Đăng ký Đăng nhập

Tài liệu ĐỒ ÁN - Lane Keeping System.

.PDF
28
1172
147

Mô tả:

An toàn và tiện nghi trên oto luôn là một đề tài muôn thuở, được các hãng xe đặt lên làm nhiệm vụ hàng đầu khi mà người tiêu dùng ngày càng khắc khe ở việc lựa chọn một chiếc xe vừa an toàn, tiện nghi và vấn đề an toàn luôn là ưu tiên hàng đầu. Một chiếc xe ngày nay, với hàng loạt các hệ thống hỗ trợ nhằm đảm bảo an toàn cho người lái cũng như đáp ứng nhu cầu tiện nghi cho người lái như hệ thống Airbag System, Traction Control, Lane Keeping System, ABS, VSC,… Các hệ thống tiện nghi không chỉ giúp tạo sự thoải mái, giảm áp lực cho người lái xe khi đi trên đường, đặc biệt là những khung đường dài. Hệ thống an toàn giúp giảm thiểu rủi ro tai nạn khi mà người lái xe mất tập trung khi lái xe do mệt mỏi, sử dụng chất kích thích,… đại diện trong số các hệ thống này là hệ thống hỗ trợ giữ lane : Lane Keeping System. Qua bài báo cáo này, chúng em hy vọng sẽ giúp các bạn tiếp cận được với hệ thống Lane Keeping System - một hệ thống rất thông dụng trên các hãng xe ngày nay, hiểu được cấu tạo và nguyên lý hoạt động của hệ thống cũng như hướng phát triển của hệ thống trên các hãng xe hiện nay. 2 Mục Lục 1. Giới thiệu tổng quan về hệ thống Lane Keeping System. ................................. 5 1.1. Chức năng và lịch sử ra đời của hệ thống. ................................................ 17 1.2. Tên hệ thống ứng với từng hãng xe. ......................................................... 18 1.3. Phân loại hệ thống Lane Keeping System . .............................................. 19 2. Cấu tạo của hệ thống Lane Keeping System. .................................................... 5 2.1. Bộ phận nhận biết làn đường :Video camera . ............................................ 5 2.1.1. Công nghệ thu sáng trên camera. ......................................................... 6 2.1.2. Khoảng làm việc của cảm biến camera. ............................................... 7 2.1.3. Chất lượng hình ảnh của cảm biến camera . ......................................... 8 2.1.4. Các loại lane đường cảm biến camera có thể nhận biết. ....................... 9 2.1.5. Điều kiện thời tiết ảnh hưởng đến hoạt động của hệ thống LKS. ........ 10 2.2. Các cảm biến phụ trợ. .............................................................................. 11 2.2.1. Cảm biến tốc độ xe. ........................................................................... 11 2.2.2. Came biến góc đánh lái và cảm biến moment. ................................... 11 2.2.3. Cảm biến đo tốc độ xoay của xe (Yaw rate). ...................................... 13 2.3. ECU của LKS . ........................................................................................ 13 2.4. Cơ cấu chấp hành. .................................................................................... 14 2.4.1. Màn hình hiển thị, vô – lăng. ............................................................. 14 2.4.2. Hệ thống lái. ...................................................................................... 15 2.4.3. Hệ thống phanh. (Hãng áp dụng Mercedes – Benz và Nissan). .......... 16 2.4.4. Steering by wire. ................................................................................ 16 3 3. Nguyên lý hoạt động và sơ đồ mạch điện hệ thống. ....................................... 20 3.1. Nguyên lý hoạt động và sơ đồ mạch điện của hãng Honda. ...................... 20 3.2. Nguyên lý hoạt động và sơ đồ mạch điện của hãng BMW. ...................... 22 4. Hệ thống LKS trên một số hãng xe. ............................................................... 25 4.1. Mercedes – Benz . .................................................................................... 25 4.2. Ford . ....................................................................................................... 26 5. Kết luận.......................................................................................................... 27 6. Tài liệu tham khảo. ......................................................................................... 28
