BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO TRƯỜNG ĐẠI HỌC CÔNG NGHỆ TP HỒ CHÍ MINH ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP HỆ THỐNG HỖ TRỢ CHỐNG NHẦM BÀN ĐẠP CHÂN GA TRÊN Ô TÔ NGÀNH CÔNG NGHỆ KỸ THUẬT Ô TÔ GIẢNG VIÊN HƯỚNG DẪN Th S ĐỖ NHẬT TRƯỜNG Sinh viên thực hiện MSSV Lớp Mai Nguyễn Phước Bảo 1711251239 17DOTA3 Nguyễn Văn Nhựt 1711251999 17DOTA4 Trần Lê Phúc Thành 1711250637 17DOTA4 Tp Hồ Chí Minh, tháng 9 năm 2021 BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO TRƯỜNG ĐẠI HỌC CÔNG NGHỆ TP HỒ CHÍ MINH ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP HỆ THỐNG HỖ TRỢ CHỐNG NHẦM BÀN ĐẠP CHÂN G.
GIỚI THIỆU ĐỀ TÀI
LÝ DO CHỌN ĐỀ TÀI
Tăng tốc đột ngột ngoài ý muốn (SUA) xảy ra khi người lái xe nhấn nhầm bàn đạp ga thay vì bàn đạp phanh, dẫn đến tăng tốc nhanh và bất ngờ Nhiều vụ tai nạn giao thông đã được ghi nhận do việc sử dụng sai bàn đạp trong tình huống hoảng sợ Do đó, cần có giải pháp tự động trên ô tô để ngăn chặn việc bàn đạp hoạt động không chủ ý Khi hoảng sợ, người lái thường tác động lực mạnh mẽ và nhanh chóng lên bàn đạp, khác với cách tác động ổn định và liên tục, làm tăng nguy cơ tai nạn.
Chuyển động của chân người lái xe giữa các bàn đạp là một thao tác diễn ra ở “vị trí mù”, khiến họ không thể nhìn thấy chân mình trong quá trình điều khiển Việc thay đổi này có thể dẫn đến lỗi bàn đạp hoặc sử dụng sai bàn đạp, khi tài xế hoàn toàn dựa vào cảm giác để phân biệt vị trí, hướng, biên độ, lực và tốc độ đạp Dù tài xế có thể đã quyết định đúng là đạp phanh, nhưng có thể nhầm lẫn giữa đạp ga và phanh do nhiều yếu tố như thời điểm và lực vận động của cơ bắp, vị trí của đầu và thân người, cũng như chuyển động của xe Nhiều vụ tai nạn giao thông nghiêm trọng đã xảy ra do lỗi đạp nhầm chân ga thay vì phanh, vì vậy, nhóm nghiên cứu đã chọn đề tài: “Nghiên cứu các giải pháp nhằm hạn chế đạp nhầm chân ga”.
TÌNH HÌNH NGHIÊN CỨU TRONG NƯỚC VÀ NGOÀI NƯỚC
1.2.1 Tình hình nghiên cứu trong nước
Hiện nay, chưa có nghiên cứu khoa học nào trong nước đề cập đến hiện tượng tăng tốc đột ngột ở xe ô tô do lỗi hệ thống điều khiển hoặc sai sót từ người lái Các giải pháp hiện tại chủ yếu là các cơ cấu cơ khí do kỹ sư ô tô thiết kế nhằm hạn chế tình trạng đạp nhầm chân ga Một trong những thiết kế đáng chú ý là bàn đạp ga có hai đoạn được nối với nhau bằng một cơ cấu, giúp tách biệt phần chân người lái và cảm biến bàn đạp, ngăn chặn tác động không mong muốn khi có lực tác động đột ngột.
1.2.2 Tình hình nghiên cứu ngoài nước
Nghiên cứu lỗi bàn đạp đã thu hút sự chú ý từ nhiều lĩnh vực, trong đó Wu et al (2017) đã tiến hành nghiên cứu tại Hoa Kỳ để xác định các yếu tố có thể gây ra lỗi này, tập trung vào vị trí đặt chân trên bàn đạp và ảnh hưởng của các vị trí chân trước đó Đồng thời, một nghiên cứu khác của Consiglio và cộng sự (2003) đã điều tra tác động của các cuộc trò chuyện qua điện thoại và các yếu tố gây nhiễu khác đến thời gian phản ứng trong tình huống phanh Bên cạnh đó, Karali và cộng sự (2017) đã thực hiện khảo sát đối với những người cao tuổi từ 65 tuổi trở lên để so sánh những vấn đề chính trong trải nghiệm lái xe của họ với những người lái xe trẻ tuổi.
Nghiên cứu của Deng và cộng sự (2019) đã khám phá mối quan hệ giữa hoạt động của bàn đạp và khối lượng công việc của người lái xe Họ sử dụng cơ chế khối lượng công việc để phân tích trên các đoạn dốc của những con đường miền núi Các bài kiểm tra lái xe tự nhiên được thực hiện trên những con đường hai làn xe ở Trung Quốc, nhằm làm rõ ảnh hưởng của địa hình đến hiệu suất lái xe.
