33
Chương 3
PHƯƠNG PHÁP GIẢI QUYẾT ĐỀ TÀI
3.1 HỆ THỐNG PHÁT HIỆN BUỒN NGỦ VÀ CHỐNG ĐẠP NHẦM BÀN ĐẠP CHÂN GA. ĐẠP CHÂN GA.
Trong trường hợp đạp nhầm chân ga, khi xe đang đỗ, kẹt xe hoặc trong tình trạng khơng tỉnh táo, có thể nhầm lẫn khi tăng ga thay vì phanh dẫn đến tai nạn thảm khốc. Trong những tình huống như vậy, hệ thống tránh tăng tốc ngoài ý muốn sẽ quyết định bàn đạp chính xác và tác động lên hệ thống phanh bất cứ khi nào nhấn nhầm chân ga. Do đó, hệ thống này tạo điều kiện tránh mọi tai nạn giao thơng.
Hình 3.1. Sơ đồ khối của hệ thống phát hiện buồn ngủ và tránh tăng tốc đột ngột
ngồi ý muốn để phịng ngừa tai nạn ô tô
34
(1) Tránh tăng tốc đột ngột ngoài ý muốn: Những gia tốc ngoài ý muốn như vậy do lỗi của con người sẽ được giám sát và tránh sự hỗn hợp của bàn đạp bằng cách chuyển đổi gia tốc đột ngột không mong muốn thành giảm tốc.
(2) Hệ thống phát hiện buồn ngủ: Một hệ thống có thể xác định xem người lái xe có buồn ngủ hay khơng bằng cách theo dõi hoạt động nháy mắt của mắt người tài xế và sau đó tăng âm thanh báo động trong xe để cố gắng cảnh báo người lái xe
Bộ phận cảm biến đóng một vai trị quan trọng trong tồn bộ hệ thống phát hiện nơi một số cảm biến được sử dụng. (1) Cảm biến siêu âm: Cảm biến siêu âm là một thiết bị sử dụng sóng âm thanh để xác định khoảng cách đến một vật thể. Nó xác định khoảng cách bằng cách gửi đi một sóng âm ở một tần số cụ thể và thu hồi sóng âm đó dội lại. Có thể tính tốn khoảng cách giữa cảm biến siêu âm và vật thể bằng cách ghi lại thời gian trôi qua giữa sóng âm tạo ra và sóng âm dội lại. Theo khoảng cách được đo bởi cảm biến siêu âm, một quyết định được thực hiện để chuyển đổi việc tăng tốc ngoài ý muốn thành phanh đột ngột hoặc giảm tốc. (2) Cảm biến nhịp tim: Cảm biến nhịp tim được thiết kế để cung cấp đầu ra là nhịp tim khi đặt ngón tay lên đó. Cảm biến này được sử dụng để tránh lỗi áp dụng sai bàn đạp gây ra trong tình huống bất thường hoặc không mong muốn. Cảm biến nhịp tim tiếp tục cảm nhận nhịp tim. Bất cứ khi nào cảm biến siêu âm tăng tốc đột ngột và cảm biến nhịp tim phát hiện thấy nhịp tim bất thường với các chướng ngại vật do cảm biến siêu âm tạo ra, gia tốc đột ngột do người lái thực hiện sẽ được chuyển thành giảm tốc hoặc phanh. Do đó, tai nạn do tăng tốc đột ngột khơng mong muốn có thể được giảm thiểu ở một mức độ lớn.
35
Hình 3.2. Sơ đồ quy trình tránh tăng tốc đột ngột ngoài ý muốn
Hệ thống bắt đầu với việc nhận các thông số khác nhau như nhịp tim bằng cảm biến nhịp tim, đo khoảng cách chướng ngại vật từ xe bằng cảm biến siêu âm. Dữ liệu thu được từ các cảm biến được sử dụng cho cơ chế điều khiển bánh xe. Bất cứ khi nào tăng tốc đột ngột ngồi ý muốn trong các tình huống bất ngờ, cảm biến siêu âm được đặt ở phía trước xe sẽ tìm ra khoảng cách của chướng ngại vật với xe và khi phát hiện thấy nhịp tim bất thường, hệ thống sẽ đưa ra quyết định sao cho chuyển đổi gia tốc giảm tốc độ chậm hoặc phanh đột ngột theo khoảng cách được đo bằng cảm biến siêu âm.
