(Luận văn thạc sĩ) Tiếp cận chướng ngại vật di chuyển (Block-Moving) để điều khiển tốc độ xe trong mô hình theo xe (Car-Following)

UBND TỈNH BÌNH DƯƠNG
TRƯỜNG ĐẠI HỌC THỦ DẦU MỘT
-------

HỌ VÀ TÊN: NGUYỄN THỤY ĐOAN TRANG

TIẾP CẬN CHƯỚNG NGẠI VẬT DI CHUYỂN
(BLOCK-MOVING) ĐỂ ĐIỀU KHIỂN TỐC ĐỘ XE
TRONG MƠ HÌNH THEO XE (CAR-FOLLOWING)

CHUYÊN NGÀNH: HỆ THỐNG THÔNG TIN
MÃ SỐ: 8480104

LUẬN VĂN THẠC SỸ

BÌNH DƯƠNG – 2019


UBND TỈNH BÌNH DƯƠNG
TRƯỜNG ĐẠI HỌC THỦ DẦU MỘT
-------

HỌ VÀ TÊN: NGUYỄN THỤY ĐOAN TRANG

TIẾP CẬN CHƯỚNG NGẠI VẬT DI CHUYỂN ĐỂ ĐIỀU
KHIỂN TỐC ĐỘ XE TRONG MƠ HÌNH XE THEO SAU

CHUYÊN NGÀNH: HỆ THỐNG THÔNG TIN
MÃ SỐ: 8480104

LUẬN VĂN THẠC SỸ

NGƯỜI HƯỚNG DẪN KHOA HỌC:

PGS.TS. TRẦN VĨNH PHƯỚC

BÌNH DƯƠNG – 2019



Tôi là Nguyễn Thụy Đoan Trang, mã số học viên là 1694801040027, là học viên
cao học lớp CH16HT, Khoa Kỹ thuật - Công nghệtrường Đại học Thủ Dầu Một tỉnh Bình
Dương, chun ngành hệ thống thơng tin.

Bản Tóm tắt Kết quả nghiên cứu của luận văn
Trên những đường cao tốc và quốc lộ, các phương tiện di chuyển nối tiếp nhau,
mọi hành vi của xe trước đều tác động trực tiếp đến xe sau. Khi xe trước di chuyển tốc độ
đều (khơng đổi) thì xe sau có thể di chuyển tốc độ đều và giữ khoảng cách với xe trước
một khoảng bảo đảm. Khi xe trước tăng tốc độ cung cấp cho xe sau một khoảng trống
phía trước dài để có thể tăng tốc nếu muốn. Khi xe trước giảm tốc, khoảng trống phía
trước xe sau ngắn lại, người lái xe sau phải giảm tốc cho phù hợp. Tuy nhiên, người lái
xe sau cần một khoảng thời gian để xử lý, chuyển thơng tin từ nhận biết tình huống đến
quyết định và thực hiện giảm tốc phù hợp. Những chủ quan của người lái xe sau như phát
hiện chậm, ngủ gật, xử lý chậm đều có thể dẫn đến tai nạn. Cá biệt, cũng có những
trường hợp người lái xe sử dụng nhầm chân ga và chân phanh gây tai nạn.
Hiện nay, mặc dù nhiều dòng xe cao cấp đắt tiền đã trang bị các hệ thống hỗ trợ lái
xe (Driver Assistance System) tự động xử lý các tình huống nguy hiểm, nhưng thực tế
vẫn còn nhiều triệu xe đang lưu hành được sản xuất trước đây cũng như những dòng xe
cấp thấp mới sản xuất chưa được trang bị các thiết bị hỗ trợ lái xe an toàn. Do đó, một
thiết bị hỗ trợ kiểm sốt tốc độ xe sao cho phù hợp với khoảng trống phía trước xe là cần
thiết. Thiết bị hỗ trợ này cần có khả năng tự động kiểm soát tốc độ bằng cách tác động

chân phanh.
Luận văn “Tiếp cận chướng ngại vật di chuyển để điều khiển tốc độ xe trong mơ
hình theo xe” đã xây dựng sơ đồ khối hệ thống hỗ trợ kiểm sốt tốc độ xe để có thể thiết
kế như một thiết bị ngoại vi lắp thêm vào các xe đang sử dụng. Trong đó, luận văn đã
nghiên cứu tính toán quan hệ toán học giữa tốc độ di chuyển của xe và khoảng trống phía
trước cần có để xe có thể di chuyển an tồn. Trên cơ sở quan hệ toán học này, luận văn đã
xây dựng giải thuật xử lý dữ liệu tốc độ và khoảng trống hiện có phía trước theo thời gian
thực để điều khiển bộ phận phát sinh lực tác động vào chân phanh điều chỉnh tốc độ xe
phù hợp.


LỜI CAM ĐOAN
Tôi là Nguyễn Thụy Đoan Trang, mã số học viên là 1694801040027, là học
viên cao học lớp CH16HT, Khoa Kỹ thuật - Công nghệtrường Đại học Thủ Dầu Một
tỉnh Bình Dương, chun ngành hệ thống thơng tin. Tơi xin cam đoan luận văn “Tiếp
cận chướng ngại vật di chuyển (Block-Moving) để điều khiển tốc độ xe trong mô hình
theo xe (Car-Following)” là do tơi thực hiện trên cơ sở những kết quả khoa học do
nhóm chúng tơi cùng nghiên cứu và phát triển dưới sự hướng dẫn của PGS.TS. Trần
Vĩnh Phước. Kết quả nghiên cứu đã được công bố như một bài báo khoa học trong hội
nghị khoa học quốc tế ICCASA 2017 indexed Scopus. Những hình ảnh trong luận văn
do tơi tự chụp hình thực tế, hoặc mượn từ tài liệu khác thì có nghi rõ nguồn gốc. Tơi
xin chịu trách nhiệm về lời cam đoan này.
Bình Dương, ngày tháng