Nhiều nghiên cứu đã tập trung vào nhóm lái xe lớn tuổi, nhằm tìm hiểu cách thức mà họ điều khiển phương tiện Các nhà nghiên cứu đang nỗ lực khám phá các yếu tố ảnh hưởng đến khả năng lái xe của người cao tuổi.
Nghiên cứu đã chỉ ra rằng các chức năng nhận thức cụ thể có thể góp phần gây ra lỗi bàn đạp ở người lái xe lớn tuổi (Freund và cộng sự, 2008) Wu et al (2017) phát hiện rằng vị trí để chân của người lái xe bị ảnh hưởng bởi vị trí trước đó và bối cảnh môi trường Jammes và cộng sự (2017a) cho thấy thời gian phản ứng phanh (BRT) và thời gian phanh đỉnh (PBD) tăng đáng kể trong điều kiện CC/ACC so với điều kiện điều khiển, với BRT cũng tăng theo độ tuổi Consiglio và cộng sự (2003) nhận thấy rằng cuộc trò chuyện làm chậm thời gian phản hồi, trong khi nghe nhạc không có tác động tương tự Deng et al (2019) phát hiện lực đạp phanh cao hơn lực đạp ga và có mối tương quan mạnh hơn giữa lực bàn đạp phanh và nhịp tim Giao thông vận tải (2013) chỉ ra rằng giới tính ảnh hưởng đến vị trí chân, trong khi sức khỏe không có ảnh hưởng rõ rệt Những người lái xe điều chỉnh ghế đúng cách có khoảng để chân dài hơn 3 inch so với những người không điều chỉnh (Giao thông vận tải, 2013) Tran et al (2012) nhấn mạnh rằng khối lượng công việc, hiệu ứng tuần tự và phương thức báo hiệu là những yếu tố ảnh hưởng đến lỗi bàn đạp.
MỤC TIÊU CỦA ĐỀ TÀI
Mục tiêu của nghiên cứu là xác định nguyên nhân và phát triển phương pháp nhằm giảm thiểu hậu quả do việc đạp nhầm chân ga của tài xế, ngăn chặn tình trạng xe tăng tốc không mong muốn trong các tình huống cụ thể.
NỘI DUNG CỦA ĐỀ TÀI
Nghiên cứu này tập trung vào các yếu tố gây ra lỗi bàn đạp, nhằm hiểu rõ nguyên tắc áp dụng sai bàn đạp và đặc điểm của lỗi này ở người lái xe Phương pháp nghiên cứu bao gồm lái xe tự nhiên, mô phỏng lái xe và khảo sát Mục tiêu là xây dựng mô hình thuật toán để ngăn chặn xe tăng tốc ngoài ý muốn khi người lái nhầm chân ga trong những tình huống cụ thể.
PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU
Phương pháp nghiên cứu lý thuyết thông qua tài liệu, bài báo cáo, bài nghiên cứu đã được trình bày trong và ngoài nước
Phương pháp nghiên cứu thông qua việc mô phỏng và đánh giá kết quả thông qua phần mềm Matlab – Simulink và mô hình vật lý.
KẾT CẤU CỦA ĐỀ TÀI
Đề tài nghiên cứu được chia thành 6 chương chính:
Chương 1: Giới thiệu đề tài
Chương 2: Tổng quan về giải pháp
Chương 3: Phương pháp giải quyết đề tài
Chương 4: Thiết kế và thi công
Chương 5: Mô phỏng, phân tích kết quả
Chương 6: Kết luận, đánh giá kết quả
TỔNG QUAN VỀ GIẢI PHÁP
MÔ TẢ CÁC NGUYÊN NHÂN DẪN ĐẾN ĐẠP NHẦM CHÂN GA
Gần đây, các phương tiện truyền thông liên tục đưa tin về những vụ tai nạn giao thông nghiêm trọng do người lái ô tô nhầm chân phanh với chân ga.
Trong thời gian gần đây, đã xảy ra nhiều vụ tai nạn giao thông nghiêm trọng do nhầm chân ga và chân thắng Vào tối ngày 1/5/2020, một người đàn ông đã điều khiển ô tô Kia Morning lao xuống hồ Linh Đàm, Hà Nội Trước đó, vào ngày 29/4/2020, một phụ nữ cũng đã gặp tai nạn khi ô tô của cô lao xuống mương nước ở huyện Nghĩa Hưng, Nam Định, nhưng may mắn 4 người trên xe đã thoát ra kịp thời Ngày 9/4/2020, một vụ tai nạn khác xảy ra khi một phụ nữ điều khiển xe Mercedes đạp nhầm chân ga tại gầm cầu vượt Mai Dịch, Hà Nội, khiến 1 người nguy kịch và nhiều người bị thương Trước đó, vào ngày 14/11/2018, một người đàn ông lái xe trên đường Nguyễn Hữu Thọ, quận 7, TPHCM đã gây tai nạn làm 1 người chết và 4 người bị thương do nhầm chân ga và chân thắng Những vụ tai nạn này nhấn mạnh sự cần thiết của việc nâng cao ý thức lái xe an toàn.
Nhiều vụ tai nạn giao thông xảy ra do người điều khiển ô tô nhầm chân ga với chân phanh, dẫn đến hậu quả nghiêm trọng Thực tế cho thấy, số lượng tai nạn có nguyên nhân tương tự không hề nhỏ Các tài xế, chuyên gia, giáo viên dạy lái xe và các đơn vị quản lý đều nhận định rằng đây là một vấn đề đáng lo ngại cần được chú ý.
