Khảo sát các thiết bị hỗ trợ đào tạo lái xe và khả năng ứng dụng mô hình lái 3D tại Việt Nam

KHẢO SÁT CÁC THIẾT BỊ HỖ TRỢ ĐÀO TẠO LÁI XE VÀ KHẢ
NĂNG ỨNG DỤNG MƠ HÌNH LÁI 3D TẠI VIỆT NAM
Nguyễn Phụ Thƣợng Lƣu1,*, Dƣơng Thành Tín2,**
1

Ngành Cơng nghệ kỹ thuật ô tô, Trƣờng Đại học Công nghệ TP.HCM
2

Trƣờng Cao đ ng Giao thơng vận tải TP.HCM

Email: *, **

TĨM TẮT
Trong thời gian qua nhiều vụ tai nạn giao thông xảy ra đều ít nhiều liên quan trực tiếp đến chất lƣợng đào
tạo, thể hiện qua sự yếu kém của lái xe khi xử lý, nhận diện tình huống, qua thái độ coi thƣờng tính mạng
của hành khách và ngƣời tham gia giao thơng. Q trình đào tạo lái xe ở các cơ sở đang có hiện tƣợng
cạnh tranh gay gắt, đua nhau giảm giá, gây ―loạn‖ về phí đào tạo, cắt xén chƣơng trình…vì thế Nghị định
138/2018/NĐ-CP đã ra đời để đảm bảo thực hiện tốt công tác đào tạo lái xe tại các trung tâm, trong Nghị
định này có quy định bắt buộc các trung tâm đào tạo lái xe phải trang bị thêm thiết bị mô phỏng đào tạo lái
xe 3D nhằm nâng cao hiệu quả ôn tập và rèn luyện kỹ năng lái xe của học viên, tuy nhiên giá thành cho
mỗi thiết bị mô phỏng lái xe có giá thành cao. Bài báo giới thiệu cho ngƣời đọc về ứng dụng thiết bị mô
phỏng bên cạnh đó có đào tạo lái xe trong và ngồi nƣớc, qua đó tiến tới thiết kế và chế tạo thiết bị mô
phỏng đào tạo lái xe 3D phục vụ quá trình đào tạo lái xe với giá thành hợp lý phù hớp với tình hình giao
thơng và kinh tế tại Việt nam.
Từ khóa: Driving simulation, Driver education, Driving School Participation, mơ hình tập lái xe.

1. GIỚI THIỆU
Mơ phỏng là một hoạt động giả lập một quá trình hoặc hệ thống; hành động mơ phỏng trƣớc tiên địi hỏi
một mơ hình đƣợc phát triển. Mơ hình này là một mơ tả đƣợc xác định rõ về chủ đề mô phỏng và thể hiện
các đặc điểm chính của nó, ch ng hạn nhƣ hành vi, chức năng và các thuộc tính trừu tƣợng hoặc vật lý của
nó (mơ phỏng các hoạt động trong q trình lái xe). Mơ hình đại diện cho chính hệ thống, trong khi mơ

phỏng đại diện cho hoạt động của nó theo thời gian.
Mơ phỏng đƣợc sử dụng trong nhiều lĩnh vực, ch ng hạn nhƣ mô phỏng cơng nghệ để tối ƣu hóa hiệu
suất, trong đào tạo, giáo dục và trị chơi video…Thơng thƣờng, các thí nghiệm máy tính đƣợc sử dụng để
nghiên cứu các mơ hình mơ phỏng.

2. THÀNH PHẦN CẤU THÀNH MỘT HỆ THỐNG MƠ PHỎNG
Mơ phỏng ảo đại diện cho một thể loại mô phỏng cụ thể sử dụng thiết bị mô phỏng để tạo ra một thế giới
ảo cho ngƣời dùng. Mô phỏng ảo cho phép ngƣời dùng tƣơng tác với một thế giới ảo. Thế giới ảo hoạt
động trên nền tảng của các thành phần phần cứng và phần cứng tích hợp. Theo cách này, hệ thống có thể
chấp nhận đầu vào từ ngƣời dùng (ví dụ: theo d i cơ thể, nhận dạng giọng nói / âm thanh, bộ điều khiển
vật lý) và tạo đầu ra cho ngƣời dùng (ví dụ: hiển thị hình ảnh, hiển thị âm thanh…).

