Adaptive Cruise Control (ACC)

1. Adaptive Cruise Control (ACC) Crystal Menezes Fábio Leite Henrique Figueirôa Marcelo Albuquerque

2. Introdução • Cruise Control: • Mantém a velocidade de condução de um veículo previamente programada.  • Torna-se inoperante quando o motorista interage com algum comando do veículo. • Patente: 1955 • Adaptive Cruise Control: • Funciona como um Cruise Control. • É projetado para monitorar a velocidade do veículo da frente e a distância entre os dois veículos. • Patente: 1996

3. Introdução • Com a utilização de um sensor de radar, o ACC pode: • Determinar a distância entre os dois veículos. • Em torno de 200m. • Determinar a velocidade do veículo que está na frente. • Determinar a desaceleração do veículo. • A velocidade fica entre 30 km/h e 180 km/h.  • Acelerar o veículo quando não encontrar obstáculos. 

4. Dispositivo ACC

5. Como funciona o ACC?

6. Vídeo de Exemplo

7. Como funciona o ACC? • Diagrama de blocos do ACC:

8. Como funciona o ACC? • Sensores • Sensores de roda: • Utilizados para medir a velocidade do veículo. • Sensores de pedais: • Utilizados para saber a posição atual do freio e do acelerador.

9. Como funciona o ACC? • Radares • Um subsistema de radar é utilizado para detectar veículos na zona de relevância, medir a distância entre os automóveis e também calcular a velocidade do veículo que está a frente. • O radar utilizado pelo ACC deve ser capaz de detectar carros de diferentes tamanhos.

10. Como funciona o ACC? • Radares • Com o radar, é possível: • Medir continuamente a posição e velocidade dos objetos à frente; • Ignorar todos os objetos irrelevantes; • Distinguir os carros que estão em faixas distintas; • Focar no carro mais relevante.

11. Como funciona o ACC? • Interface com o usuário • Responsável pela comunicação de e para o motorista. • O motorista deve estar consciente das medidas tomadas pelo ACC. • A informação deve chegar no momento certo através de um display e, talvez, por voz. 

12. Como funciona o ACC? • Atuadores • Sistemas responsáveis pelo ajuste do sistema de aceleração e do sistema de freio do veículo. • São componentes controlados eletronicamente pela Unidade de Controle.

13. Como funciona o ACC? • Unidade de Controle • Mantém as informações atualizadas em relação ao ambiente e determina os comandos de controle correspondentes. • O ACC pode operar em dois modos básicos: • Controle de distância: Acompanha o veiculo relevante - que está na frente - e controla a velocidade e a distância em relação a esse veículo. • Controle de velocidade: Quando não existe veículo na frente, o controle é feito em relação a velocidade setada pelo motorista.

14. Modelagem Formal 1) Ambiente ACC • Ambiente dinâmico: • Vários veículos em movimento; • Velocidades diferentes; • Diferentes distâncias. • O ambiente pode ser restrito. • Área do ambiente dividida em regiões.

15. Modelagem Formal 2) Regiões • O ambiente é dividido em seis regiões:

16. Modelagem Formal 2) Regiões - Continuação • A região "AWAY" desconsiderada. • Zona de perigo (Região 4) nunca permitida.

17. Modelagem Formal 3) Suposições (Condições necessárias) • Limite de velocidade. • Veículo mais próximo rastreado. • Zona de perigo não permitida • Aviso com antecedência. • Velocidade e distâncias desejadas setadas pelo motorista.

18. Modelagem Formal 4) Autômato: Baseado nas regiões listadas no número 2.

19. Métricas     • Para a modelagem e validação de um sistema ACC em um ambiente em tempo real, é importante focar em algumas métricas:     1) Tempo de execução     2) Tempo de resposta     3) Atraso de mudança de modo     4) Controle transferido para o Usuário     5) Execução de tarefas redundantes

20. Métricas 1) Tempo de Execução • Necessário conhecimento para aplicações em tempo real, • Importante para setar prioridades.  • Escalonamento de processos.  • RTOS tenta minimizá-lo. • Medição – subtração entre tempos

21. Métricas 2) Tempo de resposta • Diferentes tarefas possuem tempo de resposta diferente. • Exemplo de tempo de resposta em ACC: • Tempo entre a detecção de um veículo à frente e o início da adaptação a velocidade adequada.

