes building a simple arduino model to simulate pcs functionality and its associated circuit diagram.
Typology: Essays (university)
1 / 86
This page cannot be seen from the preview
Don't miss anything!
i
Để hoàn thành được luận văn tốt nghiệp này, em xin gửi lời cảm ơn đến các Quý Thầy cô trường Đại học Giao thông Vận tải TP. Hồ Chí Minh đã truyền đạt những kiến thức quý báu và bổ ích trong suốt quá trình em học tại trường để em có thể thực hiện luận văn này. Đặc biệt, em xin gửi lời cảm ơn đến giảng viên hướng dẫn là Thầy ThS. Phạm Văn Thức đã tận tình chỉ dẫn, theo dõi và đưa ra những lời khuyên bổ ích giúp em giải quyết được các vấn đề gặp phải trong quá trình nghiên cứu và hoàn thành đề tài một cách tốt nhất. Do kiến thức của bản thân em còn hạn chế và thiếu kinh nghiệm thực tiễn nên nội dung luận văn tốt nghiệp khó tránh khỏi những thiếu sót. Em rất mong được nhận sự góp ý, chỉ dạy thêm từ Quý Thầy cô. Cuối cùng, em xin chúc Quý Thầy cô luôn có thật nhiều sức khỏe và đạt được nhiều thành công trong công việc.
iii
LỜI CẢM ƠN .................................................................................................................i TÓM TẮT LUẬN VĂN ............................................................................................... ii MỤC LỤC .................................................................................................................... iii CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN VỀ ĐỀ TÀI .................................................................... 1 1.1 Giới thiệu về hệ thống cảnh báo tiền va chạm PCS (Pre-Collision System) .. 1 1.2 Lý do chọn đề tài.................................................................................................. 1 1.2.1 Bắt kịp xu hướng của nền công nghiệp ô tô ............................................... 1 1.2.2 Giảm thiểu tai nạn giao thông ..................................................................... 2 1.3.3 Nguồn nhân lực tương lai của ngành công nghiệp ô tô ............................. 5 1.4 Mục tiêu nghiên cứu đề tài ................................................................................ 6 CHƯƠNG 2: CẤU TẠO VÀ NGUYÊN LÝ HOẠT ĐỘNG CỦA CÁC BỘ PHẬN TRONG HỆ THỐNG CẢNH BÁO TIỀN VA CHẠM .............................................. 7 2.1 Thành phần cấu tạo của hệ thống cảnh báo tiền va chạm PCS ...................... 7 2.2 Cấu tạo và nguyên lý hoạt động của từng bộ phận trong hệ thống ................ 8 2.2.1 Cảm biến tốc độ ô tô ..................................................................................... 8 2.2.2 Cảm biến đo khoảng cách .......................................................................... 13 2.2.3 Camera nhận diện vật thể phía trước ...................................................... 18 2.2.4 Các thành phần cảnh báo .......................................................................... 26 CHƯƠNG 3: NGUYÊN LÝ HOẠT ĐỘNG VÀ CÁC MỨC ĐỘ HOẠT ĐỘNG CỦA HỆ THỐNG CẢNH BÁO TIỀN VA CHẠM TRÊN XE TOYOTA CAMRY ....................................................................................................................................... 29 3.1 Nguyên lý hoạt động .......................................................................................... 29 3.2 Các mức hoạt động ............................................................................................ 38 3.4 Các tùy chỉnh của hệ thống cảnh báo tiền va chạm PCS ............................... 41 3.4.1 Bật/tắt hệ thống........................................................................................... 41
