BỘ CÔNG THƯƠNG
TRƯỜNG ĐẠI HỌC CÔNG NGHIỆP HÀ NỘI
---------------------------------------

TRẦN QUANG KHẢI

ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP ĐẠI HỌC
NGÀNH: CÔNG NGHỆ KỸ THUẬT Ô TÔ
TÊN ĐỀ TÀI: MÔ PHỎNG BỘ ĐIỀU KHIỂN HỆ THỐNG KIỂM SỐT
HÀNH TRÌNH THÍCH ỨNG ACC ỨNG DỤNG FUZZY LOGIC

CBHD: TS. Vũ Hải Quân
Sinh viên: Trần Quang Khải
Mã số sinh viên: 2018606216
CÔNG NGHỆ KỸ THUẬT Ô TÔ
Hà Nội – 2022


i

MỤC LỤC
MỤC LỤC .......................................................................................................... i
LỜI NÓI ĐẦU ................................................................................................. iii
DANH MỤC HÌNH ẢNH ................................................................................ v
DANH MỤC BẢNG ....................................................................................... vii
DANH MỤC TỪ VIẾT TẮT......................................................................... viii
MỞ ĐẦU ........................................................................................................... 1
CHƯƠNG 1. TỔNG QUAN VỀ HỆ THỐNG KIỂM SỐT HÀNH TRÌNH
THÍCH ỨNG TRÊN Ơ TƠ ............................................................................... 4
1.1. Thực trạng giao thông .............................................................................. 4
1.2. Khái niệm Cao tốc tự động ...................................................................... 6

1.3. Giới thiệu chung về hệ thống kiểm sốt hành trình và kiểm sốt hành trình
thích ứng .......................................................................................................... 8
1.4. Một số hệ thống kiểm sốt hành trình thích ứng nổi bật ......................... 8
1.5. Ưu nhược điểm của hệ thống kiểm sốt hành trình thích ứng ................. 9
1.6. Kết luận chương 1 .................................................................................. 10
CHƯƠNG 2. CẤU TẠO VÀ NGUYÊN LÝ HOẠT ĐỘNG CỦA HỆ THỐNG
KIỂM SOÁT HÀNH TRÌNH THÍCH ỨNG .................................................. 11
2.1. Khái niệm ............................................................................................... 11
2.2. Các định nghĩa........................................................................................ 13
2.3. Cấu tạo vật lý ......................................................................................... 14
2.3.1. Mơ-đun điều khiển hành trình thích ứng .......................................... 15
2.3.2. Cụm thiết bị ....................................................................................... 16
2.3.3. Mô-đun điều khiển động cơ .............................................................. 16
2.3.4. Mô-đun điều khiển phanh ................................................................. 17
2.3.5. Công tắc hành trình .......................................................................... 17
2.3.6. Cơng tắc phanh ................................................................................. 18
2.3.7. Các cảm biến ..................................................................................... 18


ii

2.3.8. Đèn phanh ......................................................................................... 23
2.3.9. Phương thức giao tiếp ....................................................................... 23
2.4. Nguyên lý vận hành của hệ thống .......................................................... 24
2.5. Kết luận chương 2 .................................................................................. 27
CHƯƠNG 3. XÂY DỰNG THUẬT TỐN ĐIỀU KHIỂN HỆ THỐNG KIỂM
SỐT HÀNH TRÌNH THÍCH ỨNG ............................................................. 28
3.1. Giới thiệu về logic Mờ (Fuzzy Logic) ................................................... 28
3.2. Cơ sở lý thuyết ....................................................................................... 32
3.3. Khối FLC mô phỏng bộ điều khiển gia tốc............................................ 35

3.3.1. Xác định tập mờ ................................................................................ 35
3.3.2. Xây dựng các luật hợp thành ............................................................ 40
3.4. Khối điều khiển ga/ phanh ..................................................................... 42
3.5. Kết luận chương 3 .................................................................................. 44
CHƯƠNG 4. KẾT QUẢ MÔ PHỎNG HỆ THỐNG KIỂM SỐT HÀNH
TRÌNH THÍCH ỨNG ..................................................................................... 46
4.1. Mơ hình điều khiển hệ thống kiểm sốt hành trình sử dụng thuật tốn điều
khiển Mờ ....................................................................................................... 46
4.2. Kết quả mơ phỏng .................................................................................. 48
4.3. Kết luận chương 4 .................................................................................. 53
KẾT LUẬN VÀ HƯỚNG PHÁT TRIỂN ...................................................... 54
Kết luận chung .............................................................................................. 54
Hướng phát triển ........................................................................................... 55
DANH MỤC TÀI LIỆU THAM KHẢO ........................................................ 56


iii

LỜI NĨI ĐẦU
Khóa học 2018 – 2022 của các bạn sinh viên Đại học – Khóa 13 đã đi đến
giai đoạn cuối của chương trình đào tạo, đó là thực hiện đồ án tốt nghiệp. Sau
gần 4 năm học tập tại trường Đại học Công nghiệp Hà Nội, em đã được truyền
dạy và lĩnh hội nhiều kiến thức quý báu cũng như là có cơ hội thực hành, rèn
luyện các kĩ năng chun ngành của ngành Cơng Nghệ Ơ tơ.
Như đã thấy, hiện nay ngành Cơng nghệ Ơ tơ đang phát triển một cách vô
cùng mạnh mẽ không chỉ với các mẫu xe chạy bằng dòng năng lượng mới thay
thế cho nhiên liệu xăng, dầu cổ điển, mà còn với sự tiến bộ vượt bậc của các hệ
thống an toàn thơng minh được tích hợp vào trong xe. Nhằm hướng tới tương
lai về những chiếc xe có tính tự hành và tự động cao, các hãng xe cũng ko
ngừng tìm tịi, phát minh và liên tục cải tiến các cơng nghệ thơng minh có thể

