An toàn và tiện nghi trên ô tô luôn là một đề tài muôn thuở, được các hãng xe đặt lên làm nhiệm vụ hàng đầu khi mà người tiêu dùng ngày càng khắt khe ở việc lựa chọn một chiếc xe vừa an toàn, vừa tiện nghi và vấn đề an toàn luôn là ưu tiên hàng đầu. Một chiếc xe ngày nay, với hàng loạt các hệ thống hỗ trợ nhằm đảm bảo an toàn cho người lái cũng như đáp ứng nhu cầu tiện nghi cho người lái như hệ thống túi khí an toàn, kiểm soát hành trình, hệ thống cảnh báo lệch làn, hệ thống phanh điện tử, hệ thống cân bằng điện tử,… Các hệ thống tiện nghi không chỉ giúp tạo sự thoải mái, giảm áp lực cho người lái xe khi đi trên đường, đặc biệt là những khung đường dài. Hệ thống an toàn giúp giảm thiểu rủi ro tai nạn khi mà người lái xe mất tập trung khi lái xe do mệt mỏi, sử dụng chất kích thích,… đại diện trong số các hệ thống này là hệ thống hỗ trợ giữ làn đường (Lane Keeping System) và hệ thống cảnh báo lệch làn đường: Land Departure Warning Systerm.
Tầm quan trọng của hệ thống cảnh báo lệch làn và giữ làn
Trong những năm gần đây, sự gia tăng số lượng ô tô đã dẫn đến tình trạng gia tăng tai nạn giao thông An toàn lái xe trở thành một vấn đề quan trọng trong xã hội và ngành ô tô Theo báo cáo của WHO năm 2018, số người chết do tai nạn giao thông toàn cầu đạt 1,35 triệu người mỗi năm Mặc dù số lượng tử vong tăng, tỷ lệ người chết do tai nạn giao thông vẫn giữ ở mức khoảng ổn định.
18 ca tử vòng trên 100.000 người trong 15 năm qua
Các nghiên cứu tại Châu Âu và Hoa Kỳ cho thấy khoảng 80% vụ tai nạn giao thông liên quan đến hành vi của lái xe, với một tỷ lệ lớn do sự mất tập trung Cụ thể, các vụ va chạm từ phía sau chiếm khoảng 30% tổng số vụ tai nạn, trong khi 20% là do phương tiện rời khỏi làn đường Theo báo cáo của Cục Quản lý Đường cao tốc Liên bang Hoa Kỳ năm 2008, gần 50% vụ tai nạn lớn liên quan đến xe đi lệch làn đường.
Hình 1 1 Số người chết trong 15 năm so với 100,000 người
Làn đường ban đầu là yếu tố quan trọng trong việc di chuyển xe an toàn Việc xe chạy lệch khỏi làn đường này có thể ảnh hưởng đến an toàn giao thông.
Theo thống kê của Bộ Giao thông Vận tải Trung Quốc năm 2019, khoảng 50% vụ tai nạn giao thông bằng ô tô xảy ra do xe đi lệch làn đường, chủ yếu do tài xế mất tập trung hoặc mệt mỏi Cụ thể, 23% tài xế thừa nhận đã ngủ gật trên vô lăng ít nhất một lần trong tháng, trong khi 66% tài xế xe tải cũng gặp tình trạng này Đặc biệt, 28% tài xế xe tải ngủ gật trong vòng một tháng Những con số này cho thấy tầm quan trọng của việc ngăn chặn tình trạng lệch làn đường để giảm thiểu tai nạn giao thông.
Do đó, để cải thiện an toàn lái xe và giảm bớt gánh nặng lái xe của người lái xe
Hệ thống hỗ trợ lái xe tiên tiến (ADAS) đã được nghiên cứu và áp dụng rộng rãi, với hệ thống trợ lực lái là một nhánh chính Các hệ thống này bao gồm hỗ trợ giữ làn đường (LKAS), cảnh báo điểm mù (LCA), và cảnh báo tiền va chạm (FCA) LKAS đặc biệt được thiết kế để cảnh báo người lái khi phương tiện có xu hướng lệch làn do mệt mỏi hoặc thiếu tập trung, giúp duy trì vị trí của xe trong làn đường ban đầu thông qua trợ lực lái.
Lịch sử phát triển của hệ thống lệch làn và giữ làn
Từ những năm 1980, các nước phát triển như Đức, Nhật Bản và Hoa Kỳ đã áp dụng công nghệ thông tin và truyền thông tiên tiến để giải quyết các vấn đề giao thông như tắc đường, lãng phí năng lượng và ô nhiễm môi trường Để xây dựng một hệ thống quản lý vận tải đường bộ toàn diện và hiệu quả, LDWS đã tích hợp nhiều công nghệ và triển khai ứng dụng trong quản lý giao thông Kể từ năm 1994, thuật ngữ hệ thống giao thông thông minh (ITS) đã được công nhận rộng rãi, kết hợp các khoa học và công nghệ tiên tiến như công nghệ điều khiển điện tử, truyền dữ liệu, máy tính, lý thuyết điều khiển tự động và trí tuệ nhân tạo.
Ứng dụng công nghệ trong vận tải đường bộ giúp cải thiện giao tiếp giữa phương tiện, đường và người dùng, từ đó giảm thiểu tai nạn giao thông, giảm chi phí vận chuyển, hạn chế tắc nghẽn và ô nhiễm môi trường Điều này không chỉ nâng cao hiệu quả vận chuyển tổng thể mà còn đảm bảo an toàn giao thông, góp phần cải thiện lợi ích kinh tế và xã hội.
Hệ thống này ra mắt lần đầu vào năm 2000, được phát triển bởi công ty Iteris của
Mercedes-Benz Actros là mẫu xe tải đầu tiên tại châu Âu ứng dụng hệ thống cảnh báo lệch làn vào cuối thập niên 90 Xe tải hạng nặng này được trang bị bộ cảnh báo âm thanh, giúp lái xe nhận biết khi xe đi lệch khỏi làn đường Để tránh gây khó chịu cho lái xe khi chuyển làn, hệ thống sẽ không hoạt động nếu lái xe sử dụng đèn tín hiệu.
Xe tải Actros được trang bị hệ thống AutoVue Là hệ thống được phát triển ban đầu của trong ngành công nghệ hỗ trợ người lái
Vào tháng 6 năm 2000, công ty Iteris của Hoa Kỳ và Daimler Chrysler của Đức đã phát triển hệ thống AutoVue, hiện đã trở thành tùy chọn phổ biến cho nhiều thương hiệu xe tải ở Châu Âu Chính phủ Mỹ cũng đang khuyến khích việc ứng dụng hệ thống này để giảm thiểu tai nạn giao thông do lệch làn đường Hệ thống AutoVue bao gồm các mô-đun như thiết bị thu video lắp trong gương chiếu hậu, phần mềm phát hiện và theo dõi làn đường, loa cảnh báo và đơn vị điều khiển Nó hoạt động bằng cách phân tích hình ảnh đường và khoảng cách giữa xe và vạch nhận diện làn đường để xác định xem xe có nguy cơ lệch làn hay không
Trang 4 mẽ và có thể hoạt động hiệu quả, ổn định trong hầu hết các môi trường khí hậu khác nhau
Hình 1 2 Xe tải Merc Astro được trang bị hệ thống cảnh báo lệch làn đầu tiên
Ngoài hệ thống AutoVue, ứng dụng trên Merc còn tích hợp nhiều hệ thống tiên tiến khác như AWSTM, DSS, ALVINN, Scarf, và JLUVA-1, tất cả đều hướng tới tương lai và nổi bật trong lĩnh vực cảnh báo lệch làn.
Hiện nay, tất cả xe ô tô mới sản xuất tại Hàn Quốc, Nhật Bản và châu Âu đều được trang bị tính năng cảnh báo lệch làn tiêu chuẩn, nhằm nâng cao độ an toàn cho người lái và phương tiện.
Ứng dụng công nghệ hiện nay trong lĩnh vực ô tô
Hiện nay, tất cả các hãng xe ô tô đều trang bị hệ thống an toàn chủ động, bao gồm tính năng hỗ trợ cảnh báo lệch làn và duy trì làn đường với nhiều tên gọi khác nhau Điều này không chỉ đảm bảo an toàn cho khách hàng mà còn nâng cao tính thương mại hóa của các phương tiện.
Toyota trang bị hệ thống Duy trì Làn đường (Lane Tracing Assist) trong gói an toàn chủ động Toyota Safety Sense cho các dòng xe thương mại, nhằm nâng cao tính an toàn cho người lái với nhiều tính năng hỗ trợ.
