CHƯƠNG 1: GIỚI THIỆU VỀ ĐỀ TÀI 1.1 Lịch sử hình thành và phát triển của xe tự lái Hình 1.1: Con đường phát triển của xe tự lái 1 1.1 Xe " Chrysler Imperial " năm 1958 Hình 1.2: Xe Chrysler Imperial năm 1958 - Cruise control được phát minh bởi kỹ sư cơ khí Ralph Teetor vào năm 1948. Ý tưởng của ông được sinh ra từ sự thất vọng khi đi chung xe với luật sư của mình, người tiếp tục tăng tốc và chậm lại khi ông nói chuyện. Chiếc xe đầu tiên có hệ thống của Teetor là Chrysler Imperial năm 1958 (được gọi là "Auto-pilot") sử dụng một chiếc quay số nhanh trên bảng điều khiển để duy trì tốc độ mong muốn. Hệ thống này tính toán tốc độ dựa trên vòng tua cáp đo tốc độ, cơ cấu chấp hành là một động cơ điện điều khiển vị trí bướm ga bằng trục vít.3: Sơ đồ nguyên lí hoạt động của xe Auto-pilot năm 1958 2 Các bước kích hoạt Auto – Pilot: - Bước 1: Hình 1.4: Đồng hồ taplo hiển thị tốc độ của xe - Điều chỉnh tốc độ của xe sao cho tốc độ hiện tại của xe không nhanh hơn tốc độ mong muốn duy trì.5: Điều chỉnh tốc độ mong muốn của Cruise control bước 2 - Khi tốc độ của xe gần đạt tới giá trị tốc độ mong muốn, ta phải xoay núm điều chỉnh tốc độ để cài đặt tốc độ duy trì mong muốn.6: Điều chỉnh tốc độ mong muốn của Cruise control bước 3 - Sau khi điều chỉnh xong, đạp ga cho đến khi cảm thấy bàn đạp ga trả ngược về, lúc này nhấn nút trên núm xoay.7: Xe tự duy trì tốc độ sau khi cài đặt Cruise control - Đặt chân ra khỏi bàn đạp ga, xe sẽ tự động duy trì tốc độ.
- Bước 5: - Trong trường hợp muốn xe chậm lại hoặc tăng tốc, đạp phanh hoặc nhấn nút ở núm xoay lần nữa để hủy Auto – Pilot. 4 Ưu điểm: - Duy trì được tốc độ mong muốn. - Động cơ điện điều khiển vị trí bướm ga. Nhược điểm: - Có quá nhiều thao tác khi sử dụng, gây mất tập trung cho người lái.
- Phải tự điều chỉnh để xe vận hành tốt với tốc độ của vòng tua. - Do điều kiện lúc bấy giờ còn hạn chế trong lúc nghiên cứu và thi công, nên có thể hệ thống hoạt động chưa được trơn tru, ổn định.2 Xe không người lái của Google năm 2009 Hình 1.8: Ông Sebastian Thrun đã đưa ra dự án xe không người lái của Google - Năm 2009, Google ra mắt dự án xe hơi tự lái dưới sự lãnh đạo của Sebastian Thrun, giáo sư Đại học Stanford, người được khen ngợi sáng lập ra chiếc xe tự lái này. Trong khi ở Google, Thrun dẫn đầu một số dự án tại phòng thí nghiệm nghiên cứu X của Google, bao gồm Google Glass và Street View. - Thrun lần đầu tiên bắt đầu nghiên cứu của mình về các loại xe không lái xe tại Stanford, dẫn đầu một đội sinh viên và giảng viên đã thiết kế chiếc xe Robot Stanley.
Chiếc xe giành được giải thưởng 2 triệu USD tại DARPA Grand Challenge 2005. - Google đã bắt đầu dự án với 6 chiếc Toyota Prius và Audi TT lái xe qua các đường phố của Mountain View, California. Họ đã thuê một số ít người có hồ sơ lái xe hoàn hảo để ngồi phía sau vô lăng, vị trí nó vẫn duy trì bảy năm sau đó.9: Map giao thông của xe tự lái - Xe của Google sử dụng GPS, cảm biến, Camera, radar và laser để "nhìn thấy" thế giới xung quanh. Các cảm biến trên xe có thể phát hiện các vật thể ở xung quanh, bao gồm người, phương tiện, khu vực xây dựng, người đi xe đạp và hơn thế nữa.