kể đến như Hệ thống phanh chống bó cứng (ABS), Hệ thống phanh tự động
(AEB), Hệ thống cảnh báo chệch làn đường (LDWS), Hệ thống kiểm sốt hành
trình thích ứng (ACC) và nhiều cơng nghệ thơng minh khác.
Khi tìm kiếm đề tài tốt nghiệp, em đã lựa chọn những đề tài liên quan đến
những cái mới, cái tân tiến trong lĩnh vực ô tô đặc biệt là các công nghệ mới
trên ô tô. Do vậy, em đã mạnh dạn đề xuất đề tài “Mô phỏng bộ điều khiển hệ
thống kiểm sốt hành trình thích ứng ACC ứng dụng Fuzzy Logic”, và
nhận được sự đồng ý của Khoa Cơng nghệ Ơ tơ. Ban chủ nhiệm Khoa cũng đã
cho phép đăng ký thực hiện đề tài.
Việc nghiên cứu mơ phỏng về hệ thống kiểm sốt hành trình thích ứng
ứng dụng Fuzzy Logic không chỉ là cần thiết và có ích trong việc giảng dạy
trong nhà trường, mà cịn giúp cho sinh viên có thể tiếp cận những cái mới,
những cái tiến bộ hàng đầu của khoa học công nghệ ô tô. Đối với bản thân, đây
là cơ hội để em hệ thống lại kiến thức, là cơ hội nghiên cứu, thực nghiệm và
rèn luyện các kỹ năng làm việc trước khi bước vào mơi trường làm việc mang
tính chuyên môn cao hơn.


iv

Sau một thời gian thực hiện đề tài, mặc dù chúng em đã gặp nhiều khó
khăn nhưng với sự hướng dẫn tỉ mỉ và tận tâm của thầy GVHD TS. Vũ Hải
Quân và các thầy cô trong khoa Công nghệ Ô tô cùng sự cố gắng nỗ lực của
bản thân, đề tài “Mô phỏng bộ điều khiển hệ thống kiểm sốt hành trình
thích ứng ACC ứng dụng Fuzzy Logic” đã được hoàn thành đúng tiến độ.
Dù đã rất cố gắng và nỗ lực để thực hiện đề tài này, nhưng do giới hạn về
tài liệu và thời gian nên không tránh khỏi những thiếu sót và hạn chế trong bài
nghiên cứu, vì vậy chúng em rất mong nhận được những ý kiến đóng góp của
q thầy cơ cùng các bạn sinh viên.



v

DANH MỤC HÌNH ẢNH
Hình 2.1. Mối quan hệ giữa các xe trong hệ thống ACC................................ 13
Hình 2.3. Các trạng thái của hệ thống ACC ................................................... 14
Hình 2.4. Hệ thống điều khiển dọc của xe ACC............................................. 15
Hình 2.5. Cơng tắc hành trình trên vơ lăng ..................................................... 18
Hình 2.6. Ước tính khoảng cách bằng Lidar ................................................... 19
Hình 2.7. Tầm hoạt động của Radar ............................................................... 20
Hình 2.8. Sơ đồ khối bộ lọc Doppler .............................................................. 21
Hình 2.9. Sơ đồ khối cảm biến nhiệt hạch ...................................................... 21
Hình 2.10. Ngun lý hoạt động của sóng siêu âm ........................................ 23
Hình 2.11. Dịng tín hiệu của hệ thống ACC .................................................. 24
Hình 2.12. Đồ thị về khoảng cách, tỷ lệ khoảng cách .................................... 27
Hình 3. 1. Sơ đồ khối của hệ thống ACC........................................................ 32
Hình 3. 2. Sơ đồ khối của bộ điều khiển gia tốc ............................................. 32
Hình 3. 3. Hàm liên thuộc của sai lệch khoảng cách ...................................... 37
Hình 3. 4. Hàm liên thuộc sai lệch vận tốc hai xe .......................................... 38
Hình 3. 5. Hàm liên thuộc sai lệch vận tốc mong muốn ................................. 38
Hình 3. 6. Hàm liên thuộc khoảng cách thực tế .............................................. 38
Hình 3. 7. Hàm liên thuộc gia tốc đầu ra ........................................................ 39
Hình 3. 8. Xây dựng các biến đầu vào ra cho khối FLC................................. 40
Hình 3. 9. Xây dựng các luật điều khiển cho khối điều khiển gia tốc ............ 41
Hình 3. 10. Các luật điều khiển khối điều khiển gia tốc ................................. 41
Hình 3. 11. Bộ điều khiển được mơ hình hóa dưới dạng khơng gian 3D ....... 42
Hình 3. 12. Lưu đồ bộ điều khiển ga/ phanh................................................... 42
Hình 3. 13. Đồ thị độ mở bướm ga theo tốc độ động cơ ................................ 44
Hình 4. 1. Mơ hình bộ điều khiển ACC tổng quan ......................................... 46
Hình 4. 2. Khối "Xe phía trước" ..................................................................... 47

Hình 4. 3. Khối "Xe ACC".............................................................................. 47


vi

Hình 4. 4. Khối "Bộ xử lý tín hiệu" ................................................................ 48
Hình 4. 5. Thơng số xây dựng mơ phỏng........................................................ 49
Hình 4. 6. Đồ thị khoảng cách giữa hai xe so với khoảng cách an tồn ......... 49
Hình 4. 7. Đồ thị vận tốc của hai xe ................................................................ 50
Hình 4. 8. Đồ thị gia tốc mong muốn.............................................................. 51
Hình 4. 9. Đồ thị độ mở buớm ga ................................................................... 51
Hình 4. 10. Đồ thị lực phanh tại cầu trước...................................................... 52
Hình 4. 11. Đồ thị lực phanh tại cầu sau ......................................................... 52


vii

DANH MỤC BẢNG
Bảng 1-1. Thống kê về tai nạn ở Vương quốc Anh (tỷ lệ phần trăm người tham
gia giao thông) ................................................................................................... 5


