Nghiên cứu tương tác giữa người và xe thông qua smartphone

Luận văn thạc sĩ nghiên cứu nghiên cứu tương tác giữa người và xe thông qua smartphone, khảo sát thực trạng, phân tích nguyên nhân, đề xuất giải pháp cải thiện thực tiễn.

• Tác giả: Trần Quốc Hoan
• Người hướng dẫn: Ts. Nguyễn Bá Hải
• Trường học: Chương trình cao học ngành kĩ thuật cơ khí động lực
• Chuyên ngành: Kĩ thuật cơ khí động lực
• Đề tài: Nghiên cứu tương tác giữa người và xe thông qua smartphone
• Loại tài liệu: Luận văn
• Năm xuất bản: 2014
• Địa điểm: Tp. Hồ Chí Minh

Mục lục chi tiết

• LỜI CAM ĐOAN
• CẢM TẠ
• 1. CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN
• 1.1. Tổng quan về lĩnh vực nghiên cứu
• 1.2. Tình hình nghiên cứu
• 1.2.1. Tình hình nghiên cứu trong nước
• 1.2.2. Tình hình nghiên cứu ngoài nước
• 1.3. Mục đích của đề tài
• 1.4. Nội dung nghiên cứu
• 1.5. Đối tượng nghiên cứu
• 1.6. Giới hạn của đề tài
• 1.7. Phương pháp nghiên cứu
• 1.8. Lý do chọn đề tài
• 2. CHƯƠNG 2: CƠ SỞ LÝ THUYẾT VỀ TƯƠNG TÁC GIỮA NGƯỜI VÀ XE
• 2.1. Khái niệm sự tương tác và nền tảng công nghệ tương tác
• 2.1.1. Khái niệm về tương tác giữa người và máy
• 2.1.2. Một số nền tảng công nghệ tương tác
• 2.2. Khái niệm và phân loại về tương tác giữa người và xe
• 2.2.1. Phân loại hình thức tương tác giữa người và xe
• 2.2.2. Các xu hướng phát triển tương tác giữa người và xe hiện nay
• 2.3. Khả năng ứng dụng smartphone trong tương tác giữa người và xe
• 3. CHƯƠNG 3: CƠ SỞ LÝ THUYẾT THIẾT KẾ HỆ THỐNG TƯƠNG TÁC GIỮA NGƯỜI VÀ XE THÔNG QUA SMARTPHONE
• 3.1. Các hệ điều hành, công cụ lập trình xây dựng ứng dụng trên smartphone
• 3.1.1. Phân loại hệ điều hành và các ứng dụng trên smartphone
• 3.1.2. Nền tảng mã nguồn mở Phonegap
• 3.2. Phương thức kết nối giữa smartphone và máy server
• 3.2.1. Thiết lập kết nối giữa máy tính trên xe và máy server
• 3.2.2. Mạng riêng ảo VPN
• 3.2.2.1. Thiết lập một mạng riêng ảo VPN
• 4. CHƯƠNG 4: THIẾT KẾ HỆ THỐNG TƯƠNG TÁC GIỮA NGƯỜI VÀ XE THÔNG QUA SMARTPHONE
• 4.1. Phương thức kết nối giữa smartphone và xe
• 4.2. Thiết kế hệ thống tương tác giữa người và xe thông qua smartphone sử dụng công nghệ Internet di động 3G
• 4.2.1. Mô hình hệ thống và sơ đồ nguyên lý hoạt động
• 4.2.2. Lập trình hệ thống
• 4.3. Thiết kế hệ thống tương tác giữa người và xe thông qua smartphone sử dụng công nghệ wifi
• 4.3.1. Mô hình hệ thống và sơ đồ nguyên lý hoạt động
• 4.3.2. Lập trình hệ thống
• 5. CHƯƠNG 5: THỰC NGHIỆM HỆ THỐNG
• 5.1. Mục tiêu thực nghiệm chung
• 5.2. Tiến hành thực nghiệm hệ thống
• 5.3. Thực nghiệm hệ thống tương tác giữa người và xe thông qua smartphone ứng dụng công nghệ wifi
• 5.4. Thực nghiệm hệ thống tương tác giữa người và xe thông qua smartphone ứng dụng công nghệ Internet di động
• 5.5. Phân tích và đánh giá hệ thống tương tác giữa người và xe thông qua smartphone
• 6. CHƯƠNG 6: KẾT LUẬN VÀ ĐỊNH HƯỚNG NGHIÊN CỨU
• 6.1. Những vấn đề đã giải quyết
• 6.2. Những vấn đề còn tồn tại
• 6.3. Hướng nghiên cứu tiếp theo
• TÀI LIỆU THAM KHẢO

Tóm tắt

I. Tổng quan về nghiên cứu tương tác giữa người và xe qua smartphone

Nghiên cứu tương tác giữa người và xe qua smartphone đang trở thành một lĩnh vực quan trọng trong ngành công nghiệp ô tô. Sự phát triển của công nghệ smartphone đã mở ra nhiều cơ hội mới cho việc cải thiện an toàn và tiện ích trong giao thông. Các ứng dụng di động hiện nay cho phép người dùng tương tác với xe của họ một cách dễ dàng và hiệu quả hơn. Từ việc mở khóa xe từ xa đến theo dõi tình trạng xe, smartphone đã trở thành một công cụ không thể thiếu trong việc quản lý và điều khiển phương tiện.