Trong nhiều tình huống, mọi thứ thường diễn ra bình thường, nhưng chỉ trong một phần nghìn giây, bạn có thể rơi vào trạng thái hoảng sợ Đối với những người có kinh nghiệm, điều này không phải là vấn đề lớn, nhưng với những ai chưa từng trải qua, cảm giác hoang mang có thể dễ dàng xuất hiện.
7 năng sẽ trỗi dậy, kéo theo việc đạp chân loạn cả lên vì xe số sàn và số tự động khác nhau"
Nhiều phụ nữ gặp khó khăn khi lái xe do thói quen mang giày cao gót, khiến họ dễ nhầm chân thắng với chân ga Thêm vào đó, việc sử dụng điện thoại khi lái xe làm giảm sự tập trung, dẫn đến khả năng xử lý tình huống kém Khi gặp bất trắc, sự thiếu bình tĩnh có thể khiến họ đạp ga thay vì đạp thắng, gây ra những tình huống nguy hiểm.
Xe số tự động chỉ có chân ga và chân phanh, do đó, nếu người lái đạp nhầm vào chân ga, xe vẫn tiếp tục di chuyển mà không chết máy như xe số sàn, điều này có thể dẫn đến những hậu quả nghiêm trọng.
Nhiều người chưa biết cách sử dụng phanh đúng cách, dẫn đến việc họ thường nhấn ga để chạy nhanh hơn Tuy nhiên, đối với những người chuyên nghiệp, phanh lại là bộ phận quan trọng nhất trong việc điều khiển xe.
"Việc điều khiển phương tiện có tính chất bản năng, theo kinh nghiệm truyền tai thì sẽ dẫn đến nguy cơ dẫn đến tai nạn giao thông"
Phụ nữ chiếm gần 2/3 số vụ va chạm do nhầm lẫn bàn đạp, theo dữ liệu va chạm và quét phương tiện Có thể lý giải rằng phụ nữ thường xuyên tiếp xúc với những khu vực dễ xảy ra va chạm, như bãi đậu xe, và xe của họ thường không vừa vặn do tầm vóc thấp hơn, dẫn đến khả năng xảy ra lỗi nhầm bàn đạp cao hơn Việc hiểu rõ nguyên nhân này có thể là bước khởi đầu quan trọng trong việc thiết kế các biện pháp phòng ngừa tai nạn.
Vị trí của đầu và cơ thể có thể ảnh hưởng đến độ chính xác khi lái xe Khi bắt đầu chu trình lái, người lái có thể di chuyển vị trí và làm lệch hướng bàn chân sang bên phải, dẫn đến việc chân có thể đạp ga thay vì phanh Hành động này có thể gây ra tăng tốc ngoài ý muốn, tiềm ẩn nguy cơ mất an toàn khi lái xe.
Khi sử dụng hệ thống điều khiển hành trình, người lái xe cần chú ý đến vị trí của mình Nếu bị lệch khỏi vị trí, việc giảm tốc độ bằng cách nhấn phanh có thể dẫn đến việc chân ga vô tình chạm vào chân ga, gây ra nguy hiểm.
8 ra, hiệu suất có thể giảm khi người lái xe đang giám sát thay vì điều khiển phương tiện (như khi sử dụng hệ thống điều khiển hành trình)
Người lái xe cần phân biệt phanh và chân ga mà không cần nhìn vào bàn đạp, sử dụng các dấu hiệu cảm giác như vị trí và lực nhấn bàn đạp Hướng và độ cong của chuyển động cũng đóng vai trò quan trọng trong việc vận hành Các điểm tham chiếu không gian như gờ truyền động giúp phân biệt bàn đạp, trong khi kích thước, hình dạng, góc độ, kết cấu bề mặt và đường viền của bàn đạp có thể ít hữu ích hơn tùy thuộc vào loại giày Tóm lại, nguyên nhân dẫn đến việc đạp nhầm từ chân phanh sang chân ga có thể được phân chia thành nhiều nhóm khác nhau.
2.1.1 Tâm lý thiếu vững vàng
Lỗi nhấn nhầm chân ga hoặc phanh thường xảy ra ở những người mới học lái ô tô, đặc biệt trong tình huống phanh khẩn cấp Sự thiếu quen thuộc với bàn đạp có thể dẫn đến hoảng hốt và nhầm lẫn Theo thống kê, khoảng 44% vụ va chạm do người lái xe không chú ý, khiến họ dễ bị giật mình trước tình huống bất ngờ và có thể nhấn nhầm chân ga khi cố gắng dừng xe hoặc giảm tốc độ.
Khi nhấn nhầm chân ga, nhiều người thường theo quán tính nhấn mạnh thêm, dẫn đến nguy cơ tai nạn cao Tâm lý không vững vàng, bốc đồng cùng với sự lơ đãng trong tình huống bất ngờ là nguyên nhân chính gây ra những nhầm lẫn nguy hiểm này.
