Nghiên cứu thiết kế thiết bị chống ngủ gật cho lái xe ô tô

..

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO
TRƢỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA HÀ NỘI
---------------------------------------

Nông Quang Huy

NGHIÊN CỨU, THIẾT KẾ
THIẾT BỊ CHỐNG NGỦ GẬT CHO LÁI XE Ô TÔ
Chuyên ngành: Kỹ Thuật Truyền Thơng

LUẬN VĂN THẠC SĨ KHOA HỌC
KỸ THUẬT TRUYỀN THƠNG

NGƢỜI HƢỚNG DẪN KHOA HỌC:
TS. Nguyễn Vũ Thắng
Viện Điện Tử - Viễn Thông, Đại học BKHN

Hà Nội – Năm 2013
1


LỜI CAM ĐOAN
Sinh ngày 10 tháng 1 năm 1977

Tôi tên là Nơng Quang Huy
Mã số: CB110875.
Ngành Kỹ thuật truyền thơng

Khóa 2011B.

Đề tài luận văn:
“Nghiên cứu, thiết kế thiết bị chống ngủ gật cho lái xe ô tô”
Ngƣời hƣớng dẫn khoa học: TS. Nguyễn Vũ Thắng, Viện Điện Tử - Viễn
Thông.
Tôi xin cam đoan luận văn này do tôi thực hiện dƣới sự hƣớng dẫn của TS.
Nguyễn Vũ Thắng. Trong luận văn, tơi có trích dẫn một số nội dung từ các tài
liệu tham khảo. Các nội dung trích dẫn tuân thủ các quy định về sở hữu trí
tuệ, và đƣợc sự đồng ý của một số tác giả. Các số liệu, hình vẽ đƣợc nêu trong
luận văn đƣợc trích dẫn và xây dựng trên cơ sở khoa học, đảm bảo tính chân
thực và chính xác của thơng tin.
Tơi xin chịu trách nhiệm với tồn bộ nội dung đƣợc trình bày trong luận văn
này.
Hà Nội, ngày 10 tháng 10 năm 2013
Ngƣời viết

Nông Quang Huy
2


MỤC LỤC
LỜI CAM ĐOAN .......................................................................................................2
MỤC LỤC ...................................................................................................................3
DANH MỤC CÁC BẢNG VÀ HÌNH VẼ .................................................................5
DANH MỤC CÁC TỪ VIẾT TẮT ............................................................................7
LỜI NÓI ĐẦU ............................................................................................................8
CHƢƠNG 1 – ĐẶT VẤN ĐỀ ..................................................................................10
1.1. Thực trạng tai nạn giao thông do mệt mỏi khi lái xe .....................................10
1.2. Nguyên nhân dẫn đến tai nạn khi lái xe mệt mỏi ...........................................14
1.3. Các biện pháp giải quyết vấn đề hiện nay ......................................................17

1.3.1. Tự nhận thức của lái xe ...........................................................................17
1.3.2. Giáo dục nhận thức cho lái xe .................................................................19
1.3.3. Sử dụng các thiết bị hỗ trợ ......................................................................19
1.4. Đề xuất yêu cầu đối với thiết bị chống ngủ gật..............................................22
CHƢƠNG 2 – PHÂN TÍCH GIẢI PHÁP THIẾT KẾ..............................................26
2.1. Cách thức xác định biểu hiện mệt mỏi của lái xe khi bắt đầu lái xe ..............26
2.1.1. Một số vấn đền cần giải quyết ................................................................26
2.1.2. Sử dụng trắc nghiệm nhanh xác định trạng thái tỉnh táo của lái xe ........28
2.2. Cách thức phát hiện điều kiện và mức độ làm việc của lái xe .......................29
2.2.1. Một số vấn đề cần giải quyết ..................................................................29
2.2.2. Công nghệ GPS .......................................................................................33
2.3. Cách thức tạo tín hiệu cảnh báo .....................................................................41
2.3.1. Một số vấn đề cần giải quyết ..................................................................41
2.3.2. Các loại kích thích có thể sử dụng để cảnh báo trong thiết bị ................43
CHƢƠNG 3 - THIẾT KẾ VÀ CHẾ TẠO THIẾT BỊ...............................................48
3


3.1. Phân tích thiết kế ............................................................................................48
3.1.1. Yêu cầu thiết kế .......................................................................................48
3.1.2. Sơ đồ khối tổng quan ..............................................................................49
3.1.3. Mô tả cấu hình và nguyên lý hoạt động của thiết bị ...............................51
3.2. Thiết kế và chế tạo phần cứng........................................................................55
3.2.1. Thiết kế mạch điện tử ..............................................................................56
3.2.2. Giao diện điều khiển và hình ảnh sản phẩm ...........................................64
3.3. Thiết kế và xây dựng phần mềm điều khiển ..................................................65
3.3.1. Giao tiếp với các khối ngoại vi ...............................................................67
3.3.2. Xử lý các thông tin và ra quyết định cảnh báo........................................69
3.3.3. Xử lý các thông tin trong chế độ cảnh báo .............................................70
3.4. Thử nghiệm và đánh giá .................................................................................71

3.4.1. Thử nghiệm việc thu nhận tín hiệu GPS và phân tách bản tin GPS. ......71
3.4.2. Thử nghiệm các mức độ kích thích .........................................................73
3.4.3. Thử nghiệm khả năng đánh thức của thiết bị ..........................................75
KẾT LUẬN ...............................................................................................................77
TÀI LIỆU THAM KHẢO .........................................................................................79