1408


Hình 1. Thiết bị mơ phỏng tập lái CAR DRIVING SIMULATOR - VS500M

2.1. Phần cứng đầu vào mơ phỏng
Có rất nhiều phần cứng đầu vào có sẵn để chấp nhận đầu vào của ngƣời dùng cho các mô phỏng ảo nhƣ:
Theo d i cơ thể: Phƣơng pháp chụp chuyển động thƣờng đƣợc sử dụng để ghi lại chuyển động của ngƣời
dùng và dịch dữ liệu đã chụp thành đầu vào cho mơ phỏng ảo. Ví dụ: nếu ngƣời dùng quay đầu vật lý,
chuyển động sẽ đƣợc phần cứng mô phỏng ghi lại theo một cách nào đó và đƣợc dịch sang chế độ xem
tƣơng ứng trong chế độ xem trong mơ phỏng.
Máy theo dõi mắt cũng có thể đƣợc sử dụng để phát hiện chuyển động của mắt để hệ thống có thể xác
định chính xác nơi ngƣời dùng đang nhìn vào bất kỳ thời điểm nào.
Bộ điều khiển vật lý: Bộ điều khiển vật lý chỉ cung cấp đầu vào cho mô phỏng thông qua thao tác trực tiếp
của ngƣời dùng. Trong các mô phỏng ảo, phản hồi xúc giác từ các bộ điều khiển vật lý rất đƣợc mong
muốn trong một số mơi trƣờng mơ phỏng.
Thiết bị có độ trung thực cao nhƣ các bộ phận điều khiển (chân ly hợp, chân ga, chân thắng, cần số, gạt
nƣớc…) trong buồng lái xe hơi ảo cung cấp cho ngƣời dùng các điều khiển thực tế để nâng cao hoạt động

của ngƣời học lái xe. Ví dụ: tài xế có thể sử dụng các bộ phận trên mơ hình để điều khiển xe qua các địa
hình khác nhau (trong đơ thị, khi gặp địa hình xấu…) hay khi gập thời tiết xấu (trời mƣa, sƣơng mù…)
giúp ngƣời học thực hành các quy trình với thiết bị thực tế trong bối cảnh hệ thống buồng lái tích hợp.
Nhận dạng giọng nói/ âm thanh: Hình thức tƣơng tác này có thể đƣợc sử dụng để tƣơng tác với các tác
nhân trong mô phỏng (ví dụ: ngƣời ảo) hoặc để thao tác với các đối tƣợng trong mơ phỏng (ví dụ: thơng
tin).

2.2. Phần cứng đầu ra mơ phỏng ảo
Có rất nhiều phần cứng đầu ra có sẵn để cung cấp một kích thích cho ngƣời dùng trong các mô phỏng ảo:
Hiển thị trực quan : Màn hình trực quan cung cấp các kích thích thị giác cho ngƣời dùng.
Màn hình tĩnh có thể thay đổi từ màn hình máy tính để bàn thơng thƣờng sang màn hình 360 độ bao quanh
màn hình sang màn hình ba chiều âm thanh nổi. Màn hình máy tính để bàn thơng thƣờng có thể thay đổi
kích thƣớc từ 15 đến 60 inch. Bao quanh màn hình thƣờng đƣợc sử dụng trong môi trƣờng ảo tự động
hang động (CAVE). Màn hình ba chiều âm thanh nổi tạo ra hình ảnh ba chiều có hoặc khơng có kính đặc
biệt, tùy thuộc vào thiết kế.

