Nghiên cứu, thiết kế thiết bị chống ngủ gật cho lái xe ô tô.

- Nông Quang Huy NGHIÊN CỨU, THIẾT KẾ THIẾT BỊ CHỐNG NGỦ GẬT CHO LÁI XE Ô TÔ Chuyên ngành: Kỹ Thuật Truyền Thông LUẬN VĂN THẠC SĨ KHOA HỌC KỸ THUẬT TRUYỀN THÔNG NGƢỜI HƢỚNG DẪN KHOA HỌC: TS.
- Đề tài luận văn: “Nghiên cứu, thiết kế thiết bị chống ngủ gật cho lái xe ô tô” Ngƣời hƣớng dẫn khoa học: TS.
- Thực trạng tai nạn giao thông do mệt mỏi khi lái xe.
- Nguyên nhân dẫn đến tai nạn khi lái xe mệt mỏi.
- Tự nhận thức của lái xe.
- Giáo dục nhận thức cho lái xe.
- Cách thức xác định biểu hiện mệt mỏi của lái xe khi bắt đầu lái xe.
- Sử dụng trắc nghiệm nhanh xác định trạng thái tỉnh táo của lái xe.
- Cách thức phát hiện điều kiện và mức độ làm việc của lái xe.
- 79 5 DANH MỤC CÁC BẢNG VÀ HÌNH VẼ Hình 1.1: Ngủ gật khi đang lái xe và hậu quả.
- 11 Hình 1.2: Mẫu phiếu thu thập thông tin của các lái xe.
- 13 Hình 1.3: Biểu đồ đối tƣợng thông kê và tỷ lệ trả lời có buồn ngủ khi lái xe.
- 40 Hình 2.5: Các loại tín hiệu dùng để cảnh báo cho lái xe.
- 74 7 DANH MỤC CÁC TỪ VIẾT TẮT ASP AntiSleepPilot (Chỉ dẫn chống ngủ gật) GPS Global Positioning System (Hệ thống định vị toàn cầu) DGPS Differential Global Positioning System (Hệ thống Định vị Toàn cầu vi sai) UART Universal Asynchronous Receiver/Transmitter (Bộ truyền/nhận không đồng bộ) NMEA National Marine Electronics Association (Hiệp hội điện tử hàng hải quốc gia) RMC Recommended Minimum Data for GPS MCU Microcontroller (Vi điều khiển – VĐK) 8 LỜI NÓI ĐẦU Ngủ gật trong khi đang lái xe là một nguyên nhân dẫn đến nhiều tai nạn giao thông nghiêm trọng.
- Các kết quả thu đƣợc là cơ sở đánh giá hiện trạng, và là cơ sở để đề ra các giải pháp nhằm hạn chế các tai nạn liên quan đến tình trạng ngủ gật khi đang lái xe.
- Các thiết bị này cho phép xác định trạng thái của ngƣời đang điều khiển xe, và sau đó đƣa ra các cảnh báo đối với ngƣời điều khiển phƣơng tiện, để lái xe có thể đƣa ra quyết định nhằm tránh các tai nạn đáng tiếc xảy ra với phƣơng tiện, bản thân và những ngƣời xung quanh.
- Tác giả và nhóm nghiên cứu của đề tài này đề xuất một thiết bị giúp hạn chế phần nào các tai nạn liên quan đến tình trạng buồn ngủ khi lái xe mà có thể ứng dụng trong điều kiện thực tế ở Việt Nam hiện nay và cũng góp phần thúc đẩy các nghiên cứu về các vấn đề liên quan.
- Thứ hai là xác định nguyên nhân dẫn đến tai nạn khi lái xe mệt mỏi và buồn ngủ, đặc điểm của các tai nạn loại này.
- Chúng sẽ là cơ sở khi đề xuất giải pháp phát hiện khả năng buồn ngủ của lái xe để đƣa ra tín hiệu cảnh báo một cách hiệu quả.
- Thứ ba là giới thiệu các giải pháp hiện có để hạn chế hậu quả của các tai nạn do lái xe mệt mỏi và buồn ngủ.
- Cuối cùng là dựa trên các thông tin về thực trạng, nguyên nhân và các giải pháp hiện có, tác giả đề xuất cấu hình cần có của thiết bị chống ngủ gật cho lái xe.
