CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN 1.1 Lý do chọn đề tài Trong bối cảnh ngày càng tăng cường về nhu cầu di chuyển, không chỉ yêu cầu về việc đáp ứng nhu cầu về sự tiện lợi mà còn là việc tạo ra môi trường lái xe an toàn và hiệu quả. Một trong những ưu điểm quan trọng của hệ thống kiểm soát khoảng cách là khả năng cung cấp thông tin chính xác về khoảng cách và vị trí của các vật cản xung quanh, điều này không chỉ quan trọng trong việc cung cấp sự an toàn và tiện nghi cho người lái mà còn là yếu tố chính để hỗ trợ phát triển công nghệ xe tự đỗ, việc thông tin được cung cấp chính xác từ cảm biến siêu âm là yếu tố chủ chốt để đảm bảo cho quá trình quyết định và thực hiện các chức năng tự động. Hơn nữa, hệ thống kiểm soát khoảng cách bằng biến siêu âm không chỉ hoạt động độc lập mà còn có khả năng tích hợp tốt với các công nghệ khác như camera và lidar, sự kết hợp này tạo ra một hệ thống đa cảm biến. Với sự tiện ích và tính ứng dụng rộng rãi, hệ thống này không chỉ là một giải pháp độc lập mà còn là một phần quan trọng trong sự phát triển của nhiều hệ thống xe tự lái và ô tô thông minh.
Do đó, quyết định chọn " Nghiên cứu, thử nghiệm hệ thống kiểm soát khoảng cách bằng cảm biến siêu âm " cho đề tài đồ án tốt nghiệp của chúng em không chỉ là một sự lựa chọn hợp lý mà còn là sự cam kết đóng góp vào sự tiến bộ của ngành công nghiệp ô tô và công nghệ xe tự lái.2 Mục tiêu, nhiệm vụ của đề tài 1.1 Mục tiêu của đề tài Nghiên cứu về hệ thống kiểm soát khoảng cách bằng cảm biến siêu âm. Nghiên cứu tài liệu về cấu tạo chi tiết, nguyên lí hoạt động của hệ thống từ đó viết ra thuật toán tính toán khoảng cách, phát hiện vị trí vật cản. Tiếp cận thực tế trên xe Ford Focus 2019 và xây dựng hệ thống dựa trên cơ sở lí thuyết, từ đó cảnh báo điểm mù, hỗ trợ đỗ xe dựa trên giá trị khoảng cách mà cảm biến thu được.2 Nhiệm vụ của đề tài Chế tạo được mô hình gồm Arduino Uno, cảm biến siêu âm JSN-SR04T và drive của cảm biến, mô hình được bố trí và lắp đặt mô hình trực tiếp trên xe Ford Focus 2019. 1 Ứng dụng khoảng cách đo được, từ đó tính toán để tạo ra hệ thống cảnh báo điểm mù và hệ thống hỗ trợ đỗ xe mô phỏng trên phần mềm Processing.3 Đối tượng và phạm vi nghiên cứu 1.1 Đối tượng nghiên cứu Theo hướng tài liệu có sẵn và thông tin trên internet, đồ án nghiên cứu chủ yếu về cảm biến siêu âm và ứng dụng của nó.2 Phạm vi nghiên cứu Trong phạm vi về hệ thống kiểm soát khoảng cách trên xe Ford Focus 2019.
Dữ liệu của đồ án chủ yếu tham khảo từ tài liệu của hãng Ford và các nguồn trên internet.4 Phương pháp nghiên cứu Trong quá trình nghiên cứu thực hiện đồ án nhóm chúng em có sử dụng một số phương pháp nghiên cứu sau: - Tra cứu trong các tài liệu hãng, giáo trình kỹ thuật, sách vở,… - Tìm kiếm thông tin trên mạng internet, các website trong và ngoài nước. So sánh và chắt lọc để sử dụng những thông tin cần thiết và đáng tin cậy. - Tham khảo ý kiến của các giảng viên trong khoa cơ khí động lực và thầy Vũ – thầy hướng dẫn đồ án tốt nghiệp của nhóm. - Tổng hợp và phân tích các nguồn dữ liệu thu thập được, từ đó đưa ra những đánh giá và nhận xét của riêng mình.
