BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO
TRƯỜNG ĐẠI HỌC SƯ PHẠM KỸ THUẬT
THÀNH PHỐ HỒ CHÍ MINH

LUẬN VĂN THẠC SĨ
NGUYỄN THIỆN DINH

NGHIÊN CỨU & MÔ PHỎNG HỆ THỐNG ĐÈN CHIẾU
SÁNG THÔNG MINH ỨNG DỤNG TRÊN Ơ TƠ

NGÀNH: KỸ THUẬT CƠ KHÍ ĐỘNG LỰC - 8520116

SKC007255

Tp. Hồ Chí Minh, tháng 04/2021


BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO
TRƯỜNG ĐẠI HỌC SƯ PHẠM KỸ THUẬT
THÀNH PHỐ HỒ CHÍ MINH

LUẬN VĂN THẠC SĨ
NGUYỄN THIỆN DINH

NGHIÊN CỨU & MÔ PHỎNG HỆ THỐNG
ĐÈN CHIẾU SÁNG THÔNG MINH ỨNG DỤNG TRÊN Ơ TƠ

NGÀNH: KỸ THUẬT CƠ KHÍ ĐỘNG LỰC - 8520116

Tp. Hồ Chí Minh, tháng 4/2021

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO
TRƯỜNG ĐẠI HỌC SƯ PHẠM KỸ THUẬT
THÀNH PHỐ HỒ CHÍ MINH

LUẬN VĂN THẠC SĨ
NGUYỄN THIỆN DINH

NGHIÊN CỨU & MÔ PHỎNG HỆ THỐNG
ĐÈN CHIẾU SÁNG THÔNG MINH ỨNG DỤNG TRÊN Ơ TƠ

NGÀNH: KỸ THUẬT CƠ KHÍ ĐỘNG LỰC - 8520116
Hướng dẫn khoa học:
TS. NGUYỄN VĂN LONG GIANG

Tp. Hồ Chí Minh, tháng 4/2021


QUYẾT ĐỊNH GIAO ĐỀ TÀI

i


BIÊN BẢN CHẤM CỦA HỘI ĐỒNG

ii


NHẬN XÉT CỦA PHẢN BIỆN 1


iii


iv


v


NHẬN XÉT CỦA PHẢN BIỆN 2

vi


vii


viii


LÝ LỊCH KHOA HỌC
I. LÝ LỊCH SƠ LƯỢC:
Họ & tên: Nguyễn Thiện Dinh
Giới tính: Nam
Ngày, tháng, năm sinh: 26/4/1997
Nơi sinh: Vĩnh Long
Quê quán: Thanh Đức – Long Hồ - Vĩnh Long
Dân tộc: Kinh
Chức vụ, đơn vị công tác trước khi học tập, nghiên cứu: Kỹ sư – Công ty TNHH
Robert Bosch Engineering and Business Solutions Việt Nam

Chỗ ở riêng hoặc địa chỉ liên lạc: 7/23, đường 14, phường Linh Chiểu, thành phố
Thủ Đức, thành phố Hồ Chí Minh
Điện thoại cơ quan:
Điện thoại nhà riêng: 0353040909
Fax:
E-mail:
II. QUÁ TRÌNH ĐÀO TẠO:
1. Trung học chuyên nghiệp:
Hệ đào tạo:
Thời gian đào tạo từ ……/…… đến ……/ ……
Nơi học (trường, thành phố):
Ngành học:
2. Đại học:
Hệ đào tạo: Chính quy
Thời gian đào tạo từ 09/2015 đến 10/2019
Nơi học (trường, thành phố): Trường Đại học Sư phạm Kỹ thuật thành phố Hồ Chí
Minh, thành phố Hồ Chí Minh
Ngành học: Cơng nghệ Kỹ thuật Ơ tơ
Tên đồ án, luận án hoặc môn thi tốt nghiệp: Nghiên cứu hệ thống đèn chiếu sáng
thông minh ứng dụng trên ô tô
Ngày & nơi bảo vệ đồ án, luận án hoặc thi tốt nghiệp: 20/7/2019, tại trường Đại học
Sư phạm Kỹ thuật thành phố Hồ Chí Minh
Người hướng dẫn: GVC. TS. Nguyễn Văn Long Giang
3. Thạc sĩ:
Hệ đào tạo: Chính quy Thời gian đào tạo từ 10/2019 đến 5/2021
Nơi học (trường, thành phố): Trường Đại học Sư phạm Kỹ thuật thành phố Hồ Chí
Minh, thành phố Hồ Chí Minh
Ngành học: Kỹ thuật Cơ khí Động lực
Tên luận văn: Nghiên cứu và mô phỏng hệ thống đèn chiếu sáng thông minh ứng
dụng trên ô tô.