1.1 Giới thiệu về hệ thống cảnh báo tiền va chạm PCS (Pre-Collision System) Hệ thống cảnh báo tiền va chạm là một tính năng an toàn chủ động được trang bị trên các dòng xe ô tô ngày nay, nó có khả năng phán đoán được trước va chạm trực diện và cảnh báo cho người tài xế để tài xế kịp thời xử lý. Dựa trên các thông tin về tốc độ tức thời của ô tô, khoảng cách của ô tô với phương tiện phía trước,…. một bộ xử lý sẽ tính toán khả năng va chạm. Nếu bộ xử lý cho rằng khả năng cao ô tô sẽ va chạm với phương tiện phía trước, hệ thống sẽ kích hoạt cảnh báo bằng âm thanh và hình ảnh để ra hiệu cho tài xế đạp phanh kịp thời. Ngày nay trên các dòng xe ô tô hiện đại có trang bị hệ thống cảnh báo tiền va chạm, ngoài việc cảnh báo cho tài xế biết khi sắp xảy ra va chạm, hệ thống này còn hỗ trợ phanh xe tự động nếu tài xế không kịp phản ứng đạp phanh kịp thời. Từ đó có thể chủ động tránh được sự va chạm hoặc giảm nhẹ thiệt hại khi xảy ra va chạm. Hiện nay có rất nhiều công nghệ cảnh báo tiền va chạm dưới nhiều tên gọi khác nhau như: hệ thống tránh va chạm (Collision avoidance system), hệ thống cảnh báo va chạm phía trước (Forward collision warning system), hệ thống giảm nhẹ va chạm (collision mitigation system),…. Chức năng và cấu tạo của những hệ thống này có thể sẽ có những điểm khác nhau nhưng tất cả các hệ thống đó đều có chung một mục tiêu là ngăn chặn và giảm thiểu va chạm xảy ra ở đầu xe. 1.2 Lý do chọn đề tài 1.2.1 Bắt kịp xu hướng của nền công nghiệp ô tô Trong những năm gần đây, xu hướng của nền công nghiệp ô tô đang có những chuyển biến to lớn. Bên cạnh xu hướng hàng đầu đó là giảm lượng khí thải, chuyển dần sang sử dụng ô tô điện, còn một xu hướng cũng rất được nền công nghiệp ô tô đầu tư phát triển và cũng là xu hướng của phần lớn người tiêu dùng ô tô. Đó là trang bị thêm các công nghệ, hệ thống hỗ trợ lái tiên tiến (ADAS – Advanced Driver-Assistance Systems) giúp cho việc lái xe trở nên dễ dàng hơn, đồng thời cải thiện độ an toàn, bảo vệ sức khỏe và tính mạng của người tham gia giao thông. Trong các hệ thống hỗ trợ lái, những hệ thống giúp giảm tránh va chạm đang được rất nhiều sự quan tâm từ phía người tiêu dùng lẫn nhà sản xuất. Dưới đây là biểu đồ thể hiện mức độ quan tâm đến từ khóa
“Collision avoidance system” (tạm dịch: hệ thống tránh va chạm) từ năm 2012 đến hiện tại. Có thể thấy, sự quan tâm đến các hệ thống giảm tránh va chạm giao thông tăng mạnh trong những năm gần đây. Ngày nay hầu hết các nhà sản xuất xe hàng đầu thế giới đều đã phát triển riêng cho họ những hệ thống tránh va chạm như: Pre-Collision System (Toyota), PRE-SAFE (Mercedes-Benz), Pre Sense (Audi), EyeSight (Subaru), Smart City Brake Support (Mazda),…. Hình 1.1 Biểu đồ thể hiện mức độ quan tâm đến từ khóa “Collision avoidance system” trong vòng 10 năm trở lại đây (Theo thống kê của Google Trends) Để bắt kịp xu hướng của nền công nghiệp ô tô thế giới về việc cải tiến các hệ thống an toàn cho người tham gia giao thông, em đã chọn cho mình đề tài tìm hiểu về hệ thống cảnh báo tiền va chạm – một hệ thống có khả năng giảm tránh va chạm hiệu quả nhất trong các hệ thống hỗ trợ lái tiên tiến hiện nay. Luận văn này sẽ giúp em trang bị được những kiến thức bổ ích để có thể nghiên cứu sâu hơn về hệ thống cảnh báo tiền va chạm, từ đó có thể đưa ra phương hướng cải thiện hệ thống, góp phần xây dựng một nền công nghiệp hiện đại và tiên tiến hơn. 1.2.2 Giảm thiểu tai nạn giao thông Việt Nam là một quốc gia có tỷ lệ tai nạn giao thông tương đối cao. Theo thống kê của WHO năm 2018, tỷ lệ tai nạn giao thông của Việt Nam đứng hạng 2 trong các nước Đông Nam Á.