Hình 1 3 Các tính năng ăn toàn chủ động trên Toyota
Mazda đã giới thiệu gói tính năng an toàn chủ động i-Activsense, nổi bật với chức năng kiểm soát hành trình chủ động (Mazda Radar Cruise Control) Hệ thống này sử dụng sóng radar milimet và camera để hỗ trợ người lái trong việc kiểm soát hành trình, cảnh báo nguy hiểm, kiểm soát làn đường (Lane Departure Warning System) và điều khiển đèn pha tự động (High Beam Control System).
i-Activsense là một giải pháp tiên tiến được phát triển bởi Mazda dựa trên triết lý an toàn Proactive Safety Hệ thống này được thiết kế để giảm thiểu nguy cơ tai nạn bằng cách tối đa hóa khả năng kiểm soát của người lái, đảm bảo an toàn khi điều khiển xe.
Hệ thống an toàn chủ động của Mazda đang được trang bị trên hầu hết các dòng xe, nhằm thương mại hóa tính năng an toàn và nâng cao sự bảo vệ cho cả phương tiện lẫn người sử dụng.
Hình 1 4 Các công nghệ trong gói i-activsense
- LDWS: Lane Departure Warning System: Hệ thống cảnh báo lệch làn
- ALH: Adaptive Led Headlight: Đèn pha tự động
- RCTA: Rear Cross Traffic Alert: Cảnh báo va chạm phía sau
- BSM: Blind Spot Monitoring: Kiểm soát điểm mù
Hãng Honda trang bị hệ thống an toàn chủ động Honda Sense, trong khi Hyundai cũng sở hữu hệ thống Hyundai Smartsense Tất cả các hệ thống này đều nhằm mục đích tăng cường an toàn cho khách hàng và nâng cao uy tín của thương hiệu xe.
Để nâng cao tính cạnh tranh công nghệ và đáp ứng nhu cầu của khách hàng, các hãng xe toàn cầu đều tích hợp công nghệ cảnh báo lệch làn và duy trì làn đường vào hệ thống hỗ trợ người lái của họ.
Trong tương lai, công nghệ an toàn và xe tự hành sẽ phát triển mạnh mẽ, trở thành điểm nhấn của ngành công nghiệp ô tô Điện khí hóa và công nghệ xe tự hành sẽ là những đột phá quan trọng Nhờ vào tiến bộ trong khoa học công nghệ, cảm biến, hệ thống máy tính và phần mềm thông minh, giấc mơ về xe tự hành sẽ sớm trở thành hiện thực cho khách hàng trong vài năm tới.
CẤU TẠO VÀ NGUYÊN TẮC HOẠT ĐỘNG CỦA HỆ THỐNG CẢNH BÁO LỆCH LÀN VÀ GIỮ LÀN TRÊN XE TOYOTA CROSS
Giới thiệu về Toyota Cross
2.1.1 Tổng quan về xe Toyota Cross
Toyota Cross là một mẫu crossover SUV nhỏ gọn hạng C, được sản xuất bởi hãng xe Nhật Bản từ năm 2020 Với kích thước hợp lý, chiếc xe này được định vị nằm giữa các phân khúc SUV, mang đến sự tiện lợi và linh hoạt cho người sử dụng.
Toyota Corolla Cross, ra mắt lần đầu vào tháng 08/2020, là mẫu crossover SUV đầu tiên của Toyota và cũng là xe hybrid đầu tiên được phân phối chính hãng tại Việt Nam.
Toyota Corolla Cross có thiết kế mạnh mẽ, nam tính và cứng cáp, nổi bật hơn so với nhiều đối thủ trong phân khúc crossover Mặc dù mang hậu tố “Cross”, mẫu xe này sở hữu kiểu dáng thuần SUV Lưới tản nhiệt lớn được thiết kế theo phong cách của RAV4 với màu đen bóng, cùng với hai đường gân dập nổi trên nắp capo, tạo nên ấn tượng khỏe khoắn và mạnh mẽ.
Hình 2 1 Ngoại thất Toyota Cross
Hình 2 2 Nội thất Toyota Cross
Nội thất của Toyota Corolla Cross mang phong cách đơn giản, trung tính và cứng cáp đặc trưng của thương hiệu Toyota, với các chi tiết được bố trí gọn gàng Chất liệu da tối màu kết hợp hài hòa với nhựa mềm, tạo nên không gian sang trọng Xe được trang bị nhiều công nghệ hiện đại như cụm đồng hồ tốc độ cơ với màn hình LCD 4.2 inch, màn hình giải trí trung tâm 7 inch hoặc 9 inch tùy phiên bản, hỗ trợ Apple Carplay và Android Auto, hệ thống âm thanh 6 loa, điều hòa tự động với cửa gió cho hàng ghế thứ 2, và kính lái chỉnh điện một chạm.
2.1.2 Hệ thống hỗ trợ người lái thông minh trên xe Toyota Cross
Toyota Corolla Cross được trang bị nhiều tính năng an toàn tiêu chuẩn như hệ thống chống bó cứng phanh ABS, hỗ trợ lực phanh khẩn cấp, phân phối lực phanh điện tử, cân bằng điện tử, hỗ trợ khởi hành ngang dốc, cảm biến áp suất lốp, 7 túi khí và cảm biến trước sau Đặc biệt, xe còn có gói trang bị an toàn chủ động Toyota Safety Sense thế hệ 2, với các tính năng nổi bật như cảnh báo tiền va chạm, cảnh báo lệch làn, hỗ trợ giữ làn đường, điều khiển hành trình chủ động và đèn pha thích ứng.
Hệ thống an toàn chủ động Toyota Safety Sense (TSS) nổi bật với các tính năng tiên tiến, mang đến sự bảo vệ tối ưu cho người lái và hành khách TSS được thiết kế để giảm thiểu nguy cơ tai nạn, cải thiện khả năng điều khiển và tăng cường an toàn trong mọi tình huống giao thông.
Trang 9 ngăn ngừa các tai nạn có thể xảy ra để bảo vệ người lái, hành khách và người ngồi trên phương tiện khác đã được ra mắt vào năm 2015 Từ đó đến nay các dữ liệu liên tục được Toyota thu thập đều cho thấy kết quả khả quan với những xe ô tô được trang bị gói an toàn chủ động Toyota Safety Sense
Hệ thống an toàn chủ động (Toyota Safety Sense) , bao gồm 4 tính năng:
Hệ thống cảnh báo tiền va chạm (PCS) là công nghệ tiên tiến giúp người lái nhận diện nguy cơ va chạm với các phương tiện hoặc người đi bộ phía trước Hệ thống này sử dụng cảm biến để cảnh báo kịp thời, góp phần nâng cao an toàn khi lái xe.
Hệ thống cảnh báo tiền va chạm sử dụng camera và radar để theo dõi hành vi lái xe và các điều kiện xung quanh, giúp phát hiện nguy cơ tai nạn sớm vài giây trước khi va chạm xảy ra Nhờ đó, hệ thống có thể thực hiện các biện pháp cảnh báo và can thiệp kịp thời nhằm ngăn chặn hoặc giảm thiểu thiệt hại.
- Hệ thống đèn pha tự động thích ứng (AHB):
Hệ thống Đèn pha tự động sử dụng camera cảm biến ở phía trước xe để hoạt động Khi cảm biến phát hiện tín hiệu đèn pha từ phương tiện đối diện, hệ thống sẽ tự động điều chỉnh ánh sáng đèn pha.
Hình 2 3 Tính năng cảnh báo tiền va chạm trên Toyota
Trang 10 chiều Ngay lập tức, đèn pha của xe sẽ chuyển sang đèn chiếu gần giúp người lái xe ngược chiều không bị chói mắt
Khi không còn tín hiệu đèn pha ngược chiều nữa, hệ thống AHB sẽ kích hoạt đèn pha để đảm bảo tầm nhìn xa của chủ xe
- Hệ thống điều khiển hành trình chủ động (DRCC):
Hệ thống điều khiển hành trình chủ động được thiết kế để sử dụng trên đường cao tốc, cho phép người lái duy trì tốc độ đã được cài đặt mà không cần thay đổi Tương tự như chức năng kiểm soát chân ga tự động, hệ thống này giúp nâng cao sự tiện lợi và an toàn khi lái xe.
Hình 2 4 Tính năng đèn pha tự động
Hình 2 5 Hệ thống hành trình chủ động
Hệ thống điều khiển hành trình sử dụng Radar phía trước để nhận diện tốc độ xe phía trước, tự động điều chỉnh tốc độ nhằm duy trì khoảng cách an toàn Hệ thống này kết hợp với các tính năng như cảnh báo lệch làn, duy trì làn đường và cân bằng điện tử, giúp giảm thiểu thao tác lái xe và mệt mỏi cho tài xế trong những chuyến đi dài, từ đó nâng cao tính ổn định và an toàn cho cả người lái và phương tiện.
- Hệ thống hỗ trợ giữ làn đường (LTA) :
Hệ thống cảnh báo lệch làn (LDWS) kết hợp với hệ thống duy trì làn đường (LKA) sử dụng cảm biến hình ảnh và radar để xác định vị trí Hệ thống này cung cấp cảnh báo khi xe có nguy cơ lệch khỏi làn đường và thực hiện điều khiển lái chủ động để giữ xe trong làn.