LỜI NÓI ĐẦU An toàn và tiện nghi trên oto luôn là một đề tài muôn thuở, được các hãng xe đặt lên làm nhiệm vụ hàng đầu khi mà người tiêu dùng ngày càng khắc khe ở việc lựa chọn một chiếc xe vừa an toàn, tiện nghi và vấn đề an toàn luôn là ưu tiên hàng đầu. Một chiếc xe ngày nay, với hàng loạt các hệ thống hỗ trợ nhằm đảm bảo an toàn cho người lái cũng như đáp ứng nhu cầu tiện nghi cho người lái như hệ thống Airbag System, Traction Control, Lane Keeping System, ABS, VSC,… Các hệ thống tiện nghi không chỉ giúp tạo sự thoải mái, giảm áp lực cho người lái xe khi đi trên đường, đặc biệt là những khung đường dài. Hệ thống an toàn giúp giảm thiểu rủi ro tai nạn khi mà người lái xe mất tập trung khi lái xe do mệt mỏi, sử dụng chất kích thích,… đại diện trong số các hệ thống này là hệ thống hỗ trợ giữ lane : Lane Keeping System. Qua bài báo cáo này, chúng em hy vọng sẽ giúp các bạn tiếp cận được với hệ thống Lane Keeping System - một hệ thống rất thông dụng trên các hãng xe ngày nay, hiểu được cấu tạo và nguyên lý hoạt động của hệ thống cũng như hướng phát triển của hệ thống trên các hãng xe hiện nay. 1 Mục Lục 1. Giới thiệu tổng quan về hệ thống Lane Keeping System. ................................. 5 1.1. Chức năng và lịch sử ra đời của hệ thống. ................................................ 17 1.2. Tên hệ thống ứng với từng hãng xe. ......................................................... 18 1.3. Phân loại hệ thống Lane Keeping System . .............................................. 19 2. Cấu tạo của hệ thống Lane Keeping System. .................................................... 5 2.1. Bộ phận nhận biết làn đường :Video camera . ............................................ 5 2.1.1. Công nghệ thu sáng trên camera. ......................................................... 6 2.1.2. Khoảng làm việc của cảm biến camera. ............................................... 7 2.1.3. Chất lượng hình ảnh của cảm biến camera . ......................................... 8 2.1.4. Các loại lane đường cảm biến camera có thể nhận biết. ....................... 9 2.1.5. Điều kiện thời tiết ảnh hưởng đến hoạt động của hệ thống LKS......... 10 2.2. Các cảm biến phụ trợ. .............................................................................. 11 2.2.1. Cảm biến tốc độ xe. ........................................................................... 11 2.2.2. Came biến góc đánh lái và cảm biến moment. ................................... 11 2.2.3. Cảm biến đo tốc độ xoay của xe (Yaw rate). ...................................... 13 2.3. ECU của LKS . ........................................................................................ 13 2.4. Cơ cấu chấp hành. .................................................................................... 14 2.4.1. Màn hình hiển thị, vô – lăng. ............................................................. 14 2.4.2. Hệ thống lái. ...................................................................................... 15 2.4.3. Hệ thống phanh. (Hãng áp dụng Mercedes – Benz và Nissan). .......... 