Hệ thống kiểm soát hành trình thích ứng ACC – Adaptive Cruise Control có khả năng duy trì tốc độ theo ý muốn của tài xế, nó còn cảnh báo va chạm và hỗ trợ giảm tốc trong trường hợp cần thiết. Công nghệ ACC – Adaptive Cruise Control là sự nâng cấp đáng giá từ tính năng ga tự động Cruise Control, nhằm tăng sự an toàn và tính tiện dụng cho người lái xe.
HỆ THỐNG KIỂM SOÁT HÀNH TRÌNH THÍCH
Giới thiệu
Đây là hệ thống có tính năng kiểm soát hành trình thích ứng trên ô tô hay còn được gọi là "ga tự động thông minh" - Adaptive Cruise Control (ACC) - đã ra đời, nhằm khắc phục những nhược điểm của Cruise Control.
Hình 1.1.1.1.1.1: Hệ thống kiểm soát hành trình thích nghi
Hệ thống kiểm soát hành trình thích ứng ACC – Adaptive Cruise Control có khả năng duy trì tốc độ theo ý muốn của tài xế, nó còn cảnh báo va chạm và hỗ trợ giảm tốc trong trường hợp cần thiết Công nghệ ACC – Adaptive Cruise Control là sự nâng cấp đáng giá từ tính năng ga tự động Cruise Control, nhằm tăng sự an toàn và tính tiện dụng cho người lái xe
Trong trường hợp xe phía trước đột ngột phanh khẩn cấp, xe sẽ phát cảnh báo bằng hình ảnh trên màn hình và âm thanh qua loa, để người lái đạp chân phanh hoặc hỗ trợ phanh giảm tốc Trên nhiều mẫu xe hiện đại, hệ thống tự động còn có thể dừng hẳn xe theo phương tiện đi trước Khi phương tiện phía trước tiếp tục khởi hành, xe sẽ tự động 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 ý muốn của tài xế còn có chức năng:
Cảnh báo va chạm và hỗ trợ giảm tốc trong trường hợp cần thiết, nhằm tăng sự an toàn 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 bó cứng 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 radar phát 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 để phù 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 chân phanh.
Cấu tạo thành phần và cách thức hoạt động của hệ thống kiểm soát hành trình thích nghi
1.2.1 Cấu tạo thành phần hệ thống
Hình 1.2.1.1.1.1: Tổng quan các chi tiết hệ thống kiểm soát hành trình trên xe
Hình 1.2.1.1.1.2: Tổng quan các chi tiết hệ thống kiểm soát hành trình trên xe
Hệ thống kiểm soát hành trình thích nghi bao gồm các mô đun điều khiển và các thành phần như sau:
- J428 Control Module for Distance Regulation (Mô-đun điều khiển để điều chỉnh khoảng cách)
- J220 Motoric Engine Control Module (ECM) (Mô-đun điều khiển động cơ)
- J104 ABS Control Module (w/EDL) (Mô-đun điều khiển phanh ABS)
- J533 Data Bus On Board Diagnostic Interface (Gateway) (Giao điện chuẩn đoán data bus)
- J285 Control Module with Indicator Unit in Instrument Panel Insert (Mô-đun điều khiển bộ hiển thị trong bảng đồng hồ)
- J527 Steering Column Electronic Systems Control Module /G85 Steering Angle Sensor (Mô-đun điều khiển hệ thống lái điện tử/ cảm biến góc lái G85)
Hình 1.2.1.1.1.3: Sơ đồ khối các thành phần của hệ thống kiểm soát hành trình thích nghi Bên 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 điều khiển hiển thị thông tin phía trước)
- J589 Driver Identification Control Module (Mô-đun điều khiển nhận biết người lái)
- J518 Access/Start Control Module (Mô-đun điều khiển truy cập/ khởi động)
- J519 Vehicle Electrical System Control Module (Mô-đun điều khiển hệ thống điện trên xe)
- J393 Central Control Module for Comfort System (Mô-đun trung tâm điều khiển 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
Hình 1.2.1.1.1.4: Sơ đồ chi tiết các thành phần của hệ thống kiểm soát hành trình thích nghi
Hình 1.2.1.1.1.5: Sơ đồ chi tiết các thành phần của hệ thống kiểm soát hành trình thích nghi
CÁCH THỨC HOẠT ĐỘNG CỦA HỆ THỐNG
Khoảng cách từ xe phía trước
Hình 2.1.1.1.1.1: Xác định khoảng cách xe phía trước
Hình 2.1.1.1.1.2: Tính khoảng cách của các xe
Khoảng cách trong trường hợp B gấp đôi khoảng cách trong trường hợp A Thì thời gian 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 gian lan truyền gián tiếp ở dạng tần số được điều chế quy trình sóng liên tục (FMCW) là đã được sử dụng Liên tục phát ra các tần số dao động cực cao với biến thời gian tần số được sử dụng như truyền tín hiệu Tốc độ tần số là 200mHz trong vòng một phần nghìn giây.
