Với sự phát triển không ngừng của ngành công nghiệp ô tô, các công nghệ thông minh và tự động hóa trên xe cộ đang nhanh chóng trở nên phổ biến. Trong số đó, Hệ thống Hỗ trợ Người lái Tiên tiến (ADAS) đã trở thành một phần không thể thiếu trên những chiếc xe hơi hiện đại. Công nghệ ADAS hướng đến mục tiêu giảm thiểu tai nạn giao thông và mang đến cho người lái trải nghiệm lái xe thoải mái hơn bằng cách cải thiện sự an toàn và tiện lợi khi lái xe. Dù là hệ thống an toàn chủ động hay chức năng hỗ trợ người lái, ADAS luôn không ngừng cải thiện trải nghiệm lái xe của chúng ta. Việc hiểu rõ về hệ thống ADAS là điều cần thiết để nắm bắt các xu hướng công nghệ ô tô trong tương lai.
ADAS, hay Hệ thống Hỗ trợ Lái xe Tiên tiến, là một tập hợp các công nghệ điện tử được sử dụng để hỗ trợ người lái thực hiện các chức năng lái xe và đỗ xe. ADAS dựa trên nhiều cảm biến, camera, radar và LIDAR để phát hiện và phân tích môi trường xung quanh xe, từ đó cung cấp thông tin và thực hiện các thao tác tự động nhằm cải thiện sự an toàn và thoải mái khi lái xe.
Các thành phần cốt lõi của hệ thống ADAS là những yếu tố then chốt hỗ trợ chức năng và hiệu suất của nó. Các thành phần này phối hợp với nhau để nhận biết môi trường xung quanh xe theo thời gian thực và hỗ trợ người lái. Sau đây là các thành phần cốt lõi chính của hệ thống ADAS:
1. Máy ảnh
① Camera quan sát phía trước: Được lắp đặt phía trước xe, chủ yếu dùng để phát hiện vạch kẻ đường, biển báo giao thông, người đi bộ và các phương tiện khác phía trước. Camera quan sát phía trước thường được sử dụng để thực hiện các chức năng như Hỗ trợ giữ làn đường và Nhận dạng biển báo giao thông.
② Camera quan sát xung quanh: Hệ thống camera đa góc nhìn xung quanh xe, cung cấp góc nhìn toàn cảnh 360 độ, giúp tài xế quan sát tình hình xung quanh xe khi lái xe ở tốc độ thấp hoặc đỗ xe. Thường được sử dụng trong chức năng đỗ xe tự động và giám sát điểm mù.
③ Camera chiếu hậu: Được lắp ở phía sau xe, thường dùng để quan sát khi lùi xe và kết hợp với hệ thống hỗ trợ lùi xe.
2. Radar
① Radar phía trước: Được lắp đặt phía trước xe, radar này sử dụng sóng vô tuyến để phát hiện khoảng cách và tốc độ của các vật thể phía trước. Radar phía trước thường được sử dụng trong hệ thống kiểm soát hành trình thích ứng và cảnh báo va chạm để giúp xe duy trì khoảng cách an toàn với xe phía trước.
② Radar bên hông: Được lắp ở bên hông xe, dùng để phát hiện các vật thể ở hai bên xe, thường được sử dụng để phát hiện điểm mù và hỗ trợ chuyển làn đường.
3. LIDAR
Cảm biến LiDAR: Sử dụng chùm tia laser để phát hiện môi trường xung quanh và tạo ra hình ảnh đám mây điểm 3D có độ chính xác cao. LIDAR chủ yếu được sử dụng trong các hệ thống ADAS tiên tiến và hệ thống lái xe tự động để cung cấp thông tin chính xác về khoảng cách và nhận dạng vật thể. So với radar truyền thống, LIDAR có độ chính xác cao hơn trong việc phát hiện hình dạng và kích thước của vật thể.
4. Cảm biến siêu âm
Phát hiện tầm ngắn: Các cảm biến này thường được sử dụng để phát hiện xe ở tầm ngắn, chẳng hạn như phát hiện chướng ngại vật xung quanh xe khi đỗ xe. Cảm biến siêu âm được sử dụng rộng rãi trong Hỗ trợ đỗ xe và phát hiện chướng ngại vật ở tốc độ thấp.
