MARMARA ÜNİVERSİTESİ · Şekil 2 [A] Sabit Hız Kontrol Sistemi için Donanım Blok Diyagramı [3]. 1-Direksiyon Kontrolü 2-Taşıt Hız Sinyali 3-Kavrama Pedalı Şalteri 4-Fren

MARMARA ÜNİVERSİTESİ TEKNOLOJİ FAKÜLTESİ

AKTİF EMNİYET SİSTEMLERİ Advanced Driver Assistance Systems

CC ve ACC

Yrd. Doç. Dr. Abdullah DEMİR

Advanced Driver Assistance Systems


SABİT HIZ KONTROL SİSTEMİ [CRUISE CONTROL SYSTEM - CC]

CC, taşıtın ayarlanan sabit bir hızda hareket etmesine olanak sağlayan sistemdir. CC sistemleri gaz kelebeği konumunu kontrol ederek taşıtın sabit bir hızda seyretmesini sağlar. Bu işlevi, kontrol elemanına bağlı olan bir kablo vasıtasıyla yapar. Gaz kelebeği, motora alınacak havanın miktarını sınırlamayla motorun gücünü ve

hızını kontrol eder. Bir çok otomobilde gaz kelebeğinin kontrolü için motor vakumuyla çalışan kontrol elemanları (actuator) kullanılır. Fren pedalına yada debriyaj pedalına basıldığında CC’yi devreden çıkaran bir şalter vardır.

http://sharkmobile.com/services/additional-services/

A

B

Şekil 1 [A] Gaz Pedalı ve Vakum Actuatorı Kablo Bağlantıları [2]

Şekil 1 [B] Gaz Kelebeğini Kontrol Eden Elektronik Kontrollü Vakum Actuatoru.

Şekil 2 [A] Sabit Hız Kontrol Sistemi

için Donanım Blok Diyagramı [3].

1-Direksiyon Kontrolü

2-Taşıt Hız Sinyali

3-Kavrama Pedalı Şalteri

4-Fren Pedal Şalteri

5-Vakum Valf Sinyal

Kontrolü

6-Vakum Actuatorı

7-Throttle Valfe Giden

Kablo

A

Şekil 2 [B] CC

Sisteminin Hız

Kontrolü Akış Şeması [2].

Şekil 3. Sa it Hız Ko trol Buto ları / Düğ eleri [ ].

Bu sistemde; istenen hız, direksiyon altındaki butonlarla

ayarlanabilmektedir. Şekil 3’de gösterildiği gibi sistem ON, OFF,

RESUME, SET ACCEL ve COAST butonlarından oluşmaktadır. Ayrıca sistemin altıncı kontrolörü frenlerdir.

ADAPTİF SABİT HIZ KONTROL SİSTEMİ - ACC ACC sistemleri; yukarıda açıkla a CC sistemine ek olarak, ö ü de seyreden

diğer araçları algılar ve ö deki araçla arada emniyetli bir mesafenin

ırakıl ası içi ara ı hızı ı ö deki ara ı hızı a göre düze leye bir

sistemdir. Bu a açla ö deki ara ı göre eli hızı ve aradaki mesafe sürekli ölçülür. Gerekli emniyet mesafesi araç hızı ile doğru ora tılı olarak değişir. Araç hızlı giderken mesafe fazla, yavaş giderken ise az ol alıdır. Şeridi oş olduğu

veya ö de giden ara ı daha hızlı seyrettiği durumlarda sistem CC ile ay ı şekilde çalışarak ara ı hedef hızda sabit hareketini sağlar; ancak ö de daha

ya aş giden bir araç algıla dığı da araç hızı da otomatik olarak düşürülür. Sistem; uzun yol sürü üleri i işi i çok kolaylaştır ası ve yorgu luğu u

azalt ası ı ötesi de, sollayan bir ara ı aniden taşıtı ö ü e geç esi, yola çıka ani engellerin algıla ası, sisli-puslu havalarda ö deki ara ı

emniyetli takibi gibi ani tepki verilmesi gereken durumlarda da aktif

güve liği artırı ı bir do a ı olarak görül ektedir. Yolcu otomobilleri

haricinde özellikle kamyon, oto üs gibi uzun yol araçları da da yaygı

olarak kulla ıl ası hedeflenmektedir. Bu sistem, 1999 yılı da itibaren lüks

taşıtlarda opsiyonel olarak kulla ıl aya aşla ıştır.

http://www.inautonews.com/new-safety-features-from-ford-collision-warning-adaptive-cruise-control-and-blis

ADAPTİF SABİT HIZ KONTROL SİSTEMİ - ACC (dvm.)

