CHƯƠNG 1. TỔNG QUAN VỀ XE TỰ LÁI 1. Công nghệ xe tự lái và các ứng dụng hiện nay Xe tự lái còn gọi là 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 biến môi trường xung quanh như radar, lidar, sonar, định vị GPS, trí tuệ nhân tạo(AI),. Hệ thống điều khiển nâng cao sẽ phân tích thông tin thu được để xác định đường đi phù hợp, cũng như chướng ngại vật và biển báo liên quan.
Công nghệ ô tô tự lái đã “chớm nở” từ rất sớm và đạt được nhiều thành tựu nổi bật ở thời điểm hiện tại, hứa hẹn sẽ mang đến triển vọng phát triển cho ngành công nghiệp tự động hóa trong tương lai. Công nghệ ô tô tự lái ngày càng phát triển và trở nên thịnh hành hơn khi thị trường đòi hỏi những đột phá để mở ra kỷ nguyên mới cho ngành công nghiệp tự động hóa.Công nghệ ô tô tự lái ngày càng phát triển SVTH: Hoàng Anh Dũng 1 Đồ án nghiên cứu GVHD:Nguyễn Xuân Hạ 1. Lịch sử phát triển công nghệ ô tô tự lái Năm 1939, trong cuộc triển lãm của General Motors, Norman Bel Geddes đã tạo ra chiếc xe hơi tự lái đầu tiên. Đó là chiếc xe điện từ trường điều khiển bằng sóng vô tuyến tạo thành nhờ các gai kim loại từ hóa được gắn trên đường.
Năm 1977, Nhật Bản đã cải tiến ý tưởng trên bằng cách sử dụng hệ thống camera chuyển dữ liệu đến máy tính để xử lý hình ảnh con đường. Tuy nhiên, chiếc xe này chỉ di chuyển được với tốc độ khoảng 32km/giờ. Sau một thập kỷ, người Đức tiếp tục cho ra đời một phương tiện được trang bị camera có thể tự lái với tốc độ khoảng 90km/giờ. Khi công nghệ này được cải thiện thì khả năng phát hiện và phản ứng với môi trường của xe tự lái cũng tăng theo.
Từ 1950 - 2000, các tính năng an toàn/tiện lợi, đai ghế điều khiển hành trình và Antilock Brakes (Hệ thống chống bó phanh) được khám phá. Trong năm 2000 - 2010, các tính năng tự động hóa, hệ thống kiểm soát hành trình, phát hiện điểm mù, cảnh báo va chạm, chệch làn và phanh chống bó cứng tiếp tục được phát triển. Những tính năng này nhằm đảm bảo sự an toàn và tiện lợi cho người dùng. Giai đoạn từ 2010 - 2016, các khả năng hỗ trợ người lái như: camera chiếu hậu, phanh khẩn cấp tự động và hỗ trợ tập trung vào làn đường đã xuất hiện.
SVTH: Hoàng Anh Dũng 2 Đồ án nghiên cứu GVHD:Nguyễn Xuân Hạ Hình 1-18. Các tính năng trên xe tự hành được hoàn thiện theo thời gian Kể từ năm 2016 đến nay, tính năng của xe tự hành đã dần trở nên tự chủ hơn như: giúp người lái xe đi đúng làn đường, phát triển công nghệ ACC (Adaptive Cruise Control - hệ thống kiểm soát hành trình thích ứng) và khả năng tự đỗ xe. Các chuyên gia dự tính từ nay đến năm 2025 sẽ tập trung nghiên cứu để nâng cấp các tính năng: an toàn tự động một phần, hỗ trợ giữ làn đường, kiểm soát hành trình, tự đỗ xe, hỗ trợ lái khi kẹt xe,. để các phương tiện tự hành hoạt động hiệu quả và an toàn hơn.
Những thành tựu ở thời điểm hiện tại và tiềm năng phát triển trong tương lai của công nghệ ô tô tự lái Bất chấp ảnh hưởng của COVID -19, thị trường xe tự hành vẫn có tiềm năng to lớn và mang lại nhiều lợi ích về kinh tế - xã hội. Theo trang tin Globenewswire, thị trường ô tô tự lái toàn cầu được định giá 20,97 tỷ USD vào năm 2020 và dự kiến đạt 61,93 tỷ USD với tốc độ tăng trưởng kép hàng năm là 22,75%. Các cấp độ tự động hóa được áp dụng phổ biến trong hầu hết các mẫu xe hơi của nhiều hãng lớn hiện nay.2 triệu ô tô tự lái cấp độ 2 được bán ra, con số này tăng 78% so với năm 2019. SVTH: Hoàng Anh Dũng 3 Đồ án nghiên cứu GVHD:Nguyễn Xuân Hạ Hiện nay, xe tự lái đặc biệt được thử nghiệm và sử dụng phổ biến ở California, Arizona, Washington, Texas, Michigan và một số tiểu bang của Hoa Kỳ.
