Nghiên cứu hệ thống cảnh báo tốc độ an toàn chủ động ứng dụng GPS trên xe máy

Trng Đi Học S Phm Kỹ Thuật Tp. HCM vii MCăLC Trang tựa TRANG LỦălchăkhoaăhc ii Liăcamăđoan iii Cmăt iv Tómătt v Abstract vi Mcălc vii Danhăsáchăcácăchăvitătt x Danh sách các hình xi Danhăsáchăcácăbng xii CHNGă1ăTNGăQUAN 1 1.1. Tổng quan về lĩnh vực nghiên cứu 1 1.2. Tình hình nghiên cứu trong và ngoài nớc 1 1.3. Mc đích của đề tài 5 1.4. Nhiệm v của đề tài và giới hn của đề tài 5 1.4.1. Nhiệm v của đề tài 5 1.4.2. Giới hn của đề tài 6 1.5. Phơng pháp nghiên cứu 6 1.6. Lý do chọn đề tài 6 CHNGă2ăCăSăLụăTHUYTăVăANăTOĨNăCHăĐNG 7 2.1. Khái niệm, phân loi những nghiên cứu về an toàn chủ đng cho xe máy 7 2.1.1. Khái niệm 7 2.1.2. Phân loi 7 2.2. Những vấn đề quan tâm và đang nghiên cứu, phát triển về an toàn chủ đng cho xe máy 8 2.2.1. Tình hình an toàn giao thông  Việt Nam và trên thế giới 8 2.2.2. Những vấn đề quan tâm về hệ thống an toàn cho xe máy 9 2.2.3. Các tiêu chuẩn đặt ra cho hệ thống an toàn trên xe máy 10 2.2.4. Xu hớng phát triển của mt số nớc về an toàn chủ đng cho xe máy. 11 Trng Đi Học S Phm Kỹ Thuật Tp. HCM viii 2.3. Lựa chọn công nghệ an toàn chủ đng cho xe máy. 16 2.3.1. Phân loi hệ thống điều chỉnh tốc đ thông minh (ISA) 16 2.3.2. Những công nghệ áp dng cho hệ thống điều chỉnh tốc đ thông minh . 17 2.3.3. Những dự án thử nghiệm của hệ thống cnh báo tốc đ an toàn chủ đng trên thế giới 19 2.4. Lý thuyết chung về hệ thống GPS. 24 2.4.1. Vài nét về lịch sử phát triển công nghệ GPS. 25 2.4.2. Cấu trúc hệ thống GPS 25 2.4.3. Các trị đo GPS 26 2.4.4. Nguyên lý định vị GPS 26 2.4.5. Các nguồn sai số trong đo GPS 29 2.4.6. Những kỹ thuật đo GPS 30 2.4.7. Tọa đ và hệ qui chiếu 31 2.4.8. ChuẩnNMEA0183 32 2.5. Giới thiệu thuật toán khớp bn đồ 33 2.5.1. Tổng quan về thuật toán khớp bn đồ 33 2.5.2. Bài toán điểm trong đa giác 33 2.6. Phần mềm LabVIEW 35 2.6.1. LabVIEW và ứng dng trong thực tế 35 2.6.2. Lập trình với LabVIEW 35 CHNGă3ăTHITăKăHăTHNGăANăTOĨNăCHăĐNGăăCHOăXEăMỄY 38 3.1. Hệ thống cnh báo tốc đ an toàn ứng dng hệ thống định vị GPS 38 3.1.1. Chức năng 38 3.1.2. Cấu trúc và nguyên lý hot đng 38 3.1.3. Phần cứng hệ thống 40 3.1.4. Lập trình hệ thống 42 CHNGă4ăKTăQUăTHCăNGHIM 49 4.1. Mc tiêu thực nghiệm 49 4.2. Kịch bn thực nghiệm 49 Trng Đi Học S Phm Kỹ Thuật Tp. HCM ix 4.2.1. Tuyến đng thực nghiệm 49 4.2.2. Điều kiện thực nghiệm 52 4.3. Kết qu thực nghiệm 53 4.4. Đánh giá và phân tích hệ thống cnh báo tốc đ an toàn chủ đng 54 4.4.1. Thiết bị định vị dành cho xe máy 55 4.4.2. Hệ thống cnh báo tốc đ an toàn chủ đng ứng dng công nghệ GPS 55 CHNGă5ăKTăLUNăVĨăHNGăPHỄTăTRIN 56 5.1. Kết luận 56 5.2. Hn chế của đề tài 56 5.3. Hớng phát triển của đề tài 57 TĨIăLIUăTHAMăKHO 58 Trng Đi Học S Phm Kỹ Thuật Tp. HCM x DANHăSỄCHăCỄCăCHăVITăTT LabVIEW: Laboratory Virtual Instrumentation Engineering Workbench- Bàn