năm 2019

Nguyễn Thụy Đoan Trang

i

LỜI CÁM ƠN
Để hồn thành khóa học, lời đầu tiên tôi xin trân trọng gửi lời cám ơn đến các
quý Thầy/Cô ở Khoa Kỹ thuật - Công nghệtrường Đại học Thủ Dầu Một tỉnh Bình
Dương, những giảng viên đã giảng dạy và cung cấp những kiến thức khoa học quý báu
trong suốt thời gian học gian học tập để tôi có nền tảng kiến thức hồn thành luận văn
thạc sĩ này.
Tiếp theo tôi xin gửi lời cảm ơn sâu sắc đến Thầy hướng dẫn tôi là PGS.TS.
Trần Vĩnh Phước, người đã tận tình hướng dẫn và tạo điều kiện mọi mặt cho tơi hồn
thành luận văn này một cách tốt nhất.
Cuối cùng tôi xin chân thành cảm ơn Sở giáo dục và đào tạo tỉnh Bình Dương,
ban giám hiệu trường trung học phổ thơng Trịnh Hồi Đức tỉnh Bình Dương, Cha Mẹ
và Chồng con, các bạn học viên trong lớp CH16HT luôn ở bên cạnh, tạo điều kiện tối
đa để tơi có thời gian học tập tốt nhất và hồn thành khóa học này.
Bình Dương, ngày tháng

năm 2019

Nguyễn Thụy Đoan Trang

ii


TÓM TẮT
Trên những đường cao tốc và quốc lộ, các phương tiện di chuyển nối tiếp nhau,
mọi hành vi của xe trước đều tác động trực tiếp đến xe sau. Khi xe trước di chuyển tốc
độ đều (khơng đổi) thì xe sau có thể di chuyển tốc độ đều và giữ khoảng cách với xe
trước một khoảng bảo đảm. Khi xe trước tăng tốc độ cung cấp cho xe sau một khoảng
trống phía trước dài để có thể tăng tốc nếu muốn. Khi xe trước giảm tốc, khoảng trống
phía trước xe sau ngắn lại, người lái xe sau phải giảm tốc cho phù hợp. Tuy nhiên,

người lái xe sau cần một khoảng thời gian để xử lý, chuyển thông tin từ nhận biết tình
huống đến quyết định và thực hiện giảm tốc phù hợp. Những chủ quan của người lái xe
sau như phát hiện chậm, ngủ gật, xử lý chậm đều có thể dẫn đến tai nạn. Cá biệt, cũng
có những trường hợp người lái xe sử dụng nhầm chân ga và chân phanh gây tai nạn.
Hiện nay, mặc dù nhiều dòng xe cao cấp đắt tiền đã trang bị các hệ thống hỗ trợ
lái xe (Driver Assistance System) tự động xử lý các tình huống nguy hiểm, nhưng thực
tế vẫn còn nhiều triệu xe đang lưu hành được sản xuất trước đây cũng như những dòng
xe cấp thấp mới sản xuất chưa được trang bị các thiết bị hỗ trợ lái xe an tồn. Do đó,
một thiết bị hỗ trợ kiểm soát tốc độ xe sao cho phù hợp với khoảng trống phía trước xe
là cần thiết. Thiết bị hỗ trợ này cần có khả năng tự động kiểm soát tốc độ bằng cách tác
động chân phanh.
Luận văn “Tiếp cận chướng ngại vật di chuyển để điều khiển tốc độ xe trong mơ
hình theo xe” đã xây dựng sơ đồ khối hệ thống hỗ trợ kiểm soát tốc độ xe để có thể
thiết kế như một thiết bị ngoại vi lắp thêm vào các xe đang sử dụng. Trong đó, luận văn
đã nghiên cứu tính tốn quan hệ tốn học giữa tốc độ di chuyển của xe và khoảng trống
phía trước cần có để xe có thể di chuyển an tồn. Trên cơ sở quan hệ tốn học này, luận
văn đã xây dựng giải thuật xử lý dữ liệu tốc độ và khoảng trống hiện có phía trước theo
thời gian thực để điều khiển bộ phận phát sinh lực tác động vào chân phanh điều chỉnh
tốc độ xe phù hợp.

iii


MỤC LỤC
LỜI CAM ĐOAN ............................................................................................................................... i
LỜI CÁM ƠN .................................................................................................................................... ii
TÓM TẮT ......................................................................................................................................... iii
MỤC LỤC......................................................................................................................................... iv
DANH MỤC HÌNH .......................................................................................................................... vi
Chương 1 GIỚI THIỆU .................................................................................................................... 1

1.1 ĐẶT VẤN ĐỀ ........................................................................................................................ 1
1.2 MỤC TIÊU ĐỀ TÀI .............................................................................................................. 4
1.3 ĐỐI TƯỢNG VÀ PHẠM VI NGHIÊN CỨU ..................................................................... 4
1.4 PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU ........................................................................................ 4
1.5 CẤU TRÚC LUẬN VĂN ...................................................................................................... 4
Chương 2 TỔNG QUAN VỀ HỆ THỐNG HỖ TRỢ LÁI XE ......................................................... 6
2.1 GIỚI THIỆU ......................................................................................................................... 6
2.2 MƠ HÌNH XE THEO SAU (CAR-FOLLOWING) ........................................................... 8
2.3 HỆ THỐNG HỖ TRỢ LÁI XE TỪNG PHẦN .................................................................. 9
2.3.1 Hệ thống quan trắc và cảnh báo ..................................................................................... 10
2.3.2 Hệ thống kiểm sốt hành trình ....................................................................................... 11
2.3.3 Hệ thống cảnh báo chệch làn đường............................................................................... 12
2.3.4 Hệ thống cảnh báo điểm mù............................................................................................ 12
2.3.5 Hệ thống hỗ trợ chuyển làn đường ................................................................................. 12
2.3.6 Hệ thống hỗ trợ khởi hành giữa dốc............................................................................... 13
2.3.7 Hệ thống hỗ trợ đỗ xe....................................................................................................... 13
2.3.8 Hệ thống nhận dạng biển báo giao thông....................................................................... 14
2.4 HỆ THỐNG HỖ TRỢ LÁI XE V2V và V2X ................................................................... 14
2.5 KẾT LUẬN .......................................................................................................................... 15
Chương 3 HỆ THỐNG HỖ TRỢ KIỂM SOÁT TỐC ĐỘ .......................................................... 16
3.1 GIỚI THIỆU ....................................................................................................................... 16
3.2 ĐỊNH LUẬT NEWTON ..................................................................................................... 17
3.2.1 Định luật Newton II ......................................................................................................... 17
3.2.2 Khoảng trống phía trước cần thiết cho xe di chuyển .................................................... 17
iv


