CHƯƠNG 1 TỔNG QUAN 1. Lý do chọn đề tài Trên thế giới đã trải qua ba cuộc cách mạng công nghiệp lớn, mỗi lần đều làm thay đổi toàn diện về kinh tế, xã hội và văn hóa. Hiện nay, thế giới đang tiến vào cuộc cách mạng công nghiệp thứ tư - cách mạng số, với sự phát triển mạnh mẽ của các công nghệ như mạng xã hội, điện toán đám mây, phân tích dữ liệu lớn (SMAC), kết nối vạn vật (IoT), trí tuệ nhân tạo (AI), thực tế ảo (VR), tương tác thực tại ảo (AR) và đặc biệt là xe tự hành. Dự đoán của các chuyên gia, trong vòng 10 đến 15 năm tới, xe tự hành sẽ chiếm ưu thế trên các phương tiện truyền thống.
Nhiều tập đoàn lớn trên thế giới, trong đó có Tesla, Daimler, Google, đã tham gia vào cuộc đua phát triển công nghệ xe tự lái mà không cần sự can thiệp của con người. Hệ thống điều khiển xe bám đường và tránh vật cản chính là yếu tố chính để xe có thể tự hành độc lập. Trong đồ án này, chúng ta sẽ tập trung nghiên cứu về hệ thống điều khiển bám đường cho xe tự hành, sử dụng camera để xác định làn đường. Điều kiện là đường phải được phân chia rõ ràng bằng các vạch kẻ như trên đường cao tốc.
Để thực hiện đồ án này, chúng ta sử dụng máy tính laptop Acer, điện thoại Android làm camera, và Kit Arduino ESP32 4MB Flash UNO D1 R32. Chương trình điều khiển được viết bằng ngôn ngữ Python, kết hợp với thư viện OpenCV. Trong quá trình thực hiện, do trình độ về mặt chuyên môn của nhóm còn hạn chế, sai sót là điều khó tránh khỏi. Mong được sự đóng góp từ các thầy, cô và bạn đọc để đồ án được hoàn thiện hơn.
Đối tượng và phạm vi nghiên cứu 1. Đối tượng nghiên cứu • Phương pháp xử lý ảnh • Kit Arduino ESP32 4MB Flash UNO D1 R32 • Phần mềm Arduino IDE • Phần mềm Pycharm 1. Phạm vi nghiên cứu • Tìm hiểu lý thuyết và nguyên lý của thuật toán xử lý ảnh • Tìm hiểu, nghiên cứu phương pháp điều khiển xe tự hành dựa trên ứng dụng xử lý ảnh 1 • Tìm hiểu và thiết kế mô hình xe tự hành. Tình hình nghiên cứu và phát triển của đề tài 1.
Trong nước Trước bối cảnh nghiên cứu xe tự hành trên thế giới đang diễn ra rất sôi nổi, vào ngày 2/11/2016, tập đoàn FPT đã chính thức phát động cuộc thi "Cuộc đua số" với chủ đề "Xe không người lái". Mục tiêu của cuộc thi là giúp các bạn trẻ Việt Nam xây dựng một nền tảng vững chắc để đón nhận cơ hội và thành công trong cuộc cách mạng số đang phát triển mạnh mẽ trên toàn cầu. Ông Bùi Đình Giáp, CEO của Akabot, FPT Telecom, chia sẻ: "Chúng ta đều nhận thấy rằng vấn đề tự hành ở Việt Nam phức tạp hơn so với các quốc gia khác. Nếu chúng ta tập trung vào một bài toán quá khó, điều đó sẽ không hiệu quả về mặt kinh doanh.
Dù công nghệ có tiến bộ đến đâu, yếu tố kinh doanh vẫn rất quan trọng. Vì vậy, tôi cho rằng chúng ta nên tiến hành từng bước một cách thận trọng. Theo đại diện của FPT Software, xe tự hành là chiếc có khả năng nhận diện được vật cản, bám đường và hoạt động giống hết một chiếc xe có người lái. Xe có thể di chuyển trên đoạn đường cong và tránh vật cản nhờ vào thuật toán phát hiện biên ảnh để xác định lộ trình, đọc dữ liệu từ các cảm biến siêu âm, tính toán tốc độ động cơ và điều khiển động cơ PID cơ bản cho vòng tốc độ và vị trí.