3.2 HỆ THỐNG KIỂM TRA GIA TỐC ĐỘT NGỘT NGOÀI Ý MUỐN SỬ DỤNG CẢM BIẾN ĐO KHOẢNG CÁCH. DỤNG CẢM BIẾN ĐO KHOẢNG CÁCH.
Một máy ảnh và một cảm biến được gắn vào chân ga và phanh của xe. Hình ảnh của chân ga và phanh được thu thập để kiểm tra trạng thái điều khiển của chúng. Cường độ bước trên thiết bị được đo trên cơ sở hình ảnh. Cả giá trị đo được và hình
36
ảnh đều được lưu. Thơng tin OBD-II được trích xuất và được so sánh với sự hình thành về tình trạng hiện tại của phương tiện có được theo cách trên để xác định nguyên nhân của tai nạn do sự gia tăng gia tốc đột ngột dưới bàn đạp chân ga.
Dựa trên MCU MCU (Cortex-M3), hệ thống phần cứng có thể tích hợp OBD-II và dữ liệu của 3 cảm biến đo khoảng cách (LK-MDS-C29), có thể gửi dữ liệu hiệu quả đến thiết bị di động và máy chủ để lưu chúng, đồng thời cho phép trình điều khiển để kiểm tra dữ liệu bất cứ lúc nào.
Hình 3.3. Mơ-đun đo khoảng cách LK-DMS C29
Mơ-đun đo khoảng cách LK-DMS C29. Mơ-đun có phạm vi đo khoảng cách từ 10–80 cm, điện áp hoạt động của cảm biến đo khoảng cách hồng ngoại là 4,5 V – 5,5 V và khơng cần tín hiệu đầu vào. Do đó, thiết bị dễ dàng được xử lý, không bị ảnh hưởng nhiều bởi màu sắc và hệ số phản xạ của gương phản xạ, đồng thời có thể thực hiện phép đo có độ chính xác cao dựa trên khoảng cách liên tục và đầu ra hoạt động trung bình [4]. Vì những lợi thế, mơ-đun đã được lựa chọn. Hệ thống này sử dụng ba mô-đun đo khoảng cách, mỗi mô-đun được gắn vào chân ga, phanh và ly hợp để kiểm tra cường độ của từng bộ điều khiển.
37
Hình 3.4. Lắp đặt cảm biến mơ-đun đo khoảng cách
Dữ liệu thu được từ mô-đun đo khoảng cách là dữ liệu thô với đơn vị là điện áp. Cần đo khoảng cách với giá trị hiệu điện thế. Bảng chuyển đổi thành cm được trình bày dưới đây: Như trong hình 3.5, các giá trị CM khác nhau tùy thuộc vào các giá trị điện áp. Vì vậy, cần lập cơng thức tốn học cho bảng. Một mô-đun camera bên cạnh bàn đạp ga chụp ảnh trong thời gian thực và lưu chúng vào Máy chủ.
Từ tín hiệu của cảm biến đo khoảng cách tại bàn đạp và camera đặt dưới khu vực này, các giá trị khoảng cách và thời gian đạp bàn đạp ga được gửi về bộ xử lý để xác định gia tốc đạp bàn đạp ga, từ đó có thể xác định được là người tài xế có đang đạp nhầm chân ga hay khơng.
38
Hình 3.5. Khoảng cách dựa trên giá trị điện áp
3.3 PHƯƠNG PHÁP ĐỂ NGĂN CHẶN SỰ TĂNG TỐC ĐỘT NGỘT XẢY RA TRÊN MỘT CHIẾC XE KHI NGƯỜI LÁI XE VÀO SỐ TRONG LÚC RA TRÊN MỘT CHIẾC XE KHI NGƯỜI LÁI XE VÀO SỐ TRONG LÚC CHUẨN BỊ DI CHUYỂN TRONG TRƯỜNG HỢP DỪNG ĐÈN ĐỎ.
Bằng cách kiểm soát áp suất dầu của hộp số, động cơ có thể được kiểm sốt an tồn và cơng suất không được truyền vào các bánh xe trong điều kiện khởi động đột ngột. TCU (Transmission Control Unit) có thể điều khiển áp suất dầu bằng một số van điện từ để sang số. Việc kiểm soát áp suất thủy lực mang lại một số lợi thế. Nó đặt bánh răng và giữ cho động cơ ở trạng thái không tải khi xảy ra hiện tượng tăng tốc đột ngột ngoài ý muốn. Nếu động cơ bị tắt khi lái xe đột ngột khởi động, hệ thống phanh sẽ bị dừng và người lái xe sẽ gặp nguy hiểm. Sự khởi đầu đột ngột thường xảy ra trong một thời gian ngắn. Nếu hộp số được kiểm sốt tại thời điểm đó, người lái xe và xe được an toàn. Bài báo này chứng minh rằng hệ thống ngăn chặn việc khởi động đột ngột là một trong những hệ thống an toàn nhất và có thể áp dụng dễ dàng cho xe. Thuật tốn chính của hệ thống đã phát triển đủ nhỏ để có thể nhúng vào ECU (Electric Control Unit) của xe.
