ĐẠI HỌC QUỐC GIA THÀNH PHỐ HỒ CHÍ MINH
TRƯỜNG ĐẠI HỌC CƠNG NGHỆ THƠNG TIN
T
ĐỀ ÁN
MƠN: CƠNG NGHỆ TRI THỨC VÀ ỨNG DỤNG
Đề Tài:
ỨNG DỤNG MÁY HỌC TRONG ĐIỀU KHIỂN
XE TỰ ĐỘNG
GV Hướng Dẫn : GS.TSKH. Hoàng Văn Kiếm
Học Viên : Nguyễn Thành Đệ - CH1101073
Lớp : Cao Học Cơng Nghệ Thơng Tin
Niên Khóa : Khóa 6

Tháng 06 – 2012
Ứng Dụng Máy Học Trong Điều Khiển Xe Tự Động trang 1
Mục Lục
LỜI GIỚI THIỆU trang 3
PHÁT BIỂU trang 4
I. ỨNG DỤNG MÁY HỌC TRONG ĐIỀU KHIỂN XE TỰ ĐỘNG trang 4
1. Hệ thống hướng dẫn trang 4
2. Điều Khiển vô lăn trang 5
3. Điều khiển tốc độ trang 6
4. ACC+Stop&Go trang 7
4.1 Hệ thống kiểm soát hành trình kiểu mới trang 8
4.2 Vượt xe trước trang 9
4.3 Tầm nhìn của xe trang 13
4.4 Tiềm kiếm và phát hiện xe trang 13
4.5 Nhất quán thời gian trang 13
II. KẾT LUẬN trang 14
III. TÀI LIỆU THAM KHẢO trang 14
LỜI GIỚI THIỆU

một chương trình máy tính sinh ra một cấu trúc dữ liệu mới khác với cấu trúc hiện
có. Chẳng hạn việc tìm ra những luật If…then… từ tập dữ liệu đầu vào.
Máy học là một thuật ngữ chỉ các chương trình, ứng dụng có khả năng tự điều chỉnh
hoạt động dựa trên các thông tin tương tác của môi trường. Ứng dụng máy học xuất
hiện trong thực tế ở rất nhiều lĩnh vực góp phần tạo nên các công cụ thông minh như
robot tự hành, máy giặt tự động, … Mô hình hoạt động của máy học được giới thiệu
trong việc phân tích các tính năng của một máy lạnh hiện đại ngày nay.
I. ỨNG DỤNG MÁY HỌC TRONG ĐIỀU KHIỂN XE TỰ ĐỘNG
1. Hệ thống hướng dẫn:
Hệ thống hướng dẫn sử dụng “biến mờ” và “luật mờ”. Ngoài các chức năng
điều khiển bánh xe và vận tốc xe. Những “biến mờ” này cũng như một hệ thống
điều khiển mờ học lại hành trình của xe và khả năng vượt qua xe trước. Trong số các
biến này là khoảng cách an toàn để vượt xe và khoảng cách với các xe ở phía trước.
Việc lái xe là một vấn đề hết sức đặc biệt bởi vì các mô hình thuật toán vô
cùng phức tạp và không thể được sai xót. Hệ thống này sử dụng logic mờ bởi vì nó
là phương pháp kiểm tra tốt đối với hệ thống phức tạp như thế này, cho kết quả tốt
và kết hợp với kiến thức của con người vào trong thuật toán. Ngoài ra logic mờ cho
phép hệ thống bắt chước hành vi lái xe của con người.
2. Điều Khiển vô lăn:
Mục tiêu của hệ thống điều khiển vô lăn là theo dõi và đưa xe đi đúng quỹ
đạo. Để theo dõi mặt bên xe và theo dõi cảm nhận góc lệch của xe, hệ thống sử dụng
hai “biến mờ”: Lateral_Error và Angular_Error. Các biến này đại diện cho sự
khác biệt giữa vị trí xe hiện tại và vị trí xe định trước. Cả hai biến này có thể mang
giá trị left hoặc right. Angular_Error đại diện cho góc lệch giữa định hướng xe
phải đi và vectơ vận tốc xe hiện tại. Nếu góc này ngược chiều kim đồng hồ, thì
Angular_Error mang giá trị left. Nếu góc cùng chiều kim đồng hồ thì
Angular_Error mang giá trị right. Lateral_Error đại diện cho khoảng cách từ vị
trí chiếc xe hiện tại và quỹ đạo định trước. Nếu xe được định vị ở quỹ đạo left(bên
trái so với quỹ đạo tham chiếu), thì giá trị Lateral_Error là left. Ngược lại
Lateral_Error là right(left và right là các tập mờ).

