Adaptive Cruise Control (ACC)

Crystal MenezesFábio LeiteHenrique FigueirôaMarcelo Albuquerque

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Introdução

• Cruise Control:o Mantém a velocidade de condução de um veículo

previamente programada. o Torna-se inoperante quando o motorista interage com

algum comando do veículo.o Patente: 1955

• Adaptive Cruise Control:o Funciona como um Cruise Control.o É projetado para monitorar a velocidade do veículo da

frente e a distância entre os dois veículos.o Patente: 1996

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Introdução

• Com a utilização de um sensor de radar, o ACC pode:

o Determinar a distância entre os dois veículos. Em torno de 200m.

o Determinar a velocidade do veículo que está na frente.o Determinar a desaceleração do veículo.

A velocidade fica entre 30 km/h e 180 km/h. o Acelerar o veículo quando não encontrar obstáculos. 

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Dispositivo ACC

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Como funciona o ACC?

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Vídeo de Exemplo

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Como funciona o ACC?

• Diagrama de blocos do ACC:

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Como funciona o ACC?

• Sensores 

o Sensores de roda: Utilizados para medir a velocidade do veículo.

o Sensores de pedais: Utilizados para saber a posição atual do freio e do

acelerador.

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Como funciona o ACC?

• Radares

o 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 O radar utilizado pelo ACC deve ser capaz de detectar

carros de diferentes tamanhos.

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Como funciona o ACC?

• Radares

o 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.

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Como funciona o ACC?

• Interface com o usuário 

o Responsável pela comunicação de e para o motorista. O motorista deve estar consciente das medidas

tomadas pelo ACC. 

o A informação deve chegar no momento certo através de um display e, talvez, por voz. 

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Como funciona o ACC?

• Atuadores

o Sistemas responsáveis pelo ajuste do sistema de aceleração e do sistema de freio do veículo.

 o São componentes controlados eletronicamente pela

Unidade de Controle.

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Como funciona o ACC?

• Unidade de Controle

o Mantém as informações atualizadas em relação ao ambiente e determina os comandos de controle correspondentes.

o 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.

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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.

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Modelagem Formal

2) Regiões

• O ambiente é dividido em seis regiões:

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Modelagem Formal

2) Regiões - Continuação

• A região "AWAY" desconsiderada.

• Zona de perigo (Região 4) nunca permitida.

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Modelagem Formal

3) Suposições (Condições necessárias)

• Limite de velocidade.

• Veículo mais próximo rastreado.

• Zona de perigo não permitida o Aviso com antecedência.

• Velocidade e distâncias desejadas setadas pelo motorista.

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Modelagem Formal

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

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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 redundantes19

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

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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.

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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.

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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.

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Métricas

5) Execução de tarefas redundantes

• Mesmo quando o dado de um item fica 'ultrapassado', seu valor ainda pode estar dentro de limites aceitáveis.o 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.

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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).

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Descrição Física

• CAN:o 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.

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Descrição Física

• ACC Module:o Sua função principal é processar as informações do radar

e determinar se existe um veículo na frente.o 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:o Sua função principal é controlar a velocidade do veículo

com base nas informações recebidas pelo ACC Module e pelo Instrument Cluster.

o Controla a velocidade através do uso do acelerador.27

Descrição Física

• Brake Control Module:o Sua função principal é determinar a velocidade do

veículo através das rodas e desacelerar o mesmo quando solicitado pelo ACC Module.

o O sistema de freio é hidráulico com aprimoramento eletrônico, assim como um freio ABS.

• Instrument Cluster:o Sua principal função é processar os Switches Cruise e

enviar as informações para o ACC Module e o Engine Control Module.

o Exibe informações para o motorista sobre o estado do sistema.

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Descrição Física

Descrição Física

• Cruise Switches:o 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.

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Descrição Física

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Descrição Física

• Brake Switches:o Existem dois "brake switches". Quando qualquer um dos

dois é ativado, o sistema vai para o estado de "standby ACC".

• Brake Lights:o 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. 

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Descrição Física

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Descrição Física

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Sistema ACC

• Uma máquina de estados representando o dispositivo ACC possui quatro estados:

• OFF• STAND BY• DISTANCE CONTROL• SPEED CONTROL

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.

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Sistema ACC

Estados e transições no sistema ACC:

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Pesquisa

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

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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.

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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.

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Pontos Fracos

• Excesso de confiança na tecnologia do ACC.o 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.

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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

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Aplicações    

• 2010 - Prius• 2011 - Dodge Charger, Dodge Durango• 2012 - Mercedes-Benz C-Class

• Fabricado em série na Bosch desde o ano 2000.o Até agora o sistema é oferecido principalmente como um

opcional para carros de classe alta e média.o Em breve, os carros compactos também serão

disponibilizados com o ACC.o Faz parte dos Sistemas Preditivos de Segurança.

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Considerações Finais

Pesquisa realizada pela Senior Safety & Mobility:

•  Mudanças no comportamento com o ACC:o +50% mudam menos frequentemente de faixa;o Quase 50% afirmam que o ACC alivia o stress causado

pelo trânsito nas auto estradas;o 7% acham que o ACC os tornam mais vulneráveis aos

acidentes;

Porém:o Muitos motoristas não têm ciência das limitações do

sistema ACC;o Vários acham que o sistema evita batidas; 44

Conclusão

• O Adaptive Cruise Control é sistema de alerta para o motorista, como também um sistema de atuação direta - mas não total, que ajuda o condutor:o Evitar colisões, o Diminui as situações de risco para outros motoristas, o A aumentar o fluxo dos carros em vias de congestionamento,o Entre outros.

• Vários modelos de ACC já estão sendo empregados nos carros "populares“ como, por exemplo, os novos modelos da Volkswagen.

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Vídeo de Exemplo

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Vídeo de Exemplo

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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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