3.2.3 Các trạng thái di chuyển của xe ...................................................................................... 19
3.3 TRƯỜNG HỢP ÁP DỤNG ................................................................................................ 20
3.3.1 Trường hợp 1: Vận tốc không đổi ................................................................................... 20

3.3.2 Trường hợp 2: Tốc độ tăng .............................................................................................. 21
3.3.3 Trường hợp 3: Tốc độ giảm ............................................................................................. 21
3.4 HỆ THỐNG HỖ TRỢ KIỂM SOÁT TỐC ĐỘ................................................................ 22
3.3.1 Sơ đồ hệ thống .................................................................................................................. 22
3.3.2 Luồng dữ liệu .................................................................................................................... 23
3.5 KẾT LUẬN .......................................................................................................................... 24
Chương 4 GIẢI THUẬT KIỂM SOÁT TỐC ĐỘ ........................................................................ 25
4.1 GIỚI THIỆU ....................................................................................................................... 25
4.1.1 Mục tiêu ............................................................................................................................ 25
4.1.2 Mô tả.................................................................................................................................. 25
4.2 GIẢI THUẬT ...................................................................................................................... 26
4.2.1 Qui trình............................................................................................................................ 26
4.2.2 Lưu đồ ............................................................................................................................... 27
4.3 MƠ PHỎNG THUẬT TỐN: ........................................................................................... 29
4.4 KẾT LUẬN .......................................................................................................................... 31
Chương 5 KẾT LUẬN .................................................................................................................... 32
5.1 KẾT QUẢ ĐẠT ĐƯỢC ...................................................................................................... 32
5.2 HƯỚNG PHÁT TRIỂN...................................................................................................... 33
TÀI LIỆU THAM KHẢO................................................................................................................. 34

v


DANH MỤC HÌNH
Hình 1.1: Tính năng của hệ thống phanh tự động khẩn cấp AEB ......................... trang 2
Hình 1.2: Hình chân ga và chân phanh .................................................................. trang 3
Hình 2.1: Hệ thống các cảm biến được lắp xung quanh các xe có các hệ thống hỗ trợ lái xe
...........................................................................................................................................trang 7
Hình 2.2: Mơ hình car-following ..................................................................................... trang 9
Hình 2.3: Màn hình của hệ thống quan trắc và cảnh báo xung quanh xe ........................trang 11

Hình 3.1: Sơ đồ khối hỗ trợ kiểm sốt tốc độ ..................................................................trang 23
Hình 4.1: Lưu đồ xử lý dữ liệu của hệ thống hỗ trợ kiểm soát tốc độ xe ........................trang 28

vi


Chương 1GIỚI THIỆU
1.1 ĐẶT VẤN ĐỀ
Trên những đường cao tốc và quốc lộ, các phương tiện di chuyển nối tiếp nhau,
mọi hành vi của xe trước đều tác động trực tiếp đến xe sau. Khi xe trước di chuyển tốc
độ đều (khơng đổi) thì xe sau có thể di chuyển tốc độ đều và giữ khoảng cách với xe
trước một khoảng bảo đảm. Khi xe trước tăng tốc độ cung cấp cho xe sau một khoảng
trống phía trước dài để có thể tăng tốc nếu muốn. Khi xe trước giảm tốc, khoảng trống
phía trước xe sau ngắn lại, người lái xe sau phải giảm tốc cho phù hợp. Tuy nhiên,
người lái xe sau cần một khoảng thời gian để xử lý, chuyển thơng tin từ nhận biết tình
huống đến quyết định và thực hiện giảm tốc phù hợp.
Nếu thời gian xử lý của người lái xe nhiều và/hoặc khoảng trống phía trước
ngắn có thể xảy ra va chạm của xe sau với xe trước. Trong thực tế, thời gian xử lý của
người lái xe phụ thuộc vào đặc tính sinh học của từng chủ thể lái xe và đặc tính này
thay đổi theo thời gian. Liên quan đến thời gian xử lý, những yếu tố khách quan do thời
tiết như mưa to, sương mù, v.v… cũng làm cho thời gian xử lý dài hơn do người lái xe
chậm phát hiện. Liên quan đến khoảng trống phía trước xe sau, khoảng trống này
nhanh chóng bị thu hẹp khi xe trước giảm tốc độ đột ngột. Cả hai trường hợp, thời gian
xử lý chậm của người lái xe sau hoặc tốc độ xe trước giảm đột ngột, đều làm cho xe
sau nhanh chóng tiến gần đến xe trước và tai nạn có thể xảy ra.
Những tai nạn va chạm từ xe sau đến xe trước có thể được hạn chế bằng cách
kiểm soát thời gian xử lý của người lái xe sau hoặc kiểm sốt khoảng trống phía trước
xe sau. Hiện nay, nhiều hiệu xe đã được trang bị các hệ thống hỗ trợ lái xe (DriverAssistance System = DAS) để cảnh báo lệch làn đường, cảnh báo va chạm, cảnh báo
điểm mù, kiểm sốt hành trình. Một số hệ thống cịn dành quyền của người lái xe khi
có tình huống bất thường như xe Subaru, v.v... Trong các hệ thống đó, cảm biến,

camera, radar gắn phía trước, phía sau, và bên hơng để tính tốn khoảng cách giữa xe
và các vật thể chung quanh xe, phát ra tín hiệu cảnh báo cho người lái. Công nghệ này
1


giúp giảm thiểu va chạm khi người lái xe vẫn tập trung công việc lái xe. Trái lại, nếu
người lái xe không tập trung, chậm xử lý hoặc không xử lý tình huống thì tai nạn hoặc
va chạm vẫn có thể xảy ra. Trong khi đó, các hệ thống hỗ trợ lái xe áp dụng cho những
dòng xe cao cấp cịn có chức năng dành quyền của người lái xe khi cần thiết để tránh
tai nạn xảy ra.

