Xe ô tô tự lái (đôi khi được gọi là xe tự lái hoặc ô tô không người lái) là phương tiện sử dụng kết hợp các cảm biến, camera, radar và trí tuệ nhân tạo (AI) để di chuyển giữa các điểm đến mà không cần con người điều khiển. Để đủ điều kiện là hoàn toàn tự động, một chiếc xe phải có khả năng điều hướng mà không cần sự can thiệp của con người đến một điểm đến đã định trước trên những con đường chưa được điều chỉnh để sử dụng.
Các công ty đang phát triển hoặc thử nghiệm xe ô tô tự lái bao gồm Audi, BMW, Ford, Google, General Motors, Tesla, Volkswagen và Volvo.
1. Nguyên lý vận hành của xe ô tô tự lái
Công nghệ AI là nền tảng của các hệ thống xe ô tô tự lái. Các nhà phát triển xe ô tô tự lái sử dụng một lượng lớn dữ liệu từ các hệ thống nhận dạng hình ảnh, cùng với học máy và mạng thần kinh nhân tạo, để xây dựng các hệ thống có thể lái xe tự động.
Mạng thần kinh nhân tạo xác định các mẫu trong dữ liệu, được cung cấp cho các thuật toán học máy. Dữ liệu đó bao gồm hình ảnh từ camera trên xe ô tô tự lái mà từ đó mạng thần kinh nhân tạo học cách xác định đèn giao thông, cây cối, lề đường, người đi bộ, biển báo đường phố và các bộ phận khác của bất kỳ môi trường lái xe nhất định nào.
Ví dụ: Dự án xe ô tô tự lái của Google, có tên là Waymo, sử dụng kết hợp các cảm biến, Lidar (phát hiện ánh sáng và phạm vi – một công nghệ tương tự như RADAR) và máy ảnh, đồng thời kết hợp tất cả dữ liệu mà các hệ thống này tạo ra để xác định mọi thứ xung quanh xe và dự đoán những đối tượng đó có thể làm gì tiếp theo. Điều này diễn ra trong khoảng thời gian rất nhỏ tính bằng mili giây. Hệ thống càng lái nhiều, càng có nhiều dữ liệu mà nó có thể kết hợp vào các thuật toán học sâu, cho phép nó đưa ra nhiều lựa chọn lái xe chính xác hơn.
Phần sau đây trình bày cách thức hoạt động của các xe tự lái Google Waymo:
- Người lái xe (hoặc hành khách) đặt điểm đến. Phần mềm của ô tô sẽ tính toán một tuyến đường.
- Một cảm biến Lidar xoay, gắn trên nóc xe sẽ giám sát phạm vi 60 mét xung quanh xe và tạo bản đồ ba chiều (3D) động về môi trường hiện tại của xe.
- Một cảm biến ở bánh sau bên trái giám sát chuyển động ngang để phát hiện vị trí của xe so với bản đồ 3D.
- Hệ thống radar ở cản trước và cản sau tính toán khoảng cách đến chướng ngại vật.
- Phần mềm AI trong xe được kết nối với tất cả các cảm biến và thu thập thông tin đầu vào từ Google Street View và các máy quay video bên trong xe.
- AI mô phỏng quá trình ra quyết định và nhận thức của con người bằng cách sử dụng học sâu (deep learning) và điều khiển các hành động trong hệ thống điều khiển của người lái xe, chẳng hạn như hệ thống lái và phanh.
- Phần mềm của ô tô tham chiếu dữ liệu của Google Maps để có thông báo trước về những thứ như cột mốc, biển báo giao thông và đèn chiếu sáng.
- Chức năng đè lái có sẵn để cho phép con người điều khiển phương tiện.
2. Tính năng tự lái của xe ô tô
Dự án Waymo của Google là một ví dụ về xe ô tô tự lái gần như hoàn toàn tự lái. Nó vẫn yêu cầu người lái xe phải có mặt nhưng chỉ để đè lái hệ thống khi cần thiết. Nó không phải là tự lái theo nghĩa thuần túy nhất, nhưng nó có thể tự lái trong điều kiện lý tưởng. Nó có mức độ tự chủ cao. Nhiều xe ô tô dành cho người tiêu dùng ngày nay có mức độ tự chủ thấp hơn nhưng vẫn có một số tính năng tự lái. Các tính năng tự lái có sẵn trên nhiều mẫu xe sản xuất từ năm 2019 bao gồm:
- Tay lái rảnh tay đặt trung tâm xe mà người lái không cần đặt tay vào vô lăng. Người lái xe vẫn được yêu cầu phải chú ý.
