vii

MCăLC

Trang tựa TRANG
Quytăđnhăgiaoăđ tài
Xác nhn của cán b hớng dn
Lý lch khoa hc ii
Liăcamăđoan iii
Li cmăơn iv
Tóm tắt v
Astract vi
Mc lc vii

Danh sách các chữ vit tắt ix
Danh sách các hình xi
Danh sách các bng xiii

Chngă1.TNG QUAN 1
1.1 Tng quan chung v lƿnhăvc nghiên cu 1
1.2 Mcăđíchăcaăđ tài 4
1.3 Nhim v caăđ tài và gii hnăđ tài 4
1.3.1 Nhim v củaăđ tài 4
1.3.2 Giới hn củaăđ tài 4
1.4ăPhngăphápănghiênăcu 4

Chngă2.ăCăS LÝ THUYT 5
2.1ăCăch sinh hcăvƠăđiu khinăcăcaăngi lái xe 5
β.1.1ăCơăch sinh hc 5
β.1.βăQuáătrìnhăđiu khinăcơăcủaăngi lái xe 6
2.2ăCăs lý thuyt h thngăđiu khin xe 7

3.2.4 Thit k cơăcuăđiu khin tay s 36
3.2.5 Thit k khungămôăhố

nhăđiêuăkhiê
̉
năla

i 37
3.2.6 Sn phẩmăthiăcôngămôăhìnhăđiu khin xe 38
3.3 Lpătrìnhăđiu khinămôăhìnhăđiu khin lái 39
3.3.1 Thut toán thu thp tín hiuăvàăđiu khin lái 39
3.3.2 Lpătrìnhăđiu khin và thu thp s liu 40Chngă4. KHOăSÁTăVĨăĐÁNHăGIÁăKT QU NGHIÊN CU 41
4.1ăPhngăánăkho sát 41
4.1.1ăNgi lái xe tham gia kho sát 41
4.1.βăMôiătrng kho sát 41
4.2 Giao din thu thp và x lý tín hiu 43
ix

4.3 Kt qu thc nghim 44
4.3.1 Kt qu thực nghimătrongătrng hp mt 44
4.3.2 Kt qu thực nghimătrongătrng hp hai 47
4.3.3 Kt qu thực nghimătrongătrng hp ba 50
4.4ăSoăsánhăđánhăgiáăkt qu 53Chngă5. KT LUN 56
5.1 Kt lun 56

DC : Direct Current ậ Dòngăđin mt chiu.
AC : Alternating Currentậ Dòngăđin xoay chiu.
D : Dioptries ậ Đămắtăconăngi
LQR : Linear Quadratic Regulator ậ Điu chnhăphơngătrìnhăbc hai tuyn
tính
RS-232 : Recommended Standard-232 ậ Chuẩn giao tip ni tip giữa thit b
ngoi vi với máy tính.
USB : Univeral SerialăBusălàă1ăchuẩnăktăniăcácăthităbăđinătử xi

DANH SÁCH CÁC HÌNH

HÌNH TRANG

Hình 4.1 : Tình hung xe gặp chớng ngi vtătrênăđng di chuyn 42
Hình 4.2 : Giao din thu thp và hin th kt qu kho sát bằngăđ th 43
Hình 4.3 : Đ th góc lái củaăngi trẻ điu khinăxeăvàoăđonăđng vòng 44
Hình 4.4 : Đ th góc lái củaăngiăgiàăđiu khinăxeăvàoăđonăđng vòng 44
Hình 4.5 :ăĐ th góc lái củaăngi trẻ điu khin xe tránh va chm với chớng
ngi vt 47
Hình 4.6 : Đ th góc lái củaăngiăgiàăđiu khin xe tránh va chm với chớng
ngi vt 47
Hình 4.7 :ăĐ th góc lái củaăngi trẻ điu khin xe chuynălànăđng di chuyn 50
Hình 4.8 : Đ th góc lái củaăngiăgiàăđiu khin xe chuynălànăđng di chuyn 50
Hình 4.9 : Biuăđ đ lchăgócăláiătrongăcácătrng hp thực nghim 53
Hình 4.10 : Biuăđ đ lchăgócăláiătrongăbaăgiaiăđonăđiu khin xe 55