ACC sistemi ile şehir dışı trafikte gaz ve fren pedalı ı kullanmadan araç sür ek

ü kü ol aktadır. Araç; şerit oş olduğu süre e ayarlanan azami hızda

seyretmekte, ö de araç olduğu da ise onunla ay ı hızda ve emniyetli bir sürüş

mesafesi oluştura ak şekilde seyretmektedir. Şerit değiştirildiği deyse, otomatik

olarak taşıt hızla aktadır. Sistem; araç hızı ı kontrol ederken, elektronik gaz

kele eği ku a dası ve vites değiştir e gibi işlevleri dışı da, belli bir şiddette

frenleme de uygulayabilmektedir. Bu özellik ACC sistemini standart CC

sistemlerinden ayırır. ACC sistemi; radar, sapma [rotadan çık a], yanal ivmelenme, tekerlek hızı ve

yö le dir e açıları hakkı daki bilgileri se sörlerde alır. Şekil 4’de ACC

sisteminin temel çalış a şe ası gösteril iştir. Radar se sörü tampona

yerleştiril iştir ve ö deki şeritte bulunan taşıtı ta ı la ada kulla ılır. Motor

gü ü, taşıtlar arası da emniyetli sürüş mesafesini korumak içi sistem tarafı da

kontrol edilir. Eğer iki taşıt birbirine çok yaklaşa ak olursa sürü ü ya ikaz ışıkları ya da sesli olarak uyarılır.

NOTE: Laser-based systems require a clear field of vision for accurate range finding, so

the laser must be mounted in the grille or behind the windshield (which provides

additional protection against dirt and moisture). Radar-based systems, by comparison,

are more expensive, but can be mounted behind plastic bumper covers and are

unaffected by dirt or weather conditions.

Reading Text:

Distance sensor: The most important component in an ACC system is a sensor which measures the

distance, the relative speed and the relative position

of the preceding vehicles. Maximum performance is

achieved – even in poor weather conditions – with a

radar sensor. The radar sensor operates at a frequency of ... 77

GHz which was specially allocated for ACC. Three beams are emitted simultaneously for measurement

purposes. The beams reflected by the preceding

vehicles are analyzed regarding their propagation time, Doppler shift and amplitude ratio, and from these

factors the distance, relative speed, and relative

position are calculated.

Şekil ACC Siste i i Te el Çalış a Şe ası [ ].

ADAPTİF SABİT HIZ KONTROL SİSTEMİ - ACC (dvm.)

ACC sistemlerinde ö eleri özellikle Japon fir aları tarafı da lazer algılayıcılar

kulla ıl ışsa da, bunlarda görüle sorunlar nedeniyle sonradan radar se sörleri e

geçil iştir [Şekil 5]. Standart radar algılayı ıları, 76-77 GHz frekansa 3 mW çıkış gü ü e

ve 150 metrelik menzile sahiptir. 30 ile 180 km/h arası hızlarda çalışa ile bu tür radarlar,

ay ı anda 30 nesneyi algılaya il ektedir. Sinyal işle i, radardan gelen ya sı aları değerle direrek tü nesnelerin hız ve mesafelerini sürekli takip eder. Ö elik en

yakı daki nesneye verilir. Eğer nesne yaklaş aktaysa araç hızı, bu nesnenin hızı a

düşü eye kadar azaltılır. Daha sonra aradaki mesafe sabit kalacak şekilde hız ayarla ır. Son zamanlarda giderek yaygı laşa diğer bir metot ise Frekans Modülasyo lu “ürekli Dalga [FMCW] yö te idir. Bu sistemde; taşıyı ı dalga sürekli olup, freka sı testere dişi sinyali ile odüle edilir. Giden ve ya sıya sinyaller arası daki frekans farkı zamana,

dolayısıyla mesafeye ağlı ola aktır. Böyle e her iki sinyalin belli ölçüde çakıştırıl asıyla

elde edilecek fark sinyalinin freka sı araçlar arası daki mesafeye, frekans değişi i ise

ağıl hıza karşılık gelmektedir.

Radar, sadece kendi şeridi de giden araçları izleyebilmektedir. Bunu, dar ışı açılı [8º] se sörlerle düz bir yolda sağla ak kolaydır. Ancak sistemin virajlarda da etkin

çalışa il esi içi nesnelere kilitlenerek o ları hareketlerini izlemesi gerekmektedir.

Bunun içi ise nesnenin açı bilgisine ihtiyaç duyulur. Açı ı ölçü ü içi iki yö te

yaygı dır.

ADAPTİF SABİT HIZ KONTROL SİSTEMİ [ACC] (dvm.)

1. Tara alı Radarla Anten Yö te i: Bu yö te de; anten, titreşi li bir motora ağlıdır

ve saniyede on kez belli bir açıyı tarar. Algıla a nesne, o anki anten açısıyla eşleştirilir. 2. Stereoskopik Yö te : Bu yö te de ise iki anten kulla ılır. Tam karşıdaki nesnelerin

ya sı ası her iki antene ay ı gecikmeyle gelirken, açılı nesnelerde antenlere ulaşa ak

ekoları gecikmesi farklı ola aktır. Sayısal sinyal işle e [DSP] birimi, direksiyon konum

algılayı ısı da gelen direksiyon açısı bilgisi ile, algıla a nesnenin uzaklık ve açı bilgilerini karşılaştırarak nesnenin ulu duğu şeride karar verir.