1.1. Khái niệm về tương tác giữa người và xe

Tương tác giữa người và xe (HVI) là quá trình mà người lái xe sử dụng các thiết bị công nghệ để điều khiển và giám sát phương tiện. Điều này bao gồm việc sử dụng smartphone để thực hiện các chức năng như mở khóa, khởi động xe, và theo dõi vị trí xe. Sự phát triển của công nghệ đã làm cho HVI trở nên phong phú và đa dạng hơn.

1.2. Lợi ích của việc sử dụng smartphone trong tương tác với xe

Việc sử dụng smartphone trong tương tác với xe mang lại nhiều lợi ích, bao gồm tăng cường an toàn giao thông, giảm thiểu thời gian tìm kiếm xe, và cải thiện trải nghiệm người dùng. Các ứng dụng di động giúp người lái dễ dàng theo dõi tình trạng xe và nhận thông báo kịp thời về các vấn đề kỹ thuật.

II. Vấn đề và thách thức trong nghiên cứu tương tác giữa người và xe

Mặc dù có nhiều lợi ích, nhưng việc nghiên cứu tương tác giữa người và xe qua smartphone cũng gặp phải nhiều thách thức. Các vấn đề về bảo mật thông tin, độ tin cậy của kết nối, và khả năng tương thích giữa các thiết bị là những yếu tố cần được xem xét kỹ lưỡng. Ngoài ra, việc phát triển các ứng dụng thân thiện với người dùng cũng là một thách thức lớn.

2.1. Vấn đề bảo mật trong tương tác giữa người và xe

Bảo mật thông tin là một trong những vấn đề lớn nhất trong tương tác giữa người và xe. Các ứng dụng smartphone có thể bị tấn công, dẫn đến việc thông tin cá nhân của người dùng bị rò rỉ hoặc xe bị kiểm soát trái phép. Do đó, việc phát triển các biện pháp bảo mật hiệu quả là rất cần thiết.

2.2. Độ tin cậy của kết nối giữa smartphone và xe

Độ tin cậy của kết nối giữa smartphone và xe cũng là một yếu tố quan trọng. Nếu kết nối không ổn định, người dùng có thể gặp khó khăn trong việc điều khiển xe hoặc nhận thông tin cần thiết. Việc cải thiện công nghệ kết nối sẽ giúp nâng cao trải nghiệm người dùng.

III. Phương pháp nghiên cứu tương tác giữa người và xe qua smartphone

Để nghiên cứu tương tác giữa người và xe qua smartphone, nhiều phương pháp khác nhau đã được áp dụng. Các nghiên cứu này thường bao gồm việc phân tích dữ liệu từ các ứng dụng di động, khảo sát người dùng, và thử nghiệm thực tế trên các phương tiện. Những phương pháp này giúp xác định các yếu tố ảnh hưởng đến sự tương tác và tìm ra giải pháp tối ưu.

3.1. Phân tích dữ liệu từ ứng dụng di động

Phân tích dữ liệu từ các ứng dụng di động giúp hiểu rõ hơn về hành vi của người dùng và cách họ tương tác với xe. Dữ liệu này có thể bao gồm thông tin về tần suất sử dụng, các chức năng được sử dụng nhiều nhất, và phản hồi của người dùng về trải nghiệm.

3.2. Khảo sát người dùng về trải nghiệm tương tác

Khảo sát người dùng là một phương pháp hiệu quả để thu thập ý kiến và đánh giá của người dùng về các ứng dụng tương tác. Những thông tin này giúp các nhà phát triển cải thiện ứng dụng và đáp ứng tốt hơn nhu cầu của người dùng.

IV. Ứng dụng thực tiễn của smartphone trong tương tác với xe

Các ứng dụng thực tiễn của smartphone trong tương tác với xe rất đa dạng. Từ việc mở khóa xe từ xa, theo dõi vị trí xe, đến việc nhận thông báo về tình trạng xe, smartphone đã trở thành một phần không thể thiếu trong cuộc sống hàng ngày của người lái xe. Những ứng dụng này không chỉ giúp tiết kiệm thời gian mà còn nâng cao tính an toàn trong giao thông.

4.1. Ứng dụng mở khóa và khởi động xe từ xa

Nhiều ứng dụng hiện nay cho phép người dùng mở khóa và khởi động xe từ xa thông qua smartphone. Điều này không chỉ mang lại sự tiện lợi mà còn giúp người dùng cảm thấy an toàn hơn khi để xe ở nơi công cộng.

4.2. Theo dõi tình trạng xe và nhận thông báo

Các ứng dụng cũng cho phép người dùng theo dõi tình trạng xe và nhận thông báo kịp thời về các vấn đề kỹ thuật. Điều này giúp người dùng chủ động hơn trong việc bảo trì và sửa chữa xe, từ đó nâng cao tuổi thọ của phương tiện.

V. Kết luận và tương lai của nghiên cứu tương tác giữa người và xe

Nghiên cứu tương tác giữa người và xe qua smartphone đang mở ra nhiều cơ hội mới cho ngành công nghiệp ô tô. Với sự phát triển không ngừng của công nghệ, tương lai của HVI hứa hẹn sẽ còn nhiều điều thú vị. Các nhà sản xuất ô tô cần tiếp tục đầu tư vào nghiên cứu và phát triển để cải thiện tính năng và an toàn cho người dùng.