Hình 1.1: Tính năng của hệ thống phanh tự động khẩn cấp AEB
(Nguồn: />
Hệ thống phanh tự động khẩn cấp AEB (Autonomous Emergency Braking
System) vừa được giới thiệu ra thị trường có khả năng tự dừng một chiếc xe tải đang
chạy với vận tốc 80km/h trong vài giây khi gặp tình huống khẩn cấp (Hình 1.1). Như
được nhìn thấy trình diễn trên internet, hệ thống AEB áp dụng cho xe tải chở nặng,
phát tín hiệu về phía trước một cách liên tục để phát hiện chướng ngại vật. Khi phát
hiên chướng ngại vật, hệ thống AEB dành quyền của người lái xe phanh gấp lại để
2


tránh va chạm dù xe đang chở nặng chạy với vận tốc cao đến 80km/g. Trong thực tế,
việc phanh gấp một xe có kích thước lớn chở nặng và chạy nhanh đến 80km/g là khơng
an tồn cho bản thân xe đó và xe chạy phía sau xe đó.

Hình 1.2: Hình chân ga và chân phanh của xe

Trong thực tế, tại Việt Nam, không chỉ trên đường cao tốc mà trên những quốc
lộ, nhiều tai nạn xảy ra do nguyên nhân chủ quan của người lái xe không phối hợp

được tốc độ của xe với khoảng trống phía trước xe. Trong đó, cũng có những trường
hợp tai nạn gây ra do người lái xe sau ngủ gật hoặc tăng tốc độ khơng phù hợp với
khoảng trống phía trước xe. Đặc biệt, cũng có những trường hợp người lái xe sử dụng
nhầm chân ga và chân phanh (Hình 1.2) dẫn đến nhiều tai nạn thương tâm. Do đó, một
thiết bị hỗ trợ kiểm soát tốc độ xe sao cho phù hợp với khoảng trống phía trước xe là
cần thiết.
Hiện nay, hàng nhiều triệu xe đang lưu hành trên toàn cầu được sản xuất trước
đây chưa được tích hợp hệ thống hỗ trợ lái xe an toàn. Một thiết bị hỗ trợ kiểm sốt tốc
độ là cần thiết trong tình trạng số lượng xe ngày càng gia tăng, tốc độ di chuyển ngày
càng nhanh, đặc biệt là tại Việt Nam. Trong tất cả các loại xe, chân ga được điểu khiển
bởi người lái xe để tăng tốc độ, chân phanh được dùng để giảm tốc độ. Một thiết bị hỗ
trợ người lái xe kiểm soát chân ga và chân phanh sao cho tốc độ xe phù hợp với
khoảng trống phía trước xe có khả năng hạn chế tai nạn do lỗi thao tác của người lái xe.
3


1.2 MỤC TIÊU ĐỀ TÀI
Mục tiêu của luận văn “Tiếp cận chướng ngại vật di chuyển (Block-moving) để
điều khiển tốc độ xe trong mơ hình theo xe (Car-Following)” là xây dựng giải thuật
cho thiết bị kiểm soát tốc độ xe dựa trên tốc độ đang di chuyển và khoảng trống trước
xe.
1.3 ĐỐI TƯỢNG VÀ PHẠM VI NGHIÊN CỨU
Xe di chuyển nối đuôi nhau trong từng làn đường cao tốc phẳng ngang (không
dốc) và thẳng.
1.4 PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU
-

Phương pháp vật lý: được áp dụng để khảo sát quan hệ giữa tốc độ và lực tác
động lên xe, gồm lực đẩy và lực phanh.

-

Phương pháp tốn: được áp dụng để tính quan hệ giữa khoảng trống an toàn với
tốc độ di chuyển.

-

Phương pháp phân tích: được áp dụng để phân tích các thao tác, thời gian xử lý
thông tin của người lái xe.

1.5 CẤU TRÚC LUẬN VĂN
Luận văn được cấu trúc thành 5 chương, có nội dung như sau:
Chương 1:

Chương giới thiệu trình bày mục tiêu, động lực để nghiên cứu hệ
thống kiểm soát tốc độ xe, cũng như đối tượng, phạm vi, và phương
pháp nghiên cứu.

Chương 2:

Tổng quan về hệ thống hỗ trợ lái xe. Luận văn đã tiếp cận mơ hình
theo xe (car-following) và các hệ thống hỗ trợ lái xe, từ những hệ
thống hỗ trợ từng phần như những hệ thống quan trắc và cảnh báo, hệ
thống kiểm sốt hành trình, hệ thống cảnh báo chệch làn đường, hệ
thống cảnh báo điểm mù, hệ thống hỗ trợ chuyển làn đường, hệ thống
hỗ trợ khởi hành giữa dốc, hệ thống hỗ trợ đỗ xe, hệ thống nhận dạng
4


biển báo giao thông; đến những hệ thống hỗ trợ cộng tác dựa vào

công nghệ truyền thông, truyền thông giữa 2 xe V2V(vehicle-tovehicle), truyền thông qua mạng của hệ thống giao thông thông minh
V2X(vehicle-to-network).
Chương 3:

Chương hệ thống hỗ trợ kiểm soát tốc độ đề xuất sơ đồ khối hệ thống
hỗ trợ kiểm soát tốc độ di chuyển của xe gồm 3 phần: phần cảm biến,
phần xử lý, và phần chấp hành. Trong chương này, định luật Newton
II được triển khai để xây dựng quan hệ toán học giữa tốc độ di
chuyển của xe và khoảng trống cần thiết phía trước để xe di chuyển
an toàn.