công nghệ đo lng o dùng cho phòng thí nghiệm. GPS:Global Positioning System- Hệ thống định vị toàn cầu. TCP/IP: Transfer Control Protocol/Internet Protocol- B giao thức liên mng. WGS84: World Geodetic Spheroid 1984-Hệ thống trắc địa toàn cầu. PIP: Point in Polygon-Điểm trong đa giác. ISA: Intelligent Speed Adaptation- Điều chỉnh tốc đ thông minh. NMEA: National Marine Electronics Association- Hiệp hi điện tử hàng hi quốc gia. DRLs: Daytime running lights- Đèn chiếu sáng ban ngày. Trng Đi Học S Phm Kỹ Thuật Tp. HCM xi DANH SÁCH CÁC HÌNH TRANG Hình 2.1: Cấu trúc hệ thống GPS 26 Hình 2.2: Cách xác định vị trí của GPS 28 Hình 2.3: Nguồn sai số do tầng ion và đối lu 29 Hình 2.4: Số giao điểm của mt tia kể từ điểm bên ngoài đa giác 34 Hình 2.5: Mư nguồn chơng trình để viết LabVIEW 36 Hình 3.1: Cấu trúc mô hình hệ thống cnh báo tốc đ an toàn chủ đng ứng dng GPS 38 Hình 3.2: Sơ đồ nguyên lý hệ thống cnh báo tốc đ an toàn 39 Hình 3.4: Thiết bị định vị Microsoft Pharos GPS-360 40 Hình 3.5: Mô hình thiết bị gắn trên xe 42 Hình 3.6: Đon code lập trình thu thập và xử lý tín hiệu GPS 42 Hình 3.7:Đon Code lập trình nhận dng tuyến đng và hiển thị cnh báo 43 Hình 3.8: Đon code lập trình hiển thị cnh báo với hình nh và âm thanh 44 Hình 3.9: Đon code lập trình này lu trữ thông tin vận tốc hiện ti, tọa đ của xe 44 Hình 3.10: Đon code lập trình truyền nhận dữ liệu với máy server qua giao thức TCP/IP 45 Hình 3.11: Giao diện hiển thị cnh báo sau khi lập trình 46 Hình 3.12: Đon code lập trình nhúng bn đồ theo dõi vị trí xe trên máy server 46 Hình 3.13: Đon code lập trình nhận và truyền dữ liệu với máy client qua giao thức TCP/IP 47 Hình 3.14: Giao diện qun lý trên máy server 48 Hình 4.1: Tuyến đng thực nghiệm 50 Hình 4.2: Đon Code đo thi gian thực hiện chơng trình 54 Trng Đi Học S Phm Kỹ Thuật Tp. HCM xii DANHăSỄCHăCỄCăBNG TRANG Bng2.1:DiễngiicủabntinGPRMC 33 Bngă3.1: Thông số card giao tiếp NI 6008 40 Bngă4.1:ăTọa đ điểm các con đng trên tuyến đng chọn thực nghiệm 51 Bngă4.2: Giá trị thi gian đáp ứng của hệ thống cnh báo tốc đ 54 Trng Đi Học S Phm Kỹ Thuật Tp. HCM 1 CHNGă1 TNG QUAN 1.1 . Tngăquanăvălƿnhăvcănghiênăcu An toàn là điều kiện cần thiết đối với mọi phơng tiện khi tham gia giao thông. Trong thực tế với điều kiện giao thông Việt Nam, tỉ lệ xe máy lu thông nhiều hơn so với ô tô.Cùng với đó là tai nn giao thông ngày mt tăng cao, số liệu thống kê hàng năm về tai nn giao thông thì xe máy luôn chiếm tỉ lệ cao về v tai nn cǜng nh số v va chm hơn so với ô tô. Hệ thống an toàn với tính năng chủ đng, bị đng lần lt đc nghiên cứu và ứng dng trên các phơng tiện giao thông. Hệ thống an toàn chủ đng hiện nay giá thành cao chủ yếu đc ứng dng trên ô tô, còn trên xe máy vẫn cha đc trang bị.Vấn đề nghiên cứu an toàn chủ đng chủ yếu dành cho ô tô còn xe máy cha đc quan tâm nhiều. Từ đó cho thấy việc tăng cng hệ thống an toàn cho xe máy là cần thiết, trong đó hệ thống an toàn chủ đng là quan trọng. Cùng với việc phát triển hệ thống an toàn chủ đng thì việc phát triển hệ thống cnh báo tốc đ an toàn cǜng là điều cần thiết. Hệ thống cnh báo tốc đ an toàn chủ đng đư đc nghiên cứu và thử nghiệm  mt số quốc gia, tuy nhiên  Việt Nam vẫn cha có nghiên cứu về hệ thống này. Từ đó đặt ra vấn đề nghiên cứu, phát triển hệ thống cnh báo tốc đ an toàn chủ đng phù hp với điều kiện giao thông Việt Nam. 1.2 .Tình hình nghiênăcuătrongăvƠăngoƠiănc Tên đề tài:Molife – hazard detection in a cooperative assistance system formotorcycles(Molife- hệ thống phát hiện cnh báo trong hệ thống h tr lẫn nhau cho xe máy)thực hiện bi Benedikt Lattke, Frank Sperber, Tobias Müller, Hermann Winner thuc viện kĩ thuật ô tô, Đi học kĩ thuật Darmstadt CHLB Đứcvà Richard Eberlein,Rainer Hoffmann thuc công ty carhs.communication CHLB Đức. [9] - Đề tài nghiên cứu vấn đề giao tiếp giữa các phơng tiện với nhau (vehicle to vehicle). Các loi cm biến này sẽ cung cấp thông tin về trng thái đng học xe khi tham gia giao thông. Trng Đi Học S Phm Kỹ Thuật Tp. HCM 2 - Nghiên cứu hệ thống cnh báo dựa trên nên tng giao tiếp cho xe máy. Hệ thống này hình thành các trm cm biến hoặc những tin nhắn nguy hiểm và gửi chúng đến ngi điều khiển xe máy khác có thiết bị giao tiếp không dây. Bằng cách này, những ngi lái xe khác sẽ nhận đc cnh báo sớm về những nguy hiểm trên đng. Tên đề tài: Advanced Rider Assistance Systems for Powered Two- Wheelers (ARAS PTW-Hệ thống cao cấp h tr ngi lái xe máy) thực hiện bi Dr Ing. Achim Kuschefski, Dipl Päd và Matthias Haasper, B.A AndréVallese, viện für Zedweirad CHLB Đức. [6] - Kho sát sự hiểu biết của ngi lái xe về hệ thống h tr ngi lái cao cấp và phân tích đặc tính riêng của hệ thống h tr ngi lái của xe máy so với xe ô tô, thu thập những hệ thống tơng tự trên thế giới. - Từ đó đa ra định nghĩa chính xác quy chuẩn chung về hệ thống h tr ngi lái xe máy từ đó nhằm nâng cao nhận thức của ngi lái xe về việc trang bị và sử dng hệ thống này khi tham gia giao thông đm bo an toàn cho bn thân. Tên đề tài: Driver assistance through lighting (h tr ngi lái thông qua ánh sáng) thực hiện bi Dr. Burkard Wördenweber, công ty Hella KG Hueck & Co.[12] - Đề xuất phơng án ci tiến hệ thống đèn truyền thống sang hệ thống đèn tự điều chỉnh hay còn gọi là hệ thống chiếu sáng tơng thích (adaptive light). - Phân tích sự nhận biết của nưo đối với các loi ánh sáng nh ánh sáng phát ra từ các loi đèn trên xe khác, ánh sáng đng, ánh sáng trong xe, ánh sáng phát ra theo điều kiện thi tiết khác nhau,… - Phân tích sự cần thiết khi có hệ thống chiếu sáng tơng thích h tr ngi lái trong những điều kiện ánh sáng nêu trên để đm bo an toàn chủ đng. Tên đề tài: Enhancing active safety of two-wheeled vehicles via electronic stability control (Tăng cng hệ thống