5. ECU - Bộ điều khiển điện tử
Trung tâm xử lý dữ liệu và ra quyết định: ECU là bộ não của hệ thống ADAS, chịu trách nhiệm thu thập dữ liệu từ các cảm biến, camera, radar và các thiết bị khác, đồng thời xử lý và đưa ra quyết định thông qua các thuật toán tiên tiến. Sau khi nhận được dữ liệu, ECU có thể nhanh chóng phân tích và phản hồi, chẳng hạn như tự động phanh hoặc điều chỉnh tay lái.
6. Hệ thống GPS và định vị
Định vị và Điều hướng: Mô-đun GPS được sử dụng để xác định chính xác vị trí địa lý của xe và được kết hợp với dữ liệu bản đồ để thực hiện các chức năng như lập kế hoạch đường đi và nhắc nhở điều hướng. Hệ thống GPS và điều hướng rất quan trọng trong việc lái xe tự động và theo dõi đường đi.
7. Mạng trong xe (CAN Bus, Ethernet)
Hệ thống truyền thông: Mạng lưới xe là nền tảng truyền thông quan trọng kết nối các thành phần khác nhau của hệ thống ADAS. Bus CAN (Mạng khu vực điều khiển) và Ethernet truyền dữ liệu và tín hiệu điều khiển trong hệ thống, đảm bảo sự phối hợp và đồng bộ hóa nhanh chóng giữa các cảm biến, ECU và bộ truyền động.
8. Phần mềm và thuật toán
① Thuật toán xử lý hình ảnh: dùng để phân tích hình ảnh do camera chụp được, chẳng hạn như phát hiện làn đường, nhận dạng biển báo giao thông, v.v.
② Xử lý tín hiệu và hợp nhất: Hợp nhất dữ liệu từ các cảm biến khác nhau để tạo ra kết quả nhận thức toàn diện về môi trường.
③ Thuật toán điều khiển và ra quyết định: Đưa ra quyết định theo thời gian thực và điều khiển hành vi của xe như lái, tăng tốc, phanh, v.v. dựa trên thông tin nhận thức và điều kiện lái xe.
9. Màn hình hiển thị và giao diện người-máy (HMI)
① Hiển thị thông tin: Hiển thị thông tin phát hiện của hệ thống ADAS, lời nhắc cảnh báo, trạng thái hỗ trợ lái xe, v.v. cho người lái xe, chẳng hạn như thông qua bảng điều khiển, màn hình hiển thị thông tin trên kính chắn gió (HUD) hoặc màn hình điều khiển trung tâm.
② Tương tác với người dùng: Thông qua hệ thống HMI, người lái xe có thể tương tác với các chức năng ADAS, chẳng hạn như cài đặt tốc độ hành trình thích ứng, bật hoặc tắt một số chức năng hỗ trợ lái xe, v.v.
Cùng nhau, các thành phần cốt lõi này tạo thành nền tảng của hệ thống ADAS, hỗ trợ các chức năng hỗ trợ người lái khác nhau và mang đến cho người lái trải nghiệm lái xe an toàn, hiệu quả và thoải mái. Mỗi thành phần đều đóng vai trò không thể thiếu trong hệ thống, đảm bảo hệ thống ADAS hoạt động hiệu quả trong nhiều điều kiện lái xe khác nhau.
Nguyên lý hoạt động của hệ thống ADAS bao gồm việc tích hợp nhiều cảm biến và công nghệ để nhận biết môi trường xung quanh xe, xử lý dữ liệu, ra quyết định và thực hiện các thao tác. Sau đây là nguyên lý hoạt động chi tiết của hệ thống ADAS:
1. Nhận thức
Thu thập dữ liệu cảm biến: Hệ thống ADAS liên tục theo dõi môi trường xung quanh xe thông qua nhiều loại cảm biến, chẳng hạn như camera, radar, LIDAR, cảm biến siêu âm, v.v. Các cảm biến này có thể phát hiện các vật thể, vạch làn đường, biển báo giao thông, người đi bộ, v.v. ở phía trước, bên cạnh và phía sau.