4


DANH MỤC CÁC BẢNG VÀ HÌNH VẼ
Hình 1.1: Ngủ gật khi đang lái xe và hậu quả ...........................................................11
Hình 1.2: Mẫu phiếu thu thập thơng tin của các lái xe .............................................13
Hình 1.3: Biểu đồ đối tƣợng thông kê và tỷ lệ trả lời có buồn ngủ khi lái xe ..........13
Hình 1.4: Thiết bị chống ngủ gật đeo ở tai ...............................................................20
Hình 1.5: Các thành phần trong hệ thống chống ngủ gật của Ford ..........................21
Hình 1.6: Sơ đồ khối cơ bản của thiết bị:..................................................................24
Hình 2.1: Hình ảnh của sản phẩm ASP .....................................................................29
Hình 2.2: Lắp hộp đen trên xe Bus tại Việt Nam ......................................................32
Hình 2.3: Mơ hình tƣơng quan giữa máy thu và các vệ tinh ....................................34
Bảng 2.1: Các thành phần của tín hiệu và tần số tƣơng ứng. ....................................36
Bảng 2.2: Diễn giải của bản tin: ................................................................................39
Hình 2.4: Kết nối VĐK để đọc bản tin từ mơđun thu GPS.......................................40
Hình 2.5: Các loại tín hiệu dùng để cảnh báo cho lái xe...........................................42
Hình 2.6: Các loại dịng TENS .................................................................................46
Hình 2.7: Các loại dịng Diadynamic ........................................................................47
Hình 3.1: Sơ đồ khối của thiết bị chống ngủ gật BK-ASP.01 ..................................49
Hình 3.2. Cấu hình của thiết bị chống ngủ gật BK_ASP V0.1 .................................52
Hình 3.3: Sơ đồ mạch nguyên lý của mơđun ghép nối với GPS ..............................56
Hình 3.4: Mơđun GPS SKM53S và các thơng số hoạt động ....................................56
Hình 3.5: Sơ đồ kết nối MCU ...................................................................................58

Hình 3.6: Sơ đồ nguyên lý và nguyên lý hoạt động của mạch .................................59
Bảng 3.1: Danh sách lựa chọn cụm điện trở .............................................................60
Hình 3.7. Mạch nguyên lý khuếch đại cơng suất t/h kích thích ................................61
Hình 3.8: Sơ đồ nguyên lý của mạch nguồn của toàn bộ thiết bị .............................62
5


Hình 3.9: Sơ đồ nguyên lý mạch kết nối thiết bị ngoại vi khác ................................63
Hình 3.10: Sơ đồ mạch in của thiết bị chống ngủ gật ...............................................63
Hình 3.11: Giao diện điều khiển ...............................................................................64
Hình 3.12: Hình ảnh mạch chế tạo của BK_ASP v1.0 .............................................64
Hình 3.13: Hình ảnh sản phẩm và điện cực kèm theo ..............................................64
Hình 3.14: Lƣu đồ chƣơng trình giai đoạn xác định đ/k cảnh báo ...........................65
Hình 3.15: Lƣu đồ chƣơng trình của giai đoạn cảnh báo ..........................................66
Hình 3.16: Thử nghiệm sai số vận tốc của thiết bị BK_ASP....................................72
Hình 3.17: Dịng kích thích đo đƣợc trên cơ thể .......................................................74

6


DANH MỤC CÁC TỪ VIẾT TẮT

ASP

AntiSleepPilot
(Chỉ dẫn chống ngủ gật)

GPS

Global Positioning System

(Hệ thống định vị toàn cầu)

DGPS

Differential Global Positioning System
(Hệ thống Định vị Toàn cầu vi sai)

UART

Universal Asynchronous Receiver/Transmitter
(Bộ truyền/nhận không đồng bộ)

NMEA

National Marine Electronics Association
(Hiệp hội điện tử hàng hải quốc gia)

RMC

Recommended Minimum Data for GPS

MCU

Microcontroller
(Vi điều khiển – VĐK)