an toàn chủ đng cho xe máy thông qua hệ thống cân bằng điện tử) thực hiện bi Pierpaolo De Filippi, Mara Tanelli, Sergio M. Savaresi, Matteo Corno, thuc trung tâm thông tin điện tử Milan, Italia và Trung tâm điều khiển hệ thống đi học kĩ thuật Delft, Hà Lan. [7] Trng Đi Học S Phm Kỹ Thuật Tp. HCM 3 - Ci tiến hệ thống điều khiển cân bằng điện tử để không những tăng cng an toàn chủ đng cho xe mà vẫn đm bo cm giác lái tốt nhất. - Mô phỏng toàn b hot đng của ngi lái xe khi thực hiện điều khiển phơng tiện ví d nh đp máy, phanh gấp,… trong khi chy với tốc đ cao ti giao l. - Đề xuất xây dựng thuật toàn mới hiệu qu hơn để điều khiển hệ thống cân bằng. Tên đề tài: Advanced Rider Assistance Systems for Motorcycles (ARAS- hệ thống chuyên nghiệp h tr cho ngi điều khiển xe máy) thực hiện bi Roberto Lot, Francesco Biral, Vittore Cossalter, Matteo Massaro,Roberto Sartori, Stefano Rota,thuc Phòng phát triển cơ khí và qun lý, Đi học Padova, Italia và phòng kĩ thuật kết cấu cơ khí, Đi học Trento, Italia. [2] [3] - Thực hiện việc thiết kế, thực nghiệm và logic hóa 3 thuật toán khác nhau cho hệ thống ARAS với chung 1 kiến trúc (cnh báo đng quanh co, cnh báo va chm phía trớc, h tr ti nơi cnh báo và nơi giao nhau). - Đề tài này đư đc nhóm nghiên cứu mô hình hóa và thử nghiệm thực tế với kết qu tốt phù hp với yêu cầu đặt ra. - Xây dựng thuật toán CW (Curve Warning) phát hiện hành đng nguy hiểm của ngi lái khi vào đng vòng, và thuật toán FCW(Frontial Collosion Warning) để h tr ngi lái khi có nguy hiểm phía trớc. - Mt số các thiết bị h tr đc xây dựng nh găng tay rung, tay ga Haptics, mǜ bo hiểm dùng HMI, hệ thống định vị GPS trên xe, màn hình hiển thị tr giúp, hệ thống camera sau và hệ thống scanner quét phía trớc, cùng với đó là mô hình mô phỏng lái. Tên đề tài: MotoSafe-Active Safe System for Digital Forensics of Motorcycle Rider with Android (Hệ thống an toàn chủ đng cho việc thu thập chứng cứ pháp lý của ngi lái xe với thiết bị dùng Android) thực hiện bi Nowy Condro, Meng-Han Li, và Ray-I Chang, International Journal of Information and Electronics Engineering, Vol. 2, No. 4, July 2012. [9] Trng Đi Học S Phm Kỹ Thuật Tp. HCM 4 - Sử dng các cm biến có sẵn trên điện thoi thông minh (smart phone) làm nền tng của hệ thống to thành mt màn hình giám sát thi gian thực. - Dựa trên cơ s dữ liệu đư đc lu sẵn cùng với tín hiệu phn hồi của các cm biến để phát hiện những nguy hiểm có thể xy ra cho ngi lái xe. - Xây dựng thuật toán dựa trên sự thay đổi vị trí của điện thoi cùng với sự thay đổi về vị trí của xe theo phơng nguy hiểm. Tên đề tài: Honda’să approach to safety(Honda hớng đến an toàn) thực hiệnbiCorporate Social Responsibility, tập đoàn Honda, Japan. [1] - Qua bn cáo này tập đoàn Honda giới thiệu về các hệ thống an toàn mà họ đư nghiên cứu áp dng cho sn phẩm trong đó đối với hệ thống an toàn chủ đng cho xe máy