1409


Hình 2: Màn hình với góc nhìn 180 độ

Phạm vi nhìn rộng hơn cho phép nhận thức tốc độ chính xác hơn (Andersen, 1986)[1] và theo Stoner,
Fisher và Mollenhauer Jr.(2011) góc nhìn 180 độ (hình 2) trong trình mơ phỏng lái xe là lý tƣởng cho việc
dạy an toàn tại các giao lộ, nơi các tài xế phải quét trái và phải để tìm kiếm các mối nguy tiềm n và kiểm
tra lƣu lƣợng. Quét đúng cách yêu cầu ngƣời lái quay đầu 90 độ sang trái và 90 độ hồn tồn sang phải.
Do đó, hệ thống hình ảnh mơ phỏng lái xe mô phỏng lái xe cần hiển thị FOV 180 độ chính xác về mặt
hình học để giảm thiểu chuyển giao tiêu cực, tức là sự phát triển khơng chủ ý của thói quen nhìn khơng
chính xác và phản xạ tâm lý có thể làm tăng nguy cơ mắc những sai lầm nguy hiểm khi tham gia giao
thông. Một buồng lái xe hơi thực sự đƣợc gắn trên một nền tảng chuyển động / rung với ba bậc tự do, tức
là cao độ, cuộn và dồn dập, và một hệ thống âm thanh làm tăng thêm tính chân thực của trải nghiệm lái xe.

Cấu hình mơ phỏng lái xe này có thể mơ phỏng trực quan phản hồi thính giác và xúc giác về tốc độ lái xe
tƣơng tự nhƣ những gì ngƣời lái xe mới nhận đƣợc trên đƣờng từ việc quan sát chuyển động của tất cả các
yếu tố bề mặt trong môi trƣờng lái xe và từ tiếng ồn và độ rung của xe.
Màn hình gắn trên đầu (HMD) (hình 3) có màn hình nhỏ đƣợc gắn trên mũ đội đầu của ngƣời dùng. Các
hệ thống này đƣợc kết nối trực tiếp vào mô phỏng ảo để cung cấp cho ngƣời dùng trải nghiệm tuyệt vời
hơn. Trọng số, t lệ cập nhật và trƣờng nhìn là một số biến số chính giúp phân biệt các HMD. Đƣơng
nhiên, các HMD nặng hơn là không mong muốn vì chúng gây ra mệt mỏi theo thời gian. Nếu tốc độ cập
nhật quá chậm, hệ thống không thể cập nhật màn hình đủ nhanh để tƣơng ứng với ngƣời dùng quay đầu
nhanh. Tốc độ cập nhật chậm hơn có xu hƣớng gây ra bệnh mô phỏng và phá vỡ cảm giác ngâm. Trƣờng
nhìn hoặc phạm vi góc của thế giới đƣợc nhìn thấy tại một trƣờng quan sát nhất định có thể khác nhau tùy
theo hệ thống và đã đƣợc tìm thấy ảnh hƣởng đến cảm giác của ngƣời dùng.
Hiển thị âm thanh: Một số loại hệ thống âm thanh khác nhau tồn tại để giúp ngƣời dùng nghe và bản địa
hóa âm thanh theo khơng gian. Phần mềm đặc biệt có thể đƣợc sử dụng để tạo hiệu ứng âm thanh 3D Âm
thanh 3D để tạo ảo giác rằng các nguồn âm thanh đƣợc đặt trong một không gian ba chiều xác định xung
quanh ngƣời dùng.
Hệ thống loa thơng thƣờng cố định có thể đƣợc sử dụng để cung cấp âm thanh vòm kép hoặc đa kênh. Tuy
nhiên, loa ngồi khơng hiệu quả nhƣ tai nghe trong việc tạo hiệu ứng âm thanh 3D

3. LỢI ÍCH CỦA HOẠT ĐỘNG MÔ PHỎNG
Fish, Pollatsek,và Pradhan (2006)[2] phát hiện ra rằng những ngƣời mới tập lái xe đƣợc đào tạo trong trình
q trình giả lập để qt thơng tin sẽ làm giảm khả năng gặp sự cố trong khi lái một chiếc xe thật hơn
những ngƣời không đƣợc đào tạo dựa trên giả lập.
Goode, Salmon và Lenné (2013)[3] đã tiến hành đánh giá tài liệu về đào tạo dựa trên giả lập và báo cáo
rằng một số nghiên cứu cho thấy trong một đánh giá mô phỏng lái xe, ngƣời tham gia đào tạo giả lập có