1.1ăTngăquanăchungăvălƿnhăvcănghiênăcu
Tai nn giao thông là mt trong những vnăđ quan tâm lớn nht của từng cá
nhân, xã hiăvàăđặc bit trong ngành sn xut xe luôn phát trin hoàn thin các h
thngădới rt nhiu chứcănĕngănhằmăđm bo sự anătoànăchoăngiăláiăcũngănhă
hành khách, hàng hóa từ những gii pháp an toàn chủ đng, an toàn b đngăđn kt
hp an toàn chủ-b đng trên xe. Tuy nhiên, trong nhữngănĕmăgầnăđâyăs lng tai
nn giao thông xẩyăraăngàyăcàngătĕng.ăTheoăthng kê, phân tích các v tai nn giao
thôngăđng b đưăchoăthy rằng các yêu t v conăngi là nguyên nhân chính,
chim 85
o
/
o
v tai nnăgiaoă thôngăđng b [1]. Nguyên nhân dnă đn tình trng
này, là do mtăđiu khin củaăngiăláiăxeăhayăquáătrìnhăđiu khinăxeăkhôngăđt
hiu qu nhămongămun.ăDoăđó,ăvnăđ nghiên cứuăvàăđánhăgiáăhiu qu của quá
trìnhătơngătácăgiữaăngi và xe là mcăđíchănghiênăcứu củaăđ tài này.
Trong nhiu thp kỷ qua, nhiu nhà khoa hc, kỹ sătrênăth giớiăđưănghiênăcứu
và mô t sự tơngătácăgiữaăngi - xe. Phần lớn các nghiên cứuănàyăđuăhớng v
sự mô t đặcăđim hành vi củaăngiăláiăxe,ăxácăđnhăđc các giá tr giới hn dựa
trênăđiu kin v trí của xe với các yu t môiătrng và phát trinăcácămôăhìnhăđiu
khin xe [2, 3]. Gầnăđây,ăcácămôăhìnhăđiu khin củaăngiăláiăxeăđưăđc các hãng
sn xut xe nghiên cứu, phát trin và ứng dng mnh mẽ trong thực t.
MacAdam [4]ăđưă xâyădựngăđcă môăhìnhăđngăđiăxemătrớc. Mô hình này
giúpăngiăláiăđiu khinăxeăđiătheoăconăđng mong mun bằng cách dự đoánăconă
đngăphíaătrớc và liên kt chặt chẽ kh nĕngădự đoánăcủaăngi lái xe với thi
gian phn ứng. Các thutătoánăđiu khin cho mô hình này là những vòng lặp kín
trên các h thngăđiu khin xe.
Weir và McRuer [5]đưănêuăcácăquanăđim và lý thuytăđiu khinălàmăcơăs
khoa hc cho vic phân tíchăđng lực hc kim soát tay lái. Kt qu h thngăđiu
khinăxeăđánhăgiáăđc các thành phần làm nhăhngăđnăcácăphơngătrìnhăchuyn