Ngày & nơi bảo vệ luận văn: 09/5/2021, tại trường Đại học Sư phạm Kỹ thuật thành
phố Hồ Chí Minh
Người hướng dẫn: GVC. TS. Nguyễn Văn Long Giang

ix


5. Trình độ ngoại ngữ (biết ngoại ngữ gì, mức độ): Tiếng Anh B1
6. Học vị, học hàm, chức vụ kỹ thuật được chính thức cấp; số bằng, ngày & nơi cấp:
III. Q TRÌNH CƠNG TÁC CHUN MƠN KỂ TỪ KHI TỐT NGHIỆP ĐẠI
HỌC:
Thời gian
3/7/2019 - Nay

Nơi công tác

Công việc đảm nhiệm

Công ty TNHH Robert Bosch
Engineering and Business
Solutions Việt Nam

x

Kỹ sư phần mềm


LỜI CAM ĐOAN
Tơi cam đoan đây là cơng trình nghiên cứu của tôi.
Các số liệu, kết quả nêu trong luận văn là trung thực và chưa từng được ai

công bố trong bất kỳ cơng trình nào khác
Tp. Hồ Chí Minh, ngày … tháng … năm 2021
(Ký tên và ghi rõ họ tên)

xi


LỜI CẢM ƠN
Lời đầu tiên, tôi xin gửi lời cảm ơn chân thành nhất đến quý thầy cô trong Khoa
Cơ khí Động lực và các Khoa bộ mơn của Trường Đại học Sư phạm Kỹ thuật TP. Hồ
Chí Minh đã truyền đạt những kiến thức từ lý thuyết đến thực hành trong khoảng thời
gian tôi học tập tại trường. Với vốn kiến thức mà tơi đã được giảng dạy đó khơng chỉ
là cơ sở để tơi có thể hồn thành việc nghiên cứu và thực hiện luận văn mà còn là
hành trang vô cùng quý báu để tôi bước vào đời một cách tự tin nhất.
Tôi cũng xin được cảm ơn Khoa Cơ khí Động lực và TS. Nguyễn Văn Trạng đã
tư vấn, hỗ trợ tơi trong q trình học tập và nghiên cứu tại trường Đại học Sư phạm
Kỹ thuật TP. Hồ Chí Minh.
Tơi xin gửi lời cảm ơn sâu sắc nhất đến GVC. TS. Nguyễn Văn Long Giang,
người đã trực tiếp hướng dẫn, giúp đỡ tôi trong quá trình học tập, rèn luyện và hướng
dẫn tơi thực hiện đề tài luận văn thạc sĩ này.
Cuối cùng, tơi kính chúc quý thầy cô sức khoẻ và thành công trong sự nghiệp cao
q của mình. Đồng kính chúc Khoa Cơ khí Động lực nói riêng và Trường Đại học
Sư phạm Kỹ thuật TP. Hồ Chí Minh ngày càng phát triển, nâng cao chất lượng đào
tạo sánh vai với các trường đại học danh tiếng trong khu vực và trên thế giới để đào
tạo ra nguồn nhân lực chất lượng phục vụ cho sự phát triển của nước nhà.