22. Métricas 3) Atraso de mudança de modo • Diferença de tempo entre o tempo quando uma mudança de modo é requisitada e o tempo em que a capacidade do processador necessária é alocada. • Calculado pela diferença entre o tempo em que a mudança foi solicitada e o tempo em que a primeira tarefa no novo modo é inicidada.

23. Métricas 4) Controle transferido para o usuário • Nem sempre é possível para o ACC manter uma distância segura. • Motorista é alertado e o controle é transferido para o mesmo.

24. Métricas 5) Execução de tarefas redundantes • Mesmo quando o dado de um item fica 'ultrapassado', seu valor ainda pode estar dentro de limites aceitáveis. • Assim, não é necessário recalcular e/ou atualizar os dados. • Economiza recursos da CPU que pode ser utilizada para executar outras tarefas de menor prioridade.

25. Descrição Física • O ACC consiste de uma séria de componentes e sistemas de interconexão. • A comunicação entre os diferentes módulos é através de uma rede de comunicação serial conhecida como Controller Area Network (CAN).

26. Descrição Física • CAN: • Padrão de rede automotiva que utiliza um barramento com dois fios para transmitir e receber dados. • Se vários nós da rede tentam transmitir ao mesmo tempo, um esquema de arbitragem é usado para determinar qual nó irá controlar o barramento. • A mensagem com maior prioridade - informação esta retirada do cabeçalho - ganha a arbitragem.

27. Descrição Física • ACC Module: • Sua função principal é processar as informações do radar e determinar se existe um veículo na frente. • Quando o ACC está em "time-gap control", ele envia informações para o Engine Control e o Brake Control para que eles controlem a distância entre os veículos. • Engine Control Module: • Sua função principal é controlar a velocidade do veículo com base nas informações recebidas pelo ACC Module e pelo Instrument Cluster. • Controla a velocidade através do uso do acelerador.

28. Descrição Física • Brake Control Module: • Sua função principal é determinar a velocidade do veículo através das rodas e desacelerar o mesmo quando solicitado pelo ACC Module. • O sistema de freio é hidráulico com aprimoramento eletrônico, assim como um freio ABS. • Instrument Cluster: • Sua principal função é processar os Switches Cruise e enviar as informações para o ACC Module e o Engine Control Module. • Exibe informações para o motorista sobre o estado do sistema.

29. Descrição Física

30. Descrição Física • Cruise Switches: • Anexados ao volante, possuem botões que permitem que o motorista controle a operação do ACC. • ON - iniciar a operação do ACC • OFF - desativar a operação do.ACC.  • SET - estabelecer a velocidade e a distância. • COAST - desacelerar. • RESUME - recuperar a velocidade definida. • TIME GAP (+) - aumentar o gap. • TIME GAP (-) - diminuir o gap.

31. Descrição Física

32. Descrição Física • Brake Switches: • Existem dois "brake switches". Quando qualquer um dos dois é ativado, o sistema vai para o estado de "standby ACC". • Brake Lights: • Quando o Brake Control Module é acionado, os freios respondem a um pedido do ACC. Desta forma, as luzes de freio são acendidas para avisar aos veículos que estão atrás que os freios estão em ação. 

33. Descrição Física

34. Descrição Física

35. Sistema ACC • Umamáquina de estadosrepresentando o dispositivo ACC possuiquatroestados: • OFF • STAND BY • DISTANCE CONTROL • SPEED CONTROL

36. Sistema ACC • OFF: O sistema ACC não é funcional. Este estado é ativado sempre que a ignição é ligada e o ACC estiver desligado. • STAND BY: O sistema está esperando para obter o controle do acelerador e do freio. O motorista está utilizando o freio/acelerador, retirando o controle do sistema ACC. • DISTANCE CONTROL: Neste modo, o sistema ACC tenta alcançar e manter as configurações de distâncias setadas. • SPEED CONTROL: Neste modo, o sistema ACC tenta alcançar e manter as configurações de velocidade setada.