- Để phù hợp với điều kiện hiện tại của Việt Nam, thiết bị đƣợc đề xuất trong nghiên cứu này đƣợc phát triển dựa trên việc áp dụng các công nghệ mới, kế thừa các ƣu điểm của các giải pháp chống buồn ngủ cho lái xe hiện có, và hạn chế các nhƣợc điểm của các thiết bị đã thƣơng mại.
- Thực trạng tai nạn giao thông do mệt mỏi khi lái xe Hiện tƣợng ngủ gật khi đang lái xe là hiện tƣợng phổ biến thƣờng gặp ở ngƣời lái xe, không phân biệt chủng tộc, độ tuổi, giới tính, nghề nghiệp, lái xe tác giả hay làm nghề lái xe,… Do mức độ nghiên trọng và thƣờng xuyên của các tại nạn loại này, nên các thông tin về các tai nạn liên quan đến ngủ gật rất nhiều.
- Điều này có thể thấy khi chúng ta chỉ cần gõ từ khóa tìm kiếm “Lái xe ngủ gật gây tai nạn nghiêm trọng” chúng ta có đƣợc rất nhiều kết quả trả về kết quả có liên quan trong 0,33 giây), trong đó có những thông tin số liệu rất mới.
- Hình 1.1: Ngủ gật khi đang lái xe và hậu quả Ở các nƣớc tiên tiến, hàng năm có rất nhiều nghiên cứu, thăm dò về tình trạng này đƣợc thực hiện.
- 23% báo cáo rằng họ đã có ngủ gục khi đang lái xe nhƣng không bị tai nạn, 3% cho biết họ đã ngủ khi đang lái xe và bị tai nạn.
- Ở Anh, 29% số ngƣời trả lời một cuộc điều tra thƣ điện tử thông báo rằng họ đã cảm thấy mơ màng trong khi lái xe.
- Trong quá trình thực hiện đề tài, tác giả cùng các cộng tác viên đã thực hiện một số khảo sát nhanh đối với hơn 100 ngƣời thƣờng xuyên lái xe, và gần nhƣ toàn bộ những ngƣời đƣợc hỏi nói rằng họ đã từng cảm thấy buồn ngủ khi đang lái xe.
- Trong số này thì những ngƣời làm nghề lái xe thƣờng gặp vấn đề này nhiều hơn so với những ngƣời lái xe tác giả.
- Họ cũng cho biết nhiều lái xe chở hàng trẻ tuổi có thể phải sử dụng các chất kích thích gây nghiện nhƣ ma túy để tạo ra 13 trạng thái tỉnh táo khi lái xe vào ban đêm.
- Hình 1.2: Mẫu phiếu thu thập thông tin của các lái xe Các số liệu thu nhận đƣợc: Hình 1.3: Biểu đồ đối tƣợng thông kê và tỷ lệ trả lời có buồn ngủ khi lái xe 14 1.2.
- Nguyên nhân dẫn đến tai nạn khi lái xe mệt mỏi Mệt mỏi đẫn đến buồn ngủ là một phản xạ tự nhiên của cơ thể, và sẽ không có bất cứ vấn đề gì nghiêm trọng có thể xảy ra, trừ trƣờng hợp chúng ta buồn ngủ khi đang làm việc, đặc biệt là đang lái xe.
- Buồn ngủ khi đang lái xe sẽ dẫn đến ngủ gật.
- Lái xe không kịp phản xạ để tránh tình huống nguy hiểm khi tới gần chƣớng ngại vật hoặc phƣơng tiện giao thông khác.
- Những nguyên nhân gây ra buồn ngủ khi lái xe bao gồm.
- Mệt mỏi do mức độ và điều kiện lái xe (thời gian lái xe, thời điểm lái xe, môi trƣờng xung quanh.
- Lái xe là công việc nặng nhọc, dù cơ bắp không vận động nhiều nhƣng mắt và một số giác quan luôn trong trạng thái tập trung cao độ.
- Qua quan sát của các nhà nghiên cứu, đƣợc công bố trong một số tài liệu, thấy rằng: bữa ăn no, phòng ấm, bài giảng nhàm chán và công việc đơn điệu của việc lái xe ô tô đƣờng trƣờng có thể làm cho chúng ta có cảm giác buồn ngủ.
