Nghiên cứu và phát triển hệ thống cảnh báo chệnh làn đường trên xe điện renault twizy ngành công nghệ kỹ thuật ô tô

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO TRƯỜNG ĐẠI HỌC SƯ PHẠM KỸ THUẬT THÀNH PHỐ HỒ CHÍ MINH ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP NGÀNH CÔNG NGHỆ KỸ THUẬT Ô TÔ NGHIÊN CỨU VÀ PHÁT TRIỂN HỆ THỐNG CẢNH BÁO CHỆCH LÀN ĐƯỜNG TRÊN XE ĐIỆN RENAULT TWIZY GVHD: PSG.TS ĐỖ VĂN DŨNG SVTH: NGUYỄN THỊ NHƯ MƠ NGUYỄN VĂN QUYỀN S K L0 6 Tp Hồ Chí Minh, tháng 08/2021 TRƯỜNG ĐẠI HỌC SƯ PHẠM KỸ THUÂT THÀNH PHỐ HỒ CHÍ MINH KHOA CƠ KHÍ ĐỘNG LỰC ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP Chuyên ngành: Công nghệ Kỹ thuật ô tô Tên đề tài NGHIÊN CỨU VÀ PHÁT TRIỂN HỆ THỐNG CẢNH BÁO CHỆCH LÀN ĐƯỜNG TRÊN XE ĐIỆN RENAULT TWIZY SVTH: NGUYỄN THỊ NHƯ MƠ MSSV: 17145323 SVTH: NGUYỄN VĂN QUYỀN MSSV: 17145348 GVHD: PGS.TS ĐỖ VĂN DŨNG Tp Hồ Chí Minh, tháng năm 2021 TRƯỜNG ĐH SƯ PHẠM KỸ THUÂT TP HỒ CHÍ MINH KHOA CƠ KHÍ ĐỘNG LỰC CỘNG HỊA XÃ HỘI CHỦ NGHĨA VIỆT NAM Độc Lập – Tự Do – Hạnh Phúc TP Hồ Chí Minh, ngày … tháng … năm …… NHIỆM VỤ ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP Họ tên sinh viên: Nguyễn Thị Như Mơ MSSV: 17145323 (E-mail: nguyenthi.nhumo1999@gmail.com Điện thoại: 0364987372 ) Nguyễn Văn Quyền MSSV: 17145348 (E-mail: quyen.nguyenvan1999@gmail.com Điện thoại: 0399477726 ) Chuyên ngành: Công nghệ kỹ thuật ô tô Khóa: 2017 Lớp: 179450A Tên đề tài Nghiên cứu phát triển hệ thống cảnh báo chệch đường xe điện Renault Twizy Nhiệm vụ đề tài - Đo đạc, lấy thơng số kích thước xe; tra cứu, lấy thông số kỹ thuật vẽ sơ đồ khối đường truyền công suất xe; vẽ sơ đồ khối hệ thống điện thân xe - Xây dựng thuật toán cho hệ thống cảnh báo chệch đường - Xây dựng lắp đặt phần cứng hệ thống cảnh báo chệch đường cho xe điện Renault Twizy Sản phẩm đề tài: - Một thuyết minh đồ án - Mơ hình hệ thống cảnh báo chệch đường Ngày giao nhiệm vụ đề tài: 30/03/2021 Ngày hoàn thành nhiệm vụ: 24/08/2021 TRƯỞNG BỘ MÔN CÁN BỘ HƯỚNG DẪN TRƯỜNG ĐẠI HỌC SƯ PHẠM KỸ THUÂT TP HCM CỘNG HOÀ XÃ HỘI CHỦ NGHĨA VIỆT NAM KHOA CƠ KHÍ ĐỘNG LỰC Độc lập - Tự – Hạnh phúc Bộ môn …………………………… PHIẾU NHẬN XÉT ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP (Dành cho giảng viên hướng dẫn) Họ tên sinh viên: Nguyễn Thị Như Mơ MSSV: 17145323 Họ tên sinh viên: Nguyễn Văn Quyền MSSV: 17145348 Tên đề tài: Nghiên cứu phát triển hệ thống cảnh báo chệch đường xe điện Renault Twizy Ngành đào tạo: Công nghệ kỹ thuật Ơ tơ Họ tên GV hướng dẫn: PGS.TS Đỗ Văn Dũng Ý KIẾN NHẬN XÉT Nhận xét tinh thần, thái độ làm việc sinh viên (không đánh máy) Nhận xét kết