37. Sistema ACC Estados e transições no sistema ACC:

38. Pesquisa • Se você pudesse escolher apenas uma, qual dessas tecnologias você gostaria de ver em seu próximo carro?

39. Pontos Fortes • Aperfeiçoamento do Cruise Control.  • Ajuda motoristas mais velhos a conduzir com mais segurança. • Diminui o stress durante a condução do veículo. • Diminuição das mudanças de faixas. • Controla automaticamente as distâncias em relação ao veículo da frente.

40. Pontos Fortes • Alerta sonoro quando as distâncias são reduzidas a um nível crítico. • Compatível com todos os sistemas de frenagem. • Reduz o desgaste do veículo e o consumo de combustível. • Aumenta a vida útil do veículo.

41. Pontos Fracos • Excesso de confiança na tecnologia do ACC. • Pensar que o ACC pode ajudar a evitar uma colisão em situações fora da capacidade da maioria dos sistemas. • Falsa suposição de que os sistemas ACC sempre irão ajudar a evitar uma colisão com um veículo parado.

42. Aplicações • 1997 - Toyota Celsior • 1998 - Nissan Cima, Nissan Primera, Mercedes-Benz • 1999 - Jaguar XK-R • 2000 - Lexus LS430/460 • 2003 - Honda Inspire, Legend • 2004 - Cadillac XLR • 2005 - Acura RL, Cadillac STS • 2006 - Ford Mondeo, S-Max • 2007 - Chrysler 200C • 2009 - Sienna (XLE Limited Edition), Corolla

43. Aplicações     • 2010 - Prius • 2011 - Dodge Charger, Dodge Durango • 2012 - Mercedes-Benz C-Class • Fabricado em série na Bosch desde o ano 2000. • Até agora o sistema é oferecido principalmente como um opcional para carros de classe alta e média. • Em breve, os carros compactos também serão disponibilizados com o ACC. • Faz parte dos Sistemas Preditivos de Segurança.

44. Considerações Finais Pesquisarealizadapela Senior Safety & Mobility: • Mudanças no comportamento com o ACC: • +50% mudammenosfrequentemente de faixa; • Quase 50% afirmamque o ACC alivia o stress causadopelotrânsitonas auto estradas; • 7% achamque o ACC ostornammaisvulneráveisaosacidentes; Porém: • Muitosmotoristasnãotêmciência das limitações do sistema ACC; • Váriosachamque o sistemaevitabatidas;

45. Conclusão • O Adaptive Cruise Control é sistema de alertapara o motorista, comotambém um sistema de atuaçãodireta - masnão total, queajuda o condutor: • Evitarcolisões, • Diminui as situações de riscoparaoutrosmotoristas, • A aumentar o fluxo dos carrosemvias de congestionamento, • Entre outros. • Váriosmodelos de ACC jáestãosendoempregadosnoscarros "populares“ como, porexemplo, osnovosmodelosdaVolkswagen.

46. Vídeo de Exemplo

47. Vídeo de Exemplo

48. Referências • [1]http://www.cse.msu.edu/~435cruise3/resources/Adaptive_Cruise_Control_Sys_Overview.pdf • [2] http://www.inautonews.com/customers-want-for-their-next-car-night-vision-and-adaptive-cruise-control • [3]http://en.wikipedia.org/wiki/Adaptive_cruise_control • [4]http://www.wabco-auto.com/products_wabco/driver- assistance-systems/adaptive-cruise-control-acc • [5]http://www.aaafoundation.org/pdf/AdaptiveCruiseControl.pdf • [6] http://www.it.iitb.ac.in/~guru/

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