1410


nhiều khả năng nhận thức và ứng phó phù hợp với các mối nguy hiểm đƣợc đánh giá bởi ngƣời hƣớng dẫn
lái xe và các biện pháp khách quan về hiệu suất lái xe, bao gồm cả các kiểu phanh, lựa chọn tốc độ và các

biện pháp chuyển động mắt. Hơn thế nữa những lợi ích này đƣợc khái quát hóa cho các kịch bản khơng
gặp phải trong q trình đào tạo.
Pierro Hirsch và Francois_Bellavance (2017)[4] đã chứng minh rằng về tổng thể, trong giới hạn của mỗi
thiết kế nghiên cứu, đào tạo dựa trên mô phỏng lái xe dƣờng nhƣ có nhiều tác động tích cực đến việc tiếp
thu kỹ năng và an tồn lái xe và có rất ít các tác động tiêu cực. Một số đánh giá dựa trên việc thực hiện
bằng thiết bị giả lập CAR DRIVING SIMULATOR - VS500M.

Hình 3: Màn hình gắn đầu

4. PHƢƠNG THỨC ĐÀO TẠO LÁI XE TẠI NƢỚC PHÁP[5]
Trình mơ phỏng đƣợc sử dụng cho thí nghiệm này là một trình giả lập lái xe thƣơng mại đƣợc sử dụng
trong các trƣờng học lái xe ở Pháp nhƣ một công cụ giáo khoa.Trình mơ phỏng, nhƣ trong hình đƣợc cấu
thành từ ba màn hình bao phủ 150 ° x 31 ° của trƣờng nhìn của ngƣời dùng.

Hình 4: Bộ mơ phỏng 3D giả lập lái trên đƣờng

Các phƣơng tiện khác cƣ trú trong mơi trƣờng ảo đƣợc điều khiển bởi trí thông minh nhân tạo giúp di
chuyển những chiếc xe theo một kịch bản đƣợc xác định trƣớc. Là một công cụ giáo dục, trong các tình
huống thơng thƣờng, những chiếc xe ảo tuân thủ nghiêm ngặt các quy tắc của mã lái xe, áp dụng kịch bản
phòng ngừa tai nạn, có mục đích dạy cách dự đốn các tình huống nguy hiểm. Trong kịch bản trong thực
tế, những chiếc xe và ngƣời đi bộ vi phạm r ràng mã lái xe để gây ra bảy vụ tai nạn tiềm n. Mỗi phiên
thí nghiệm đƣợc chia thành 3 giai đoạn. Giai đoạn đầu tiên bao gồm một nhiệm vụ làm quen (10 phút thực
hành với trình giả lập). Giai đoạn thứ hai là bài tập lái xe phòng ngừa tai nạn (với thời gian trung bình là 9
phút). Trong giai đoạn thứ ba, những ngƣời tham gia thực hiện hai bảng câu hỏi (IPQ và Câu hỏi hành vi

1411


tự trị) và bày tỏ nhận xét và xem xét trả lời câu hỏi:Bạn có cái nào khơng nhận xét / nhận xét về kinh
nghiệm của bạn với trình mơ phỏng lái xe?

5. GIỚI THIỆU MỘT SỐ THIẾT BỊ MÔ PHỎNG
5.1. Car Driving Simulator - VS500M [12]
5.1.1 Các thành phần chính
Thiết bị có xuất xứ từ CANADA bao gồm một cabin mở với ghế lái và bảng điều khiển trung tâm của một
chiếc xe nhỏ gọn GM. Cụm công cụ đầy đủ chức năng và cụm đèn cảnh báo, màn hình hiển thị rộng và hệ
thống chuyển động / rung ba trục.
Tay lái đƣợc kết nối với một đơn vị tải điện động cho phép mô phỏng lực cảm nhận trên vơ lăng trong q
trình điều khiển rẽ và phản hồi từ mặt đƣờng nhƣ lỗ, vai đƣờng hoặc thậm chí lăn trên vỉa hè. Cần số mơ
phỏng hoạt động của số tự động, hình ảnh dựa trên PC năm kênh và ba màn hình LCD cung cấp góc nhìn
phía trƣớc 180 độ. Thiết bị mô phỏng xe hơi VS500M đƣợc trang bị âm thanh vòm 5.1 độ trung thực cao
cung cấp tín hiệu âm thanh định hƣớng thực tế tƣơng quan với điều kiện đƣờng xá, RPM động cơ và tốc
độ