viii

DANH MỤC TỪ VIẾT TẮT
STT

Ký

Tiếng Anh


hiệu

1

ACC

2

CC

3

Adaptive Cruiser Control

Tiếng Việt
Hệ thống kiểm sốt hành trình
thích ứng

Cruiser Control

Hệ thống kiểm sốt hành trình

AHS

Automated Highway System

Hệ thống tự động trên cao tốc

4


ABS

Anti-lock Braking System

5

TCS

Traction Control System

Hệ thống kiểm soát lực kéo

6

FLC

Fuzzy Logic Control

Bộ điều khiển Mờ

7

AFCC

Hệ thống chống bó cứng

Adaptive Fuzzy Cruiser
Control


phanh

Hệ thống kiểm sốt hành trình
thích ứng điều khiển bằng thuật
tốn Mờ

8

ECU

Engine Control Unit

Bộ điều khiển điện tử

9

CAN

Campus Area Network

Mạng kết nối CAN

10

SAE

Society of Automotive

Hiệp Hội Kỹ Sư Ơ Tơ của Hoa


Engineers

Kỳ

11

BCM Body Control Module

12

CTG

Constant Time Gap

13

VTG

Variable Time Gap

Mô-đun điều khiển thân xe
Khoảng cách thời gian không
đổi
Khoảng cách thời gian thay đổi


1

MỞ ĐẦU
Lý do chọn đề tài

Trong khi ùn tắc giao thông trên cao tốc vẫn đang là vấn đề nan giải đối
với nhiều quốc gia, người ta đã chọn các giải pháp nâng cấp cơ sở hạ tầng, mở
thêm các tuyến đường cao tốc hay mở thêm nhiều làn đường nhằm đảm bảo
đáp ứng nhu cầu đi lại to lớn của con người. Giải pháp này địi hỏi chi phí tốn
kém hoặc cần đến một hệ thống kiểm soát giao thơng đủ tốt để duy trì và đảm
bảo lưu thơng. Giải pháp được đề xuất là một hệ thống thông minh có thể hỗ
trợ người lái điều khiển xe một cách tự động và đạt hiệu suất cao trong lưu
thông. Đây là một hệ thống có thể kết hợp với các hệ thống thông minh khác
trên xe như hệ thống phanh thông minh (AEB), Hệ thống hỗ trợ giữ làn đường
(LCA), …
Dựa trên tầm quan trọng và tính cấp thiết của hệ thống thơng minh kiểm
sốt hành trình thích ứng đối với việc duy trì lưu thơng và giảm thiểu tai nạn
giao thông, em quyết định chọn đề tài nghiên cứu là “Mơ phỏng bộ điều khiển
hệ thống kiểm sốt hành trình thích ứng sử dụng Fuzzy Logic”.
Mục tiêu nghiên cứu
- Nắm được rõ các khái niệm liên quan, các thành phần cấu tạo của hệ
thống kiểm sốt hành trình thích ứng.
- Hiểu được cơ sở lý thuyết về nguyên lý điều khiển của hệ thống ACC.
Thơng qua tìm tịi nghiên cứu có thể vận dụng phần mềm Matlab – Simulink
để mô phỏng lại nguyên lý làm việc của hệ thống ACC.
- Xây dựng được mơ hình mơ phỏng đối với hệ thống kiểm sốt hành
trình thích ứng có sử dụng bộ điều khiển thơng minh (Thuật tốn mờ).
- Đưa ra các đồ thị kết quả nhằm đánh giá kết quả mô phỏng của hệ thống
ACC (Khoảng cách, thời gian, vận tốc, gia tốc, …)


2

Đối tượng và phạm vi nghiên cứu
Đối tượng nghiên cứu được hướng tới ở đây là cơ sở lý thuyết về hệ thống

kiểm sốt hành trình thích ứng gồm cấu tạo vật lý, nguyên lý vận hành, nguyên
lý điều khiển và ứng dụng thuật toán mờ vào điều khiển hệ thống kiểm sốt
hành trình thích ứng.
Phạm vi nghiên cứu:
- Nghiên cứu tại Khoa Công nghệ ô tô, trường Đại Học Công Nghiệp Hà
Nội.
- Nghiên cứu được thực hiện trong khoảng thời gian từ 21/03/2022 đến
16/05/2022.
- Nghiên cứu này giới hạn phạm vi chủ yếu dựa trên mô phỏng trên nền
tảng phần mềm Matlab – Simulink và khảo sát kết quả mơ phỏng khả năng duy
trì vận tốc cũng như giữ khoảng cách an tồn khi tham gia lưu thơng với bộ
điều khiển ứng dụng thuật toán mờ.
Ý nghĩa thực tiễn và khoa học của đề tài
Ngày nay, hệ thống kiểm sốt hành trình thích ứng được các hãng xe lớn
như Mitsubishi, Audi, Mercedes-Benz, BMW, … nghiên cứu và phát triển
mạnh mẽ. Việc trang bị hệ thống này trên các dòng xe hiện đại cũng rất phổ
biến. Tuy nhiên, các bộ điều khiển ACC hiện nay trên thị trường đều do các
hãng tự phát triển riêng một cách độc quyền và các thông tin chi tiết đều không
được công khai. Do đó, chúng ta chỉ nắm được một cách mơ hồ về nguyên lý
vận hành của hệ thống chứ không hiểu về nguyên lý điều khiển của hệ thống.
Việc nghiên cứu và mơ phỏng bộ điều khiển hệ thống kiểm sốt hành trình
khơng chỉ giúp ta hiểu rõ hơn về cấu tạo về ngun lý hoạt động mà cịn có ý
nghĩa to lớn trong khả năng nắm bắt và tiếp thu các công nghệ mới của ngành
ô tô trên thế giới.
Đồ án đã đưa ra và giải quyết được các vấn đề gồm: Xây dựng được mơ
hình mơ phỏng của hệ thống kiểm sốt hành trình thích ứng, thiết lập các luật


3


điều khiển mờ nhằm đáp ứng khả năng điều khiển theo đúng mong muốn và
đưa ra kết quả mô phỏng. Qua quá trình tìm hiểu cơ sở lý thuyết và xây dựng
mơ hình mơ phỏng, đồ án đã đánh giá được khả năng điều khiển của hệ thống
kiểm soát hành trình thích ứng bằng thuật tốn mờ. Đây là vấn đề có tính khoa
học, cơng nghệ và là cơ sở cho các nghiên cứu tiếp theo về hệ thống kiểm sốt
hành trình thích ứng.