Chương 4:

Trong chương giải thuật kiểm soát tốc độ, luận văn đã xây dựng lưu
đồ triển khai kết quả quan hệ toán học giữa tốc độ di chuyển của xe
và khoảng trống cần thiết phía trước xe cũng như quan hệ với khoảng
trống đang có trước xe để cho tín hiệu điều khiển chân ga và chân
phanh.

Chương 5:

Trong chương kết luận này, luận văn đã tóm tắt các kết quả đạt được
của luận văn là đề xuất mơ hình hệ thống hỗ trợ kiểm sốt tốc độ xe,
xây dựng quan hệ toán học giữa tốc độ di chuyển của xe và khoảng
trống phía trước cần có, và xây dựng giải thuật xử lý dữ liệu tốc độ
và khoảng trống hiện có phía trước theo thời gian thực. Luận văn
cũng đề xuất hướng phát triền là áp dụng cơng nghệ trí tuệ nhân tạo
AI(Artificial Intelligence).

5

Chương 2TỔNG QUAN VỀ HỆ THỐNG HỖ TRỢ LÁI XE
2.1 GIỚI THIỆU
Sự phát triển giao thông đường bộ (giao thông) làm phát sinh ra nhiều tai nạn
thương tâm. Thống kê tại nhiều quốc gia cho biết hầu hết các tai nạn xảy ra trên đường
là do lỗi con người, trong đó phần lớn là do người lái xe gây ra. Một số trường hợp do
người lái xe chưa có kỹ năng tốt khi điều khiển xe trên đường trong những tình huống
khác nhau như xe chạy tốc độ cao, xe gặp chướng ngại vật phía trước, đường khúc
quanh, hoặc xe trước giảm tốc hoặc dừng lại. Nếu người lái xe khơng giữ khoảng trống
an tồn phía trước, thời gian trễ do chậm xử lý khi phát hiện tình huống có chướng ngại
hoặc xe trước giảm tốc hoặc xe trước dừng đột ngột, tai nạn đụng xe dễ dàng xảy ra.
Không ít trường hợp, người lái xe mệt mỏi, lờ đờ ngủ hoặc ngủ gật khi xe đang chạy đã
gây ra tai nạn nhiều tai nạn thương tâm.
Sự phát triển của công nghệ thông tin đã thu hút nhiều nhà khoa học nghiên cứu
các hệ thống hỗ trợ lái xe (Driver AssistanceSystems = DAS). Hệ thống hỗ trợ lái xe là
một hệ thống kỹ thuật được thiết kế để thu thập và xử lý dữ liệu về tình trạng giao
thơng trên đường, dữ liệu về sự di chuyển của xe để thơng báo cho người lái xe những
tình huống nguy hiểm hoặc giành quyền điều khiển của người lái xe nhằm giữ an toàn,
tránh đụng xe. Các hệ thống hỗ trợ lái xe sử dụng các cảm biến như thiết bị radar, thiết
bị hồng ngoại,vàcamera để thu thập dữ liệu hình ảnh về tình hình giao thơng xung
quanh xe và/hoặc đo khoảng cách từ xe đến các thực thể xung quanh xe (Hình 2.1).
Tùy theo mục tiêu hoặc chức năng của hệ thống hỗ trợ lái xe, dữ liệu cần thu thập theo
thời gian thực có thể được thu bởi tất cả hoặc một số cảm biến được lắp đặt trên thân
xe.

6


Hình 2.1: Hệ thống các cảm biến được lắp xung quanh các xe có các hệ thống hỗ trợ lái xe

(Nguồn: />
Tai nạn giao thông tăng theo sự phát triển của phương tiện giao thông, sự quá tải
của cơ sở hạ tầng giao thông, và nhu cầu đi lại đã thúc đẩy các nhà khoa học hợp tác
với các nhà sản xuất xe nghiên cứu các hệ thống lái xe an tồn. Bên cạnh đó, sự chủ
quan của người lái xe như lơ đểnh hoặc ngủ gật trong lúc lái xe đã hướng đến bài toán
nghiên cứu là lái xe an toàn và tự động. Những ý tưởng vể kiểm sốt hành trình đã
được thực hiện trên các thiết bị điện tử từ đầu thập niên 1960nhưng không được đưa ra
sản xuất lớn [1]. Mãi đến giữa thập niên 1980[1, 2], công nghệ hỗ trợ lái xe đã phát
triển từ mục tiêu ban đầu là ổn định động học của xe, rồi đến cung cấp thơng tin cảnh
báo những tình huống nguy cơ xảy ra tai nạn và nâng cao nội thất. Từ nay đến khoảng
năm 2030, với sự phát triển của công nghệ thông tin thúc đẩy các nhà nghiên cứu tập
trung vào những hệ thống lái xe tự động và lái xe cộng tác giữa người và máy [2]. Sự
phát triển của công nghệ cảm biến cũng là một yếu tố để phát triển của các hệ thống hỗ
7


trợ lái xe. Sự phát triển của công nghệ cảm biến, từ những cảm biến những thông số
bên trong xe như tốc độ, vòng quay của máy, nhiên liệu, … đến những cảm biến thu
thập thơng tin từ bên ngồi như khoảng cách, tình trạng giao thơng xung quanh xe,
…đã giúp cho những nghiên cứu hỗ trợ lái xe phát triển.
Từ mục tiêu của bài toán đặt ra, hoặc từ những chức năng của hệ thống hỗ trợ lái
xe, và từ những kỹ thuật được áp dụng khác nhau, các nhà khoa học đã tiếp cận nhiều
hướng khác nhau để thiết kế các hệ thống hỗ trợ lái xe khác nhau từ mức đơn giản đến
phức tạp. Đến nay, nhiều tiếp cận đã và đang được các nhà khoa học nghiên cứu phát
triển và các hảng sản xuất xe cũng bắt đầu áp dụng cho nhiều dòng xe thế hệ mới như
hệ thống hỗ trợ lái xe từng phần, hệ thống hỗ trợ lái xe V2V, hệ thống hỗ trợ lái xe
V2X.
2.2 MƠ HÌNH XE THEO SAU (CAR-FOLLOWING)
Mơ hình xe theo sau (Car-following) là mơ hình khảo sát dịng giao thơng ở mức vi
mơ. Trong đó, sự di chuyển của dịng giao thơng được khảo sát trên từng xe chạy nối

