CÔNG NGHỆ TỰ LÁI TRÊN XE Ô TÔ

I. Xe tự lái và cách thức hoạt động

Xe tự lái hay xe tự hành (self-driving car) có khả năng cảm nhận môi trường xung quanh và di chuyển an toàn với ít hoặc không có sự can thiệp của con người.

Xe tự lái kết hợp các công nghệ có khả năng cảm nhận và phân tích môi trường xung quanh bằng cách sử dụng các loại cảm biến radar, lidar, sonar, định vị GPS và thuật toán trí tuệ nhân tạo,... Hệ thống điều khiển sẽ phân tích thông tin thu thập được để xác định phương án di chuyển phù hợp với điều kiện giao thông thực tế.

Xe ô tô tự lái hoạt động dựa vào cảm biến, bộ điều khiển, thuật toán, hệ thống máy học và bộ xử lý mạnh mẽ.

Xe tự lái tạo và duy trì bản đồ môi trường xung quanh dựa trên nhiều loại cảm biến nằm ở các bộ phận khác nhau của xe.

- Cảm biến radar theo dõi vị trí của các phương tiện gần đó.

- Camera độ phân giải cao giúp phát hiện đèn giao thông, đọc biển báo chỉ dẫn, theo dõi các phương tiện khác và phát hiện người đi bộ.

- Cảm biến LiDAR phát ra các xung ánh sáng để đo khoảng cách, phát hiện các mép đường và xác định vạch kẻ đường.

- Cảm biến siêu âm được lắp đặt trong bánh xe giúp phát hiện lề đường và các phương tiện khác khi đỗ xe.

Sau đó, phần mềm sẽ xử lý tất cả thông tin đầu vào trên đưa ra phương án di chuyển và gửi tín hiệu đến bộ điều khiển của ô tô để điều khiển tốc độ, phanh và lái. Các quy tắc được mã hóa cố định, thuật toán tránh chướng ngại vật, mô hình dự đoán và nhận dạng đối tượng giúp xe tự lái tuân theo các quy tắc giao thông và tránh các chướng ngại vật trong khi lưu thông trên đường.

II. Các cấp độ xe tự lái theo SAE

Xe tự lái là một lĩnh vực hoàn toàn mới và để áp dụng vào thực tế, chúng ta sẽ cần phải đặt ra những quy chuẩn chung. Hiệp hội Kỹ sư Ô tô (SAE) – tổ chức phát triển các quy định và tiêu chuẩn cho ngành công nghiệp ô tô toàn cầu - đã xây dựng một hệ thống phân loại gồm 6 cấp độ tự lái khác nhau để xác định mức độ tự chủ của phương tiện và người lái khi vận hành.

Theo đó, 6 thang đo các cấp độ xe tự lái sẽ bắt đầu từ Cấp độ 0 – tức là không hề có sự trợ giúp nào từ phương tiện – cho đến Cấp độ 5 – khi phương tiện tự chủ hoàn toàn mà không cần đến bất cứ thao tác điều khiển nào đến từ người lái.

Hình 1. Thang đo 6 cấp độ xe tự lái theo phân loại của SAE International

1. Xe tự lái cấp độ 0 – Không tự động hóa

Ở cấp độ này, tài xế sẽ hoàn toàn phụ trách việc điều khiển phương tiện, từ đánh lái, tăng tốc, phanh, đỗ xe hay bất cứ hành động nào nhằm điều hướng chiếc xe.

Mặc dù vậy, mức độ tự lái này vẫn bao gồm những tính năng như hỗ trợ phanh khẩn cấp, cảnh báo điểm mù hay cảnh báo lệch làn đường. Lý do là vì những công nghệ này không tham gia điều khiển phương tiện mà thay vào đó đưa ra cảnh báo hoặc chỉ dẫn cho tài xế trong những tình huống cụ thể. Phần lớn các mẫu xe ô tô bán trên thị trường hiện nay đều thuộc nhóm này.

2. Xe tự lái cấp độ 1 – Hỗ trợ người lái

Ở cấp độ thấp nhất trong thang phân loại xe ô tô tự lái, tài xế phải thực hiện hầu hết các tác vụ cần thiết để điều khiển chiếc xe, kết hợp với một số tính năng nhất định. Những tính năng này sẽ hỗ trợ người lái trong việc điều hướng chiếc xe trong một vài trường hợp cụ thể.

Hệ thống kiểm soát hành trình thích ứng – Adaptive Cruise Control (ACC), là một ví dụ tiêu biểu cho xe tự lái cấp độ 1. Theo đó, hệ thống này sẽ chọn tốc độ phù hợp cho phương tiện để nó giữ khoảng cách an toàn với các phương tiện di chuyển ở phía trước. Ngoài ra, tính năng Hỗ trợ giữ làn đường Lane Keeping Assist (LKA) cũng được coi là công nghệ tự động hóa cấp độ 1.