thực ĐATN (không đánh máy) 2.1.Kết cấu, cách thức trình bày ĐATN: 2.2 Nội dung đồ án: (Cơ sở lý luận, tính thực tiễn khả ứng dụng đồ án, hướng nghiên cứu tiếp tục phát triển) 2.3.Kết đạt được: 2.4 Những tồn (nếu có): Đánh giá: TT Mục đánh giá Điểm tối đa Điểm đạt 30 Hình thức kết cấu ĐATN Đúng format với đầy đủ hình thức nội dung mục 10 Mục tiêu, nhiệm vụ, tổng quan đề tài 10 Tính cấp thiết đề tài 10 50 Nội dung ĐATN Khả ứng dụng kiến thức toán học, khoa học kỹ thuật, khoa học xã hội… Khả thực hiện/phân tích/tổng hợp/đánh giá 10 Khả thiết kế chế tạo hệ thống, thành phần, quy trình đáp ứng yêu cầu đưa với ràng buộc thực tế 15 Khả cải tiến phát triển 15 Khả sử dụng công cụ kỹ thuật, phần mềm chuyên ngành… Đánh giá khả ứng dụng đề tài 10 Sản phẩm cụ thể ĐATN 10 Tổng điểm 100 Kết luận:  Được phép bảo vệ  Không phép bảo vệ TP.HCM, ngày tháng năm 2021 Giảng viên hướng dẫn (Ký, ghi rõ họ tên) TRƯỜNG ĐẠI HỌC SƯ PHẠM KỸ THUÂT TP HCM CỘNG HOÀ XÃ HỘI CHỦ NGHĨA VIỆT NAM KHOA CƠ KHÍ ĐỘNG LỰC Độc lập - Tự – Hạnh phúc Bộ mơn Điện Ơ Tơ PHIẾU NHẬN XÉT ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP (Dành cho giảng viên phản biện) Họ tên sinh viên: Nguyễn Thị Như Mơ MSSV: 17145323 Họ tên sinh viên: Nguyễn Văn Quyền MSSV: 17145348 Tên đề tài: Nghiên cứu phát triển hệ thống cảnh báo chệch đường xe điện Renault Twizy Ngành đào tạo: Công nghệ Kỹ Thuật Ơ tơ Họ tên GV phản biện: (Mã GV) Ý KIẾN NHẬN XÉT Kết cấu, cách thức trình bày ĐATN: Nội dung đồ án: (Cơ sở lý luận, tính thực tiễn khả ứng dụng đồ án, hướng nghiên cứu tiếp tục phát triển) Kết đạt được: Những thiếu sót tồn ĐATN: Câu hỏi: Đánh giá: TT Mục đánh giá Điểm tối đa Điểm đạt 30 Hình thức kết cấu ĐATN Đúng format với đầy đủ hình thức nội dung mục 10 Mục tiêu, nhiệm vụ, tổng quan đề tài 10 Tính cấp thiết đề tài 10 50 Nội dung ĐATN Khả ứng dụng kiến thức toán học, khoa học kỹ thuật, khoa học xã hội… Khả thực hiện/phân tích/tổng hợp/đánh giá 10 Khả thiết kế chế tạo hệ thống, thành phần, quy trình đáp ứng yêu cầu đưa với ràng buộc thực tế 15 Khả cải tiến phát triển 15 Khả sử dụng công cụ kỹ thuật, phần mềm chuyên ngành… Đánh giá khả ứng dụng đề tài 10 Sản phẩm cụ thể ĐATN 10 Tổng điểm 100 Kết luận:  Được phép bảo vệ  Không phép bảo vệ TP.HCM, ngày tháng 08 năm 2021 Giảng viên phản biện (Ký, ghi rõ họ tên) TRƯỜNG ĐẠI HỌC SƯ PHẠM KỸ THUÂT THÀNH PHỐ HỒ CHÍ MINH KHOA CƠ KHÍ ĐỘNG LỰC XÁC NHẬN HỒN THÀNH ĐỒ ÁN Tên đề tài: Nghiên cứu phát triển hệ thống cảnh báo chệch đường xe điện Renault Twizy Họ tên Sinh viên: Nguyễn Thị Như Mơ Nguyễn Văn Quyền MSSV: 17145323 MSSV: 17145348 Ngành: Công nghệ Kỹ thuật