Tần suất phản ứng giật mình trong các bộ phân tích thường không được trình bày đầy đủ, do nhiều báo cáo tai nạn thiếu thông tin chi tiết Mẫu cơ sở dữ liệu này cần được cải thiện để cung cấp cái nhìn rõ ràng hơn về vấn đề này.
• Giật mình sau một va chạm ban đầu (ví dụ, người lái xe phản ứng với một vụ va chạm bằng cách nhấn nhầm bàn đạp)
Khi mất kiểm soát xe, người lái thường cảm thấy hoảng sợ, ví dụ như khi xe trượt hoặc lệch khỏi làn đường Trong tình huống này, thay vì nhấn phanh để phục hồi, nhiều người vô tình đạp ga, dẫn đến nguy cơ tai nạn cao.
HỆ THỐNG ETCS-I (ĐIỀU KHIỂN BƯỚM GA ĐIỆN TỬ THÔNG MINH) 26 1 Cấu tạo và hoạt động
2.3.1 Cấu tạo và hoạt động
ETCS-i (Hệ thống điều khiển bướm ga điện tử - thông minh) là một hệ thống sử dụng máy tính để điều khiển bằng điện góc mở của bướm ga
Hình 2.15 Hệ thống điều khiển bướm ga điện tử - thông minh
Hệ thống điều khiển bướm ga hiện đại loại bỏ dây cáp truyền thống và sử dụng ECU động cơ kết hợp với mô tơ để điều chỉnh góc mở của bướm ga theo mức độ đạp bàn đạp ga Cảm biến vị trí bàn đạp ga và cảm biến vị trí bướm ga đảm bảo việc nhận biết chính xác góc mở của cả hai bộ phận Hệ thống ECTS-i bao gồm các thành phần như cảm biến vị trí bướm ga, ECU động cơ và cổ họng gió, trong đó cổ họng gió chứa bướm ga, mô tơ điều khiển bướm ga cùng các bộ phận liên quan khác.
Hình 2.16 Sơ đồ điều khiển hệ thống điều khiển bướm ga điện tử - thông minh
Cổ họng gió bao gồm các thành phần chính như bướm ga, cảm biến vị trí bướm ga, môtơ bướm ga và lò xo hồi Môtơ bướm ga sử dụng môtơ điện một chiều (DC) với độ nhạy cao và tiêu thụ năng lượng thấp ECU động cơ điều khiển dòng điện đến môtơ, giúp mở và đóng bướm ga thông qua cụm bánh răng giảm tốc Cảm biến vị trí bướm ga phát hiện góc mở thực tế và gửi thông tin về ECU Khi không có dòng điện, lò xo hồi sẽ đưa bướm ga về vị trí cố định khoảng 70 độ, nhưng trong chế độ không tải, bướm ga sẽ đóng lại ở vị trí nhỏ hơn.
Hình 2.17 Hệ thống kiểm soát bướm ga điện tử (ETCS)
Cảm biến vị trí bàn đạp ga chuyển đổi mức đạp xuống của bàn đạp thành tín hiệu điện áp gửi đến ECU động cơ, đảm bảo độ tin cậy với hai hệ thống đầu ra khác nhau Có hai loại cảm biến: tuyến tính và phần tử Hall Điện áp điều khiển được lấy từ cảm biến, với giá trị 0V khi không có tín hiệu điều khiển, và 0,5V khi khởi động máy để duy trì chế độ garanty với góc mở bướm ga là 10 độ Góc mở bướm ga tăng tỉ lệ thuận với điện áp điều khiển, đạt 4,5V khi bướm ga mở hoàn toàn.
Hình 2.18 Cấu tạo bộ bướm ga trong hệ thống ECTS-i
Khi ECU động cơ phát hiện sự cố, đèn báo hư hỏng trên đồng hồ táp lô sẽ sáng lên và nguồn điện đến mô tơ sẽ bị cắt Tuy nhiên, với bướm ga được giữ ở góc mở khoảng 70 độ, xe vẫn có khả năng di chuyển an toàn đến điểm dừng.
+ Những kiểu xe đầu tiên có hệ thống ETCS-i sử dụng một ly hợp từ giữa môtơ và bướm ga, nó có thể dùng để nối và ngắt môtơ
2.3.2 Các chế độ điều khiển
ETCS-i điều khiển góc mở của bướm ga đến giá trị tối ưu nhất tùy theo mức độ nhấn của bàn đạp ga
2.3.2.1 Điều khiển ở chế độ bình thường, chế độ công suất cao và chế độ đi đường tuyết
Động cơ hoạt động chủ yếu ở chế độ bình thường, nhưng có thể dễ dàng chuyển sang chế độ công suất cao hoặc chế độ đi đường tuyết thông qua công tắc điều khiển.
Hình 2.19 Sơ đồ vị trí góc mở bướm ga theo góc đạp chân ga ở các loại đường
+Điều khiển chế độ thường Đây là chế độ điều khiển cơ bản để duy trì sự cân bằng giữa tính dễ vận hành và chuyển động êm
+ Điều khiển chế độ đường tuyết
Chế độ điều khiển này duy trì góc mở bướm ga nhỏ hơn so với chế độ thông thường, giúp ngăn ngừa hiện tượng trượt khi lái xe trên các bề mặt trơn trượt, chẳng hạn như đường có tuyết.
