Chương 1 TỔNG QUAN 1. Lý do chọn đề tài Theo báo cáo của Cục CSGT (C08-Bộ Công an) tại Hội nghị CSGT toàn quốc diễn ra trong ngày 23/12, trong năm 2022 (tính từ ngày 15/12/2021 đến ngày 14/12/2022) cả nước xảy ra 11.450 vụ tai nạn giao thông, làm chết 6.384 người, bị thương 7. Trong đó, đường bộ xảy ra 11.323 vụ, làm chết 6.265 người, bị thương 7.777 người và có khoảng 43% các vụ tai nạn xảy ra vào ban đêm và rạng sáng [2]. Có rất nhiều nguyên nhân gây ra tại nạn trong thời gian đó nhưng một trong những nguyên nhân gây ra tai nạn là liên quan tới hệ thống chiếu sáng của xe.
Nhiều đoạn đường cua gấp và khuất nếu không có hệ thống chiếu sáng đủ tốt và thông minh thì khả năng xảy ra tai nạn rất là cao. Chính vì vậy nhóm chúng em chọn đề tài liên quan tới hệ thống chiếu sáng của xe và cụ thể đó là hệ thống đèn liếc tự động và hệ thống chiếu xa, chiếu gần tự động. Hiện nay trên thị trường Việt Nam hầu hết các xe gắn máy, xe tải, xe đầu kéo và các xe ô tô chỉ có hệ thống chiếu sáng bình thường chưa có được hệ thống chiếu sáng theo góc ngoại trừ các mẫu xe mới được sản xuất. Và một lý do nữa làm cho chúng em chọn đề tài này là chúng em chưa hiểu rõ về hệ thống đèn liếc tự động cũng như là hệ thống đèn chiếu xa chiếu gần tự động hoạt động như thế nào.
Và chúng em nghĩ vẫn còn nhiều người như chúng em là vẫn chưa hiểu rõ về hệ thống đèn liếc và đèn chiếu xa, chiếu gần tự động. Chính vì vậy nhóm chúng em chọn đề tài này để hiểu rõ hơn và có thể mô phỏng được cách thức hoạt động của hệ thống. Mục tiêu nghiên cứu Xây dựng hệ thống đèn liếc tự động và hệ thống đèn chiếu xa, chiếu gần tự động. Mục tiêu chính là phát triển một hệ thống đèn chiếu xa, chiếu gần tự động dựa vào nhận diện xử lý ảnh tín hiệu từ các xe đi ngược chiều để điều khiển chiếu xa, chiếu gần tự động.
Cũng như là dựa vào tín hiệu encoder để tính toán góc cho hệ thống đèn liếc tự động trên xe mô hình. Khi xe thay đổi hướng, hệ thống sẽ tự động điều chỉnh góc chiếu của đèn liếc để tạo ra ánh sáng phù hợp và tăng cường khả năng nhìn thấy của người lái và các phương tiện xung quanh. 1 Tối ưu hóa hiệu suất chiếu sáng: Mục tiêu là đảm bảo rằng hệ thống đèn liếc tự động cung cấp hiệu suất chiếu sáng tối ưu trong các tình huống khác nhau. Bằng cách sử dụng tín hiệu từ encoder, hệ thống sẽ điều chỉnh góc chiếu sao cho ánh sáng được tập trung vào khu vực cần thiết.
Còn về hệ thống chiếu xa, chiếu gần tự động đảm bảo xe đi ngược chiều không bị chói mắt và vẫn đảm bảo được ánh sáng để di chuyển. Tăng cường tính an toàn giao thông: Một mục tiêu quan trọng là cải thiện tính an toàn giao thông bằng cách tạo ra một hệ thống đèn liếc và hệ thống chiếu xa, chiếu gần tự động. Hệ thống sẽ cung cấp tín hiệu rõ ràng cho các phương tiện khác biết rằng xe đang rẽ hoặc thay đổi hướng, giúp giảm nguy cơ tai nạn và tăng cường tương tác an toàn giữa các phương tiện trên đường. Điều khiển chế độ chiếu xa, chiếu gần phù hợp với điều kiện giao thông.