7


LỜI NÓI ĐẦU

Ngủ gật trong khi đang lái xe là một nguyên nhân dẫn đến nhiều tai nạn
giao thông nghiêm trọng. Các tai nạn loại này không chỉ gây hậu quả nghiêm
trọng cho phƣơng tiện và ngƣời điều khiển, mà cịn gây các ảnh hƣởng đến
tính mạng của một số ngƣời khác.
Hiện tƣợng ngủ gật khi đang lái xe là hiện tƣợng phổ biến thƣờng gặp ở
ngƣời lái xe, không phân biệt chủng tộc, độ tuổi, giới tính, nghề nghiệp, lái xe
tác giả hay làm nghề lái xe,… Ở các nƣớc tiên tiến, hàng năm có rất nhiều
nghiên cứu, thăm dị về tình trạng này đƣợc thực hiện. Các kết quả thu đƣợc
là cơ sở đánh giá hiện trạng, và là cơ sở để đề ra các giải pháp nhằm hạn chế
các tai nạn liên quan đến tình trạng ngủ gật khi đang lái xe. Các nghiên cứu có
thể tập trung vào việc xác định đặc điểm của các tai nạn giao thông liên quan
đến ngủ gật, phân loại đối tƣợng có thể gặp các tai nạn loại này, các phƣơng
pháp có thể hạn chế các tại nạn, đề ra luật và các quy định để giáo dục và
cảnh báo ngƣời điều khiển phƣơng tiện, nghiên cứu các thiết bị giúp xác định
trạng thái của ngƣời điều khiển và cảnh báo khả năng có thể xảy ra tai nạn,…
Hiện nay, một số hãng sản xuất ô tô và một số nhà cung cấp sản phẩm dịch
vụ đã tích hợp và cung cấp một số thiết bị cảnh báo ngủ gật khi lái xe. Các
thiết bị này cho phép xác định trạng thái của ngƣời đang điều khiển xe, và sau
đó đƣa ra các cảnh báo đối với ngƣời điều khiển phƣơng tiện, để lái xe có thể
đƣa ra quyết định nhằm tránh các tai nạn đáng tiếc xảy ra với phƣơng tiện,
bản thân và những ngƣời xung quanh.
Tuy nhiên, đó là ở các nƣớc phát triển nhƣ Mỹ, Châu Âu, Nhật Bản,… cịn
ở Việt Nam thì chƣa có nhiều các nghiên cứu hay thiết bị nhƣ vậy đƣợc áp
dụng vào thực tế để giảm thiểu các tai nạn liên quan đến ngủ gật khi đang lái
8


xe, trong khi số lƣợng và mức độ thiệt hại về ngƣời và tài sản do các tai nạn
nhƣ vậy gây ra ngày càng lớn.
Do vậy, đề tài này đƣợc thực hiện với mục đích nâng cao ý thức, về vần đề

mất an toàn do điều khiển phƣơng tiện khi buồn ngủ, cho những ngƣời quan
tâm đến đề tài này. Tác giả và nhóm nghiên cứu của đề tài này đề xuất một
thiết bị giúp hạn chế phần nào các tai nạn liên quan đến tình trạng buồn ngủ
khi lái xe mà có thể ứng dụng trong điều kiện thực tế ở Việt Nam hiện nay và
cũng góp phần thúc đẩy các nghiên cứu về các vấn đề liên quan.

9


CHƢƠNG 1 – ĐẶT VẤN ĐỀ
Trong chƣơng này bao gồm các nội dung chính sau đây:
 Thứ nhất là xác định thực trạng của tình trạng tai nạn giao thơng liên
quan đến sự mệt mỏi khi lái xe, và sự cần thiết của nghiên cứu.
 Thứ hai là xác định nguyên nhân dẫn đến tai nạn khi lái xe mệt mỏi và
buồn ngủ, đặc điểm của các tai nạn loại này. Chúng sẽ là cơ sở khi đề
xuất giải pháp phát hiện khả năng buồn ngủ của lái xe để đƣa ra tín hiệu
cảnh báo một cách hiệu quả.
 Thứ ba là giới thiệu các giải pháp hiện có để hạn chế hậu quả của các
tai nạn do lái xe mệt mỏi và buồn ngủ.
 Cuối cùng là dựa trên các thông tin về thực trạng, nguyên nhân và các
giải pháp hiện có, tác giả đề xuất cấu hình cần có của thiết bị chống ngủ
gật cho lái xe.
Để phù hợp với điều kiện hiện tại của Việt Nam, thiết bị đƣợc đề xuất trong
nghiên cứu này đƣợc phát triển dựa trên việc áp dụng các công nghệ mới, kế
thừa các ƣu điểm của các giải pháp chống buồn ngủ cho lái xe hiện có, và hạn
chế các nhƣợc điểm của các thiết bị đã thƣơng mại.
1.1. Thực trạng tai nạn giao thông do mệt mỏi khi lái xe
Hiện tƣợng ngủ gật khi đang lái xe là hiện tƣợng phổ biến thƣờng gặp ở
ngƣời lái xe, không phân biệt chủng tộc, độ tuổi, giới tính, nghề nghiệp, lái xe
tác giả hay làm nghề lái xe,… Do mức độ nghiên trọng và thƣờng xuyên của

các tại nạn loại này, nên các thông tin về các tai nạn liên quan đến ngủ gật rất
nhiều. Điều này có thể thấy khi chúng ta chỉ cần gõ từ khóa tìm kiếm “Lái xe
ngủ gật gây tai nạn nghiêm trọng” chúng ta có đƣợc rất nhiều kết quả trả về
10


(329.000 kết quả có liên quan trong 0,33 giây), trong đó có những thơng tin số
liệu rất mới.

Hình 1.1: Ngủ gật khi đang lái xe và hậu quả
Ở các nƣớc tiên tiến, hàng năm có rất nhiều nghiên cứu, thăm dị về tình
trạng này đƣợc thực hiện. Các kết quả thu đƣợc là cơ sở đánh giá hiện trạng,
và là cơ sở để đề ra các giải pháp nhằm hạn chế các tai nạn liên quan đến tình
trạng ngủ gật khi đang lái xe. Các nghiên cứu đã đƣợc tiến hành ở Mỹ cho
biết rằng [1]:
 32% trƣởng thành ngủ 6 giờ hoặc ít hơn mỗi đêm, trong khi 64% ngủ ít
hơn 8 giờ đồng hồ.
 Hai phần ba ngƣời lớn nói rằng họ có vấn đề và một với giấc ngủ, trong
đó một số ngƣời cho biết họ đƣợc chẩn đốn rối loạn giấc ngủ.
 38% ngƣời nói rằng họ rơi vào tình trạng thiếu ngủ,

11


 57% những ngƣời đƣợc phỏng vấn cho nói rằng họ đã lái xe trong khi
buồn ngủ trong năm qua, trong khi 23% nói rằng họ đã thực sự đã ngủ
khi lái.
 Kết quả khảo sát tƣơng tự đã đƣợc đƣa ra trong các nghiên cứu khác
nhau, ở cả Mỹ và các nƣớc khác. Trong một cuộc khảo sát gửi chính
quyền Thành phố New York đã cho thấy rằng:

 55% thừa nhận rằng họ đã điều khiển xe trong khi buồn ngủ trong năm
qua và trƣớc đó,
 23% báo cáo rằng họ đã có ngủ gục khi đang lái xe nhƣng không bị tai
nạn, 3% cho biết họ đã ngủ khi đang lái xe và bị tai nạn.
 Ở Anh, 29% số ngƣời trả lời một cuộc điều tra thƣ điện tử thông báo
rằng họ đã cảm thấy mơ màng trong khi lái xe.
Các nghiên cứu đã ƣớc tính rằng buồn ngủ là nguyên nhân chính trong
100,000 vụ tai nạn thống kê đƣợc mỗi mỗi năm, dẫn đến 76.000 ngƣời bị
thƣơng và 1.500 ca tử vong. Những con số này chiếm 1- 3% của tất cả các ca
tai nạn có thể thống kê đƣợc [2].
Trong quá trình thực hiện đề tài, tác giả cùng các cộng tác viên đã thực
hiện một số khảo sát nhanh đối với hơn 100 ngƣời thƣờng xuyên lái xe, và
gần nhƣ toàn bộ những ngƣời đƣợc hỏi nói rằng họ đã từng cảm thấy buồn
ngủ khi đang lái xe. Trong số này thì những ngƣời làm nghề lái xe thƣờng gặp
vấn đề này nhiều hơn so với những ngƣời lái xe tác giả. Nguyên nhân, nhƣ
đƣợc các lái xe cung cấp, là do thời gian làm việc dài, thời gian lái xe thƣờng
diễn ra vào ban đêm, số giờ lái xe trong một tuần làm việc nhiều (có trƣờng
hợp chiếm trên 60% thời gian). Họ cũng cho biết nhiều lái xe chở hàng trẻ
tuổi có thể phải sử dụng các chất kích thích gây nghiện nhƣ ma túy để tạo ra
12


trạng thái tỉnh táo khi lái xe vào ban đêm. Tuy nhiên, do quy mô của nghiên
cứu này hạn chế nên tác giả và nhóm nghiên cứu đa phần tham khảo các kết
quả nghiên cứu của nƣớc ngoài. Do vậy, các thơng tin khảo sát chỉ mang tính
chất kiểm chứng các ý kiến chủ quan của tác giả và nhóm nghiên cứu.

Hình 1.2: Mẫu phiếu thu thập thơng tin của các lái xe
Các số liệu thu nhận đƣợc:

Hình 1.3: Biểu đồ đối tƣợng thông kê và tỷ lệ trả lời có buồn ngủ
khi lái xe
13


1.2. Nguyên nhân dẫn đến tai nạn khi lái xe mệt mỏi
Mệt mỏi đẫn đến buồn ngủ là một phản xạ tự nhiên của cơ thể, và sẽ
khơng có bất cứ vấn đề gì nghiêm trọng có thể xảy ra, trừ trƣờng hợp chúng ta
buồn ngủ khi đang làm việc, đặc biệt là đang lái xe.
Buồn ngủ khi đang lái xe sẽ dẫn đến ngủ gật. Ngủ gật thƣờng có biểu hiện
dẫn đến mất tập trung, cơ thể rơi vào trạng thái vô thức. Mắt lim dim trong
giây lát, rồi bất chợt tỉnh lại. Cơ cổ thả lỏng, đầu gục xuống giống nhƣ tƣ thế
cúi gằm mặt. Cơ thể rơi vào trạng thái vô thức, tài xế mất đi khả năng điều
khiển xe, chạy không ổn định, lấn làn. Lái xe khơng kịp phản xạ để tránh tình
huống nguy hiểm khi tới gần chƣớng ngại vật hoặc phƣơng tiện giao thơng
khác. Chính bởi thế ngủ gật là một trong những nguyên nhân gây ra những tai
nạn nghiêm trọng.
Những nguyên nhân gây ra buồn ngủ khi lái xe bao gồm:
 Thiếu ngủ do ngủ quá ít hoặc bị thức giấc nhiều lần trong thời gian ngủ;
 Các yếu tố sinh học do có cơng việc đột xuất, khơng đƣợc điều trị rối
loạn giấc ngủ, và uống rƣợu bia gây mệt mỏi;
 Mệt mỏi do mức độ và điều kiện lái xe (thời gian lái xe, thời điểm lái xe,
môi trƣờng xung quanh,…). Lái xe là công việc nặng nhọc, dù cơ bắp
không vận động nhiều nhƣng mắt và một số giác quan luôn trong trạng
thái tập trung cao độ. Theo thời gian, năng lƣợng cung cấp cho não dần
bị cạn. Cơ thể đòi hỏi nghỉ ngơi và hiện tƣợng ngủ gật xuất hiện. Bên
cạnh đó, cơ thể ở tƣ thế ngồi cố định, rung, ồn, xóc trên xe cũng dễ làm
lái xe mệt mỏi, vì thế cũng phát sinh cảm giác thèm ngủ.
Buồn ngủ giống nhƣ đói, khát, là một trạng thái sinh lý cơ bản, bắt nguồn
từ tình trạng thiếu ngủ hay mệt mỏi. Buồn ngủ cũng có thể bắt nguồn từ

