GIAO THễNG
4.1.1 Hệ thống an toàn chủ động (active safety)
Trong vài năm gần đõy, hệ thống an toàn chủ động (active safety) nhận được nhiều sự quan tõm. Trước đõy, người ta quan niệm rằng trỏch nhiệm về những tai nạn xảy ra trờn đường
thuộc về lỏi xe và ai cũng biết rằng mọi chuyện đều cú thể xảy ra chỉ trong khoảnh khắc lơ đễnh của tài xế. Hệ thống an toàn chủ động bao gồm cỏc thiết bị cú chức năng ngăn cản xe
gặp tai nạn, giảm xỏc suất va chạm và lật xe. Thiết bị này được kớch hoạt trước thời điểm
xảy ra tai nạn và cú thể can thiệp trực tiếp vào quỏ trỡnh điều khiển xe. Điển hỡnh trong cỏc thiết bị an toàn chủ động là hệ thống chống bú cứng phanh (ABS), phõn bố lực phanh điện
tử (EBD), cõn bằng điện tử (ESC), hệ thống thớch ứng tốc độ thụng minh (ISA) và hệ thống điều khiển hành trỡnh chủ động (Adaptive Cruise Control/ ACC).
Hệ thống điều khiển hành trỡnh chủ động (Adaptive Cruise Control/ ACC)
Hệ thống kiểm soỏt hành trỡnh chủ động ACC, cú khả năng duy trỡ tốc độ khụng đổi của xe theo ý muốn của người lỏi, cảnh bỏo và tự động giảm tốc khi khoảng cỏch với xe phớa trước nhỏ hơn cho phộp. Hệ thống an toàn chủ động này đặc biệt thớch hợp khi trợ giỳp lỏi xe khụng vượt quỏ tốc độ cho phộp khi chạy trờn đường
cao tốc và thường được trang bị trờn những chiếc xe cao
cấp như: BMW 7 Series, Audi A8, Lexus LS460, Jaguar XJ…Mức giỏ cài đặt hệ thống dao động từ 2.000 USD đến 3.000 USD. Trường hợp đường quốc lộ hai làn xe,
cú nhiều khu vực giới hạn tốc độ thỡ việc ỏp dụng sẽ
nhiều hạn chế.
Bộ phận quan trọng nhất của hệ thống là bộ xử lý tớn hiệu trung tõm (Cruise Control
Computer) cho phộp tiếp nhận 4 tớn hiệu cơ bản: Gúc quay vụ lăng; Tiếp điểm ly hợp; Tiếp
điểm chõn phanh và Tớn hiệu tốc độ xe. Trong đú 3 tớn hiệu đầu đúng vai trũ như cụng tắc,
trợ giỳp việc ngắt hệ thống một cỏch tự động nếu xuất hiện sự thay đổi trong khi chuyển động. Tớn hiệu thứ 4 (tớn hiệu tốc độ xe) sẽ được truyền liờn tục vào bộ xử lý, nếu tốc độ vượt quỏ giới hạn cho phộp (đó được cài đặt trong hệ thống), bộ xử lý trung tõm sẽ thụng
giảm tốc độ. Khi tốc độ giảm đến giỏ trị an toàn, hệ thống sẽ cố định vị trớ bướm ga để xe
chạy đỳng tốc độ yờu cầu. Ngược lại, nếu tốc độ xe chạy quỏ thấp so với tốc độ giới hạn, khi đú bộ xử lý trung tõm sẽ điều khiển mở rộng bướm ga để xe tăng tốc đến tốc độ cần
thiết. Hệ thống ACC ngoài chức năng đặt tốc độ hành trỡnh cho xe, cũn cú khả năng tự
giảm tốc độ khi xuất hiện chướng ngại vật phớa trước, thụng qua thiết bị nhận biết radar gắn phớa đầu xe. Vào thời điểm hiện nay, ACC mới đo được khoảng cỏch 150 m về phớa trước
và giảm tốc độ xe nếu một vật cản xuất hiện. Vựng cài đặt tốc độ hành trỡnh chủ động từ 30
km/h đến 180 km/h. Điều mà ACC chưa làm được là dừng hẳn xe lại, nhưng cỏc nhà sản
xuất đang rỏo riết nghiờn cứu để ra đời hệ thống ACC cú khả năng dừng hẳn xe và tự động điều chỉnh tốc độ được cài đặt của xe mà khụng cần sự can thiệp của người lỏi. Ngoài ra, thiết bị cú tỏc dụng cảnh bỏo khi xe khỏc tiến lại gần, do đú sẽ giảm thiểu cỏc va chạmđến
từ phớa sau. Trong tương lai gần, xe hơi lắp đặt ACC sẽ trỏnh được cả người đi bộ thụng
qua hệ thống phỏt tớn hiệu tầm ngắn được cài đặt xung quanh xe, đồng thời cũn kiểm soỏt
để xe khụng đi chệch khỏi làn đường quy định.