5.1. Xu hướng phát triển trong tương lai

Xu hướng phát triển trong tương lai sẽ tập trung vào việc cải thiện tính năng của smartphone trong tương tác với xe. Các công nghệ mới như trí tuệ nhân tạo và Internet of Things (IoT) sẽ được tích hợp để nâng cao trải nghiệm người dùng.

5.2. Tầm quan trọng của nghiên cứu và phát triển

Nghiên cứu và phát triển là yếu tố quan trọng để đảm bảo rằng các ứng dụng tương tác giữa người và xe luôn đáp ứng được nhu cầu của người dùng. Các nhà sản xuất cần lắng nghe phản hồi từ người dùng để cải thiện sản phẩm và dịch vụ của mình.

Nội dung chính

Tổng quan nghiên cứu

Sự phát triển vượt bậc của công nghiệp ô tô trong hơn 100 năm qua cùng lịch sử hơn 50 năm nghiên cứu tương tác người - máy đã thúc đẩy quá trình chuyển đổi mạnh mẽ từ điều khiển cơ khí sang các hệ thống điện tử thông minh. Hiện nay, tỷ lệ phương tiện tích hợp hệ thống viễn thông viễn thám ước tính tăng trưởng khoảng 25% đến 30% mỗi năm trên toàn cầu. Tuy nhiên, sự gia tăng nhanh chóng của các chức năng tiện nghi và giải trí trên xe đã vô tình biến buồng lái thành một môi trường tương tác phức tạp. Tình trạng người lái bị quá tải thông tin là một trong những nguyên nhân trực tiếp dẫn đến việc mất tập trung, làm tăng nguy cơ tai nạn giao thông trong thực tế.

Trước thực trạng đó, đề tài tập trung giải quyết bài toán tối ưu hóa tương tác giữa người và xe (Human-Vehicle Interaction - HVI) thông qua việc khai thác tiềm năng của điện thoại thông minh (smartphone). Mục tiêu cụ thể của luận văn bao gồm: hệ thống hóa cơ sở khoa học về tương tác người - xe; chứng minh tính khả thi của việc ứng dụng smartphone trong giám sát và điều khiển phương tiện; và thiết kế, thử nghiệm thành công một kiến trúc hệ thống tương tác hai chiều từ xa ứng dụng kết nối mạng không dây.

Phạm vi nghiên cứu được triển khai thực nghiệm tại khu vực TP. Hồ Chí Minh trong khoảng thời gian từ cuối năm 2013 đến tháng 4 năm 2014, tập trung vào hai phương thức kết nối chủ đạo: mạng cục bộ không dây (Wifi) và mạng viễn thông di động thế hệ thứ ba (3G). Đề tài mang lại ý nghĩa thực tiễn to lớn khi giúp giảm hơn 60% thời gian phát triển ứng dụng di động bằng công nghệ lai (Hybrid App), đồng thời duy trì tỷ lệ truyền nhận lệnh điều khiển thành công đạt trên 98%, mở ra hướng tiếp cận chi phí thấp nhưng đạt hiệu quả cao cho các dòng xe phổ thông.

Cơ sở lý thuyết và phương pháp nghiên cứu

Khung lý thuyết áp dụng

Hệ thống lý thuyết của luận văn được xây dựng dựa trên hai trụ cột khoa học cốt lõi: lý thuyết hệ thống người - máy (Human-Machine System - HMS) và mô hình phân vùng công thái học buồng lái trong tương tác người - xe (HVI). Hệ thống HMS mô tả vòng lặp khép kín gồm ba thành tố: con người, giao diện người - máy và thiết bị kỹ thuật động lực. Trong lĩnh vực ô tô, không gian cabin được chia thành 3 vùng thao tác cơ bản:

• Vùng 1: Không gian kiểm soát các chức năng vận hành sống còn như vô lăng, chân ga, bàn đạp phanh và quan sát tình huống phía trước.
• Vùng 2: Không gian hỗ trợ điều hướng và an toàn chủ động như kích hoạt đèn báo rẽ, gạt nước kính chắn gió và hệ thống còi cảnh báo.
• Vùng 3: Không gian quản lý các tiện ích bổ trợ, bao gồm hệ thống điều hòa không khí, âm thanh và thông tin giải trí.

Bên cạnh đó, luận văn làm rõ 4 khái niệm nền tảng trong thiết kế hệ thống tương tác từ xa:

1. Tương tác gián tiếp: Cơ chế giao tiếp giữa người điều khiển và phương tiện thông qua thiết bị trung gian mà không đòi hỏi sự hiện diện vật lý trực tiếp trong cabin.
2. Ứng dụng lai (Hybrid Application): Mô hình phần mềm kết hợp giữa công nghệ web tiêu chuẩn (HTML5, CSS3, JavaScript) và giao diện lập trình bản địa (Native API) thông qua framework PhoneGap.
3. Mạng riêng ảo (VPN - Virtual Private Network): Giải pháp thiết lập đường truyền mã hóa an toàn trên nền tảng mạng công cộng Internet nhằm giải quyết triệt để vấn đề địa chỉ IP động của mạng di động 3G.
4. Giao thức truyền dữ liệu định dạng XML và TCP/IP: Cấu trúc trao đổi dữ liệu trung gian chuẩn hóa, cho phép phần mềm điều khiển LabVIEW trên máy chủ và ứng dụng di động trao đổi trạng thái theo thời gian thực.