thit, hình nh và sự chuynăđng chm tr thi gian phn hiăđcăxemănhăn
3

đnh và kt hpăđng lực hc thầnăkinhăcơăđ mang li mt thi gian tr tng th
choăngi lái xe.
XiaoboăYangă[10]ăđ xut vnăđ anătoànătrênăđng cao tcăcóăliênăquanăđn
hotăđng của xe trênăđng và sự tơngătácăgiữaăngi lái vớiăxe.ăĐng lực hc
của xe nhăhng biăđiu kinămôiătrng hotăđng. Vnăđ nguy him, mt an
toànăliênăquanăđn giới hnăđiu khin năđnhăvàăđnhăhớng của xe, mà còn giới
hnăđiu khin củaăngi lái xe. Theo quanăđim của giới hn năđnh,ăđng lực hc
của các loiăxeăđưăđc nghiên cứu rngărưiăcũngănhăsự thích ứng củaăngi lái xe
hoàn ho cho sự chuynăđng của xe. Trong nghiên cứu này, mt s mô hình phân
tích của sự thayăđi phức tpăđc phát trinăđ nghiên cứu các sai lch bên, sự lch
hớngăvàăcácăđặc tính kt ni của xe.
Bên cnh những thành tựuăđưăđtăđc của các công trình nghiên cứu trên th
giới v h thngăđiu khinăchoăngi lái xe thì còn nhiu vnăđ cần phi nghiên
cứu, gii quyt.ăTrongăđóăvnăđ khoăsátăvàăđánhăgiá,ăsoăsánhăkh nĕngăđiu khin
củaăngi lái xe giữaăngiăđưăcóăkinhănghim vớiăngiăláiăxeăchaăhoànăthin
kinh nghim lái xe hoặcăngi b suy gim kh nĕngăđiu khin xe khi gặp các tình
hung hoặc các sự c nguy himătrênăđng di chuyn. Từ đó,ăđ tài sẽ thu nhn
đc các kt qu so sánh giữa các thông s điu khinălàmăcơăs khoa hc giúp mô
hìnhăđiu khinăchoăngi lái xe đc hoàn thinăhơnăgópăphần làm gim kh nĕngă
gây ra các sự c nguy him có th dn tới các tai nn giao thông.


và phần mn City CarDriving.
So sánh kt qu vớiăcácăcôngătrìnhăđưănghiênăcứu

5

Chngă2
CăS LÝ THUYT

2.1ăCăch sinh hcăvƠăđiu khinăcăcaăngi lái xe
2.1.1 Căch sinh hc
Những cáchăthứcăhotăđngăcủaăcácăyuătăsinhăhcăphăthucăvàoănhauăđcă
giălàă cơăchăsinhăhc[11].ăCơăchănàyăsẽă đcăngànhăkhoaăhcăcơăkhíăsinhăhcă
(Biomechanic)nghiênăcứuăvàăphânătíchăcuătrúc,ăchứcănĕngăcủaăcác hăthngăsinhă
hcănh conăngi, đng thựcăvt, cácăcơăquan vàătăbàoăbằngăphơngătinăcủaăcácă
phơngăphápăcơăhcănhăhìnhăβ.1.

Hình 2.1:ăăCơăchăthầnăkinhăcơăcủaăconăngi
Cơăchăsinhăhcăđcăkhoaăhcăkỹăthutăphânătíchădựaătrênăcácăđnhălutăcơăhcă
Newton vàăcácăphơngătrìnhătoánăhcăcóăthătínhătoánăxpăxăchínhăxácăcácăcơăchă
củaănhiu hăthngăsinhănhăcuătrúc,ăchứcănĕng,ăđặcăbităđngăhc và đngălực hcă
đóngăvaiătròăniăbtătrongăvicănghiênăcứuăcơăchăsinhăhc.ăTuyănhiên,ăbnăchtăhă
thngă sinhă hcă phứcă tpă hơnă kháă nhiuă soă vớiă cácă hă thngă màă conă ngiă xâyă
dựng. Doăđó,ăPhơngăphápăkỹăthutăs đcăápădngătrongăhầuăhtăcácănghiênăcứuă
cơăchăsinhăhc. Nghiênăcứuăđcăthựcăhinătrongămtăchuiăquáătrìnhălặpăđiălặpăliă
nhiuălầnă củaă giă thuytă vàă kimăchứng,ă baoă gmănhiuă bớcănhă xâyădựngă mô
hình, môăphỏngămáyătính và phépăđoăthựcănghim.
αă(ext)
2
2
3

F
i
(ext) x d
i
+ F
j
(fl) x d
j

Hp lực
cơăthần kinh vnăđng
=


a
1
M
i



m
1
(Ngoi lực)
i
+


n
1

Mô t
phân tích
phán đoán
Thông tin
Phân tích
phánăđoán
Thông tin
lựa chn
Phân tích
cơăbn
Phánăđoán
Thông tin
lựa chn
Xử lý thông tin và ra lnhăđiu khin
7

2.2 Căs lý thuyt h thngăđiu khin xe
Điu khin chuynăđng của xe trên mặtăđng luôn có sự tơngătácăgiữa hai
khiăđiătng chính bao gmăngiăđiu khinăvàăxeănhăhìnhăβ.γ. Yu t làm nh
hngăđnăquáătrìnhăđiu khinănàyănh:ăCácăđiu kin củaăđng di chuyn,ăđ
bám mặtăđng, góc lchăhớng khi có hinătngătrt xẩy ra  các bánh xe, lực
cnăgió,.v.văđưăđc xem xét trong phầnăđng hc chuynăđng của xe.