Chế độ công suất cao cho phép bướm ga mở lớn hơn, mang lại cảm giác động cơ phản hồi nhanh chóng khi đạp ga Xe hoạt động mạnh mẽ hơn so với chế độ bình thường, tuy nhiên, chế độ này chỉ có trên một số kiểu xe nhất định.
2.3.2.2 Điều khiển mômen truyền lực chủ động
Chế độ điều khiển này điều chỉnh góc mở bướm ga để duy trì tính tăng tốc êm ái, bằng cách làm cho góc mở nhỏ hơn hoặc lớn hơn so với góc đạp của bàn đạp ga Hình minh họa cho thấy khi bàn đạp ga được giữ ở một vị trí nhất định, các xe không có hệ thống điều khiển mômen truyền lực chủ động sẽ mở bướm ga gần như đồng bộ với chuyển động của bàn đạp, dẫn đến gia tốc dọc xe G tăng đột ngột trong một khoảng thời gian ngắn trước khi giảm dần So với những xe này, các kiểu xe có điều khiển sẽ mang lại trải nghiệm lái mượt mà hơn.
Để đảm bảo tăng tốc êm ái cho xe, mômen truyền lực chủ động và bướm ga cần được mở dần dần, giúp gia tốc dọc xe G tăng lên từ từ trong một khoảng thời gian dài.
+ Điều khiển tốc độ không t i
Chức năng này điều khiển bướm ga ở phía đóng để duy trì tốc độ không tải lý tưởng
+ Điều khiển gi m va đập khi chuyển số
Chức năng điều khiển này giúp giảm góc mở của bướm ga và mômen động cơ, đồng thời phối hợp với hệ thống ECT trong hộp số tự động để giảm thiểu va đập khi chuyển số.
+ Điều khiển bướm ga TRAC
Khi bánh xe chủ động trượt nhiều, hệ thống TRAC sẽ nhận tín hiệu từ ECU để điều chỉnh bướm ga, giảm công suất nhằm tăng cường tính ổn định cho xe và đảm bảo lực dẫn động hiệu quả.
+ Điều khiển hỗ trợ VSC
Chức năng này điều chỉnh góc mở bướm ga thông qua sự kết hợp với ECU điều khiển trượt, nhằm tối ưu hóa hiệu quả của hệ thống VSC.
+ Điều khiển chạy tự động
Trong hệ thống điều khiển chạy tự động thông thường, ECU điều khiển mở và đóng bướm ga thông qua bộ chấp hành và dây cáp Tuy nhiên, với hệ thống ETCS-i, ECU động cơ, bao gồm cả ECU điều khiển chạy tự động, sẽ trực tiếp điều khiển góc mở bướm ga qua môtơ điều khiển bướm ga, giúp thực hiện thao tác điều khiển chạy tự động một cách hiệu quả hơn.
+ Nếu ECU động cơ phát hiện thấy có trục trặc trong hệ thống ETCS-i, nó bật đèn báo hư hỏng trên đồng hồ táplô để báo cho lái xe
Cảm biến vị trí bàn đạp ga được trang bị hai mạch cảm biến chính và phụ Khi một trong các mạch cảm biến bị hư hỏng, ECU sẽ phát hiện sự chênh lệch điện áp bất thường giữa hai mạch, từ đó đảm bảo hoạt động an toàn cho động cơ.
Khi chuyển sang chế độ hoạt động hạn chế, mạch còn lại sẽ được sử dụng để tính toán góc bàn đạp ga, khiến xe vận hành với góc mở bướm ga hạn chế hơn bình thường Nếu phát hiện hư hỏng trong cả hai mạch, ECU động cơ sẽ điều chỉnh bướm ga về trạng thái không tải, giới hạn xe chỉ hoạt động trong phạm vi không tải.
Hình 2.20 Chức năng dự phòng của hệ thống ECTS-i
PHƯƠNG PHÁP GIẢI QUYẾT ĐỀ TÀI
HỆ THỐNG PHÁT HIỆN BUỒN NGỦ VÀ CHỐNG ĐẠP NHẦM BÀN ĐẠP CHÂN GA
Trong những tình huống như đạp nhầm chân ga khi xe đang đỗ, kẹt xe hoặc khi không tỉnh táo, việc tăng ga thay vì phanh có thể dẫn đến tai nạn nghiêm trọng Hệ thống tránh tăng tốc ngoài ý muốn sẽ tự động nhận diện và điều chỉnh bàn đạp, tác động lên hệ thống phanh khi người lái nhấn nhầm chân ga Nhờ đó, hệ thống này giúp giảm thiểu rủi ro và bảo vệ an toàn giao thông.
Hình 3.1 Sơ đồ khối của hệ thống phát hiện buồn ngủ và tránh tăng tốc đột ngột ngoài ý muốn để phòng ngừa tai nạn ô tô
Có hai chức năng chính để giảm thiểu tai nạn do lỗi của con người
Để tránh tăng tốc đột ngột ngoài ý muốn do lỗi con người, cần giám sát và điều chỉnh để ngăn chặn sự hỗn hợp của bàn đạp Bằng cách chuyển đổi gia tốc đột ngột không mong muốn thành giảm tốc, chúng ta có thể đảm bảo an toàn và ổn định trong quá trình vận hành.