4

CHƯƠNG 1. TỔNG QUAN VỀ HỆ THỐNG KIỂM SỐT HÀNH
TRÌNH THÍCH ỨNG TRÊN Ơ TƠ
1.1. Thực trạng giao thơng
Phần lớn các phương tiện giao thông trên thế giới hoạt động trên đường
bộ, thay vì trên đường ray, đường thủy và đường hàng không. Ùn tắc giao thông
trên đường cao tốc đã trở thành một vấn đề nghiêm trọng ở nhiều khu vực đơ
thị trên thế giới. Ngun nhân chính của việc ùn tắc là do nhu cầu đi lại đã vượt
quá khả năng lưu thông của đường cao tốc hiện nay. Trong khi đó, chất lượng
đường cao tốc hiện nay khơng có khả năng lưu thơng thơng suốt, dẫn đến ùn
tắc giao thông, chậm trễ và tai nạn không đáng có.
Theo ước tính của Fenton (1994), năm 2010 nhu cầu đi du lịch sẽ tăng hơn
gấp đôi so với năm 1992 nhu cầu đi lại. Người ta cũng ước tính rằng tốc độ
trung bình của các phương tiện trong giờ cao điểm sẽ giảm xuống 11 dặm/ giờ
vào năm 2005 từ 35 dặm/ giờ vào năm 1995, điều này có ảnh hưởng đáng kể
tương ứng đến năng suất. Tắc nghẽn giao thông tiêu tốn khoảng 100 tỷ đô la
mỗi năm ở Hoa Kỳ vì sự chậm trễ trong năng suất. Việc phát thải các phương
tiện giao thông cao, do tắc nghẽn giao thông, ảnh hưởng đến các vấn đề môi
trường ở mức độ nghiêm trọng và gây ra thiệt hại ngày càng tăng cho sức khỏe
cộng đồng (Fenton, 1994).
Mỗi năm có khoảng 2 tỷ gallon nhiên liệu bị lãng phí do tắc nghẽn giao

thông. Việc phát thải các phương tiện giao thông cao ảnh hưởng đến môi trường
ở mức độ nghiêm trọng và gây ra thiệt hại ngày càng tăng cho sức khỏe cộng
đồng. Cùng với các vấn đề về sức khỏe và mơi trường, mức độ an tồn và thoải
mái cho người lái và những hành khách khác là rất quan trọng để mang lại
những chuyến đi an toàn. Trong một nghiên cứu, người ta đã phân tích rằng tắc
nghẽn giao thông là một lý do lớn gây ra sự thất vọng cá nhân, mà lại là nguyên
nhân chính gây ra các lỗi và tai nạn của con người (Terzano, 2001).


5

Một báo cáo thống kê đã chỉ ra rằng hơn 90% các vụ tai nạn là do lỗi của
con người (Report, 1992). Chỉ có một tỷ lệ nhỏ các vụ tai nạn là do lỗi bộ phận
của xe hoặc do điều kiện thời tiết, ví dụ: trời mưa, đường trơn trượt.
Tổng cục Thống kê cho biết, năm 2021, trên địa bàn cả nước xảy ra 11.454
vụ tai nạn giao thông, bao gồm 7.370 vụ tai nạn giao thơng từ ít nghiêm trọng
trở lên và 4.084 vụ va chạm giao thông, làm 5.739 người chết, 3.889 người bị
thương và 4.109 người bị thương nhẹ.
So với năm 2020, số vụ tai nạn giao thông giảm 23,6% (số vụ tai nạn giao
thông từ ít nghiêm trọng trở lên giảm 14,5%; số vụ va chạm giao thông giảm
35,9%); số người chết giảm 16,4%; số người bị thương giảm 15% và số người
bị thương nhẹ giảm 37,6%.
Người tham gia
giao thông
Người điều
khiển ô tô
Người điều
khiển xe máy
Người điều
khiển xe đạp

Khác

Tất cả thương vong được

Thương vong nghiêm trọng

báo cáo

hoặc tử vong.

2006

2007

2008

2009

2006

2007

2008

2009

66.1

65.1


64.6

64.5

44

42.2

41.9

41.3

9

9.5

9.3

9.3

20.3

22

21

21.6

6.3


6.5

7

7.7

7.7

8.3

9

10

18.6

18.9

19.1

18.5

28

27.5

28.1

27.1


Bảng 1-1. Thống kê về tai nạn ở Vương quốc Anh (tỷ lệ phần trăm người
tham gia giao thông)
Bảng 1-1 cho thấy số liệu thống kê về tai nạn trên các con đường ở Vương
quốc Anh, số liệu cho thấy rằng người sử dụng ô tô chiếm phần lớn các vụ tai
nạn (Unknown, 2009). Do đó, điều quan trọng là phải cải thiện khả năng điều
khiển phương tiện hiện tại để đảm bảo các biện pháp an toàn nhằm giảm số vụ
tai nạn hoặc giảm tác động của tai nạn. Cần có cơ sở hạ tầng đường cao tốc


6

đáng tin cậy để có thể giảm thiểu đáng kể các nguyên nhân gây ra những ảnh
hưởng này và đảm bảo an toàn cũng như mang lại cảm giác lái xe thoải mái ít
căng thẳng hơn. Các vấn đề hoặc vấn đề cốt lõi là số lượng đáng kể các trường
hợp tử vong do tai nạn ơ tơ trên tồn thế giới, đặc biệt là ở Anh, an toàn và kiểm
sốt, tắc nghẽn giao thơng, khí thải phương tiện và các tác động môi trường.
Trong số các vấn đề này, tai nạn ơ tơ, an tồn và điều khiển ơ tô chở khách đã
được chú trọng trong nghiên cứu này.
Khi nhu cầu đi lại tăng lên qua các năm, mạng lưới đường cao tốc cũng
được mở rộng để đáp ứng yêu cầu. Tại một số thời điểm, việc mở rộng chúng
là khơng khả thi vì nếu mạng lưới đường cao tốc hiện tại được tăng thêm thì
điều này sẽ làm tăng gánh nặng kinh tế cùng với chi phí xây dựng cao và những
khó khăn trong việc mở rộng cơ sở hạ tầng đường cao tốc hiện tại. Việc mở
rộng các đường cao tốc hiện tại khơng cịn hữu ích ở hầu hết các khu vực đơ
thị vì nhu cầu đi lại ngày càng tăng. Những thách thức về kinh tế và xã hội này
đã kích thích sự quan tâm đến các phương pháp thay thế để tăng năng lực đường
cao tốc.
Để khắc phục những vấn đề này, cần phải có cơ sở hạ tầng hiệu quả cho
mạng lưới đường cao tốc. Khái niệm Hệ thống đường cao tốc tự động (AHS)
là một trong những cách tiếp cận đang được nghiên cứu đáng kể để khắc phục

