CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN VỀ HỆ THỐNG CẢNH BÁO VA CHẠM 1. Giới thiệu về hệ thống cảnh báo va chạm Ngày nay, ở nước ta dưới thời của cuộc cách mạng công nghệ số (cách mạng 4.0) mọi ngành nghề đều đua nhau phát triển đặc biệt là các khối ngành về khoa học, công nghệ và kỹ thuật. Ngành công nghiệp ô tô cũng không phải là một ngoại lệ, theo thống kê vào tháng 6 năm 2020 thì Việt Nam có hơn 350 doanh nghiệp sản xuất liên quan đến ô tô, với tổng công suất lắp ráp thiết kế khoảng 680. Trong số 350 doanh nghiệp sản xuất liên quan đến ô tô đó, có hơn 40 doanh nghiệp sản xuất, láp ráp ô tô; 45 doanh nghiệp sản xuất khung gầm, thân xe, thùng xe; 214 doanh nghiệp sản xuất linh kiện, phụ tùng, phụ trợ ô tô.
với sản lượng sản xuất, lắp ráp đáp ứng khoảng 70% nhu cầu xe dưới 9 chỗ trong nước. Dự kiến ngành công nghiệp ô tô sẽ phát triển bùng nổ vào năm 2025. Đi đôi với sự phát triển đó thì các hệ thống đảm bảo an toàn cho người sử dụng ô tô cũng rất quan trọng. Bên cạnh các tính năng an toàn tiêu chuẩn trên xe như: Dây đai an toàn, túi khí, phanh ABS.
thì còn có thêm các trang bị điện tử thông minh như: Hệ thống kiểm soát hành trình (Cruise Control), Hệ thống phanh tự động (Auto Emergency Brake - AEB), Hệ thống hỗ trợ lực phanh khẩn cấp (Brake Assist – BA), Hệ thống cảnh báo va chạm (Pre - Collision System - PCS). Trong đó hệ thống cảnh báo va chạm được đánh giá cao và được các hãng xe lớn chú trọng phát triển bởi vì lợi ích mà nó mang lại là rất lớn, nó không chỉ làm giảm thiểu các vụ tai nạn giao thông do người lái mất tập trung, phương tiện, người đi bộ hay vật cản xuất hiện đột ngột,… mà còn làm giảm căng thẳng và lo lắng cho người lái, đồng thời góp phần xây dựng một môi trường giao thông thông minh và hiệu quả hơn, mang lại lợi ích to lớn cho cả người lái và xã hội. Với những phân tích như trên thì nhóm nghiên cứu đã quyết định chọn hệ thống cảnh báo va chạm (Pre- Collision System) làm đề tài báo cáo. Vậy hệ thống cảnh báo va chạm được hiểu là gì? 2 Hình 1.1: Hệ thống cảnh báo va chạm Hệ thống cảnh báo va chạm (Pre-Collision System) là một đột phá trong lĩnh vực an toàn giao thông, là công nghệ an toàn được trang bị trên ô tô nhằm phát hiện và cảnh báo cho tài xế về nguy cơ xảy ra va chạm.
Hệ thống này hoạt động dựa trên các cảm biến được đặt ở phía trước đầu xe, phát ra sóng radio hoặc sóng hồng ngoại để phát hiện các chướng ngại vật. Khi phát hiện có chướng ngại vật, hệ thống sẽ phát ra cảnh báo bằng âm thanh, hình ảnh hoặc cả hai. Lịch sử và xu thế phát triển 1. Lịch sử phát triển Hệ thống cảnh báo va chạm được phát triển lần đầu tiên vào năm 1990 bởi công ty Autoliv.
Tuy nhiên, hệ thống này chỉ được sử dụng trên các dòng xe cao cấp và có giá thành rất cao. Đến năm 2003, Mercedes-Benz đã giới thiệu hệ thống Pre - Safe trên dòng sedan cao cấp S-class. Hệ thống này không chỉ cảnh báo cho tài xế mà còn có thể phanh để tránh va chạm. Kể từ đó, hệ thống cảnh báo va chạm đã được phát triển và phổ biến rộng rãi trên các dòng xe ô tô.