- Đối với lái xe, buồn ngủ và mệt mỏi có ảnh hƣởng lớn đến sự chú ý tới đƣờng đi và các yêu cầu giao thông, điều này dẫn đến suy giảm chất lƣợng hoạt động, mất an toàn khi lái xe.
- Trong trƣờng hợp lái xe buồn ngủ, thì việc lái xe càng làm họ buồn ngủ hơn, nhƣng các lái xe thƣờng không tự ý thức phải dừng lái xe khi đã ở trong trạng thái này.
- Các tai nạn liên quan đến mệt mỏi và buồn ngủ khi lái xe có đặc điểm chung là: 17  Thƣờng xảy ra vào ban đêm hoặc vào buổi chiều 13h00 – 15h30 là khoảng thời gian khi cơ thể có xu hƣớng ngủ tự nhiên, có khoảng thời gian lái xe liên tục không nghỉ ngơi dài (từ 2 giờ đến 4 giờ liên tục.
- Thƣờng liên quan đến việc lái xe trên các quãng đƣờng vắng, lái xe với tốc độ cao, và có khả năng dẫn đến chấn thƣơng nghiêm trọng.
- Thƣờng xảy ra với những lái xe không có khả năng làm chủ bản thân khi bắt đầu lái xe.
- Các lái xe có biểu hiện mệt mỏi, buồn ngủ, không tỉnh táo, nôn nóng muốn hoàn thành sớm công việc để nghỉ ngơi.
- Lái xe có tuổi đời trẻ khoảng từ 16 đến 29 tuổi.
- Tự nhận thức của lái xe Quỹ AAA và đại học Iowa đã đúc kết và đƣa ra 10 cách để giúp tài xế thoát khỏi tình trạng ngủ gật và lái xe an toàn [3.
- 18  Trƣớc khi lái xe đƣờng trƣờng nên ngủ đủ giấc, ít nhất là 6 tiếng hoặc hơn.
- Không nên làm việc cả ngày rồi lái xe cả đêm.
- Nên lái xe những lúc bạn tỉnh táo và nghỉ đêm thay vì lái xe thông cả ngày lẫn đêm.
- Nên tránh lái xe vào những thời điểm dễ gây buồn ngủ nhƣ giữa trƣa và từ giữa đêm đến sáng.
- Nên tránh sử dụng các loại thuốc gây buồn ngủ nhƣ thuốc chống dị ứng, thuốc cảm cúm khi định lái xe.
- Khi lái xe đƣờng trƣờng một mình nên vặn to đài, thỉnh thoảng thay đổi chƣơng trình để chống lại cơn buồn ngủ.
- Giáo dục nhận thức cho lái xe Các biện pháp để giải quyết vấn đề mất an toàn liên quan đến tính trạng mất tập trung và buồn ngủ khi lái xe bao gồm.
- Nâng cao nhận thức về vấn đề này cảnh báo về sự nguy hiểm đối với lái xe và những ngƣời xung quanh khi lái buồn ngủ và mất tấp trung với hy vọng giảm số lƣợng ngƣời vi phạm.
- Tăng tính răn đe của hệ thống luật pháp và quá trình thực thi luật pháp đối với hành vi mất tập trung hay buồn ngủ khi đang lái xe.
- Tạo ra các phƣơng tiện và phƣơng pháp giúp hạn chế và cảnh báo tình trạng ngủ gật khi lái xe cho lái xe.
- Sử dụng các thiết bị hỗ trợ Để hạn chế các tai nạn gây ra do ngủ gật khi lái xe, một số hãng sản xuất ô tô và các công ty chế tạo thiết bị đã đƣa ra một số thiết bị kỹ thuật, nhằm cảnh báo lái xe khi lái xe có hiện tƣợng ngủ gật.
- Dòng thiết bị đơn giản Một số lái xe cho biết họ có thể chống buồn ngủ hiệu quả với thiết bị chống ngủ gật có cấu trúc cơ bản nhƣ hình 1.4.
- Dòng thiết bị cao cấp Việc không tập trung hay tập trung quá mức khi lái xe cũng đều có thể gây mất an toàn cho xe, vì vậy Ford đã nghiên cứu hệ thống để giúp lái xe luôn duy trì trạng thái tập trung ở mức độ thích hợp bằng cách đƣa ra các cảnh báo khi lái xe mất tập trung.