2. Xử lý dữ liệu và hợp nhất cảm biến
① Hợp nhất dữ liệu cảm biến: Vì mỗi cảm biến đều có ưu điểm và hạn chế riêng, hệ thống ADAS sẽ hợp nhất dữ liệu từ các cảm biến khác nhau để cung cấp nhận thức môi trường chính xác và toàn diện hơn. Ví dụ, radar có khả năng đo khoảng cách tốt nhưng khả năng phân biệt hình dạng vật thể còn hạn chế, trong khi camera có khả năng nhận dạng vật thể tốt nhưng đo khoảng cách không chính xác bằng radar. Hợp nhất dữ liệu có thể tận dụng toàn diện dữ liệu từ mỗi cảm biến để bù đắp cho những thiếu sót của chúng.
② Xử lý hình ảnh và công nghệ thị giác máy tính: Hệ thống sử dụng thuật toán xử lý hình ảnh và công nghệ thị giác máy tính để phân tích hình ảnh do camera chụp và xác định thông tin quan trọng như vạch làn đường, biển báo giao thông, người đi bộ và phương tiện.
③ Nhận dạng và theo dõi mục tiêu: Hệ thống xác định các mục tiêu quan trọng (như xe phía trước, người đi bộ, v.v.) và theo dõi đường di chuyển của chúng để dự đoán hành vi và phản ứng phù hợp.
3. Ra quyết định và kiểm soát
① Ra quyết định theo thời gian thực: Dựa trên dữ liệu hợp nhất cảm biến và kết quả nhận dạng mục tiêu, hệ thống ADAS đưa ra quyết định theo thời gian thực thông qua các thuật toán phức tạp và công nghệ trí tuệ nhân tạo. Các quyết định này có thể bao gồm điều chỉnh tốc độ xe, chuyển làn đường, khởi động phanh khẩn cấp, v.v.
② Đầu ra tín hiệu điều khiển: Sau khi hệ thống đưa ra quyết định, nó sẽ gửi tín hiệu điều khiển đến các hệ thống thực hiện của xe như hệ thống lái, hệ thống phanh, điều khiển bướm ga, v.v., thông qua bộ điều khiển điện tử (ECU) để thực hiện các hoạt động tương ứng.
③ Thực hiện các chức năng hỗ trợ người lái: Dựa trên quyết định của hệ thống, các chức năng ADAS (như kiểm soát hành trình thích ứng, phanh khẩn cấp tự động, hỗ trợ giữ làn đường, v.v.) sẽ được kích hoạt để giúp người lái duy trì lái xe an toàn.
4. Phản hồi và tương tác giữa người và máy, HMI
Hiển thị thông tin và cảnh báo: Hệ thống ADAS sẽ cung cấp thông tin quan trọng về môi trường, trạng thái hệ thống và thông tin cảnh báo cho người lái thông qua giao diện người-máy (như bảng điều khiển, màn hình hiển thị thông tin trên kính chắn gió, màn hình cảm ứng, v.v.). Ví dụ, nếu phát hiện nguy cơ va chạm tiềm ẩn, hệ thống sẽ cảnh báo người lái bằng âm thanh, hình ảnh hoặc cảm ứng.
5. Giám sát và học tập hệ thống
① Thích ứng và Học hỏi: Một số hệ thống ADAS tiên tiến có khả năng học hỏi, có thể tối ưu hóa hiệu suất bằng cách liên tục theo dõi hành vi của người lái và các thay đổi của môi trường. Ví dụ, hệ thống có thể điều chỉnh mức độ cảnh báo hoặc các điều kiện kích hoạt hỗ trợ lái xe dựa trên thói quen của người lái.
② Chẩn đoán lỗi và cơ chế an toàn: Hệ thống ADAS liên tục theo dõi trạng thái hoạt động và phát hiện lỗi cảm biến hoặc bộ truyền động. Khi phát hiện bất thường, hệ thống sẽ kích hoạt cơ chế dự phòng hoặc cảnh báo người lái để đảm bảo an toàn khi lái xe.