16 2.4.4. Steering by wire. ................................................................................ 16 2 3. Nguyên lý hoạt động và sơ đồ mạch điện hệ thống. ....................................... 20 3.1. Nguyên lý hoạt động và sơ đồ mạch điện của hãng Honda....................... 20 3.2. Nguyên lý hoạt động và sơ đồ mạch điện của hãng BMW. ...................... 22 4. Hệ thống LKS trên một số hãng xe. ............................................................... 25 4.1. Mercedes – Benz . .................................................................................... 25 4.2. Ford . ....................................................................................................... 26 5. Kết luận.......................................................................................................... 27 6. Tài liệu tham khảo.......................................................................................... 28 3 4 1. Cấu tạo của hệ thống Lane Keeping System. Ảnh 2.1 : Cấu tạo chung của hệ thống Lane Keeping System. 1.1. Bộ phận nhận biết làn đường :Video camera . Ảnh 2.2 : Cảm biến video camera của LKS. 5 Ảnh 2.3 : Cảm biến Video camera . Cảm biến nhận biết làn đường của hệ thống là một camera (có nguyên lý hoạt động tương tự như camera laptop nhưng tốc độ quay nhanh hơn.) . Được lắp đặt ngay trên kính chắn gió, tại vị trí gương chiếu hậu. Trên camera có gắn chụp len để giảm bớt hoặc thậm chí hoàn toàn loại bỏ ánh sáng tán xạ và do đó làm tăng chất lượng hình ảnh của cảm biến. Giắc LVDS (Low Voltage Differential Signalling) : giắc này sẽ kết nối với ECU của Lane Keeping System nhằm đưa những tín hiệu mà camera thu được để xử lý tại ECU của hệ thống. 1.1.1. Công nghệ thu sáng trên camera. Đối với camera cảu hệ thống, điểm lưu ý là công nghệ thu sáng được ứng dụng. Hiện nay, có 2 công nghệ thu sáng được sử dụng: CMOS và CCD. Mỗi công nghệ thu sáng đều có những ưu và nhược điểm sau: - CMOS (Complimentary Metal-Oxide Semiconductor): Đặc điểm: + CMOS độ nhạy sáng kém . + Tốc độ xử lý nhanh . + Chất lượng hình ảnh lại kém . + Kích thước nhỏ gọn . + Giá thành thấp . 6 - CCD (Charge Coupled Device) Đặc điểm: + CCD độ nhạy sáng kém . + Tốc độ xử lý chậm . + Chất lượng hình ảnh tốt hơn CMOS . + Kích thước lớn . + Giá thành cao . Căn cứ vào các ưu nhược điểm của từng công nghệ thu sáng mà các hãng sẽ ứng dụng cho camera của hãng. 1.1.2. Khoảng làm việc của cảm biến camera. Ảnh 2.4: Khoảng làm việc của cảm biến camera LKS. Cảm biến camera của hệ thống có : + Tầm hoạt động : 6m 40m. + Độ mở ngang : 50 . + Độ mở dọc : 30 . 7 1.1.3. Chất lượng hình ảnh của cảm biến camera . Ảnh 2.5 : Hình ảnh sau khi cảm biến camera ghi lại. Hỉnh ảnh sau khi cảm biến camera ghi lại chỉ gồm 2 màu là xám và trắng nhằm mục đích xử lý nhanh hơn. Cụ thể nếu camera ghi nhận lại là ảnh màu thì số đơn vị màu sắc cần phân tích trên 1 vùng sẽ nhiều hơn đối với vùng phân chỉ có 2 màu xám trắng . 8 1.1.4. Các loại lane đường cảm biến camera có thể nhận biết. Ảnh 2.6 : Các lane đường cảm biến camera LKS có thể nhận biết. Cảm biến camera LKS có thể nhận biết được các loại lane : + Lane ngắt quảng (ảnh 1) . + Lane liên tục (ảnh 2). + Lane ngắt quãng và liên tục (ảnh 3). + Lane bằng các khối phản quang (ảnh 4). 