gồm có các hệ thống sau: + Hệ thống an toàn nâng cao cho ngi lái xe (ASV -4). + Hệ thống tăng cng tầm quan sát cho ngi lái xe. + Hệ thống phân phối lực phanh. + Hệ thống chống hưm phanh ABS. - Thiết kế các mô hình mô phỏng lái từ đó giúp nâng cao kĩ nâng cho ngi lái cùng với việc tuyên truyền giáo dc thông qua các hot đng ngoi khóa, đây là 1 biện pháp hữu hiệu đóng góp lớn trong việc đm bo an toàn chủ đng cho ngi lái xe. Tên đề tài: Intelligent Transport System - ITS (Hệ thống vận ti thông minh) thực hiện bi Trung tâm công nghệ CTI thuc đi học La Trobe.[11] - Hệ thống vận ti thông minh (Intelligent Transport System - ITS) sử dng GPS và công nghệ giao tiếp tầm ngắn dành riêng (Dedicated Short Range Communications - DSRC) để thiết lập mt kết nối không dây giữa tàu hỏa và các phơng tiện đang băng ngang đng sắt. - Hệ thống đc thiết kế để phát hiện kh năng va chm và cnh báo tài xế với các tín hiệu báo đng âm thanh trong xe. Âm báo và cng đ phát sẽ tăng dần lên khi tàu hỏa đang tiến gần điểm giao cắt. [...]... hệ thống an toàn đ c hình thành Hệ thống an toàn bao gồm 2 yếu tố chính là: + An toàn chủ đ ng + An toàn bị đ ng Trong 2 yếu tố trên thì an toàn chủ đ ng là yếu tố quan trọng nhất để đ m b o an toàn hiệu qu cho ng An toàn chủ đ ng th i tham gia giao thông Vậy an toàn chủ đ ng là gì? ng đ c dùng để mô t hệ thống an toàn có kh năng chủ đ ng tr ớc những tình huống nguy hiểm Ngoài ra an toàn chủ đ ng còn... h n tốc đ làm h n chế kh năng quan sát của ng i lái xe, áp lực khi luôn ph i tập trung nhận biết tốc đ giới h n m i khi tham gia giao thông Vì vậy hệ thống an toàn chủ đ ng về tốc đ đ c lựa chọn mà c thể là hệ thống c nh báo tốc đ an toàn ứng d ng công nghệ định vị GPS Hệ thống c nh báo tốc đ an toàn ứng d ng công nghệ định vị GPS là m t trong các gi i pháp h n chế tốc đ của hệ thống điều chỉnh tốc. .. trên mô hình và phần mềm MATHLAB Tên đề tài:BMW Motorrad Advanced Safety (Hệ thống an toàn nâng cao cho xe Motorrad của BMW) thực hiện b itập đoàn BMW, CLHB Đức - Nghiên cứu và phát triển m t số hệ thống an toàn chủ đ ng trên xe Motorrad và thử nghiệm hiệu qu - Hệ thống đ c phát triển bao gồm: hệ thống h tr rẽ trái,h tr băng qua giao l , hệ thống đèn ban ngày, hệ thống c nh báo tốc đ giới h n, hệ thống. .. ánh sáng trên xe máy Họ tìm thấy hệ thống chống bó cứng phanh thực hiện tốt trong c hai điều kiện ẩm ớt và khô, và đ c coi là ứng d ng của hệ thống chống bó cứng phanh với xe máy ánh sáng có thể chấp nhận Đây không ph i là đánh giá của m t hệ thống th ơng m i, và có vẻ nh không có nghiên cứu đ c lập khác của các ứng d ng của hệ thống phanh h tr cho xe máy đư đ c thực hiện, mặc dù hệ thống phanh tiên... quan đến việc triển khai hệ thống an toàn cho xe máy Sự nhận biết và sắp xếp u tiên m t cách chuyên sâu các vấn đề về an toàn cho xe máy, chịu trách nhiệm với sự can thiệp vào hệ thống an toàn, sẽ ph c v để kích thích ngành công nghiệp phát triển hệ thống an toàn cho xe máy. Đây là những 9 Tr ng Đ i Học S Ph m Kỹ Thuật Tp HCM vấn đề nghiên cứu mong muốn (thêm vào đó là việc xác định các công nghệ an toàn. .. nghi với xe máy là hệ thống chống bó cứng phanh, đèn ch y ban ngày và túi khí Phanh chống bó là m t hệ thống an toàn chủ đ ng có tiềm năng lớn để tăng c ng an toàn xe máy, mặc dù những l i ích trực tiếp của các hệ thống này ch a đ c đánh giá Công nghệ phanh cao cấp hơn có l i ích an toàn nâng cao rõ ràng, trong việc gi m kh năng của phanh khóa hưm trong tr h p khẩn cấp Mất quyền kiểm soát xe máy khi... thông, gi m th i gian ph n hồi tai n n xe máy Đề xuất rằng lĩnh vực chính của nghiên cứu an toàn là tăng c năng phát hiện các lo i xe khác đang l u thông trên đ ng kh ng, để xác định và u tiên hệ thống an toàn áp d ng cho xe máy Và vấn đề cần quan tâm và thực hiện là nâng cấp hệ thống c nh báo va ch m tiên tiến và hệ thống thông báo va ch m tự đ ng Châu Âu, hiệp h i công nghiệp xe máy Châu Âu cǜng đư... Với xu h ớng chung và mức đ cần thiết của việc phát triển hệ thống an toàn chủ đ ng cho các lo i ph ơng tiện khi tham gia giao thông mà đặc biệt là xe máy Học viên Lê Nguyên Vǜ đư chọn đề tài “ Nghiên cứu hệ thống c nh báo tốc đ an toàn chủ đ ng ứng d ng GPS trên xe máy d ới sự h ớng dẫn của TS Nguyễn Bá H i để nghiên cứu và phát triển hệ thống phù h p với điều kiện kinh tế và giao thông Việt Nam... triển khai hệ thống an toàn có liên quan đến các biện pháp đối phó với những vấn đề an toàn phức t p trong khi điều khiển xe. Ví d nh nghiên cứu có thể đ c thực hiện để xác định xem màn hình quan sát phía sau có nhiều hiệu qu hơn so với sự tối u khi sử d ng g ơng chiếu hậu 2.2.3 Các tiêu chuẩnăđặt ra cho h th ng an toàn trên xe máy Trong quá trình nghiên cứu, phát triển hệ thống an toàn cho xe máy thì... công nghệ về an toàn đ c v an toàn ch đ ng cho xe máy c áp d ng phần nhiều để c i thiện đ an toàn và hiệu qu cho xe du lịch, xe vận t i, xe buýt và cơ s h tầng Trong khi bất kì những công nghệ nào để nâng cao an toàn của các ph ơng tiện khác cǜng sẽ gián tiếp c i thiện an toàn cho ng điều khiển xe máy M t số l thiện an toàn cho ng i lái dễ bị tổn th ơng hơn, mà đối t ng lớn các hệ thống an toàn đ ng . đối với hệ thống an toàn chủ đng cho xe máy gồm có các hệ thống sau: + Hệ thống an toàn nâng cao cho ngi lái xe (ASV -4). + Hệ thống tăng cng tầm quan sát cho ngi lái xe. + Hệ thống. toàn cho xe máy là cần thiết, trong đó hệ thống an toàn chủ đng là quan trọng. Cùng với việc phát triển hệ thống an toàn chủ đng thì việc phát triển hệ thống cnh báo tốc đ an toàn cǜng. giá và phân tích hệ thống cnh báo tốc đ an toàn chủ đng 54 4.4.1. Thiết bị định vị dành cho xe máy 55 4.4.2. Hệ thống cnh báo tốc đ an toàn chủ đng ứng dng công nghệ GPS 55 CHNGă5ăKTăLUNăVĨăHNGăPHỄTăTRIN