14


những thay đổi tự nhiên của cơ thể, độ tỉnh táo của cơ thể theo chu kì thức –
ngủ 24 giờ mỗi ngày. Theo đồng hồ sinh học của cơ thể thì chúng ta buồn ngủ
mỗi ngày hai lần: lần đầu là khoảng thời gian ngủ ban đêm, từ 1h – 6h sáng,
và lần thứ hai là 12 giờ sau đó, 13h00 -15h00 chiều.
Theo một số nghiên cứu, độ tỉnh táo của một ngƣời thức trong 18 giờ chỉ
bằng độ tỉnh táo của ngƣời uống rƣợu với nồng độ rƣợu trong máu là 0,08%
(nồng độ bị coi là say rƣợu), do đó, nếu ngƣời điều khiển xe ngủ dƣới 6 tiếng
mỗi ngày sẽ buồn ngủ khi lái xe (Prepared by Jessica Schmidt PCH 201-02
Wellness, Spring, 2012). Chúng ta bị thiếu ngủ vì nhiều lý do, nhƣng có thể
kể ra các trƣờng hợp nhƣ sau:
 Gần một phần ba ngƣời trƣởng thành báo cáo họ chỉ ngủ 6 giờ vào ban
đêm hoặc ít hơn, và gần hai phần ba ngủ ít hơn 8 giờ mỗi ngày. William
Dement, một chuyên gia về giấc ngủ nổi tiếng, cho rằng tác động của
mất ngủ tích lũy qua thời gian và khơng tiêu tan (Dement, 1997; Dement
và Vaughan, 1999). Thậm chí mỗi ngày bình thƣờng trong tuần làm việc
bị thiếu ngủ khoảng 30 hoặc 40 phút có thể dẫn đến cần từ 3 đến 4 giờ
ngủ bù vào cuối tuần. Điều này có thể làm tăng khả năng dẫn đến buồn
ngủ vào ban ngày.
 Ngƣời trẻ là những ngƣời thƣờng rơi vào trạng thái thiếu ngủ. Trạng thái
này gây ra bởi lối sống và cũng có thể do hiệu ứng sinh học rất khó ngủ
của ngƣời trẻ ở khoảng thời gian từ 22 giờ đêm đến 2 giờ sáng.
 Công nhân làm ca cũng thƣờng có giấc ngủ kém chất lƣợng, ngủ khơng
đủ thời gian. Ƣớc tính 26% nam giới và 18% phụ nữ trong độ tuổi lao
động của Mỹ làm các công việc liên quan đến thƣơng mại và điều khiền
phƣơng tiện giao thông rơi vào trạng thái này (Richardson et al, 1990).
15

Mệt mỏi là trạng thái cơ thể không muốn tiếp tục thực hiện một việc gì đó
khi đang thực hiện. Trạng thái mệt mỏi gây ra bởi quá trình lao động vật lý,
cũng nhƣ việc thực hiện các hoạt động lặp đi lặp lại một cách nhàm chán
(nhƣ: theo dõi một màn hình hiển thị, hoặc lái xe trên một đoạn đƣờng trƣờng
vắng,…).
Một số ngƣời có thể rơi vào trạng thái mệt mỏi mà không bị buồn ngủ,
nhƣng mệt mỏi cũng là một điều kiện cơ bản dẫn đến buồn ngủ. Qua quan sát
của các nhà nghiên cứu, đƣợc công bố trong một số tài liệu, thấy rằng: bữa ăn
no, phịng ấm, bài giảng nhàm chán và cơng việc đơn điệu của việc lái xe ơ tơ
đƣờng trƣờng có thể làm cho chúng ta có cảm giác buồn ngủ.
Các tài liệu nghiên cứu đã cho thấy sự liên quan giữa buồn ngủ và mệt mỏi
dẫn đến giảm mức độ cảnh giác, giảm thời gian phản ứng, giảm khả năng
nhớ, giảm khả năng xử lý thông tin, và khả năng quyết định. Đối với lái xe,
buồn ngủ và mệt mỏi có ảnh hƣởng lớn đến sự chú ý tới đƣờng đi và các yêu
cầu giao thông, điều này dẫn đến suy giảm chất lƣợng hoạt động, mất an toàn
khi lái xe.
Các nhà nghiên cứu sau khi quan sát và tổng hợp các kết quả nghiên cứu
đã kết luận rằng, các lái xe không làm chủ đƣợc bản thân khi rơi vào trạng
thái buồn ngủ, hay họ khơng biết chính xác đâu là giới hạn chịu đựng của họ
khi cơn buồn ngủ kéo đến.
Trong trƣờng hợp lái xe buồn ngủ, thì việc lái xe càng làm họ buồn ngủ
hơn, nhƣng các lái xe thƣờng không tự ý thức phải dừng lái xe khi đã ở trong
trạng thái này. Điều này có ý nghĩa quan trọng đối với phát triển các biện
pháp can thiệp bên ngoài để ngăn chặn ngủ gật liên quan đến tai nạn. Các tai
nạn liên quan đến mệt mỏi và buồn ngủ khi lái xe có đặc điểm chung là:
16