Hình 2. Hệ thống kiểm soát hành trình thích ứng (ACC)

Khác với tính năng cảnh báo lệch làn đường, hỗ trợ giữ làn đường sẽ tự điều khiển phương tiện để đảm báo chiếc xe đi theo đúng làn đường nhất định. Một phương tiện với cả hệ thống kiểm soát hành trình thích ứng và hỗ trợ giữ làn đường sẽ đủ điều kiện để xếp hạng xe tự lái cấp độ 2.

3. Xe tự lái cấp độ 2 – Tự hành một phần dưới sự giám sát của tài xế

Ở cấp độ tự lái này, chiếc xe không chỉ có một hệ thống hỗ trợ người lái duy nhất, mà sở hữu nhiều hệ thống Hỗ trợ người lái tiên tiến - Advanced Driver Assistance Systems (ADAS) đã được lập trình từ trước giúp phương tiện tự đánh lái, tăng tốc và phanh trong những tình huống phức tạp.

Nhưng mặc dù chiếc xe có thể tự đánh lái hay phanh, tài xế vẫn được yêu cầu phải chủ động tham gia vào quá trình điều khiển phương tiện, đặc biệt là phải để 2 tay lên vô lăng cũng như theo dõi hướng di chuyển của phương tiện.

Cấp độ 2 thường được gọi là tự lái một phần và nhiều mẫu xe từng được giới thiệu tại thị trường Mỹ và châu Âu trong năm 2020 vừa qua đều có thể xếp vào cấp độ này.

4. Xe tự lái cấp độ 3 – Tự lái có điều kiện, có tài xế

Cấp độ xe tự lái này còn được gọi là tự động hóa có điều kiện, với nhiều hệ thống hỗ trợ người lái sẽ được lập trình để đưa ra quyết định (bằng trí tuệ nhân tạo - AI) theo thời gian thực dựa vào sự thay đổi của môi trường giao thông xung quanh chiếc xe.

Việc phát triển xe tự lái sẽ phụ thuộc vào công nghệ bản đồ hóa môi trường xung quanh. Mặc dù xe tự lái cấp độ 3 có thể hoạt động mà không cần sự can dự của tài xế vào quá trình điều khiển, người lái vẫn bắt buộc phải có mặt để kiểm soát phương tiện, đặc biệt trong trường hợp khẩn cấp do lỗi hệ thống.

5. Xe tự lái cấp độ 4 – Tự lái có điều kiện, không tài xế

Được gọi là xe tự lái cấp độ cao, những phương tiện tự động hóa cấp độ 4 sẽ không cần bất cứ tương tác nào của tài xế trong quá trình vận hành xe, vì xe được lập trình để tự dừng trong trường hợp hệ thống bị lỗi. Vì vậy trong hầu hết điều kiện thực tế, tài xế sẽ không cần can thiệp để kiểm soát xe.

Tại cấp độ xe tự hành thứ 4, phương tiện được thiết kế để cho phép tự di chuyển từ điểm A đến điểm B, nhưng thường là trong các ranh giới địa lý cụ thể. Waymo – công ty phát triển công nghệ tự lái của Google – đã cung cấp dịch vụ như vậy tại Phoenix, bang Arizona sau khi thực hiện bản đồ hóa (mapping) toàn bộ đường phố tại thành phố này.

Mặc dù vậy, các điều kiện thời tiết có thể hạn chế hoạt động của xe tự lái cấp độ 4. Đến lúc này thì mọi thứ lại dựa vào công nghệ mà chiếc xe được trang bị. Ví dụ như một số chiếc xe thông minh sử dụng công nghệ cảm biến LiDAR để phân tích dữ liệu môi trường xung quanh mà không bị ảnh hưởng bởi yếu tố thời tiết.

6. Xe tự lái cấp độ 5 – Tự động hóa không điều kiện

Đây là mức độ tự lái cao nhất trong thang đo của SAE. Ở cấp độ này, chiếc xe hoàn toàn tự động di chuyển và xử lý tình huống theo thời gian thực mà không cần đến bất kỳ sự tương tác nào từ phía người lái. Xe tự lái cấp độ 5 sẽ không có vô lăng, chân ga, chân phanh hay thậm chí là gương chiếu hậu như các dòng xe truyền thống.

Chúng giống như những toa xe hơn là một chiếc ô tô, được trang bị loạt công nghệ xe tự hành cho phép vận hành ở mọi nơi mà không bị ràng buộc về điều kiện địa lý cũng như thời tiết. Các phương tiện cũng hoàn toàn không có người lái và sự tham gia duy nhất của con người chỉ là ra lệnh cho chiếc xe đi đến đâu. Việc này thậm chí cũng không cần phải được thực hiện trên xe mà có thể được ra lệnh từ điện thoại thông minh của người dùng.