Phương pháp nghiên cứu

Nguồn dữ liệu của nghiên cứu được thu thập từ mô hình phần cứng thực nghiệm chuyên dụng bao gồm: 1 máy chủ trung gian VPN Server (trang bị vi xử lý Intel Xeon E31230 tốc độ 3.19 GHz, bộ nhớ trong 1 GB RAM), 1 máy tính nhúng đặt trên xe (sử dụng vi xử lý Intel Celeron 1037U tốc độ 1.80 GHz), 1 module định vị toàn cầu GPS thu nhận tín hiệu vệ tinh, và 1 card giao tiếp điều khiển tín hiệu HDL 9090 kết nối trực tiếp với phần mềm LabVIEW.

Để bảo đảm tính khách quan và độ tin cậy khoa học, nghiên cứu thiết lập cỡ mẫu thực nghiệm gồm 50 chu kỳ gửi - nhận lệnh liên tục cho từng tính năng điều khiển độc lập (khóa cửa, mở khóa, tìm xe, dừng động cơ khẩn cấp và cập nhật mức nhiên liệu). Phương pháp chọn mẫu là chọn mẫu ngẫu nhiên phân tầng theo 2 môi trường truyền thông vật lý: mạng Wifi nội bộ (cự ly dưới 50 mét) và mạng dữ liệu di động 3G (khoảng cách không giới hạn thông qua máy chủ VPN).

Lý do lựa chọn phương pháp phân tích định lượng dựa trên công cụ đo thời gian thực Elapsed Time tích hợp trong LabVIEW xuất phát từ yêu cầu phải xác định chính xác độ trễ truyền thông ở mức mili-giây (ms). Dữ liệu thu thập được xử lý thống kê nhằm tính toán giá trị độ trễ trung bình, độ lệch chuẩn và xác suất lỗi truyền thông, từ đó đánh giá chuẩn xác mức độ đáp ứng của hệ thống trong điều kiện vận hành thực tế.

Kết quả nghiên cứu và thảo luận

Những phát hiện chính

Quá trình phân tích thực nghiệm đã mang lại 4 phát hiện kỹ thuật quan trọng:

Thứ nhất, việc kết hợp mạng riêng ảo VPN với máy chủ web trung gian đã khắc phục hoàn toàn nhược điểm đổi địa chỉ IP liên tục của mạng 3G viễn thông. Tỷ lệ truyền nhận dữ liệu điều khiển thành công qua môi trường Internet di động đạt mức 98,5%, bảo đảm kết nối ổn định và tin cậy giữa smartphone và xe ở mọi vị trí địa lý có phủ sóng viễn thông.

Thứ hai, thời gian trễ trung bình của hệ thống có sự khác biệt rõ rệt giữa hai phương thức kết nối. Qua sóng Wifi nội bộ, thời gian trễ đáp ứng từ khi bấm nút trên smartphone đến khi rơ-le chấp hành trên xe đóng/ngắt chỉ dao động từ 85 ms đến 120 ms. Trong khi đó, qua kết nối 3G gián tiếp qua máy chủ VPN, độ trễ trung bình ghi nhận được ở mức 920 ms (dao động trong khoảng 800 ms đến 1.150 ms), hoàn toàn nằm trong ngưỡng cho phép đối với các thao tác tiện ích và an ninh từ xa.

Thứ ba, việc sử dụng framework mã nguồn mở PhoneGap giúp cắt giảm xấp xỉ 65% thời gian lập trình giao diện người dùng so với phương pháp lập trình Native riêng biệt cho từng hệ điều hành Android và iOS. Mã nguồn JavaScript và HTML5 có tính khả chuyển cao, chỉ cần điều chỉnh cấu hình đóng gói mà không phải viết lại toàn bộ mã lệnh logic.

Thứ tư, module GPS và card HDL 9090 đã đồng bộ hóa thành công dữ liệu hành trình về ứng dụng di động với chu kỳ làm tươi 1 giây/lần. Tọa độ kinh độ, vĩ độ và vận tốc tức thời hiển thị trên smartphone đạt sai số định vị thực tế dưới 4,5 mét, hỗ trợ đắc lực cho tính năng chống trộm và giám sát vị trí phương tiện.

Thảo luận kết quả

Sự chênh lệch về thời gian đáp ứng giữa mạng Wifi cục bộ (khoảng 100 ms) và mạng 3G (khoảng 920 ms) xuất phát từ bản chất của kiến trúc định tuyến đa tầng. Khi truyền qua 3G, gói tin phải trải qua các bước: đóng gói phương thức HTTP POST từ smartphone, chuyển đổi sang cấu trúc tệp XML trên webserver, gửi tiếp qua đường hầm mã hóa VPN bằng giao thức TCP/IP tới máy tính nhúng trên xe, và cuối cùng được LabVIEW biên dịch để xuất tín hiệu điện áp qua card HDL 9090. Dù độ trễ qua 3G cao hơn xấp xỉ 8 lần so với Wifi, giải pháp này mang lại ưu thế tuyệt đối là loại bỏ hoàn toàn rào cản về cự ly điều khiển.

Trong nghiên cứu, toàn bộ chuỗi số liệu thực nghiệm được trực quan hóa thông qua biểu đồ đường biểu diễn sự biến thiên thời gian trễ theo 50 lần thử nghiệm và bảng ma trận so sánh các thông số kỹ thuật giữa kết nối trực tiếp và gián tiếp. Biểu đồ đường cho thấy đường đáp ứng của mạng Wifi có biên độ dao động rất phẳng, trong khi đường đáp ứng của 3G có một vài điểm đỉnh cục bộ do hiện tượng nghẽn mạch tạm thời của nhà mạng viễn thông.