Ngoài ra, xe tự hành thông minh cấp độ 4 "Make-in-Vietnam" đầu tiên tại Việt Nam do Tập đoàn Phenikaa nghiên cứu, phát triển và sản xuất đã được giới thiệu trong khuôn khổ Hội thảo Quốc tế "Công nghệ tự hành và Giao thông thông minh" tổ chức vào chiều ngày 26/3 tại Trường Đại học Phenikaa (quận Hà Đông, Hà Nội). Sự kiện này đã thu hút sự quan tâm của nhiều chuyên gia, doanh nghiệp và người dân [1]. Ngoài nước Năm 2014, để xác định tình hình nghiên cứu về xe tự hành ở trạng thái như thế nào, 6 cấp độ cho xe tự lái đã được công bố bởi Hiệp hội Kỹ sư ô tô (SAE). Cấp độ 0 không có chức năng tự lái hoàn toàn.
Nhiều phương tiện giao thông hiện nay được phân loại vào cấp độ này, kể cả khi được trang bị các tính năng như cảnh báo 2 tiền va chạm hoặc công nghệ cảnh báo điểm mù. Tại cấp độ này, việc điều khiển các tính năng của xe như lái xe, tăng giảm tốc độ hay phanh khi di chuyển là trách nhiệm của người ngồi sau vô lăng. Một số tính năng hỗ trợ người lái được trang bị cho ô tô ở cấp độ 1. Các loại xe tự lái ở cấp độ này có thể được điều khiển với một hoặc nhiều hệ thống, bao gồm cả hệ thống điều khiển tốc độ hoặc hướng lái, nhưng không thể hoạt động cùng một lúc.
Hiện nay, nhiều mẫu xe đã tích hợp tính năng Cruise Control để giúp xe duy trì tốc độ mà người lái mong muốn, giảm sự mệt mỏi trong việc phải giữ chân ga trong suốt quãng đường di chuyển. Đây là ví dụ điển hình cho khả năng tự vận của ô tô ở cấp độ 1. Đến năm 2021, phần lớn ô tô được bán ra tại Mỹ sẽ trang bị hệ thống phanh tự động khẩn cấp, là một yếu tố quan trọng của xe tự lái cấp độ 1. Ngoài ra, một số hãng xe như Subaru đã tích hợp công nghệ chủ động kiểm soát làn đường vào các dòng sản phẩm của mình, giúp xe có khả năng tự điều chỉnh và duy trì trong làn đường khi di chuyển lạch sang phải hoặc trái trên các con đường thông thường, nhưng các hệ thống này không phổ biến bằng hệ thống Cruise Control.
Cấp độ 2 được trang bị một số hệ thống hỗ trợ người lái nhiều hơn. Các xe tự hành cấp độ hai đã được cung cấp bởi nhiều nhà sản xuất ô tô hạng sang, có khả năng điều khiển hướng lái và tốc độ mà không cần sự người lái can thiệp trong một khoảng thời gian ngắn (dưới 1 phút hoặc vài giây). Hiện tại, tính năng tự hành cấp độ hai đã được phổ biến trên hầu hết các dòng xe từ trung cấp đến hạng sang, nhưng yêu cầu người lái vẫn phải theo dõi xung quanh khi xe di chuyển. Hệ thống tự hành cấp độ hai nổi tiếng nhất hiện nay có lẽ là Autopilot của Tesla.
Lực xoay trên vô lăng được đo để đảm bảo rằng người lái tập trung vào việc điều khiển xe. Xe tự hành ở cấp độ này không thể điều khiển tự do trong mọi tình huống, bao gồm việc nhập làn trên cao tốc và di chuyển trong điều kiện giao thông tắc nghẽn. Cấp độ 3 là cấp độ của xe tự hành có điều kiện. Khác với các xe tự hành ở cấp độ 2, việc điều khiển của xe tự hành cấp độ 3 có thể diễn ra trong mọi tình huống, đồng thời luôn liên tục theo dõi điều kiện của con đường.
Tuy nhiên, không giống như các cấp độ cao hơn, khi chúng không xử lý được tình huống nào đó, các 3 xe tự hành cấp độ 3 sẽ chuyển sang chế độ người lái điều khiển. Theo quy chuẩn được SAE xác định, việc can thiệp của người lái là bắt buộc khi hệ thống tự lái không hoạt động. Tuy vậy, một số nhà sản xuất ô tô cho rằng vấn đề an toàn cho người lái là quan trọng vì sự phụ thuộc quá mức vào các hệ thống này có thể khiến họ không kịp thời can thiệp khi cần. Chính vì lý do này mà nhiều công ty sản xuất ô tô như Ford hay Volvo đã thông báo rằng họ sẽ bỏ qua giai đoạn này.
Cấp độ 4 của xe tự hành được mô tả là hoàn toàn tự động. Thông báo gần đây từ Ford và Volvo cho biết rằng những chiếc xe tự hành cấp độ 4 sẽ được ra mắt trước năm 2021. Chưa rõ liệu những chiếc xe này có thể được phân phối rộng rãi cho khách hàng thông thường hay chỉ được sử dụng trong các dịch vụ chia sẻ xe hoặc hoạt động tại một số thành phố cụ thể. Tuy nhiên, rõ ràng là nhiều hãng xe đã đặt mục tiêu để đạt được cấp độ này.
Xe tự hành cấp độ 4 sẽ không yêu cầu sự can thiệp của người lái, mà sẽ tự dừng lại khi gặp trục trặc trong quá trình hoạt động. Điều quan trọng khác so với xe tự hành cấp độ 3 chính là tính năng này. Tesla và Mercedes-Benz, giữa nhiều nhà sản xuất ô tô khác, đã tích hợp vào các sản phẩm của mình tính năng giảm tốc dần cho xe trước khi dừng hoặc kích hoạt ánh sáng cảnh báo nguy hiểm khi phát hiện người lái không tương tác với xe. Một số hãng xe cho rằng việc tích hợp cả tính năng tự lái và khả năng lái tay là không cần thiết và tốn kém.
Cấp độ 5 được xem như là những chiếc xe hoàn toàn tự hành. Mặc dù cấp độ 4 và cấp độ 5 có vẻ tương đồng, tuy nhiên, thực tế cho thấy rằng, đây là một bước tiến lớn khi xe tự hành cấp độ năm không cần sự can thiệp của người lái trong quá trình hoạt động. Các trang bị điều khiển cơ bản như vô lăng, chân ga và chân phanh sẽ không còn quan trọng trên một chiếc xe tự hành cấp độ này do chúng không còn phụ thuộc vào việc điều khiển từ tài xế. Hiện nay, trên khắp thế giới đã có rất nhiều công ty tham gia vào việc nghiên cứu về xe tự hành và trong thời gian tới, họ sẽ tung ra và thử nghiệm một số loại xe tự hành để áp dụng vào cuộc sống hàng ngày theo phương pháp nghiên cứu và phát triển [2].
4 Hiện nay, nổi tiếng nhất trong lĩnh vực xe taxi tự hành là các dự án do Waymo (công ty con của tập đoàn Alphabet) và Cruise (công ty con của tập đoàn General Motors) triển khai. Nổi trội hơn đối thủ Cruise, Waymo đã đưa vào hoạt động hơn 500 phương tiện tự hành tại San Francisco, một trong những thành phố công nghệ cao hàng đầu thế giới và là nơi thử nghiệm lý tưởng cho các công nghệ taxi không người lái [3]. Mục tiêu nghiên cứu. Nghiên cứu, thiết kế được mô hình xe tự hành trên kit xe điều khiển tỉ lệ 1:10 1.
Kết quả đạt được. Nắm rõ được nguyên lý, cách thức xử lý ảnh bằng cách dùng thư viện OpenCV.