đi theo xe trước (Hình 2.2). Trong khi đó, mơ hình dịng giao thơng mức vĩ mơ khảo
sát trên một đồn xe, nhiều xe đang di chuyển.
Các mơ hình xe theo sau (Car-following) được coi là mơ hình nửa vi mơ, nửa vĩ
mơ vì dữ liệu được sử dụng trong các mơ hình khơng chỉ mơ tả chuyển động của một
phương tiện mà còn cả chuyển động của luồng giao thông của nhiều phương tiện [1-3].
Một số tác giả đã tiếp cận các mơ hình theo xe để phân tích lưu lượng giao thông trên
đường cao tốc ở cấp độ vĩ mô với dữ liệu liên quan đến từng phương tiện. Những
người khác tiếp cận xe theo sau các mô hình để phân tích dữ liệu liên quan đến hai
phương tiện liên tiếp để ngăn chặn các vụ va chạm gây ra bởi người theo sau.
Mơ hình General Motors, cịn được gọi là mơ hình phản ứng kích thích vì nó mơ
tả mối quan hệ giữa kích thích, đó là sự khác biệt về tốc độ của xe trước và xe sau, và
phản ứng của người lái xe sau. Mối quan hệ của phản ứng kích thích được biểu diễn
8


dưới dạng phương trình động học đối với một hạt [2, 4]. Mơ hình xem xét rằng các
trình điều khiển theo dõi được thực hiện một khoảng thời gian để phản ứng chống lại
một số biến thể của xe trước. Kết quả nghiên cứu, mơ hình cung cấp xe sau có khả
năng tăng tốc tại thời điểm khi thực hiện phản ứng. Việc tăng tốc phụ thuộc vào sự
khác biệt về tốc độ giữa hai xe liên tiếp tại thời điểm thay đổi tốc độ của xe trước. Gia
tốc của xe sau tại thời điểm phản ứng là tích cực nếu tại thời điểm xe trước thay đổi tốc
độ, tốc độ của xe sau chậm hơn tốc độ của xe trước và ngược lại. Mơ hình cho kết quả
tương quan giữa tốc độ và gia tốc theo thời gian giữa hai xe liên tiếp [5]. Mơ hình
General Motors, địi hỏi các thí nghiệm để có được các thơng số cần thiết cho việc tính
tốn hệ số độ nhạy.

Qu
ỹ
thờ đạo k
ig

ian hơng
của gia
xe n F

T

v1L
dL

d

t2


t1

F

dF

v0F

L
x2F

x1F

x1L

x2L

X

Hình 2.2: Mơ hình car-following, 2 xe di chuyển nối tiếp nhau. Xe trước L giảm tốc độ tại
thời điểm t1, nhưng đến thời điểm t2, xe sau F mới giảm tốc độ. Thời gian đáp ứng chậm trễ
của người lái xe sau là  = t2 − t1 .

2.3HỆ THỐNG HỖ TRỢ LÁI XE TỪNG PHẦN

9


Hệ thống hỗ trợ từng phần hỗ trợ người lái xe theo từng mục tiêu khác nhau như
hệ thống cảnh báo va chạm, hệ thống cảnh báo điểm mù, hệ thống cảnh báo chệch làn
đường, hệ thống điểu khiển hành trình, hệ thống hỗ trợ đỗ xe. Hệ thống hỗ trợ từng
phần sử dụng các cảm biến lắp đặt xung quanh xe để phát hiện những tình huống bất
thường và thơng báo lại cho người lái xe bằng tín hiệu âm thanh, hoặc tín hiệu cơ học.
Trong các hệ thống hỗ trợ từng phần, dữ liệu thu thập từ các cảm biến được xử lý để
cảnh báo người lái xe.
2.3.1 Hệ thống quan trắc và cảnh báo
Hệ thống quan trắc và cảnh báo cung cấp thơng tin bằng hình ảnh về khoảng trống
xung quanh xe, các phía trước sau trái phải (Hình 2.3). Cảnh vật về tình trạng thực
xung quanh xe được hiển thị trên màn hình phía trước người lái xe theo thời gian thực.
Những camera được lắp đặt xung quanh xe thu thập hình ảnh các phía trong phạm vi
không gian định trước và kết nối thành một ảnh hiển thị trên màn hình cho thấy cảnh
vật xung quanh xe theo thời gian thực. Hệ thống phát ra tín hiệu khi khung xe tiến sát
đến một vật cản.
Hệ thống quan trắc cũng cung cấp một yêu cầu khoảng trống cần thiết phía trước
khi xe di chuyển tới và khoảng trống cần thiết phía sau khi xe lùi bằng vạch khung màu
vàng. Khoảng trống cần thiết phía trước được hiển thị như một khung màu vàng, không

thay đổi theo tốc độ di chuyển. Khoảng trống cần thiết phía trước và phía sau được liên
kết với hệ thống tay lái, được bẻ cong theo hướng di chuyển khi hệ thống tay lái được
chuyển sang phải hoặc sang trái.
Hệ thống quan trắc và cảnh báo áp dụng tốt khi xe di chuyển chậm, di chuyển vào
đường nhỏ hẹp, hoặc di chuyển lùi với sự chủ động điều khiển của người lái xe. Hệ
thống quan trắc và cảnh báo không dành quyền thao tác của người lái xe. Hệ thống
quan trắc và cảnh báo thực hiện chức năng quan trắc, cung cấp thơng tin bằng hình
ảnh, khơng can thiệp vào hệ thống điều khiển của xe. Nói cách khác, hệ thống quan

10


trắc và cảnh báo khơng xử lý những tình huống do chủ quan của người lái xe như
không tỉnh hoặc ngủ gật trong lúc lái xe.