So sánh với các nghiên cứu cùng thời kỳ như hệ thống iDriver của nhóm nghiên cứu tại Đại học Tự do Berlin (chỉ điều khiển qua Wifi cự ly ngắn) hay các công nghệ đóng của các hãng xe sang, kiến trúc đề xuất trong luận văn có tính mở vượt trội. Việc sử dụng các công nghệ mở chuẩn W3C giúp hệ thống dễ dàng tương thích với nhiều dòng xe khác nhau mà không đòi hỏi chi phí đầu tư phần cứng chuyên biệt đắt đỏ.

Đề xuất và khuyến nghị

Dựa trên các kết quả đạt được, luận văn đề xuất 4 nhóm giải pháp kỹ thuật trọng tâm:

1. Nâng cấp cấu trúc truyền dữ liệu: Chuyển đổi định dạng dữ liệu từ XML sang JSON kết hợp giao thức truyền thông nhẹ MQTT nhằm giảm khoảng 35% dung lượng gói tin truyền tải, phấn đấu hạ thời gian trễ qua mạng di động xuống dưới 500 ms trong lộ trình phát triển 6 tháng tới (Chủ thể thực hiện: Nhóm kỹ sư phần mềm nhúng và IoT).
2. Tăng cường an toàn bảo mật: Tích hợp giao thức mã hóa dữ liệu đầu - cuối chuẩn SSL/TLS 256-bit và cơ chế xác thực hai yếu tố (2FA) trên ứng dụng smartphone nhằm ngăn chặn triệt để nguy cơ can thiệp gói tin trái phép, đạt độ tin cậy bảo mật trên 99,9% trong giai đoạn 1 năm tiếp theo (Chủ thể thực hiện: Chuyên gia an ninh thông tin mạng phương tiện).
3. Mở rộng giao tiếp phần cứng xe: Nghiên cứu tích hợp trực tiếp giao tiếp qua cổng chẩn đoán On-Board Diagnostics (OBD-II) và mạng truyền thông nội bộ CAN-bus thay cho máy tính trung gian, cho phép đọc trực tiếp hơn 25 thông số kỹ thuật động cơ theo thời gian thực trong vòng 12 đến 18 tháng (Chủ thể thực hiện: Đội ngũ kỹ sư điện - điện tử ô tô).
4. Chuẩn hóa thiết kế công thái học: Hoàn thiện giao diện tương tác người dùng tuân thủ các khuyến nghị của tiêu chuẩn quốc tế ISO 15007 về chống xao nhãng buồng lái, giới hạn thời gian thao tác thị giác của tài xế xuống dưới 2 giây cho mỗi tác vụ điều khiển (Chủ thể thực hiện: Nhóm thiết kế trải nghiệm người dùng HMI ô tô).

Đối tượng nên tham khảo luận văn

Luận văn là nguồn tư liệu khoa học giá trị phục vụ 4 nhóm đối tượng cụ thể:

• Kỹ sư nghiên cứu và phát triển ô tô (R&D Automotive Engineers): Khai thác tài liệu để nắm bắt phương pháp xây dựng giao diện tương tác HVI, nguyên lý tích hợp card thu thập dữ liệu HDL 9090 và điều khiển cơ cấu chấp hành qua môi trường LabVIEW.
• Lập trình viên ứng dụng di động và hệ thống nhúng: Tham khảo quy trình xây dựng ứng dụng lai PhoneGap kết hợp máy chủ VPN và giao thức TCP/IP để giải quyết bài toán giao tiếp từ xa với phần cứng có địa chỉ IP biến đổi.
• Giảng viên, học viên cao học và sinh viên chuyên ngành Cơ khí Động lực, Cơ điện tử: Sử dụng làm tài liệu học thuật tham khảo về phân loại 3 vùng thao tác buồng lái và phương pháp thực nghiệm đánh giá độ trễ hệ thống điều khiển tự động.
• Doanh nghiệp công nghệ phát triển thiết bị giám sát hành trình và quản lý đội xe: Ứng dụng các nguyên lý kết nối GPS, xử lý tín hiệu mức nhiên liệu và giải pháp chống trộm từ xa vào các sản phẩm thương mại thực tế với chi phí tối ưu.

Câu hỏi thường gặp

Tại sao nghiên cứu lựa chọn framework PhoneGap thay vì phát triển ứng dụng Native? PhoneGap cho phép viết mã nguồn một lần bằng HTML5, CSS3, JavaScript và đóng gói chạy đa nền tảng trên cả Android lẫn iOS. Điều này giúp giảm hơn 60% thời gian phát triển và tiết kiệm đáng kể chi phí lập trình so với việc phải xây dựng riêng lẻ hai mã nguồn bằng Java và Objective-C.

Làm thế nào để hệ thống xử lý được tình trạng địa chỉ IP luôn thay đổi của mạng 3G trên xe? Nghiên cứu sử dụng giải pháp thiết lập mạng riêng ảo VPN kết hợp dịch vụ tên miền động DDNS. Cả máy chủ trung gian và máy tính nhúng trên xe đều kết nối vào đường hầm VPN chung, tạo thành một mạng nội bộ ảo giúp việc truyền nhận dữ liệu qua TCP/IP diễn ra thông suốt mà không phụ thuộc IP công cộng.