Hệ thống này sử dụng cảm biến đo khoảng cách từ mũi xe đến vật thể phía trước bằng 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 trước xe.
Hình 2.1.1.1.1.3: 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 biệt tùy 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 xạ tăng và giảm ngược lại Sự thay đổi tần số này là được đánh giá bằng điện tử và cung cấp 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 2.2.1.1.1.1: Xác định tốc độ của xe phía trước
Hình 2.2.1.1.1.2: 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- đun điều khiển khoảng cách xử lý radar tín hiệu đầu vào và bổ sung các tín hiệu khác nhau Những tín hiệu này được sử dụng để xác định vị trí của các chiếc xe phía trước nhằm 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 kiểm soát 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 điều khiển ABS (w / EDL).
Hình 2.2.1.1.1.3: 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 2.2.1.1.1.4: ECU - Bộ xử lý trung tâm
Sau 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.
Sơ đồ mạch điện của hệ thống kiểm soát hành trình
Hình 2.3.1.1.1.1: 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
Tín hiệu bổ sung: Drive System CAN Low; Drive System CAN High
Cách vận hành của hệ thống kiểm soát hành trình thích nghi
Hình 2.4.1.1.1.1: Sơ đồ tổng quan về các chế độ vận hành và hoạt động của hệ thống kiểm soát hành trình thích nghi
Có bốn chế độ hoạt động: ACC OFF, ACC READY, ACC ACTIVE và ACC OVERRIDE.
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 được kích 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 sang ON) hoặc ACC OFF (bật vị trí sang OFF) Hành trình điều khiển di chuyển cần theo ý muốn của người lái vào các vị trí tương ứng với trạng thái.
Hình 2.4.1.1.1.2: Kích hoạt hệ thống kiểm soát hành trình thích nghi
2.4.2 Đặt tốc độ mong muốn
Tốc độ mong muốn là tốc độ tối đa được điều chỉnh bởi hệ thống kiểm soát hành trình thích ứng trên đường thoáng Nhấn nút SET lưu trữ tốc độ hiện tại như tốc độ mong muốn.
Hình 2.4.2.1.1.1: 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 biểu tượng hoạt động của ACC xuất hiện trong đồng hồ tốc độ Dãy tốc độ ACC có thể hoạt động được biểu thị bằng ánh sáng màu đỏ nhạt của tất cả các đèn LED trong phạm vi từ 19 đến 125 dặm / giờ (30 và 200 km / h).
Hình 2.4.2.1.1.2: Đồng hồ hiển thị tốc độ
Nếu màn hình phụ đã được kích hoạt bởi người điều khiển, một thông báo khác cũng xuất hiện trong màn hình trung tâm Vì lý do an toàn, tốc độ được lưu trữ sẽ bị xóa khi xe tắt máy.
Hình 2.4.2.1.1.3: Màn hình hiển thị khoảng cách
2.4.3 Phát hiện xe phía trước
Phát hiện phương tiện di chuyển phía trước kết quả hiển thị trong đồng hồ tốc độ.