Một quy trình giám sát thời gian thực được thêm vào để phát hiện gia tốc đột ngột ngoài ý muốn. Các tín hiệu tham chiếu để phát hiện gia tốc đột ngột ngồi ý muốn là 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.
39
Các lý do chính của việc tăng tốc đột ngột ngồi 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 khơng lường trước được xảy ra bởi một trong ba lý do. Tồn bộ quy trình được trình bày trong sơ đồ 3.1. Ngay khi phát hiện chế độ tăng tốc đột ngột ngoài ý muốn, hộp số sẽ khơng đi vào bánh răng. Điều đó có thể dễ dàng đạt được bằng cách điều khiển các van điện từ của bộ truyền động.
Sơ đồ 3.1. Thuật tốn ngăn chặn việc tăng tốc đột ngột ngồi ý muốn. (Trong đó
40
Để phát hiện các điều kiện dẫn đến việc xe tăng tốc đột ngột, tín hiệu vị trí cần số, tín hiệu tốc độ xe, tín hiệu phát hiện phanh và tín hiệu tốc độ động cơ sẽ được theo dõi trong thời gian thực. Các tín hiệu được kết nối với hệ thống dưới dạng tín hiệu đầu vào.
Van điện từ thực sự tham gia vào việc kiểm soát các đường dẫn dầu. Kết quả là, áp suất thủy lực được cung cấp từ van điện từ. Hệ thống được phát triển của chúng tơi có thể điều khiển độc lập các van bất chấp tín hiệu đầu ra đến 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 giám sát các tín hiệu đầu vào trong thời gian thực. Ngay khi phát hiện gia tốc đột ngột ngồi ý muốn, nó sẽ điều khiển các van điện từ bất kể tín hiệu bình thường từ TCU. Sau khi tình trạng tăng tốc đột ngột ngoài ý muốn biến mất, chế độ điều khiển được chuyển sang chế độ bình thường mà hệ thống giám sát tín hiệu đầu vào.
41
Hình 3.6. Thử nghiệm hệ thống
Hệ thống được đề xuất để ngăn chặn xe tăng tốc đột ngột ngoài ý muốn cung cấp khả năng kiểm sốt an tồn. Hệ thống được đề xuất giám sát và phát hiện các điều kiện có thể dẫn đến việc xe tăng tốc đột ngột. Và ngay khi phát hiện điều kiện tốc độ động cơ vượt quá giá trị vòng tua động cơ định trước, hệ thống sẽ kiểm soát áp suất thủy lực của hộp số để ngăn công suất của động cơ được truyền vào hộp số.
3.4 CƠ CHẾ CẮT NHIÊN LIỆU KHI NHẤN NHẦM BÀN ĐẠP GA.
Một hệ thống cơ điện để khóa hệ thống cung cấp nhiên liệu vào buồng đốt trong khi người lái nhấn chân ga đột ngột với thời gian tức thì đã được phát triển trong công việc này. Hệ thống bao gồm các thành phần điện và cơ khí. Phần điện bao gồm chiết áp và logic điều khiển cảm nhận khi vơ tình nhấn bàn đạp ga bằng cách cảm nhận thời gian nhấn bàn đạp ga. Sử dụng thông tin này, logic điều khiển ngăn chặn lực tác động lên bàn đạp ga làm tăng tốc độ của ơ tơ. Ngồi ra, hệ thống cơ học cũng tham gia vào việc ngăn cản lực làm tăng tốc độ. Thử nghiệm tăng tốc
42
ngoài ý muốn được thực hiện trong các điều kiện lái xe khác nhau để xác định tình trạng hoảng sợ. Kết quả thử nghiệm cho thấy độ lệch lớn nhất xảy ra khi nhấn bàn đạp tăng tốc đột ngột từ mức lý tưởng lên đầy tải, nhấn bàn đạp tăng tốc đột ngột ở giữa khi lái xe bình thường và nhấn bàn đạp tăng tốc đột ngột khi đang lái xe ở tốc độ cao với độ lệch dốc 20,6m / s, 15,9 m / s và 9,95m / s lần lượt. Nếu độ dốc của chiết áp đọc được thời gian trên 9,95m / s thì hệ thống sẽ khóa hệ thống cung cấp nhiên liệu vào buồng đốt trong khi người lái nhấn chân ga đột ngột theo thời gian. Cơ chế khóa gia tốc ngồi ý muốn là một cách có thể cải thiện sự an tồn của hành khách nhằm giảm thiệt hại về tài sản, thương tích và tử vong do những lỗi này gây ra.