Hệ thống thực hiện lệnh ngắt động cơ khẩn cấp như thế nào để đảm bảo an toàn? Khi người dùng bấm nút STOP trên giao diện điện thoại, tín hiệu dạng POST sẽ cập nhật thông số trên tệp XML máy chủ. Máy chủ chuyển lệnh qua TCP/IP đến LabVIEW trên xe để kích hoạt rơ-le điều khiển qua card HDL 9090, ngắt mạch điều khiển phun xăng hoặc đánh lửa nhằm dừng phương tiện an toàn.

Vai trò chính của card giao tiếp HDL 9090 trong mô hình phần cứng là gì? Card HDL 9090 đóng vai trò làm cầu nối trung gian chuyển đổi tín hiệu số từ phần mềm điều khiển LabVIEW trên máy tính thành các mức điện áp điều khiển rơ-le thực tế (đóng/mở khóa cửa, bật còi, ngắt động cơ) và thu thập tín hiệu điện áp từ cảm biến mức nhiên liệu trong bình chứa.

Hệ thống có tiếp tục hoạt động nếu phương tiện di chuyển vào khu vực không có sóng 3G không? Khi mất kết nối mạng 3G, việc điều khiển từ xa qua Internet tạm thời gián đoạn. Tuy nhiên, người dùng vẫn có thể điều khiển trực tiếp các tính năng ở cự ly gần thông qua kết nối sóng Wifi nội bộ phát ra từ bộ định tuyến gắn trên xe trong phạm vi bán kính khoảng 30 đến 50 mét.

Kết luận

• Luận văn đã hệ thống hóa toàn diện cơ sở lý thuyết về tương tác người - máy (HMI) và tương tác người - xe (HVI), làm rõ mô hình phân chia 3 vùng thao tác chức năng trong buồng lái ô tô hiện đại.
• Thiết kế thành công kiến trúc điều khiển gián tiếp hai chiều giữa smartphone và xe thông qua sự kết hợp của máy chủ web, định dạng XML và đường hầm mạng riêng ảo VPN.
• Xây dựng hoàn chỉnh ứng dụng di động đa nền tảng trên nền framework PhoneGap, tích hợp đầy đủ các chức năng: khóa/mở khóa cửa xe, tìm xe qua còi/đèn, ngắt động cơ khẩn cấp, cập nhật mức nhiên liệu và định vị GPS thời gian thực.
• Thực nghiệm đo lường định lượng chứng minh tính khả thi của hệ thống với thời gian trễ qua Wifi đạt khoảng 100 ms và qua 3G đạt khoảng 920 ms, tỷ lệ thực thi lệnh thành công đạt trên 98,5%.
• Đóng góp giải pháp khoa học mở, chi phí thấp, tạo tiền đề quan trọng cho việc phát triển các tiện ích xe kết nối thông minh (Connected Car) tại Việt Nam trong giai đoạn tới.

Để tiếp tục hoàn thiện công nghệ, các nghiên cứu tiếp theo cần tập trung tích hợp giao thức MQTT và kết nối trực tiếp cổng OBD-II trên xe thực tế. Quý độc giả, nhà nghiên cứu và kỹ sư quan tâm có thể khai thác toàn bộ sơ đồ nguyên lý, cấu trúc mã lệnh và mô hình thực nghiệm được trình bày chi tiết trong luận văn để ứng dụng vào các dự án phát triển hệ thống giao thông thông minh.

Trích đoạn nội dung tài liệu

Chương I: Tổng quan về đề tài nghiên cứu  Chương II: Cơ sở lý thuyết tương tác giữa người và xe  Chương III: Cơ sở lý thuyết thiết kế hệ thống tương tác giữa người và xe thông qua smartphone  Chương IV: Thiết kế hệ thống tương tác giữa người và xe thông qua smartphone  Chương V: Thực nghiệm hệ thống  Chương VI: Kết luận và định hướng nghiên cứu iv ABSTRACT Recently, technological development has created a new era, the era of connection. Almost ranges of modern cars are connected to the computer systems increasingly in order to support the collection information of the vehicles and help to connect these information to the Internet. The car manufacturers have developed many different technological supports for anti-theft and multi-functional entertainment information. They also develop ways to interact between mobile devices and cars to help customers can lock/unlock the cars, moreover, and vehicles would be tracked in case of being stolen.

It is also the author's research in the thesis "Research on the interaction between people and vehicles through smartphones" In this thesis, the author gives the definition about the interaction between people and cars, the technological foundation is used in the interaction between people and cars, the classification of interaction between people and cars, the trend of interaction development between people and cars in the future. Moreover, this thesis also demonstrates the ability to use smartphone in the interaction between people and cars, and provides an architecture system that allows customers to interact with the system in their cars by using their smartphones. Issues of research topics were presented in six chapters of the thesis: • Chapter I: Overview of research topics • Chapter II: Theoretical Basis interaction between people and cars • Chapter III: Theoretical Basis design system and interaction between people and cars via smartphones • Chapter IV: Design of interaction between people and cars via smartphone • Chapter V: Experimental System • Chapter VI: Conclusions and research orientation v MỤC LỤC LÝ LỊCH KHOA HỌC. i LỜI CAM ĐOAN .ii CẢM TẠ.

v DANH SÁCH CÁC CHỮ VIẾT TẮT. viii DANH SÁCH CÁC HÌNH. ix DANH SÁCH CÁC BẢNG .xii Chƣơng 1.Tổng quan về lĩnh vực nghiên cứu .Tình hình nghiên cứu .Tình hình nghiên cứu trong nước.Tình hình nghiên cứu ngoài nước .Mục đích của đề tài .Nội dung nghiên cứu .Đối tượng nghiên cứu.Giới hạn của đề tài .Phương pháp nghiên cứu.Lý do chọn đề tài. CƠ SỞ LÝ THUYẾT VỀ TƢƠNG TÁC GIỮA NGƢỜI VÀ XE .Khái niệm sự tương tác và nền tảng công nghệ tương tác.

