SCIENCE - TECHNOLOGY Số 13.2023 ● Tập san SINH VIÊN NGHIÊN CỨU KHOA HỌC 251
NGHIÊN CỨU MÔ PHỎNG HỆ THỐNG HỖ TRỢ DUY TRÌ LÀN ĐƯỜNG TRÊN Ô TÔ ĐỜI MỚI
RESEARCH FOR SYMPTOMS OF THE LAND ASSISTANCE SYSTEM IN NEW VEHICLES Nguyễn Hoàng Anh1, Đoàn Tiến Tài1, Nguyễn Văn Sự1, Trần Minh Tân2, Lê Đức Hiếu1,* TÓM TẮT Hệ thống hỗ trợ giữ làn đường (Lane-keeping Assist System - LKAS) là mộ
t
trong những trang bị hỗ trợ lái xe ô tô, cung cấp cho người lái nhữ
ng tính năng
cảnh báo chệch làn và giữ làn đường, được kích hoạt khi xe bắt đầu rời khỏ
i làn
đường đã định sẵn. LKAS sử dụng camera kính chắn gió để nhận biết vạch kẻ
làn
đường và kích hoạt ở tốc độ trên 60km/h. Hệ thống hỗ trợ giữ làn đường thườ
ng
đi kèm với những công nghệ tiên tiến khác, chẳng hạn như: điều khiể
n hành trình
thích ứng, phanh khẩn cấp tự động… Mặt khác, hệ thống cũng có thể bị ả
nh
hưởng bởi nhiều yếu tố khác nhau bao gồm điều kiện thời tiết (mưa, tuyế
t, sương
mù...) và điều kiện địa hình (khúc cua hẹp, nhấp nhô, làn đường không rõ ràng...).Từ khóa: Hỗ trợ duy trì làn đường, LKS (Lane Keeping System). ABSTRACT Lane-
equipment, providing the driver with lane-keeping and lane-
keeping warning
features, activated when vehicle starts to leave the designated lane. LKAS uses the
windshield camera to reco
gnize the lane markings and activates at speeds above
60km/h. The lane-
keeping assist system is often accompanied by other advanced
technologies, such as adaptive cruise control, automatic emergency braking, etc.
On the other hand, the system can also be a
ffected by many factors. vary including
weather conditions (rain, snow, fog...) and terrain conditions (narrow bends,
undulations, unclear lanes...). Keywords: Lane Keeping Assist, LKS (Lane Keeping System). 1Lớp Kỹ thuật Ô tô 06 - K 14, Trường Cơ khí - Ô tô, Trường Đại học Công nghiệp Hà Nộ
i
2Lớp Kỹ thuật Ô tô 05 - K15, Trường Cơ khí - Ô tô , Trường Đại học Công nghiệp Hà Nội
3Trường Cơ khí - Ô tô, Trường Đại học Công nghiệp Hà Nội *Email: leduchieu77@gmail.com 1. ĐẶT VẤN ĐỀ Hiện nay, cuộc sống của con người ngày càng phát triển cùng với đó những nhu cầu về cuộc sống cũng tăng lên. Cũng giống như vậy, ngành công nghiệp ô tô đã liên tục phát triển không ngừng nghỉ để sản xuất ra những chiếc ô tô ngày càng hiện đại với các công nghệ hỗ trợ an toàn cho người lái cũng như an toàn cho các phương tiện tham gia giao thông khác. Nghiên cứu mô phỏng hệ thống hỗ trợ duy trì làn đường trên ô tô với mục đích có thể phát triển ứng dụng vào thực tế và sản xuất. Các nước phát triển trên thế giới sử dụng những phần mềm để ứng dụng vào sản xuất thực tiễn đặc biệt trong các ngành cơ khí chế tạo là điều không còn quá xa lạ với chúng ta. Nhưng hiện nay việc sử dụng những ứng dụng, phần mềm vào thực tiễn còn hạn chế bởi những khó khăn trong quá trình chuyển giao công nghệ cũng như trong các khâu đào tạo. 2. PHÂN TÍCH THIẾT KẾ HỆ THỐNG Hệ thống giữ làn đường tự động có cấu tạo bao gồm các phần tử chính như: Camera, hệ thống hỗ trợ đánh lái, hệ thống điều khiển đánh lái, vô lăng đa chức năng, nút nhấn thiết lập hệ thống, màn hình hiển thị và đèn báo hệ thống. Hệ thống giữ làn đường - Lane Keeping System có 7 thành phần chính: - Hệ thống phanh. - Hệ thống cảnh báo sai lệch làn đường. - Kiểm soát động cơ. - Hệ thống trợ lực lái điện. - Bảng hiển thị và cần điều khiển. - Kiểm soát hành trình. - Các thành phần khác. Các vấn đề trong phát hiện làn đường: Trong bài toán phát hiện làn đường, tùy thuộc vào nhiều yếu tố khác nhau mà mục tiêu giải quyết có thể khác nhau. Các mục tiêu này được phân làm 3 loại như: 1. Hệ thống thông báo khi chuyển làn đường: Hệ thống phải thông báo được khi xe thay đổi làn đường. Vấn đề quan trọng nhất cần giải quyết ở đây là làm sao dự đoán được chính xác quỹ đạo của xe tương ứng với đường biên của làn đường. 2. Hệ thống hỗ trợ người điều khiển xe: Giúp người điều khiển xe chú ý được làn đường dễ dàng hơn. Hay nói cách khác, người điều khiển sẽ được hệ thống gợi ý các làn đường. Hầu hết các nghiên cứu đều tập trung ở mục tiêu này. 3. Hệ thống hỗ trợ điều khiển xe tự động: Với mục tiêu hỗ trợ điều khiển xe tự động, yêu cầu đặt ra là hệ thống cần đưa ra được làn đường sắp tới mà xe sẽ di chuyển. Vấn đề quan trọng đối với mục tiêu này là hạn chế được sai số tính toán
