MARMARA ÜNİVERSİTESİ TEKNOLOJİ FAKÜLTESİ

Transkript

1 Yrd. Doç. Dr. Abdullah DEMİR MARMARA ÜNİVERSİTESİ TEKNOLOJİ FAKÜLTESİ AKTİF EMNİYET SİSTEMLERİ Advanced Driver Assistance Systems CC ve ACC

2 Advanced Driver Assistance Systems

3 Advanced Driver Assistance Systems

4 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.

5 Şekil 1 [B] Gaz Kelebeğini Kontrol Eden Elektronik Kontrollü Vakum Actuatoru. B A Şekil 1 [A] Gaz Pedalı ve Vakum Actuatorı Kablo Bağlantıları [2]

6 A 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 Şekil 2 [B] CC Sisteminin Hız Kontrolü Akış Şeması [2].

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

8 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.

9

10 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.

11 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 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.

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

13 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, 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.

14 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.

15 1. Lazer Radar 2. Ku a da / İşlet e Buto ları 3. Ko trolör 4. Motor ve Vites Kutusu Şekil Lazer Radar Se sörü ü Ö deki Taşıtı Algıla ası [ ].

16 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].

17 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.

18 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).

19 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

20 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).

21 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 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.

22 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.

23 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.

24 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 selftests 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.

25 Tourneo Courier (C4A), ET7J-19A321-AWA (CG3606trTUR) trtur, Edition date: 02/2014 ÖRNEK: 2014 Model Tourneo Courier 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.

26 ÖRNEK: 2014 Model Tourneo Courier Tourneo Courier (C4A), ET7J-19A321-AWA (CG3606trTUR) trtur, Edition date: 02/2014

27 ÖRNEK: 2014 Model Tourneo Courier Tourneo Courier (C4A), ET7J-19A321-AWA (CG3606trTUR) trtur, Edition date: 02/2014

28 ÖRNEK: 2014 Model Tourneo Courier Tourneo Courier (C4A), ET7J-19A321-AWA (CG3606trTUR) trtur, Edition date: 02/2014

29 RADAR VE LAZER SENSÖR

30 Advanced Driver Assistance Systems Single sensor, single function Kaynak: Jan Becker, ME302 - Driver Assistance and Automated Driving Lecture, Driver Assistance Technology, Stanford University, 01/27/2014

31 Advanced Driver Assistance Systems Single sensor, dual function Example current generation radar sensors Multiple sensors, dual function Forward Collision Warning (FCW) Kaynak: Jan Becker, ME302 - Driver Assistance and Automated Driving Lecture, Driver Assistance Technology, Stanford University, 01/27/2014

32 Advanced Driver Assistance Systems Architecture Haptic: dokunma/temas duyusu ile ilgili Kaynak: Jan Becker, ME302 - Driver Assistance and Automated Driving Lecture, Driver Assistance Technology, Stanford University, 01/27/2014

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

34 Environment Perception Reflectivity of selected objects Kaynak: Jan Becker, ME302 - Driver Assistance and Automated Driving Lecture, Driver Assistance Technology, Stanford University, 01/27/2014

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

36 1. Detection Environment Perception 2. Processing Kaynak: Jan Becker, ME302 - Driver Assistance and Automated Driving Lecture, Driver Assistance Technology, Stanford University, 01/27/2014

37 Environment Perception 3. Environment representaion Kaynak: Jan Becker, ME302 - Driver Assistance and Automated Driving Lecture, Driver Assistance Technology, Stanford University, 01/27/2014

38 Environment Perception 4. Function specific environment description Kaynak: Jan Becker, ME302 - Driver Assistance and Automated Driving Lecture, Driver Assistance Technology, Stanford University, 01/27/2014

39 Environment Perception Sensors Radar Lidar Computer Vision Radar Lidar: Işıklı radar Kaynak: Jan Becker, ME302 - Driver Assistance and Automated Driving Lecture, Driver Assistance Technology, Stanford University, 01/27/2014

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

50 1974 Radar 1981 Kaynak: Jan Becker, ME302 - Driver Assistance and Automated Driving Lecture, Driver Assistance Technology, Stanford University, 01/27/2014

51 Radar Continental ARS 300 Long Range Radar 77 GHz Kaynak: Jan Becker, ME302 - Driver Assistance and Automated Driving Lecture, Driver Assistance Technology, Stanford University, 01/27/2014

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

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

54 Radar LRR3: ECU Board and RF Module source: Bosch Kaynak: Jan Becker, ME302 - Driver Assistance and Automated Driving Lecture, Driver Assistance Technology, Stanford University, 01/27/2014

55 Radar Adaptive Cruise Control Predictive Emergency Braking EYPY Kaynak: Jan Becker, ME302 - Driver Assistance and Automated Driving Lecture, Driver Assistance Technology, Stanford University, 01/27/2014

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

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

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

59

60 ÖRNEK UYGULAMALAR

61 Design of Adaptive Cruise Control System - A Timecritical Data Driven Approach by Neera Sharma ( ) under the guidance of Prof. Krithi Ramamritham

62 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.