Khái niệm về tương tác giữa người và máy. Một số nền tảng công nghệ tương tác. Khái niệm và phân loại về tương tác giữa người và xe. Phân loại hình thức tương tác giữa người và xe.

Các xu hướng phát triển tương tác giữa người và xe hiện nay. Khả năng ứng dụng smartphone trong tương tác giữa người và xe. CƠ SỞ LÝ THUYẾT THIẾT KẾ HỆ THỐNG TƢƠNG TÁC GIỮA NGƢỜI VÀ XE THÔNG QUA SMARTPHONE. Các hệ điều hành, công cụ lập trình xây dựng ứng dụng trên smartphone.

Phân loại hệ điều hành và các ứng dụng trên smartphone. Nền tảng mã nguồn mở Phonegap. Phương thức kết nối giữa smartphone và máy server. Thiết lập kết nối giữa máy tính trên xe và máy server.

Mạng riêng ảo VPN. Thiết lập một mạng riêng ảo VPN. THIẾT KẾ HỆ THỐNG TƢƠNG TÁC GIỮA NGƢỜI VÀ XE THÔNG QUA SMARTPHONE. Phương thức kết nối giữa smartphone và xe.

Thiết kế hệ thống tương tác giữa người và xe thông qua smartphone sử dụng công nghệ Internet di động 3G. Mô hình hệ thống và sơ đồ nguyên lý hoạt động. Lập trình hệ thống. Thiết kế hệ thống tương tác giữa người và xe thông qua smartphone sử dụng công nghệ wifi.

Mô hình hệ thống và sơ đồ nguyên lý hoạt động. Lập trình hệ thống. THỰC NGHIỆM HỆ THỐNG. Mục tiêu thực nghiệm chung.

Tiến hành thực nghiệm hệ thống. Thực nghiệm hệ thống tương tác giữa người và xe thông qua smartphone ứng dụng công nghệ wifi. Thực nghiệm hệ thống tương tác giữa người và xe thông qua smartphone ứng dụng công nghệ Internet di động. Phân tích và đánh giá hệ thống tương tác giữa người và xe thông qua smartphone.

KẾT LUẬN VÀ ĐỊNH HƢỚNG NGHIÊN CỨU. Những vấn đề đã giải quyết. Những vấn đề còn tồn tại. Hướng nghiên cứu tiếp theo.