CÔNG NGHỆ Tập san SINH VIÊN NGHIÊN CỨU KHOA HỌC ● Số 13.2023
252
KHOA H
ỌC
trong việc ước lượng vị trí của xe và làn đường. Hiện tại hướng nghiên cứu này đang thu hút được nhiều sự quan tâm của các nhóm nghiên cứu, trong đó có cả những nhóm lớn như nhóm của CMV, hay nhóm của MIT [12] với những cuộc thi lớn như DARPA. Hình 1. Mục tiêu bài toán Môi trường: Một trong những điều kiện ảnh hưởng nghiêm trọng đến kết quả bài toán là yếu tố môi trường. Sự khác biệt về các dấu phân cách trên đường có thể khác nhau ở những vùng khác nhau hay thậm chí trên cùng một đoạn đường. Hình 2. Ảnh hưởng môi trường Ví dụ cho thấy sự khác biệt về màu sắc giữa cùng các dấu phân cách (vàng và trắng), cũng như cách thể hiện (đứt nét hoặc liền nét) và cả những ký hiệu giao thông (ví dụ ký hiệu ở hình a là từ chữ tiếng Nhật). Một ví dụ khác có thể thấy rõ nét ở minh họa trong ở mục. Ví dụ này cho thấy sự khác biệt rất rõ giữa các môi trường khác nhau. Vì vậy, đa phần các nghiên cứu sẽ giới hạn lại môi trường mà nghiên cứu có thể áp dụng và giải quyết được. Tín hiệu: Khá nhiều thiết bị thu nhận tín hiệu được khảo sát trong bài toán phát hiện làn đường. Một số ví dụ về các thiết bị này có thể kể ra như sau: 1. Camera và các thiết bị thị giác; 2. Các thiết bị thu nhận trạng thái của xe; 3. Thiết bị cảm ứng đường thẳng (line sensor); 4. Thiết bị thu nhận sóng laze và ra-đa (LASER và RADAR); 5. Hệ thống định vị toàn cầu (GPS). Mô hình tổng quát giải quyết vấn đề: Kết quả khảo sát chi tiết của McCall cho thấy gần như tất cả các phương pháp tiếp cận nhằm giải quyết bài toán phát hiện làn đường đều theo lược đồ chung. Hình 3. Mô hình tổng quát 1. Trước tiên, một mô hình đối với xe và đường được xây dựng. Mô hình này có thể chỉ đơn giản thể hiện bởi 2 cặp đoạn thẳng như trong [1] hay bởi các đường cong như đường B-Spline [22], hoặc đường cong Catmull-Rom Spline như trong [10], hoặc là đường cong bậc 3 như ở [11], hoặc cũng có thể là một mô hình toán học phức tạp gồm rất nhiều tham số như trong [3], [21]... 2. Tiếp theo, các thiết bị thu nhận tín hiệu sẽ gửi thông tin của môi trường bên ngoài đến xe. Tín hiệu có thể là tín hiệu Laser [7], hoặc tín hiệu từ Camera hay GPS [12]. Tuy nhiên, trong nghiên cứu này chỉ tập trung tìm hiểu hướng tiếp cận dựa tín hiệu hình ảnh kết hợp với dữ liệu của xe, hay nói cách khác, chỉ chú trọng các phương pháp trên thông tin thị giác kết hợp với thông tin trạng thái xe. Các đặc trưng được sử dụng ở đây thông thường là đặc trưng về cạnh, về màu sắc của dấu phân cách, về vân, về vector chuyển động (motion vector)... 3. Cuối cùng, mô hình của xe (vehicle model) sẽ được sử dụng để tinh chỉnh lại theo thời gian khi nhận được thông tin từ các thiết bị thu nhận. Trình tự mô hình này có thể có khác biệt khi áp dụng cho từng mục tiêu khác nhau. Tuy nhiên, về cơ bản các phương pháp hầu hết đều dựa trên mô hình chung này. Phần tiếp theo chúng tôi sẽ trình bày chi tiết tình hình hiện tại của các phương pháp. Phần trình bày sẽ được chia thành từng vấn đề riêng dựa trên mô hình tổng quát. 3. PHÂN TÍCH KẾT QUẢ Sau khi thiết lập mô hình mô phỏng trên phần mềm Matlab thông qua công cụ, nhóm tác giả thực hiện chạy mô phỏng mô hình và đưa ra những kết quả là các đồ thị phù hợp với nội dung nghiên cứu.