Gü ü üz teknolojisi, ancak otoyollar ve keskin olmayan virajlar içi doğru şerit seçi i e

imkan vermektedir. Araç; çe resi i algılaya se sörlerdeki geliş eler sonucunda, kendi

çe resi i ta ıya ile ve buna göre tepki veren araçları tasarla ası fikri ağırlık

kaza ıştır. Akıllı Dur-Kalk Hız Sabitleyicisi, işle i i çok düşük hızlarda da sürdüre il ektedir. Yakı

mesafenin algıla ası içi ge iş açılı [100º] 24 GHz kısa menzil [20 m] radar veya

kızılötesi [IR] dedektör kulla ıl aktadır. Bu alanda yeni geliştirile araçlarda; çe resi i algıla a sisteminde, orta mesafenin algıla ası içi video kamera [CCD] ve görü tü işle

birimi kulla ıl aktadır. Video kamera kulla ı ı nesnelerin ta ı la ası ı ve radar

se sörleri de gelen bilgiyle de karşılaştırarak doğru karar vermeyi kolaylaştır aktadır. Bu sistemle ara ı şehir içi dur-kalk trafiği de kendi kendine hareket etmesi ü kü hale

gelmektedir. Böyle e sürü üye, pedallardan kurtularak, can sıkı ı şehir trafiği de etrafı ı seyredebilme i ka ı sağla aktadır.

Şekil Lazer Radar Se sörü ü Ö deki Taşıtı Algıla ası [ ].

1. Lazer Radar

2. Ku a da / İşlet e Buto ları 3. Ko trolör

4. Motor ve Vites Kutusu

ACC SİSTEMİNİN MOTORA MÜDAHALESİ: Hız kontrolü, bir elektronik motor

güç yönetim sistemi gerektirir. Böyle bir sistem; taşıtın arzulanan hıza

çıkmasına olanak verir yada eğer bir engel algılanırsa, otomatik olarak gaz

kelebeğini kapamayla taşıtın hızını keser [4].

ACC SİSTEMİNİN AKTİF FREN MÜDAHALESİ: Yapılan deneyler; gaz

kelebeği müdahalesinin, tek başına taşıtın yavaşlamasını yeterince

sağlayamadığını göstermiştir. ACC sistemi sadece yumuşak fren müdahalesine

izin verir [5,6]. Bundan dolayı, önde yavaş hareket etmekte olan bir taşıtın ani

olarak şerit değiştirmesi gibi engellerin vuku bulmasında acil frenleme mümkün olamamaktadır. Sistem; frenlerin bloke olmasını önleyici sistemle [anti-lock brake system-

ABS], çekiş kontrol sistemiyle [Traction control system - TCS] ve taşıt stabilitesini iyileştirme sistemiyle [vehicle stability enhancement - VSE]

koordineli olarak ideal frenleme performansı sağlar. Sürücünün fren pedalı üzerinde etkisi olmaksızın otomatik frenleme temin eder. ABS kontrolörü, modülatördeki motorun merkez silindirinden fren hidroliğini selenoid valfler

vasıtasıyla tekerlek frenleme hatlarına pompalaması sinyalini gönderir. Neticede düzgün ve sessiz bir şekilde taşıtın hızı azaltılır. ACC’li otomatik

frenleme; tekerlek fren merkezleri ve izolasyon valfleri arasındaki hidrolik

akışkanı ayarlamakta, değişken izolasyonlu valflerden [variable insulation

valve - VIV] yararlanır [6].

ACC SİSTEMİNİN AKTİF FREN MÜDAHALESİ (dvm.): VIV teknolojisi, aşırı derecede düşük

ası ç atı lı selenoid valfin delikleri arası da frenleme akışka ı ı kıs a fonksiyonunu icra

eder. VIV, akışka akışı a ora tılı olarak uygulanan voltajla cazip bir alternatif sunmakta ve

ugü kü e düstriyel pazarlarda mevcut olan geleneksel ON / OFF tarzı selenoid valflerin

sı ırla aları ı üstesi de gelmektedir.

Taşıttaki ACC sistemi üç durumda devre dışı kalır. Bunlar;

1. “ürücü Frene Bastığı da: ACC devre dışı kalır. 2. “ürücü Taşıtı Hızı ı Arttırdığı da: ACC aktif kalır; fakat sistem, eğer yeni bir seyir hızı

ayarlanmazsa sürü ü gazı keser kesmez taşıt daha ö e ayarlanan hıza dö er. 3. Ö deki Engeli Algıla a/“apta a Sistemi [Forward Obstacle Detection System]:

Sistem, ö ü deki şeritte daha yavaş seyreden bir taşıtı algıladığı da devreden çıkar.