Thị trường xe tự hành đặt ra mục tiêu đạt 37,22 tỷ USD vào năm 2023 với tốc độ CAGR (Compound Annual Growth Rate - tỷ lệ tăng trưởng kép hàng năm) là 16,84%. Các quốc gia dẫn đầu công nghệ thế giới như Mỹ, Đức, Anh, Nhật Bản, Singapore,. đang đẩy mạnh nhiều chính sách mở cửa cho xe tự hành toàn cầu như: ban hành quy định mới, sửa đổi luật giao thông và công nhận sự tồn tại của ô tô không người lái,. Nguyên lý hoạt động của công nghệ ô tô tự lái Để ứng dụng công nghệ ô tô tự lái, các nhà phát triển đã tích hợp công nghệ AI nhằm cung cấp năng lượng, kết hợp lượng lớn dữ liệu từ các hệ thống nhận dạng hình ảnh, máy học và mạng thần kinh.
Mạng nơ-ron sẽ xác định các mẫu trong dữ liệu được cung cấp cho thuật toán máy học. Dữ liệu này thường là hình ảnh thu được trên xe tự lái để mạng thần kinh tập xác định đèn giao thông, lề đường, người đi bộ, cây cối, biển báo và các bộ phận khác trong môi trường lái xe. Hệ thống kiểm soát hành trình của công nghệ ô tô tự lái Các công nghệ trên sẽ kết hợp với tính năng của xe tự hành có sẵn để vận hành như: SVTH: Hoàng Anh Dũng 4 Đồ án nghiên cứu GVHD:Nguyễn Xuân Hạ - Hệ thống kiểm soát hành trình thích ứng (ACC): khi dừng xe sẽ tự động duy trì khoảng cách giữa xe của người lái và phương tiện phía trước. - Tính năng đánh lái tập trung vào làn đường: khi ô tô băng qua vạch kẻ đường, tính năng này sẽ can thiệp bằng cách tự động thúc xe về phía làn đường đối diện.
- Tay lái rảnh: tính năng này cho phép người điều khiển không cần đặt tay vào vô lăng. Cơ quan Quản lý An toàn Giao thông đường cao cấp Hoa Kỳ (NHTSA) phân loại cấp độ xe tự lái khác nhau để xác định mức độ tự chủ của người lái và phương tiện khi vận hành. Cụ thể, có sáu cấp độ xe tự lái từ 0 đến 5 và mỗi cấp độ sẽ thể hiện nhiệm vụ, vai trò khác nhau. Các cấp độ của xe tự lái Tính đến thời điểm hiện tại, thuật ngữ “xe tự lái” đang dần trở nên quen thuộc hơn trong ngành công nghiệp sản xuất ô tô.
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 ngồi sau vô-lăng. SVTH: Hoàng Anh Dũng 5 Đồ án nghiên cứu GVHD:Nguyễn Xuân Hạ Hình 1-20.
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, người lái 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 chủ phương tiện trong những tình huống cụ thể.
Phần lớn các mẫu xe hơi bán có mặt trên thị trường hiện nay đều là những phương tiện thuộc nhóm này. Xe tự lái Cấp độ 1 – Hỗ trợ người lái Ở cấp độ thấp nhất trong thang phân loại xe ô tô tự lái, người lái 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. SVTH: Hoàng Anh Dũng 6 Đồ án nghiên cứu GVHD:Nguyễn Xuân Hạ Thêm vào đó, tính năng Hỗ trợ giữ làn đường Lane Keeping Assist (LKA) cũng được coi là công nghệ tự động hóa Cấp độ 1. Hệ thống kiểm soát hành trình thích ứng AAC được coi là công nghệ xe tự hành Cấp độ 1 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.
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 nâng cao - 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. SVTH: Hoàng Anh Dũng 7 Đồ án nghiên cứu GVHD:Nguyễn Xuân Hạ 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.