Hệ thống kiểm soát hành trình thích nghi (adaptive cruise control system)

MỤC LỤC

MỤC LỤC.......................................................................I
DANH SÁCH HÌNH VẼ....................................................II
TĨM TẮT......................................................................1
CHƯƠNG 1 HỆ THỐNG KIỂM SỐT HÀNH TRÌNH THÍCH
NGHI (ADAPTIVE CRUISE CONTROL SYSTEM)..................2
1.1. Giới thiệu...............................................................................................................2
1.2. Cấu tạo thành phần và cách thức hoạt động của hệ thống kiểm sốt hành
trình thích nghi............................................................................................................3
1.2.1. Cấu tạo thành phần hệ thống........................................................................3

CHƯƠNG 2 CÁCH THỨC HOẠT ĐỘNG CỦA HỆ THỐNG.......8
2.1. Khoảng cách từ xe phía trước..............................................................................8
2.2. Tốc độ của xe phía trước......................................................................................9
2.3. Sơ đồ mạch điện của hệ thống kiểm sốt hành trình........................................11
2.4. Cách vận hành của hệ thống kiểm sốt hành trình thích nghi........................13
2.4.1. Vận hành hệ thống.......................................................................................13
2.4.2. Đặt tốc độ mong muốn................................................................................14
2.4.3. Phát hiện xe phía trước...............................................................................15
2.4.4. Đặt khoảng cách mong muốn.....................................................................17
2.4.5. Tăng tốc độ trên tốc độ mong muốn (OVERRIDE)..................................18
2.4.6. Tăng tốc ở chế độ READY..........................................................................19
2.4.7. Kích hoạt chế độ kiểm sốt hành trình thích nghi (RESUME)................19
2.5. Cài đặt hệ thống..................................................................................................20
2.5.1. Cấu tạo chi tiết và cách xử lý tín hiệu của hệ thống kiểm sốt hành trình
thích nghi................................................................................................................ 20
2.5.2. Bộ điều khiển can thiệp thông qua ESP.....................................................22
2.5.2.1. Cảm biến khoảng cách..........................................................................23
2.5.2.2. Cảm biến tốc độ bánh xe.......................................................................29

CHƯƠNG 3 KẾT LUẬN..................................................34


DANH SÁCH HÌNH VẼ

Hình 1.1: Hệ thống kiểm sốt hành trình thích nghi......................................................2
Hình 1.2: Tổng quan các chi tiết hệ thống kiểm sốt hành trình trên xe........................3
Hình 1.3: Tổng quan các chi tiết hệ thống kiểm sốt hành trình trên xe........................4
Hình 1.4: Sơ đồ khối các thành phần của hệ thống kiểm sốt hành trình thích nghi......5
Hình 1.5: Sơ đồ chi tiết các thành phần của hệ thống kiểm soát hành trình thích nghi. .6
Hình 1.6: Sơ đồ chi tiết các thành phần của hệ thống kiểm sốt hành trình thích nghi. .7
Hình 2.1: Xác định khoảng cách xe phía trước..............................................................8
Hình 2.2: Tính khoảng cách của các xe.........................................................................8
Hình 2.3: Biểu đồ tín hiệu đưa vào hệ thống..................................................................9
Hình 2.4: Xác định tốc độ của xe phía trước................................................................10
Hình 2.5: Tính tốn tốc độ của xe phía trước thơng qua tín hiệu nhận được................10
Hình 2.6: Cảm biến khoảng cách hoạt động................................................................11
Hình 2.7: ECU - Bộ xử lý trung tâm............................................................................11
Hình 2.8: Sơ đồ mạch điện hệ thống kiểm sốt hành trình thích nghi..........................12
Hình 2.9: Sơ đồ tổng quan về các chế độ vận hành và hoạt động của hệ thống kiểm
sốt hành trình thích nghi.............................................................................................13
Hình 2.10: Kích hoạt hệ thống kiểm sốt hành trình thích nghi...................................14
Hình 2.11: Đặt tốc độ mong muốn cho hệ thống kiểm sốt hành trình thích nghi.......14
Hình 2.12: Đồng hồ hiển thị tốc độ..............................................................................15
Hình 2.13: Màn hình hiển thị khoảng cách..................................................................15
Hình 2.14: Đồng hồ hiển thị phát hiện xe phía trước...................................................16
Hình 2.15: Màn hình hiển thị.......................................................................................16
Hình 2.16: Cơng tắc điều chỉnh tăng giảm tốc độ........................................................17
Hình 2.17: Cơng tắc điều chỉnh khoảng cách...............................................................17
Hình 2.18: Thơng tin các khoảng cách cơ bản có thể điều chỉnh.................................18

Hình 2.19: Màn hình hiển thị chế độ OVERRIDE.......................................................18
Hình 2.20: Cơng tắc điều khiển chế độ READY.........................................................19
Hình 2.21: Công tắc điều chỉnh chế độ RESUME.......................................................20