Hệ thống cảnh báo lệch làn đường (LDWS) sử dụng âm thanh bíp và hình ảnh trên đồng hồ taplo để cảnh báo lái xe khi có nguy cơ chạm vạch phân làn mà chưa bật đèn báo rẽ Hệ thống này chủ yếu dựa vào camera để nhận diện các đường kẻ màu trắng hoặc vàng, từ đó phân tích và đánh giá tình hình giao thông trước khi đưa ra cảnh báo cần thiết.
Hệ thống hỗ trợ giữ làn đường (LKA) cung cấp cảnh báo và hỗ trợ đánh lái khi phát hiện xe di chuyển ra khỏi làn đường mà không có phản hồi từ người lái Tính năng này giúp người lái an tâm hơn và đảm bảo an toàn cho xe luôn di chuyển đúng làn đường.
Hình 2 6 Hệ thống duy trì làn đường
Giới thiệu chung về hệ thống cảnh báo lệch làn ( LDWS) và hệ thống duy trì làn đường ( LKA)
Hệ thống cảnh báo lệch làn (LDWS) và hệ thống hỗ trợ duy trì làn đường (LKA) là những mô-đun quan trọng trong hệ thống hỗ trợ người lái (ADAS), giúp nâng cao an toàn giao thông LDWS cảnh báo người lái khi xe có nguy cơ lệch khỏi làn đường, nhưng không kiểm soát trực tiếp phương tiện Hệ thống này thu thập thông tin từ các cảm biến để phân tích trạng thái xe và tính toán khả năng lệch làn Khi xe sắp lệch hoặc đã lệch mà không có tín hiệu báo, LDWS sẽ phát tín hiệu cảnh báo qua âm thanh, rung động hoặc hình ảnh Nếu người lái không phản ứng với cảnh báo, hệ thống LKA sẽ tự động điều chỉnh hướng lái để giữ xe trong làn đường.
2.2.1 Hệ thống cảnh báo lệch làn
Hệ thống cảnh báo lệch làn đường (LDWS) theo dõi vị trí của xe so với ranh giới làn đường và cảnh báo người lái khi có nguy cơ rời khỏi làn Mặc dù LDWS không can thiệp vào việc điều khiển xe, một số hệ thống hỗ trợ giữ làn đường (LKA) có thể cung cấp sự can thiệp để duy trì xe trong làn Dù LKA không phải là trọng tâm của báo cáo này, chúng vẫn được đề cập để đánh giá tính hoàn chỉnh của hệ thống.
2.2.1.1 Cấu tạo chung Hệ thống cảnh báo lệch làn
+ Camera được lắp phía sau kính chắn gió, nằm phía sau gương chiếu hậu trung tâm
+ Radar cảm biến vị trí tương quan của xe
+ Bộ xử lý cảnh báo lệch làn
Hệ thống cảnh báo lệch làn sẽ xử lý thông tin theo sơ đồ khối
Hình 2 7 Sơ đồ khối hệ thống cảnh báo lệch làn
2.2.1.2 Phương pháp xác định vạch kẻ đường và cảnh báo lệch làn a Thông tin đầu vào
Thông tin đầu vào sẽ bao gồm video ghi lại từ camera gắn trên gương chiếu hậu của ô tô, được quay ở nhiều đoạn đường khác nhau và trong các điều kiện ánh sáng đa dạng.
Nguyên lý phân tích ảnh từ video đầu vào của hệ thống cảnh báo lệch làn:
+ Khi hệ thống cảnh báo lệch làn được kích hoạt, camera được gắn trên kính hậu liên tục thu hình ảnh quãng đường di chuyển
+ Bộ xử lý sẽ chia nhỏ các hình ảnh video thành 2 khung theo chiều ngang
+ Qua quá trình phân tích, bộ phận xử lý phát hiện phần làn đường được xác định so với vị trí tương ứng của xe
+ Hệ thống đánh dấu lại những làn đường được phát hiện → đưa ra hình ảnh về phần đường bên trái và phải
+ Dựa vào các phân tích của bộ xử lý để quyết định đưa ra cảnh báo:
Nếu xe lệch làn → đưa ra cảnh báo thông qua hệ thống cảnh báo
Nếu xe chưa lệch làn → hệ thống tiếp tục vòng lặp để phân tích hình ảnh
Hình 2 8 Sơ đồ phân tích hình ảnh và đưa ra cảnh báo của hệ thống b Thuận toán CHEVP
( Canny/ Hough ước tính các điểm hội tụ)
Thuật toán này được áp dụng để phát hiện các cạnh của làn đường và hệ thống đánh dấu làn đường Kỹ thuật khởi tạo tự động cho phép trích xuất vị trí của mọi loại đánh dấu.
Trang 15 hình làn đường nào cực kỳ quan trọng và cần thiết Thuật toán CHEVP (Canny / Hough Estimation of Vanishing Points) đã được phát triển để đáp ứng các yêu cầu này Con đường được giả định có hai ranh giới song song trên mặt đất và trong dải hình ảnh ngang ngắn, con đường gần như thẳng Theo kết quả của phép chiếu phối cảnh, các đường ranh giới trong mặt phẳng hình ảnh sẽ giao nhau tại một điểm biến mất được chia sẻ trên đường chân trời
Hình ảnh được chia thành hai khung hình phụ theo chiều ngang, và phần dưới của khung hình được chuyển đổi thành hình ảnh cường độ để đáp ứng yêu cầu hệ thống Thuật toán phát hiện cạnh Canny được áp dụng cho hình ảnh đã chọn thông qua bộ lọc FIR-2D và giá trị ngưỡng tự động Hệ thống nhận được hình ảnh phát hiện cạnh, với mục đích giảm đáng kể lượng dữ liệu trong ảnh Thay vì sử dụng hầu hết các thang màu thực tế, hệ thống chỉ sử dụng hai màu trắng và xám, đồng thời vẫn bảo tồn các đặc tính cấu trúc cần thiết cho việc xử lý ảnh tiếp theo.
Thuật toán chạy theo 5 bước riêng biệt:
Bước 1: Làm mịn: Làm mờ hình ảnh để loại bỏ nhiễu
Bước 2: Tìm gradient: Nên đánh dấu các cạnh mà gradient của hình ảnh có độ lớn
Bước 3: Sự triệt tiêu cực đại: Chỉ các cực đại cục bộ mới được đánh dấu là các cạnh
Bước 4: Xác định các cạnh tiềm năng thông qua việc thiết lập ngưỡng kép Bước 5: Theo dõi và xác định các cạnh cuối cùng bằng cách loại bỏ tất cả các cạnh không liên kết với một cạnh mạnh mẽ và chắc chắn.
Hình 2 9 Phân tích hình ảnh thông qua Canny
Trang 17 d Thuật toán chuyển đổi Hough Transform
Kỹ thuật biến đổi Hough được áp dụng để xác định các đường thẳng đứng trong hình ảnh đã được lọc, đồng thời giữ lại các cạnh có khả năng xuất hiện cao nhất của làn đường.
Một pixel cạnh được xác định bởi tọa độ (x, y) trong không gian hình học, với số dòng đi qua điểm này là vô hạn Mọi đường thẳng đều có thể được biểu diễn qua phương trình y = mx + c.
Trong đó: m là hệ số góc của đường thẳng và c là y- của nó
Hình 2 10 Sơ đồ hình học của Hough Transform
Đối với các đường thẳng đứng, độ dốc không xác định, và chúng có thể được biểu diễn dưới dạng tọa độ cực bằng phương trình r = x cos∅ + y sin∅.
Trong không gian tham số của Hough, mỗi đường thẳng được đại diện bởi một điểm duy nhất (r, θ), với r là khoảng cách vuông góc từ đường thẳng đến gốc tọa độ và θ là góc tạo bởi r với trục x, có phạm vi từ -90 độ Khi vẽ (r, θ) cho các đường khác nhau đi qua các điểm Descartes (x, y), ta tạo ra một đường cong trong không gian tham số Các điểm dữ liệu thẳng hàng trong không gian Descartes có thể được mô tả dễ dàng trong không gian tham số Hough, vì các đường cong này cắt nhau tại một điểm chung (r, θ) Biến đổi Hough áp dụng sơ đồ bỏ phiếu để phát hiện rìa của làn đường, với ngưỡng thích hợp là 75 độ để xác định làn đường được trích xuất.
Các bước đầu tiên được thực hiện ở nửa bên trái của hình ảnh để xác định ranh giới làn đường bên trái, sau đó tiến hành ở nửa bên phải để tìm ranh giới làn đường bên phải Hệ thống phát hiện làn đường và cảnh báo lệch làn giúp nâng cao an toàn khi lái xe.
Hệ thống phát hiện làn đường sử dụng công nghệ để nhận diện các điểm đánh dấu làn đường bằng cách so sánh với hình ảnh từ video trước đó Khi phát hiện dấu hiệu lệch làn, hệ thống sẽ hiển thị các dấu hiệu đã nhận diện và phát ra cảnh báo dựa trên vị trí của xe và loại dấu hiệu Cảnh báo lệch làn bên trái sẽ được kích hoạt khi xe di chuyển qua vạch kẻ làn đường bên trái, trong khi cảnh báo lệch làn bên phải sẽ xuất hiện khi xe vượt qua vạch kẻ làn đường bên phải.