9 1.1.5. Điều kiện thời tiết ảnh hưởng đến hoạt động của hệ thống LKS. Ảnh 2.7 : Điều kiện thời tiết ảnh hưởng đến hoạt động của hệ thống LKS. Hệ thống LKS có thể hoạt động không chính xác trong điều kiện: + Thiếu sáng. + Mặt đường có tuyết. + Trời mưa. + Sương mù. Trong những điều kiện nêu trên, nếu người lái vẫn bật hệ thống, đẻ đảm bảo an toàn hệ thống sẽ tự hủy sau 5p hoạt động nếu các cảm biến đưa về là xe đang đi trong các điều kiện như nêu trên. 10 1.2. Các cảm biến phụ trợ. Ảnh 2.8 : Các cảm biến phụ trợ của hệ thống LKS. Trên hệ thống LKS chủ động, ngoài việc xác định làn đường mà xe đang đi, hệ thống LKS còn phải thu nhận từ các cảm biến phụ trợ nhằm tính toán ra góc đánh lái phù hợp để ddauw xe về vị trí đứng lane. 1.2.1. Cảm biến tốc độ xe. LKS sẽ dựa vào tín hiệu này để xác nhận có cho hệ thống hoạt động hay không vì hệ thống chỉ hoạt động ở tốc độ 60 Km/h. 1.2.2. Came biến góc đánh lái và cảm biến moment. Hai cảm biến này thuộc hệ thống EPS, LKS sẽ dựa vào hai tín hiệu từ cảm biến này để xác định người lái xe có tác động vào hệ thống lái khi mà LKS đã phát ra tín hiệu cảnh báo bằng âm thanh và rung tay lái,… 11 1.2.2.1. Cảm biến góc đánh lái. Ảnh 2.9 : Cảm biến góc đánh lái. Cảm biến góc đánh lái nằm ở sau vô – lăng. Cảm biến gồm 1 đĩa nhựa trên có khắc các rảnh gọi là Code Disk. Ứng với mỗi đơn vị ánh sáng chiếu qua đĩa và được cảm biến ánh sáng thu nhận, ta sẽ có một dãy số nhị phân ứng với 2 giá trị 0 và 1 (0 ứng với những điểm cảm biến ánh sáng không nhận được ánh sáng, 1 ứng với những điểm cảm biến ánh sáng nhận được ánh sáng.). Từ dãy số nhị phân này, Ecu sẽ biết được người lái xe đang đánh lái theo hướng nào, góc đánh lái là bao nhiêu độ và tốc độ đánh lái. Cảm biến góc đánh lái hiện nay có thể nhận biết góc đánh lái khoảng 734 và thậm chí lên đến 1044 đối với cảm biến của hãng VolksWagen . 1.2.2.2. Cảm biến moment. Cảm biến moment có thể nằm cùng vị trí với cảm biến góc đánh lái, khoảng hoạt động của cảm biến từ 8 N.m – 10 N.m. Ảnh 2.10 : Cảm biến mometn của hệ thống trợ lực lái 12 1.2.3. Cảm biến đo tốc độ xoay của xe (Yaw rate). Ảnh 2.11 : Cảm biến đo tốc độ xoay của xe. Cảm biến Yaw – rate có khoảng hoạt động từ -50 đến 50 ứng với mức điện áp từ 0,7V ưng với góc -50 đến 4,3V ứng với góc 50 . Cảm biến Yaw – rate cung cấp tín hiệu để ECU LKS tính toán ra lực đánh lái và góc đánh lái phù hợp để đưa xe về vị trí lản trung tâm. 1.3. ECU của LKS . Ảnh 2.12 : ECU của LKS. 13 ECU của LKS sẽ nhận các tín hiệu từ cảm biến video camera thông qua các thuật toán xử lý ảnh, ECU sẽ phân tích và tìm ra lane mà người lái xe đã lựa chọn ở phần setting của hệ thống, tìm ra tâm đường cùng với các tín hiệu từ các cảm biến ECU sẽ tính toán tìm ra khoảng thời gian từ lúc xe có hiện tượng chệch lane đến lúc xe cán lane, trong khoảng thời gian đó, ECU sẽ phát ra tín hiệu để cảnh báo người lái xe biết họ đang đi sai lane, đồng thời ECU sẽ tính toán lực đánh lái và góc đánh lái phù hợp để đưa xe về vị trí đúng lane. Nếu ECU đã phát ra tín hiệu cảnh báo rồi mà người lái vẫn không có dấu hiệu tác động vào hệ thống lái (thông qua các cảm biến góc đánh lái và cảm biến moment) thì ECU của LKS sẽ gửi tín hiệu góc đánh lái và lực đánh lái đến ECU của EPS để đưa xe về làn đừng trung tâm, không đi sai lane nữa. 1.4. Cơ cấu chấp hành. 1.4.1. Màn hình hiển thị, vô – lăng. Ảnh 2.13 : Cơ cấu chấp hành của LKS. 14 1.4.2. Hệ thống lái. ECU của LKS sẽ gửi tín hiệu góc đánh lái và lực đánh lái vào ECU của hệ thống trợ lực lái để thay đổi hướng di chuyển của xe,từ đó đưa xe về vị trí đi đúng lane. Các hệ thống lái có thể ứng dụng LKS. 1.4.2.1. Hệ thống lái dùng trợ lực điện –thủy lực. Ảnh 2.14: Hệ thống lái trợ lực điện- thủy lực 1.4.2.2. Hệ thống lái dùng trợ lực điện EPS (hãng Ford và Honda đang áp dụng). Ảnh 2.15: Hệ thống lái trợ lực điện. 15 1.4.3. Hệ thống phanh. (Hãng áp dụng Mercedes – Benz và Nissan). Ảnh 2.16 : LKS tác dụng lên hệ thống phanh. Khi ECU của LKS đã nhận biết được xe đang đi sai làn, tín hiệu điều khiển ECU của LKS sẽ gửi đến bộ chấp hành phanh, từ đó hệ thống sẽ phanh 2 bên bánh xe đối diện (2 bánh xe không cán lane) để đưa xe về đúng làn. 1.4.4. Steering by wire. Ảnh 2.17 : Hệ thống lái bằng điện của Infinite. Hiện nay, hướng phát triển của hệ thống LKS là Steering By Wire với ưu điểm là xử lý tín hiệu từ ECU của LKS đưa đến nhanh hơn, người lái sẽ không chịu tác động trực tiếp từ rung động mặt đường truyền trực tiếp lên vô – lăng gây cảm giác mệt mỏi. 16 2. Giới thiệu tổng quan về hệ thống Lane Keeping System. 