Hình 2.3:ăSơăđăđiuăkhinăbaăcpăđngăậ ngiăậ xe
Trong hình 2.3,ătrìnhăbàyăsơăđ điu khin tng quan của mt chicăxe.ăNgi
láiăđóngăvaiătròănhămtătrìnhăđiu khin và kim soát tình trng hotăđng của xe
nhăchy,ătĕngătc,ăphanh,ăthayăđiăhớng di chuyn [12]. Hiu qu điu khin ph
thucăvàoăđiu kinătrênăđng di chuyn,ătínhănĕngăđng hc của xe và các yu t
v tâm lý th cht củaăngiăđiu khin. Mc tiêu củaăquáătrìnhăđiu khinălàăđng
hc của chic xe di chuynăđúngăhớng vớiăđ sai lch là nhỏ nhtăđ kt qu điu

Ʃ
Ngi lái
Xe
Đng di chuyn
Đng hc
của xe
Thông tin phn hi
−
+
Ʃ
8

2.3 Mô hình caăxeăvƠăngi lái
2.3.1 Mô hình xe
Mt mô hình xe toán hc chính xác và thực t làăđiu cần thităđ mô phỏng h
thngăđiu khin xe. Nhiu mô hình khác nhau từ đơnăginăđn phức tpăđưăđc
phát trin và ứng dng. Mô hình phức tp có th cho kt qu nghiên cứu b sung
thêm các yu t v đápăứng củaăxe,ănhngămôăhìnhănàyăđiăkèmăvới chi phí lớn mt
nhiu thiăgianătínhătoán.ăDoăđó,ăcácăgi đnhăđ làm gim sự phức tpăđng lực hc
của xe và các thành phần nhăhng trong hình thứcăđơnăginăhơn.
Nu gắn vào thân xe mt h taăđ điăquaătrng tâm xe, chúng ta có th biu th
môăhìnhăxeătheoăbaăphơngăx,y,z. Xe là mtăcơăh đànăhi chuynăđngătrênăđng
với h taăđ c đnh (OXYZ). Các dch chuyn của xe theo các trc taăđ gây nên
chuyn v dc theo 3 trc. khi xét chuynăđng xe quan trng nht là chuyn v theo
taăđ mặtăđng biu din bằng taăđ x,y với góc quay thân xe là sự chuynăđng
gâyănênătrt ngang và góc lchăhớng của xe. mứcăđ đơnăgin ta có th biu
din taăđ nhăhìnhă2.5 [13].

Hình 2.5.ăMôăhìnhătaăđăcủaăxe
Khi xe chuynăđng sẽ xut hin các thành phần dch dc, nghiêng lắc ngang và

đ xácăđnh vn tc góc lchăhớng, gia tc bên và phn hi tới h thngăđiu khin.
Choăgócăđiu khinănhămt hàm thi gian

(t),ăđặcătrngăchuynăđng của mt
chic xe, tùy thucăvàoăhànhăviăđiu khin xe tức thi củaăngi lái là những giá tr
tức thi của góc lchăhớng và gia tc bên. Mô hình mt vt có th thực hinăđánhă
giá nhanh chóng v đng lực hc của xe với mt vài thông s,ănhngănhcăđim
của mô hình mt vt là bỏ qua hiu sutălĕn.ăMôăhìnhătuyn tính không th đi din
chính xác cho xe nuăliênăquanăđn gia tc bên cao.