xii


TÓM TẮT

Chúng ta đều biết, hệ thống chiếu sáng trên ô tô giữ vai trò như là “đôi mắt” của
người lái xe vào ban đêm, tuy nhiên, hệ thống chiếu sáng (nhất là đèn pha) đôi khi là
nguyên nhân của một số tai nạn giao thơng vì nó khiến cho người lái xe khác bị chói
và mất tầm nhìn. Mục đích của dự án này là nghiên cứu hệ thống chiếu sáng thơng
mình như giúp hỗ trợ tầm nhìn cho người lái xe khi vào cua, giúp chống chói cho các
phương tiện giao thông khác nhưng vẫn đảm bảo được ánh sáng và tầm nhìn cho
người lái xe
Hệ thống sử dụng đèn pha là sự kết hợp của 50 đèn LED (25 đèn LED mỗi bên)
để thực hiện quá trình chiếu sáng và sử dụng phương pháp xử lí ảnh bằng 1 camera
để phát xe ơ tơ khác. Với tính chất của đèn LED thì mỗi đèn LED thành phần sẽ chiếu
sáng 1 vùng sáng nhất định. Hệ thống được thiết kế để nhận đầu vào là vị trí của ô tô
khác bằng phương pháp xử lí ảnh và xử lí tắt lần lượt những đèn LED thành phần ứng
với vị trí của ơ tơ đó, giúp họ khơng bị chói nhưng vẫn đảm bảo độ sáng và tầm nhìn
ở những vị trí khác cho người lái xe. Bên cạnh đó, hệ thống cịn nhận một số tín hiệu
đầu vào khác như: góc lái, tốc độ xe, tín hiệu của đèn báo rẽ; sau đó hệ thống cũng sẽ
điều khiển bật/tắt đèn LED thành phần để tạo được vùng ánh sáng theo góc cua, giúp
người lái xe dễ dàng tập trung quan sát.
Hệ thống có hiệu quả nhất ở những đoạn đường ngoài khu vực dân cư (được sử
dụng headlight) và khơng có đèn đường chiếu sáng. Qua q trình mơ phỏng với
camera hành trình, hệ thống đã đạt được mục đích chống chói mắt, cải thiện ánh sáng
khi vào cua, xử lí tắt mở các đèn LED khá nhanh và có giá trị thực tiễn.

xiii


ABSTRACT
We all know the lighting system in automotive is as important as “The Eyes” of
the driver at night. However, the lighting system (especially headlight) is sometimes
the cause of some traffic accidents because it causes other driver to dazzle and miss
sights. The purpose of this project is to research the intelligent headlight system which

not only anti-dazzle for the other drivers but also ensure the brightness and sights for
the driver.
The system is used the headlight system which is combined 50 LEDs (25 LEDs
each side) to perform the lighting process and uses the image processing method with
a camera to detect the other vehicles position. According to the property of the LED,
each LED illuminate the certain zone. The system is designed to receive the input
which is other vehicle position by image processing method and perform to turn off
the LEDs of that position, so it not only helps to prevent dazzle on other drivers, but
also ensures the brightness and sights in other position for driver. Beside that, the
system receives some signal inputs such as: steering angle, vehicle speed, indicator
signal, after that the system control to turn ON/OFF the LEDs, it helps to create the
brightness corresponding to the angle of the corner, helps the driver focus on
observation.
The system is used effectively in the road outside urban (headlight is used) and
without streetlamps. Through simulate process with a camera, the system has reached
the anti-dazzle purpose, brightness improvement, perform to turn-on/turn-off LEDs
quickly and has practical value.

xiv


MỤC LỤC
QUYẾT ĐỊNH GIAO ĐỀ TÀI ................................................................................ i
BIÊN BẢN CHẤM CỦA HỘI ĐỒNG ................................................................... ii
NHẬN XÉT CỦA PHẢN BIỆN 1 .......................................................................... iii
NHẬN XÉT CỦA PHẢN BIỆN 2 .......................................................................... vi
LÝ LỊCH KHOA HỌC ........................................................................................... ix
LỜI CAM ĐOAN .................................................................................................... xi
LỜI CẢM ƠN ......................................................................................................... xii
TÓM TẮT .............................................................................................................. xiii