2.1. Chức năng và lịch sử ra đời của hệ thống. Lane Keeping System (LKS)là hệ thống cảnh báo đi sai làn đường và hỗ trợ giữ làn đường. Cụ thể :khi xe đang đi trên đường và có hiện tượng bắt đầu trượt khỏi làn hệ thống sẽ cảnh báo bằng âm thanh và tay lái rung lên cảnh báo cho người lái biết là họ đang đi sai làn. Nếu người lái vẫn không có dấu hiệu điều chỉnh tay lái để đưa xe trở lại làn thì hệ thống sẽ tác động vào bộ trợ lực lái điện hoặc phanh vào bánh đối diện để xe trở lại đúng làn. Mercedes-Benz Actros là chiếc xe đầu tiên ứng dụng hệ thống này vào cuối thập niên 90 ở châu Âu. Trên xe tải hạng nặng này có gắn bộ cảnh báo âm thanh mà lái xe có thể nghe thấy khi chiếc xe đi chệch làn đường. Để lái xe không bị khó chịu mỗi khi chuyển làn đường, hệ thống sẽ không làm việc nếu lái xe sử dụng đèn signal để chuyển làn. 17 Ảnh 1.1 : Mercedes-Benz Actros chiếc xe đầu tiên ứng dụng hệ thống Lane keeping system . 2.2. Tên hệ thống ứng với từng hãng xe. Từ việc ứng dụng hệ thống Lane Keeping System lên các xe tải đường dài mà đại diện là Mercedes – Benz cùng với các lợi ích rất lớn từ việc giảm thiểu tai nạn giao thông do việc mất tập trung khi lái xe của tài xế. Ngày nay, các hãng xe đã lần lượt áp dụng công nghệ Lane Keeping System lên các dòng xe phổ thông của mình với những tên gọi khác nhau tùy theo từng hãng. Đại diện một số hãng tiêu biểu : 18 Ảnh 1.2 : Tên hệ thống Lane Keeping System ứng với từng hãng xe. 2.3. Phân loại hệ thống Lane Keeping System . Nếu căn cứ vào việc hệ thống có điều chỉnh hướng lái của xe khi xe có hiện tượng đi lệch làn hay không, ta có thể chia hệ thống Lane Keeping System ra làm 2 loại : Hệ thống Bị động và Hệ thống Chủ động . - Hệ thống bị động chỉ cảnh báo cho người lái biết họ đang đi sai làn đường bằng các tính hiệu cảnh báo : âm thanh, rung vô –lăng, rung ghế ngồi của tài xế, hiển thị lên màn hình cảnh báo, …. mà không hề có sự tác động đến hệ thống khác nhằm chuyển hướng xe, đưa xe về vị trí đi đúng làn đường. - Hệ thống chủ động bao gồm cả hệ thống bị động, nhưng sau khi phát ra các tín hiệu cảnh báo mà người lái xe vẫn không có tác động gì đến vô – lăng để đưa xe về vị trí đi đúng làn thì hệ thống sẽ chủ động tác động đến 19 hệ thống lái có trợ lực điện (EPS) hoặc tác dụng đến hệ thống phanh nhằm đưa xe về vị trí đi đúng làn đường. 3. Nguyên lý hoạt động và sơ đồ mạch điện hệ thống. 3.1. Nguyên lý hoạt động và sơ đồ mạch điện của hãng Honda. Ảnh 3.1 : Hệ thống hỗ trợ lái thông minh của hãng Honda - Hệ thống này gồm có hai hệ thống nhỏ: Adaptive Cruise Control, và Lane Keeping Assist System. Nên có những khối sẽ không liên quan. - Về nguyên lý thì khối Lane-recognition unit được xem như là một cái camera nó sẽ chụp ảnh và gửi tín hiệu hình ảnh đến bộ điều khiển của hệ thống lane keeping(LKAS control unit), bộ điều khiển sẽ dung một thuật toán để xử lý ảnh và xác định được chiếc xe có đi đúng lane hay không nếu đã đúng lane nó sẽ gửi một mã ID thông qua mạng CAN đi đến màng hình hiển thị (operation state indicartor/Warning) để thông báo là chiếc xe đã 20
- Xem thêm -

Tài liệu liên quan