Nghiên cứu, thiết kế mô hình hệ thống hỗ trợ lái trên ô tô

TRƯỜNG ĐẠI HỌC SƯ PHẠM KỸ THUẬT THÀNH PHỐ HỒ CHÍ MINH
KHOA CƠ KHÍ ĐỘNG LỰC

ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP

NGHIÊN CỨU, THIẾT KẾ MƠ HÌNH
HỆ THỐNG HỖ TRỢ ĐẬU XE TRÊN Ô TÔ

SVTH: ĐINH QUANG THANH TRÀ
MSSV: 13145281
SVTH: ĐÀO QUANG BÌNH
MSSV: 13145021
GVHD: TS. LÊ THANH PHÚC

Tp. Hồ Chí Minh, tháng 07 năm 2017


TRƯỜNG ĐẠI HỌC SƯ PHẠM KỸ THUẬT THÀNH PHỐ HỒ CHÍ MINH
KHOA CƠ KHÍ ĐỘNG LỰC

ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP
Chuyên ngành: Công nghệ kỹ thuật ô tô

Tên đề tài

NGHIÊN CỨU, THIẾT KẾ MƠ HÌNH
HỆ THỐNG HỖ TRỢ ĐẬU XE TRÊN Ơ TƠ

SVTH: ĐINH QUANG THANH TRÀ
MSSV: 13145281
SVTH: ĐÀO QUANG BÌNH

MSSV: 13145021
GVHD: TS. LÊ THANH PHÚC

Tp. Hồ Chí Minh, tháng 07 năm 2017


LỜI CẢM ƠN
Sau 4 năm học ngành Công nghệ kỹ thuật Ơ tơ hệ Đại học Chính quy tại Trường
Đại Học Sư Phạm Kỹ Thuật Thành Phố Hồ Chí Minh, nhóm thực hiện đề tài này, những
sinh viên của khoa Cơ Khí Động Lực đã được sự dìu dắt và hướng dẫn tận tình của q
thầy cơ của trường đã và đang từng bước hồn thiện mình hơn để trở thành những kỹ sư,
đem bàn tay và khối óc của mình cống hiến cho xã hội. Cho đến hơm nay, với đồ án tốt
nghiệp này cũng đánh dấu một cột mốc lớn trên bước đường trưởng thành của nhóm thực
hiện đề tài. Những sinh viên ngành động lực khóa 2013 sắp bước ra khỏi cánh cổng trường
Đại Học để bước vào một cánh cổng lớn hơn, nhiều thử thách hơn. Đó là cánh cửa của
cuộc đời, cơng việc trong tương lai sắp tới, mọi sự thành công trên bước đường sắp tới đều
nhờ cơng lao dìu dắt dạy dỗ của quý thầy cô. Xin gửi tới quý thầy cô sự kính trọng và lịng
biết ơn sâu sắc của nhóm thực hiện đề tài.
Nhóm thực hiện đề tài xin chân thành cảm ơn thầy Lê Thanh Phúc đã cung cấp tài liệu,
đồng thời, thầy đã tận tình hướng dẫn, chỉ dạy trong suốt quá trình học tập cũng như trong
quá trình thực hiện đề tài để nhóm thực hiện hồn tất đề tài này.
Xin chân thành cảm ơn quý thầy cô trường Đại Học Sư Phạm Kỹ Thuật TP.HCM. Đặc biệt
là q thầy cơ trong khoa Cơ khí động lực đã tận tình chỉ dẫn, trực tiếp giúp đỡ và tạo điều
kiện cho nhóm làm việc trong mơi trường rất tốt trong suốt quá trình thực hiện đề tài này.
Cảm ơn sự đóng góp ý kiến của các bạn sinh viên trong lớp 131454 và tất cả các bạn trong
khoa Cơ Khí Động Lực để nhóm chúng tơi hồn thành tốt đề tài này.
Xin chân thành cảm ơn!

Nhóm sinh viên thực hiện

Đinh Quang Thanh Trà - Đào Quang Bình

i


MỤC LỤC
Trang
LỜI CẢM ƠN....................................................................................................................i
MỤC LỤC ...……………………………………………………………………………..ii
DANH MỤC CÁC HÌNH ..……………………………………………………………..iv
CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN .............................................................................................1
1.1

LÝ DO CHỌN ĐỀ TÀI .........................................................................................1

1.2

MỤC TIÊU VÀ NHIỆM VỤ NGHIÊN CỨU .......................................................1

1.2.1

Mục tiêu ...........................................................................................................1

1.2.2

Nhiệm vụ nghiên cứu ......................................................................................1

1.3

PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU ..........................................................................2