- Vào tháng 5 năm 2014, Google đã xây dựng chiếc xe riêng mình với tên “Firefly”. Xe có 2 chỗ ngồi, không có bàn đạp phanh, không có vô lăng và không có bàn đạp ga, chỉ có một nút Start/Stop, màn hình hiển thị tuyến đường, bản đồ. Google đã giới hạn tốc độ của chiếc xe với tốc độ 25 dặm/giờ (40km/h) và lên kế hoạch sản xuất từ 100 đến 200 phiên bản.10: Công nghệ được ứng dụng trên xe WAYMO 6 - WAYMO sử dụng cảm biến laser quét góc 3600 để quét toàn bộ cảnh vật xung quang xe, radar đo tốc độ của xe phía trước, có cảm biến theo dõi hướng chuyển động và cân bằng của xe. Ưu điểm: - Có nhiều cảm biến giúp phát hiện các vật thể ở xung quanh bao gồm người, phương tiện, khu vực xây dựng, chim, người đi xe đạp và hơn thế nữa.
- Người sử dụng không cần thao thác để xe hoạt động giúp người sử dụng thoải mái và không bị phân tâm khi sử dụng. Nhược điểm: - Tốc độ tối đa vẫn còn hạn chế. - Chỉ có 2 chỗ ngồi. - Còn hoạt động hạn chế khi lưu thông trên những tuyến đường có mật độ giao thông phức tạp.3 Xe không người lái của Tesla năm 2015 Hình 1.11: Mẫu Tesla S được ứng dụng công nghệ tự lái của Tesla - Mẫu xe Tesla S là một chiếc xe điện cao cấp 5 cửa sản xuất bởi Tesla Inc, được giới thiệu vào tháng 6 năm 2012.
Xe trang bị nhiều cảm biến giúp việc lái xe trở nên tiện lợi và an toàn hơn. Với 8 camera xung quanh xe cung cấp khả năng hiển thị 3600 xung quanh xe ở phạm vi lên đến 250m. Và 12 bộ cảm biến siêu âm mới được bổ sung trong hệ thống, cho phép phát hiện cả vật cứng và mềm ở khoảng cách gần gấp đôi so với hệ thống siêu âm trước đó. Một radar phía trước với quá trình xử lý nâng cao có thể nhìn xuyên qua mưa lớn, sương mù, bụi và cả xe phía trước.12: Các cảm biến ứng dụng trên mẫu Model S - Vào tháng 10 năm 2015, Tesla Motors phát hành bản cập nhật phần mềm cho mẫu xe S, cho phép một tính năng được gọi là "Autopilot".13: Bảng đồng hồ taplo trên mẫu Model S Autopilot cho phép Tesla S: - Cải thiện Autosteer khi di chuyển trên xa lộ với tốc độ tối đa được tăng lên đến 90 mph (gần 145km/h).
- Dễ dàng và thoải mái khi thay đổi làn đường với Auto Lane Change. - Cảnh báo khi xe vượt qua một làn đường đánh dấu. - Thêm vào đó là hệ thống Traffic-Aware Cruise Control, tự động phanh khẩn cấp, đèn chiếu sáng tự động, tự đỗ xe song song, cảnh báo va chạm bên hông, phát hiện vật cản ở điểm mù và hỗ trợ tốc độ. Ưu điểm: - Sử dụng bộ cảm biến siêu âm có thể hoạt động tốt trong rất nhiều điều kiện thời tiết khác nhau.
8 - Vận tốc tối đa có thể lên đến 145km/h. - Có nhiều tính năng an toàn kèm theo như: tự động phanh khẩn cấp, đèn chiếu sáng tự động, tự đỗ xe song song, cảnh báo va chạm bên hông, phát hiện vật cản ở điểm mù và hỗ trợ tốc độ. Nhược điểm: - Giá thành còn cao so với nhiều mẫu xe trên thị trường. - Chưa hoạt động tốt ở những tuyến đường có mật độ giao thông phức tạp.2 Các hệ thống đang có trên thị trường Hệ thống cảnh báo chệch làn đường (Lane Departure Warning System – LDWS): dựa vào camera theo dõi các vạch kẻ phân làn đường.14: Mô phỏng tình huống xe chệch làn đường - Nguyên lý hoạt động: + Hệ thống phát ra cảnh báo khi nhận thấy xe chạm vạch hoặc có khả năng chạm vạch phân làn mà không có tín hiệu xi nhan trái/phải hay tăng tốc vượt xe khác.