2.2.2 Hệ thống duy trì làn đường
Hệ thống hỗ trợ duy trì làn đường LKA (Lane Keeping Assist) hay LKS (Lane Keeping System) là công nghệ tiên tiến, nâng cao khả năng cảnh báo lệch làn đường Khi phát hiện xe có dấu hiệu lệch khỏi làn, hệ thống sẽ cảnh báo người lái tương tự như LDWS Nếu người lái không phản hồi, hệ thống sẽ tự động can thiệp để giữ xe trong đúng làn đường.
Hệ thống duy trì làn đường bao gồm các thành phần chính như camera, hệ thống hỗ trợ đánh lái, hệ thống điều khiển đánh lái, vô lăng đa chức năng, nút nhấn thiết lập, màn hình hiển thị và đèn báo.
Hệ thống hoạt động theo 3 quy trình:
Hình 2 11 Sơ đồ quy trình xử lý của hệ thống duy trì làn đường
Cấu tạo hệ thống cảnh báo lệch làn trên xe Toyota Cross
Hệ thống cảnh báo lệch làn trên xe Toyota sử dụng camera phía trước và radar để thu thập thông tin về vị trí của các vật thể xung quanh Dựa trên dữ liệu này, các bộ xử lý sẽ phân tích và phát ra cảnh báo cho người lái.
Hệ thống cảnh báo lệch làn trên xe Toyota Cross sử dụng camera Stereo gắn phía sau kính chắn gió để theo dõi liên tục các vạch kẻ đường Camera kết hợp với bộ vi xử lý nhận dạng hình ảnh, tính toán các thông tin như tốc độ, tỷ lệ lệch hướng và góc lái Hệ thống xác định vị trí của xe trong làn đường bằng cách phân tích các vạch sơn và tính toán góc phân kỳ từ tâm làn đường Nếu phát hiện xe rời khỏi làn đường không chủ ý, hệ thống sẽ gửi cảnh báo kịp thời đến người lái Camera phía trước kính chắn gió liên tục quét các làn đường để đảm bảo an toàn cho hành trình.
Tầm hoạt động của camera có tầm hoạt động tốt từ 6m đến 40m Độ mở ngang 50 độ và độ mở dọc 30 độ
Hình ảnh từ cảm biến camera chỉ ghi lại hai màu trắng và xám để tăng tốc độ xử lý Việc phân tích ảnh màu thực tế sẽ tốn nhiều thời gian hơn so với việc chỉ xử lý hai màu này.
Hình 2 13 Giới hạn làm việc của camera
Hình 2 14 Hình ảnh phân tích qua camera
- Lane detection with the eye: Làn được bằng mắt thường
- Lane detection with the camera: Làn đường được xác định qua camera
2.3.2 Radar và hộp điều khiển Radar
Toyota Cross được trang bị Radar nằm phía dưới logo Toyota phía trước mặt galang
Hình 2 15 Radar trên Toyota Cross
Radar là công nghệ phát hiện khoảng cách, vận tốc và phương hướng của vật thể trong mọi điều kiện, được ứng dụng rộng rãi trong ngành chế tạo ô tô Công nghệ này giúp người lái kiểm soát tốc độ và giảm nguy cơ va chạm Radar ô tô xác định khoảng cách và tốc độ của các đối tượng xung quanh bằng cách phát sóng vô tuyến, phản xạ trở lại khi gặp vật thể Tầm xa của radar có thể đo được các vật thể cách xa từ 300m đến 500m Khi hoạt động, radar phát ra sóng và khi gặp chướng ngại vật, sóng sẽ dội lại cảm biến Vi xử lý trung tâm của xe sẽ tính toán khoảng cách từ xe đến chướng ngại vật dựa trên thời gian sóng di chuyển, kết hợp với tốc độ và hướng đi hiện tại của người lái.
Bảng 2.1 Các vị trí ra đa quét
Park Assistance Surround View Tầm nhìn xung quanh hỗ trợ đỗ xe
Rear Colission Warning Cảnh báo va chạm phía sau
Surround View Tầm nhìn bao quanh
Cross Traffic Alert Cảnh báo giao thông cắt ngang
Lane Departure Warning Cảnh báo lệch làn
Adaptive Cruise Control Hệ thống chân ga tự động
Park Assist Hỗ trợ đỗ xe
Long Ranger Radar Vùng sóng dài của Radar
Hình 2 16 Các vị trí sóng radar quét
Hệ thống radar trên ô tô bao gồm máy phát và máy thu, trong đó máy phát phát sóng vô tuyến tới các vật thể và nhận tín hiệu phản xạ trở lại Qua đó, hệ thống có khả năng xác định khoảng cách, tốc độ và hướng di chuyển của vật thể, nhằm cảnh báo người dùng kịp thời.
Trong tương lai gần, cảm biến radar ô tô sẽ đóng vai trò quan trọng trong việc hỗ trợ người lái xe, giúp giảm thiểu va chạm khi tham gia giao thông Công nghệ này không chỉ nâng cao an toàn mà còn là bước tiến quan trọng hướng tới phát triển ngành công nghiệp ô tô không người lái.
Cảm biến radar thu và phát sóng vô tuyến, với dữ liệu được kiểm soát bởi hộp điều khiển radar (SENSOR ASSY, MILLIMETER WAVE RADAR) Thiết bị này giải mã và xử lý dữ liệu một cách chính xác theo lập trình của nhà sản xuất, giúp hệ thống đo khoảng cách phía trước và hệ thống ga tự động hoạt động hiệu quả Nhờ đó, hệ thống tự điều chỉnh tốc độ để duy trì khoảng cách an toàn với các phương tiện phía trước.
Hệ thống cảnh báo của hệ thống duy trì làn đường bao gồm:
Hình 2 17 Radar được trang bị trên xe Toyota
Màn hình đa thông tin trên xe cung cấp cảnh báo khi xe di chuyển ra khỏi làn đường đã cài đặt Hệ thống sẽ hiển thị thông tin về tình trạng lệch làn và phát âm thanh cảnh báo, giúp tài xế dễ dàng nhận biết và điều chỉnh hướng đi.
Khi xe lệch khỏi hành trình, đèn vàng sẽ xuất hiện ở làn đường mà xe đang di chuyển Người lái có thể theo dõi thông tin trên màn hình đa thông tin để nhận biết hướng lệch và có biện pháp xử lý an toàn Hệ thống cũng phát ra âm thanh cảnh báo khi xe di chuyển lệch sang trái hoặc phải, nhưng âm thanh này sẽ được điều chỉnh để không gây khó chịu cho người lái Thay vào đó, hệ thống cảnh báo xúc giác sẽ sử dụng rung vô lăng hoặc ghế lái để thông báo cho người lái.
Sau khi camera phát hiện xe đã đi vào vạch chỉ đường mà không có tín hiệu rẽ từ người lái, bộ xử lý sẽ thông báo rằng phương tiện đã lệch khỏi tâm làn quy định Hệ thống kết hợp màn đa thông tin và rung vô lăng để cảnh báo người lái bằng âm thanh bíp liên tục, cho đến khi người lái nhận thức được tình huống và điều chỉnh xe về vị trí an toàn trong làn đường.
Hình 2 18 Cảnh báo trên đồng hồ đa thông tin
Hệ thống cảnh báo đa dạng qua thị giác, thính giác và xúc giác giúp người lái nhanh chóng nhận diện tình trạng xe, giảm thiểu mất tập trung khi lái xe đường dài Sự kết hợp hiệu quả giữa các trạng thái cảnh báo nâng cao hiệu suất của hệ thống, từ đó tối ưu hóa tính năng an toàn của xe.
Hình 2 20 Bộ phận cảnh báo của hệ thống duy trì làn đường
1- Cảm biến hình ảnh; 2- bộ xử lý thông tin; 3- bộ phận cảnh báo lệch làn đường; 5- hệ thống hỗ trợ giữ làn; 6- cảnh báo rung ghế; 7- cảnh báo rung vô lăng; 8,10- cảnh báo âm thanh; 9- cảnh báo hình ảnh; 11- hỗ trợ đánh lái chủ động
Hình 2 19 Cảnh báo âm thanh của hệ thống
Hệ thống cảnh báo lệch làn đường sẽ tính toán và nhận diện sự sai lệch của xe so với làn đường ảo Khi phát hiện sai lệch, hệ thống sẽ đưa ra cảnh báo ngay lập tức Nếu người lái không phản hồi để điều chỉnh hướng đi, hệ thống sẽ chủ động can thiệp bằng cách điều chỉnh tay lái để giữ xe trong làn đường an toàn.