1.4

KẾ HOẠCH NGHIÊN CỨU .................................................................................2

CHƯƠNG 2: CƠ SỞ LÝ THUYẾT .................................................................................3
2.1
XE

LỊCH SỬ HÌNH THÀNH VÀ PHÁT TRIỂN CỦA HỆ THỐNG HỖ TRỢ ĐẬU
................................................................................................................................3

2.2 GIỚI THIỆU VỀ HỆ THỐNG HỖ TRỢ ĐẬU XE TRÊN CÁC DÒNG XE TẠI
VIỆT NAM .......................................................................................................................7
2.2.1

Ford Focus .......................................................................................................7

2.2.2

Các dòng xe của Mercedes Benz .....................................................................8

2.3

CẤU TẠO, HOẠT ĐỘNG CỦA HỆ THỐNG HỖ TRỢ ĐẬU XE ....................11

2.3.1

Cấu tạo ...........................................................................................................11

2.3.2

Hoạt động của hệ thống hỗ trợ đậu xe ...........................................................28

2.4

SƠ LƯỢC VỀ ARDUINO VÀ LẬP TRÌNH ARDUINO ...................................30

2.4.1

Arduino là gì? ................................................................................................30

2.4.2

Ngơn ngữ lập trình Arduino ..........................................................................33

CHƯƠNG 3: THIẾT KẾ MƠ HÌNH HỆ THỐNG HỖ TRỢ ĐẬU XE .....................36
ii


3.1

MƠ HÌNH HĨA HỆ THỐNG .............................................................................36

3.1.1

Cấu tạo các chi tiết.........................................................................................36

3.1.2

Lắp ráp các chi tiết thành mơ hình ................................................................43

........................................................................................................................................47
3.2

LẬP TRÌNH ĐIỀU KHIỂN CHO MƠ HÌNH .....................................................47

3.3

KẾT QUẢ VÀ ĐÁNH GIÁ MƠ HÌNH...............................................................48

3.3.1

Kết quả ...........................................................................................................48

3.3.2

Đánh giá mơ hình ..........................................................................................48

CHƯƠNG 4: KẾT LUẬN ...............................................................................................50
4.1

KẾT LUẬN ..........................................................................................................50

4.2

KIẾN NGHỊ .........................................................................................................50

TÀI LIỆU THAM KHẢO ...............................................................................................52
PHỤ LỤC………………………………………………………………………………..53

iii


DANH MỤC CÁC HÌNH
Trang
Hình 2.1 Đậu xe song song ……………………………………………………………..4
Hình 2.2 Đậu xe vng góc ……………………………………………………………..5
Hình 2.3 Đậu xe giũa những trở ngại khác ……………………………………………..5
Hình 2.4 Đậu xe trên lề ..………………………………………………………………...6
Hình 2.5 Đậu xe ở các khúc cua………………………………………………..………..6
Hình 2.6 Vị trí của nút kích hoạt chức năng hỗ trợ đậu xe trên Ford Focus…….……….7
Hình 2.7 Thơng báo tìm thấy vị trí đậu xe……………………………………………..………9
Hình 2.8 Hệ thống đậu xe tự động đánh lái và điều phối chân ga…………………..…….10
Hình 2.9 Việc đậu xe đã hồn tất……………………………………………………………....10
Hình 2.10 Hệ thống hỗ trợ đậu xe hỏi người lái có muốn kích hoạt chức năng lấy xe ra
khỏi vị trí đỗ hay khơng?..................................................................................................11
Hình 2.11 Cảm biến siêu âm HC- SR04……………………………………………………….11
Hình 2.12 Hình ảnh minh họa cho thời gian trong q trình thu phát sóng siêu âm …..12
Hình 2.13 Cảm biến siêu âm loại 2 ……………………………………………………..13
Hình 2.14 Mơ tả cách nhận biết góc bo của xe bằng sóng siêu âm …………………….15
Hình 2.15 Vị trí cảm biến siêu âm trên xe …….………………………………………...15
Hình 2.16 Vị trí cảm biến siêu âm trên xe ……………………………………………....16
Hình 2.17 Vị trí cảm biến siêu âm trên xe ………………………………………………17
Hình 2.18 Ngun lí hoạt động của cảm biên tốc độ bánh xe …………………………..17
Hình 2.19 Hình ảnh thực tế của cảm biến tốc độ bánh xe ................................................18
Hình 2.20 Sơ đồ hệ thống lái trợ lực điện ………………………………………………19
Hình 2.21 Cấu tạo của động cơ điện một chiều ………………………………………...20
Hình 2.22 Cấu tạo cảm biến moment quay trục lái ……………………………………..21
Hình 2.23 Cách bố trí các cảm biến trên xe …………………………………………… 22

Hình 2.24 Cảm biến góc lái ……………………………………………………………..23
Hình 2.25 Sơ đồ khối phần cứng của ECU ……………………………………………...23
Hình 2.26 Sơ đồ trạng thái phần mềm ECU …………………………………………….24
iv