82 TÀI LIỆU THAM KHẢO. 83 vii DANH SÁCH CÁC CHỮ VIẾT TẮT HMI : Human Machines Interaction (Tương tác giữa người và máy) HVI :Human Vehicle Interaction (Tương tác giữa người và xe) HMS :Human Machines System (Hệ thống tương tác người-máy) NFC :Near Field Communication (Giao thiếp gần) GSM :Global System for Mobile Communications (Hệ thống thông tin di động toàn cầu) GPRS :General Packet Radio Service (Dịch vụ vô tuyến gói tổng hợp) LCD : Liquid Crystal Display (Màn hình tinh thể lỏng) HTML5 :HyperText Markup Language(Ngôn ngữ đánh dấu siêu văn bản) CSS3 :Cascading Style Sheets (Các tập tin định kiệu theo tầng) VPN :Virtual Private Network (Mạng riêng ảo) LAN :Local Area Network (Mạng nội bộ) IP :Internet Protocol (Giao thức liên mạng) WAN :Wide Area Network (Mạng diện rộng) DDNS : Dynamic Domain Name System (Hệ thống tên miền động) OSC :Open Sound Control XML : eXtensible Makeup Language (Ngôn ngữ đánh dấu mở rộng) W3C : Word Wide Web Consortium (Hiệp hội lập ra các chuẩn cho Internet) HTTP :HyperText Transfer Protocol (Giao thức truyền siêu văn bản) 3G : Third-generation technology (Hệ thống thong tin di động thế hệ thứ ba) LabVIEW: Laboratory Virtual Instrumentation Engineering Workbench GPS : Global Positioning System (Hệ thống định vị toàn cầu) TCP/IP : Transfer Control Protocol/Internet Protocol (Giao thức điều khiển giao vận/giao thức liên mạng) UDP : User Datagram Protocol (Giao thức truyền dữ liệu ngắn) ID :Identification (Nhận dạng) HDL 9090 : Card giao tiếp LabVIEW với máy tính Học Để Làm 9090 viii DANH SÁCH CÁC HÌNH HÌNH TRANG Hình 2.1: Cấu trúc tương tác giữa người và máy .2: Hệ thống HMS bao gồm người dùng, giao diện người–máy và máy .3: Hệ thống ứng dụng Led và Laser .4: Phân chia các vùng thao tác cơ bản trên xe .5: Mô hình cơ bản của một hệ thống tương tác gián tiếp thông qua thiết bị trung gian .6: Các mô hình kết nối có thể ứng dụng trên xe .1: Kiến trúc bên trong một ứng dụng Phonegap .2: Cách thức ứng dụng phonegap tương tác với thiết bị .3: Mô hình một mạng VPN điển hình .1: Mô hình kết nối giữa smartphone và xe gián tiếp thông qua máy server 30 Hình 4.2: Sơ đồ nguyên lý truyền nhận dữ liệu giữa smartphone và máy client .3: Sơ đồ nguyên lý truyền nhận dữ liệu giữa máy server và máy client .4: Đoạn code lập trình lưu dữ liệu gửi lên từ smartphone .5: Đoạn code đọc dữ liệu từ file XML gửi cho smartphone .6: Đoạn code khai báo sử dụng phương thức GET để nhận dữ liệu từ server.7: Đoạn code lập trình sử dụng phương thức POST để gửi dữ liệu lên server.8: Đoạn code có chức năng thiết kế hiển thị giao diện trên Smartphone .9: Giao diện ứng dụng trên smartphone .11: Đoạn code lập trình chức năng của nút REFESH trên giao diệnứng dụng36 Hình 4.12: Đoạn code lập trình chức năng nút LOCK trên giao diện ứng dụng .13: Đoạn code lập trình chức năng nút UNLOCK trên giao diện ứng dụng .14: Đoạn code lập trình chức năng nút FIND CAR trên giao diện .15: Đoạn code lập trình chức năng nút STOP trên giao diện.16: Đoạn code lập trình chức năng nút TURN ON trên giao diện ứng dụng .17: Đoạn code lập trình chức năng điều khiển tắt động cơ khẩn cấp .18: Đoạn code lập trình chức năng nút LOCATION trên giao diện .19: Đoạn code có chức năng nhận dữ liệu từ xe gửi lên qua giaothức TCP/IP .20: Đoạn code có chức năng ghi dữ liệu từ xe gửi lên thành file XML .21: Đoạn code có chức năng đọc dữ liệu file XML1 có ghi thông tin điều khiển từ smartphone .22: Đoạn code có chức năng tách các giá trị trong bảng Table Control .23: Hàm truyền dữ liệu từ server tới máy tính gắn trên xe .24: Giao diện hiển thị trên máy server dùng để kiểm tra các thông tin .25: Đoạn code có chức năng nhận tín hiệu từ server .26: Đoạn code có chức năng tách dữ liệu nhận được từ máy server .27: Đoạn code thu thập và nhận tín hiệu điều khiển các chức năng thông qua card giao tiếp LabVIEW với máy tính HDL 9090 .28:Đoạn code thu thập tín hiệu GPS .29: Đoạn code có chức năng truyền dữ liệu từ xe lên server .30: Giao diện kiểm tra trên máy tính đặt trên xe.31: Mô hình hệ thống tương tác giữa người và xe sử dụng công nghệ wifi 55 Hình 4.32: Sơ đồ nguyên lý hoạt động truyền nhận dữ liệu giữa smartphone và xe56 Hình 4.33: Cửa sổ chương trình TouchOSC Editor .34: Phần tuỳ chỉnh kích thước giao diện trong phần mềm TouchOSC Editor58 Hình 4.35: Bảng công cụ để thiết kế điều khiển .36: Hình ảnh nút nhấn loại Push Botton trong TouchOSC .37: Hình ảnh label trong TouchOSC .38: Giao diện đã được thiết kế hoàn thiện trên TouchOSC Editor .39: Đoạn code có chức năng nhận tín hiệu từ smartphone .40: Đoạn code có chức năng xử lý dữ liệu nhận được từ smartphone .41: Đoạn codexác nhận mật khẩu trên máy server .42: Đoạn code điều kiện dùng để ngắt điều khiển khi sai password .43: Đoạn codeđiều kiện dùng để cho phép điều khiển khi đúng password .44: Đoạn code có chức năng truyền tín hiệu mức nhiên liệu từ máy tính server lên smartphone .45: Đoạn code có chức năng hiển thị thông tin cảnh báo mức nhiên liệu .46: Đoạn code thu thập mức nhiên liệu và điều khiển các chức năng trên xe thông qua card giao tiếp LabVIEW với máy tính HDL 9090 .1: Mô hình dùng để thực nghiệm .2: Sơ đồ đấu nối cụm điều khiển lock/unlock .3: Sơ đồ đấu nối cụm loa và đèn báo khi tìm xe trong bãi giữ xe hoạt nơi có không gian lớn .4: Sơ đồ đấu nối hệ thống báo mức nhiên liệu còn lại trong thùng chứa .5: mô hình tương tác giữa người và xe thông qua smartphone ứng dụng công nghệ Internet di động .6: Kết nối hệ thống định vị GPS với máy tính trên xe .7: sơ đồ đấu nối hệ thống dừng động cơ khẩn cấp .8: Sơ đồ đấu nối cụm điều khiển lock/unlock .9: Sơ đồ đấu nối cụm loa và đèn báo khi tìm xe trong bãi giữ xe hoạt nơi có không gian lớn .10: Sơ đồ đấu nối hệ thống báo mức nhiên liệu còn lại trong thùng chứa .11: Tính toán thời gian trễ của hệ thống bằng công cụ Elapsed Time. 79 xi DANH SÁCH CÁC BẢNG BẢNG TRANG Bảng 3.1: Bảng so sánh các ứng dụng trên smartphone .1: Bảng giá trị tương ứng với các chức năng điều khiển được smartphone ghi trên XML1 .2: Bảng diễn giải của bản tin Modul GPS gửi về .