Hệ thống phát hiện buồn ngủ là công nghệ tiên tiến giúp xác định tình trạng buồn ngủ của người lái xe Hệ thống này hoạt động bằng cách theo dõi hoạt động nháy mắt của tài xế và khi phát hiện dấu hiệu buồn ngủ, nó sẽ tăng âm thanh báo động trong xe nhằm cảnh báo người lái.
Bộ phận cảm biến là thành phần thiết yếu trong hệ thống phát hiện, với hai loại cảm biến chính: cảm biến siêu âm và cảm biến nhịp tim Cảm biến siêu âm sử dụng sóng âm thanh để đo khoảng cách đến vật thể bằng cách ghi lại thời gian giữa sóng âm phát ra và sóng âm phản hồi, từ đó quyết định chuyển đổi tăng tốc ngoài ý muốn thành phanh đột ngột Trong khi đó, cảm biến nhịp tim đo nhịp tim khi người dùng đặt ngón tay lên thiết bị, giúp tránh lỗi áp dụng sai bàn đạp trong các tình huống bất thường Khi cảm biến siêu âm phát hiện tăng tốc đột ngột và cảm biến nhịp tim ghi nhận nhịp tim bất thường, hệ thống sẽ tự động giảm tốc hoặc phanh, góp phần giảm thiểu nguy cơ tai nạn do tăng tốc đột ngột không mong muốn.
Hình 3.2 Sơ đồ quy trình tránh tăng tốc đột ngột ngoài ý muốn
Hệ thống bắt đầu bằng việc thu thập các thông số như nhịp tim và khoảng cách chướng ngại vật thông qua cảm biến siêu âm Dữ liệu từ các cảm biến này được sử dụng để điều khiển bánh xe Khi có sự tăng tốc đột ngột trong tình huống bất ngờ, cảm biến siêu âm phía trước sẽ xác định khoảng cách đến chướng ngại vật Nếu phát hiện nhịp tim bất thường, hệ thống sẽ tự động điều chỉnh gia tốc, giảm tốc độ hoặc phanh đột ngột dựa trên khoảng cách đo được.
HỆ THỐNG KIỂM TRA GIA TỐC ĐỘT NGỘT NGOÀI Ý MUỐN SỬ DỤNG CẢM BIẾN ĐO KHOẢNG CÁCH
Một máy ảnh và cảm biến được lắp đặt trên chân ga và phanh của xe để thu thập hình ảnh, giúp kiểm tra trạng thái điều khiển của chúng Cường độ bước trên thiết bị được đo dựa trên hình ảnh thu thập được, đảm bảo tính chính xác trong việc đánh giá hiệu suất của chân ga và phanh.
36 bức ảnh đã được lưu trữ Thông tin OBD-II được trích xuất và so sánh với tình trạng hiện tại của phương tiện để xác định nguyên nhân tai nạn, đặc biệt là do sự gia tăng đột ngột của gia tốc dưới chân ga.
Hệ thống phần cứng dựa trên MCU Cortex-M3 tích hợp OBD-II và ba cảm biến đo khoảng cách LK-MDS-C29, cho phép gửi dữ liệu hiệu quả đến thiết bị di động và máy chủ để lưu trữ Người dùng có thể kiểm tra dữ liệu bất kỳ lúc nào, nâng cao khả năng giám sát và quản lý thông tin.
Hình 3.3 Mô-đun đo khoảng cách LK-DMS C29
Mô-đun đo khoảng cách LK-DMS C29 có khả năng đo trong khoảng từ 10–80 cm, với điện áp hoạt động từ 4,5 V đến 5,5 V mà không cần tín hiệu đầu vào Thiết bị này dễ dàng xử lý và ít bị ảnh hưởng bởi màu sắc cùng hệ số phản xạ của gương phản xạ, cho phép thực hiện các phép đo chính xác cao nhờ vào khoảng cách liên tục và đầu ra trung bình Với những ưu điểm này, mô-đun đã được lựa chọn cho hệ thống, trong đó ba mô-đun được gắn vào chân ga, phanh và ly hợp để kiểm tra cường độ của từng bộ điều khiển.
Hình 3.4 Lắp đặt cảm biến mô-đun đo khoảng cách
Dữ liệu từ mô-đun đo khoảng cách là dữ liệu thô dưới dạng điện áp, cần chuyển đổi sang khoảng cách bằng cách sử dụng giá trị hiệu điện thế Bảng chuyển đổi từ điện áp sang cm được trình bày trong hình 3.5, cho thấy các giá trị cm khác nhau tương ứng với các giá trị điện áp Do đó, việc lập công thức toán học cho bảng này là cần thiết Ngoài ra, một mô-đun camera được lắp cạnh bàn đạp ga sẽ chụp ảnh trong thời gian thực và lưu trữ chúng vào máy chủ.
Dữ liệu từ cảm biến đo khoảng cách ở bàn đạp và camera dưới khu vực này được gửi đến bộ xử lý để xác định gia tốc đạp bàn đạp ga, giúp nhận diện liệu người tài xế có đang đạp nhầm chân ga hay không.