- Hệ thống kiểm soát hành trình thích ứng (ACC) sẽ tự động duy trì khoảng cách có thể lựa chọn giữa xe của người lái và xe phía trước.
- Hệ thống lái tập trung vào làn đường sẽ can thiệp khi người lái xe băng qua vạch kẻ làn đường bằng cách tự động thúc xe về phía vạch kẻ làn đường đối diện.
3. Các cấp độ của xe ô tô tự lái
Cơ quan Quản lý An toàn Giao thông Đường cao tốc Quốc gia Hoa Kỳ (NHTSA) đưa ra sáu cấp độ tự động hóa, bắt đầu từ Cấp độ 0, nơi con người thực hiện việc lái xe, thông qua các công nghệ hỗ trợ lái xe cho đến những chiếc ô tô hoàn toàn tự động. Dưới đây là năm cấp độ tuân theo tự động hóa Cấp độ 0:
- Cấp độ 1: Hệ thống hỗ trợ lái xe tiên tiến (ADAS) hỗ trợ người lái xe bằng cách đánh lái, phanh hoặc tăng tốc, mặc dù không đồng thời. ADAS bao gồm camera chiếu hậu và các tính năng như cảnh báo ghế rung để cảnh báo người lái xe khi họ lệch khỏi làn đường đang di chuyển.
- Cấp độ 2: Một ADAS có thể lái và phanh hoặc tăng tốc đồng thời trong khi người lái xe vẫn hoàn toàn nhận thức được phía sau tay lái và tiếp tục đóng vai trò là người lái xe.
- Cấp độ 3: Hệ thống lái xe tự động (ADS) có thể thực hiện tất cả các nhiệm vụ lái xe trong một số trường hợp nhất định, chẳng hạn như đỗ xe. Trong những trường hợp này, người lái xe phải sẵn sàng chiếm lại quyền điều khiển và vẫn phải là người điều khiển phương tiện chính.
- Cấp độ 4: Một ADS có thể thực hiện tất cả các nhiệm vụ lái xe và giám sát môi trường lái xe trong một số trường hợp nhất định. Trong những trường hợp đó, ADS đủ tin cậy để người lái xe không cần chú ý.
- Cấp độ 5: ADS của xe hoạt động như một tài xế ảo và thực hiện tất cả việc lái xe trong mọi trường hợp. Những người ngồi trên xe là hành khách và không bao giờ được phép lái xe.
Các cấp độ của xe ô tô tự lái.
4. Sự phát triển thực tế của xe ô tô tự lái
Tính đến năm 2019, các nhà sản xuất ô tô đã đạt đến Cấp độ 4. Các nhà sản xuất phải hoàn thành một loạt các cột mốc công nghệ và một số vấn đề quan trọng phải được giải quyết trước khi có thể sử dụng các phương tiện tự hành hoàn toàn trên đường công cộng ở Hoa Kỳ. Mặc dù ô tô có quyền tự chủ Cấp độ 4 không được cung cấp cho mục đích tiêu dùng công cộng, nhưng chúng được sử dụng theo những cách khác.
Ví dụ: Waymo của Google hợp tác với Lyft để cung cấp dịch vụ chia sẻ chuyến đi thương mại hoàn toàn tự động có tên là Waymo One. Người đi xe có thể yêu cầu một chiếc xe ô tô tự lái để đưa họ đến đích và cung cấp phản hồi cho Waymo. Những chiếc xe vẫn bao gồm một trình điều khiển an toàn trong trường hợp ADS cần được lái đè. Dịch vụ này chỉ có ở khu vực Metro Phoenix vào cuối năm 2019 nhưng đang tìm cách mở rộng sang các thành phố ở Florida và California.
Các phương tiện tự động quét rác đường phố cũng đang được sản xuất tại tỉnh Hồ Nam, Trung Quốc, đáp ứng các yêu cầu Cấp 4 để điều hướng độc lập trong môi trường quen thuộc với các tình huống bất ngờ nhất định.
Dự đoán từ các nhà sản xuất khác nhau về thời điểm các loại xe Cấp 4 và 5 sẽ được phổ biến rộng rãi. Ford và Volvo đều dự kiến phát hành xe Cấp 4 vào năm 2021 cho mục đích tiêu dùng công cộng. Giám đốc điều hành Tesla Elon Musk, người tiên phong cho cả xe ô tô tự lái và xe điện, đã tuyên bố rằng công ty của ông sẽ có xe Cấp độ 5 sớm nhất là vào năm 2020. Một chiếc xe Cấp độ 5 thành công phải có khả năng phản ứng với các tình huống lái xe bất ngờ hoặc tốt hơn cách mà con người có thể lái.