- Các cảm biến khác nhƣ cảm biến vị trí bƣớm ga, góc lái đƣợc sử dụng để xác định phản ứng của lái xe và cảnh báo về những điều kiện mà các cảm biến này phát hiện đƣợc.
- Hình 1.5: Các thành phần trong hệ thống chống ngủ gật của Ford Giống nhƣ các thiết bị đƣợc trang bị cho phòng tập thể dục, các cảm biến đƣợc đặt tại vô lăng để theo dõi sự thay đổi nhịp tim còn các cảm biến hồng ngoại đƣợc sử dụng để theo dõi nhiệt độ trên khuôn mặt và lòng bàn tay của lái xe.
- Tất cả các thông tin từ các cảm biến này sẽ đƣợc đƣa vào máy tính xử lý để 22 phân tích và đƣa ra cảnh báo cho lái xe ở mức độ thích hợp.
- Các thiết bị chống ngủ gật cho lái xe ô tô từ đơn giản đến phức tạp có mặt hiện nay, đều đã ít nhiều chứng tỏ đƣợc các ƣu điểm khi ứng dụng trong một phạm vi nào đó.
- Thiết bị chống ngủ gật cho lái xe cần có các tính năng cơ bản sau.
- Có khả năng phát hiện biểu hiện, điều kiện gây ngủ gật khi lái xe.
- Phát hiện biểu hiện không tỉnh táo, mệt mỏi của lái xe.
- Thời điểm đang lái xe, đây là thông tin liên quan đến ngƣỡng xác định mức độ mệt mỏi của lái xe.
- Ví dụ khi lái xe vào lúc cơ thể có xu hƣớng nghỉ thì lái xe sớm mệt mỏi hơn.
- Quãng đƣờng và thời gian lái xe liên tục.
- Lái xe thƣờng mệt mỏi dẫn đến buồn ngủ khi lái xe liên tục trong khoảng thời gian hơn 2 giờ, hoặc quãng đƣờng 200 Km, cần có tín hiệu nhắc nhở họ dừng lại để nghỉ.
- Kết luận: Qua nghiên cứu tài liệu và thực tế tác giả thấy rằng ngủ gật trong khi lái xe là một vấn đề hết sức nghiêm trọng cần giải quyết.
- Do vậy, cần phải có các thiết bị có thể xác định đƣợc các điều kiện buồn ngủ và đƣa ra các cảnh báo phù hợp với điều kiện xác định đƣợc, từ đó tạo ra hiệu quả cho các cảnh báo chống ngủ gật cho lái xe.
- Bƣớc 1: Phát hiện biểu hiện mệt mỏi của lái xe khi bắt đầu làm việc.
- Cách thức xác định biểu hiện mệt mỏi của lái xe khi bắt đầu lái xe 2.1.1.
- Một số vấn đền cần giải quyết Cách để xác định trạng thái tỉnh táo của lái xe khi đang lái xe thƣờng dựa vào các biểu hiện của cơ thể khi rơi vào trạng thái buồn ngủ, các biểu hiện này khác biệt với trạng thái bình thƣờng.
- hoặc phải dùng các công cụ phức tạp để nhận dạng trạng thái của cơ thể, ví dụ nhƣ dùng phần mềm nhận dạng ảnh để xác định vận tốc chớp mắt của lái xe, từ đó suy ra ngƣời lái xe đó có buồn ngủ hay không.
- Sử dụng trắc nghiệm nhanh xác định trạng thái tỉnh táo của lái xe Phƣơng pháp này có thể mô tả đơn giản nhƣ sau: Thiết bị sẽ đƣa ra yêu cầu lái xe tƣơng tác với chính thiết bị này trong khoảng thời gian ngẫu nhiên, để chứng tỏ rằng lái xe vẫn đủ tỉnh táo lái xe.
- Khi đó, lái xe sẽ phải chạm vào thiết bị chống ngủ gật khi có yêu cầu.
- Phụ thuộc vào thời gian trả lời yêu cầu và sau khi phân tích dữ liệu trƣớc đó, hệ thống sẽ biết khi nào lái xe cần nghỉ ngơi là hợp lý nhất.
- Mà ASP chỉ cần sự tƣơng tác lý tính với lái xe mỗi khi có thông điệp đƣợc truyền đi.
- Cách thức phát hiện điều kiện và mức độ làm việc của lái xe 2.2.1.