6. Tích hợp hệ thống và điều khiển xe
Tích hợp với các hệ thống khác trên xe: Hệ thống ADAS thường được tích hợp chặt chẽ với các hệ thống điều khiển khác trên xe (như điều khiển công suất, điều khiển phanh, điều khiển lái, v.v.). Thông qua mạng lưới xe (như bus CAN hoặc Ethernet), hệ thống ADAS có thể nhanh chóng trao đổi thông tin với các hệ thống con khác của xe để đạt được sự phối hợp tổng thể.
Tóm lại, nguyên lý hoạt động của hệ thống ADAS là một quy trình xử lý dữ liệu đa cảm biến phức tạp và điều khiển thời gian thực. Thông qua nhận thức môi trường, xử lý và tổng hợp dữ liệu, ra quyết định và điều khiển theo thời gian thực, hệ thống ADAS có thể cung cấp nhiều chức năng hỗ trợ lái xe khác nhau, giúp cải thiện sự an toàn và thoải mái khi lái xe. Giao diện tương tác giữa người và máy tính đảm bảo người lái có thể nắm bắt trạng thái hệ thống bất cứ lúc nào và can thiệp khi cần thiết.
Phân loại chức năng của hệ thống ADAS bao gồm nhiều chức năng hỗ trợ lái xe và tăng cường an toàn, nhằm mục đích cải thiện sự an toàn, sự thoải mái và tiện lợi khi lái xe. Sau đây là các phân loại chức năng chính của hệ thống ADAS:
1. Chức năng hỗ trợ lái xe
① Hệ thống Kiểm soát Hành trình Thích ứng (ACC): Tự động điều chỉnh tốc độ xe để duy trì khoảng cách an toàn với xe phía trước. Thích hợp cho việc lái xe trên đường cao tốc, giảm thiểu tình trạng mệt mỏi cho người lái sau nhiều giờ lái xe.
② Hỗ trợ giữ làn đường (LKA): Tự động điều chỉnh vô lăng để giúp xe giữ ở giữa làn đường và ngăn xe vô tình rời khỏi làn đường.
③ Cảnh báo chệch làn đường (LDW): Cảnh báo được đưa ra khi xe sắp rời khỏi làn đường, nhắc nhở người lái xe điều chỉnh hướng đi.
④ Nhận dạng biển báo giao thông (TSR): Nhận dạng các biển báo giao thông trên đường như giới hạn tốc độ, cấm vào, v.v. và nhắc nhở người lái xe tuân thủ.
⑤ Hỗ trợ đỗ xe: Giúp người lái tự động đỗ xe. Hệ thống phát hiện chỗ đỗ xe thông qua các cảm biến và điều khiển vô lăng cùng tốc độ để thực hiện thao tác đỗ xe.
2. Cải tiến bảo mật
① Phanh khẩn cấp tự động (AEB): Khi phát hiện va chạm sắp xảy ra, hệ thống sẽ tự động phanh để tránh hoặc giảm thiểu va chạm.
② Hệ thống giám sát điểm mù (BSM): Khi có phương tiện khác nằm trong điểm mù của xe, hệ thống sẽ cảnh báo người lái xe bằng tín hiệu hình ảnh hoặc âm thanh để tránh va chạm bên hông.
③ Cảnh báo va chạm phía trước (FCW): Khi phát hiện xe phía trước ở quá gần hoặc có nguy cơ va chạm, hệ thống sẽ phát tín hiệu cảnh báo để nhắc nhở người lái xe có biện pháp xử lý.
④ Cảnh báo phương tiện cắt ngang phía sau (RCTA): Khi lùi xe, hệ thống sẽ phát hiện xem có phương tiện nào di chuyển ngang bên trái và bên phải xe hay không và đưa ra cảnh báo để tránh va chạm.
⑤ Phát hiện buồn ngủ của tài xế: Bằng cách theo dõi biểu cảm khuôn mặt hoặc hành vi lái xe của tài xế, nó có thể xác định xem tài xế có mệt mỏi hay không và nhắc nhở họ nghỉ ngơi.