Hình 5: Cấu trúc CAR DRIVING SIMULATOR - VS500M

Hình 6: Bố trí âm thanh CAR DRIVING SIMULATOR - VS500M

5.1.2 Nội dung mô phỏng
Đào tạo giả lập bao gồm đào tạo lái xe cơ bản, đánh giá và đào tạo nâng cao trong các điều kiện đƣờng xá,
giao thông và thời tiết khác nhau. Bài học và đánh giá khách quan có thể đƣợc thực hiện có hoặc khơng có
ngƣời hƣớng dẫn. Thiết kế kịch bản dựa trên các nguyên tắc sƣ phạm đã đƣợc chứng minh. Đặc biệt chú ý
đến việc chuyển đổi và đào tạo nâng cao nhƣ lái xe hiệu quả năng lƣợng và nhận thức nguy hiểm.

5.2. Tech Drive Driving Simulator [13]
5.2.1 Các thành phần chính
Thiết bị có xuất xứ từ Ấn Độ bao gồm ghế ngồi ô tô thực tế, bánh xe, bàn đạp, phanh tay, tay lái, lắp ráp
đèn báo, đồng hồ tốc độ xe đầy đủ chức năng với bảng điều khiển xe thực tế

1412

Thân máy bằng nhựa hiện đại cho mặt trƣớc và phần phía sau. Ba màn hình LED tích hợp với các bộ phận
thực của xe nhƣ vô lăng, điều khiển bảng điều khiển, cần số, dây an toàn..v.v.. Nhiều kênh của trƣờng
nhìn khơng bị biến dạng với hình ảnh có thể mở rộng lên tới 360 độ cung cấp mức độ cao.

Hình 7: Cấu trúc TECH DRIVE DRIVING SIMULATOR

5.2.2 Nội dung mô phỏng
Bài tập mở rộng cho ngƣời lái xe: thành phố, đƣờng cao tốc, địa hình, ngày, đêm, mƣa, sƣơng mù, chế độ
lái xe tuyết. Môi trƣờng thực tế ảo thực tế đƣợc tạo ra bằng cách sử dụng hình ảnh tạo ra từ máy tính 3D
(CGI) để tạo ra một mơi trƣờng đào tạo hồn hảo, giống nhƣ mơi trƣờng thực tế để đào tạo và đánh giá
trình điều khiển. Trình chỉnh sửa bài tập linh hoạt để tạo và chỉnh sửa các bài tập tùy chỉnh. Tiếp xúc với
nhiều tình huống mơi trƣờng phong phú nhƣ mƣa, sƣơng mù, tuyết và đêm thƣờng khơng có kinh nghiệm
trong đào tạo. Bổ sung các lỗi và chƣớng ngại vật để kiểm tra phản ứng với các tình huống kh n cấp.

5.3. Máy tập lái xe hơi [14]
5.3.1. Các thành phần chính
Thiết bị có xuất xứ từ Hàn Quốc bao gồm màn hình 29 inches (LCD); điều khiển: Máy tính với IO board
và I/F card 7; bàn đạp: Sử dụng bàn đạp xe thật; tay lái: Tay lái trợ lực ; ghế ngồi và bảng đồng hồ. Hiệu
ứng âm thanh: Trung thực (âm thanh động cơ, âm báo, tiếng trƣợt bánh xe. Hệ thống đào tạo lái xe cơ
bản giống với chiếc xe thực sự về mặt phần cứng vật lý nhƣ vô lăng, chân ga, ly hợp, phanh, hộp số, đồng
hồ đo và phƣơng pháp hoạt động. Vì vậy hệ thống đào tạo này cung cấp cho ngƣời dùng tất cả những cảm
giác nhƣ lái xe một chiếc xe thật