Hình 2.6: Môăhìnhăxeămtăvt
Mt chic xe không phi là mt khi vt th cứng duy nht mà có nhiu khi
vt th kt ni vớiănhau.ăChúngătaăxemăxétăđ đơnăgin hóa mt mô hình xe làm
thành hai khi chung. Khiăđànăhi và khiăkhôngăđànăhi sẽ đc liên kt với nhau
bằng mt h thng treo. Trong khi xe quay vòng khiă đànăhiă cóă khuynhăhớng
nghiêng làm nhăhngăđángăk sự năđnh của xe. Sự chuynăđng của xe lúc này
đc th hin trong hinh 2.6.
Đ lớn của các góc nhăhng còn ph thucăvàoăđ cứng vững và h s đànă
hi b gim chn của h thngătreoăcũngănhăcácăh thng khác. nhăhng của các

f

f
F
xf
F
yf
F
yr
F

k
s3
k
u3
k
s4
k
s1
k
s2
k
u3
k
u3
k
u3
m
u3
m
u1
m
u2
m
u4
c
2
c
1
c
4

V

y

r


3
F
x3
F
y3

4
F
x4
F
y4
F
y2
F
x2


2

1

f
F


:ăĐặcătrngăđ cứng vững của lp
α : Góc lchăhớng

y
F
: Lực quay vòng

Mô hình mt vt là mô hình tuyn tính kt ni d dàng vớiămôăhìnhăngi lái
cũngănhămôăhìnhătuyn tính. Lý thuytăđiu khin tuynătínhădùngăđ đánhăgiáăh
thngăđiu khină xe.ă Đâyălàă môăhìnhăcóăth sử dng hin thực hóa mô hình của
ngi lái bằng các thông s tuyn tính củaămôăhìnhăđiu khin xe.

12

2.3.2ăMôăhìnhăđiu khin lái xe viăđặc tính thầnăkinhăc
Cánh tay củaăngi lái có th đi din bi mt h lựcăquánătínhăđơnăgin kt ni
với mặtăđtăthôngăquaătínhăđànăhi song song. B gim chn vớiăđ cứng áp lực b
đng và sự cn củaăcánhătay.ăCánhătayăvàăđng lực hcăláiăđc kt hp trong khi
ngi lái cầmăvôălĕng.ăPhơngătrìnhăchuynăđng cho các kt ni là:
     

c
s
rrc
r
s
eKsB
sH







(2.3)
Trongăđó:
ω
c
: Tần s dừng
B
r
và K
r
: Các tham s đi din cho phn x đ cứngăvàăđànăhi.
G
s
(s)
Xe
Hàm điều
chỉnh LQR


2.4 Môăhìnhăđiuăkhinăchoăngiăláiăxe
2.4.1ăĐiuăkhinăbùăhngăxeădiăchuyn
Nhiuămôăhìnhăđiu khin cho sự thayăđi phức tpăđng lực hc của xe. Phần
lớn những mô hình này dựaătrênăđiu khinăđng lực hc bên củaăxe,ăđc phân loi
theoă haiă nhóm:ă Môă hìnhă điu khină bùă hớng di chuynă vàă môă hìnhă xemă trớc
hớng di chuyn.
Mt cu trúc củaămôăhìnhăđiu khinăbùăhớng di chuynăđc minh ha trong
hình 2.10 [18]

Hình 2.10:ăăMôăhìnhăbùăhớngădiăchuynăcủaăxe.

Trong hình 3.6:
H(s): Mô t nhim v củaăngi lái xe trên nhn thức tức thi liăăhớng
di chuyn của xe.
G(s): Chuyn giao nhim v cho xe.
Đ dtăđc chứcănĕngăchuynăgiaoăđiu khinăH(s),ămôăhìnhăđiu khin phi
điu chnh: Thứ nhtăđiu khin xe cần phi thực hin sự phánăđoánăvàăhànhăđng
đi din trong thi gian tr
s
e