các vấn đề. Trong vài năm gần đây, công việc nghiên cứu đã được tập trung để
điều tra xem có thể cải thiện các biện pháp an toàn và mức độ thoải mái trong
các khu vực đô thị và mạng lưới giao thông đường cao tốc như thế nào bằng
các hệ thống hỗ trợ lái xe thông minh trên xe.
1.2. Khái niệm Cao tốc tự động
Nỗ lực nghiên cứu đáng kể đã được dành trong vòng 20 năm qua cho sự
phát triển của AHS, nhóm nghiên cứu đáng chú ý nhất là chương trình
California PATH tại Đại học California, Berkeley. Các mục tiêu chính của nó
là làm cho việc lái xe an tồn hơn và thoải mái hơn, đồng thời phát triển các


7

phương tiện để giảm ùn tắc giao thông không mong muốn trên đường cao tốc.
Những mục tiêu này đạt được bằng cách làm cho các phương tiện di chuyển
cùng nhau trong các trung đội cách nhau chặt chẽ. Một hệ thống AHS yêu cầu
rằng chỉ những phương tiện hoàn toàn tự động có thiết bị mới được phép đi trên
đường cao tốc đặc biệt này trong khi các phương tiện vận hành bằng tay khác
không thể hoạt động trên những đường cao tốc này. Những tiến bộ gần đây
trong công nghệ đã tạo điều kiện thuận lợi cho việc phát triển các thành phần
cần thiết của AHS. Trong hai thập kỷ qua, sự phát triển của công nghệ trong hệ
thống điều khiển, cơng nghệ máy tính, cơng nghệ cảm biến, hệ thống truyền
thông và khả năng xử lý dữ liệu đã hỗ trợ tích cực để tự động hóa q trình ra
quyết định và thực hiện các thao tác lái xe với độ chính xác cao hơn.
Một khía cạnh quan trọng của AHS là bản thân xe số tự động nhằm cải
thiện khả năng kiểm soát của người lái xe và giúp người lái xe thực hiện một
số hoặc tất cả các nhiệm vụ lái xe. Một chiếc xe tự động được trang bị các hệ
thống thông minh khác nhau, ví dụ: hệ thống chống bó cứng phanh (ABS), hệ
thống kiểm soát lực kéo (TCS), hệ thống kiểm soát hành trình thích ứng (ACC)
và hệ thống tránh va chạm tự động. Các hệ thống tự động làm giảm tắc nghẽn

giao thông bằng cách cho phép các phương tiện di chuyển theo hình thức trung
đội bằng cách giữ khoảng cách an toàn và hỗ trợ người lái xe và giúp giảm gánh
nặng cho người lái xe, điều chắc chắn dẫn đến giảm thiểu tai nạn (Rajamani,
2006). Có một số cách tiếp cận được thiết kế trong tài liệu để tăng độ an toàn
cho AHS. ACC là một trong những cách tiếp cận thu hút được sự quan tâm của
các nhà sản xuất và người sử dụng phương tiện nhằm mang lại sự thoải mái và
an toàn cho người lái xe. ACC là một hệ thống tự quản đòi hỏi phải sửa đổi
thêm và có thể giúp khắc phục đáng kể nguyên nhân của các vấn đề nêu trong
phần 1.1. Nghiên cứu này tập trung vào các phương tiện được trang bị hệ thống
ACC và các vấn đề liên quan đến các phương tiện này đã được xem xét chi tiết
trong phần 1.2.


8

1.3. Giới thiệu chung về hệ thống kiểm soát hành trình và kiểm sốt hành
trình thích ứng
Hệ thống kiểm sốt hành trình thơng thường là một ví dụ quen thuộc của
bộ điều khiển dọc kiểm soát tốc độ của xe. Hệ thống điều khiển hoạt động của
bướm ga để duy trì tốc độ mong muốn do người lái xe chỉ định. Hệ thống kiểm
sốt hành trình có thể gây khó chịu cho người lái nếu họ phải cài đặt tốc độ
hoặc ngắt kiểm sốt hành trình khi giao thơng đơng đúc. Với khối lượng phương
tiện lưu thông liên tục tăng, tính năng kiểm sốt hành trình cơ bản ngày càng
trở nên ít hữu ích hơn. Hiệu suất của hệ thống kiểm sốt hành trình có thể được
cải thiện bằng cách thêm cảm biến khoảng cách, cảm biến radar và trang bị cho
xe hệ thống phanh có giới hạn để kiểm soát khoảng cách và vận tốc tương đối
giữa xe ACC và xe trước (Haney, 2000). Hệ thống kiểm soát hành trình sửa đổi
này được gọi là Kiểm sốt hành trình thích ứng (ACC) và những xe được trang
bị hệ thống ACC cũng được gọi là xe “biết suy nghĩ”. Công nghệ ACC được
nhiều người coi là thành phần quan trọng của bất kỳ thế hệ ô tô thông minh nào

trong tương lai (Ioannou, 2003).
Có một số loại xe cao cấp được trang bị hệ thống ACC. Mitsubishi là hãng
đầu tiên giới thiệu hệ thống ACC dựa trên laser vào năm 1995, mặc dù hệ thống
ban đầu của họ không sử dụng bộ truyền động phanh và tốc độ chỉ có thể được
kiểm soát bằng điều khiển bướm ga và chuyển số xuống. Các nhà sản xuất khác
cũng cung cấp hệ thống ACC trên xe của họ là; Audi, BMW, Jaguar, MercedesBenz.
Ioannou (2003) phát biểu rằng phương tiện ACC là bước đầu tiên cho hệ
thống tránh va chạm và có thể có lợi cho việc tự động hố phương tiện trong
tương lai.
1.4. Một số hệ thống kiểm sốt hành trình thích ứng nổi bật
Như đã đề cập ở phần trên, hệ thống kiểm sốt hành trình thích ứng được
các nhà sản xuất tự nghiên cứu và phát triển đọc quyền và riêng biệt. Do đó,