PHƯƠNG PHÁP ĐỂ NGĂN CHẶN SỰ TĂNG TỐC ĐỘT NGỘT XẢY RA TRÊN MỘT CHIẾC XE KHI NGƯỜI LÁI XE VÀO SỐ TRONG LÚC CHUẨN BỊ DI CHUYỂN TRONG TRƯỜNG HỢP DỪNG ĐÈN ĐỎ
RA TRÊN MỘT CHIẾC XE KHI NGƯỜI LÁI XE VÀO SỐ TRONG LÚC CHUẨN BỊ DI CHUYỂN TRONG TRƯỜNG HỢP DỪNG ĐÈN ĐỎ
Việc kiểm soát áp suất dầu của hộp số giúp động cơ hoạt động an toàn, ngăn ngừa công suất không được truyền vào bánh xe trong trường hợp khởi động đột ngột TCU (Transmission Control Unit) sử dụng các van điện từ để điều chỉnh áp suất dầu, mang lại lợi ích như giữ bánh răng và duy trì động cơ ở trạng thái không tải khi có hiện tượng tăng tốc đột ngột Điều này rất quan trọng vì nếu động cơ tắt trong tình huống khởi động đột ngột, hệ thống phanh sẽ bị dừng lại, gây nguy hiểm cho người lái Khởi động đột ngột thường chỉ diễn ra trong thời gian ngắn, và nếu hộp số được kiểm soát kịp thời, sự an toàn của người lái và xe sẽ được đảm bảo Bài viết khẳng định rằng hệ thống ngăn chặn khởi động đột ngột là một trong những hệ thống an toàn nhất, dễ dàng áp dụng cho xe Thuật toán chính của hệ thống đã được tối ưu hóa đủ nhỏ để có thể nhúng vào ECU (Electric Control Unit) của xe.
Quy trình giám sát thời gian thực được triển khai nhằm phát hiện gia tốc đột ngột không mong muốn Các tín hiệu tham chiếu quan trọng trong việc phát hiện bao gồm tín hiệu vị trí cần số, tín hiệu tốc độ xe, tín hiệu phát hiện phanh, tín hiệu tốc độ động cơ, và tín hiệu góc bàn đạp ga.
Các lý do chính của việc tăng tốc đột ngột ngoài ý muốn được phân loại như sau
(1) Tốc độ động cơ lớn hơn giá trị vòng tua động cơ được xác định trước
(2) Chế độ phanh đang ở trạng thái BẬT, nhưng tín hiệu góc của bàn đạp ga được phát hiện
(3) Cần số được đặt ở vị trí trung lập (N) hoặc vị trí đỗ (P), nhưng tín hiệu vị trí cần số là vị trí lái (D) hoặc vị trí lùi (R)
Tăng tốc đột ngột không lường trước có thể xảy ra do ba lý do chính Khi phát hiện tình trạng này, hệ thống hộp số sẽ không chuyển sang bánh răng, điều này có thể được thực hiện dễ dàng thông qua việc điều khiển các van điện từ của bộ truyền động Quy trình chi tiết được mô tả trong sơ đồ 3.1.
Sơ đồ 3.1 Thuật toán ngăn chặn việc tăng tốc đột ngột ngoài ý muốn (Trong đó
N có nghĩa là vị trí trung lập, vị trí đỗ P, vị trí lái xe D và vị trí lùi R)
Để phát hiện tình trạng xe tăng tốc đột ngột, cần theo dõi các tín hiệu như vị trí cần số, tốc độ xe, tín hiệu phát hiện phanh và tốc độ động cơ trong thời gian thực Những tín hiệu này sẽ được kết nối với hệ thống dưới dạng tín hiệu đầu vào.
Van điện từ đóng vai trò quan trọng trong việc kiểm soát các đường dẫn dầu, cung cấp áp suất thủy lực cần thiết Hệ thống của chúng tôi được thiết kế để điều khiển độc lập các van, bất chấp tín hiệu đầu ra từ bộ điều khiển truyền dẫn (TCU).
Bộ xử lý chính của hệ thống PIC16F74 được sử dụng Bộ xử lý đủ nhỏ để sử dụng và tiết kiệm chi phí
Bộ xử lý chính theo dõi tín hiệu đầu vào theo thời gian thực và ngay khi phát hiện gia tốc đột ngột ngoài ý muốn, nó sẽ điều khiển các van điện từ, bỏ qua tín hiệu bình thường từ TCU Khi tình trạng gia tốc không mong muốn chấm dứt, chế độ điều khiển sẽ trở lại trạng thái bình thường, tiếp tục giám sát tín hiệu đầu vào.
Hình 3.6 Thử nghiệm hệ thống
Hệ thống được đề xuất nhằm ngăn chặn việc xe tăng tốc đột ngột ngoài ý muốn, cung cấp khả năng kiểm soát an toàn cho người lái Hệ thống này giám sát và phát hiện các điều kiện có thể dẫn đến tình trạng tăng tốc không kiểm soát Khi phát hiện động cơ vượt quá giá trị vòng tua đã định, hệ thống sẽ điều chỉnh áp suất thủy lực của hộp số, ngăn không cho công suất của động cơ truyền vào hộp số, từ đó đảm bảo an toàn khi lái xe.