3.5 GIẢI PHÁP CẮT TÍN HIỆU ĐIỀU KHIỂN M TƠ BƯỚM GA.
Từ những phân tích trên, đề tài “Nghiên cứu các giải pháp chống hiện tượng đạp nhầm chân ga trong q trình vận hành ơ tơ” sẽ tiến thành thực hiện mô phỏng trạng thái đạp nhầm chân ga trong các trường hợp sau:
TH1: Xe dừng đèn đỏ. TH2: Khởi hành ngang dốc. TH3: Tăng tốc (vượt xe).
Điểm chung: xét trên giá trị tham số gia tốc bàn đạp chân ga lớn khi mà có tác động từ người lái ở tức thời (tn) theo thời gian. Với điều kiện ban đầu, động cơ hoạt động với vòng tua lớn hơn hoặc bằng tốc động cầm chừng của động cơ, tay số không nằm tay số N (hoặc P đối với hộp số AT). Từ đây, xây dựng giải pháp nhằm chống hiện tượng đạp nhầm chân ga trong quá trình vận hành ơ tơ lưu thông.
Mặc khác, đối tượng được sử dụng để khảo sát trong đề tài là động cơ xăng có cơng suất nhỏ với số vịng quay tối đa là 8000v/p, với giả thiết là các quá trình điều khiển khác của động cơ đang ở trạng thái tối ưu.
Phạm vi nghiên cứu được thực hiện trong mối quan hệ giữa chân ga bao gồm cảm biến vị trí bàn đạp ga, ECM, hệ thống bướm ga điện tử ECTS-i, Cảm biến vị trí trục khuỷu.
43
Sơ đồ 3.2. Lưu đồ giải thuật điều khiển bướm ga
Điều kiện ban đầu hệ thống hoạt động: thời gian 10µs là điều kiện bình thường của động cơ thực tế. Tuy nhiên, Arduino đóng vai trị bộ điều khiển không đáp ứng được tốc độ xử lí trong thời gian trên. Do đó, nhóm giả sử, thời gian chuẩn để xử lí là 1000ms đối với bộ điều khiển Arduino.
Trường hợp: thời gian tín hiệu từ APS Arduino ≤ 0,5 lần thời gian chuẩn thì xảy ra hiện tượng lỗi (tức đạp nhầm chân ga với lực tác động lớn). Và ngược lại, nếu thời gian tín hiệu từ APS Arduino > 0,5 lần thời gian chuẩn, thì xe vận hành bình thường.
Trong mơ 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: Arduino điều khiển góc mở bướm ga. Và trình tự được lặp lại. Như vậy, giải pháp chống đạp nhầm chân ga mà nhóm sẽ tiến hành mơ phỏng và thực nghiệm được thực hiện theo nguyên tắc kiểm tra thời gian tín hiệu điện áp của cảm biến vị trí bàn đạp ga gửi về bộ điều khiển, bộ điều khiển dựa vào thời gian này để xác định có hiện tượng đạp nhầm chân ga hay khơng, nếu có thì bộ điều khiển sẽ
APS ARDUINO ECTS-i
ACCELEROMETE R
44
ngừng ngay q trình điều khiển mơ tơ bướm ga, nếu khơng, q trình vẫn diễn ra bình thường.
Chương 4
THIẾT KẾ VÀ THI C NG
4.1 THAM SỐ ĐẦU VÀO VÀ THIẾT LẬP MƠ HÌNH LABVIEW
4.1.1. Điều kiện ban đầu và lưu đồ gi i thuật của gi i pháp chống đạp nhầm chân ga
“Phương pháp gi i quyết hiện tượng chống đạp nhầm chân ga” của nhóm là
dựa trên nguyên tắc giám sát hành trình đạp chân ga theo thời gian của tài xế, để đưa ra các tín hiệu điều khiển phù hợp nhằm loại bỏ những tình huống nhầm chân ga trong những trường hợp có thể gây nguy hiểm đối với người tham gia giao thông (hoặc tránh gây ra các tai nạn khơng mong muốn trong thực tế). Bên cạnh đó, do Arduino là vi điều khiển đồng bộ nên việc xác định mốc thời gian tức thời sẽ có sai số lớn do q trình xử lý theo tuần tự. Nhóm đã đưa ra giải pháp sử dụng thông