5. Lịch sử của xe ô tô tự lái
Quá trình phát triển xe ô tô tự lái bắt đầu với sự gia tăng các tính năng tự động hóa nhằm đảm bảo an toàn và tiện lợi trước năm 2000, với hệ thống kiểm soát hành trình và phanh chống bó cứng. Sau bước ngoặt đó, các tính năng an toàn tiên tiến, bao gồm kiểm soát ổn định điện tử, phát hiện điểm mù, cảnh báo va chạm và chuyển làn, đã có sẵn trên các phương tiện. Theo NHTSA, từ năm 2010 đến năm 2016, các khả năng hỗ trợ người lái tiên tiến, chẳng hạn như camera quay phim chiếu hậu, phanh khẩn cấp tự động và hỗ trợ tập trung vào làn đường đã xuất hiện.
Kể từ năm 2016, xe ô tô tự lái đã chuyển sang tự chủ một phần, với các tính năng giúp người lái xe đi đúng làn đường của mình, cùng với công nghệ ACC và khả năng tự đỗ xe.
Các phương tiện hoàn toàn tự động vẫn chưa được phổ biến rộng rãi và có thể sẽ chưa chính thức hoạt động trong nhiều năm tới.
Xe ô tô tự lái vẫn chưa hợp pháp trên hầu hết các con đường. Vào tháng 6 năm 2011, Nevada trở thành cơ quan tài phán đầu tiên trên thế giới cho phép thử nghiệm xe ô tô không người lái trên đường công cộng; California, Florida, Ohio và Washington, D.C., là những nơi tiếp theo cho thử nghiệm điều đó.
Lịch sử của những chiếc ô tô không người lái thậm chí đã từ rất lâu khi Leonardo da Vinci đã thiết kế nguyên mẫu đầu tiên vào khoảng năm 1478. Chiếc xe của Da Vinci được thiết kế như một robot tự hành chạy bằng lò xo, với hệ thống lái có thể lập trình và khả năng chạy các chương trình cài đặt trước.
6. Ưu và nhược điểm của xe ô tô tự lái
Lợi ích hàng đầu được giới thiệu bởi những người đề xuất xe tự hành là sự an toàn. Dự báo thống kê của Bộ Giao thông Vận tải Hoa Kỳ (DOT) và NHTSA về số ca tử vong do giao thông cho năm 2017 ước tính rằng 37.150 người chết vì tai nạn giao thông xe cơ giới trong năm đó. NHTSA ước tính rằng 94% các vụ va chạm nghiêm trọng là do lỗi của con người hoặc do lựa chọn sai lầm, chẳng hạn như say rượu hoặc lái xe mất tập trung. Xe ô tô tự lái loại bỏ các yếu tố rủi ro đó khỏi quá trình hoạt động – mặc dù ô tô tự lái vẫn dễ bị ảnh hưởng bởi các yếu tố khác, chẳng hạn như các vấn đề máy móc và phần mềm.
Nếu ô tô tự lái có thể giảm đáng kể số vụ va chạm, thì lợi ích kinh tế có thể rất lớn. Theo NHTSA, tai nạn giao thông ảnh hưởng đến hoạt động kinh tế, bao gồm 57,6 tỷ USD năng suất lao động bị mất và 594 tỷ USD do thiệt hại về con người và giảm chất lượng cuộc sống do chấn thương, theo NHTSA.
Về lý thuyết, nếu các con đường hầu hết có ô tô tự lái, giao thông sẽ lưu thông thuận lợi và sẽ ít ùn tắc giao thông hơn. Trong những chiếc xe hoàn toàn tự động, người ngồi trong xe có thể thực hiện các hoạt động hiệu quả trong khi đi làm. Những người không thể lái xe do hạn chế về thể chất có thể dễ dàng di chuyển bằng các phương tiện tự hành và sẽ có cơ hội làm việc trong các lĩnh vực yêu cầu cần lái xe.