Hỡnh phớa dưới miờu tả sự thay đổi tốc độ trong 3 tỡnh huống chạy xe dựa theo kết quả
Trường hợp thứ nhất: Khi khoảng cỏch thực tế giữa 2 xe lớn hơn so với khoảng cỏch được cài đặt, xe chạy phớa sau được trang bị hệ thống ACC sẽ chuyển động với tốc độ khụng đổi và khụng cú sự can thiệp trong quỏ trỡnh điều chỉnh tốc độ.
Trường hợp thứ hai: Xe phớa trước giảm tốc độ và khoảng cỏch thực tế giữa 2 xe nhỏ hơn
so với khoảng cỏch được cài đặt, khi đú xe chạy phớa sau được trang bị hệ thống ACC sẽ tự động giảm tốc độ để duy trỡ khoảng cỏch an toàn so với xe chạy trước.
Trường hợp thứ ba: Xe phớa trước thực hiện rẽ, hoặc chuyển làn sang nhỏnh đường khỏc, khi đú xe chạy phớa sau được trang bị hệ thống ACC sẽ tự động tăng tốc quay trở lại, cho
đến khi đạt tốc độ cài đặt ban đầu.
Hỡnh vẽ bờn thể hiện hệ thống tọa độ của xe
và gúc mở theo phương ngang () của
Radarsensors, thụng thường gúc mở theo
phương ngang (= 40) và phạm vi mở của
Rada-Sensor là 80. Tuy nhiờn, giỏ trị gúc mở
cũn phụ thuộc vào bỏn kớnh đường cong
bằng, tốc độ xe chạy, khoảng cỏch an toàn
được cài đặt trước trong thiết bị.
Hỡnh vẽ dưới miờu tả quỏ trỡnh khi xe chạy vào đường cong và khả năng quột (khả năng
nhận biết) của Radarsensors cựng với thiết bị ACC gắn trờn ụ tụ.
Trong đú:
max là khoảng trống thời gian lớn nhất được ước tớnh giữa hai xe (khoảng thời gian được
thiết bị ước tớnh) “Vorausschauzeitluecke”
αmax là gúc mở lớn nhất theo phương ngang của Radarsensors (tớnh từ trục xe)
dmax là khoảng cỏch chiều dài lớn nhất Radarsensors cú thể nhận biết
Khi đú cú thể tớnh được bỏn kớnh đường cong bằng tối thiểu (Rmin) theo cụng thức sau:
Gúc mở cần thiết theo phương ngang
của Radarsensors (α) là một đại lượng
phụ thuộc vào khoảng trống thời gian
được cài đặt trước trong thiết bị () (thụng thường chọn = 2 [s]), bỏn
kớnh đường cong bằng (R) và gia tốc
ly tõm cho phộp lớn nhất aymax [m/s2].
Khi đú gúc mở α của Radarsensors được tớnh theo cụng thức sau:
Trờn đường cao tốc của CHLB Đức, khi tốc độ thấp hơn 80 (km/h) thỡ gia tốc ly tõm ay =
3,9 [m/s2]. Khi tốc độ ≥ 80 (km/h) thỡ ay = 1,5 [m/s2]. Giỏ trị gúc mở α của Radarsensors
trong sự phụ thuộc vào bỏn kớnh đường cong bằng (R) và sự thay đổi của gia tốc ly tõm ay
[m/s2], được thể hiện tại bảng phớa dưới.
Thụng qua quỏ trỡnh thực nghiệm cú thể đề xuất bỏn kớnh đường cong bằng trong trường
hợp thụng thường được sử dụng đối với xe được lắp đặt thiết bị ACC như sau:
y ACC a V R 2
Xột trong trường hợp vựng khụng gian di chuyển của xe khụng ớt bị cản trở, khi
đú gia tốc ly tõm ay = 4 [m/s2]
Cự ly hóm xe của xe được lắp đặt thiết bị ACC là:
ACC R X ACC h t V a V S . . 2 1 2 Trong đú:
aX là gia tốc hóm phanh dọc theo chiều dài đường (aX = 4 [m/s2])
Trong trường hợp xe chạy trờn đường thẳng, khoảng cỏch d và gúc mở theo phương ngang
của tia ra-da (α) cú mối quan hệ cụng thức arctan( )
d y
hoặc theo toỏn đồ quan hệ phớa
dưới
Hệ thống thớch ứng tốc độ thụng minh (ISA)
Là một trong những hệ thống cơ bản của hệ thống giao thông thông minh, có tác dụng cảnh
báo và điều khiển tốc độ của người lái xe không vượt quá tốc độ giới hạn trên đường. Hệ
thống ISA được hỗ trợ bởi công nghệ máy tính tích hợp sẵn trong ô tô sẽ theo dõi giới hạn tốc độ và tự động giảm tốc độ khi thấy xe được lái quá nhanh, giúp người lái xe không vi phạm giới hạn tốc độ. Hệ thống sẽ xác định chính xác vị trí của chiếc xe thông qua vệ tinh GPS và truy nhập vào cơ sở dữ liệu giới hạn tốc độ của đoạn đường giao thông hiện tại để theo dõi tốc độ của xe đang chạy.