các tình huống xảy ra khi đi trên con đường thẳng. Định nghĩa này cho phép hệ
thống hoạt động một cách nhanh chóng khi xảy ra sai lệch quỹ đạo.
Để phòng ngừa tai nạn, chúng phải giới hạn góc quay lớn nhất khi lái xe thẳng. Sự
giới hạn này cũng tương tự như hành vi con người, để làm được điều này bằng cách
xác định những biến chức năng như biến thành viên đơn lẻ và cấu hình chúng quay
2.5% của tổng số. Hình 1c và 1d cho thấy hoạt động này. Điều này làm cho hệ thống
lái xe đảm bảo rằng chúng sẽ thích ứng với tuyến đường.
Ứng Dụng Máy Học Trong Điều Khiển Xe Tự Động trang 5
Hình 1: Định nghĩa chức năng của các biến mờ.(a) Lateral_Error thẳng, (b)
Angular_Error thẳng, (c) Lateral_Error khúc cong, (d) Angular_Error khúc
cong, (e) Speed_Error van tiết lưu, (f) Acceleration van tiết lưu, (g) Speed_Error
phanh xe, và (h) Acceleration phanh xe.
3. Điều khiển tốc độ:
Mục tiêu của việc điều khiển tốc độ là đảm bảo xe chạy với tốc độ nhưng
mong muốn. Dữ liệu đầu vào là tốc độ sai và gia tốc, tương ứng với 2 “biến mờ” là
Speed_Error và Acceleration . Dữ liệu đầu ra là sự thay đổi điện áp của tín hiệu
van tiết lưu. Để kiểm soát van tiết lưu và chân phanh, và sử dụng hai biến mờ đầu
ra: Throttle và Brake. Biến mờ Speed_Error là sự khác biệt giữa tốc độ thực tế
của xe và tốc độ lý thuyết do người định nghĩa, và biến Acceleration là sự thay đổi
tốc độ trong một khoảng thời gian. Khoảng áp suất van tiết lưu từ 2-4 vôn, và
khoảng bàn đạp phanh 0-240º của động cơ vận hành.
Tập luật điều khiển van tiết lưu:
IF Speed_Error MORE THAN null THEN Throttle up
IF Speed_Error LESS THAN null THEN Throttle down
IF Acceleration MORE THAN null THEN Throttle up
IF Acceleration LESS THAN null THEN Throttle down
Ứng Dụng Máy Học Trong Điều Khiển Xe Tự Động trang 6
Speed_error = Real_speed - Desired_speed
Real_speed: Tốc độ thực
Desired_speed: Tốc độ mong muốn