9

với mỗi hãng xe, hệ thống ACC có thể sẽ được tích hợp với một số tính năng
an tồn khác và có các tên gọi khác nhau. Subaru, Honda, BMW, Hyundai, Kia,
Ford và Nissan là những cái tên nổi tiếng khi nói đến hệ thống kiểm sốt hành
trình thích ứng. Với Subaru, chúng có tên gọi Hệ thống Kiểm sốt Hành trình
Thích ứng và Kiểm sốt Hành trình Thích ứng và Hỗ trợ đi giữa làn (Cruise
Control and Adaptive Cruise Control with Lane Centering). Với Honda và
Acura thì tên gọi thay đổi thành Kiểm sốt hành trình thích ứng bao gồm dải
tốc độ thấp (Adaptive Cruise Control with Low-Speed Follow). Hệ thống này
có tên Hệ thống kiểm sốt hành trình thích ứng tích hợp Tạm dừng/khởi động
(Active Cruise Control with Stop and Go) trên xe BMW. Với Hyundai, nó được
đặt tên là Hệ thống kiểm sốt hành trình thơng minh (Smart Cruise Control).
Đối với xe Kia, tên gọi được nâng lên một bậc thành Kiểm sốt hành trình thơng
minh tiên tiến (Advanced Smart Cruise Control). Trong khi đó, Nissan và
Infiniti có Hệ thống kiểm sốt hành trình thơng minh (Intelligent Cruise

Control).
Một số hãng xe lớn như Toyota và Mercedes-Benz không sử dụng từ thích
ứng (Adaptive) trong tên gọi của hệ thống kiểm sốt hành trình. Thay vào đó,
nó được gọi là Hệ thống kiểm sốt hành trình linh hoạt với tính năng Tạm
dừng/khởi động (Dynamic Cruise Control with Stop and Go) trên xe Toyota và
Lexus. Với Mercedes-Benz, hệ thống này được gọi là Hệ thống hỗ trợ duy trì
khoảng cách chủ động Distronic (Active Distance Assist Distronic).
1.5. Ưu nhược điểm của hệ thống kiểm sốt hành trình thích ứng
Được biết đến như một tính năng an tồn và là bước đầu cho sự phát triển
công nghệ xe tự hành, hệ thống kiểm sốt hành trình thích ứng vừa có những
ưu điểm của hệ thống kiểm sốt hành trình thơng thường, vừa đảm bảm tính
vượt trội trong cơng dụng. Ưu điểm đầu tiên có thể kể đến là việc người lái xe
sẽ không phải thực hiện nhiệm vụ tăng hay giảm tốc và phanh khi tham gia giao
thông trên đường đông đúc. Điều này đồng nghĩa với việc tăng cảm giác thoải


10

mái và giúp người lái có thể rảnh tay hơn khi lưu thông trên đường. Tiếp đến,
việc tăng tốc hay giảm tốc (phanh) được thực hiện hoàn toàn bằng điện tử và
có tính tốn nên sẽ đảm bảo hiệu suất sử dụng nhiên liệu của xe tăng cao, giảm
chi phí vận hành. Chưa hết, nếu tất cả các xe lưu thơng đều có trang bị hệ thống
ACC, một hệ thống giao thông sẽ được thiết lập đáp ứng được khả năng điều
tiết lưu thơng, giảm tối đa va chạm có thể xảy ra.
Tuy có những ưu điểm vượt trội về công dụng, ý nghĩa, thế nhưng ta không
thể phủ nhận rằng hệ thống vẫn còn những mặt hạn chế nhất định. Việc can
thiệp trực tiếp vào việc điều khiển xe lưu thông, tạo cho người lái sự thoải mái
và rảnh tay lại là một con dao hai lưỡi khiến cho người lái trở nên chủ quan,
bất cẩn. Điều này dẫn đến những hậu quả vơ cùng nghiêm trọng nếu có rủi ro
xảy ra. Không chỉ thế, hệ thống ACC tuy đã phổ biến trên thị trường nhưng vẫn

chưa được phát triển để các xe có thể giao tiếp với nhau và chưa có khả năng
phản ứng trực tiếp với các tín hiệu giao thơng.
1.6. Kết luận chương 1
Hệ thống kiểm sốt hành trình thích ứng là một tính năng an tồn thơng
minh được trang bị trên xe ơ tơ với mong muốn có thể điều chỉnh vận tốc của
xe nhằm tối ưu khả năng lưu thông trên các cao tốc. Hệ thống kiểm sốt hành
trình được coi là một giải pháp tối ưu nhằm giảm thiểu ùn tắc và tai nạn giao
thơng. Hệ thống này được tích hợp với các tính năng an tồn và thơng minh
khác trên xe tạo ra tiền đề và là bước đầu cho sự phát triển xe tự hành trong
tương lai.