ACC’ i taşıtı frenlemesi içi hız kesme ko trolü; ABS odülatörü, kontrol ele a lı frenleme uygula ası [brake-by wire] yada akıllı ası ç arttırı ıyla [smart booster] yapılır. Akıllı ası ç arttırı ı kullanmayla hız kesme ko trolü de; ası ç arttırı ı içi deki vakumun

ayarla ası ve hava akış valfini kontrol etmesiyle yapılır. Son kontrol ele a ları a sahip bir

frenleme uygula ası daki hız kesme ko trolü; tekerleklere frenleme uygulayan her bir

tekerlekteki son kontrol ele a ı a frenleme sinyali gö der eyle yapılır. ABS odülatörü

kullanmayla hız kesme ko trolü deyse; odülatördeki selenoid valflerle, tekerlek ası ı ayarla ır. Hız kesme ko trolü de kulla ıla odülatörler genellikle VIV teknolojisinden

yararla ılarak üretilir. Bu teknoloji düzgü ve sessiz bir ya aşla a sağlar. Ayrı a taşıtı

negatif ivmelenmesine ağlı olarak direksiyonda ve taşıtı gö desi de oluşa titreşi leri minimize etmektedir.

Dur Kalk İşlevli Aktif Cruise Control

Dur & Kalk işle li aktif cruise control, gerektiği de hızı sıfıra kadar düşürerek, ara ı ızı ö deki araçta

ö ede ta ı la ış mesafe kadar geride kal ası ı sağlar. Trafik yeniden hareket ettiği de sistem

ara ı ızı hızla dırarak, ü kü se tercih ettiği iz seyir hızı a ulaştırır. Dur & Kalk işle li aktif cruise o trol’ü (ACC) ö elikle otobanlarda bir sürü ü destek sistemi olarak

hizmet gör esi a açla ıştır. 150 metreye kadar menzili olan üç radar algılayı ı ö ü üzdeki yolu

sürekli olarak tarar. Şeridi izde sizden daha ya aş seyreden bir araca yaklaştıkça sistem, motor kontrol

birimini gü ü düşüre ek ve gerekirse fren yapacak şekilde yö le direrek, ö deki araçta ö ede

ta ı la ış mesafe kadar geride kal a ızı sağlar. Eğer ö deki araç durursa, dur & kalk işle li ACC

ara ı ızı da tamamen durdurur. Ö deki araç yeniden hareket ettiği de veya şerit değiştirdiği de, dur

& kalk işle li ACC motor gü ü ü artırır ve ü kü olduğu da ara ı ızı hızı ı tercih ettiği iz seyir

hızı a kadar yükseltir. Eğer durma süresi üç saniyeden uzun olursa, dur & kalk işle li ACC, ara ı

yeniden harekete geç esi içi hafifçe gaz pedalı a ya da ACC düğ esi e as a ızı gerektirir. Eğer

durma süresi üç saniyeden kısa ise hızla a otomatiktir. Dört adede kadar farklı seyir hızı ö ede

ta ı la a ilir ve bunlar bir tuşa asılarak aktifleştirile ilir. En düşük seyir hızı 30 km/h; azami seyir hızı 180 k /h’dir. Ö deki araç ile ara ızdaki mesafe metre yerine saniyeler ile ölçülür. Bu sayede seyahat ettiği iz hıza

ağlı olarak yeterli tepki süre izi ol ası sağla ır. Dur & Kalk işle li ACC, sürüşü daha rahat ve gü e li bir hale getirir. Gerekli olduğu takdirde virajlarda, DSC ve navigasyon sisteminden alı a verileri

kullanarak gü e li bir hız hesaplar ve hızı ızı ayarlar. Çok şeritli yollarda sistem, ulu duğu uz şeritte

ve ko şu şeritlerde bulunan araçları ayırt edebilir. Dur & Kalk işle li ACC, herhangi bir zamanda gaz

veya fren pedalı a asılarak devre dışı ırakıla ilir ve hızı ızı ko trolü ü tü üyle size ırakır. Dur &

Kalk işle li Aktif Cruise Control bir otomatik pilot değildir. Eğer ö ü üzdeki araç ani ve sert bir fren

yaparsa veya sistem kritik bir durum algılarsa, sürü üyü sesli ve optik uyarılar ile ikaz eder. Her

durumda Dur & Kalk işle li ACC, yoğu trafikte araç kulla ayı çok daha az yorucu bir hale getirir. Kaynak: “BMW.com.tr” web sitesi, BMW Teknoloji Rehberi (Erişim Tarihi: 03/04/2014).

Özetle… Hız Kontrol Sistemi (Cruise Control System – CCS), özellikle şehirlerarası trafikte, ara ı

sabit bir hızda seyrini ü kü kıla bir yardı ı sistemdir. Trafiği yoğu ol adığı otoyol

vb. yollarda sürü ü, izin verilen azami hızı geç e ek içi bir gözü hız göstergesi de, sürekli olarak araç hızı ı sabit tutmaya çalış aktadır. Özellikle yol eği i i değiş esiyle

hızı düzelt ek içi gaz pedalı a üdahale ihtiya ı duy aktadır. Hız kontrol sistemi, sürü üyü bu zahmetten kurtarmak a a ıyla tasarla ıştır. Bu sistem

sayesinde sürü ü, hem hız göstergesi i sürekli kontrol etmekten kurtularak yola daha

fazla konsantre olabilecek, hem de ayağı ı gaz pedalı da tamamen çekerek daha rahat

bir sürüş i ka ı kaza a aktır.