3. Chức năng điều khiển thông minh
① Hệ thống hỗ trợ đèn pha thích ứng (AHBA): Tự động điều chỉnh đèn pha để phù hợp với điều kiện đường sá và giao thông, giúp tránh làm chói mắt người đi ngược chiều đồng thời đảm bảo khả năng chiếu sáng tối ưu.
② Hỗ trợ chuyển làn đường (LCA): Khi người lái xe có ý định chuyển làn đường, hệ thống sẽ kiểm tra xem có phương tiện nào nằm trong điểm mù hoặc đang tiến lại gần nhanh hay không để đảm bảo chuyển làn đường an toàn.
③ Hỗ trợ kẹt xe (TJA): Khi kẹt xe ở tốc độ thấp, hệ thống sẽ tự động điều khiển các thao tác tăng tốc, phanh và đánh lái để giảm bớt căng thẳng cho người lái.
4. Chức năng hỗ trợ đỗ xe
① Hệ thống quan sát xung quanh 360 độ: Cung cấp góc nhìn toàn cảnh xung quanh xe để giúp người lái đỗ xe hoặc lùi xe trong không gian chật hẹp.
② Cảnh báo va chạm phía trước và phía sau: Khi có chướng ngại vật phía trước hoặc phía sau xe, hệ thống sẽ đưa ra cảnh báo để tránh va chạm khi lái xe ở tốc độ thấp hoặc đỗ xe.
5. Hỗ trợ lái xe ban đêm
① Hệ thống quan sát ban đêm: Sử dụng camera hồng ngoại để phát hiện người đi bộ, động vật và phương tiện trên đường phía trước vào ban đêm hoặc trong điều kiện tầm nhìn hạn chế và cảnh báo người lái xe trên màn hình.
② Đèn pha tự động (AHB): Tự động chuyển đổi giữa đèn pha và đèn cốt tùy theo điều kiện đường xá và đèn của xe ngược chiều, nâng cao độ an toàn khi lái xe ban đêm.
6. Tránh chướng ngại vật và dẫn đường
① Hỗ trợ tránh chướng ngại vật: Khi phát hiện chướng ngại vật phía trước, hệ thống sẽ cung cấp hướng dẫn đường đi để giúp người lái tránh chướng ngại vật.
② Hỗ trợ giữ làn đường: Hệ thống giúp xe duy trì đường lái lý tưởng trong điều kiện đường xá phức tạp và giảm nguy cơ vận hành sai.
Các danh mục chức năng này bao gồm các khả năng chính của hệ thống ADAS, giúp người lái điều khiển phương tiện an toàn và dễ dàng hơn trong nhiều điều kiện lái xe khác nhau. Với sự phát triển của công nghệ, chức năng của hệ thống ADAS không ngừng được mở rộng và nâng cấp.
Khi hệ thống ADAS phát triển, ngày càng nhiều nhà sản xuất ô tô và công ty công nghệ bắt đầu áp dụng chúng vào nhiều loại xe khác nhau để cải thiện sự an toàn khi lái xe và trải nghiệm người dùng. Sau đây là các lĩnh vực ứng dụng và một số trường hợp thực tế của hệ thống ADAS:
1. Ứng dụng trong xe ô tô chở khách
① Kiểm soát hành trình thích ứng (ACC) và Hỗ trợ giữ làn đường:
Trường hợp: Hệ thống Autopilot của Tesla là một ứng dụng điển hình. Hệ thống có thể tự động điều chỉnh tốc độ trên đường cao tốc và giữ xe ở giữa làn đường, giảm đáng kể áp lực lái xe đường dài.
② Phanh khẩn cấp tự động (AEB)
Trường hợp: Hệ thống AEB của Volkswagen phát hiện chướng ngại vật phía trước và tự động phanh khi sắp xảy ra va chạm. Hệ thống này đã được sử dụng rộng rãi trên nhiều mẫu xe và đã giảm đáng kể tỷ lệ va chạm từ phía sau ở tốc độ thấp.