Hệ thống có thể hoạt động thông qua 3 chế độ:
Chế độ thứ nhất: Thông tin hoặc tư vấn ("Informative" or "advisory"): Hệ thống ISA
cùng với chế độ tư vấn sẽ hiển thị lên màn hình giới hạn tốc độ cho phép khi người lái xe
vượt quá tốc độ. Thông tin phản hồi này có thểđược thể hiện bằng hình ảnh hoặc giọng nói.
Chế độ thứ hai: Hỗ trợ hoặc cảnh báo ("Supportive" or "warning"): Đối với chế độ này, khi xe đạt đến giới hạn tốc độ, chân ga sẽ bị nén và ngăn không cho người lái tăng tốc, bất chấp thời gian để nén chân ga. Ngoài ra hệ thống sẽ cản trở việc vượt quá tốc độ, bằng cách
giảm quá trình phun nhiên liệu.
Chế độ thứ ba: Can thiệp hoặc bắt buộc ("Intervening” or “mandatory"): Với chế độ can thiệp và tự động điều khiển tốc độ xe chạy phù hợp với tốc độ giới hạn, hệ thống đã trở
thành một giải pháp an toàn chủ động có hiệu quả. Trong một vài trường hợp sẽ tiến hành gia tốc nhanh trong hộp số tự động bằng cách “kick-down” hoặc “temporary override”.
Nghiên cứu lựa chọn tốc độ phù hợp với hệ thống ISA
Việc xác định tốc độ thiết kế khi xe chạy vào đường cong (Vkurve [km/h]) dựa trên mô hình động học đơn giản (hình vẽ dưới) đã không còn phù hợp với quá trình chạy xe thực tế.
) ( 127 R f q Vkurve R fR = Hệ số lực ngang q = Độ dốc siêu cao [%] R = Bán kính đường cong bằng [m] Vkurve = Tốc độ thiết kế [km/h]
Kết quả nghiên cứu thực nghiệm của Lippold (1997), Sosouhmihen (2001) và Ebersbach (2005) Đưa ra mối quan hệ giữa tốc độ và bán kính đường cong bằng theo công thức:
Tùy thuộc vào từng loại xe và tùy thuộc vào các giai đoạn của quá trình tăng tốc hay giảm
tốc mà tương ứng với nó sẽ có các giá trị hệ số của hàm hồi quy a, b và c khác nhau. Giá trị cụ thể có thể tham khảo trong tài liệu [1]. Từ đó mối quan hệ giữa tốc độ xe chạy (Geschwindigkeit [km/h]) và bán kính đường cong bằng (Radius [m]) được thể hiện thông
qua hình vẽ dưới.
Kết quả nghiên cứu của Hamberger (1999) đưa ra việc xác định tốc độ của xe chạy
trong đường cong (Vkurve [km/h]) dựa trên sự thay đổi của gia tốc ly tâm (a_quer [m/s2]) của từng loại xe và bán kính đường cong bằng theo công thức dưới đây:
k quer a kurve
V _
Vkurve = Tốc độ xe chạy trong đường cong bằng, đơn vị [m/s]
R
k 1 = Độ cong, đơn vị [1/m] (với R: bán kính đường cong bằng [m])
a_quer = Gia tốc li tâm khi xe chạy vào đường cong, đơn vị [m/s2]
Trong đó mối quan hệ giữa gia tốc ly tâm (a_quer [m/s2]) và bán kính đường cong bằng (Kurvenradius [m]) tương ứng với 3 loại xe ô tô khác nhau (loại: sportlich, normal và ruhig) thể hiện đồ thị phía dưới.
Kết quả thực nghiệm cho thấy, tốc độ xe chạy được tính toán theo mô hình của Hamberger
(1999) là gần đúng với quá trình chạy xe thực tế.