+ Trên màn hình điều khiển, ranh giới làn đường bị lấn sẽ hiển thị ở bên trái hoặc bên phải. Tài xế dựa vào thông tin cảnh báo để kịp thời đánh lái cho xe chạy về làn đường cũ. Lưu ý, xe phải di chuyển với tốc độ trên 64 km/h thì hệ thống cảnh báo chệch làn đường mới có thể hoạt động chính xác. Hệ thống hỗ trợ giữ làn đường (Lane Keeping Assist – LKA): cung cấp khả năng đánh lái và phanh tự động để giữ cho xe đi đúng làn đường đang di chuyển.15: Hệ thống hỗ trợ giữ làn đường giúp xe chạy đúng làn ban đầu - Nguyên lý hoạt động: + Hệ thống sẽ phát ra cảnh báo khi nhận thấy xe đang vô ý lấn làn đang chạy mà không bật xi nhan.
Lúc này, hệ thống sẽ phát ra âm thanh cảnh báo, đèn tín hiệu trên gương chiếu hậu, hiện cảnh báo trên bảng điều khiển hoặc rung vô lăng. Nếu người lái không phản hồi cảnh báo, hệ thống sẽ tự động điều chỉnh bánh xe cho xe quay về làn đang chạy. Đèn pha tự động (Auto Light beams): có thể tự động bật/tắt theo điều kiện ánh sáng của môi trường xung quanh. Khi xe chạy trong điều kiện thiếu ánh sáng như trời tối, thời tiết xấu, chạy qua hầm tối… đèn trước sẽ tự động bật sáng.
Ngược lại, khi môi trường có đủ sáng, đèn xe sẽ tự động tắt. Một số hệ thống đèn pha tự động còn có tính năng tự động chuyển pha/cos (đèn chiếu xa/đèn chiếu gần).16: Đèn tự động bật/tắt theo điều kiện ánh sáng 10 - Nguyên lý hoạt động: + Đèn pha tự động hoạt động nhờ hệ thống cảm biến quang – cảm biến ánh sáng trên ô tô. Cảm biến này có thể xác định được độ mạnh – yếu của ánh sáng trong môi trường xung quanh xe. Sau đó phát tín hiệu về bộ điều khiển.
Nếu bộ điều khiển nhận được tín hiệu ánh sáng yếu sẽ tiến hành cho bật đèn xe. Ngược lại nếu đèn xe đang hoạt động nhưng bộ điều khiển nhận được tín hiệu ánh sáng môi trường đủ thì sẽ cho tắt đèn. Hệ thống cảnh báo tiền va chạm (Forward Collision Warning - FCW): sử dụng kết hợp các camera, cảm biến, tín hiệu radar hay laser, … để phát hiện trước các tình huống nguy hiểm và cảnh báo người lái.17: Hệ thống cảnh báo các va chạm phía trước - Nguyên lý hoạt động: + Hệ thống radar: hoạt động bằng cách phát ra sóng vô tuyến từ mui xe. Tốc độ di chuyển và khoảng cách từ các phương tiện khác được xác định bằng cách theo dõi các thay đổi trong Doppler Shift của sóng vô tuyến sau khi nó bật ra thứ gì đó và quay trở lại điểm bắt đầu.
+ Hệ thống laser: hoạt động bằng cách phát ra tia laser hồng ngoại từ mui xe. Khi chùm tia chạm vào một phương tiện khác và phản xạ trở lại nguồn của nó, công nghệ laser cho phép đo khoảng cách giữa hai phương tiện. Sử dụng một công thức toán học đơn giản, tốc độ chiếc xe của bạn sau đó có thể được tính toán. Dựa trên hai thông tin này, hệ thống FCW xác định nguy cơ va chạm trực diện.