Hình 2.3: Màn hình của hệ thống quan trắc và cảnh báo xung quanh xe

2.3.2 Hệ thống kiểm sốt hành trình
Hệ thống kiểm sốt hành trình được thiết kế để hỗ trợ người lái xe khi người lái xe
muốn giao quyền điều khiển cho hệ thống. Hệ thống chủ yếu tác động vào chân ga để
giữ ổn định tốc độ theo mong muốn của người lái xe. Hệ thống cảm ứng tốc độ và tác
động chân ga để tăng hoặc giảm ga, giữ ổn định tốc độ, người lái xe có thể thay đổi tốc
độ ổn định của xe bằng một nút trên tay lái mà không cần tác động vào chân ga. Hệ
thống này phù hợp khi xe đang di chuyển trên đường cao tốc trống vắng, xe có thể di
chuyển với tốc độ ổn định, không cần tăng giảm nhanh vận tốc.
Hệ thống kiểm sốt hành trình thích nghi (Adaptive Cruise Control = ACC) điều
chỉnh tốc độ của xe một cách liên tục theo dữ liệu thu được từ cảm biến dò vật cản phía
11

trước xe để bảo đảm khoảng cách an toàn đối với xe di chuyển phía trước cùng làn [1,
3-5]. Hệ thống phanh khẩn cấp tự động (autonomous emergency braking system =
AEB) được sử dụng cùng với hệ thống kiểm soát hành trình thích nghi. Khi nhận dạng
vật cản phía trước, có thể là xe di chuyển phía trước hoặc một chướng ngai vật, hệ
thống phanh khẩn cấp tự động được kích hoạt để dừng xe lại, tránh đụng vào vật cản
[6]. Một giải thuật tự học thao tác của người lái xe để hỗ trợ họ trong tình huống khẩn
cấp, tránh đụng xe trước khi các xe di chuyển nối đuôi nhau trên đường cao tốc cũng
được đề xuất trong các hệ thống kiểm sốt hành trình thích nghi [7].
2.3.3 Hệ thống cảnh báo chệch làn đường
Hệ thống cảnh báo chệch làn đường sử dụng hệ thống camera để ghi nhận hình ảnh
và xử lý nhận dạng vạch sơn phân chia làn trên các đường cao tốc [3]. Vì những lý do
khách quan chủ quan, khi xe di chuyển chệch làn được đang di chuyển, hệ thống sẽ
phát tín hiệu cho người lái xe biết. Hệ thống cảnh báo chệch làn đường có thể được
xem là một phần của hệ thống quan trắc và cảnh báo. Hệ thống cảnh báo chệch làn
đường áp dụng phù hợp khi xe di chuyển trên đường cao tốc có phân làn di chuyển.
2.3.4 Hệ thống cảnh báo điểm mù
Điểm mù là vùng không gian không nằm trong tầm quan sát của người lái xe, ví dụ
góc trước ngang ghế lái xe hoặc vùng khơng gian phía sau xe khơng nằm trong vùng
quan sát của kiếng chiếu hậu. Hệ thống cảnh báo điểm mù thu thập dữ liệu về các thực
thể xung quanh xe bằng một hệ thống camera quan sát những vùng khuất tầm nhìn của
người lái xe[3]. Hệ thống cảnh báo điểm mù phát hiện vật cản trong vùng điểm mù và
phát ra tín hiệu báo cho người lái xe biết để xử lý. Hệ thống cảnh báo điểm mù không
dành quyền điểu khiển của người lái xe. Hệ thống cảnh báo điểm mù có thể được xem
là một phần của hệ thống quan trắc và cảnh báo.
2.3.5 Hệ thống hỗ trợ chuyển làn đường

12


Hệ thống hỗ trợ chuyển làn đường hoạt động đồng thời với hệ thống cảnh báo

điểm mù. Các hệ thống camera lắp xung quanh xe cung cấp thông tin về sự hiện diện
của các phương tiện khác ở phía sau cùng làn và các phương tiện đang di chuyển trên
những làn lân cận. Hệ thống sẽ phát ra tín hiệu cảnh báo nếu người lái xe quay tay lái
sang làn bên có phương tiện đang di chuyển. Có những hiệu xe cịn có mức độ cảnh
báo cao hơn như rung mạnh tay lái khi người lái xe vẫn cố gắng quay tay lái sang làn
đường có phương tiện đang di chuyển [3].
2.3.6 Hệ thống hỗ trợ khởi hành giữa dốc
Rất nhiều trường hợp xe phải dừng tại lưng chừng dốc, khi dừng xe được phanh
nên không tự di chuyển xuống dốc, tới hoặc lùi. Khi xe khởi hành lại, người lái xe phải
thả chân phanh và áp mạnh vào chân ga để xe di chuyển. Tuy nhiên, nhiều trường hợp
người lái xe không ứng xử phù hợp, xe sẽ tự di chuyển về phía dưới. Trong trường hợp
xe dừng tại giữa dốc lên, khi khởi hành lại xe có thể bị lùi về phía sau va chạm vào xe
dừng phía sau. Hệ thống hỗ trợ khởi hành giữa dốc duy trì lực phanh trong khoảng thời
gian thích hợp khi người lái xe chưa tác động vào chân ga hoặc tác động lực đẩy chưa
đủ để thắng lại lực kéo của xuống dốc của trọng lực tác động lên xe.
2.3.7 Hệ thống hỗ trợ đỗ xe
Hệ thống hỗ trợ đỗ xe đã được đưa ra thị trường vào giữa thập niên 1990 [2].
Thoạt đầu, hệ thống sử dụng các cảm biến phát hiện các vật cản xung quanh khi xe
đang di chuyển vận tốc thấp để cung cấp cho người lái xe tránh va chạm khi ra vào chổ
đậu xe[3]. Các hệ thống sau đó đã dùng camera để thu hình và hiển thị theo thời gian
thực trên màn ảnh phía trước người lái xe. Khi kỹ thuật thu hình phát triển đến khả
năng thu hình 360o xung quanh, những hệ thống hỗ trợ đổ xe đã nhanh chóng ứng dụng
vào để cung cấp hình ảnh tồn cảnh xung quanh cho người lái xe khi ra vào nơi đậu xe.
Ngày nay, một số hiệu xe như Ford Focus, v.v… có trang bị hệ thống hỗ trợ đỗ xe
tự động. Khi được kích hoạt, hệ thống thơng qua các cảm biến khoảng cách và các
13