CƠ CHẾ CẮT NHIÊN LIỆU KHI NHẤN NHẦM BÀN ĐẠP GA
Hệ thống cơ điện được phát triển nhằm khóa cung cấp nhiên liệu vào buồng đốt khi người lái nhấn ga đột ngột Hệ thống này bao gồm các thành phần điện và cơ khí, trong đó phần điện có chiết áp và logic điều khiển để phát hiện thời gian nhấn bàn đạp ga Dựa trên thông tin này, logic điều khiển sẽ ngăn chặn lực tác động lên bàn đạp ga, từ đó không cho ô tô tăng tốc Bên cạnh đó, hệ thống cơ học cũng góp phần ngăn cản lực làm tăng tốc độ.
Kết quả thử nghiệm cho thấy khi nhấn bàn đạp tăng tốc đột ngột trong các điều kiện lái xe khác nhau, độ lệch lớn nhất xảy ra từ mức lý tưởng lên đầy tải với độ dốc 20,6 m/s Đối với việc nhấn bàn đạp ở giữa khi lái xe bình thường và ở tốc độ cao, độ lệch lần lượt là 15,9 m/s và 9,95 m/s Nếu độ dốc của chiết áp vượt quá 9,95 m/s, hệ thống sẽ tự động khóa cung cấp nhiên liệu vào buồng đốt khi người lái nhấn ga đột ngột.
Cơ chế khóa gia tốc ngoài ý muốn là giải pháp hiệu quả để nâng cao an toàn cho hành khách, giúp giảm thiệt hại về tài sản, thương tích và tử vong do lỗi trong quá trình vận hành.
GIẢI PHÁP CẮT TÍN HIỆU ĐIỀU KHIỂN MÔ TƠ BƯỚM GA
Đề tài “Nghiên cứu các giải pháp chống hiện tượng đạp nhầm chân ga trong quá trình vận hành ô tô” sẽ thực hiện mô phỏng trạng thái đạp nhầm chân ga trong nhiều tình huống khác nhau.
TH1: Xe dừng đèn đỏ
TH2: Khởi hành ngang dốc
TH3: Tăng tốc (vượt xe)
Để chống hiện tượng đạp nhầm chân ga trong quá trình vận hành ô tô, cần xem xét giá trị tham số gia tốc bàn đạp chân ga lớn khi có tác động từ người lái theo thời gian Điều này xảy ra khi động cơ hoạt động với vòng tua lớn hơn hoặc bằng tốc độ cầm chừng và tay số không nằm ở vị trí N (hoặc P đối với hộp số tự động) Việc xây dựng giải pháp phù hợp sẽ giúp cải thiện an toàn trong việc điều khiển xe.
Đối tượng khảo sát trong nghiên cứu này là động cơ xăng nhỏ, có công suất tối đa và số vòng quay đạt 8000 vòng/phút, với giả định rằng các quá trình điều khiển khác của động cơ đang hoạt động ở trạng thái tối ưu.
Nghiên cứu này tập trung vào mối quan hệ giữa các thành phần của chân ga, bao gồm cảm biến vị trí bàn đạp ga, ECM, hệ thống bướm ga điện tử ECTS-i và cảm biến vị trí trục khuỷu.
Sơ đồ 3.2 trình bày lưu đồ giải thuật điều khiển bướm ga, trong đó điều kiện ban đầu cho hệ thống hoạt động là 10 giây, đây được xem là điều kiện bình thường của động cơ thực tế Tuy nhiên, Arduino, với vai trò là bộ điều khiển, không thể đáp ứng tốc độ xử lý trong khoảng thời gian này Do đó, nhóm nghiên cứu đã giả định rằng thời gian chuẩn để xử lý với bộ điều khiển Arduino là 1000ms.
Khi thời gian tín hiệu từ APS đến Arduino nhỏ hơn hoặc bằng 0,5 lần thời gian chuẩn, sẽ xảy ra hiện tượng lỗi, dẫn đến việc nhầm chân ga với lực tác động lớn Ngược lại, nếu thời gian tín hiệu này lớn hơn 0,5 lần thời gian chuẩn, xe sẽ hoạt động bình thường.
Trong mô hình, ECM sẽ được thay thế bởi Arduino
Quá trình điều khiển sẽ diễn ra như sau:
Giai đoạn 1: Tín hiệu từ Arduino gửi đến hệ thống bướm ga điện tử sẽ can thiệp vào motor điều khiển bướm ga
Giai đoạn 2: Quá trình tác động chân ga, quá trình phản hồi P.I.D để so sánh thời gian khi đạp bàn ga và thời gian hoạt động của bướm ga
Giai đoạn 3 của dự án là việc sử dụng Arduino để điều khiển góc mở bướm ga, với quy trình lặp lại Giải pháp chống đạp nhầm chân ga được thực hiện thông qua việc kiểm tra thời gian tín hiệu điện áp từ cảm biến vị trí bàn đạp ga gửi về bộ điều khiển Dựa vào thời gian này, bộ điều khiển sẽ xác định xem có hiện tượng đạp nhầm chân ga hay không; nếu có, bộ điều khiển sẽ thực hiện các biện pháp cần thiết.
44 ngừng ngay quá trình điều khiển mô tơ bướm ga, nếu không, quá trình vẫn diễn ra bình thường.