 Thƣờng xảy ra vào ban đêm hoặc vào buổi chiều 13h00 – 15h30 là

khoảng thời gian khi cơ thể có xu hƣớng ngủ tự nhiên, có khoảng thời
gian lái xe liên tục không nghỉ ngơi dài (từ 2 giờ đến 4 giờ liên tục).
 Thƣờng liên quan đến việc lái xe trên các quãng đƣờng vắng, lái xe với
tốc độ cao, và có khả năng dẫn đến chấn thƣơng nghiêm trọng,
 Trong các tai nạn thƣờng không thấy nhiều dấu hiệu có phanh hoặc các
nỗ lực khác để tránh sự va chạm,
 Thƣờng xảy ra với những lái xe khơng có khả năng làm chủ bản thân
khi bắt đầu lái xe. Các lái xe có biểu hiện mệt mỏi, buồn ngủ, khơng tỉnh
táo, nơn nóng muốn hồn thành sớm cơng việc để nghỉ ngơi. Lái xe có
tuổi đời trẻ khoảng từ 16 đến 29 tuổi.
Việc biết đặc điểm của tai nạn liên quan đến giấc ngủ có thể giúp đỡ trong
việc phát triển và nhắm mục tiêu đƣa ra các biện pháp đối phó hiệu quả. Đặc
biệt, những thơng tin nhƣ vậy cung cấp cơ sở trực tiếp để xác định các khả
năng có nguy cơ xảy ra tai nạn cao.
1.3. Các biện pháp giải quyết vấn đề hiện nay
1.3.1. Tự nhận thức của lái xe
Quỹ AAA và đại học Iowa đã đúc kết và đƣa ra 10 cách để giúp tài xế
thốt khỏi tình trạng ngủ gật và lái xe an toàn [3]:
 Nên dừng xe khi cảm thấy buồn ngủ và uống cà phê hoặc chè để lấy lại
sự tỉnh táo. Sau khi uống cà phê hoặc chè khoảng 30 phút mới đƣợc tiếp
tục lên đƣờng bởi cần có thời gian để nghỉ ngơi và để chất caffein ngấm
vào máu.

17


 Trƣớc khi lái xe đƣờng trƣờng nên ngủ đủ giấc, ít nhất là 6 tiếng hoặc
hơn. Khơng nên làm việc cả ngày rồi lái xe cả đêm. Nên lái xe những
lúc bạn tỉnh táo và nghỉ đêm thay vì lái xe thông cả ngày lẫn đêm.
 Nên tránh lái xe vào những thời điểm dễ gây buồn ngủ nhƣ giữa trƣa và

từ giữa đêm đến sáng. Nếu không thể ngủ vào những thời điểm đó thì
hãy tạm dừng vài phút và nghỉ ngơi.
 Nên tránh ăn các thức ăn nhiều chất carbohydrate, nên ăn các thức ăn
giàu protein. Nên tránh sử dụng các loại thuốc gây buồn ngủ nhƣ thuốc
chống dị ứng, thuốc cảm cúm khi định lái xe.
 Khi lái xe đƣờng trƣờng một mình nên vặn to đài, thỉnh thoảng thay đổi
chƣơng trình để chống lại cơn buồn ngủ.
 Bên cạnh đó nên nghỉ 2h mỗi khi đi đƣợc từ 100 đến 120 dặm. Những
lúc nghỉ nên ra khỏi xe, làm vài động tác thể dục nhất là với cổ và vai.
Hãy lên lịch trình đi và khơng nên đi q 300 đến 400 dặm/ngày.
Khi nào thì nên nghỉ ngơi:
 Khi bạn không thể nhớ đƣợc những km cuối cùng bạn vừa đi qua.
 Khi bạn lái lệch ra khỏi làn đƣờng của mình.
 Khi bạn cảm thấy suy nghĩ khơng cịn thật sự tập trung.
 Khi bạn ngáp liên tục.
 Khi bạn cảm thấy khó tập trung hoặc mở mắt một cách tỉnh táo.
 Và khi bạn st đâm vào cái gì đó.

18


1.3.2. Giáo dục nhận thức cho lái xe
Các biện pháp để giải quyết vấn đề mất an toàn liên quan đến tính trạng
mất tập trung và buồn ngủ khi lái xe bao gồm:
 Nâng cao nhận thức về vấn đề này cảnh báo về sự nguy hiểm đối với lái
xe và những ngƣời xung quanh khi lái buồn ngủ và mất tấp trung với hy
vọng giảm số lƣợng ngƣời vi phạm. Trong một số trƣờng hợp, cần phải
giải thích cho ngƣời lái xe biết lý do vì sao họ thƣờng có nhu cầu lái xe
khi mệt mỏi, buồn ngủ và khi đó họ cần suy nghĩ để lựa chọn phƣơng
pháp di chuyển khác thay thế trong trƣờng hợp đó.