Hình 2.27 Model động học của hệ thống hỗ trợ đậu xe ………………………………...25
Hình 2.28 Sơ đồ khối quá trình nhận diện khơng gian đậu xe ………………………….26
Hình 2.29 Cấu tạo của hệ thống hỗ trợ đậu xe …………………………………………29
Hình 2.30 Sơ đồ logic hoạt động của hệ thống …………………………………………30
Hình 2.31 Arduino UNO R3 …………………………………………………………….31
Hình 2.32 Một vài hình ảnh thực tế của Arduino ……………………………………….31
Hình 2.33 Giao diện arduino IDE ………………………………………………………34
Hình 3.1 Arduino mega 2560 …………………………………………………………...36
Hình 3.2 Arduino mega 2560 ………………………………………………………...…36
Hình 3.3 Hình ảnh thực tế cảm biến siêu âm HC- SR04 ………………………………..38
Hình 3.4 Động cơ encoder GA25 V1 …………………………………………………....39
Hình 3.5 Sơ đồ chân motor encoder GA25 V1 ………………………………………….41
Hình 3.6 Mạch cầu H thực tế …………………………………………………………....41
Hình 3.7 Sơ đồ mạch điện module L298 ………………………………………………...42
Hình 3.8 LM2596 ………………………………………………………………………..43
Hình 3.9 Sơ đồ mơ phỏng mơ hình hệ thống hỗ trợ đậu xe ……………………………..45
Hình 3.10 Mơ hình nhìn từ trên xuống ………………………………………………….46
Hình 3.11 Mơ hình nhìn từ phía sau …………………………………………………….46
Hình 3.12 Mơ hình nhìn từ phía trước …………………………………………………..46

v


CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN

1.1

LÝ DO CHỌN ĐỀ TÀI
Xã hội ngày càng phát triển, nhu cầu đi lại của con người ngày một tăng, dẫn đến
số lượng phương tiện tham gia giao thơng cũng tăng lên một cách nhanh chóng. Tuy
nhiên cơ sở hạ tầng, đường xá vẫn chưa đáp ứng được nhu cầu sử dụng. Các bãi đỗ ô
tô vẫn cịn hạn hẹp về diện tích, gây nên sự bất tiện cho người lái xe mỗi khi phải tìm
vị trí đỗ xe.
Vậy làm thế nào để tận dụng tối đa khả năng của các bãi đỗ xe ít ỏi và mang lại cho
chủ xe cảm giác thoải mái, an toàn, nhanh chóng khi đỗ xe?
Trong những năm gần đây, cùng với sự phát triển của nền khoa học, công nghệ hiện
đại, là sự ra đời và phát triển của các hệ thống thơng minh trên ơ tơ, với mục đích chính
nhằm mang lại sự an tồn và tiện nghi cho người lái.
Hệ thống hỗ trợ đậu xe trên ô tô giúp con người giảm bớt những căng thẳng, mệt
mỏi trong việc tìm kiếm vị trí đậu xe, cũng như phải thực hiện các thao tác rườm rà
khi tiến hành đậu xe vào những nơi có khơng gian nhỏ hẹp. Với hệ thống hỗ trợ đậu
xe, người lái chỉ cần nhấn nút và xe sẽ tự động làm các công việc còn lại, người lái chỉ
cần điều khiển chân ga và phanh theo yêu cầu của hệ thống.
Với những lí do đó, nhóm chúng em chọn hệ thống hỗ trợ đậu xe làm đề tài để
nghiên cứu, học tập nhằm có những kiến thức cơ bản về hệ thống.

1.2

MỤC TIÊU VÀ NHIỆM VỤ NGHIÊN CỨU

1.2.1 Mục tiêu
Thông qua việc nghiên cứu đề tài, nhóm chúng em muốn có được kiến thức
cơ bản về hệ thống hỗ trợ đậu xe trên ô tơ, từ đó có thể phát triển, áp dụng vào thực
tế. Bên cạnh đó, chúng em cịn mong muốn có được nền tảng cơ bản về lập trìnhmột hướng phát triển mới trên ô tô ngày nay.
1.2.2 NHIỆM VỤ NGHIÊN CỨU

Thu thập các tài liệu liên quan đến hệ thống hỗ trợ đậu xe trên các dòng xe
trong nước và ngoài nước.
Nghiên cứu, chọn lọc các tài liệu sử dụng trong q trình làm mơ hình của
hệ thống hỗ trợ đậu xe.
1


Tìm hiểu về Arduino và ngơn ngữ lập trình Arduino.
Lên ý tưởng, thiết kế mơ hình và lập trình điều khiển mơ hình mơ tả được sự
hoạt động của hệ thống hỗ trợ đậu xe.
Cho mơ hình chạy thực nghiệm và hồn thiện mơ hình.
Viết báo cáo, thuyết minh về mơ hình.
1.3

PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU
Tham khảo, thu thập các tài liệu liên quan.
Học hỏi kinh nghiệm từ thầy cô, bạn bè.
Thực nghiệm

1.4

KẾ HOẠCH NGHIÊN CỨU
Đề tài được thực thực hiện trong vòng 15 tuần và được chia làm 2 giai đoạn:
 Giai đoạn 1:
-

Thu thập tài liệu, xác định nhiệm vụ, đối tượng nghiên cứu, phân tích tài
liệu có liên quan.