63 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

64 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.

65 How ACC works? Radar Sensor Unit Distance & velocity of obstacle Controller Unit Accelerate/ decelerate Cruise control Interface / braking Preset speed User Interface 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.

66 Calculating Safe-Distance Two kinds of policies: static & dynamic We calculate safe distance as a function of relative velocity (dynamic)[5]. S d = S m + S a S m = minimum separation, S a = additional gap for safety Current acceleration a Human interaction time For automatic system delay of sensors J_max T+t_1 T+t_1+t_f Velocity is zero here t_0 T - A_max Max deceleration

67 State Diagram of the System OFF speed>30 /switch on decelerating with feedback ON a < 0 cal a vehicle_sensed() = false a > 0 cur_sp < cruise_sp cur_sp = cruise_sp no vehicle ahead /resume accelerating with feedback vehicle_sensed() = true /get_val() vehicle_sensed() = true / get_val() vehicle ahead ACC off vehicle_sensed() = false emergency state

68 Real-Time Data Repository Design for ACC

69 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.

70 Real-Time Data Repository for ACC Sensor parameters Controller constants Hierarchical ACC Controller From speed sensors From radar sensor Raw data-items Read sensor values ` host_v lead_v separation Base data-items R1 calculate safe_dist safe_dist Derived data-items On demand update Update R2 R2 Current status Log current status Read R2 Stable store store desired velocity Upper-level controller Lower-level controller To actuators

71 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 (ondemand update). Two level data store minimizes contention. OD updates reduces unnecessary updates in the system

72 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 = (x i-1 - x i ) D i (Range Error ) R i = v i-1 v i (Range Rate Error ) D i : is desired separation, v i : velocity of i th vehicle and, (x i-1 x i ) : current inter-vehicle separation A uniform vehicle string is string stable if - i+1 <= i

73 Upper-level Controller Calculates desired speed. We use UTMRI algorithm[4] to determine the desired speed V i,des = v i-1 + i /T 0 + c. R i V i,des : desired velocity, v i-1 : velocity of leading vehicle T 0 and c are constants.

74 Lower Level Controller Modelled as first order linear system. Determines the throttle & brake actuator commands to track the desired velocity using [4]. τ. v curr + v curr = v des Using proportional control law desired velocity is mapped to required throttle position using- α t = K p (v curr - v des ) From ULC v 0 - α des α LLC A P v

75 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.

76 Real-Time Data Repository for ACC Sensor parameters Controller constants Hierarchical ACC Controller From speed sensors From radar sensor Raw data-items Read sensor values ` host_v lead_v separation Base data-items R1 calculate safe_dist safe_dist Derived data-items On demand update Update R2 R2 Current status Log current status Read R2 Stable store store desired velocity Upper-level controller Lower-level controller To actuators

77 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.

78 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 deadli e task deadline CBS bandwidth is adjusted using capacity correction: C = ( / T s )* c s

79 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.

80 Simulations Results Reserved Bandwidth CBS Scheduling Error Reserved bandwidth converges to value Corresponding CBS scheduling error reduces to 0 after few steps.

81 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.

82 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

83 Simulations : Without Mode Change Sudden decrease in separation, because the host vehicle decreases slowly.

84 Simulations : With Mode Change r2 r1 r3 r4 Host velocity fluctuates due to frequent mode change.

85 Simulation : Avoiding Frequent Mode Change Frequent mode change is avoided by forcing the system to stay in one mode for a minimum time

86 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.

87 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.

88 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 ACM Press, K. Ramamritham; Sang H. Son; L.C. DiPippo. Real-Time Database and Data Services. In Real Time Systems: p Kluwer Academic Publishers, 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 , Vienna, Austria, June Zhou J.; Peng H. String Stability Conditions of Adaptive Cruise Control Algorithms. 1 st IFAC Symposium on Advances in Automotive Control, April Italy, C. C. Chien; P. A. Ioannou. Autonomous Intelligent Cruise Control. IEEE Trans. On Vehicular Technology, 42(4): , Nov T.W. Kuo; A. K. Mok. Real-time Data Semantics and Similarity-Based Concurrency Control. IEEE Trans. on Computers, 49(11): , Nov 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, 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: , March, 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.

89 EK DALGA BOYLARI

90 en.wikipedia.org Wavelength Relevant for Environment Sensors

91 Wavelength Relevant for Environment Sensors

92 Wavelength Relevant for Environment Sensors