ABSTRACT ........................................................................................................... xiv
MỤC LỤC ................................................................................................................xv
DANH MỤC CÁC TỪ VIẾT TẮT .................................................................... xviii
DANH MỤC CÁC BIỂU ĐỒ VÀ HÌNH ẢNH................................................... xix
DANH MỤC CÁC BẢNG BIỂU ......................................................................... xxi
CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN .................................................................................1
1.1. Lý do chọn đề tài ...........................................................................................1
1.2. Tình hình nghiên cứu ....................................................................................2
1.2.1. Trong nước ..............................................................................................2
1.2.2. Ngồi nước ..............................................................................................3
1.3. Mục tiêu đề tài ...............................................................................................5
1.4. Cách tiếp cận .................................................................................................6
1.5. Đối tượng và phạm vi nghiên cứu .................................................................6
1.5.1. Đối tượng nghiên cứu .............................................................................6
1.5.2. Phạm vi nghiên cứu.................................................................................6
1.6. Nội dung nghiên cứu .....................................................................................6
1.7. Phương pháp nghiên cứu ...............................................................................7
1.8. Ý nghĩa khoa học và ý nghĩa thực tiễn ..........................................................7
1.9. Bố cục luận văn .............................................................................................7
CHƯƠNG 2: CƠ SỞ LÝ THUYẾT .....................................................................8
2.1. Giới thiệu chung về đèn LED ........................................................................8

xv


2.1.1. Cấu tạo của đèn LED ..............................................................................8
2.1.2. Nguyên lý hoạt động của đèn LED .........................................................9
2.1.3. Tính chất quang học của đèn LED trên ô tô .........................................12
2.1.4. Ưu điểm của đèn LED ..........................................................................12
2.2. Phương pháp điều khiển các chức năng thông minh của hệ thống chiếu

sáng dùng ma trận LED ......................................................................................15
2.2.1. Chức năng chiếu sáng góc cua tĩnh .......................................................15
2.2.2. Chức năng chiếu sáng góc cua động .....................................................18
2.2.3. Chức năng chống chói cho người điều khiển xe khác ..........................23
2.3. Giới thiệu phương pháp xử lý ảnh trên Matlab GUI ...................................24
2.3.1. Giới thiệu về chức năng GUI của phần mềm Matlab ...........................24
2.3.2. Xử lý ảnh trong Matlab .........................................................................25
2.3.3. Phương pháp xử lí ảnh ánh sáng ...........................................................29
CHƯƠNG 3: XÂY DỰNG MƠ HÌNH MƠ PHỎNG .......................................33
3.1. Cơng cụ mơ phỏng ......................................................................................34
3.2. Giao diện mơ hình mô phỏng ......................................................................36
3.2.1. Khu vực hiển thị ....................................................................................37
3.2.2. Khu vực điều khiển ...............................................................................38
3.2.3. Khu vực xuất kết quả ............................................................................39
3.3. Thiết lập ban đầu và điều kiện biên .............................................................41
CHƯƠNG 4: KẾT QUẢ VÀ ĐÁNH GIÁ .........................................................42
4.1. Chức năng chiếu sáng góc cua tĩnh .............................................................42
4.2. Chức năng chiếu sáng góc cua động ...........................................................44
4.3. Chức năng điều khiển đèn pha chống chói cho người điều khiển xe khác .47
CHƯƠNG 5: KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ .....................................................50
5.1. Kết luận .......................................................................................................50
5.1.1. Kết quả thực hiện ..................................................................................50
5.1.2. Thuận lợi và khó khăn ..........................................................................51
5.2. Kiến nghị .....................................................................................................52
TÀI LIỆU THAM KHẢO ......................................................................................53
PHỤ LỤC .................................................................................................................57