Cấu tạo hệ thống duy trì làn đường trên xe Toyota Cross
Hệ thống duy trì làn đường hoạt động dựa trên thông tin từ mô đun cảnh báo lệch làn Khi nhận tín hiệu từ hệ thống cảnh báo nhưng không có phản hồi từ người lái, hệ thống sẽ sử dụng cảm biến tốc độ động cơ và cảm biến tốc độ phương tiện để tính toán góc lệch của xe so với tâm làn đường Sau khi xử lý, thông tin được gửi tới hệ thống phanh điện tử và trợ lực lái điện, nhằm đưa xe về vị trí an toàn mà không gây rung lắc Đặc biệt, trong quá trình đánh lái, hệ thống còn kết hợp với hệ thống cân bằng điện tử để giảm thiểu rung lắc và lệch lái ở tốc độ cao, điều này rất quan trọng để tránh tai nạn nghiêm trọng do rung lắc nhẹ.
Các bộ phận của hệ thống duy trì làn đường được đánh số thứ tự trên hình và chú thích chi tiết trong bảng 2.2, tạo nên một cái nhìn toàn diện về hệ thống này Tất cả các phần tử này bổ sung cho nhau, giúp hình dung rõ ràng hơn về chức năng và cấu trúc của hệ thống.
Hình 2 21 Cấu tạo hệ thống duy trì làn đường
Bảng 2.2 Cấu tạo hệ thống duy trì làn đường
Hệ thống duy trì làn đường
Hệ thống phanh Động cơ và hộp số
Bảng điều khiển và lái điện
Trợ lực lái điện a: Camera hệ thống cảnh báo lệch làn b: Cảm biến tốc độ bánh xe
E2: Công tắc chuyển đổi tín hiệu
Motor trợ lực lái điện
G550: Radar J104: Hộp điều khiển phanh ABS
J217: Hộp điều khiển hộp số
G17: Cảm biến nhiệt độ môi trường
J500: Bộ điều khiển trợ lực lái điện
J759: Hộp điều khiển hệ thống
J623: Hộp điều khiển động cơ
G269: Cảm biến mô men đánh lái
K240: Đèn báo taplo của hệ thống
G28: Cảm biến tốc độ động c
J527: Bộ điều khiển lái điện
J119: Màn hình đa thông tin
2.4.1 Hệ thống cảnh báo lệch làn J759
Hệ thống duy trì làn đường hoạt động dựa trên tín hiệu đầu ra từ hệ thống cảnh báo lệch làn, được điều khiển bởi bộ vi xử lý Hệ thống này bao gồm camera, bộ vi xử lý và hệ thống cảnh báo, giúp tăng cường an toàn khi lái xe.
2.4.2 Hệ thống trợ lực lái điện EPS
Hệ thống trợ lực lái điện (EPS) tạo ra mô-men trợ lực thông qua mô tơ điện, giúp giảm lực đánh lái một cách hiệu quả Khác với hệ thống trợ lực lái thủy lực, EPS không sử dụng công suất động cơ để tạo áp suất thủy lực, mà thay vào đó, sử dụng mô tơ điện một chiều Điều này giúp tiết kiệm nhiên liệu một cách hiệu quả hơn, vì không cần trích công suất từ động cơ.
Hệ thống phanh điện là thành phần quan trọng trong bộ phận chấp hành của hệ thống duy trì làn đường, giúp điều chỉnh góc đánh lái một cách chính xác Hệ thống này sử dụng tín hiệu từ các cảm biến góc lái và cảm biến mô-men xoắn để đảm bảo hoạt động hiệu quả và an toàn trong quá trình điều khiển.
Hình 2 22 Cấu tạo hệ thống lái điện tử
Bộ điều khiển trợ lực lái EPS ECU được tích hợp trực tiếp vào mô tơ điện, giúp loại bỏ sự cần thiết của các đường dây phức tạp đến hệ thống trợ lực lái Thiết bị này hoạt động dựa trên các tín hiệu đầu vào, đảm bảo hiệu suất và độ chính xác cao trong việc hỗ trợ lái xe.
- Tín hiệu góc đánh lái từ bộ truyền góc đánh lái G85
- Tốc độ động cơ từ bộ truyền tốc độ động cơ G28
- Lục đánh lái, tốc độ rô to
- Tín hiệu tốc độ mặt đường và tín hiệu xác nhận chìa khóa đánh lửa từ bộ điều khiển được chèn vào phần hiển thị của bảng điều khiển
Bộ điều khiển tính toán chính xác mức độ lực đánh lái để cung cấp hỗ trợ tối ưu Cường độ dòng điện kích thích được tính toán để điều khiển hoạt động của mô tơ V187.
Hình 2 23 Cảm biến mô men đánh lái
Khi người lái xe điều khiển vô lăng, mô men lái tác động lên trục sơ cấp của cảm biến mô-men qua trục lái chính Các vòng phát hiện được bố trí trên trục sơ cấp và trục thứ cấp, với vòng 1 và 2 ở phía vô lăng, và vòng 3 ở phía cơ cấu lái Trục sơ cấp và trục thứ cấp được kết nối bằng một thanh xoắn, trong đó các vòng phát hiện có cuộn dây phát hiện không tiếp xúc để tạo thành mạch kích thích Khi mô-men lái được tạo ra, thanh xoắn bị xoắn, dẫn đến độ lệch pha giữa vòng phát hiện 2 và 3 Dựa trên độ lệch pha này, tín hiệu tỉ lệ với mô men được gửi tới ECU, từ đó ECU tính toán mô men trợ lực cho tốc độ xe và điều khiển mô tơ thông qua dòng điện kích thích được điều chỉnh.
- Nếu nhiệt độ tăng lên quá 100 C tính hiệu quả của trợ lực lái bị giảm đáng kể
Khi thông số trợ lực lái giảm xuống dưới 60%, chuông cảnh báo của trợ lực lái cơ điện tử K161 sẽ chuyển sang màu vàng và ghi nhận lỗi trong bộ nhớ Đồng thời, thông báo lỗi cũng sẽ hiển thị trên đồng hồ táp lô.
Mô tơ trợ lực lái:
Hình 2 24 Mô tơ trợ lực lái
Mô tơ DC được cấu tạo từ rô to, stato và trục chính, trong khi cơ cấu giảm tốc bao gồm trục vít và bánh vít Mô-men được tạo ra từ rô to sẽ được truyền đến cơ cấu giảm tốc và sau đó tiếp tục truyền đến trục lái.
Vị trí lắp đặt: Gắn song song vào thanh ray của cơ cấu lái, hỗ trợ lực đánh lái Chức năng:
2.4.3 Cảm biến tốc độ bánh xe (cảm biến ABS)
Cảm biến tốc độ bánh xe trước và sau được cấu tạo từ nam châm vĩnh cửu, cuộn dây và lõi từ Vị trí lắp đặt của cảm biến tốc độ và số lượng răng của rô to cảm biến có thể thay đổi tùy theo kiểu xe.
Hình 2 25 cấu tạo cảm biến tốc độ bánh xe
- To Electric control unit (ECU): Điện áp đưa tới bộ xử lý
- ABS wheel speed sensor: Cảm biến tốc bộ bánh xe
- ABS reluctor ring: Vòng đệm phan điện ABS
1 Dây cáp cảm biến; 2 Đuôi lõi từ; 3 Bệ lõi từ; 4 Cuộn dây; 5 Đầu lõi từ; 6 Rotor
Vành ngoài của rôto được trang bị các răng, khi xe di chuyển, bánh xe sẽ quay rôto, tạo ra điện áp xoay chiều với tần số tỷ lệ thuận với tốc độ quay của rôto Điện áp AC này cung cấp thông tin về tốc độ bánh xe cho ECU của hệ thống ABS.
Hình 2 26 Cấu tạo của cảm biến tốc độ
Hình 2 27 Tốc độ của bánh xe được truyền về ECU dưới dạng điện áp
ECU sẽ theo dõi tốc độ của từng bánh xe khi phanh để xác định bánh xe nào đang bị trượt Từ đó, nó sẽ điều chỉnh lực phanh nhằm ngăn chặn hiện tượng bó cứng và trượt của bánh xe đó trên đường.