Tai nạn liên hoàn giữa 3 xe ô tô tại Bình Dương, chiều ngày 31/8/2022, 2 tài xế và những hành khách ngồi trên ô tô xây xác nhẹ. Hình 1.5 Tai nạn giao thông ngày 31/8/ (Nguồn: báo Lao động) Tình huống sắp va chạm kiểu húc đuôi là lúc hệ thống cảnh báo tiền va chạm thật sự phát huy hiệu quả của nó. Khi người lái xe nhận ra tình huống sắp va chạm, họ cần mất một khoảng thời gian khoảng 0.68 giây mới có thể phản ứng rời chân khỏi bàn đạp ga và chuyển sang đạp phanh được [8]. Con số này còn tùy thuộc vào kinh nghiệm cũng như độ tập trung của tài xế và nó có thể lên đến khoảng 2 giây nếu tài xế đang mất tập trung. Tuy nhiên, đối với các ô tô có trang bị hệ thống cảnh báo tiền va chạm, hệ thống sẽ tính toán được khả năng xảy ra va chạm sớm hơn rất nhiều so với phán đoán của tài xế, đồng thời hệ thống sẽ đưa ra cảnh báo ngay lập tức để báo hiệu cho tài xế đạp phanh. Ngay cả khi tài xế có phản ứng chậm, hệ thống sẽ tự động phanh trước thời điểm va chạm để tránh hoặc giảm thiểu thiệt hại vụ va chạm. Một vài số liệu thống kê về hiệu quả của hệ thống cảnh báo tiền va chạm trong việc phòng tránh va chạm kiểu húc đuôi:
Đường cao tốc ( Highway Loss Data Institute) cho rằng hệ thống cảnh báo tiền va chạm kết hợp phanh tự động giảm 50% số va chạm kiểu húc đuôi. [2] Ngoài ra các hệ thống cảnh báo tiền va chạm hiện nay còn có khả năng phát hiện va chạm với người đi bộ. Đây là một tính năng cũng rất hữu ích nếu được trang bị trên các dòng xe bán tại Việt Nam vì đại đa số người đi bộ tham gia giao thông tại Việt Nam chưa có ý thức tuân thủ quy định pháp luật. Có thể kể đến các vi phạm điển hình như: không đi đúng phần đường quy định, không qua đường đúng nơi quy định (nơi có kẻ vạch cho nguời đi bộ, cầu vượt, hầm chui cho người đi bộ),… Thậm chí có nhiều người trèo qua dải phân cách để băng qua đường ở các đường lớn, có nhiều làn đường cho xe ô tô chạy tốc độ cao di chuyển gây nên những tình huống rất nguy hiểm nếu xảy ra va chạm trực diện. Hình 1.6 Ô tô xảy ra va chạm với người băng qua đường đột ngột tại đường cao tốc Hà Nội – Bắc Giang ngày 25/2/ (Nguồn: báo VN Express) Hệ thống cảnh báo tiền va chạm sẽ là một công cụ vô cùng hữu ích trong việc giảm số lượng tai nạn giao thông và giảm thiệt hại khi xảy ra tai nạn giao thông. Việc nghiên cứu đề tài về hệ thống cảnh báo tiền va chạm sẽ giúp hiểu rõ hơn về cấu tạo và cách thức hệ thống hoạt động. Từ đó, các sinh viên ngành cơ khí ô tô như em có thể tìm ra những khuyết điểm của hệ thống và nghiên cứu sâu hơn để cải thiện hệ thống, xây dựng thêm các tính năng an toàn cho hệ thống cảnh báo tiền va chạm để hệ thống này có thể bảo vệ sức khỏe và tính mạng của nhiều người tham gia giao thông hơn. 1.3.3 Nguồn nhân lực tương lai của ngành công nghiệp ô tô Các hệ thống trên xe ô tô ngày càng trở nên phức tạp và có xu hướng chuyển dần sang tự động hóa, hoạt động tự động mà không cần hoặc cần rất ít sự điều khiển của con người. Ngày càng nhiều các bộ phận trên xe ô tô được điều khiển bằng điện, đòi hỏi
2.1 Thành phần cấu tạo của hệ thống cảnh báo tiền va chạm PCS Hệ thống cảnh báo tiền va chạm bao gồm các thành phần sau:
2.2 Cấu tạo và nguyên lý hoạt động của từng bộ phận trong hệ thống 2.2.1 Cảm biến tốc độ ô tô 2.2.1.1 Định nghĩa Cảm biến tốc độ ô tô là cảm biến có chức năng xác định tốc độ tức thời mà ô tô đang di chuyển. Từ đó gửi tín hiệu về đồng hồ tap-lô báo cho tài xế biết được vận tốc của ô tô và độ dài quãng đường ô tô đi được. Ngoài ra cảm biến tốc độ ô tô còn cung cấp dữ liệu cho các hệ thống khác hoạt động, ví dụ như: hệ thống phanh chống bó cứng ABS, ECU điều khiển động cơ dùng tín hiệu tốc độ để hiệu chỉnh lượng nhiên liệu phun và góc đánh lửa, điều khiển chuyển số trên hộp số tự động,…. 2.2.1.2 Phân loại Các loại thường gặp trên các dòng xe đời cũ:
- Loại MRE ( phần tử từ trở) Cảm biến này được lắp trên hộp số hay hộp số phụ và được dẫn động bằng bánh răng trục thứ cấp. Nó bao gồm một HIC (mạch tích hợp) với một MRE (phần tử từ trở) và một vành từ. Hình 2.4 Vị trí đặt cảm biến tốc độ xe loại MRE (Nguồn: VATC) Hình 2.5 Cấu tạo cảm biến tốc độ xe loại MRE (Nguồn: VATC)
Giá trị điện trở của MRE thay đổi phụ thuộc vào hướng của đường sức từ tác dụng lên nó. Do vậy, nếu hướng của đường sức từ thay đổi theo chuyển động quay của nam châm lắp trên vành từ sẽ dẫn đến kết quả là điện áp ra của MRE có dạng sóng xoay chiều. Bộ so sánh trong cảm biến tốc độ xe sẽ chuyển hóa sóng xoay chiều thành tín hiệu số, tín hiệu này sau đó được biến đổi bằng transistor trước khi đưa đến bảng đồng hồ. Tần số của sóng này phụ thuộc vào số lượng trên vành từ. Có hai loại vành từ (tùy theo xe). Một loại có 12 cực từ, loại kia có 4 cực từ. Loại 20 cực tạo ra 20 xung dạng sóng trong một vòng quay của vành từ, còn loại 4 cực tạo ra 4 xung. [6]
- Loại điện từ: Cảm biến tốc độ xe loại điện từ là một trong hai loại cảm biến tốc xe phổ biến ngày nay, thường được lắp tại trục đầu ra của hộp số. Cảm biến loại này còn được sử dụng để đo các loại tín hiệu tốc độ nói chung, ví dụ như cảm biến tốc độ bánh xe (cảm biến ABS), tốc độ trục cam,… Hình 2.6 Cấu tạo cảm biến tốc độ xe loại điện từ (Nguồn: VATC)
Để hoạt động, cảm biến loại Hall cần phải được cấp nguồn (thường là 5V hoặc 12V), ((nguồn điện được cấp sẽ đi qua phần tử Hall, kết hợp với từ trường do nam châm và răng của bánh răng kính từ tạo nên sẽ làm cho các electron bên trong phần tử Hall (tấm vật liệu bán dẫn) tập trung về một phía của phần tử Hall dưới tác dụng của lực Lorentz, từ đó tạo ra điện áp). Khi bánh răng quay, khe hở giữa phần tử hall và bánh răng thay đổi làm cho từ trường thay đổi. Khi không có từ trường qua phần tử Hall ( răng của bánh răng kích từ không vuông góc với phần tử Hall) , sẽ không có điện áp được tạo ra. Khi từ trường mạnh nhất ( răng của bánh răng kích từ vuông góc với phần tử Hall), điện áp tạo ra mạnh nhất. IC trong cảm biến sẽ điều khiển liên tục đóng ngắt dựa vào điện áp liên tục thay đổi này, gửi tín hiệu về cho ECU dưới dạng xung tín hiệu vuông. Từ đó ECU sẽ dựa vào độ rộng của xung tín hiệu này mà tính toán được tốc độ mà xe đang di chuyển. 2.2.2 Cảm biến đo khoảng cách 2.2.2.1 Cảm biến đo khoảng cách loại radar 2.2.2.1.1 Định nghĩa radar Radar là viết tắt của radio detection and ranging (dò tìm và định vị bằng sóng vô tuyến). Đây là một phương pháp dò tìm sử dụng sóng vô tuyến để xác định khoảng cách của 1 hoặc nhiều đối tượng Cảm biến đo khoảng cách loại radar đặt trước xe khi hoạt động sẽ phát liên tục những đợt sóng vô tuyến có bước sóng siêu ngắn, những đợt sóng vô tuyến này sẽ di chuyển về phía trước đến khi chạm vào các vật thể phía trước rồi phản xạ ngược lại bộ cảm biến. Bên trong bộ cảm biến sẽ có một bộ phận để tiếp nhận những đợt sóng vô tuyến này. Bằng cách xác định thời gian sóng vô tuyến đi từ bộ cảm biến đến vật thể rồi quay trở lại bộ cảm biến, ECU có thể xác định được khoảng cách từ xe đến vật thể. Cảm biến đo khoảng cách loại radar là loại được trang bị trên các dòng xe của hãng Toyota hiện nay. Ta có vận tốc âm thanh di chuyển trong không khí là một hằng số cS = 340 (m/s), khoảng cách từ radar đến vật thể có thể được xác định bằng công thức sau:
𝐭 .𝐜𝐒 𝟐
Với: cS: Hằng số vận tốc âm thanh di chuyển trong không khí D: Khoảng cách từ vật tới bộ radar (m) t: Thời gian sóng vô tuyến di chuyển từ bộ radar đến vật và quay lại (s) Hình 2.8 Vị trí lắp đặt cụm radar trên Toyota Camry (Nguồn: Toyota Camry Manual) Hình 2.9 Cụm radar của Toyota Camry