Thậm chí giữa các hãng xe còn diễn ra một cuộc đua thực sự về công nghệ mang đến nhiều lợi ích cho người dùng. Ví dụ có thể kể đến hãng xe Mazda với công nghệ an toàn của gói i- Activesense. Hệ thống này sử dụng sóng radar milimet và camera để hỗ trợ quá 3 trình điều khiển giúp người lái kiểm soát hành trình, nguy hiểm, làn đường,. Hãng xe Toyota cũng đã cho ra mắt gói công nghệ an toàn TSS (Toyota Safety Sense) vào tháng 3/2015, trong đó có hệ thống cảnh báo tiền va chạm (PCS) được kết hợp bởi camera 360 độ cùng với cảm biến va chạm xung quanh xe được coi là điểm nhấn về công nghệ an toàn trên hãng xe này.
Xu thế phát triển trong tương lai Hệ thống cảnh báo va chạm đang ngày càng được cải tiến và nâng cao tính năng. Các hệ thống hiện đại có thể phát hiện được nhiều loại chướng ngại vật hơn, bao gồm người đi bộ, xe đạp, xe máy,.Ngoài ra, các hệ thống này còn có thể tự động phanh để tránh va chạm trong nhiều tình huống khác nhau, bao gồm cả khi tài xế không phản ứng. Dưới đây là một số xu thế phát triển của hệ thống cảnh báo va chạm trong tương lai: - Tăng khả năng phát hiện chính xác chướng ngại vật: Các hệ thống cảnh báo va chạm hiện đại sử dụng nhiều cảm biến hơn, giúp phát hiện được nhiều loại, chướng ngại vật hơn, bao gồm cả các vật thể nhỏ, và ở xa. - Kết hợp với hệ thống phanh lái để đưa ra hướng xử lý tối ưu nhất để giảm thiểu nguy hiểm cho người lái và xe.
- Tích hợp với các hệ thống an toàn khác: Các hệ thống cảnh báo va chạm sẽ được tích hợp với các hệ thống an toàn khác, chẳng hạn như hệ thống hỗ trợ giữ làn đường, hệ thống hỗ trợ phanh khẩn cấp,. để tăng cường khả năng bảo vệ cho người lái và hành khách. Mục đích nghiên cứu hệ thống cảnh báo va chạm Hệ thống cảnh báo va chạm là một trong những đột phá về công nghệ an toàn trên xe hơi, nó góp phần phát triển xe tự hành một cách toàn diện trong tương lai với những ưu điểm có thể kể đến như: 4 - Giúp người sử dụng quan sát được toàn cảnh xung quanh, ngay cả những vị trí khó thấy như điểm mù hoặc góc chết. - Giúp giảm thiểu thấp nhất các tình huống va chạm, tai nạn đáng tiếc thông qua việc nhận biết, phát hiện sớm các chướng ngại vật, phát ra tín hiệu cảnh báo đến người lái.
- Có độ nhạy cao nên thòi gian phản hồi, độ chính xác gần như tuyệt đối khi sai số chỉ rơi vào khoảng là 0.15% trong khoảng cách 2m. Tuy nhiên, bài tập lớn này tập chung nghiên cứu các chế độ lựa chọn cảnh báo khi đi trên đường cao tốc hoặc đường đô thị, với vận tốc cao và vận tốc thấp. Hệ thống sẽ hiển thị khoảng cách an toàn khác nhau trong từng trường hợp đảm bảo rằng hệ thống làm việc tối ưu nhất, chính xác nhất, người lái và xe được an toàn. Khi vượt quá khoảng cách an toàn cho phép, hệ thống sẽ đưa ra các tín hiệu cảnh báo bằng ánh sáng để cho người lái có thể kết hợp phanh để tránh va chạm phải chướng ngại vật phía trước và bật tín hiệu để xe phía sau đang đi tới kịp thời né trành nếu có xảy ra va chạm.