Nguyên lý hoạt động của hệ thống
2.5.1.1 Điều kiện để kích hoạt hệ thống a Điều kiện khách quan
Hệ thống có thể được sử dụng khi mặt đường đáp ứng các điều kiện sau:
+ Làn đường mà bạn đang lái xe có vạch kẻ làn đường có thể phát hiện được ở cả hai bên và xe của bạn đang ở giữa làn đường
+ Làn đường di chuyển có chiều rộng trên 3m
+ Vạch kẻ đường rõ ràng không bị cắt quãng đoạn dài b Điều kiện chủ quan
Hệ thống sẽ kích hoạt trạng thái chủ động khi người lái điều chỉnh xe ở điều kiện: + Tốc độ xe đang trên 50 km/h
+ Bạn đang lái xe trên đường thẳng hoặc hơi cong
+ Đèn báo rẽ đã tắt
+ Kính chắn gió sạch, không làm ảnh hưởng đến tầm quan sát của camera
+ Bàn đạp phanh không bị nhấn
+ Cần gạt nước không hoạt động ở tốc độ cao
+ Hệ thống phụ trợ đều hoạt động
Hệ thống được bật/ tắt thông qua nút nhấn nằm phía bên phải của vô lăng
Hình 2 28 Nút bật/ tắt hệ thống trên vô lăng
Khi nút được nhấn, màn hình hiển thị đa thông tin sẽ hiện ra danh sách tùy chọn cho các hệ thống hỗ trợ người lái (ADAS)
Nếu giữ nút bật/tắt trong 2 giây, tất cả các tùy chọn, bao gồm hệ thống hỗ trợ lái, sẽ được bật hoặc tắt đồng thời Tính năng này cho phép lái xe linh hoạt điều chỉnh hệ thống dựa trên tình trạng đường và điều kiện lái Việc bật tắt hệ thống cần xem xét tình trạng làn đường, tình trạng làm việc của tài
Hình 2 29 Màn hình hiển thị các lựa chọn của hệ thống
Sử dụng các nút điều hướng trên vô-lăng để thiết lập và tùy chỉnh hệ thống xe một cách dễ dàng Người dùng có thể chọn các tính năng phù hợp thông qua hệ thống cài đặt Để kích hoạt hệ thống bằng nút điều khiển trên vô-lăng, hãy thực hiện theo các bước hướng dẫn cụ thể.
- Bước 1: Vào phần cài đặt phương tiện
- Bước 2: Sử dụng nút điều khiển để lựa chọn chức năng duy trì làn đường
- Bước 3: Kích hoạt/ tắt các chức năng của hệ thống
Hình 2 30 Nút điều khiển đa chức năng
Màn hình đa thông tin hiển thị khi hệ thống duy trì làn được kích hoạt, bao gồm thông tin về hệ thống radar đã sẵn sàng và cảnh báo lệch làn đã được bật.
Màn hình đa thông tin hiển thị trạng thái sẵn sàng của hệ thống, cho thấy hệ thống đã ở chế độ chủ động và sẵn sàng tiếp quản việc lái xe Khi đó, đèn báo xanh lá cây trên màn hình sẽ sáng lên, cùng với các hệ thống phụ trợ cũng báo hiệu bằng đèn xanh đã sẵn sàng hoạt động.
2.5.1.3 Hoạt động của hệ thống sau khi được kích hoạt
Khi kích hoạt hệ thống bằng nút nhấn, hệ thống sẽ thực hiện các bước sau:
+ Kích hoạt máy ảnh và ghi nhận các dấu hiệu làn đường mà xe đang chạy
+ Đánh dấu vị trí trung tâm làn xe
+ Đánh dấu vị trí xe trong làn đường
Hệ thống sẽ thông báo tình trạng hoạt động qua màn hình đa thông tin bằng cách hiển thị màu xanh, đồng thời kích hoạt cảm biến ra đa và hệ thống cân bằng điện tử Việc kích hoạt đồng thời hai hệ thống này nhằm đảm bảo sự ổn định và chính xác cho xe Khi xe được đánh dấu vị trí trong làn đường, nếu có sự sai lệch giữa tâm làn đường và tâm xe, hệ thống sẽ ngay lập tức điều chỉnh xe về vị trí an toàn và tiếp tục tính toán làn đường ảo cho đoạn đường tiếp theo, giúp xe luôn trong tình trạng an toàn.
Hệ thống sử dụng camera và cảm biến ra đa để xác định tâm xe và tâm làn đường dựa trên hành trình đã được người dùng thiết lập Sau khi xác định tâm làn đường, hệ thống sẽ tính toán hai làn đường ảo bên cạnh để bắt đầu quá trình di chuyển của xe.
Khi hệ thống hoàn thành tất cả các bước, cảnh báo sai lệch làn đường sẽ chuyển sang trạng thái chủ động với đèn báo sáng xanh Ngược lại, nếu không thành công, hệ thống sẽ ở trạng thái bị động.
Hình 2 32 Hệ thống đánh dấu xe trong làn
Hình 2 33 Hệ thống hoạt động ở trạng thái chủ động
2.5.1.4 Trạng thái bị chủ động/ bị động
Trong chế độ chủ động, hệ thống lái trợ lực điện ghi nhớ và điều chỉnh mô-men xoắn khi xe có nguy cơ rời khỏi làn đường đã được xác định.
Chế độ hoạt động của hệ thống được hiển thị qua đèn cảnh báo lệch làn đường màu xanh lá cây trên bảng điều khiển Trong chế độ bị động, camera sẽ tiếp tục ghi lại làn đường và bộ xử lý sẽ tính toán Hệ thống sẽ chuyển sang chế độ chủ động khi phát hiện rõ ràng ranh giới làn đường hoặc khi xe đáp ứng đủ các điều kiện về giới hạn làn đường, tốc độ cho phép và tín hiệu rẽ.
Hệ thống cảnh báo lệch làn đường tạm thời được chuyển sang chế độ thụ động bằng cách kích hoạt tín hiệu rẽ
Khi tín hiệu rẽ được tắt và làn đường được phân định rõ ràng, hệ thống sẽ tự động kích hoạt lại, hiển thị đèn chỉ thị màu vàng trên màn hình điều khiển.
Hình 2 34 Điều kiện để hệ thống ở chế độ chủ động
Hệ thống ghi nhận hình ảnh từ camera và phân tích thành các vạch làn đường riêng biệt, sử dụng cảm biến ra đa để xác định vị trí của xe so với làn đường và các phương tiện xung quanh Khi xe di chuyển tại vị trí tâm làn với tốc độ trung bình trên 50 km/giờ, hệ thống thiết lập trạng thái chủ động trong đường thẳng, trong khi hệ thống trợ lực lái không hoạt động.
Trang 41 tiếp tục ghi hình ảnh, hệ thống cảnh báo tắt Hệ thống tiếp tục sử dụng các dấu được đánh trên đường để tính toán làn đường ảo mà phương tiện được phép di chuyển và xác định vị trí của xe trên làn đường Bộ vi xử lý tiếp tục phân tích hình ảnh được truyền vào để đưa ra các cảnh báo hoặc xử lý ở các tính huống tiếp theo của hành trình
Khi phương tiện có xu hướng lệch khỏi làn đường, hệ thống sẽ cảnh báo người lái bằng âm thanh, hình ảnh trên màn hình đa thông tin, cùng với rung vô lăng và ghế Nếu người lái không phản hồi để điều chỉnh phương tiện, hệ thống sẽ kích hoạt chế độ lái chủ động, giúp điều khiển phương tiện quay trở lại làn đường ban đầu một cách chính xác.
Khi xe rời khỏi làn đường ảo, hệ thống sẽ sử dụng mô-men xoắn tối đa 3 N.m để chống chuyển động lệch làn Quá trình này được thực hiện bởi hệ thống trợ lực lái điện, với lực được định hướng theo góc di chuyển của xe hướng về phía phân định làn đường.
THIẾT KẾ GIẢI THUẬT MÔ PHỎNG HOẠT ĐỘNG HỆ THỐNG
Tổng quan về giải thuật
Giải thuật, hay còn gọi là thuật toán, là một tập hợp hữu hạn các chỉ thị được thực hiện theo một thứ tự nhất định để đạt được kết quả mong muốn.
Giải thuật là tập hợp các bước và thao tác nhằm giải quyết một vấn đề cụ thể Nó cung cấp các giải pháp hiệu quả để xử lý vấn đề một cách nhanh chóng Mỗi giải pháp bao gồm thứ tự các bước thực hiện, đảm bảo rằng kết quả cuối cùng là chính xác và đồng nhất.
Hình 3 1 Các giải pháp giải quyết vấn đề
Giải thuật là độc lập với các ngôn ngữ lập trình, tức là một giải thuật có thể được triển khai trong nhiều ngôn ngữ lập trình khác nhau
Một cấu trúc giải thuật hiệu quả cần đáp ứng:
- Lưu trữ chính xác, đầy đủ, phù hợp dữ liệu lưu trữ
- Thuận tiện truy xuất và xử lý dữ liệu
- Tối ưu về bộ nhớ
- Tốc độ truy vấn nhanh
3.1.2 Những đặc trưng của giải thuật
Không phải tất cả các thủ tục đều được gọi là một giải thuật Một giải thuật nên có các đặc điểm sau:
Giải thuật cần phải có tính xác định cao, với mỗi giai đoạn hoặc bước thực hiện được xác định rõ ràng và mang một mục đích cụ thể Sự rõ ràng này giúp tránh sự mơ hồ, đảm bảo rằng mỗi bước trong quy trình đều dễ hiểu và thực hiện một cách hiệu quả.
- Dữ liệu đầu vào xác định: Một giải thuật nên có 0 hoặc nhiều hơn dữ liệu đầu vào đã xác định
Một giải thuật cần phải có một hoặc nhiều dữ liệu đầu ra rõ ràng và phải liên kết với loại kết quả mà bạn mong muốn.