Các kết quả nghiên cứu của Schraut (2000) thể hiện mối quan hệ giữa tốc độ xe chạy,
bán kính đường cong bằng (R [m]), tổng giá trị các góc ngoặt của đường cong bằng trên từng kilomet đường (
L
KUE i
[gon/ km]) và bề rộng mặt đường (B [m]). Việc xác định tốc độ được chia ra thành hai trường hợp:
Trường hợp 1: Những đoạn đường có tổng giá trị các góc ngoặt của đường cong bằng KUE
≤ 500 (gon/km), khi đó tốc độ xe chạy trong đường cong Vkurve (km/h) sẽ là:
Vkurve = 55,65 - 0,0532. KUE + 5,314.B
Trường hợp 2: Những đoạn đường có tổng giá trị các góc ngoặt của đường cong bằng KUE
> 500 (gon/km), khi đó tốc độ xe chạy trong đường cong Vkurve (km/h) sẽ là:
Vkurve = 61,03 - 0,0819.KUE + 0,00005.KUE2 + 4,85.B
Dự án S.A.N.T.O.S (Weise u.a. 2001) đã tiến hành so sánh tốc độ V85 và tốc độ của xe thí nghiệm được lắp đặt hệ thống ISA. Kết quả thể hiện có sự khác biệt rõ rệt về giá trị tốc độ của các loại xe khác nhau khi chạy trên các đoạn thẳng và trên các đường cong bằng bán kính lớn. Kết quả cũng khả quan khi phần lớn các giá trị tốc độ của xe thí nghiệm đều nằm
dưới giá trị V85 (biểu thị bằng màu đỏ hình vẽ phía dưới)
Để áp dụng hệ thống thích ứng tốc độ thông minh (ISA) vào mạng lưới đường yêu cầu cần
những điều kiện sau đây:
Bản đồ số hóa:Được kết nối cùng với hệ thống cơ sở dữ liệu, chứa đựng các thông tin
được vị trí xe rẽ và thời gian chạy xe. Mỗi một “Segment” chứa đựng các đặc tính như loại đường, số làn xe và bề rộng làn xe... Hình vẽ dưới thể hiện 3 đoạn đường được thể hiện thông qua 3 “Segment” có màu sắc khác nhau. Hình dạng của mỗi một “Segment” được nối
bởi các con số cùng màu sắc.
Biển báo giao thông cũng được gắn kết vào hệ thống cơ sở dữ liệu dựa trên 3 thông tin cơ bản (loại biển báo, khoảng cách từ các điểm chi tiết đến biển báo và hướng cắm biển). Vị trí của các biển báo đều được hệ thống GPS tiếp nhận.
Hệ thống phần mềm: Phần mềm Software Enhanced Database for Driver Assistance Systems (EDDAS Software) được kết nối với bản đồ số hóa, cơ sở dữ liệu và hệ thống GPS. Thông qua các thông tin từ 2 phần mềm “EDDAS Software” và “S.A.N.T.O.S Software”, hệ thống điều khiển tốc độ “SC- System” có khả năng tính toán và đưa ra tốc độ và gia tốc thích ứng. Những kết quả này sẽ được gửi quay trở lại phần mềm “S.A.N.T.O.S Software” thông qua kết nối Internet. Sau đó sẽ được điều khiển tích hợp với hệ thống MMI (Người - Máy móc - Giao diện). Quá trình này được thể hiện ở sơđồ phía dưới và chu trình này được
thực hiện trong toàn bộ thời gian 0,1s.
Hệ thống thiết bị trong xe ô tô
Hộp điện tử “CPU box” được lắp đặt phía dưới bảng đồng hồ hoặc phía đằng sau cần điều khiển sang số. Ngoài ra, trang bị đồng hồ đo quãng đường đã đi của xe. Mô tơ trợ lực hoặc
thiết bị cơ học điều chỉnh sự tăng tốc “mechanical unit”. Nguyên tắc làm việc của thiết bị cơ học có thể tham khảo trong các tài liệu liên quan.
4.1.2 Hệ thống an toàn bị động (passive safety)
Hệ thống thiết bị an toàn bị động chỉ được kớch hoạt khi đó xảy ra xung đột và va chạm. Vớ
dụ như tỳi khớ, dõy đai an toàn... Vỡ vậy, hệ thống an toàn bị động sẽ cú tỏc dụng giảm mức độ chấn thương chứ khụng cú tỏc dụng ngăn chặn tai nạn xuất hiện. Hỡnh vẽ phớa dưới mụ
tả thiết bị an toàn bị động được lắp đặt trờn xe mụ tụ để bảo vệ cho người lỏi, dựa trờn cỏc kết quả nghiờn cứu về mức độ chấn thương tại cỏc bộ phận trờn cơ thể của người điều khiển xe mỏy (KRAMLICH, 2002) và (MAIER/ SCHINDLER, 2007). Thụng qua đú, đề xuất
những mụ hỡnh xe mỏy hiện đại và an toàn (hỡnh dưới)
Tiếp theo là những giải phỏp an toàn được trang bị cho người đi xe đạp, đặc biệt là cỏc em học sinh sử dụng xe đạp như là một phương tiện chủ yếu trong cỏc hoạt động giao thụng. Nghiờn cứu tiờu chuẩn kớch cỡ của
mũ bảo hiểm dành cho học sinh là cần thiết trong hệ