 Tăng tính răn đe của hệ thống luật pháp và quá trình thực thi luật pháp
đối với hành vi mất tập trung hay buồn ngủ khi đang lái xe.
 Tạo ra các phƣơng tiện và phƣơng pháp giúp hạn chế và cảnh báo tình
trạng ngủ gật khi lái xe cho lái xe.
1.3.3. Sử dụng các thiết bị hỗ trợ
Để hạn chế các tai nạn gây ra do ngủ gật khi lái xe, một số hãng sản xuất ô
tô và các công ty chế tạo thiết bị đã đƣa ra một số thiết bị kỹ thuật, nhằm cảnh
báo lái xe khi lái xe có hiện tƣợng ngủ gật. Chúng ta có thể thấy các thiết bị
có cấu hình từ phức tạp đến đơn giản, dƣới đây là một số ví dụ về các thiết bị
nhƣ vậy.
1.3.3.1. Dòng thiết bị đơn giản
Một số lái xe cho biết họ có thể chống buồn ngủ hiệu quả với thiết bị
chống ngủ gật có cấu trúc cơ bản nhƣ hình 1.4. Khi ngƣời sử dụng sản phẩm
gật đầu về phía trƣớc khoảng 15 - 30 độ, thiết bị sẽ rung động và phát ra âm
thanh thật to để đánh thức ngƣời dùng. Dƣới đây là hình ảnh mơ tả hình dạng
và cách sử dụng thiết bị loại này.
19


Hình 1.4: Thiết bị chống ngủ gật đeo ở tai
Ở Việt Nam hiện nay có thể dễ dàng tìm kiếm các sản phẩm nhƣ thế này.
Các sản phẩm này có ƣu điểm là gọn nhẹ và giá thành rất rẻ (khoảng hơn 10
đô la/sản phẩm). Tuy nhiên, một số bác sỹ cho biết sử dụng thiết bị này có thể
gây hại cho sức khỏe.
1.3.3.2. Dịng thiết bị cao cấp
Việc khơng tập trung hay tập trung quá mức khi lái xe cũng đều có thể gây
mất an tồn cho xe, vì vậy Ford đã nghiên cứu hệ thống để giúp lái xe ln
duy trì trạng thái tập trung ở mức độ thích hợp bằng cách đƣa ra các cảnh báo
khi lái xe mất tập trung. Hệ thống sẽ tổng hợp các thông tin thu thập đƣợc từ
các cảm biến đƣợc gắn sẵn trên xe nhƣ của hệ thống phát hiện điểm đen, hỗ

trợ lấn đƣờng để đánh giá tình hình giao thông trên đƣờng. Các cảm biến khác
nhƣ cảm biến vị trí bƣớm ga, góc lái đƣợc sử dụng để xác định phản ứng của
lái xe và cảnh báo về những điều kiện mà các cảm biến này phát hiện đƣợc.
Thêm vào đó, để cảnh báo về những tiếm năng nguy hiểm mà các cảm biến
này không xác định đƣợc, hệ thống có thể thực hiện ngắt kết nối điện thoại

20


trong trƣờng hợp các máy điện thoại này kết nối với cơng nghệ SYNC and
MyFord Touch đƣợc tích hợp sẵn trên xe.
Ngoài ra, Ford cũng đang nghiên cứu các cảm biến “sinh trắc học” để cải
thiện tính năng an tồn cho những ngƣời sử dụng. Các cảm biến này đƣợc
dùng để tính tốn đo đạc nhịp tim, nhịp hơ hấp, sự thay đổi và phản ứng của
da đƣợc đặt tại vơ lăng, trụ lái và dây an tồn.

Hình 1.5: Các thành phần trong hệ thống chống ngủ gật của Ford
Giống nhƣ các thiết bị đƣợc trang bị cho phòng tập thể dục, các cảm biến
đƣợc đặt tại vô lăng để theo dõi sự thay đổi nhịp tim còn các cảm biến hồng
ngoại đƣợc sử dụng để theo dõi nhiệt độ trên khn mặt và lịng bàn tay của
lái xe. Các cảm biến hồng ngoại đặt tại trụ lái đƣợc dùng để đo nhiệt độ bên
trong khoang lái để so sánh với nhiệt độ lòng bàn tay và mặt lái xe, bên cạnh
một cảm biến để đo nhịp thở của ngƣời lái, đƣợc đặt tại vị trí dây đai an tồn.
Tất cả các thông tin từ các cảm biến này sẽ đƣợc đƣa vào máy tính xử lý để
21


phân tích và đƣa ra cảnh báo cho lái xe ở mức độ thích hợp. Hiện nay cơng
nghệ này vẫn đang ở giai đoạn nghiên cứu, các chuyên gia của Ford đang làm
việc trên các mẫu thử nghiệm và vẫn chƣa xác định đƣợc thời gian đƣa lên

