CHƯƠNG 2 : TỔNG QUAN GIẢI PHÁP
2.4 Các tính năng của đề tài:
2.4.1 Hệ thống hỗ trợ giữ làn đường:
- Lane Keeping Assist System (LKAS) là hệ thống giúp xe di chuyển đúng chính giữa làn đường của mình và giữ cho xe khơng bị văng ra khỏi làn đường di chuyển của mình. Mục đích của hệ thống Lane keeping assist system (LKAS) là để tránh các vụ va chạm do xe di chuyển lệch khỏi làn đường của mình.
- Hệ thống Lane keeping assist system (LKAS) thường được đi kèm với hệ thống Lane Departure Warning Systems (LDWS) và hệ thống cảnh báo va chạm phía trước Frontal Collision Warning Systems (FCW).
16
Hình 2.2: Cách thức hoạt động của Lane keeping
Hệ thống Lane keeping assist gồm có:
- Camera xử lý ảnh được gắn trước xe ngay sau kính chắn gió trước để nhận biết làn đường và GPS để định vị vị trí xe di chuyển để cho xe hoạt động tốt hơn. Trên những đoạn đường di chuyển bất kể là đường cong hay đường thằng thì camera sẽ làm việc để duy trì xe ở vị trí giữa làn đường của mình đang hoạt động.
- Cảm biến Radar và siêu âm dùng để xác định khoảng cách từ xe đến các vật thể xung quanh để kích hoạt hệ thống cảnh báo va chạm trước Frontal Collision Warning Systems (FCW).
- Trong trường hợp xe di chuyển trên đường có nhiều tuyết, lá cây rụng nhiều, bụi bẩn che mất vạch kẻ đường hoặc là vạch kẻ đường quá mờ thì camera sẽ khơng nhận biết được đâu là giới hạn làn đường của mình nên xe có thể khơng di chuyển đúng làn đường mà cán qua vạch kẻ đường trong những đoạn đường này.
Sơ đồ hoạt động của hệ thống:
17
- Đầu tiên: Camera sẽ ghi lại hình ảnh làn đường xe đang di chuyển, thông tin này được chuyển đến module lane keeping.
- Bộ phận giám sát xe sẽ tiếp nhận thơng tin từ camera gửi về, phân tích thơng tin mà camera là xe đang di chuyển lệch sang vạch phân cách bên phải hoặc là vạch phân cách bên trái.
- Thông tin sau đó sẽ được quy đổi để tính ra góc lái và momen đánh lái sao cho xe di chuyển về vị trí giữa làn đường.
- Mọi thông tin sau khi phân tích, tính tốn sẽ chuyển được chuyển đổi thành tín hiệu và chuyển tín hiệu đến bộ chấp hành để can thiệp vào hướng di chuyển của xe.
2.4.2 Hệ thống nhận biết tín hiện biển báo giao thơng
- Việc nhận biết tín hiệu giao thơng rất quan trọng trong việc di chuyển của xe tự hành. Giúp xe nhận biết các biển báo, tín hiệu đèn giao thông…để xe di chuyển đúng luật giao thông khi di chuyển trên đường.
- Tất cả các dữ liệu hình ảnh của biển báo, tín hiệu giao thơng được lưu trữ trong bộ CPU làm cơ sở để xe nhận biết biển báo đó và tùy theo xe đó lưu thơng ở quốc gia nào thì sẽ có dữ liệu về biển báo, tín hiệu giao thơng của quốc gia đó.
18
- Tuy nhiên việc nhận dạng và xử lí các hình ảnh của biển báo hoặc là tín hiệu đèn giao thông phụ thuộc rất nhiều vào điều kiện môi trường mà xe di chuyển như là ánh sáng thay đổi, biển báo bị che khuất, ơ nhiễm khơng khí, điều kiện thời tiết (nắng, mưa, sương mù, tuyết…) cũng như là sự biến dạng hình ảnh mà xe thu nhận về do trong quá trình di chuyển xe bị rung động nên hình ảnh thu về bị biến dạng khác với thực tế nên việc nhận dạng các biển báo gặp rất nhiều khó khăn.
Hình 2.5: Một số biển sai lệch hoặc bị che khuất
Việc xử lí hình ảnh gồm có các giai đoạn:
- Giai đoạn phân loại màu sắc: màu sắc của hình ảnh thu về sẽ được phân loại
dựa trên không gian màu đã được lưu trữ nếu màu sắc có màu đỏ và màu xanh dương từ hình ảnh thì hình ảnh sẽ được xử lí tiếp nếu khơng thì bỏ qua hình ảnh đó, bởi vì biển báo giao thơng thường là màu xanh và màu đỏ.