xvi



NỘI DUNG BÀI BÁO .............................................................................................77

xvii


DANH MỤC CÁC TỪ VIẾT TẮT
Từ viết tắt

Từ gốc

COB

Chip On Board

GUI

Graphical User Interface

GUIDE

GUI Development Environment

LED

Light Emitting Diode

SMD

Surface Mounted Device


ADHs

Anti-Dazzle Headlight system

xviii


DANH MỤC CÁC BIỂU ĐỒ VÀ HÌNH ẢNH
Hình 2. 1: Cấu tạo của đèn LED đơn giản [21]..........................................................8
Hình 2. 2: Mô phỏng nguyên lý hoạt động của tinh thể bán dẫn [25]. ....................10
Hình 2. 3: Mạch đèn LED đơn giản [25]. ................................................................10
Hình 2. 4: Các mạch điều khiển đèn LED [25]. .......................................................11
Hình 2. 5: Các phương pháp định hướng ánh sáng trên ơ tơ [25]. ...........................12
Hình 2. 6: Tỉ lệ tiêu hao năng lượng của hệ thống chiếu sáng tín hiệu trên các loại
xe ô tô: (a): Sử dụng đèn Halogen, (b) Sử dụng kết hợp đèn Halogen và đèn LED,
(c) Sử dụng hồn tồn đèn LED. ...............................................................................15
Hình 2. 7: Đèn chiếu sáng góc cua tĩnh khi rẽ trái [28]. ..........................................16
Hình 2. 8: Sơ đồ khối chức năng đèn chiếu sáng góc cua tĩnh. ...............................17
Hình 2. 9: Sự khác biệt của vùng sáng giữa ơ tơ có chức năng đèn chiếu sáng góc
cua động và ơ tơ khơng có [28]. ................................................................................18
Hình 2. 10: Tính tốn góc cua vịng α, β. .................................................................19
Hình 2. 11: Sơ đồ khối chức năng đèn chiếu sáng góc cua động.............................22
Hình 2. 12: Vị trí của camera. ..................................................................................23
Hình 2. 13: Sự phân chia vùng chiếu sáng. ..............................................................23
Hình 2. 14: Sơ đồ khối chức năng điều khiển đèn pha chống chói. .........................24
Hình 2. 15: Ảnh Index [27]. .....................................................................................26
Hình 2. 16: Ảnh Greyscale [27]. ..............................................................................26
Hình 2. 17: Ảnh nhị phân [27]. ................................................................................27
Hình 2. 18: Ảnh RGB [27]. ......................................................................................27
Hình 2. 19: Sơ đồ khối. ............................................................................................29

Hình 2. 20: Hình ảnh thật từ camera. .......................................................................29
Hình 2. 21: Giá trị pixel màu....................................................................................30
Hình 2. 22: Ảnh trắng đen. .......................................................................................30
Hình 2. 23: Ảnh sau khi lọc nhiễu............................................................................31
Hình 2. 24: Giá trị pixel của ảnh trắng đèn. .............................................................31
Hình 2. 25: Ảnh hiển thị đối tượng được xác định. .................................................32
Hình 3. 1: Góc của chùm sáng chính [30]. ...............................................................33
Hình 3. 2: Chia nhỏ chùm sáng chính thành các chùm sáng nhỏ xác định [28]. .....34
Hình 3. 3: Sơ đồ khối hoạt động của một chương trình GUI. ..................................35
Hình 3. 4: Nút nhấn. .................................................................................................36
Hình 3. 5: Thanh trượt. .............................................................................................36
Hình 3. 6: Chuỗi văn bản. ........................................................................................37
Hình 3. 7: Chuỗi văn bản tĩnh. .................................................................................37
Hình 3. 8: Đồ thị/Hình ảnh. ......................................................................................37
Hình 3. 9: Bảng điều khiển.......................................................................................37

xix


Hình 3. 10: Phần Camera View ................................................................................38
Hình 3. 11: Các nút nhấn điều khiển. .......................................................................39
Hình 3. 12: Điều khiển đánh lái. ..............................................................................39
Hình 3. 13: Nhập giá trị tốc độ xe. ...........................................................................39
Hình 3. 14: Phần Frame hiển thị đồ thị. ...................................................................39
Hình 3. 15: Hiển thị giá trị 3 thông số là Light Value, X Axis và Y Axis. ..............40
Hình 3. 16: Hệ thống đèn chiếu sáng trên ô tô trong phần mềm mơ phỏng. ...........40
Hình 3. 17: Phần mềm mơ phỏng sau khi khởi động. ..............................................41
Hình 4. 1: Mơ phỏng chức năng chiếu sáng góc cua tĩnh với tốc độ đầu vào là 25
km/h và mở đèn tín hiệu báo rẽ trái. .........................................................................43
Hình 4. 2: Mơ phỏng chức năng chiếu sáng góc cua tĩnh với tốc độ đầu vào là 40