SCIENCE - TECHNOLOGY Số 13.2023 ● Tập san SINH VIÊN NGHIÊN CỨU KHOA HỌC 253
Hình 4. Mô hình đường trong matlab Sau đó thiết lập quỹ đạo di chuyển của xe trong môi trường mô phỏng. Hình 5. Quỹ đạo di chuyển của xe Hình 6. Thiết lập hệ thống camera cho xe Sau khi xe chạy xuất ra được một phần của quá trình thể hiện qua đồ thị kết quả: Hình 7. Ảnh hưởng tốc độ Trong quá trình xe di chuyển có thể gặp vật cản và phương tiện khác do đó sẽ có sự tăng giảm tốc độ, trong quá trình di chiển xe sẽ gặp nhiều chướng ngại vật trên đường và cần phải tránh từ đó làm cho tốc độ xe giảm xuống đột ngột, hay có thể dừng hẳn xe lại đồ thị hoạt động đi lên ổn định trong khoảng thời gian xe di chuyển tương đối thẳng. Hình 8. Đồ thị ảnh hưởng đến gia tốc xe Trong quá trình xe chạy thì sẽ có sự tăng giảm gia tốc đặc biệt là quá trình xe giảm tốc độ và xe dừng đột ngột nên đồ thị gia tốc ko ổn định. Hình 9. Mức độ hiệu quả của quá trình phanh xe
CÔNG NGHỆ Tập san SINH VIÊN NGHIÊN CỨU KHOA HỌC ● Số 13.2023
254
KHOA H
ỌC
Quá trình phanh ảnh hưởng lớn đến việc hỗ trợ xe giữ làn đường mức độ này là điều kiện để xe duy trì an toàn. 4. KẾT LUẬN Nghiên cứu này trình bày kết quả của hệ thống hỗ trợ duy trì làn đường trên xe ô tô, phát hiện những chướng ngại vật hay làn đường để xe hoạt động ở trạng thái an toàn. Trong thời gian tiếp theo, nhóm nghiên cứu sẽ tiếp tục phát triển nghiên cứu này kết hợp giữa lý thuyết và thực để thiết kế mô hình. Dựa vào các linh kiện kỹ thuật và dụng cụ để tiến hành so sánh kết quả, thống số mô phỏng đối với các thông số từ nhà sản xuất để đánh giá tính thực tiễn của sản phẩm đổi với công nghệ ở Việt Nam. TÀI LIỆU THAM KHẢO [1]. https://vinfastauto.com/vn_vi/tim-hieu-he-thong-ho-tro-giu-lan-duong-tren-o-to#:~:text=H%E1%BB%87%20th%E1%BB%91ng%20h%E1% BB%97%20tr%E1%BB%A3%20gi%E1%BB%AF%20l%C3%A0n%20%C4%91%C6%B0%E1%BB%9Dng%20l%C3%A0%20g%C3%AC%3F,l%C3%A0n%20%C4%91%C6%B0%E1%BB%9Dng%20%C4%91%C3%A3%20%C4%91%E1%BB%8Bnh%20s%E1%BA%B5n. [2]. https://news.oto-hui.com/cau-tao-cua-he-thong-giu-lan-duong-lane-keeping-system-phan-1/ [3]. https://youtu.be/NlHujTgEwK8 [4]. Lane Keeping Assist with Lane Detection - MATLAB & Simulink (mathworks.com)