Akıllı Hız Sabitleme Sistemi (Adaptive Cruise Control – ACC), CC sisteminin geliş işidir. Akıllı Hız Sabitlemenin hedefi, ö deki araçla arada emniyetli bir mesafenin ırakıl asıdır. Bu a açla ö deki ara ı göre eli hızı ve aradaki mesafe sürekli ölçülür. Gerekli emniyet

mesafesi araç hızı ile doğru ora tılıdır; araç hızlı giderken mesafe fazla, ya aş giderken ise

az ol alıdır. Genel kabul göre kural, her 10 km/h hız içi 5 metre mesafenin

koru asıdır ki bu da araçlar arası da yaklaşık 2 saniyelik süre ulu ası a la ı a gelir.

Yani araç hızda ağı sız olarak 2 saniye içi de ö deki araca yetiş elidir. Sistem bu

süre i sürü ü tarafı da değiştiril esi e de olanak sağla aktadır. / Ref: Otoguncel

Active Cruise Control Trafiğin yoğun olduğu otobanlarda araç kullanmak Aktif Cruise Control ile çok daha

rahattır. Aktif Cruise Control, mümkün olduğunda, aracınızı şeridinizde önünüzdeki araçtan önceden tanımlanmış mesafe kadar geride tutar. Aracın ön tarafındaki radar

algılayıcı önünüzdeki yolu sürekli olarak tarar. Aracınız daha yavaş seyreden bir araca

yaklaştıkça, Aktif Cruise Control otomatik olarak motor gücünü düşürerek hafifçe fren yapar ve aracınızı öndeki araçtan önceden tanımlanmış mesafe kadar geride tutar. Bu

mesafe metre olarak değil saniye olarak ayarlanır, böylelikle mevcut hızınıza bağlı olarak güvenli bir tepki süresi her zaman korunmuş olur. Şerit boşaldığında, Aktif Cruise

Control otomatik olarak aracın hızını tercih ettiğiniz seyir hızına kadar artırır. Dört adede

kadar farklı seyir hızını önceden programlamak mümkündür. Gaz veya fren pedalına bir kez dokunarak, sistemi devre dışı bıraklılabilir. Aktif Cruise Control, virajlarda Dinamik Denge Kontrolü ve navigasyon

sisteminden aldığı veriler ile seyir hızının ayarlanmasının gerekip gerekmediğini hesaplar ve radar alanındaki araçların aynı şeritte mi yoksa komşu şeritte mi

olduğunu belirler. Yüksek performanslı radar algılayıcılar soğuk havalarda ısıtılarak, yılın her döneminde kullanılabilmesi sağlanır. Sistemin bir otomatik pilot gibi hizmet görmesi amaçlanmamıştır; bu hız aralığının

dışında ve ani hız kesme gerekli olduğunda sürücü bir uyarı sesi ve görsel mesaj ile

uyarılır. Önce ikaz sinyali verilir ardından gösterge tablosunda veya Control Display’de

kırmızı renkli otomobil sembolü biçiminde güçlü bir uyarı verilir. Aynı zamanda fren balataları ve diskler arasındaki mesafe sürücünün ani fren yapma gerekliliği düşünülerek

azaltılır.

Kaynak: “BMW.com.tr” web sitesi, BMW Teknoloji Rehberi (Erişim Tarihi: 03/04/2014).

Adaptive Cruise Control (ACC) The basic function of Adaptive Cruise Control relies on the conventional

cruise control system (vehicle-speed controller), which maintains a desired

speed specified by the driver. In addition, ACC can adapt vehicle speed to

changing traffic conditions by means of automatic acceleration, deceleration

or braking. This system thus maintains the vehicle's distance to the vehicle

driving in front as a function of road speed.

Distance sensor: The most important component in an ACC system is a

sensor which measures the distance, the relative speed and the relative

position of the preceding vehicles. Maximum performance is achieved – even

in poor weather conditions – with a radar sensor.

The radar sensor operates at a frequency of ... 77 GHz which was specially

allocated for ACC. Three beams are emitted simultaneously for measurement

purposes. The beams reflected by the preceding vehicles are analyzed

regarding their propagation time, Doppler shift and amplitude ratio, and from

these factors the distance, relative speed, and relative position are

calculated.

Course Setting

To ensure reliable ACC operation, no matter what the situation – e.g. also on

curves/bends – it is essential that the preceding vehicles are allocated to the

correct lane(s). For this purpose, the information from the ESP sensor system (yaw

rate, steering-wheel angle, wheel speeds and lateral acceleration) is evaluated

with regard to the ACC-equipped vehicle's actual curve status. Further information

on the traffic flow is obtained from the radar signals.

Video imaging and navigation systems are also being considered for future

assistance in defining the courses taken by the vehicles.

Active brake intervention

Experience has shown that deceleration by means of throttle closing is not

sufficient for ACC operation. Only the inclusion of brake intervention makes it

possible for longer follow-on control operations with ACC without the need for

frequent driver interventions. ESP provides the possibility of braking without driver

intervention. ACC permits only "soft" brake interventions. Emergency braking due

to the sudden appearance of obstacles (e.g. the slow-moving vehicle in front

suddenly changing its lane) is therefore not possible.

http://www.tomorrowstechnician.com/Article/72504/staying_active_with_vehicle_electronics_technology.aspx

Adaptive Cruise Control Though most people think cruise control is more of a convenience option than a

safety feature, next generation adaptive cruise control systems are combining both.