Hình 8: Cấu trúc MÁY TẬP LÁI XE HƠI

5.3.2 Nội dung mô phỏng
Phần mềm mô phỏng tƣơng tác với phần cứng sử dụng công nghệ 3D mô phỏng ảo hoạt động lái xe cảnh
thực tế, hệ thống sử dụng tăng tốc đồ họa của máy tính kết hợp hệ thống hiển thị tốc độ cao, cho phép

ngƣời dùng có đƣợc cảm giác mạnh mẽ chân thực nhƣ thực hành thực tế, và ngƣời dùng có thể lựa chọn

1413


địa hình trong hệ thống theo nhiều mục tiêu, ngữ cảnh, của giáo trình giảng dạy. Địa hình đƣợc mơ tả
trong phần mềm hệ thống bao gồm một loạt các điều kiện thời tiết, địa hình, địa vật, ch ng hạn nhƣ cầu
vƣợt, cống, nút giao thông, đƣờng dốc, vv; và một tình huống nhiều trƣờng hợp lái xe, vv

6. KẾT LUẬN
Với mục đích nâng cao chất lƣợng lái xe của ngƣời học tại các cơ sở đào tạo lái xe, việc thực hiện các thao
tác trên thiết bị tập lái mô phỏng giúp cho ngƣời học thực hiện thuần thục đƣợc các thao tác lái cơ bản trên
thiết bị; bên cạnh đó hiểu r hơn quy tắc và tuân thủ luật giao thông khi tham gia giao thông trên đƣờng
thơng qua các bài học mơ phỏng giả định tình huống. Bài báo muốn giới thiệu ngƣời đọc có cái nhìn khái
qt hơn về các thiết bị mơ phỏng dùng việc dạy lái xe trong và ngồi nƣớc qua đó tạo cơ sở để chúng tơi
có thể thiết kế và chế tạo một mơ hình tập lái xe 3D phù hợp với nhu cầu và điều kiện kinh tế ngƣời học
và của xã hội.

TÀI LIỆU THAM KHẢO
[1]

Andersen, G. J. (1986). Perception of Self-Motion. Psychophysical and Computational Approaches.
Psychological Bulletin, 99(1), 52-65

[2]

Fisher, D., Pollatsek, A., & Pradhan, A. (2006). Can novice drivers be trained to scan for
information that will reduce their likelihood of a crash? Injury Prevention, 12((Suppl 1)), i25-i29.

[3]

Goode, N., Salmon, P. M., & Lenné, M. G. (2013). Simulation-based driver and vehicle crew
training: Applications, efficacy and future directions. Applied Ergonomics, 44(3), 435444

[4]

Pierro Hirsch, Francois_Bellavance (2017) Transfer of Skills Learned on a Driving Simulator to
On-Road Driving Behavior, pp15

[5]

N. Pallamin, C. Bossard (2016) Presence, Behavioural Realism and Performances in Driving
Simulation, pp3

[6]

In D. L. Fischer, Rizzo, M., Caird, J.K., Lee, J.D. (Eds.) (Ed.), Driving Simulation for Engineering,
Medicine and Psychology. Boca Raton, FL.: Taylor and Francis, pp32, 42-43

[7]

Kemmerer, R. H., & Hulbert, S. F. (1975). UCLA Driving Simulation Laboratory: With a 360
degree scene around a full size car. Simulators and simulation—design, applications, and
techniques, Proceedings of the Society of Photo-Optical Instrumentation Engineers, 59, 158–170

[8]

Allen, R. W., Rosenthal, T. J., Aponso, B. L., & Park, G. D. (2003). Scenarios produced by
procedural methods for driving research, assessment and training applications. Proceedings of the
Driving Simulator Conference 2003 North America Conference, Dearborn, MI

[9]

Kaussner, A., Mark, C., Krueger, H. -P., & Noltemeier, H. (2002). Generic creation of landscapes
and modeling of complex parts of road networks. Proceedings of Driving Simulation Conference
DSC Europe. Paris

[10] Van Wolffelaar, P., Bayarri, S., & Coma, I. (1999) Script-based definition of complex scenarios.
Driving Simulation Conference Europe 1999, Paris.

1414


[11] Park, G., Rosenthal, T. J., & Aponso, B. L. (2004). Developing driving scenarios for research,
training and clinical applications. International Journal of Advances in Transportation Studies,
Special Issue, 19–28
[12] />[13] />[14] />
1415