11

CHƯƠNG 2. CẤU TẠO VÀ NGUYÊN LÝ HOẠT ĐỘNG CỦA HỆ
THỐNG KIỂM SỐT HÀNH TRÌNH THÍCH ỨNG
2.1. Khái niệm
Cấu trúc hệ thống Kiểm sốt hành trình thích ứng (ACC) là một cải tiến
đối với cấu trúc kiểm sốt hành trình thơng thường cho phép cấu trúc kiểm sốt
hành trình xe điều chỉnh vận tốc xe dựa trên môi trường xung quanh. ACC là
một ý tưởng nhằm nâng cao sự an tồn của các phương tiện giao thơng. Nó là
một bước tiến vượt ra ngồi hệ thống kiểm sốt hành trình mà chỉ cần giữ
nguyên tốc độ xe. ACC không chỉ duy trì tốc độ ơ tơ, nó cịn được kết hợp với
kiểm soát phanh và kiểm soát ga được lập trình để điều chỉnh phanh và / hoặc
ga và theo kịp tiến độ liên tục từ bất kỳ phương tiện nào cản trở xe đang lái.
Cấu trúc ACC sử dụng cả điều khiển ga và phanh để theo dõi tốc độ ô tô
và phản ứng với vùng lân cận của xe phía trước bằng cách đảm bảo một khoảng
cách được bảo vệ. Nếu một phương tiện di chuyển chậm hơn được các cảm
biến phía trước trên xe nhận biết, cấu trúc ACC sẽ làm xe chậm lại và kiểm soát
tốc độ giữa xe ACC và xe phía trước. Trong trường hợp cấu trúc ACC xác định

rằng xe phía trước khơng theo đường của xe ACC, thì cấu trúc ACC sẽ tăng tốc
xe trở lại tốc độ điều khiển hành trình đã đặt.
ACC có thể duy trì một cách an tồn khoảng cách đã đặt giữa các xe đang
hoạt động nhưng có thể khơng bắt kịp tốc độ như được chỉ ra bởi tốc độ của xe
phía trước. Các giá trị chính xác để đo tốc độ và khoảng cách giữa các phương
tiện đang hoạt động là cần thiết.
Các nhà nghiên cứu tập trung vào khoảng cách đặt và khoảng cách thời
gian giữa xe và lấy tốc độ làm thông số đầu ra cho cảm biến. Xe xác định tốc
độ dựa trên khoảng cách thời gian và khoảng cách đã cài đặt này. Trong nghiên
cứu này, trọng tâm là lấy tốc độ ở mức tối đa gần với tốc độ đã thiết lập.
ACC với cấu trúc bộ điều khiển logic mờ (AFCC) bao gồm tiến trình của
các phân đoạn và cấu trúc được kết nối với nhau. Hệ thống được sử dụng để
giao tiếp giữa các mô-đun đa dạng được thực hiện thông qua Mạng Vùng Bộ


12

điều khiển (CAN). Thơng điệp có nhu cầu quan trọng nhất, như được đặc trưng
trong tiêu đề của nó, sẽ giành được quyền quyết định và sẽ được truyền đi. Tin
nhắn bị mất sẽ thử gửi lại tin nhắn của nó khi nó nhận ra trạng thái khơng vận
chuyển. CAN là hệ thống xe cộ được sử dụng phổ biến nhất và là một kết nối
nối tiếp hiểu biết mạnh mẽ. Tốc độ thay đổi từ 500 kb đến 1 mb mỗi giây.
AFCC có các hệ thống con, cơ cấu chấp hành và phân đoạn cảm biến được
liên kết với các đơn vị điều khiển điện tử (ECU) khác. Khuôn khổ yêu cầu một
hệ thống ECU để lưu thông các tín hiệu và một thơng tin đáng tin cậy để vận
chuyển các tín hiệu qua CAN. CAN là cần thiết cho hệ thống con ACC. Bộ
điều khiển mờ, radar / cảm biến, cấu trúc thiết bị, mô-đun phanh và ECU cũng
được yêu cầu để truyền dữ liệu giữa chúng.
Kiểm soát hành trình thích ứng (ACC) là hệ thống hỗ trợ người lái tiên
tiến kiểm sốt hành trình dành cho các phương tiện giao thông đường bộ tự

động điều chỉnh tốc độ xe để duy trì khoảng cách an tồn với các xe phía trước.
Việc điều khiển dựa trên thơng tin cảm biến từ các cảm biến trên bo mạch. Các
hệ thống như vậy có thể sử dụng hệ thống radar, camera hay cảm biến siêu âm
gắn phía trước xe cho phép xe phanh khi phát hiện xe đang tiến đến xe khác
phía trước, sau đó tăng tốc khi giao thơng cho phép. Công nghệ ACC được
nhiều người coi là thành phần quan trọng của thế hệ ô tô thông minh trong
tương lai. Chúng tác động đến sự an toàn và thuận tiện của người lái xe cũng
như tăng khả năng lưu thơng trên đường bằng cách duy trì sự tách biệt tối ưu
giữa các phương tiện và giảm lỗi cho người lái xe. Xe có kiểm sốt hành trình
tự động được coi là xe tự hành Cấp 1, theo định nghĩa của SAE International.
Khi kết hợp với một tính năng hỗ trợ người lái khác, chẳng hạn như căn giữa
làn đường, chiếc xe được coi là xe tự hành Cấp 2.


13

2.2. Các định nghĩa

Hình 2.1. Mối quan hệ giữa các xe trong hệ thống ACC
Kiểm sốt hành trình thích ứng (ACC) là một cải tiến cho hệ thống kiểm
soát hành trình thơng thường cho phép xe ACC bám theo xe phía trước ở một
khoảng cách thích hợp.
Xe ACC (ACC vehicle) dùng để chỉ phương tiện chủ thể được trang bị hệ
thống ACC hay còn được gọi là xe theo sau, xe chủ.
Kiểm soát phanh chủ động (Active brake control) là một chức năng gây ra
ứng dụng của phanh mà không có tác dụng của bàn đạp phanh.
Khoảng cách (Clearance) là khoảng cách từ đi xe phía trước đến đầu
xe chủ thể.
Xe phía trước (Forward Vehicle) để chỉ bất kỳ một trong các phương tiện
phía trước di chuyển cùng chiều và đi trên cùng một phần đường với xe ACC.

Tốc độ cài đặt (Set speed) là tốc độ di chuyển của hệ thống kiểm sốt hành
trình mong muốn do người lái đặt và là tốc độ mong muốn tối đa của xe trong
khi điều khiển ACC.
Xe mục tiêu (Target Vehicle) chính là một trong những chiếc xe chuyển
động phía trước và gần xe chủ thể nhất.