Hình 2.22: Hệ thống kiểm sốt hành trình thích nghi..................................................21
Hình 2.23: Tổng quát về cấu tạo và các bộ phận của hệ thống kiểm sốt hành trình
thích nghi..................................................................................................................... 22
Hình 2.24: Sự can thiệp điều khiển thông qua ESP (Hệ thống cân bằng điện tử)........23
Hình 2.25: Cảm biến Laser..........................................................................................23
Hình 2.26: Bảng thơng tin về Sensor Heads trong cảm biến Laser..............................24
Hình 2.27: Sơ đồ mạch điện cảm biến Laser................................................................24
Hình 2.28: Sóng phản xạ trên cảm biến siêu âm..........................................................25
Hình 2.29: Sự phản hồi sóng thành tín hiệu của cảm biến siêu âm..............................26
Hình 2.30: Áp dụng cảm biến siêu âm trên xe ơ tơ......................................................26
Hình 2.31: Điểm mù của cảm biến siêu âm.................................................................27
Hình 2.32: Cảm biến từ................................................................................................27
Hình 2.33: Cấu tạo của cảm biến từ.............................................................................28
Hình 2.34: Nguyên lý hoạt động của cảm biến từ........................................................28
Hình 2.35: Cảm biến tốc độ.........................................................................................29
Hình 2.36: Cảm biến tốc độ loại quang điện................................................................30
Hình 2.37: Sơ đồ mạch điện cảm biến tốc độ loại quang.............................................31
Hình 2.38: Cảm biến tốc độ loại điện từ......................................................................31
Hình 2.39: Cấu tạo của cảm biến tốc độ loại điện từ....................................................32
Hình 2.40: Mơ tả cấu tạo chi tiết trong lõi cảm biến tốc độ loại điện từ......................32
Hình 2.41: Sơ đồ mạch điện cảm biến tốc độ loại điện từ............................................33
Hình 2.42: Sự hoạt động bên trong cảm biến tốc độ loại điện từ.................................33


Hệ thống kiểm sốt hành trình thích nghi (Adaptive Cruise Control System)

TÓM TẮT

Hiện nay, cùng với sự phát triển của khoa học công nghệ, ngành công nghiệp ô tô
cũng đang phát triển mạnh mẽ nhờ áp dụng các kỹ thuật và thiết bị thông minh lên trên
các sản phẩm xe hơi của mình. Đặt biệt, hệ thống tiện nghi và an toàn trên xe hơi là
một lĩnh vực được nhiều hãng xe và cũng như các nhà phát triển công nghệ đặc biệt
chú tâm tới, vì một mục đích đó là mang lại sự tiện nghi và an toàn tuyệt đối cho người
dùng khi tham gia giao thơng trên chính chiếc xe của mình.
Ngồi ra, bằng việc phổ cập thơng tin về các hệ thống tiện nghi và an toàn trên xe
ơ tơ, bài báo cáo này nhắm mục đích phổ cập trong chương trình giáo dục cho học
sinh, sinh viên và mọi người để tìm hiểu rõ hơn về hệ thống tiện nghi và an toàn trên
xe hơi, nắm rõ được các thành phần và đặc trưng của các hệ thống phổ biến trong
ngành công nghiệp ô tô cũng như nền tảng khoa học công nghệ tân tiến hiện nay.

1


Hệ thống kiểm sốt hành trình thích nghi (Adaptive Cruise Control System)

CHƯƠNG 1 HỆ THỐNG KIỂM SỐT HÀNH TRÌNH THÍCH NGHI
(ADAPTIVE CRUISE CONTROL SYSTEM)

1.1. Giới thiệu
Đây là hệ thống có tính năng kiểm sốt hành trình thích ứng trên ơ tơ hay cịn
được gọi là "ga tự động thơng 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 sốt hành trình thích nghi
Hệ thống kiểm sốt hành trình thích ứng ACC – Adaptive Cruise Control có khả

năng duy trì tốc độ theo ý muốn của tài xế, nó cịn 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 cịn 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 ơ tơ:
Hệ thống kiểm sốt hành trình thích ứng ngồi khả năng duy trì tốc độ xe theo ý
muốn của tài xế. cịn có chức năng:
Cảnh báo va chạm và hỗ trợ giảm tốc trong trường hợp cần thiết, nhằm tăng sự
an tồn và tính tiện dụng cho người lái xe.
Công nghệ ACC này sẽ:
2


Hệ thống kiểm sốt hành trình thích nghi (Adaptive Cruise Control System)

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
thơng đơng đúc để duy trì được khoảng cách an tồn 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 tồn.
Do đó, Hệ thống kiểm sốt 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 tồn từ nó. Lái
xe có thể duy trì hoặc tắt chức năng này bất cứ lúc nào bằng cách nhấn ga hoặc chân
phanh.
1.2. Cấu tạo thành phần và cách thức hoạt động của hệ thống kiểm sốt hành

trình thích nghi
1.2.1. Cấu tạo thành phần hệ thống

3


Hệ thống kiểm sốt hành trình thích nghi (Adaptive Cruise Control System)