camera tự động thiết kế chổ đỗ xe. Hệ thống hỗ trợ đỗ xe tự động dành quyền kiểm
soát tay lái, chân ga, chân phanh, và cần số tới lùi của người lái để tự điều khiển xe vào

chổ đậu xe.
2.3.8 Hệ thống nhận dạng biển báo giao thông
Hệ thống nhận dạng tín hiệu giao thơng (traffic sign recognition = TSR) là hệ
thống nhận dạng các biển báo giao thông đặt dọc theo đường giao thông để thông tin
cho người lái xe[8]. Về phương diện áp dụng, hệ thống TSR hỗ trợ người lái xe phát
hiện các biển báo giao thơng được lắp đặt dọc theo đường lộ. Nói theo ngơn ngữ tốn
học, giá trị của biển báo giao thơng phụ thuộc không gian.Về phương diện kỹ thuật, hệ
thống TSR gồm 2 tầng: tầng nhận dạng và tầng xếp loại. Trong đó, tầng nhận dạng áp
dụng các kỹ thuật xử lý ảnh để phát hiện và đọc nội dung của biển báo, tầng xếp loại
phân loại biển báo theo nhóm cấm/hết cấm thực hiện, hoặc cung cấp thơng tin. Ví
dụbiển tốc độ tối đa cấm xe chạy vượt quá tốc độ qui định, biển hết giới hạn tốc độ tối
đa, biển cho biết bắt đầu đường cao tốc, v.v…
2.4 HỆ THỐNG HỖ TRỢ LÁI XE V2V và V2X
Sự phát triển của cơng nghệ IoT(Internet of Things) đã kích thích sự nghiên cứu
của những nhà khoa học về hệ thống hỗ trợ lái xe cộng tác xe- xe thông qua hệ thống
truyền thơng và cơng tác người-máy [9, 10]. Trong đó, sự truyền thông trực tiếp giữa
các xe đang di chuyển V2V (vehicle-to-vehicle) và sự truyền thông giữa các xe đang di
chuyển thông qua mạng truyền thông V2X (vehicle-to-network) cung cấp thơng tin cho
những người lái xe xử lý tình huống. Những hệ thống này được kỳ vọng là giúp cho
những người lái xe trên một cung đường có thể chia sẻ thông tin với nhau và/hoặc
thương lượng với nhau để chia sẻ cơ sở hạ tầng giao thông cho lộ trình của mình vì
những lợi ích chung và vì sự an tồn trong giao thơng. Về phương diện kỹ thuật, hệ
thống địi hỏi phải có mạng truyền thơng băng thơng rộng và tin cậy. Về phương diện
xã hội, hệ thống này địi hỏi những người lái xe có tính cộng đồng cao, biết chia sẻ vì
lợi ích chung của mình hoặc của cả cộng đồng.
14


2.5 KẾT LUẬN
Mặc dù có ý tưởng và được nghiên cứu từ những năm 1980, nhưng công nghệ hỗ

trợ lái xe được phát triển rất chậm chạp trong thời gian đầu vì các kỹ thuật hỗ trợ như
cảm biến, cơng nghệ thông tin chưa phát triển đủ bao quát các yêu cầu của một hệ
thống hỗ trợ lái xe. Mặt khác, nhu cầu xã hội chưa cao, chưa đòi hỏi áp dụng một cách
bức thiết nên các hãng xe chưa tập trung nghiên cứu công nghệ hỗ trợ lái xe, sự chấp
nhận của xã hội đối với một công nghệ tưởng chừng cần thiết như vậy vẫn còn hạn chế
và cần được tác động thêm [11]. Những năm gần đây, nhu cầu giao thông bùng nổ với
cơ sở hạ tầng giao thông phát triển chậm chạp, tai nạn giao thông ngày càng nhiều.
Trong khi đó, nhiều hãng xe mới ra đời, sự cạnh tranh trên thị trường cung ứng xe ngày
càng gay gắt hơn, nhiều hiệu xe đã đặt mục tiêu cung ứng các dịng xe di chuyển an
tồn với các hệ thống hỗ trợ lái xe cộng tác hoặc hệ thống tự động lái xe. Đặc biệt quan
trọng là sự phát triển như vũ bão của công nghệ thông tin và công nghệ cảm biến trong
những năm gần đây đã làm nền tảng tốt cho các nghiên cứu phát triển công nghệ hỗ trợ
lái xe. Khởi đầu của chuỗi nghiên cứu công nghệ hỗ trợ lái xe là những nghiên cứu sử
dụng cảm biến để thu thập dữ liệu giao thơng bên ngồi xe trong khi việc xử lý dữ liệu
chưa được quan tâm đúng mức [2]. Do đó, nhu cầu nghiên cứu xử lý dữ liệu cho các
bài toán hỗ trợ lái xe đang và sẽ đặt ra cho các nhà nghiên cứu ngày càng phức tạp hơn
áp dụng cho những bài toán ngày càng cao hơn.

15