ô tô Sau tiếp thu điều chỉnh theo góp ý Giảng viên hướng dẫn, Giảng viên phản biện thành viên Hội đồng bảo Đồ án tốt nghiệp hoàn chỉnh theo yêu cầu nội dung hình thức Chủ tịch Hội đồng: Giảng viên hướng dẫn: Giảng viên phản biện: Tp Hồ Chí Minh, ngày tháng năm 2021 LỜI CẢM ƠN Báo cáo tốt nghiệp chuyên ngành Cơng nghệ kỹ thuật Ơ tơ với đề tài “Nghiên cứu phát triển hệ thống cảnh báo chệch đường xe điện Renault Twizy” kết q trình cố gắng khơng ngừng chúng em giúp đỡ, động viên khích lệ thầy, bạn bè người thân Chúng em xin gửi lời cảm ơn tới người giúp đỡ chúng em thời gian học tập - nghiên cứu vừa qua Chúng em xin tỏ lịng kính trọng chân thành cảm ơn thầy PGS.TS Đỗ Văn Dũng Giảng viên hướng dẫn tận tình giúp đỡ, hướng dẫn chúng em Chúng em học nhiều kiến thức từ Thầy, học cách tổ chức phân công cơng việc hợp lý để chúng em hồn thiện đồ án tốt nghiệp kinh nghiệm cho sau Chúng em xin bày tỏ lòng biết ơn sâu sắc đến thầy ThS Nguyễn Trung Hiếu Giảng viên khoa Cơ khí Động lực ln hỗ trợ chúng em sở vật chất, kiến thức chun mơn bổ ích Bên cạnh đó, Thầy người cho chúng em lời động viên, kinh nghiệm quý báu Ngoài ra, chúng em xin chân thành cảm ơn Thầy, Cơ Khoa Cơ khí Động lực trường Đại học Sư phạm kỹ thuật TP Hồ Chí Minh cho chúng em kiến thức chun ngành bổ ích suốt q trình học trường, tạo điều kiện thuận lợi cho chúng em hoàn thành đồ án tốt nghiệp Mặc dù cố gắng nỗ lực nhiều, kiến thức hạn chế thời gian nghiên cứu có hạn nên thành đạt khơng tránh khỏi thiếu sót Do chúng em kính mong nhận đóng góp, dạy quý thầy để chúng em hồn thiện đồ án tốt Nhóm chúng em xin chân thành cảm ơn! I TÓM TẮT Hệ thống cảnh báo chệch đường hệ thống quan trọng hệ thống hỗ trợ lái xe thông minh Qua nghiên cứu hiệu hệ thống việc giảm thiểu tai nạn giao thơng nói lên tầm quan trọng hệ thống Bên cạnh đó, xe điện Renault Twizy nhà trường trang bị nhằm phục vụ cho nhu cầu nghiên cứu, học hỏi sinh viên Renault Twizy xe điện có cấu tạo đơn giản, dễ tiếp cận can thiệp vào hệ thống xe, thích hợp cho việc nghiên cứu hệ thống cảnh báo chệch đường Do đó, chúng em chọn đề tài: “Nghiên cứu phát triển hệ thống cảnh báo chệch đường cho xe điện Renault Twizy.” Trong đề tài này, chúng em tập trung nghiên cứu, khảo sát xe điện Renault Twizy sau xây dựng chương trình cảnh báo chệch đường cuối chế tạo mơ hình cảnh báo chệch đường phần cứng Jetson nano Sau trình nghiên cứu, tình hình dịch bệnh diễn biến phức tạp, chúng em khơng thể lắp mơ hình cảnh báo xe Renault Twizy Nhưng dựa vào kết đạt được, chúng em hồn tồn tin tưởng hồn thành đề tài cách tốt có tính chất thực tiễn, làm sở nghiên