Xe tải tự lái đã được thử nghiệm ở Hoa Kỳ và Châu Âu để cho phép người lái xe sử dụng chế độ lái tự động trên những quãng đường dài, giúp người lái xe có thể nghỉ ngơi hoặc làm các công việc khác, đồng thời cải thiện độ an toàn và tiết kiệm nhiên liệu cho người lái xe. Sáng kiến này, được gọi là phân đội xe tải, được cung cấp bởi ACC, các hệ thống tránh va chạm và liên lạc giữa các phương tiện cho ACC hợp tác (CACC).
Mặt trái của công nghệ tự lái là khi khả năng tự lái trở nên phổ biến, người lái xe có thể trở nên quá phụ thuộc vào công nghệ lái tự động và để sự an toàn của họ hoàn toàn cho máy móc, ngay cả khi họ cần chiếm quyền điều khiển trong trường hợp lỗi phần mềm hoặc sự cố máy móc.
Trong một ví dụ từ tháng 3 năm 2018, chiếc xe thể thao đa dụng (SUV) Model X của Tesla đang tự động lái thì đâm vào dải phân cách trên đường cao tốc. Theo công ty, người lái xe không đặt tay vào vô lăng, bất chấp cảnh báo bằng hình ảnh và âm thanh cần đặt tay vào vô lăng. Một vụ tai nạn khác xảy ra khi AI của Tesla nhầm mặt phản chiếu sáng bóng của một chiếc xe tải với bầu trời.
7. Những thách thức và an toàn của xe ô tô tự lái
Xe ô tô tự lái phải học cách xác định vô số đối tượng trên đường đi của xe, từ cành cây, rác thải đến động vật và con người. Những thách thức khác trên đường là các đường hầm cản trở Hệ thống Định vị Toàn cầu (GPS), các dự án xây dựng hoặc sửa chữa trên đường khiến làn đường thay đổi hoặc các quyết định phức tạp, như dừng ở đâu để cho phép các phương tiện khẩn cấp đi qua.
Hệ thống cần đưa ra quyết định tức thời về thời điểm giảm tốc độ, chuyển hướng hoặc tiếp tục tăng tốc bình thường. Đây là một thách thức liên tục đối với các nhà phát triển và có báo cáo về việc những chiếc xe tự lái do dự và chuyển hướng không cần thiết khi phát hiện có vật thể ở trong hoặc gần các con đường.
Vấn đề này đã được thể hiện rõ trong một vụ tai nạn chết người vào tháng 3 năm 2018, liên quan đến một chiếc xe tự lái do Uber điều hành. Công ty báo cáo rằng phần mềm của chiếc xe đã xác định được một người đi bộ nhưng cho rằng đó là tín hiệu giả và không thể chuyển hướng để tránh đâm vào cô ấy. Vụ tai nạn này khiến Toyota tạm thời ngừng thử nghiệm xe tự lái trên đường công cộng, nhưng quá trình thử nghiệm sẽ tiếp tục ở những cơ sở chuyên biệt. Viện Nghiên cứu Toyota đang xây dựng một cơ sở thử nghiệm trên một khu đất rộng 60 mẫu Anh ở Michigan để phát triển công nghệ lái xe tự động.
Các vụ va chạm cũng đặt ra câu hỏi về trách nhiệm pháp lý và các nhà làm luật vẫn chưa xác định được ai là người phải chịu trách nhiệm khi một chiếc xe ô tô tự lái gặp tai nạn. Ngoài ra còn có những lo ngại nghiêm trọng rằng phần mềm được sử dụng để vận hành các phương tiện tự hành có thể bị tấn công và các công ty ô tô đang nỗ lực giải quyết các rủi ro về an ninh mạng.
Các nhà sản xuất ô tô phải tuân theo Tiêu chuẩn An toàn Phương tiện Cơ giới Liên bang (FMVSS), và NHTSA đã báo cáo rằng phải làm nhiều việc hơn nữa để các phương tiện đáp ứng các tiêu chuẩn đó.
Tại Trung Quốc, các nhà sản xuất ô tô và cơ quan quản lý đang áp dụng một chiến lược khác để đáp ứng các tiêu chuẩn và biến ô tô tự lái trở thành hiện thực. Chính phủ Trung Quốc đang bắt đầu thiết kế lại cảnh quan đô thị, chính sách và cơ sở hạ tầng để làm cho môi trường trở nên thân thiện hơn với xe tự lái. Điều này bao gồm việc viết các quy tắc về cách con người di chuyển và tuyển dụng các nhà khai thác mạng di động để thực hiện một phần quy trình cần thiết để cung cấp cho các phương tiện tự lái dữ liệu mà chúng cần để điều hướng. “Đường thử quốc gia” sẽ được thực hiện.