14

Khoảng cách thời gian (Time gap) là khoảng thời gian giữa xe ACC và xe
mục tiêu. “Khoảng cách thời gian” liên quan đến 'khoảng cách' và tốc độ xe
bằng:
Khoảng cách thời gian = Khoảng cách hai xe / Tốc độ xe ACC.

Hình 2.2. Các trạng thái của hệ thống ACC
Các trạng thái của hệ thống ACC
Trạng thái tắt ACC - quyền truy cập trực tiếp vào trạng thái “ACC đang
hoạt động” bị tắt.
Trạng thái chờ ACC - hệ thống đã sẵn sàng để kích hoạt bởi trình điều
khiển.
Trạng thái hoạt động ACC - hệ thống ACC chủ động kiểm soát tốc độ của
xe.
Trạng thái kiểm soát tốc độ ACC - trạng thái cơ bản của trạng thái “ACC
hoạt động” trong đó khơng có phương tiện phía trước nào xuất hiện để hệ thống
ACC đang kiểm soát tốc độ của xe đến “tốc độ cài đặt” như thường thấy với
các hệ thống điều khiển hành trình thơng thường.
Trạng thái kiểm sốt khoảng cách thời gian ACC - một trạng thái cơ bản
của trạng thái “ACC hoạt động” trong đó khoảng thời gian, hoặc quãng đường,
giữa xe ACC và xe mục tiêu đang được điều khiển.
2.3. Cấu tạo vật lý

Mơ hình của ACC có thể được chia thành mơ hình cấp trên và mơ hình
cấp dưới. Mơ hình cấp trên bao gồm gia tốc là đầu vào và vị trí của xe là đầu


15

ra. Mơ hình cấp dưới có chân ga hoặc phanh làm đầu vào và gia tốc của xe làm
đầu ra. Mơ hình UL thể hiện khoảng cách giữa hai xe. Về cơ bản, nó được tính
tốn bằng cách sử dụng Khoảng cách thời gian khơng đổi (CTG). Vì chúng ta
đang xử lý các phương tiện giao thông di chuyển, nên Khoảng cách thời gian
thay đổi (VTG) được xem xét. Vì vậy, có nhiều thành phần khác nhau liên quan
để hình thành một thuật toán cho chuyển động của xe phù hợp với xe phía trước.
Những phần chính gồm Bộ điều khiển, Cảm biến và Giao thức truyền thông.
2.3.1. Mô-đun điều khiển hành trình thích ứng
Chức năng chính của mơ-đun điều khiển hành trình thích ứng là xử lý
thơng tin đến từ radar về sự hiện diện của mục tiêu và xác định mục tiêu chính
xác. Nếu hệ thống kiểm sốt hành trình có thể bao gồm cả cảm biến Radar và
Camera thì mơ-đun ACC sẽ xử lý và kết hợp thông tin từ cả hai cảm biến để
xác định mục tiêu chính xác. Nó cũng có trách nhiệm gửi thơng tin tương ứng
đến mô-đun điều khiển động cơ, mô-đun điều khiển phanh và các mơ-đun khác
để duy trì khoảng cách đã đặt của hệ thống kiểm sốt hành trình.
Bộ điều khiển dọc của xe ACC thường bao gồm hai bộ điều khiển riêng
biệt, bộ điều khiển cấp trên và cấp dưới. Như hình bên dưới:

Hình 2.3. Hệ thống điều khiển dọc của xe ACC


16

Luật kiểm sốt khoảng cách được thiết kế trong mơ hình bộ điều khiển

cấp trên của xe ACC trong đó quan hệ động học giữa khoảng cách và chênh
lệch tốc độ giữa hai xe với vận tốc và gia tốc của xe ACC được sử dụng để tính
tốn gia tốc mong muốn cho bộ điều khiển cấp dưới. Bộ điều khiển cấp dưới
sử dụng lệnh tăng tốc mong muốn này để tạo ra các lệnh phanh và ga cần thiết
cho xe ACC để theo dõi luật kiểm soát khoảng cách do bộ điều khiển cấp trên
tính tốn. Tín hiệu về chênh lệch khoảng cách được tạo ra do sự khác biệt trong
chuyển động dọc của xe trước và xe ACC được gửi trở lại bộ điều khiển cấp
trên, nơi tính gia tốc mong muốn cho bước thời gian tiếp theo.
2.3.2. Cụm thiết bị
Chức năng chính của bộ phận này là lấy đầu vào từ người lái xe bằng cách
sử dụng công tắc trên vô lăng hoặc các công tắc khác được hệ thống kiểm sốt
hành trình sử dụng và gửi thông tin đến mô-đun ACC và mô-đun điều khiển
động cơ để thông báo về thông tin đầu vào. BCM sử dụng giao thức truyền
thông như mạng kết nối nội bộ (LIN) để giao tiếp với các bộ chuyển mạch.
2.3.3. Mô-đun điều khiển động cơ
Chức năng chính của mơ-đun điều khiển động cơ là nhận tốc độ do tính
năng kiểm sốt hành trình chỉ huy sau đó điều chỉnh ga động cơ phù hợp để
thay đổi tốc độ xe. Mô-đun điều khiển động cơ lần lượt giao tiếp với các môđun khác như mô-đun điều khiển hộp số để thay đổi các bánh răng được điều
khiển để tăng hoặc giảm tốc độ.
Trong chế độ kiểm soát tốc độ, như trong hệ thống điều khiển hành trình,
người lái đặt tốc độ mong muốn của xe ACC và hệ thống điều khiển hoạt động
trên bướm ga để duy trì tốc độ mong muốn. Ở chế độ theo sau, góc mở bướm
ga được điều khiển bởi tín hiệu nhận được từ bộ điều khiển cấp dưới. Bộ điều
khiển cấp dưới xác định góc mở bướm ga mong muốn dựa trên các lệnh tăng
tốc mong muốn do bộ điều khiển cấp trên tính tốn. Người ta cho rằng người
lái xe vẫn luôn cần phải kiểm soát tay lái của xe khi xe ACC đang ở chế độ theo