- Giai đoạn nhận dạng hình dạng: những vùng có màu đỏ và xanh dương sẽ
19
Hình 2.6: Nhận dạng hình ảnh biển báo
Việc nhận dạng hình ảnh như thế này sẽ giảm được tình trạng nhận nhầm hình ảnh giúp cho q trình xử lí hình ảnh được nhanh và chính xác hơn.
- Giai đoạn miêu tả hình ảnh: sau khi phân loại được màu sắc và nhận dạng được
hình ảnh thì bộ xử lí sẽ đi phân tích kỹ hơn để đưa ra những miêu tả chính xác nhất về hình ảnh biển báo.
- Giai đoạn phân loại hình ảnh: kết quả hình ảnh biển báo thu được phân loại và
so sánh với dữ liệu hình ảnh được lưu trữ. Nếu có sự trùng khớp thì biển báo đó được ghi nhận và bộ xử lí sẽ truyền tín hiệu tới bộ chấp hành của xe để có những hành động đáp ứng với từng biển báo khác nhau.
Hình 2.7: Sơ đồ hoạt động của hệ thống Traffic signs 2.4.3 Hệ thống kiểm sốt hành trình tự động (ACCS) 2.4.3 Hệ thống kiểm sốt hành trình tự động (ACCS)
- Hệ thống điều khiển hành trình tự động (ACCS) hay cịn gọi là hệ thống Adaptive cruise control, Radar cruise control, hay Traffic-aware cruise control tất cả đều là hệ thống điều khiển hành trình tự động cho xe, hệ thống này giúp duy trì tốc độ của xe và có thể thay đổi tốc độ của xe để giữ khoảng cách an tồn với xe phía trước để tránh va chạm.
20
Hình 2.8: Sử dụng Camera xác định phương tiện phía trước
- Hệ thống ACCS được coi là một trong những thành phần quan trọng của xe tự lái, hệ thống này ảnh hưởng rất lớn tới tính an toàn và tiện nghi cũng như là tăng khả năng an toàn khi di chuyển bằng cách giữ khoảng cách an tồn đối với xe phía trước và giảm lỗi của người lái xe.
- Bằng việc kết hợp tất cả các thông tin dữ liệu từ Lane keeping, Traffic signs, GNSS…sẽ cho phép xe lưu thông một cách tự động trên đường.
Hình 2.9: Các cảm biến được sử dụng trong chức năng ACCS
21
Hình 2.10: Xe giao tiếp với vật thể xung quanh
- Tùy thuộc vào điều kiện ngoại cảnh xung quanh xe như thế nào mà xe có thể chọn chế độ hoạt động khác nhau cho mình. Dựa vào Maps và GNSS mà xe xác định được mình đang di chuyển ở đâu nội thành, ngoại thành hay là trên đường cao tốc.
Hình 2.11: Xe kết hợp tất cả các chức năng để di chuyển trên đường 2.5 Nhận xét
- Qua đó cho thấy việc trang bị các tính năng an tồn trên ơ tơ là vơ cùng quan trọng. Bên cạnh hỗ trợ cho tài xế trong quá trình lái xe, các tính năng này cịn mang lại cảm giác an tồn cho tài xế và mọi người xung quanh, hạn chế xảy ra các sự cố không mong muốn.
22
CHƯƠNG 3: PHƯƠNG PHÁP GIẢI QUYẾT
3.1 Tình trạng thực tiễn hiện nay
Hiện nay, tai nạn giao thông đường bộ đang là vấn đề bức xúc của bất kỳ quốc gia nào trên thế giới. Theo các thống kê cho thấy một phần ba các vụ tai nạn giao thông nghiêm trọng liên quan đến tốc độ vượt quá hay không phù hợp với quy định. Giảm thiểu số vụ tai nạn cũng như mức độ thiệt hại kèm theo là bài toán lớn đặt ra cho các cơ quan quản lý giao thông, các hãng sản xuất ô tô và các công ty vận tải. Để giúp cho các lái xe có được thơng tin về môi trường, từ lâu trong ngành giao thông đã sử dụng hệ thống biển báo giao thơng. Đó là các biển báo đặt tại ven đường, cung cấp thông tin cụ thể cho lái xe về tình trạng đoạn đường sắp tới, cảnh báo những nguy cơ có thể xảy ra như sai lệch làn đường, va chạm với các tình huống nguy hiểm khi ở tốc độ cao, chỉ dẫn hành vi cần thiết đến người lái.