- Trong quá trình thực tập bên máy chẩn đoán thì cũng có hỏi ý kiến của các anh chuyên về mạng Can trong công ty. 2 CHƯƠNG 2: CƠ SỞ LÝ THUYẾT 2.1 Hệ thống kiểm soát khoảng cách sử dụng cảm biến siêu âm được sử dụng trên ô tô Hiện nay, hệ thống các cảm biến siêu âm trong hệ thống ô tô là một phần quan trọng của việc phát triển công nghệ lái xe an toàn và tự động hóa. Mặc dù có những hạn chế nhất định, nhưng ưu điểm mà công nghệ này mang lại về an toàn và tiện ích khi lái xe là không thể phủ nhận. Sự tiếp tục nghiên cứu và phát triển trong lĩnh vực này sẽ giúp cải thiện hiệu suất và tính linh hoạt của hệ thống cảm biến siêu âm, từ đó nâng cao trải nghiệm lái xe và an toàn cho mọi người trên đường.
Trên các dòng xe ô tô hiện nay, một số hệ thống sử dụng các cảm biến siêu âm để vận hành hệ thống như: hệ thống hỗ trợ đỗ xe, hệ thống cảnh báo điểm mù như, hệ thống kiểm soát hành trình,… Các hệ thống trên sử dụng dữ liệu chủ yếu từ giá trị khoảng cách đo được từ các cảm biến siêu âm được đặt xung quanh xe để tính toán, đo đạt, từ đó liên kết với một số thành phần khác để hỗ trợ người lái ở những khu vực cần thiết, cảnh báo hoặc có thể được ứng dụng trên hệ thống tự hành thông minh trên ô tô. Các hệ thống trên chủ yếu sự dụng giá trị khoảng cách đo được để điều khiển các thành phần khác như vô lăng người lái, vị trí bướm ga, tốc độ xe, đèn cảnh báo, … Hình 2.1: Mô phỏng hệ thống hỗ trợ đỗ xe trên ô tô Hệ thống hỗ trợ đỗ xe là một tiện ích quan trọng trong việc giúp người lái xe đỗ xe một cách an toàn và thuận tiện hơn. Cảm biến siêu âm có thể được sử dụng để phát hiện các vật cản xung quanh xe và cung cấp thông tin về khoảng cách đến chúng. Điều này giúp người lái xe nhận biết vị trí của các vật cản và tránh va chạm khi đỗ xe.2: Hệ thống cảnh báo điểm mù sử dụng cảm biến siêu âm Tương tự với hệ thống hỗ trợ đỗ xe, hệ thống cảnh báo điểm mù cũng là một trong các ứng dụng quan trọng tích hợp các cảm biến siêu âm.1 Hệ thống cảnh báo điểm mù Trong những năm gần đây, sự phát triển của công nghệ ô tô đã đưa ra nhiều giải pháp nhằm nâng cao an toàn giao thông.
Một trong những hệ thống quan trọng đó là hệ thống cảnh báo điểm mù (Blind Spot Detection System). Đây là công nghệ được thiết kế để cảnh báo tài xế về các phương tiện hoặc vật thể nằm trong vùng điểm mù của xe, nơi mà gương chiếu hậu hay là những vật thể nằm ở phía sau xe không thể quan sát được. Mục tiêu của hệ thống này là giảm thiểu nguy cơ va chạm khi chuyển làn đường, quay đầu xe hay đỗ xe. Hệ thống cảnh báo điểm mù sử dụng các cảm biến siêu âm gắn ở hai bên xe và phía sau xe, thường là gần gương chiếu hậu hoặc cản sau.