,ăτăthiăgianătrăhiuăqu.ăSauăđóăhànhăđngătơng
ứngăchoăđầuăraăđnăsựăkíchăthíchă,ăngiăđiuăkhinăcóăkhănĕngădựăđoánăthayăđiă
dữăliuăđầuăvào.ăNgiăđiuăkhinăcũngăcóăkhănĕngăthựcăhinăhànhăđngătrnăvẹnă
nơiătínăhiuăraătălăthunăvớiătínăhiuăvàoăthíchăhp.ăDoăđó,ăngiăđiuăkhinăxeăsẽă
xácăđnhăttănhăthutătoánăđiuăkhinăPID.ăTuyănhiên,ăliăthăcủaăhăthngăchứcă
nĕngăđiuăkhinăPIDăkhôngăcóăliênăquanăđnăhànhăviăvtălýăcủaăngiăđiuăkhin.ăVìă
vy,ămt chứcănĕngăchuyn giao chung củaăngiăđiu khin có th sử dng phần


14

Trongăđó:
K
d
:ăĐ khuchăđiăđiăđiu khin.
1
1


sT
sT
I
L
:ăĐặc tính sự cân bằng.
T
N
: Hằng s thi gian của h thng thầnăkinhăcơ.
K
d
: Kh nĕngăthích nghi.
Mô hình trên thực hin tt quá trình xử lý cuătrúcătrongăđiu khin xe bao gm
tần s, h thng thầnăkinhătrungăơng,ăđ khuchăđi và thi gian tr. Tần s caoăđi
din cho h thng thần kinh củaăngiăđiu khin xe là h thng bc hai mô t sự
vnăđng củaăchânătayăvàăcơăbắp củaăngiăđiu khin. Mô hình cu trúc có phm vi
đaădng của dãi tần s so với mô hình giao nhau.
Môăhìnhăxemătrớcăđng di sẽ càiăđặt các dữ liuătrớc củaăconăđng phía
trớcăđ thực hin ttămôăhìnhăđiu khin hớng di chuyn.
2.4.2ăĐiu khinăđng di chuynăxemătrc ca xe


ɷ
sw
y(t+T
P
)

15

         
tyTtytLtyTty
PP



(2.5)
Từ đó,ăchứcănĕngădự báo là
 
sTsB
P
1
.

Hình 2.12:ăMôăhìnhăchinălcădựăbáo.
Bài toán tiăuăcủaăbàiătoánătheoădõiătrìnhăđiu khin xe sử dng khu vực xem
trớc tiăuăthìăngiăđiu khin luôn nhìn vùng hữu hn củaăđngăphíaătrớc, do
đóăngi lái xe sẽ gim thiuăđc liăđngăđiăvàămôăt h thngăxeăxemănhălàă
mt trng thái tuynătính.ăTrongătrng hpăxemătrớc củaăđim duy nht, h thng
tuyn tính có th mô t nhăsau:






*
(2.7)
Trongăđó:
Đng mong mun
y(t)

(t)
y(t+T
P
)
L
y
x
16

 
P
Tt 

: Li giữaăđầuăvàoăconăđngăxemătrớcăvàăđầuăraăxemătrớc của
v trí bên.
A(T
P
) :ăĐơnăv phn hiăđầu của h thng xe.
Tt c cácămôăhìnhăđcăđ cp  trên là dựa trên chinălcăxemătrớc vòng
lặpăđơn,ămặc dù hiu sut b nhăhng không ch v tríăbênămàăcònăđnhăhớng lắc

pp
yxK
*

(2.8)
Trongăđó:
P(s)
B(s)

G(s)

H
H
(s)
f(t)
-
+
ɷ
s
w

H
L
(s
F

(s)
F
r
(s)
Road path
y
x
y
p1
y
p2
y
p3
y
pN
ψ
18

2.5ăTngăquanăvăkăthutăláiăxe
2.5.1ăKháiăquátăhăthngăbungăláiăôătô
+ Vôălĕngălái:ăVôălĕngăláiădùngăđ điu khinăhớng chuynăđng của xe ôtô.
V trí củaăvôălĕngăláiătrongăbung lái ph thucăvàoăquyăđnh của miănớc. Khi quy
đnh chiu thun của chuynăđng là bên phiă(ătheoăhớngăđiăcủaămình)ăthìăvôălĕngă