-

Lắp mơ hình và lập trình cho mơ hình hồn thiện

 Giai đoạn 2:
-

Viết báo cáo.

-

Hoàn thiện đề tài

2


CHƯƠNG 2: CƠ SỞ LÝ THUYẾT
2.1

LỊCH SỬ HÌNH THÀNH VÀ PHÁT TRIỂN CỦA HỆ THỐNG HỖ TRỢ
ĐẬU XE
Một trong những nguyên mẫu đầu tiên của hệ thống hỗ trợ đậu xe tự đông
được phát triển trên chiếc xe điện Ligier do INRIA (French institute for
research in computer science and automation) phát triển vào giữa năm 1991.
Trong năm 1992 Volkswagen đã đề xuất ý tưởng về hệ thống tự đỗ xe trong đề án
IRVW nhưng khơng có một phiên bản thương mại nào được thực hiện.
Cho đến năm 2003 thì phiên bản thương mại đầu tiên của hệ thống parking assist
system mới được TOYOTA giới thiệu với thị trường trên chiếc Toyota Prius
nhưng chỉ được bán ở trên thị trường Nhật chứ vẫn chưa được bán chính thức trên
thế giới vì nhiều lý do khác nhau. Vì phiên bản năm 2003 cịn nhiều lỗi và gặp khó
khăn khi phát hiện các vật như người đi bộ, vật nuôi,… nên vào năm 2006 sau khi

hồn thiện hệ thống Toyota đã chính thức đưa ra thị trường thế giới thông qua
chiếc Lexus LS được sản xuất ở Mỹ.
Sau Toyota các hãng khác cũng lần lượt ra mắt các phiên bản khác nhau
của hệ thống parking assist system với các tên gọi khác nhau: Ford (2009), BMW
(2010)…
Sơ đồ tống quát hệ thống hỗ trợ đậu xe
Tín hiệu đầu vào
Bộ chấp hành
+ Cảm biến siêu âm
+ Cảm biến góc lái
+Camera trước và
sau xe
+ Cơng tắc xi-nhan
và nút bấm
+Cảm biến tốc độ
bánh xe

E
C

+ Hệ thống trợ
lực lái điện(
EPS)

U

+ Cịi cảnh báo
đỗ xe
+ Màn hình hiển
thị

3


Các loại hình đậu xe
Đậu xe song song
Là hình thức đậu xe mà xe của người lái được đậu song song với lề đường. Hiện
nay, việc đậu xe song song chỉ hỗ trợ khi không gian đậu xe nằm giữa 2 xe đã đậu
trước đó hoặc đậu song song sau một xe khác, hệ thống không hỗ trợ đậu trước 1 xe
khác.

Hình 2.1 Đậu xe song song

Đậu xe vng góc
Là hình thức đậu xe mà xe của người lái được đậu vng góc so với lề đường. Cũng
như đậu xe song song, việc đậu xe vng góc chỉ được thực hiện khi đậu xe giữa 2
xe đậu sẵn hoặc đậu liền kề xe khác, hệ thống không hỗ trợ đậu trước 1 xe khác.

4


Hình 2.2 Đậu xe vng góc
Ngồi 2 hình thức đậu xe ở trên thì cịn có các trường hợp đậu xe khác như:

Hình 2.3 Đậu xe giữa những trở ngại khác

5


Hình 2.4 Đậu xe trên lề

Hình 2.5 Đậu xe ở các khúc cua
Điều kiện kích hoạt và hủy bỏ chế độ hộ trợ đậu xe:
-

Hệ thống sẽ không hoạt động khi xảy ra các trường hợp sau:

+ ESP( Chương trình cân bằng xe điện tử) khơng được kích hoạt với nút bấm ESP.
+ Xe có gắn rơ móc.
+ Hệ thống bị lỗi.
-

Việc hỗ trợ đậu xe sẽ bị hủy bỏ khi xảy ra các trường hợp sau:
6


+ Người lái can thiệp vào di chuyển của vô lăng.
+ Tốc độ đậu xe quá 7 km/h
+ Chức năng hỗ trợ đậu xe bị tắt bằng nút điều khiển trê xe.
+ Thời gian đỗ xe quá lâu( khoảng 6 phút).
2.2

GIỚI THIỆU VỀ HỆ THỐNG HỖ TRỢ ĐẬU XE TRÊN CÁC DÒNG XE
TẠI VIỆT NAM

2.2.1

Ford Focus
Là mẫu xe hạng trung của Ford tuy vậy nhưng lại được trang bị hệ thống hỗ
trợ đậu xe tự động, một trong những trang thiết bị chỉ xuất hiện trên các dịng xe

cao cấp.