Cấu tạo của hệ thống cảnh báo va chạm Cấu tạo hệ thống bao gồm: cảm biến sóng siêu âm, model Arduino, màn hình hiển thị LCD, biến trở và đèn led. Cảm biến siêu âm Hình 1.2: Cảm biến siêu âm HC-SR04 5 Cảm biến siêu âm bao gồm bộ phận có thể phát ra sóng siêu âm bởi một đầu dò công suất nhỏ có khả năng phát ra tín hiệu. Đầu dò siêu âm có nhiều dạng khác nhau được chia thành đầu dò thẳng (sóng dọc) và đầu dò ngang (sóng ngang), đầu dò sóng bề mặt, đầu dò kép (1 cái phát tín hiệu – 1 cái nhận tín hiệu) …Tuỳ vào mục đích sử dụng người ta chọn đầu dò cảm biến siêu ậm phù hợp nhất. Tất cả đều có chung cấu tạo cảm biến siêu âm như sau: Cấu tạo của cảm biến siêu âm: – Máy phát: Rung bằng máy rung (thường được làm từ chất liệu gốm có đường kính khoảng 15 mm) để tạo sóng siêu âm và lan truyền vào không khí.
– Máy thu: Khi máy rung nhận sóng siêu âm, nó tạo ra rung động cơ học tương ứng theo sóng siêu âm và chuyển đổi thành năng lượng điện ở đầu ra của máy thu.3: Cấu tạo cảm biến siêu âm - Điều khiển: Điều khiển truyền siêu âm của máy phát bằng cách sử dụng mạch tích hợp và đánh giá xem máy thu có nhận được tín hiệu (sóng siêu âm) và kích thước của tín hiệu thu được hay không. 6 - Nguồn điện: Cảm biến siêu âm thường được cung cấp bởi nguồn điện DC bên ngoài với điện áp là PCB ± 10% hoặc 24 V ± 10% và được cung cấp cho cảm biến thông qua mạch ổn áp bên trong. Nguyên lý hoạt động: Cảm biến siêu âm hoạt động dựa trên quá trình phát và thu nhận tín hiệu; hệ thống cảm biến sẽ liên tục phát ra các sóng âm có tần số cao hơn mức mà con người có thể nghe và có tốc độ lan truyền nhanh, mạnh. Khi các sóng âm này gặp phải bề mặt vật cản như chất rắn hay chất lỏng thì sẽ tạo ra các bước sóng phản xạ lại.
Thiết bị cảm biến sẽ tiếp nhận sóng phản xạ, phân tích và xác định chính xác khoảng cách từ cảm biến đến vật cản.4: Cách thức hoạt động của cảm biến sóng âm Cảm biến HC-SR04 có 4 chân là Vcc, Trig, Echo, GND Bảng 1.1: Chân cảm biến HC-SR04 Chân cảm biến HC-SR04 Tác dụng Vcc Nối nguồn (5V) Trig Chân Digital Output Echo Chân Digital Input GND Nối mát 7 Để đo khoảng cách, cảm biến sẽ phát 1 xung rất ngắn (5 microSeconds - µs) từ chân Trig. Sau đó, cảm biến sẽ tạo ra 1 xung HIGH ở chân Echo cho đến khi nhận lại được sóng phản xạ ở pin này. Ardunio - Khái niệm Arduino: Arduino là nền tảng mã nguồn mở giúp con người xây dựng các ứng dụng điện tử có khả năng liên kết, tương tác với nhau tốt hơn. Arduino có thể xem như một chiếc máy tính thu nhỏ giúp người dùng lập trình, thực hiện các dự án điện tử không cần tới công cụ chuyên biệt phục cho quá trình nạp code.5: Arduino UNO R3 Cấu tạo Arduino: 8 Hình 1.6: Cấu tạo Arduino UNO R3 Cấu tạo Arduino UNO R3 gồm có: 1 cổng USB, 1 cổng cấp nguồn điện, chân reset, chân nguồn 3.3 V, chân nguồn 5V, chân nối đất, nguồn vào, 5 chân tín hiệu Analog (0-5), IC điều khiển Atmega 328p, chân ICSP của Atmega 328p, nút reset, cổng vào (RX), cổng ra (TX), chân tín hiệu số (2-13).
Trong đó bộ phận quan trọng nhất là IC điều kiển Atmega 328. 9 Thông số kỹ thuật Bảng 1.