23
* Nhận xét tình trạng thực tế:
- Nhận thấy tính cấp thiết từ thực tiễn trên, nhóm em đã lên ý tưởng nghiên cứu hướng đề tài tới mục tiêu chính là làm chủ thiết kế và thi cơng mơ hình “Hệ thống
hỗ trợ giám sát trên an toàn toàn trên ô tô” để giải quyết các vấn đề đang mắc
phải. Nhằm hướng đến giảm thiểu tối đa các trường hợp tai nạn khơng đáng có, và giúp an tồn nhất đến mọi người khi sử dụng ơ tơ.
- Như đã đề cập ở trên việc có nhiều người vẫn chưa hiểu rõ về công dụng, lợi ích của hệ thống hổ trợ giám sát an toàn. Vậy nên điều đầu tiên cần làm rõ đó chính là khái niệm cũng như tính năng của hệ thống.
3.2 Tính năng chung của hệ thống hỗ trợ giám sát an toàn
- Hệ thống hỗ trợ giám sát an tồn trên ơ tơ là một hệ thống có chức năng giám sát q trình hoạt động của ơ tơ nhằm hỗ trợ cho người lái với nhiều tính năng tiện ích được lập trình sẵn giúp cho người lái được thuận tiện nhất an toàn nhất khi chạy. - Hệ thống gồm những tính năng:
+ Giúp cho người lái có thể bám sát vào làn đường của mình đang chạy cũng như kiểm sốt tốc độ của các bánh xe để tránh va chạm với những tình huống nguy hiểm, nếu xe lệch về bên phải hệ thống sẽ can thiệp để xe được giữ làn bằng cách tự động chuyển hướng về bên trái và ngược lại. Đặc biệt khi gặp trường hợp khẩn cấp hệ thống sẽ trực tiếp tác động vào 4 bánh xe để giảm tốc độ giúp người lái hãm phang khi khơng xử lý kịp thời thao tác của mình.
+ Giúp cho người lái có thể đọc được các biển báo giao thơng trên đường thuận tiện để người lái có thể dễ dàng xử lý hơn trong việc di chuyển tránh mắc phải các lỗi do sai biển báo. Đặc biệt khi gặp biển báo hầm chui hệ thống sẽ tự động bật đèn tránh trường hợp người lái quên bật.
+ Giúp người lái giữ khoảng cách an tồn ở phía trước, phía sau bằng các cảm biến kết hợp với camera nếu khoảng cách khơng an tồn hệ thống sẽ thơng báo đến người lái qua loa âm thanh.
24
3.3 Các hạn chế còn gặp phải, cách khắc phục và sơ đồ giải thuật của hệ thống 3.3.1 Tính năng cảnh báo chệch làn đường 3.3.1 Tính năng cảnh báo chệch làn đường
Hạn chế:
Hình 3.2: Tình trạng mặt đường hiện nay
- Tính năng cảnh báo chệch làn đường hoạt động dựa vào camera theo dõi các vạch kẻ phân làn đường, vì thế chức năng này có thể bị hạn chế trong trường hợp trên đường khơng có vạch kẻ làn đường hoặc vạch kẻ bị mờ trong tầm ngắm của camera, hoặc vạch kẻ đường khơng rõ ràng, trên mặt đường có cát che phủ và hạn chế tầm ngắm khi qua cung đường cong.
- Khi bị ánh sáng mặt trời chiếu thẳng vào thì camera sẽ khơng thể phân tích được dữ liệu mặt đường.
- Đường quá nhiều nước, vạch kẻ đường quá mỏng, hệ thống cũng sẽ hoạt động khơng chính xác.
- Ngồi ra, đơi khi có thể xảy ra lỗi của cảnh báo khi theo dõi làn đường khi lấn qua đường gạch đứt đoạn.
25
Khắc phục:
- Hệ thống sẽ hoạt động một cách tốt nhất, hiệu quả nhất nên người lái cần chú ý đặt camera đúng vị trí.
-Thường xun lau chùi, bảo trì và kiểm tra để camera hoạt động bình thường và tốt nhất.
- Chú trọng chất lượng, thường xuyên sửa chữa, nâng cấp cơ sở hạ tầng. - Thường xuyên vẽ lại vạch kẻ đường khi bị mờ.
Sơ đồ giải thuật của tính năng cảnh báo chệch làn đường
* Phân tích sơ đồ: Trường hợp 1:
Bắt đầu => Nhập vào: làn đường xe chạy trên đường => Điều kiện: Camera tiếp nhận => Xử lý: Raspberry xử lý giữ ổn định bám làn đường => Xuất: Đồng hồ talop => Kết thúc.