Trong vài năm gần đây, độ an toàn chủ động (active safety) mới nhận được nhiều sự
quan tâm. Trước đây, người ta quan niệm rằng trách nhiệm về những tai nạn xảy ra
trên đường thuộc về lái xe. Nhưng ai cũng biết rằng mọi chuyện đều có thể xảy ra
chỉ trong khoảnh khắc lơ đễnh của tài xế. Nhưng ACC không chỉ có tác dụng bảo vệ
hành khách trên xe mà nó còn mang lại nhiều lợi ích khác như điều hành giao thông
chẳng hạn. Và các chuyên gia nhận định rằng trong tương lai, ACC sẽ trở thành
trang bị tiêu chuẩn cho xe hơi, không khác gì cửa kính điều khiển điện hay gương
Ứng Dụng Máy Học Trong Điều Khiển Xe Tự Động trang 7
chiếu hậu điều khiển điện của ngày nay. Những hệ thống kiểm soát hành trình kiểu
cũ thường chỉ cho phép định trước tốc độ theo ý muốn và yêu cầu cài đặt mỗi khi
thay đổi. Nó có tác dụng giúp cho người lái có thể thảnh thơi trong các hành trình
dài hơn là làm giảm các nguy cơ xảy ra tai nạn.
4.1 Hệ thống kiểm soát hành trình kiểu mới
ACC mang tính chủ động cao hơn hẳn. Hệ thống này kiểm tra đoạn đường
phía trước và giảm dần tốc độ khi tiến lại gần xe chạy trước. Hiện nay, ACC mới là
trang bị tiêu chuẩn trên các xe BMW Serie 7, Jaguar XJ và Audi A8. Cũng giống
như hệ thống kiểm soát bám đường (Traction Control System), chống bó cứng
phanh ABS, chỉ dẫn vệ tinh và những thứ tương tự, dần dần ACC sẽ giảm giá và tiến
tới xuất hiện trên các mẫu xe thông dụng. Hiện nay, Fiat Stilo Abarth là một trong
số ít xe có gắn ACC.
Hãng chuyên về công nghệ của Anh là E2V, có trong tay bằng sáng chế công nghệ
Gunn Diode, được sử dụng trên các máy bay chiến đấu, là một trong những nhà
cung cấp thiết bị ACC. Nó sử dụng vi sóng ngắn ở dải tần số 77 GHz (tức là 77 triệu
tín hiệu mỗi giây). Có thể dùng tia laser để đạt hiệu quả tương tự, nhưng nhược điểm
của tia laser là không thể cung cấp thông tin chính xác về khoảng cách trong điều
kiện trời mưa hoặc có sương mù.
Dù đã có mặt trên thị trường, ACC vẫn còn đang trong quá trình hoàn thiện. Vào
thời điểm này, nó mới đo được khoảng cách 150 m về phía trước và giảm tốc độ xe
nếu một vật cản xuất hiện. Điều mà ACC chưa làm được dừng hẳn xe lại, nhưng
E2V cho rằng trong năm 2004, họ sẽ cho ra mắt hệ thống không chỉ có khả năng này

Giữ khoảng cách an toàn với xe phía trước là phụ thuộc vào chức năng tốc độ: tốc
độ cao hơn, khoảng cách yêu cầu với xe phía trước lớn hơn. Đây là khái niệm thời
gian tịnh tiến (time-headway), thời gian duy trì khoảng cách an toàn giữa hai xe. Ví
dụ, nếu chúng ta thiết lập khoảng thời gian an toàn là hai giây, khoảng cách không
gian là 22,2m xe di chuyển với 40 Kmh, nhưng với khoảng cách xấp xỉ 55,5m thì
xe di chuyển với 100 Kmh. Khoảng thời gian thiết lập phụ thuộc vào hệ thống phanh
xe, thời tiết, tốc độ tối đa, và nhiều thứ khác nữa.
Hình 2: cho thấy hiệu suất của bộ điều khiển ACC + Stop & Go của hệ thống này
trong một xe tự động. Lúc đầu, chiếc xe sau bắt đầu di chuyển,tăng tốc độ, và cuối
cùng dừng lại vì đầu xe bị chặn bởi xe trước. Sau đó, xe trước bắt đầu chuyển động,
tăng tốc độ, và phanh lại, khi gặp giao thông tắc nghẽn. Một vài giây sau, xe đang có
dấu hiệu bắt đầu chạy lại, cuối cùng thì dừng lại phía sau xe trước đó. Hình 3a, cho
thấy hệ thống đang sử dụng van tiết lưu và phanh xe để kiểm soát thời gian tịnh tiến
và khoảng cách tịnh tiến. Hình 3b, cho thấy xe sau vẫn duy trì được khoảng cách
ngay cả khi tốc độ thấp và thời gian tịnh tiến không đáng kể. Khi xe phía trước bắt
đầu tiến tới, có liên quan tới thời gian tịnh tiến(xem hình 3c). Cuối cùng, hình 3d
cho thấy tốc độ của mỗi xe mà chỉ ra những hành vi của xe có liên quan đến áp suất
bàn đạp.
4.2 Vượt xe trước
Hệ thống cũng quản lý những trở ngại hoặc làn đường của những xe khác bằng
cách tính toán khi nào xe nên thay đổi làn đường để vượt lên. Đầu tiên:
• Xe phải lái trong làn đường thẳng
• Làn đường bên trái phải không có xe, và
• Phải có chỗ để xe vượt lên
Quá trình vượt lên sẽ như sau:
 Ban đầu, xe đang chạy trên làn đường thẳng
 Kiểu lái xe thay đổi vào kiểu làn đường thay đổi, và xe phải chạy vào làn
đường bên trái,
 Kiểu lái xe thay đổi vào kiểu làn đường thẳng cho đến khi vượt qua hết trở
ngại hoặc xe bên cạnh