Thử nghiệm và đánh giá hiệu quả: Mục tiêu là thực hiện thử nghiệm hệ thống và đánh giá hiệu quả của nó. Từ đó đưa ra những kết luận và cải tiến hệ thống tốt hơn. Nội dung nghiên cứu Lập trình xử lý ảnh: Để thiết kế được hệ thống đèn chiếu xa, chiếu gần tự động thì cần phải biết về lập trình xử lý ảnh, cũng như các phần cứng liên quan đến nhận diện và xử lý tín hiệu đầu vào như camera, … Tính toán và thiết kế góc liếc đèn của hệ thống đèn liếc dựa vào góc quay của vô lăng giả lập bằng góc quay của encoder. Tìm hiểu về motor servo bao gồm cách thức hoạt động và nguyên lý điều khiển.
Tìm hiểu về các thông số kỹ thuật của motor servo và cách tích hợp nó vào hệ thống điều khiển. Thiết kế mạch điện: Về hệ thống đèn liếc tự động sẽ nghiên cứu và thiết kế mạch điện để kết nối encoder và motor servo. Mạch điện sẽ được thiết kế để đọc dữ liệu từ encoder và điều khiển motor servo dựa trên thông tin đó. Về hệ thống đèn chiếu xa chiếu gần từ động sẽ nghiên cứu thiết kế mạch điện để kết nối Raspberry Pi 4B với camera và Arduino Uno.
Phát triển phần mềm điều khiển: Nghiên cứu sẽ bao gồm việc phát triển phần mềm điều khiển để đọc dữ liệu từ encoder và điều khiển motor servo. Phần mềm sẽ được lập trình để điều chỉnh góc chiếu của đèn liếc dựa trên góc lái và các điều kiện đường đi. Ngoài ra còn phát triển khả năng nhận diện xử lý ảnh để nhận diện được các xe đi ngược chiều. Thiết kế khung đèn lắp đặt trên xe: Dựa vào tính toán góc liếc đèn, loại đèn, khoảng cách chiếu sáng mong muốn, kích thước xe mô hình lên ý tưởng thiết kế bản vẽ và gia công lắp ráp.
2 Thử nghiệm và đánh giá: Nghiên cứu sẽ tiến hành các thử nghiệm để đánh giá hiệu quả của hệ thống. Sẽ kiểm tra tính chính xác của việc điều khiển motor servo dựa trên dữ liệu từ encoder và kiểm tra hiệu suất chiếu sáng của đèn liếc trong các tình huống thực tế. Cũng như khả năng xử lý chiếu xa, chiếu gần tự động dựa vào xử lý ảnh nhận diện từ camera. Phạm vi nghiên cứu Đối với đề tài này chúng em nghiên cứu ở hai hệ thống chính là hệ thống đèn liếc tự động và hệ thống đèn chiếu xa, chiếu gần tự động để lắp đặt trên xe mô hình.
Đối với hệ thống đèn liếc chúng em nghiên cứu tính toán góc liếc, phạm vi góc liếc tối ưu của hệ thống đèn liếc để giả lập hiển thị lên màn hình LCD. Và hệ thống đèn chiếu xa, chiếu gần tự động chúng em nghiên cứu về khả năng nhận diện xe đi ngược chiều để có thể điều khiển khả năng chiếu xa, chiếu gần phù hợp. Phương pháp tiếp cận Tìm hiểu và nghiên cứu trước: Trước khi bắt đầu thực hiện nghiên cứu, chúng em tìm hiểu và nghiên cứu về các thiết bị phần cứng như encoder, motor servo, loại đèn, Raspberry Pi 4B, màn hình hiển thị, camera, công tắc tổ hợp và các phần mềm lập trình và thiết kế như Arduino và Inventor. Thiết kế và xây dựng hệ thống: Đầu tiên là chọn loại đèn phù hợp với xe, sau đó khi biết được thông số kỹ thuật đèn thì tiến hành tính toán các thông số như độ sáng đèn, khoảng cách chiếu sáng mong muốn, hiệu suất đèn, độ cao và góc đặt đèn.