26
Trường hợp 2:
Bắt đầu => Nhập vào: làn đường xe chạy trên đường => Điều kiện: Camera tiếp nhận => Xử lý : Xe lệch làn chạm vào vạch kẻ đường trái, ngược lại => Xử lý : Raspberry xử lí => điều chỉnh xe tự động rẽ về bên phải, ngược lại để xe ổn định vào đúng làn đường của mình => Xuất: Đồng hồ taplo => Kết thúc.
3.3.2 Tính năng nhận biết các biển báo giao thơng
Hạn chế:
Hình 3.3: Những tình huống biển báo bị che khuất
- Các biển báo giao thông bị mờ, thiếu hoặc bị che khuất cũng gây khó khăn trong q trình phân tích dữ liệu của camera.
- Người lái xe không nắm rõ các kiến thức về biển báo giao thông đường bộ.
Khắc phục:
- Rà soát, khắc phục cũng như loại bỏ những biển báo đã được sửa đổi và đã khơng
cịn phát huy tác dụng.
- Thường xuyên cắt, tỉa các cành cây che phủ chỗ đặt biển báo giao thông. - Liên tục cập nhập các biển báo giao thông đường bộ.
27
- Phổ cập thêm nhiều biển báo đi đường cũng như kiến thức hiểu biết về biển báo cho người lấy.
Sơ đồ giải thuật của tính năng nhận biết biển báo giao thơng
* Phân tích sơ đồ: Trường hợp 1:
Bắt đầu => Nhập vào: Biển báo giao thông trên đường => Điều kiện : Camera tiếp nhận => Xử lý: Raspberry xử lý đọc các biển báo trên đường đã được lập trình sẵn => Xuất: Đồng hồ taplo => Kết thúc.
Biển báo giao thông
28
Trường hợp 2:
Bắt đầu => Nhập vào: Biển báo giao thông trên đường => Điều kiện: Camera tiếp nhận => Xử lý: Biển báo hầm chui => Xử lý: Raspberry xử lý khi gặp đọc biển báo trên đường đã được lập trình sẵn => Xử lí: Đèn tự động bật => Xuất: Đồng hồ taplo => Kết thúc.
3.3.3 Tính năng phanh khẩn cấp khi gặp vật cản
Hạn chế:
Hình 3.4: Tai nạn liên hồn do xe phang gấp
- Còn hạn chế khi nhận diện vật cản. Phần lớn các xe chỉ nhận diện được hình dạng của xe, người đi bộ hoặc xe đạp.
- Khi camera trên kính chắn gió bị bụi bẩn hoặc yếu tố thời tiết, bởi tính năng này hoạt động và nhận diện vật cản thông qua camera và radar ở phía trước xe.
- Khi người lái có bất kỳ động thái như: tăng ga, đánh lái, hoặc phanh. - Khi người lái xe có tín hiệu báo rẽ, tăng tốc hoặc đạp ga đột ngột.
- Ảnh hưởng do thời tiết, chất lượng đường xá cũng như ý thức của người lái xe.
Khắc phục:
- Thường xuyên lau chùi, bảo trì và kiểm tra để camera hoạt động bình thường và tốt nhất.
- Kết hợp với các cảm biến va chạm phía trước cũng như phía sau để được thuận tiện nhất.
29
Sơ đồ giải thuật của tính năng phanh khẩn cấp khi gặp vật cản
* Phân tích sơ đồ: Trường hợp 1:
Bắt đầu => Nhập vào: Vật cản phía trước xe => Điều kiện: Cảm biến khoảng cách tiếp nhận => Xử lý: ARDUINO xử lý giữ ổn định bám làn đường => Xuất: Đồng hồ talop => Kết thúc.
Trường hợp 2:
Bắt đầu => Nhập vào: Vật cản phía trước xe => Điều kiện: Cảm biến khoảng cách tiếp nhận => Xử lý: có xe chạy phía trước => Xử lý: ARDUINO xử lý nếu nguy
30
hiểm => Xử lý: Cảm biến khoảng cách hoạt động xe => Xử lý: Tác động vào 4 bánh xe hãm phang từ từ giúp xe chậm lại => Xuất: Đồng hồ taplo => Kết thúc.
Trường hợp 3:
Bắt đầu => Nhập vào: Vật cản phía trước xe => Điều kiện: Cảm biến khoảng cách tiếp nhận => Xử lý: Có xe chạy phía trước => Xử lý: ARDUINO xử lý nếu khoảng