③ Hệ thống giám sát điểm mù (BSM) và cảnh báo phương tiện cắt ngang phía sau (RCTA)
Trường hợp: Hệ thống Safety Sense của Toyota tích hợp chức năng BSM và RCTA để tăng cường an toàn khi chuyển làn và lùi xe, giảm nguy cơ điểm mù khi lái xe.
2. Ứng dụng trong xe thương mại
① Hệ thống hỗ trợ tắc đường (TJA) và theo dõi tình trạng mệt mỏi:
Trường hợp: Dòng xe tải của Daimler đã giới thiệu hệ thống hỗ trợ tắc đường và theo dõi tình trạng mệt mỏi để giúp tài xế vận chuyển hàng hóa đường dài luôn tỉnh táo và an toàn khi tắc đường hoặc lái xe đường dài.
② Hệ thống hình ảnh toàn cảnh 360 độ và hỗ trợ đỗ xe tự động:
Trường hợp: Xe tải Volvo trang bị cho xe tải hạng nặng hệ thống hình ảnh xung quanh 360 độ và hỗ trợ đỗ xe tự động, giúp xe lớn dễ dàng và an toàn hơn khi vận hành trên các đường phố hẹp và bãi chứa hàng trong thành phố.
3. Ứng dụng trong giao thông công cộng
① Phanh khẩn cấp tự động và phát hiện người đi bộ
Trường hợp: Dự án xe buýt không người lái của Singapore sử dụng hệ thống ADAS tiên tiến, bao gồm chức năng phanh khẩn cấp tự động và phát hiện người đi bộ, để đảm bảo xe có thể tránh va chạm với người đi bộ và các phương tiện khác khi di chuyển trong khu vực đô thị.
4. Ứng dụng các chức năng lái xe tiên tiến
① Lái xe và đỗ xe bán tự động:
Trường hợp: Hệ thống Traffic Jam Pilot của Audi A8 là hệ thống xe sản xuất đầu tiên đạt được khả năng lái xe tự động Cấp độ 3. Trong điều kiện giao thông tốc độ thấp, hệ thống có thể hoàn toàn đảm nhiệm nhiệm vụ lái xe và cung cấp khả năng đỗ xe hoàn toàn tự động khi đỗ xe.
② Hệ thống đèn pha thông minh và tầm nhìn ban đêm:
Trường hợp: Hệ thống đèn pha laser thông minh và tầm nhìn ban đêm của BMW có thể cung cấp tầm nhìn tuyệt vời khi lái xe vào ban đêm, tự động điều chỉnh góc và độ sáng của đèn pha để tránh làm chói mắt các xe ngược chiều và xác định trước các mối nguy hiểm tiềm ẩn trên đường phía trước thông qua camera hồng ngoại.
5. Ứng dụng trong cơ sở hạ tầng đô thị và đường bộ
① Quản lý giao thông thông minh:
Trường hợp: Tại nhiều thành phố châu Âu, công nghệ ADAS đã được tích hợp vào hệ thống quản lý giao thông thông minh. Bằng cách giao tiếp với cơ sở hạ tầng đường bộ, xe cộ có thể nhận được thông tin như trạng thái đèn giao thông, thông tin giới hạn tốc độ và các tuyến đường bị đóng trước, từ đó tối ưu hóa lộ trình lái xe và giảm thiểu tai nạn giao thông.
6. Ứng dụng trong môi trường đặc biệt
① Hỗ trợ lái xe trong thời tiết xấu
Trường hợp: Ford đã bổ sung các chức năng ADAS được thiết kế cho các điều kiện đường xá đặc biệt như tuyết, bùn và sa mạc cho các mẫu xe F-150. Tính năng này cải thiện độ an toàn khi lái xe và độ ổn định của xe bằng cách điều chỉnh động lực học của xe và theo dõi tình trạng đường xá theo thời gian thực.
② Hỗ trợ lái xe địa hình:
Trường hợp: Hệ thống Terrain Response của Land Rover có thể tự động điều chỉnh hệ thống treo, lái và kiểm soát lực kéo của xe theo các địa hình khác nhau để mang lại trải nghiệm lái xe địa hình tốt nhất.
Return
VIEW All