Hình 2.6 Vị trí của nút kích hoạt chức năng hỗ trợ đậu xe trên Ford Focus
Hệ thống giúp người lái tìm chỗ đỗ xe, đánh lái đưa xe vào vị trí, mặc dù
người lái vẫn phải thao tác số( tiến/ lùi), chân ga/ phanh.
Các bước lùi xe vào chỗ đỗ với sự trợ giúp của hệ thống hỗ trợ đỗ xe tự động
trên Ford Focus:
-

Bật cơng tắc xi- nhan phía muốn đậu xe. Ấn nút khởi động hệ thống hỗ
trợ đậu xe, di chuyển với vận tốc dưới 20 km/h và giữ khoảng cách với
các xe đang đỗ tối đa là 80 cm. Hệ thống sẽ đo khoảng trống giữa 2 xe
đang đỗ và không gian đỗ cần thiết( tối thiểu 1,4 thân xe). Tiến qua hết
khoảng trống đó, nếu hệ thống đo vừa khoảng cách đỗ xe an toàn, bảng
7


điều khiển và âm thanh( tiếng bíp) thống báo cho người lái biết tìm thấy
chỗ đậu xe, tiếp tục lái xe tiến về phía trước cho đến khi hệ thống thông
báo STOP và chức năng đỗ xe tự động đã sẵn sàng.
-

Chọn số lùi, buông hết tay lái, hệ thống tự đánh lái đưa xe vài vị trí đỗ đã
tìm được trước đó. Người lái chỉ cần quan sát kính chiếu hậu, khống chế
chân ga không quá 10 km/h, khi cảm biến lùi và bảng điều khiển thông
báo xe đã sát phía sau, người lái đạp phanh và cài số tiến. Hệ thống tiếp
tục đánh lái đưa xe về phía trước.

-

Khi xe đã vào vị trí, hệ thống thơng báo lên bảng điều khiển đã hoàn thành
việc hỗ trợ đậu xe. Nếu như người lái muốn tiến hoặc lùi theo ý muốn, có
thể lặp lại các bước như trên.

Các bước lấy xe ra khi đậu xe song song:
-

Ấn nút khởi động hệ thống hệ thống hỗ trợ đậu xe tự động, gạt xi- nhan
qua phía muốn đưa xe ra.

-

Bng hồn tồn vơ- lăng, hệ thống tự động điều khiền đánh lái, người
lài chỉ việc để ý bàn đạp phanh, ga và chuyển số lùi hoặc tiến theo chỉ
dẩn của hệ thống hiển thị trên bảng điều khiển.

-

Khi xe đã được đưa ra khỏi vị trí đỗ xe, người lái tiếp tục giữ vô- lăng để
đưa xe di chuyển theo hướng mong muốn.

 Một số lưu ý khi sử dụng chức năng hỗ trợ đậu xe tự động:
-

Hệ thống sẽ hủy thao tác hỗ trợ đậu xe bất cứ khi nào người lái giữ tay
lái.

-

Khơng sử dụng tính năng này khi có các vật thị ra từ thùng xe, nóc xe.

-

Tính năng này khơng tự động phanh, do đó, người lái cần chú ý quan sát,
phối hợp vào số và sử dụng phanh.

2.2.2

Các dòng xe của Mercedes Benz
Hệ thống hỗ trợ đậu xe hiện nay khá phổ biến và được trang bị trên hầu hết
các dòng xe của Mercedes-Benz. Với tên gọi Active Parking Assist, hệ thống
này giúp đậu xe tối đa trong 5 bước mà người lái không phải chạm tay vào vôlăng và giúp lấy xe ra khỏi chỗ đậu mà xe vừa đậu vào:
8


Bước 1: Tìm chỗ đậu
Để xe tìm được chỗ đậu thì xe cần chạy chậm với vận tốc dưới 36 km/h. Lúc
này, các cảm biến siêu âm của hệ thống Parktronic sẽ tính tốn khoảng trống đậu
xe phù hợp( chiều dài xe cộng với 0.5m phía trước và 0.5m phía sau xe). Trên
màn hình hiển thị chữ P để báo hệ thống đang dị tìm chỗ đậu.
Khi chiếc xe tìm được chỗ đậu thì xuất hiện mũi tên nhỏ bên cạnh chữ P như
hình, lúc này ta cần dừng xe lại.
Bước 2: Bật tính năng Active Parking Assist
Khi dừng xe, ta bật xi nhan phía bên muốn đậu và đẩy cần số về lùi “R”. Lúc
này trên giữa bảng đồng hồ hiện lên dịng thơng báo: “ Start Park Assist?” để
hỏi có bật chức năng đỗ xe song song tự động khơng.