- Tính dừng: Các giải thuật phải kết thúc sau một số hữu hạn các bước
- Tính phổ biến: Một giải thuật có tính phổ biến nếu giải thuật này có thể giải quyết được một lớp các vấn đề tương tự
- Độc lập: Một giải thuật nên có các chỉ thị độc lập với bất kỳ phần code lập trình nào
Một thuật toán giải thuật cần đáp ứng đầy đủ các yêu cầu về những được điểm nêu trên để hoàn thiện
3.1.3 Các cách thiết kế thuật toán a Ngôn ngữ viết
Thiết kế giải thuật bằng ngôn ngữ viết là liệt kê tuần tự các bước bằng ngôn ngữ tự nhiên để biểu diễn thuật toán Ưu điểm:
- Đơn giản, không cần kiến thức về cách biểu diễn (mã giả, lưu đồ, )
- Dài dòng, không có cấu trúc
- Đôi lúc khó hiểu và không biểu diễn được thuật toán
Ví dụ: Dùng ngôn ngữ viết để tìm ra 3 số lớn nhất trong a, b, c
- Bước 2: Nếu b > max thì gán max = b
- Bước 3: Nếu c > max thì max chính là c b Lưu đồ
- Điểm bắt đầu và điểm kết thúc
- Thao tác nhập/xuất dữ liệu
- Ký hiệu kết nối cùng trang hay sang trang khác Ưu điểm:
- Trực quan, dễ hình dung
- Cồng kềnh nếu vấn đề xử lý quá phức tạp
Hình 3 2 Sơ đồ xử lý thuật toán bằng lưu đồ
Sử dụng lưu đồ và nhập đầu vào, thuật toán sẽ cung cấp kết quả theo yêu cầu Độ chính xác của hệ thống hoàn toàn phụ thuộc vào các điều kiện do người viết lưu đồ đưa ra Để đạt được kết quả chính xác và đáng tin cậy, một lưu đồ cần phải đầy đủ và rõ ràng về các điều kiện thực tế mà hệ thống yêu cầu.
Ngôn ngữ mã giả tương tự như ngôn ngữ lập trình, thường áp dụng cấu trúc chuẩn hóa giống như Pascal và C++ Nó cũng sử dụng các ký hiệu toán học và biến hàm để thể hiện logic lập trình.
Hình 3 3 Ví dụ xử lý bằng mã giả Ưu điểm:
- Không cồng kềnh như lưu đồ khối
- Không trực quan bằng lưu đồ khối d Ngôn ngữ lập trình
- Dùng ngôn ngữ máy tính (C, Pascal, ) để diễn tả thuật toán, cấu trúc dữ liệu thành câu lệnh
- Dùng phương pháp tinh chế từng bước để chuyển hóa bài toán sang mã chương trình cụ thể
- Để có kỹ năng lập trình đòi hỏi phải cần học tập và thực hành.
Thiết kế giải thuật mô phỏng hoạt động của hệ thống duy trì làn đường trên xe
3.2.1 Cách thiết kế thuật toán
Dựa trên kiến thức và lợi ích của việc viết thuật toán lưu đồ, tôi đã quyết định thiết kế thuật toán giả lập hoạt động của hệ thống dưới dạng lưu đồ.
Trang 59 Ưu điểm như dễ hình dung, logic và khoa học, đầy đủ thông tin Với việc lựa chọn trình bày hệ thống lưu đồ, hệ thống được phân tích chi tiết về quá trình giải quyết tình huống của hệ thống Cách thức hệ thống tiếp nhận thông tin, xử lý thông tin và đưa ra cảnh báo đối với người lái Các quy trình đều được đặt điều kiện xử lý tình huống rõ ràng, từng bộ phận sẽ nhận diện chức năng của mình theo điều kiện đã được đặt ra Và xử lý vấn đề, đưa ra những thông tin đầu ra dựa theo những điều kiện đó Tính xác thực an toàn được tăng cao trong hệ thống
3.2.2 Thiết kế giải thuật mô phỏng hoạt động hệ thống
3.2.2.1 Giải thuật mô phỏng hệ thống cảnh báo lệch làn đường a Thông tin đầu vào
Hệ thống sử dụng thông tin từ cảm biến hình ảnh của camera gắn ở gương chiếu hậu để thu thập dữ liệu, cùng với các cảm biến ra đa để xác định vị trí xe so với làn đường.
Sau khi bộ phận xử lý thông tin tiếp nhận dữ liệu đầu vào, hệ thống sẽ phát ra các cảnh báo bằng hình ảnh và âm thanh để thông báo cho người lái Lưu đồ hoạt động của hệ thống cảnh báo lệch làn thể hiện quy trình này một cách rõ ràng.
Hệ thống sử dụng thông tin từ camera và cảm biến vị trí để phân tích điều kiện hoạt động như tốc độ xe, chiều rộng làn đường, tín hiệu đèn báo rẽ, mô men lực lái và các hệ thống phụ trợ Khi nhận đủ thông tin, hệ thống sẽ hoạt động chủ động, liên tục phân tích hình ảnh và vị trí xe so với làn đường quy định Điều này giúp đưa ra cảnh báo cho người lái khi xảy ra sự cố lệch làn đường không mong muốn.
Thông tin đầu ra cần phải cung cấp tín hiệu rõ ràng về việc xe đang lệch khỏi làn đường thông qua hệ thống âm thanh và hình ảnh, giúp người lái nhanh chóng
Hệ thống hoạt động liên tục bằng cách phân tích hình ảnh và xác định làn đường, từ đó xây dựng làn đường ảo Dựa vào vị trí tương quan của xe trong làn đường ảo, hệ thống sẽ đưa ra cảnh báo cho người lái.
Hình 3 4 Lưu đồ hệ thống cảnh báo lệch làn
3.2.2.2 Giải thuật mô phỏng hệ thống duy trì làn đường a Thông tin đầu vào
Hệ thống cảnh báo lệch làn hoạt động bằng cách cung cấp thông tin đầu vào từ các cảnh báo khi được kích hoạt Khi hệ thống phát hiện tình trạng xe không ổn định và không nhận được phản hồi điều chỉnh từ lái xe, nó sẽ sử dụng dữ liệu từ cảm biến vị trí, cảm biến tốc độ động cơ và cảm biến tốc độ xe Dựa trên những thông tin này, hệ thống sẽ gửi tín hiệu tới bộ phận chấp hành để điều chỉnh hướng lái, đảm bảo an toàn cho người lái.
Bộ phận chấp hành, gồm hệ thống phanh điện tử ABS và lái trợ lực điện ESP, đóng vai trò quan trọng trong việc điều khiển phương tiện vào đúng làn đường quy định Sau khi nhận thông tin từ bộ phận xử lý, hệ thống sẽ xác định góc lệch so với tâm làn đường và điều chỉnh điện áp cho mô tơ trợ lực lái Nhờ vào thông tin này, bộ phận chấp hành sẽ nhanh chóng đưa xe về vị trí tâm làn đường theo quy định, đảm bảo an toàn khi di chuyển.
Hệ thống cảnh báo lệch làn đường sẽ cảnh báo khi xe di chuyển ra khỏi làn quy định mà không có sự điều chỉnh từ người lái Nếu không có tín hiệu từ đèn báo rẽ hoặc phản hồi từ người lái, xe sẽ tiếp tục lệch làn Khi đó, hệ thống sẽ can thiệp bằng cách sử dụng thông tin từ các cảm biến như tốc độ xe, vị trí xe và tình trạng hoạt động của các hệ thống hỗ trợ như kiểm soát hành trình Hệ thống sẽ gửi tín hiệu điện áp tới phanh và trợ lực lái để đưa xe trở lại giữa làn đường một cách an toàn Sau khi xe đã về vị trí an toàn, hệ thống sẽ tiếp tục theo dõi hành vi của người lái Nếu người lái nắm vô lăng với lực lớn hơn 3 N.m hoặc có tín hiệu báo rẽ, hệ thống sẽ trở lại trạng thái thụ động và không can thiệp vào quá trình lái.
Quá trình xử lý của hệ thống được lặp lại nhằm hỗ trợ người lái kiểm soát hành trình xe an toàn và giảm mệt mỏi trong những chuyến đi dài Hệ thống liên tục điều chỉnh chế độ hoạt động chủ động hoặc bị động dựa trên các điều kiện hiện tại và tín hiệu từ người lái.
Hình 3 5 Lưu đồ hệ thống giữ làn đường
CÔNG NGHỆ HỖ TRỢ NGƯỜI LÁI THÔNG MINH HIỆN NAY TẠI VIỆT NAM
Tác động của hệ thống cảnh báo lệch làn đối với người lái
4.1.1 Tác động tích cực đối với người lái
Hệ thống cảnh báo lệch làn đường được thiết kế để khuyến khích người lái xe thực hiện hành động khắc phục khi nhận được cảnh báo Tuy nhiên, cần xem xét những ảnh hưởng rộng lớn hơn đến hành vi lái xe, vì người lái có thể thay đổi cách thức điều khiển phương tiện khi sử dụng hệ thống này.