Các cảm biến này liên tục quét khu vực bên cạnh và phía sau xe để phát hiện sự hiện diện của các phương tiện khác. Khi một phương tiện di chuyển vào vùng điểm mù, hệ thống sẽ kích hoạt cảnh báo bằng phần mềm hiển thị để thông báo cho tài xế. Hệ thống cảnh báo điểm mù mang lại nhiều lợi ích thiết thực trong đó đáng chú ý là: Tăng cường an toàn: Giảm thiểu nguy cơ va chạm khi chuyển làn đường, đặc biệt là trên cao tốc hoặc đường có mật độ giao thông cao. 4 Giảm nguy cơ va chạm: khi đỗ xe tài xế sẽ dễ dàng nằm bắt được vị trí các vật nằm trong vùng điểm mù của xe.
Tăng cường nhận thức: Giúp tài xế nhận biết rõ hơn về môi trường xung quanh xe, từ đó đưa ra các quyết định lái xe an toàn hơn. Giảm mệt mỏi: Giảm căng thẳng và mệt mỏi cho tài xế khi phải liên tục kiểm tra điểm mù bằng gương chiếu hậu. Hệ thống cảnh báo điểm mù hiện đã trở thành một trang bị tiêu chuẩn hoặc tùy chọn trên nhiều dòng xe hơi hiện đại, từ xe gia đình đến xe hạng sang. Các nhà sản xuất ô tô cũng không ngừng cải tiến công nghệ này, kết hợp với các hệ thống an toàn khác như cảnh báo va chạm trước, hỗ trợ giữ làn đường và phanh khẩn cấp tự động.
Sự tích hợp này tạo nên một hệ thống an toàn toàn diện, giúp giảm thiểu tối đa các rủi ro giao thông.2 Hệ thống hỗ trợ đỗ xe 2.1 Bán kính xoay vòng ô tô Bán kính quay của một xe ô tô là khoảng cách từ trung tâm của bánh xe bên trái (hoặc phải) khi quay sang một hướng cụ thể đến điểm tiếp xúc giữa bánh xe và mặt đường. Khi quay hết góc có thể, góc quay sẽ nhỏ nhất, dẫn đến việc tạo ra một đường tròn có bán kính nhỏ nhất, được gọi là bán kính quay xe tối thiểu.3: Bán kính quay xe của ô tô (Nguồn: [1]) Bán kính quay xe ô tô tối thiểu là một trong những chỉ số quan trọng nhất nhằm đánh giá khả năng vận hành của ô tô. Chỉ số này càng nhỏ thì xe càng quay đầu tốt trong điều kiện 5 chật hẹp. Ngược lại, bán kính quay đầu xe tối thiểu càng lớn, xe sẽ càng cần không gian rộng rãi mới có thể vào cua thuận lợi.
Bán kính quay xe ô tô tối thiểu là một yếu tố quan trọng đánh giá khả năng vận hành của xe. Khi bán kính này nhỏ, xe có khả năng quay đầu tốt trong không gian hẹp. Ngược lại, nếu bán kính quay đầu lớn, xe sẽ cần không gian rộng hơn để có thể vào cua thuận lợi. Bán kính quay xe tối thiểu phụ thuộc vào nhiều yếu tố, nhưng chủ yếu được ảnh hưởng bởi kích thước của xe (đặc biệt là chiều dài cơ sở và bề rộng), đường kính bánh xe và độ bám của lốp.
Khi bánh xe lớn và lốp có độ bám cao hơn, bán kính quay xe sẽ lớn hơn. Các xe ô tô có trợ lực lái điện thường có bán kính quay nhỏ hơn so với xe không có trợ lực lái. Mỗi dòng xe sẽ đặt ra một tiêu chuẩn bán kính quay xe riêng phù hợp với đặc tính của từng loại xe. Ví dụ, trên các dòng xe nhỏ, bán kính quay thường từ 4,6 đến 5 mét, trong khi các mẫu sedan có bán kính trung bình là 5,5 mét và các dòng xe bán tải thì có bán kính lớn nhất từ 6 đến 6,5 mét.2 Động học quay vòng của ô tô Khi xoay vòng ô tô, chúng ta có thể sử dụng các biện pháp sau đây: Xoay vòng các bánh xe dẫn hướng phía trước hoặc xoay vòng tất cả các bánh xe dẫn hướng.