Hình 2.7 Thơng báo tìm thấy vị trí đậu xe
Nhấn OK trên vô lăng để thực hiện việc đậu xe.
Bước 3: Hồn thành việc đậu xe

Tính năng Active Parking Assist bật lên kèm dịng thơng báo "Park Assist
Active. Accelerate and brake. Observe surroundings". Lúc này, xe sẽ tự động
đánh lái và điều phối chân ga cho chúng ta.

9


Hình 2.8 Hệ thống đậu xe tự động đánh lái và điều phối chân ga
Tốc độ tối đa xe di chuyển lúc này sẽ là 10km/h. Chúng ta chỉ cần giữ chân
trên bàn đạp phanh kết hợp quan sát màn hình camera lùi để đề phịng những
tình huống bất ngờ cần can thiệp vào chân phanh.
Khi nào hệ thống báo vật cản vang lên cảnh báo cho chúng ta biết khoảng
cách với xe sau khơng cịn an tồn nữa thì lúc này chúng ta mới đạp phanh cho
xe dừng lại. Bắt đầu chuyển về số "D" cho xe tiến về phía trước. Lúc này xe
cũng tự động đánh lái và điều phối chân ga. Khi đã vào vị trí đậu xe như ý thì hệ
thống sẽ báo bằng âm thanh và màn hình hiện lên dịng "Park assist switched
off".

Hình 2.9 Việc đậu xe đã hoàn tất
10


Sử dụng Ative Park Assist để lấy xe ra khỏi chỗ đỗ
Khi xe được đậu bằng hệ thống hỗ trợ đậu xe thì xe sẽ ghi nhớ, khi khởi động
xe lại, bật xi- nhan, hệ thống sẽ hỏi bạn có muốn lấy xe ra khỏi chỗ đậu không?
Trên bảng thông báo cũng sẽ hỏi: Start Park Assist? Nhưng mũi tên sẽ chỉ ra
ngồi. Và ta nhấn OK trên vơ lăng để thực hiện việc lấy xe ra ngồi. Việc cịn
lại, cần làm là quan sát và kiếm soát chân phanh, cịn vơ lăng và ga thì hệ thống
sẽ làm thay chúng ta.

Hình 2.10 Hệ thống hỗ trợ đậu xe hỏi người lái có muốn kích hoạt chức
năng lấy xe ra khỏi vị trí đỗ hay khơng?
 Một số lưu ý:
 Tính năng Active Parking Assist sẽ giúp tự động đậu xe trong tối đa là 5
thao tác. Trong vài trường hợp, chúng ta sẽ phải thực hiện thao tác tiến,
lùi nhiều hơn 1 lần cho đến khi nào hệ thống thơng báo đã hồn thành.
 Thỉnh thoảng hệ thống phát hiện vật cản trong quá trình thao tác thì sẽ
tự động giữ phanh xe. Để khởi động lại chỉ cần đạp nhẹ chân phanh.
 Nên giữ chân phải trên bàn đạp phanh mọi lúc để có thể kiểm sốt xe an
toàn hơn.
2.3
2.3.1

CẤU TẠO, HOẠT ĐỘNG CỦA HỆ THỐNG HỖ TRỢ ĐẬU XE
Cấu tạo

Cấu tạo của hệ thống hỗ trợ đậu xe, gồm 3 phần chính:
11


-

Cảm biến: cảm biến siêu âm, cảm biến góc lái, cảm biến tốc độ bánh xe.

-

Bộ xử lý: ECU.

-

Bộ chấp hành: EPS( trợ lực lái điện), ESC( bộ điều khiển cân bằng điện tử).
Và hệ thống truyền dữ liệu: mạng LIN( Local Interconnect Network) và mạng
CAN( Controller Area Network).

2.3.1.1

Cảm biến siêu âm
Cảm biến siêu âm là thiết bị dùng để đo khoảng cách từ cảm biến đến vật cản (tường,

cọc tiêu,..) được đứng dụng rông rãi trong những lĩnh vực chuyên dụng như đo độ sâu,
quét địa hình đáy biển, đo độ dày bê tông trong xây dựng hoặc các ứng dụng trong quân
sự
Cảm biến siêu âm có cấu tạo gồm 3 phần chính:
-

Phần phát tín hiệu: các đầu phát và đầu thu siêu âm là các loa gốm được chế tạo đặc
biệt, hoạt động phát siêu âm có cường độ cao nhất ở một tần số nào đó ( thường là
40kHz cho các ứng dụng đo khoảng cách).