Từ đó mới lên ý tưởng thiết kế bằng phần mềm Inventor. Ngoài ra, chúng em cũng phải tìm hiểu và thiết kế lại sơ đồ mạch điện để điều khiển đèn. Phát triển phần mềm điều khiển: Bạn cần phát triển phần mềm điều khiển để đọc dữ liệu từ encoder và điều khiển motor servo. Phần mềm sẽ được lập trình để điều chỉnh góc chiếu của đèn liếc dựa trên thông tin góc lái và các điều kiện đường đi.
Có thể sử dụng ngôn ngữ lập trình như C/C++ hoặc Python để phát triển phần mềm. Sau khi đã có được các thông số thiết kế và sơ đồ mạch điều khiển góc liếc tự động dựa vào tín hiệu từ encoder và khả năng nhận diện của camera để xử lý điều khiển chiếu xa chiếu gần phù hợp. Và cuối cùng là tiến hành gia công lắp ráp lên xe mô hình thực tế. Cuối cùng là thử nghiệm và đánh giá xem hệ thống hoạt động ổn định không và những hạn chế nào cần cải tiến.
Tình hình nghiên cứu 1. Tình hình nghiên cứu ngoài nước 1. Công nghệ đèn pha thích ứng Adaptive Front Lighting System (AFS) Ngày nay hệ thống chiếu sáng đèn pha trên ô tô ngày càng hiện đại, một trong những công nghệ tiên tiến hiện nay được lắp đặt trên ô tô là công nghệ đèn pha thích ứng Adaptive Front Lighting System (AFS).1: Công nghệ đèn pha thích ứng AFS. Các cụm đèn pha thông thường chỉ có khả năng hỗ trợ người lái quan sát phía trước, không thể điều chỉnh được hướng chiếu sáng theo ý muốn, cho dù đang di chuyển thẳng hay quẹo.
Điều này tạo ra một nhược điểm lớn, gây bất an cho người lái khi phải lái xe trong những cung đường cua vào ban đêm. Đó chính là lý do tại sao công nghệ đèn pha thích ứng đã ra đời, giúp ánh sáng đi theo hướng mà người lái mong muốn. Điều này cũng đóng vai trò quan trọng trong việc giảm thiểu tai nạn giữa các phương tiện giao thông [3]. Hiện nay, công nghệ Adaptive Front Lighting System bao gồm 2 loại là đèn chiếu sáng tĩnh và đèn chiếu sáng động.2: Đèn liếc tĩnh.
4 Hệ thống đèn liếc tĩnh, thực chất là bố trí nguồn sáng phụ bên cạnh đèn cos thông thường, nguồn sáng phụ này có nhiệm vụ chiếu sáng góc cua khi xe vào cua mà vùng sáng của đèn cos không chiếu tới. Như trên hình vẽ, vùng sáng Abblendlicht là vùng sáng phụ của đèn chiếu sáng góc cua được bố trí bên cạnh đèn cos. Việc bật tắt đèn chiếu sáng góc cua được dựa vào 3 yếu tố để đảm bảo rằng, đèn này chỉ được kích hoạt khi vào cua gấp hoặc rẽ phải, rẽ trái, 3 yếu tố đó là: - Góc đánh tay lái. - Tình trạng của đèn Signal (bật hoặc tắt).
- Tốc độ xe chạy. Cấu tạo chung của một hệ thống đèn liếc tĩnh bao gồm: - Bộ điều khiển trung tâm. - 2 đèn chiếu sáng góc cua được bố trí cạnh đèn cos. Hệ thống đèn chiếu sáng góc cua tĩnh được điều khiển bởi bộ điều khiển trung tâm.
Bộ này lấy tín hiệu từ các cảm biến góc xoay vô lăng, cảm biến tốc độ, và tín hiệu đèn xi nhan, tự động nhận dạng các điều kiện vận hành của xe và bật đèn chiếu sáng góc cua để bổ sung cho đèn cos. Cụ thể hơn, bộ điều khiển trung tâm sẽ ngay lập tức kích hoạt đèn chiếu sáng góc cua khi bật công tắc đèn xi nhan (công tắc xi nhan bên trái bật thì đèn kích hoạt đèn chiếu sáng góc cua bên trái và tương tự khi bật công tắc xi nhan bên phải).