km/h và mở đèn tín hiệu báo rẽ trái. .........................................................................43
Hình 4. 3: Đồ thị trạng thái đèn chiếu sáng góc cua tĩnh (ON/OFF) theo thời gian.
...................................................................................................................................44
Hình 4. 4: Mơ phỏng chức năng chiếu sáng góc cua động với tốc độ đầu vào là 65
km/h và đánh lái sang trái. ........................................................................................45
Hình 4. 5: Đồ thị giá trị góc đánh lái theo thời gian. ...............................................46
Hình 4. 6: Mơ phỏng chức năng chống chói cho người điều khiển phương tiện
khác. ..........................................................................................................................47
Hình 4. 7: Đồ thị tọa độ theo phương ngang của nguồn sáng theo thời gian...........48

xx


DANH MỤC CÁC BẢNG BIỂU
Bảng 2.1: Bảng so sánh các thông số đặc trưng về chiếu sáng của đèn LED so với
các loại đèn khác…………………………………………………………………12

xxi


CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN
1.1. Lý do chọn đề tài
Theo “Insurance Institute for Highway Safety” [1], Mỹ có đến 30% số ca tử vong
do tai nạn giao thông liên quan đến xe chở khách trong năm 2014, các vụ tai nạn xảy
ra trong bóng tối và điều kiện khơng có ánh sáng; trong khi khảo sát của “National
Household Travel Survey” chỉ ra rằng có đến 10% số chuyến xe chở khách đi du lịch
được thúc đẩy di chuyển từ 21:00 – 6:00. Khả năng quan sát của người lái kém là
nguyên nhân dẫn đến những vụ va chạm vào ban đêm, mặc dù các yếu tố khác như
mệt mỏi, suy giảm khả năng và lái xe quá nhanh so với điều kiện cũng liên quan đến
những vụ va chạm này.

Từ thực trạng trên mà công nghệ chiếu sáng trên ô tô gắn liền với lịch sử phát
triển kéo dài hơn 150 năm của ngành cơng nghiệp ơ tơ. Với vai trị như là “đôi mắt”
của người lái xe vào ban đêm, công nghệ chiếu sáng trên ô tô luôn nhận được sự quan
tâm; đặc biệt, những chức năng tự động và điều khiển thơng mình được nghiên cứu
phát triển ngày càng mạnh mẽ trên hệ thống chiếu sáng của ô tô [2].
Trong những năm gần đây, cuộc chạy đua về công nghệ đèn chiếu sáng giữa các
nhà sản xuất ô tô trên thế giới đang mang đến cho người tiêu dùng rất nhiều lựa chọn
khi muốn nâng cấp đèn pha ô tơ chính hãng khi mua xe. Trong đó, phổ biến nhất là
công nghệ đèn Halogen, đèn Xenon, đèn LED và đèn pha Laser. Không chỉ phát triển
về khả năng chiếu sáng cho ơ tơ mà kèm theo đó các cơng nghệ tân tiến, thơng minh
giúp cho người lái có những trải nghiệm lái xe an toàn và tuyệt vời nhất.
Một số cơng nghệ chiếu sáng thơng minh có thể kể đến như: Adaptive Front - lighting
System (AFS) của Mazda, Multibeam Headlamps của Mercedes – Benz, Matrix LED
Headlights của Audi, Intelligent Headlights của BMW, …
Hệ thống đèn chiếu sáng thông minh ngày càng phổ biến trên thế giới, tuy vậy
ở Việt Nam thì hệ thống này cịn khá mới mẻ và chủ yếu được trang bị trên các xe có
giá trị cao vì vậy việc tìm hiểu và tiếp cận của sinh viên, học viên trong ngành còn
hạn chế, chủ yếu thơng qua các tạp chí ơ tơ và mạng Internet.

1