Hình 1.2.1.1.1.1: Tổng quan các chi tiết hệ thống kiểm sốt hành trình
trên xe

4


Hệ thống kiểm sốt hành trình thích nghi (Adaptive Cruise Control System)

Hình 1.2.1.1.1.2: Tổng quan các chi tiết hệ thống kiểm sốt hành trình
trên xe
Hệ thống kiểm sốt hành trình thích nghi bao gồm các mơ 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)
J217 Transmission Control Module (TCM) (Mô-đun điều khiển hộp số)
5


Hệ thống kiểm sốt hành trình thích nghi (Adaptive Cruise Control System)

-

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 sốt
hành trình thích nghi
Bên cạnh đó, hệ thống kiểm sốt hành trình thích nghi có các thành phần sau:
-

J685 Front Information Display Control Head Control Module (Mơ-đun điều
khiển hiển thị thơng 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)

6


Hệ thống kiểm sốt hành trình thích nghi (Adaptive Cruise Control System)

-

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 sốt hành trình

Hình 1.2.1.1.1.4: Sơ đồ chi tiết các thành phần của hệ thống kiểm sốt
hành trình thích nghi

7


Hệ thống kiểm sốt hành trình thích nghi (Adaptive Cruise Control System)

Hình 1.2.1.1.1.5: Sơ đồ chi tiết các thành phần của hệ thống kiểm sốt
hành trình thích nghi
8


Hệ thống kiểm sốt hành trình thích nghi (Adaptive Cruise Control System)

CHƯƠNG 2 CÁCH THỨC HOẠT ĐỘNG CỦA HỆ THỐNG

Hệ thống kiểm sốt hành trình thích nghi hoạt động dựa vào tín hiệu của các cảm
biến khoảng cách và cảm biến tốc độ xe để có thể điều chỉnh tốc độ theo mong muốn
của người lái cũng như đặt xe vào một khoảng cách an toàn so với các phương tiện
khác.
Ban đầu, khi hệ thống kiểm sốt hành trình thích nghi hoạt động, hệ thống sẽ bắt
đầu xác định khoảng cách và tốc độ của xe phía trước bằng cảm biến LIDAR hoặc

cảm biến RADAR
2.1. 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

9


Hệ thống kiểm sốt hành trình thích nghi (Adaptive Cruise Control System)

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 đơi 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 vịng 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
2.2. 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.
10


Hệ thống kiểm sốt hành trình thích nghi (Adaptive Cruise Control System)

Hình 2.2.1.1.1.1: Xác định tốc độ của xe phía trước

Hình 2.2.1.1.1.2: Tính tốn tốc độ của xe phía trước thơng 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. Mơđun 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 sốt 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

11


Hệ thống kiểm sốt hành trình thích nghi (Adaptive Cruise Control System)

khiển động cơ điện tử (ECM). Mô-đun điều khiển hộp số (TCM) và Mơ-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 đến
ECU để xử lý.
2.3. Sơ đồ mạch điện của hệ thống kiểm soát hành trình

12


Hệ thống kiểm sốt hành trình thích nghi (Adaptive Cruise Control System)

Terminal 15

Hình 2.3.1.1.1.1: Sơ đồ mạch điện hệ thống kiểm sốt hành trình thích
nghi
 J428 Mơ-đun điều khiển tính tốn khoảng cách
 Z47 Cảm biến tính tốn khoảng cách
 S

Cầu chì

Tín hiệu bổ sung: Drive System CAN Low; Drive System CAN High

13

Hệ thống kiểm sốt hành trình thích nghi (Adaptive Cruise Control System)

2.4. Cách vận hành của hệ thống kiểm soát hành trình thích nghi
2.4.1. Vận hành hệ thống

Hình 2.4.1.1.1.1: Sơ đồ tổng quan về các chế độ vận hành và hoạt động
của hệ thống kiểm sốt 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 khơng có hoạt động
kiểm sốt hành trình nào đang diễn ra. Nếu kiểm sốt 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

14


Hệ thống kiểm sốt hành trình thích nghi (Adaptive Cruise Control System)

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 sốt 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 thống. 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 nghi
Tốc 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

15


Hệ thống kiểm sốt hành trình thích nghi (Adaptive Cruise Control System)

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 thơng báo khác
cũng xuất hiện trong màn hình trung tâm. Vì lý do an tồn, tốc độ được lưu trữ sẽ bị
xóa khi xe tắt máy.

DISTANCE 2

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.
16

Hệ thống kiểm sốt hành trình thích nghi (Adaptive Cruise Control System)

Hình 2.4.3.1.1.1: Đồng hồ hiển thị phát hiện xe phía trước
Nếu màn hình phụ đang hoạt động, một thơng 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.

17