cứu cho đề tài hệ thống hỗ trợ xe thông minh sau Với tháng thực đề tài, chúng em hoàn thành đề tài tốt nghiệp thể thông qua chương sau: Chương 1: Tổng quan đề tài Chương 2: Cơ sở lý thuyết Chương 3: Nghiên cứu xe điện Renault Twizy Chương 4: Sơ lược phần cứng phần mềm Chương 5: Xây dựng hệ thống cảnh báo chệch đường Chương 6: Kết thực nghiệm Chương 7: Kết luận hướng phát triển II Hình 5.23 Cảnh báo xe lệch miền thứ (không nhấn xi – nhan) Hình 5.24 Cảnh báo xe lệch miền thứ hai (khơng nhấn xi – nhan) Hình 5.25 Khơng cảnh báo xe xi nhan (nhấn xi – nhan) 62 5.2.2 Xây dựng phần cứng cho hệ thống cảnh báo chệch đường Nhóm chúng em tiến hành lắp đặt nối dây thiết bị để tạo thành phần cứng cho hệ thống hình 5.26 hình 5.27 Hình 5.26 Cách nối dây nguồn UPS vào Jetson Nano 63 Hình 5.27 Sơ đồ lắp đặt nối dây thiết bị phần cứng 64 CHƯƠNG KẾT QUẢ THỰC NGHIỆM 6.1 Chuẩn bị Tiến hành nạp chương trình xuống máy tính nhúng Jetson Nano thiết lập hoàn thiện lắp đặt phần cứng cho hệ thống Hình 6.1 Phần cứng hệ thống cảnh báo chệch đường 6.2 Địa điểm thực nghiệm Do lắp đặt hệ thống xe điện Renault Twizy xe máy để thử nghiệm điều kiện thực tế nên nhóm chúng em cho hệ thống chạy thử nghiệm video quay đường thực tế từ camera đường khu vực trường Đại học Sư phạm Kỹ thuật Thành phố Hồ Chí Minh, đường xung quanh khu quân làng Đại học quốc gia Thành phố Hồ Chí Minh 6.3 Kết thực nghiệm Video kết thực nghiệm nhóm chúng em lưu drive, có kèm đường link phần Phụ lục 65 Nhận xét:  Ưu điểm: - Hệ thống bắt đường tốt, tính tốn độ lệch xuất tín hiệu cảnh bảo ổn định - Hệ thống hoạt động tốt vào ban ngày ban đêm - Hệ thống nhận diện tốt đoạn đường cong - Thích hợp áp dụng hệ thống đường cao tốc Hình 6.2 Lúc xe chưa lệch đường 66 Hình 6.3 Xe nằm vùng cảnh báo thứ Hình 6.4 Xe nằm vùng cảnh báo thứ hai 67 Hình 6.5 Xe chuyển có tín hiệu rẽ Hình 6.6 Xe chạy đường cong vào ban đêm  Nhược điểm: - Do cấu hình khơng q mạnh nên tốc độ xử lý không cao, tầm 18-20 fps 68 - Đồng thời không trang bị giải thuật tracking lane nên hệ thống ổn định bị nhiễu trường hợp: đường bị dơ, bị che, đường, xuất ký hiệu màu trắng vùng quan tâm, gờ giảm tốc, vạch dành cho người bộ, Hình 6.7 Các ký hiệu màu trắng nằm vùng quan tâm Hình 6.8 Gờ giảm tốc 69 Hình 6.9 Khơng có đường Hình 6.10 Vạch dành cho người 70 CHƯƠNG KẾT LUẬN VÀ HƯỚNG PHÁT TRIỂN 7.1 Kết luận Sau trình tìm hiểu nghiên cứu, cuối nhóm chúng em hoàn thành đề tài báo cáo tốt nghiệp: “Nghiên cứu phát triển hệ thống cảnh báo chệch đường xe điện Renault Twizy” Tuy gặp nhiều khó khăn việc thực hồn thành đề tài nhiều lý khách quan chủ quan, nhóm