-

Phần thu tín hiệu.

-

Phần xử lý, điều khiển: phần xử lý, điều khiển thường sử dụng một vi điều khiển
làm nhiệm vụ phát xung, xử lý tính tốn thời gian từ khi phát đến khi thu được sóng
siêu âm do nó phát ra nếu nhận được tín hiệu sóng phản hồi.
Phân loại cảm biến siêu âm:
 Loại 1

Trong quá trình thu phát tín hiệu, cảm biến sử dụng 2 cảm biến( 1 cảm biến để phát
ra sóng siêu âm và 1 cảm biến nhận lại sóng dội
lại từ các vật cản) và tính tốn khoảng cách theo
cơng thức sau:
L = (v.t.cos(α/2))/2
Trong đó:
L là khoảng cách từ cảm biến đến vật cản.
v là vận tốc của âm thanh trong khơng khí
(~ 343 m/s).

Hình 2.11 Cảm biến siêu
âm HC- SR04

t là khoảng thời gian từ khi sóng siêu âm được phát ra đến khi được nhận
tại đầu thu sau khi phản hồi tại vật cản.
12


α là góc giữa 2 cảm biến thu phát sóng siêu âm.
Trong cơng thức trên, do qng đường sóng truyền và nhận gấp 2 lần khoảng cách
từ cảm biến đến vật nên ta chia cho 2.

Hình 2.12 Hình ảnh minh họa cho thời gian trong q trình thu phát sóng siêu âm

Với cảm biến siêu âm loại này có ưu điểm là rẻ, cấu tạo đơn giản, tuy nhiên nhược
điểm là có sai số, khơng chính xác hoặc bị nhiễu do hoạt động dựa trên phương pháp
đo thời gian truyền.
 Loại 2
Ở loại này, chỉ có một đầu thực hiện 2 chức năng thu
phát sóng siêu âm. Khoảng cách tính từ cảm biến đến vật

cản được tính theo cơng thức:
L= v.t/2
Với các đại lượng tương tự như ở cảm biến loại 1.
Ưu điểm của loại 2 khắc phục được nhược điểm của

Hình 2.13 Cảm biến
siêu âm loại 2

loại 1, tuy giá thành có cao hơn so với loại 1. Do vậy, ngày nay, cảm biến loại 2
được sử dụng để lắp đặt trên ô tô nhiều hơn.
Với cảm biến siêu âm sử dụng trong hệ thống hỗ trợ đậu xe, chức năng chính của
nó là cảnh báo chướng ngại vật phía trước và phía sau. Tuy nhiên cảm biến siêu âm tập
trung vào việc xác định các vật cản và khoảng trống đỗ xe giữa các xe. Để đạt được
điều này, cảm biến siêu âm được thiết kế để nhận diện các góc cong trên thân xe một
cách chính xác. Có 2 cách để giảm tối đa sai số khi xác định các góc bo của xe: cách
thứ nhất là điều chỉnh đầu dò của cảm biến siêu âm nhằm làm giảm độ rộng của chùm
tia siêu âm và cách thứ 2 là sử dụng phương pháp xử lí nhiều tín hiệu vọng lại.

13


Ở cách thứ nhất, độ rộng của chùm tia được điều chỉnh dựa trên tần số kích thích và
bán kính của đầu dị của cảm biến siêu âm theo cơng thức:

 0  sin 1

0.61
a

Trong đó: + 0 : một nửa chiều rộng chùm tia siêu âm

+  : bước sóng kích thích của cảm biến siêu âm
Nếu cảm biến được thiết kế để tăng tần số kích thích thì độ rộng của chùm tia siêu
âm sẽ hẹp hơn. Tuy nhiên với sự điều chỉnh này gây cho mạch điện của cảm biến sẽ trở
nên phức tạp hơn. Độ rộng của chùm tia siêu âm theo chiều dọc cũng hẹp hơn, kết quả
là cảm biến siêu âm có thể khơng phát hiện được các vật cản như các lan can thấp, dải
phân cách… Hơn thế nữa, việc điều chỉnh tần số kích thích sẽ làm thay đổi độ nhạy của
đầu dị cảm biến và làm giảm tính chính xác trong quá trình phát hiện các vật cản.
Với cách thứ 2 là sử dụng nhiều tín hiệu sóng siêu âm phản xạ lại. Tần số của đầu
dò cảm biến là 50kHz và nó tạo ra 16 xung cho việc truyền tín hiệu. Các xung sóng
được truyền đi thơng qua đầu dị bị phản xạ lại bởi các vật cản và trở lại đầu dị dưới
dạng các tín hiệu dội lại. Các tín hiệu phản xạ nhận được thì được sửa đổi để tính tốn
cho việc mất mát của sự lan truyền sóng siêu âm trong khơng khí. Bước tiếp theo, các
tạp âm sau khi nhận được trong q trình thu tín hiệu phản xạ được loại bỏ. Trong q
trình xử lí nhiều tín hiệu vang lại, chức năng thời gian cho phép được áp dụng vì cấu
trúc phức tạp của thân xe làm các sóng phản xạ đi nhiều hướng khác nhau. Hiệu suất
ổn định và đáng tin cậy của việc sóng phản xạ đi theo nhiều hướng khác nhau đạt được
khi ngưỡng khoảng cách của chức năng thời gian cho phép là 1m.