xe cần vượt với khoảng l(l: là khoảng cách của xe) (xem hình 4b) .
Cuối cùng, chuyển sang bước 5 tương tự như bước 2 đến bước 3.
4.3 Tầm nhìn của xe
Để đạt được điều hướng tin cậy, tất cả các phương tiện tự động phải có các
kỹ năng cơ bản về phát hiện chướng ngại vật. Nhiệm vụ này dựa trên tầm nhìn là
phức tạp. Xem xét tình huống phổ biến ở đường đô thị, chẳng hạn như làn xe bị
chiếm bởi các xe đậu trên cả hai bên đường, hoặc lối băng qua đường. Tất cả tình
huống như vậy gây khó khăn cho hệ thống phát hiện các loại xe khác, tạo mối nguy
hiểm cho xe. Để giải quyết này, hệ thống sử dụng một hệ thống tầm nhìn màu để
cho GPS dựa trên khả năng điều hướng thị giác
4.4 Tiềm kiếm và phát hiện xe
Để giảm thời gian thực hiện hệ thống đã giới hạn vùng phát hiện chướng ngại
vật tới khu vực được xác định trước trong đó những trở ngại có nhiều khả năng xuất
hiện. Khu vực hình chữ nhật này gọi là khu vực quan tâm (ROI), bao gồm phần
trung tâm của hình ảnh.
Để phát hiện và theo dõi các xe dọc đường, chúng ta cần xử lý liên tiếp hai
giai đoạn. Đầu tiên, hệ thống đặt trên xe dựa trên cơ sở của màu sắc và thuộc tính
hình dạng của chúng, sử dụng đường thẳng đứng và đặc điểm đối xứng màu. Kết
hợp phân tích này với những ràng buộc thời gian cho phù hợp, giả sử rằng các xe
thường có hình chữ nhật và hình dạng đối xứng mà làm cho chúng dễ dàng phân
biệt. Thứ hai, hệ thống theo dõi phát hiện xe sử dụng ước tính thời gian thực.
4.5 Nhất quán thời gian
Trong thế giới thực, bằng cách sử dụng chỉ có tính năng không gian để phát
hiện những trở ngại bất thường, phát hiện không chính xác do tiếng ồn. Do đó, hệ
thống sử dụng một bộ lọc xác nhận thời gian loại bỏ các đối tượng không phù hợp
của ngữ cảnh. Đó là, hệ thống phải phát hiện bất kỳ đối tượng quan tâm không gian
trong một số hình ảnh liên tiếp lặp đi lặp lại để xem xét đối tượng đó có phải là xe
thật sự, nó loại bỏ tất cả các đối tượng khác.
Chúng ta sử dụng các giá trị t = 0.5s để đảm bảo rằng một xe xuất hiện trong một
chuỗi thời gian phù hợp.

[1] GS.TSKH Hoàng Văn Kiếm – Giáo trình Công nghệ tri thức và ứng
dụng
[2] R. Prohaska, P. Devlin – Combined Brake and Steering Actuator for
Automatic Vehicle Control
[3] José E. Naranjo, Carlos González, Ricardo García, and Teresa de
Pedro Miguel A. Sotelo – Using Fuzzy Logic in Automated Vehicle
Control
[4] Miguel Asngel Sotelo, Sergio Alcalde, Jesús Reviejo, J. Eugenio
Naranjo, Ricardo Garcia, Teresa de Pedro, Carlos González – Vehicle
Fuzzy Driving Based on DGPS and Vision
[5] />[6] />hanh-trinh-ACC/10852811/350/
[7] />Ứng Dụng Máy Học Trong Điều Khiển Xe Tự Động trang 14