chúng em đạt mục tiêu đề ra: - Nghiên cứu tổng quan lý thuyết xe điện Renault Twizy, vẽ lại sơ đồ khối đường truyền công suất hệ thống điện thân xe - Sử dụng ngơn ngữ lập trình Python, ứng dụng xử lý ảnh để xây dựng thuật toán cho hệ thống cảnh báo chệch đường cho xe điện Renault Twizy - Thiết lập phần cứng cho hệ thống cảnh báo chệch đường Bên cạnh việc hoàn thành mục tiêu đề ban đầu, đề tài nhóm cịn tồn vài điểm hạn chế như: - Tốc độ xử lý Jetson Nano chưa cao giới hạn phần cứng - Hệ thống bị nhiễu yếu tố thiếu tracking lane: đường dơ, bị đường, vạch dành cho người bộ, gờ giảm tốc, vật thể trùng với màu đường, … - Hệ thống chưa hồn chỉnh cịn thiếu phần tác động từ công tắc xi – nhan xe Renault Twizy lên hệ thống cần sử dụng còi, động rung để cảnh báo Trên điểm mà nhóm cịn thiếu sót Tuy nhiên, với tình hình dịch covid 19 diễn biến phức tạp, giới hạn thời gian thực đồ án gây nhiều khó khăn cho chúng em việc hồn thiện hệ thống nên nhìn chung kết đạt hồn tồn chấp nhận Thơng qua lần làm đồ án tốt nghiệp này, nhóm chúng em có hội cố áp dụng lại khối kiến thức học khoảng thời gian năm qua vào tình hình thực tế Hiểu thêm giao tiếp liệu thiết bị thông qua giao tiếp GPIO, tích góp nhiều kiến thức bổ ích xử lý ảnh kết hợp ngơn ngữ lập trình python Chúng em tin rằng, kiến thức tích lũy qua đồ án kiến thức quý báu làm hành trang hỗ trợ chúng em đường phát triển nghiệp sau 71 7.2 Hướng phát triển Khắc phục mặt hạn chế đề tài, qua hồn thiện hệ thống cảnh báo chệch đường xe điện Renault Twizy: - Cải thiện phần cứng: sử dụng máy tính nhúng cấu hình mạnh để thể xử lý thuật toán nhanh hơn, đáp ứng vấn đề chạy thực tế - Sử dụng thuật toán deep learning để tracking lane, giúp giảm nhiễu để hệ thống hoạt động ổn định hiệu - Sử dụng cịi, động rung để cảnh báo, đồng thời hồn thiện tác động công tắc xi – nhan lên phần cứng hệ thống xe điện Renault Twizy - Đồng thời, phát triển hệ thống việc phát tín hiệu cảnh báo cịn tác động trực tiếp vào xe, giúp ngăn chặn việc chệch đường cách tự động 72 DANH MỤC TÀI LIỆU THAM KHẢO [1] nhtsa.gov/ratings#25196 [2] https://www-esv.nhtsa.dot.gov/proceedings/24/files/24ESV-000080.PDF [3] https://www.consumerreports.org/car-safety/lane-departure-warning-systems-preventcrashes-research-shows/ [4] Rashmi N Mahajan, Dr A M Patil,“Lane Departure Warning System,”International Journal of Engineering and Technical Research (IJETR) ISSN: 2321-0869, Volume-3, Issue1, January 2015 [5] https://www.koreascience.or.kr/article/JAKO201914260902234.pdf [6] Nguyễn Quang Hoan, Xử lý ảnh, “Học viện cơng nghệ bưu viễn thơng”, Hà Nội, 2006 [7] https://en.wikipedia.org/wiki/Lane_departure_warning_system [8] Wei Chen, Weixing Wang, Kevin Wang, Zhaoying Li, Huan Li, Sheng Liu, “Lane departure warning systems and lane line detection methods based on image processing and semantic segmentation: A review”, “Journal of traffic and transportation engineering (english edition)”, 2020 [9] https://github.com/georgesung/advanced_lane_detection [10] https://github.com/yang1688899/CarND-Advanced-Lane-Lines [11] https://github.com/canozcivelek/lane-detection-with-steer-and-departure [12] [13] https://dev.to/divshekhar/lane-detection-opencv-python-30i6 [14] https://www.analyticsvidhya.com/blog/2020/05/tutorial-real-time-lane-detectionopencv/ [15] https://mt.gov.vn/khcn/tin-tuc/47433/renault-twizy -xe-dien-danh-cho-do-thi 2-chongoi dong-co-17-hp.aspx [16] https://www.ultimatespecs.com/car-specs/Renault/108640/Renault-Twizy-80.html [17] https://www.kit-eleshop.com/gb/index.php?controller=attachment&id_attachment=355 [18] https://www.autobedrijf-nieuwendijk.nl/content/uploads/2017/03/Twizy73 9110_ENG.pdf [19] https://www.acea.auto/files/Accident_Analysis_TRL_CEESAR_2018.pdf [20] https://circabc.europa.eu/sd/a/30d82a3c-bdc9-4034-b19762286988bd03/report_ldwlca_en.pdf [21] https://www.nap.edu/read/25716/chapter/2 [22] https://www.acea.auto/nav/?search=lane+departure+warning [23] http://www.ircobi.org/wordpress/downloads/irc19/pdf-files/92.pdf [24] https://www.bosch-mobility-solutions.com/en/solutions/assistance-systems/lanedeparture-warning/ [25] https://vi.wikipedia.org/wiki/Python_(ng%C3%B4n_ng%E1%BB%AF_l%E1%BA%A Dp_tr%C3%ACnh) [26] https://en.wikipedia.org/wiki/OpenCV [27] https://en.wikipedia.org/wiki/Anaconda_(Python_distribution) [28] https://en.wikipedia.org/wiki/PyCharm [29] https://en.wikipedia.org/wiki/NumPy [30] https://en.wikipedia.org/wiki/Matplotlib 74 PHỤ LỤC Video kết thực nghiệm: https://drive.google.com/drive/u/0/folders/1Q_1JM5NJsP_GLnHw3hGYS1aeJhPYU9h6 75 ... KỸ THUÂT THÀNH PHỐ HỒ CHÍ MINH KHOA CƠ KHÍ ĐỘNG LỰC ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP Chuyên ngành: Công nghệ Kỹ thuật ô tô Tên đề tài NGHIÊN CỨU VÀ PHÁT TRIỂN HỆ THỐNG CẢNH BÁO CHỆCH LÀN ĐƯỜNG TRÊN XE ĐIỆN RENAULT. .. 2021 LỜI CẢM ƠN Báo cáo tốt nghiệp chuyên ngành Công nghệ kỹ thuật Ơ tơ với đề tài ? ?Nghiên cứu phát triển hệ thống cảnh báo chệch đường xe điện Renault Twizy? ?? kết trình cố gắng không ngừng chúng... DỰNG HỆ THỐNG CẢNH BÁO CHỆCH LÀN ĐƯỜNG 44 5.1 Giới thiệu hệ thống cảnh báo chệch đường 44 5.2 Xây dựng hệ thống cảnh báo chệch đường 45 5.2.1 Xây dựng phần mềm cho hệ thống cảnh báo