Conventional cruise control systems simply maintain a preset speed. The driver

presses a button to set the speed, and a servo or actuator on the throttle linkage

maintains that speed until the driver steps on the brake, changes the speed setting

up or down, or disengages the cruise control.

Adaptive cruise control (ACC), by comparison, is a s art system that actively

maintains a preset distance between vehicles rather than a preset speed. A laser or

radar range finder sensor in the front of the vehicle measures the distance to the

vehicle ahead. The driver then selects a distance that suits the driving conditions, and

the system automatically maintains that distance as traffic speeds up and slows

down. This makes adaptive cruise control much better than conventional cruise

control for driving in heavy traffic, and it reduces the risk of rear ending another

vehicle if the driver is ’t paying attention.

Laser-based systems require a clear field of vision for accurate range finding, so the

laser must be mounted in the grille or behind the windshield (which provides

additional protection against dirt and moisture). Radar-based systems, by

comparison, are more expensive, but can be mounted behind plastic bumper covers

and are unaffected by dirt or weather conditions.


Adaptive Cruise Control (cont.)

The adaptive cruise control module (which may be its own separate module or

integrated into the body control module) interacts not only with the throttle, but

also the brake system to speed up or slow down the vehicle as needed. This

requires a lot of two-way communication, data sharing and feedback via the

vehicle’s controller area network system. The active cruise control module needs

inputs from its range finder sensor as well as vehicle speed, throttle position and

braking status so it can calculate and maintain the proper following distance.

Consequently, if there are any communication faults on the CAN bus, or the

vehicle has lost input from a key sensor such as the laser or radar range finder,

the vehicle speed sensor or throttle position sensor, the system a ’t function.

The same is true if it a ’t communicate with the throttle control system and

brakes to regulate vehicle speed. Any of these faults should set one or more

codes and make adaptive cruise control unavailable until the problem has been

diagnosed and repaired.

Diagnostics currently require a factory scan tool and software to run system self-

tests and to check the range fi der’s inputs. Replacement modules and range

sensors are currently dealer-only parts, but that will likely change as time goes

on and these systems become more common.

Tourneo Courier (C4A), ET7J-19A321-AWA (CG3606trTUR) trTUR, Edition date: 02/2014

Hız kontrol sistemi, ayağı ızı gaz

pedalı üzeri de tutmadan

ayarla ış hızı koru a ızı sağlar. Hız kontrol sistemini ara ı ızı hızı 30 km/h üzeri de olduğu da

kullanabilirsiniz.

ÖRNEK: 2014 Model Tourneo Courier







RADAR VE LAZER SENSÖR


Single sensor, single function

Kaynak: Jan Becker, ME302 - Driver Assistance and Automated Driving Lecture, Driver Assistance Technology, Stanford University, 01/27/2014


Single sensor, dual function


Example current generation radar sensors

Multiple sensors, dual function Forward Collision Warning (FCW)


Architecture


Haptic: dokunma/temas duyusu ile ilgili

Environment Perception




Reflectivity of selected objects





1. Detection

2. Processing



3. Environment representaion



4. Function specific environment description



Sensors – Radar – Lidar – Computer Vision Radar

Lidar: Işıklı radar

Radar


Radar Equation

Radar


Radar Equation

Radar


Radar


Radar


Radar


Radar


Radar


Radar


Radar


Angular Measurement

Radar


1974

1981

Radar


Continental ARS 300 Long Range Radar 77 GHz

Radar


Vehicle Integration

Radar


Vehicle Integration

Radar


LRR3: ECU Board and RF Module

source: Bosch

Radar


Adaptive Cruise Control

www.youtube.com/watch?v=own_VaRZ9M8

Predictive Emergency Braking

www.youtube.com/watch?v=fhLzFt EYPY

«Lidar» nedir?

• A detection system which

works on the principle of

radar, but uses light from a

laser

• (acronym for Laser Imaging

Detection and Ranging) a

method of detecting distant

objects and determining

their position, velocity, or

other characteristics by

analysis of pulsed laser light

reflected from their

surfaces.

Işıklı radar

Lidar


Kaynak: Seslisozluk

Lidar


Predictive Emergency Braking



ÖRNEK UYGULAMALAR

Design of Adaptive Cruise Control System - A Time-critical Data Driven Approach

by

Neera Sharma

(03305402)

under the guidance of

Prof. Krithi Ramamritham

Motivation

• Intelligent automotive applications require

efficient management of time-sensitive data.

• Existing approaches for ACC design

– Control theory based

– Ad hoc data management

• Systematic data management could improve the

efficiency of control theory driven approaches.

• We propose a model for designing a real-time

data repository for ACC.

Outline

• Introduction to ACC

• Functional Model

• Data Management in ACC

– Real-time repository model

• Task scheduling in the model

– Used techniques and performance results

• Mode Change Behavior of ACC

– Issues in mode change design

Adaptive Cruise Control

• ACC

– Controls vehicle speed to maintain a safe distance

from leading vehicle, automatically.