III. Tiêu chuẩn an toàn của công nghệ xe tự lái

Để đảm bảo an toàn và hạn chế một số rủi ro không đáng có như: tai nạn, phần mềm điều khiển tự hành bị tấn công,... Các nhà sản xuất ô tô cần tuân thủ theo Tiêu chuẩn an toàn phương tiện cơ giới liên bang của Mỹ (FMVSS - Federal Motor Vehicle Safety Standards) và xe tự lái phải được chứng nhận là không có rủi ro khi tham gia giao thông.

Sau đây là một số tiêu chuẩn an toàn xe tự hành cần đảm bảo:

- Xe tự lái phải học được cách xác định đối tượng trong phạm vi di chuyển.

- Hệ thống cần đưa ra được quyết định tức thời về thời điểm cần tăng giảm tốc độ hoặc chuyển hướng.

- Phần mềm điều khiển phải đảm bảo an toàn cũng như khắc phục được các rủi ro về an ninh mạng.

Bên cạnh đó, người dùng cũng cần tuân thủ theo các hướng dẫn từ nhà sản xuất về cách sử dụng các hệ thống tự lái ở một số cấp độ vẫn cần sự giám sát, tác động của con người để tránh tâm lý chủ quan dẫn tới gây ra sự cố bất ngờ.

IV. Thực trạng về xe tự lái hiện nay

Hiện nay, hầu hết các hãng xe đã và đang phát triển các mẫu xe tự hành của riêng mình. Đã có rất nhiều các mẫu xe tự hành được bán ra trong những năm qua. Tuy nhiên, tất cả đều chỉ dừng lại ở mức độ tự lái cấp 2 với 2 chức năng chủ đạo là kiểm soát hành trình thích ứng và hỗ trợ giữ làn đường. Gần đây 2 hãng xe Mercedes và Honda đã thương mại hóa các dòng xe tự hành với cấp độ 3. Hãng Mercedes lấy tên gọi cho tính năng này là Mercedes-Benz Drive Pilot và trang bị nó như một tùy chọn trên những chiếc S-Class thế hệ V223. Tuy nhiên, tự hành cấp độ 3 vẫn là cấp độ tự hành có điều kiện, nó chỉ khả dụng ở những đoạn đường cụ thể. Đối với buổi trình diễn của Mercedes-Benz thì nó được diễn ra trên cao tốc, nhiều làn đường, vạch kẻ đường đủ rõ ràng, có dải phân cách và ở tốc độ dưới 64 km/h (40 dặm/h). Điều kiện thời tiết là ban ngày và môi trường có thể có mưa nhưng tuyết rơi thì sẽ không hoạt động được, không có công trường, đường hầm hoặc trạm thu phí. Driver Pilot đã được cấp phép tại châu Âu và đang tiếp tục thử nghiệm tại Mỹ để xin cấp phép.

Về hệ thống Honda Sensing Elite cũng đã trang bị trên dòng xe Legend của hãng tại thị trường Nhật Bản. Theo tuyên bố của Honda Sensing Elite đã được thử nghiệm ở 10 triệu kịch bản mô phỏng và 800.000 dặm thử nghiệm thực tế. Tuy nhiên công nghệ này cũng mới chỉ được áp dụng trên 100 xe Legend bán duy nhất ở thị trường Nhật Bản.

Có thể nói ở cấp độ tự lái 3, xe có khả năng tự lái trong một khoảng thời gian dài trong những điều kiện nhất định. Khi xe không thể tự xử lý được tình huống nó sẽ phát cảnh báo yêu cầu người lái can thiệp trở lại. Nếu người lái vì một lý do nào đó không phản hồi thì hệ thống sẽ tự động giảm tốc độ, tấp vào lề đường và mở đèn cảnh báo. Như vậy có thể thấy công nghệ tự lái trên ô tô vẫn con rất mới mẻ. Để chiếc xe có thể xử lý các tình huống giao thông thực tế một cách suôn sẻ thì vấn đề về dữ liệu để cung cấp cho hệ thống trí tuệ nhân tạo là vô cùng cần thiết. Bên cạnh đó việc xử lý những dữ liệu khổng lồ đó cũng cần có một bộ xử lý đủ mạnh. Ngoài ra còn phải có các dữ liệu về bản đồ dẫn đường để xe có thể tự xác định lộ trình theo yêu cầu của người dùng. Nói tóm lại, xe tự lái vẫn đang là cuộc đua không chỉ của các hãng xe ô tô mà còn là của cả các hãng công nghệ trên toàn thế giới.