Hình 2.4.3.1.1.1: Đồng hồ hiển thị phát hiện xe phía trước
Nếu màn hình phụ đang hoạt động, một thông báo cũng xuất hiện trong màn hình trung tâm.
Hình 2.4.3.1.1.2: Màn hình hiển thị
Trong 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 độ hoặc đẩy cần gạt xuống để giảm tốc độ.
Hình 2.4.3.1.1.3: Công tắc điều chỉnh tăng giảm tốc độ
2.4.4 Đặt khoảng cách mong muốn
Người lái xe có thể đặt khoảng cách mong muốn so xe phía trước theo bốn cấp khoảng cách Khoảng cách được thiết lập bởi hệ thống kiểm soát hành trình thích ứng được kiểm soát bởi tốc độ của xe phía trước.
Khoảng cách mong muốn từ xe phía trước được thiết lập bằng công tắc trượt trên cần 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 2.4.4.1.1.1: Công tắc điều chỉnh khoảng cáchKhoảng cách tăng lên khi tăng tốc độ Cài đặt tối thiểu đảm bảo tuân thủ các quy định pháp luật khoảng cách an toàn khi di chuyển ở tốc độ không đổi trong giao thông.
Khoảng cách đã chọn được chỉ báo ngắn gọn trên dòng thông tin trong màn hình trung tâm của bảng điều khiển Màn hình trung tâm được kích hoạt lần đầu tiên khi nhấn nút.
Số lượng vạch giữa các xe được hiển thị tương ứng với khoảng cách được chọn trong mỗi trường hợp Cài đặt cơ bản của khoảng cách sau khi khởi động cơ có thể được đặt cho mỗi người lái xe (tham khảo cài đặt hệ thống).
Hình 2.4.4.1.1.2: Thông tin các khoảng cách cơ bản có thể điều chỉnh
2.4.5 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 hiện trong đó.
Hình 2.4.5.1.1.1: Màn hình hiển thị chế độ OVERRIDE
2.4.6 Tăng tốc ở chế độ READY
Di chuyển cần gạt theo hướng về trước đến vị trí CANCEL sẽ vô hiệu hóa hệ
OVERRIDE 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 2.4.6.1.1.1: 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.
2.4.7 Kích hoạt chế độ kiểm soát hành trình thích nghi (RESUME)
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 2.4.7.1.1.1: Công tắc điều chỉnh chế độ RESUME
Cài đặt hệ thống
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.
2.5.1 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 như một hệ thống độc lập mà phụ thuộc vào nhiều hệ thống con khác nhau (hệ thống điều khiển động cơ, hệ thống cân bằng điện tử, điều khiển chuyển tiếp) và phải được liên kết với nhau.
Bộ điều khiển của hệ thống này được tích hợp trong cảm biến, nó nhận và gửi dữ liệu trên xe bằng mạng kết nối CAN đến các đơn vị điều khiển điện tử khác.
Hình 2.5.1.1.1.1: 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 mong muốn 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 để duy 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 được chuyển 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 ngang hiện tại được điều chỉnh hoặc chức năng hệ thống bị vô hiệu hóa.
Hình 2.5.1.1.1.2: 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
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
2.5.2 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 được trang 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 đều được cảm biến ghi lại và truyền về liên tục cho hệ thống điều khiển trung tâm đó là hộp 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 bị phanh gấp thì ngay lập tức hệ thống ESP sẽ hoạt động theo những chương trình đã được cài đặt Lúc này cơ cấu điều khiển thủy lực trong hệ thống sẽ thông qua chương trình điện tử can thiệp vào hệ thống chống bó cứng phanh ABS, nhằm điều chỉnh góc xoay 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 vùng làm việc an toàn Nhờ vậy mà xe không thể bị chệch hướng đột ngột hay lật xe.
Hình 2.5.2.1.1.1: Sự can thiệp điều khiển thông qua ESP (Hệ thống cân bằng điện tử)
Trên hệ thống kiểm soát hành trình thích nghi, ESP có nhiệm vụ điều khiển lực phanh khi nhận được tín hiệu được gửi từ các cảm biến đo khoảng cách thông qua ECU chính.