– Detects lead vehicle using sensors.

– Adjusts speed based on the velocity and distance

from detected vehicle.

– Increases safety and driver comfort.

– Next step towards fully autonomous vehicles.

How ACC works?

– Radar sensor detects lead obstacle and returns its

velocity and separation from ACC host.

– Controller unit calculates required safe-distance and

desired velocity.

– Cruise controller regulates the host speed to the

desired speed using throttling and braking.

Radar Sensor Unit

Controller Unit

User Interface

Distance & velocity of obstacle

Accelerate/ decelerate

Preset speed

Cruise control Interface / braking

Calculating Safe-Distance

• Two kinds of policies: static & dynamic

• We calculate safe distance as a function of relative velocity

(dynamic)[5].

Sd = Sm + Sa

Sm = minimum separation , Sa = additional gap for safety

Human interaction time For automatic system delay of sensors

Max deceleration

J_max

T

T+t_1 T+t_1+t_f

t_0

- A_max

Velocity is zero here

Current acceleration

a

State Diagram of the System

OFF ON no vehicle ahead

/resume

decelerating with feedback

vehicle_sensed() = false

vehicle_sensed() = true / get_val() vehicle_sensed() = true /get_val()

speed>30

/switch on

cur_

sp <

cru

ise_

sp

accelerating with feedback

cur_

sp =

cru

ise_

sp

a > 0 a < 0

ACC off

vehicle_sensed() = false emergency state

vehicle ahead

cal a

Real-Time Data Repository Design

for ACC

Design Concerns • Data Freshness

– Values in repository

• obtained from sensors

• reflect the latest values of vehicle parameters.

– Freshness of a data is defined

• In time domain : update periodically

current time – TS(d ) <= VI(d )

• In value domain : update if

|d(t) – d t’ | <= d

• Temporal characteristics of tasks are derived from the properties of data.

Hierarchical ACC Controller

From speed

sensors

From radar

sensor

Upper-level controller

Lower-level controller

R1 R2

Current status

Stable store

Log current status

Raw data-items

Base data-items

safe_dist

host_v

lead_v

separation

Derived data-items

Sensor parameters

Controller constants

To actuators

Update R2

store desired velocity

Read sensor values

`

calculate safe_dist

Read R2

Real-Time Data Repository for ACC

On

demand

update

Why Two-level Data Store?

• Controller decisions change when there are significant changes repository1.

• Repository2 is updated only when difference in the values crosses a threshold value (on-demand update).

• Two level data store minimizes contention.

• OD updates reduces unnecessary updates in the system

Design for a Chain of Vehicles

• A chain of ACC vehicles should be stable.

– spacing errors does not increase from head to tail

traversal of the chain : String Stability

– for chain of vehicles

i = (xi-1 - xi) – Di (Range Error )

Ri = vi-1 – vi (Range Rate Error )

Di : is desired separation, vi : velocity of ith vehicle and,

(xi-1 – xi ) : current inter-vehicle separation

– A uniform vehicle string is string stable if -

|| i+1|| <= || i ||

Upper-level Controller

• Calculates desired speed .

• We use UTMRI algorithm[4] to determine the desired speed

Vi,des = vi-1 + i /T0 + c. Ri

Vi,des : desired velocity,

vi-1 : velocity of leading vehicle

T0 and c are constants.

Lower Level Controller

• Modelled as first order linear system.

• Determines the throttle & brake actuator commands to track

the desired velocity using [4].

τ . vcurr + vcurr = vdes

• Using proportional control law desired velocity is mapped to

required throttle position using-

α t = Kp (vcurr - vdes)

αdes α v0 LLC A P

v

-

From

ULC

Tasks in the Model

• Sensor reading tasks :

– periodic with known computation time.

• On-demand update tasks (Update R2 + Read R2):

– aperiodic with known minimum inter-arrival time and worst case computation time.

• Low-level Controller Tasks :

– periodic with known computation time.

• Other Tasks : (logging, lane monitoring, road condition etc):

– Periodic with known computation time.

• Periodic tasks are scheduled using EDF.

Hierarchical ACC Controller

From speed

sensors

From radar

sensor

Upper-level controller

Lower-level controller

R1 R2

Current status

Stable store

Log current status

Raw data-items

Base data-items

safe_dist

host_v

lead_v

separation

Derived data-items

Sensor parameters

Controller constants

To actuators

Update R2

store desired velocity

Read sensor values

`

calculate safe_dist

Read R2

Real-Time Data Repository for ACC

On

demand

update

How to Schedule Aperiodic OD

tasks?

• OD tasks need predictable service guarantees.

• Bandwidth Reservation Techniques:

– Reserve a share of CPU bandwidth.

• Constant Bandwidth Server(CBS):

– S = (C, T, B), characterized by maximum capacity(C),

period(T) and bandwidth(B=C/T).

– Task can execute for time C within period T.

– Provides hard-real ti e guara tees if task’s orst ase parameters are known.

Adaptive CBS Technique

• Adapts required bandwidth for a task using error correction mechanism.