- Một số vấn đề cần giải quyết Nhƣ đã nói ở trên, một trong ba bƣớc là quan trọng của giải pháp đó là phát hiện điều kiện gây ra ngủ gật cho lái xe.
- Nhƣ trong phần I của luận văn này đã đề cập về điều kiện gây buồn ngủ cho lái xe nhƣ.
- Mệt mỏi do điều kiện lái xe, gây ra bởi: o Lái xe vào ban đêm (2h00 – 6h00) hoặc vào buổi chiều (13h00 – 15h30) là khoảng thời gian khi cơ thể có xu hƣớng ngủ tự nhiên.
- o Lái xe liên tục trong khoảng thời gian 2 giờ hoặc quãng đƣờng lái xe đạt tới 200 – 250 km.
- o Lái xe trên các quãng đƣờng vắng, thẳng, tốc độ lái xe ít thay đổi.
- o … Nhƣ vậy, để xác định điều kiện buồn ngủ của lái xe chúng ta có thể xác định các tham số nhƣ: thể trạng của lái xe trƣớc và trong khi lái xe, lịch trình làm việc trong tuần, thời điểm lái xe, thời gian lái xe, quãng đƣờng lái xe, điều kiện con đƣờng xe đang di chuyển,… Có nhiều giải pháp khác nhau để xác định các tham số đó.
- Nhƣ để xác định thể trạng của lái xe bằng cách sử dụng các thiết bị đo thông số cơ thể (nhiệt độ, nhịp tuần hoàn, nhịp thở, sóng điện não – EEG.
- Hoặc để xác định lịch trình thì dựa vào bảng thống kê thời gian làm việc của lái xe trong tuần, để từ đó xác định mức độ vất vả đã đƣợc tích tụ và tình trạng thiếu ngủ của lái xe… Tuy nhiên, cần phải lựa chọn các giải pháp phù hợp để ứng dụng trong sản phẩm, nhƣ phải căn cứ vào các yếu tố.
- Độ bền của thiết bị khi ứng dụng trong điều kiện thực tế, 31  Mức độ tƣơng thích với xe và lái xe.
- Chình vì vậy, các giải pháp nhƣ xác định thể trạng của lái xe bằng cách sử dụng các thiết bị đo thông số cơ thể khó có thể ứng dụng trong điều kiện thực tế hiện nay, giải pháp rất phức tạp khi ứng dụng, mức độ tƣơng thích với xe và tài xế kém, giải pháp này chỉ phù hợp với dòng xe hạng sang và lái xe tác giả,… Việc xác định đƣợc tất cả các điều kiện có thể gây buồn ngủ khi lái xe là mục tiêu lý tƣởng của các thiết bị loại này.
- Thời điểm lái xe.
- Quãng đƣờng lái xe liên tục.
- Thời gian lái xe liên tục không nghỉ.
- Có thể sử dụng đồng hồ thời gian thực và vận tốc/gia tốc kế để xác định chính xác thời điểm lái xe, quãng đƣờng/thời gian lái xe liên tục và mức độ ổn định tốc độ khi lái xe bằng cách xác định trạng thái chuyển động của xe theo thời gian, quãng đƣờng và độ ổn định vận tốc.
- Quãng đường/thời gian lái xe liên tục tính từ mốc xe bắt đầu chuyển động tới thời điểm hiện tại (xe đang chuyển động chưa nghỉ), nếu quãng đường/thời gian đạt tới giới hạn 200Km hoặc hơn 2 giờ thì thỏa mãn điều kiện gây buồn ngủ.
- Và cảnh báo tới khi nào lái xe ấn nút xác nhận tỉnh táo, nếu không ấn nút sau một khoảng thời gian cố định 10s, thiết bị tự động tăng mức cảnh báo từ mức 0 lên tới mức 7.
- Nghỉ quá 20 phút đƣợc coi là tỉnh táo, tham số này có thể thay đổi theo điều kiện thực tế của lái xe.
- So sánh với các ngƣỡng giới hạn để xác định lại trạng thái hoạt động của lái xe.
- Nếu đặt thiết bị trên xe (gần kính chắn của xe) thì thời gian đồng bộ khoảng 2 – 5 phút, có thể nhanh hơn, tuỳ theo việc lái xe trong đô thị hay ngoài đƣờng thoáng không có nhà cao tầng

Xem thử không khả dụng, vui lòng xem tại trang nguồn
hoặc xem Tóm tắt