Hiện nay, nhiều xe mới được trang bị các hệ thống hỗ trợ lái tiên tiến như cảnh báo tiền va chạm (TCS), duy trì làn đường (LKA) và ga tự động (CCS), giúp người lái nhận biết và xử lý tình huống một cách thuận tiện trong quá trình lái xe đường dài.
Hệ thống ADAS kết hợp nhiều công nghệ tiên tiến, giúp người lái tự tin hơn trong quá trình di chuyển và nâng cao tính an toàn cho phương tiện.
Hiệu quả của hệ thống cảnh báo lệch làn đường phụ thuộc vào khả năng hiểu và sự chấp nhận của người lái xe đối với hệ thống Nhiều nghiên cứu cho thấy sự chấp nhận của người lái xe là cao, nhưng điều này có thể thay đổi tùy thuộc vào hệ thống cụ thể được khảo sát Hiệu suất của hệ thống trong các điều kiện môi trường khác nhau, đặc biệt là trong điều kiện mưa lớn vào ban đêm, có thể ảnh hưởng đáng kể đến sự chấp nhận của người lái xe đối với cảnh báo lệch làn đường.
Hệ thống cảnh báo lệch làn đường thường không hoạt động cho đến khi đáp ứng một số tiêu chí nhất định, bao gồm tốc độ xe, việc sử dụng đèn xi nhan và các điều kiện khác Sự nhận thức của người lái xe về tính năng này cũng đóng vai trò quan trọng trong việc đảm bảo an toàn khi lái xe.
Trang 64 hiểu biết rộng hơn của họ về cách hệ thống hoạt động có thể ảnh hưởng đến sự tin tưởng của họ đối với hệ thống và mức độ mà họ tin tưởng vào nó Sau các thử nghiệm với hệ thống cảnh báo lệch làn trên đường, nhận thấy rằng chỉ có một tỷ lệ nhỏ tài xế báo cáo mức độ đồng ý cao nhất với tuyên bố “Tôi tin tưởng vào hệ thống” Tuy nhiên, các mức độ tin cậy tương tự đã được báo cáo đối với một hệ thống khác, hệ thống này bị vô hiệu hóa trong ít trường hợp hơn Có thể tránh được các giả định không an toàn về hệ thống trên một chiếc xe mới hoặc không quen thuộc bằng cách tiêu chuẩn hóa các điều kiện mà hệ thống cảnh báo lệch làn đường được kích hoạt
Ứng dụng công nghệ tại Việt Nam
4.2.1 Tiềm năng phát triển của các công nghệ an toàn ô tô tại Việt Nam
4.2.1.1 Nghiên cứu khoa học công nghệ Để đáp ứng nguồn nhân lực cho sự phát triển của khoa học trên thế giới, hệ thống giáo dục Việt Nam đã vạch ra các chính sách thúc đẩy mạnh ngành công nghệ kỹ thuật trong nước Cụ thể:
Các trường đại học kỹ thuật đang không ngừng đổi mới chương trình giảng dạy theo hướng điện tử hóa, cập nhật công nghệ mới để sinh viên có thể tiếp cận thực tiễn Họ đã xây dựng chuỗi thư viện với nguồn thông tin phong phú và chuyên sâu, giúp sinh viên dễ dàng tiếp cận với khoa học công nghệ toàn cầu.
Các bộ phận tổ chức và chuyên khoa thường xuyên tổ chức các cuộc thi khoa học nhằm tạo cơ hội cho sinh viên trên toàn quốc trao đổi kiến thức và rèn luyện kỹ năng thực chiến Những hoạt động này không chỉ giúp sinh viên tích lũy kinh nghiệm quý báu mà còn góp phần thúc đẩy sự phát triển của khoa học nước nhà.
Nguồn lực trẻ từ các trường đại học đóng vai trò quan trọng trong tương lai của nghiên cứu công nghệ, đặc biệt là công nghệ an toàn trong ngành ô tô Các cuộc thi và dự án dưới sự hướng dẫn của giảng viên và kỹ sư hàng đầu đã thúc đẩy sinh viên phát triển tư duy sáng tạo và khát khao tìm tòi, từ đó nâng cao khả năng nghiên cứu và ứng dụng công nghệ mới.
4.2.1.2 Tình hình phát triển kinh tế
Sự phát triển kinh tế vượt bậc của của kinh tế Việt Nam trong vòng 10 năm GDP bình quân đầu người tăng từ 1.331 USD năm 2010 lên khoảng 2.750 USD năm
Năm 2020, sự phát triển kinh tế đã thúc đẩy các vấn đề xã hội, cơ sở hạ tầng và nhận thức của người dân Sự gia tăng giao thương giữa các tỉnh thành đã dẫn đến việc xây dựng và nâng cấp các tuyến đường cao tốc Điều này không chỉ cải thiện hạ tầng mà còn tạo điều kiện cho việc ứng dụng công nghệ hỗ trợ lái xe thông minh Trong những chuyến đi dài, tài xế thường cảm thấy mệt mỏi và mất tập trung, vì vậy các hệ thống cảnh báo và hỗ trợ lái xe trở nên vô cùng quan trọng để đảm bảo an toàn và hiệu quả trong việc điều khiển phương tiện.
Với sự phát triển kinh tế, nhu cầu nâng cao đời sống và tính năng an toàn của người dân ngày càng tăng Người tiêu dùng không chỉ chú trọng đến giá cả khi lựa chọn phương tiện di chuyển mà còn quan tâm đến tính năng an toàn và ổn định của chúng Điều này đã thúc đẩy sự phát triển mạnh mẽ của công nghệ an toàn ô tô trong nước.
4.2.1.3 Chính sách của nhà nước
Trang 66 Đây chính là nội dung chủ chốt trong Quyết định số 569/QĐ-TTg ban hành Chiến lược phát triển khoa học, công nghệ và đổi mới sáng tạo đến năm 2030
Nhờ vào các chính sách của nhà nước, ngành công nghệ trong nước ngày càng phát triển mạnh mẽ Nhà nước coi nghiên cứu khoa học và công nghệ là mục tiêu hàng đầu để thúc đẩy sự phát triển Điều này giúp đảm bảo rằng ngành công nghiệp công nghệ trở thành nền tảng vững chắc cho sự phát triển bền vững trong tương lai.
4.2.2 Những khó khăn trong việc áp dụng công nghệ tại Việt Nam
Hệ thống giao thông tại Việt Nam chưa phát triển theo tiêu chuẩn, gây khó khăn cho việc áp dụng các công nghệ như LKA Tốc độ tiêu chuẩn để hệ thống hoạt động hiệu quả là trên 50 km/h với làn đường tối thiểu 3 m Hơn nữa, hạ tầng đường bộ hiện tại không đáp ứng yêu cầu cho các cung đường dài và thẳng, mà chủ yếu là những đoạn đường cong, làm hạn chế khả năng áp dụng LKA Việc phải liên tục tắt mở hệ thống trên những cung đường này dẫn đến sự phức tạp và không hài lòng cho người lái, từ đó làm giảm tính phổ biến của hệ thống tại Việt Nam.
Trong môi trường khắc nghiệt tại Việt Nam, hệ thống vạch làn đường thường gặp phải tình trạng mờ hoặc mất vạch Điều này gây khó khăn cho camera và hệ thống nhận diện làn đường, ảnh hưởng đến an toàn giao thông.
Tình trạng tắc nghẽn giao thông tại Việt Nam một phần do việc phân làn chưa rõ ràng, điều này cũng góp phần làm cho công nghệ hỗ trợ người lái ít được áp dụng.
Tại Việt Nam, tỷ lệ xe máy cao hơn nhiều so với các quốc gia khác, điều này đã gây ra những thách thức trong việc điều tiết giao thông trên các tuyến đường Hệ quả là, việc áp dụng các hệ thống an toàn chủ động cũng bị ảnh hưởng không nhỏ.
Về nhận thức của tài xế:
Tỷ lệ người có xe ô tô riêng tại Việt Nam đang là rất thấp so với thế giới Khoảng
Theo thống kê năm 2022, tỷ lệ sở hữu xe tại Việt Nam chỉ đạt 23 xe trên 1000 dân, cho thấy việc sở hữu xe riêng là một thách thức lớn đối với người dân Điều này dẫn đến sự hiểu biết hạn chế về các hệ thống công nghệ tiên tiến trên xe, như LKA (Hệ thống hỗ trợ giữ làn đường), khiến chúng chưa được phổ biến rộng rãi tại Việt Nam.
Về chính sách nhập khẩu của đại lý xe:
Để cạnh tranh giá xe tại các đại lý như Toyota, Hyundai, Kia, nhiều đại lý đã loại bỏ một số phần mềm an toàn chủ động không phù hợp với điều kiện tại Việt Nam, bao gồm cả hệ thống cảnh báo lệch làn Hệ thống này chỉ được trang bị trên các dòng xe cao cấp của hãng, điều này ảnh hưởng lớn đến mức độ phổ biến của nó tại thị trường Việt Nam.