• T is equal to the period of sensor reading task.

• CBS scheduling error is calculated as:

• CBS bandwidth is adjusted using capacity correction:

= CBS deadli e – task deadline

C = ( / Ts )* cs

Simulator Setup

• We simulate the model on RTLinux kernel.

– Threads communicate using shared memory.

• For CBS :

– We use application level CBS patch on RTLinux.

– Modify it for automatic bandwidth adaptation.

Simulations Results

Reserved Bandwidth CBS Scheduling Error

•Reserved bandwidth converges to value 0.001

•Corresponding CBS scheduling error reduces to 0 after few steps.

Mode Change Behavior of the

System

• Response requirement of ACC vehicle change

with the change in relative velocity and

separation between host and ACC vehicle.

• We design ACC with three modes of operations :

active, non-critical and critical.

• In mode change task set and frequencies of tasks

change.

• We assume that a task set is known for each of

the three modes.

Preliminary experiments for Mode Change

• We assume that controller operates with frequency

50Hz : in active mode

70Hz : non-critical mode

100Hz : critical mode

and choose corresponding values for sampling time(T) and time constant(τ) for each mode.

• Conditions for mode change: – From active to non-critical

• an obstacle is detected within a predefined range.

- From non-critical to critical

- the difference between desired speed and current speed is greater than a threshold.

Simulations : Without Mode Change

Sudden decrease in separation, because the host vehicle

decreases slowly.

Simulations : With Mode Change

Host velocity fluctuates due to frequent mode change.

r1

r2

r3 r4

Simulation : Avoiding Frequent Mode Change

Frequent mode change is avoided by forcing the system to

stay in one mode for a minimum time

Enhancement to the Mode Change Scheme

• Choose task set for each mode at run time using service level controller, admission controller and feedback.

– Service level controller : controls workload inside the system.

– Admission controller : admits new tasks in the system.

Conclusions and Future Work

• Systematic approach for handling time-sensitive ACC data improves the

performance.

• Use of on-demand update scheme reduces the no of updates.

• Adaptive bandwidth server technique provide service guarantees to aperiodic

tasks.

• There is a need for ACC design with multiple operational modes.

• A principled approach for choosing no. of modes and deriving conditions for

mode change is required.

References 1. Thomas Gustafsson and Jorgen Hansson. Dynamic On-Demand Updating of Data in Real- Time Database

Systems. In SAC'04: Proceedings of the 2004 ACM symposium on Applied computing, pages 846-853. ACM

Press, 2004.

2. K. Ramamritham; Sang H. Son; L.C. DiPippo. Real-Time Database and Data Services. In Real Time Systems:

p.179-216. Kluwer Academic Publishers, 2004.

3. D. Nystrom, A. Tesanovic, C. Norstrom, J. Hansson, and N-E. Bankestad. Data Management Issues in Vehicle

Control Systems: a Case Study. In Proceedings of the 14th Euromicro International Conference on Real-Time

Systems, pages 249-256, Vienna, Austria, June 2002.

4. Zhou J.; Peng H. String Stability Conditions of Adaptive Cruise Control Algorithms. 1st IFAC Symposium on

Advances in Automotive Control, April Italy, 2004.

5. C. C. Chien; P. A. Ioannou. Autonomous Intelligent Cruise Control. IEEE Trans. On Vehicular Technology,

42(4):657-672, Nov. 1993.

6. T.W. Kuo; A. K. Mok. Real-time Data Semantics and Similarity-Based Concurrency Control. IEEE Trans. on

Computers, 49(11):1241-1254, Nov. 2000.

7. Thomas Gustafsson; Jorgen Hansson. Data Management in Real-Time Systems: a Case of On-Demand Updates

in Vehicle Control Systems. 10th IEEE Real-Time and Embedded Technology and Applications Symposium (RTAS'04), page 182, May 25-28, 2004

8. Jing Zhou; Huei Peng. Range Policy of Adaptive Cruise Control for Improved Flow Stability and String Stability.

IEEE International Conference on IEEE Trans. on Networking, Sensing and Control, 4:595-600, March, 21-23

2004.

9. C. L u; J. Stankovic; G. Tao; S. Son. Feedback Control Real-Time Scheduling: Framework, Modeling and

Algorithms. special issue of Real-Time Systems Journal on Control-Theoretic Approaches to Real-Time

Computing,, 23(1/2):85-126, July/September 2002.

EK – DALGA BOYLARI

Wavelength Relevant for Environment Sensors

en.wikipedia.org

http://en.wikipedia.org/wiki/Electromagnetic_spectrum


www.lbl.gov

http://www.lbl.gov/MicroWorlds/ALSTool/EMSpec/EMSpec2.html


mynasadata.larc.nasa.gov

http://mynasadata.larc.nasa.gov/science-processes/electromagnetic-diagram/

MARMARA ÜNİVERSİTESİ · Şekil 2 [A] Sabit Hız Kontrol Sistemi için Donanım Blok Diyagramı [3]. 1-Direksiyon Kontrolü 2-Taşıt Hız Sinyali 3-Kavrama Pedalı Şalteri 4-Fren

Documents