14


Hình 2.14 Mơ tả cách nhận biết góc bo của xe bằng sóng siêu âm
Hình trên cho thấy các hình dạng các góc bo của xe có thể phân biệt bằng nhiều
sóng phản xạ chức năng. Trong trường hợp này, cảm biến siêu âm được thiết kế với tần
số 50kHz, bán kính 1.5cm và chiều rộng chùm tia là

160 .

Vị trí lắp đặt các cảm biến siêu âm trên xe

Hình 2.15 Vị trí cảm biến siêu âm trên xe

15


-

Cảm biến siêu âm phía trước bên
hơng xe: hai cảm biến bên phải và trái
được gắn phía trước đầu xe, sử dụng
để tìm khơng gian thích hợp cho việc
đỗ xe. Với kích thước lớn hơn các
cảm biến khác nên các thơng tin về
góc và phạm vi qt lớn hơn( phần
sóng có màu đỏ ở hình phía trên).
Thơng tin từ 2 cảm biến này được
dùng để:
 Đo không gian đậu xe trong q

Hình 2.16 Vị trí cảm biến
siêu âm trên xe

trình đậu xe.
 Tính tốn các góc đánh lái phục vụ cho việc đậu xe.
-

Các cảm biến siêu âm phía trước đầu và sau đi xe
Chức năng chính của các cảm biến này nhằm phát hiện các vật cản trước và
sau xe trong q trình tìm vị trí đỗ xe và đỗ xe.
Các cảm biến siêu âm này có kích thước nhỏ hơn nên góc quét cũng nhỏ hơn

so với 2 cảm biến bên hông xe, tuy nhiên, các cảm biến này được đặt gần
nhau nên sóng quét được sẽ chồng lên nhau, hạn chế được các khu vực
“chết”, nơi những vật cản khơng thể phát hiện được. Như hình bên dưới, khu
vực sóng màu trắng là khu vực quét của các cảm biến siêu âm phía trước và
sau( 4 cảm biến ở trước đầu xe và 4 cảm biến ở sau đuôi xe).

16


Hình 2.17 Vị trí cảm biến siêu âm trên xe
2.3.1.2

Cảm biến tốc độ bánh xe
EPS đếm tín hiệu xung từ cảm biến tốc độ bánh xe và tính tốn tốc độ của
chiếc xe, sau đó, thơng tin này được gửi đến ECU bằng giao tiếp mạng CAN.

Hình 2.18 Ngun lí hoạt động của cảm biên tốc độ bánh xe
Cảm biến tốc độ bánh xe hoạt động dựa trên hiện tượng cảm ứng điện từ.
Cảm biến gồm 2 phần: phần cảm( nguồn từ thông) là nam châm điện(2) và
phần ứng là bánh răng(1) được lắp trên trục bánh xe. Khi bánh xe quay, từ
thơng qua phần ứng biến thiên, trong nó xuất hiện suất điện động cảm ứng
xác đinh theo công thức:

17


Trong đó:

e là suất điện động cảm ứng
 là từ thông qua phần ứng

Thông thường từ thông qua phần ứng có dạng:

Trong đó:

x là biến số của vị trí thay đổi theo vị trí góc quay hoặc theo

đường thẳng, khi đó suất điện động e trong phần ứng có dạng:

Suất điện động này tỉ lệ với vận tốc cần tìm.

Hình 2.19 Hình ảnh thực tế của cảm biến tốc độ bánh xe
2.3.1.3

Trợ lực lái điện( EPS)
Bộ trợ lực điện là bộ trợ lực sử dụng công suất của động cơ điện một
chiều để hỗ trợ cho quá trình xoay các bánh xe dẫn hướng.
Ưu điểm của bộ trợ lực điện so với bộ trợ lực thủy lực là ít tiêu hao
công suất động cơ hơn. Trên bộ trợ lực thủy lực đông cơ luôn luôn kéo bơm
thủy lực hoạt động, điều này gây lãng phí cơng suất của động cơ trong
những khoảng thời gian khơng có u cầu trợ lực. Khắc phục được nhược
điểm này bộ trợ lực điện chỉ cung cấp những mô men trợ lực trong những
khoảng thời gian cần thiết nhờ các cảm biến mô men quay của trục lái và

18