Cảm biến đo khoảng cách là nhóm các cảm biến dùng để đo khoảng cách Độ chính xác mà các thiết bị này mang lại có thể từ vài cm đến 3000 m Loại cảm biến này thường được sử dụng khá rộng rãi trong công nghiệp, đặc biệt là ở một số cảm biến và các trạm dầu khí.
Các loại cảm biến khoảng cách
Nguyên lý cảm biến Laser dùng trong đo khoảng cách được ưa chuộng bởi lẻ tính ứng dụng cao trong nhiều môi trường Đây là loại cảm biến khá phổ biển vì độ chính xác cao, sai số nhỏ và có thể đo trên phạm vi diện rộng các vật Cảm biến laser bạn có thể tham khảo của hãng Omron, Keyence, Đặc điểm của cảm biến Laser đó là trên hệ thống cảm biến sẽ có 2 đầu cảm biến gọi là Sensor Heads Lý do trong cảm biến Laser lại có thêm 2 cảm biến phụ là nhằm tăng độ hiệu quả và chính xác kể cả khoảng cách gần cho đến khoảng cách xa.
Các cảm biến Sensor Heads:
Hình 2.5.2.1.1.3: Bảng thông tin về Sensor Heads trong cảm biến Laser
Sơ đồ mạch điện của cảm biến Laser:
Hình 2.5.2.1.1.4: Sơ đồ mạch điện cảm biến Laser
Cảm biến siêu âm là một thiết bị cảm biến hoạt động dựa trên sóng siêu âm. Cũng giống như các loại cảm biến áp suất hay cảm biến nhiệt độ, cảm biến siêu âm được dùng chủ yếu là để đo khoảng cách hoặc vận tốc Ngoài ra thì còn được sử dụng trong các ứng dụng như làm sạch bằng sóng siêu âm hoặc dùng trong siêu âm y khoa (siêu âm chuẩn đoán hình ảnh).
Dùng cảm biến siêu âm đo khoảng cách là loại cảm biến có độ chính xác rất cao. Đo khoảng cách bằng cảm biến siêu âm có nhiều công dụng và mức độ sử dụng rộng rãi trong công nghiệp Ta có thể liệt kê đến một số ứng dụng khá phổ biến của cảm biến siêu âm như sau: Đo khoảng cách mức nước thải của nhà máy, đo khoảng cách từ miệng của bể chứa đến dung môi trong bể chứa
(thường là xăng, dầu, …), đo khoảng các giữa các vật thể, …
Hình 2.5.2.1.1.5: Sóng phản xạ trên cảm biến siêu âmNguyên lý hoạt động của cảm biến siêu âm:
Hình 2.5.2.1.1.6: Sự phản hồi sóng thành tín hiệu của cảm biến siêu âm Đầu tiên, đầu cảm biến sẽ phát ra 1 chùm sóng siêu âm xuống bề mặt cần đo khoảng cách Khi sóng siêu âm gặp bề mặt vật cản sẽ phản xạ ngược lại Khi đó cảm biến sẽ thu lại các chùm sóng siêu âm này.
Dựa vào thời gian phản xạ và vận tốc của sóng, cảm biến sẽ tính ra được khoảng cách từ cảm biến xuống bề mặt chất lỏng.
Hình 2.5.2.1.1.7: Áp dụng cảm biến siêu âm trên xe ô tôVùng mù của cảm biến siêu âm:
Mỗi một loại cảm biến siêu âm đều có 1 khoảng cách được gọi là vùng mù của cảm biến siêu âm Đây là khoảng cách từ bộ phát của cảm biến tính xuống phía dưới.
Hình 2.5.2.1.1.8: Điểm mù của cảm biến siêu âm
Cảm biến từ là cảm biến thuộc nhóm cảm biến tiệm cận; là thiết bị dựa trên nguyên lý cảm ứng điện từ Nó phát hiện ra vật thể mang từ tính (chủ yếu là sắt) không tiếp xúc; ở khoảng cách gần (vài mm đến vài chục mm).