các xe thƣơng mại.
Các thiết bị chống ngủ gật cho lái xe ô tơ từ đơn giản đến phức tạp có mặt
hiện nay, đều đã ít nhiều chứng tỏ đƣợc các ƣu điểm khi ứng dụng trong một
phạm vi nào đó. Tuy nhiên, ở Việt Nam các sản phẩm này cũng chƣa đƣợc
ứng dụng nhiều do còn nhiều hạn chế cần đƣợc khắc phục (tính năng, giá
thành, khả năng bảo trì, mức độ tối ƣu,..). Mặt khác, các nghiên cứu về chế
tạo các thiết bị ngủ gật ở Việt Nam là rất cần thiết, nhƣng cịn rất ít. Các
Nghiên cứu cần đƣa ra các giải pháp phù hợp với điều kiện Việt Nam hiện
nay, nhằm nâng cao tính ứng dụng của nghiên cứu. Đây là một yêu cầu đối
với tác giả thực hiện nghiên cứu này.
1.4. Đề xuất yêu cầu đối với thiết bị chống ngủ gật
Dựa trên việc nghiên cứu các hệ thống chống ngủ gật hiện đại và điều kiện
thực tế của Việt Nam. Thiết bị chống ngủ gật cho lái xe cần có các tính năng
cơ bản sau:
 Có khả năng phát hiện biểu hiện, điều kiện gây ngủ gật khi lái xe.
 Có khả năng tạo tín hiệu kích thích cảnh báo chống ngủ gật phù hợp.
Cụ thể là:
 Phát hiện biểu hiện không tỉnh táo, mệt mỏi của lái xe. Biểu hiện mệt
mỏi có thể xác định một cách gián tiếp thông qua việc đáng giá khả
năng đáp ứng một yêu cầu bình thƣờng. Cơ sở của đề xuất này, xuất
phát từ thực tế là, nếu chúng ta mệt mỏi thì khả năng phản xạ của
chúng ta chậm hơn, do đó đo thời gian đáp ứng một yêu cầu thông
22


thƣờng có thể xác định một cách gián tiếp biểu hiện có hay khơng sự
mệt mỏi.
 Phát hiện điều kiện gây mệt mỏi cho lái xe, trong thiết kế này, dựa vào
các các yếu tố:
1. Thời điểm đang lái xe, đây là thông tin liên quan đến ngƣỡng

xác định mức độ mệt mỏi của lái xe. Ví dụ khi lái xe vào lúc
cơ thể có xu hƣớng nghỉ thì lái xe sớm mệt mỏi hơn.
2. Quãng đƣờng và thời gian lái xe liên tục. Lái xe thƣờng mệt
mỏi dẫn đến buồn ngủ khi lái xe liên tục trong khoảng thời
gian hơn 2 giờ, hoặc quãng đƣờng 200 Km, cần có tín hiệu
nhắc nhở họ dừng lại để nghỉ.
 Tạo ra tín hiệu (ánh sáng chớp, âm thanh,…) thay đổi (cƣờng độ,
nhịp điệu) để báo hiệu và cảnh báo chống ngủ gật hiệu quả.
Dƣới đây là sơ đồ các khối chức năng cần thiết của thiết bị chống ngủ gật
phù hợp với điều kiện thực tế ở Việt Nam do tác giả đề xuất:

23


Hình 1.6: Sơ đồ khối cơ bản của thiết bị:
Trong đó:
 Nguồn thƣờng là Pin hoặc Ac-quy,
 Cảm biến có thể là cảm biến chuyển động, cảm biến đo thông số
sinh học, cảm biến đo thông số môi trƣờng.
 Giao diện điều khiển có thể là nút bấm, màn hình,…
 Bộ phận tạo tính hiệu cảnh báo: có khả năng phát ra âm thanh,
ánh sáng,… theo một số dạng và nhịp khác nhau, giúp gây chú ý.
 Bộ phận xử lý và ra quyết định nhận thông tin từ khối giao diện,
và cảm biến, xử lý và đƣa ra quyết định theo chƣơng trình cài đặt.
 Truyền thơng: giúp gửi/nhận các thông tin với trung tâm điều hành.
Để đảm bảo có thể ứng dụng đƣợc trong thực tế, thiết bị phải:
24


 Đảm bảo độ ổn định, tin cậy, an toàn khi sử dụng. Thiết bị phải nhỏ

gọn, dễ lắp đặt, sử dụng bảo hành bảo trì. Khơng đƣợc biến đổi kết cấu
của phƣơng tiện khi lắp đặt thiết bị. Tiêu thụ ít năng lƣợng, sử dụng
nguồn có sẵn trên thiết bị hoặc ơ tơ. Có khả năng cập nhật thơng tin,
tham số để phù hợp với từng lái xe, hay thiết bị có tính đáp ứng cao,
 Phƣơng án để xây dựng lên thiết bị có thể nhúng vào thiết kế thiết bị
hộp đen của các phƣơng tiện tham gia giao thơng. Sử dụng các giải
pháp kỹ thuật có thể làm chủ đƣợc, và có thể thiết kế, lắp đặt, bảo hành
trong nƣớc. Giá thành sản phẩm hợp lý, để phù hợp với mọi dòng xe
(thƣơng mại và tác giả).

Kết luận: Qua nghiên cứu tài liệu và thực tế tác giả thấy rằng ngủ gật trong
khi lái xe là một vấn đề hết sức nghiêm trọng cần giải quyết. Bên cạnh các
giải pháp hiện có, cần có các nghiên cứu để tạo ra các thiết bị chống ngủ gật
phù hợp với điều kiện thực tế ở Việt Nam. Một trong các giải pháp là áp dụng
các công nghệ mới để tạo ra thiết bị có khả năng ứng dụng ở Việt Nam. Các
chƣơng tiếp theo sẽ tập trung vào việc trình bày chi tiết giải pháp này.

25