Thử nghiệm xe buýt tự hành cấp độ 4 đầu tiên trên đường công cộng ở Tokyo

Thử nghiệm xe buýt tự hành cấp độ 4 đầu tiên trên đường công cộng ở Tokyo

Hôm thứ Ba, một nhóm nghiên cứu tại Đại học Tokyo lần đầu tiên bắt đầu thử nghiệm xe buýt tự hành cấp độ 4 trên đường công cộng ở khu vực đô thị Tokyo. Đây là cột mốc quan trọng trong quá trình phát triển giao thông tự hành của Nhật Bản, khi nước này tìm kiếm các giải pháp sáng tạo để ứng phó với tình trạng thiếu tài xế và những thách thức về nhân khẩu học.

Cuộc thử nghiệm đánh dấu bước tiến so với các đợt thử trước đây trên cùng tuyến đường, nơi xe buýt tự hành cấp độ 2, tức xe có một số chức năng lái tự động, đã hoạt động từ cuối năm 2019. Tuyến đường nối khuôn viên Kashiwa của trường với ga Kashiwanoha-campus, dài khoảng 2,6 km (gồm 2,3 km đường công cộng và 0,3 km trong khuôn viên trường).

Giáo sư Yoshihiro Suda thuộc Viện Khoa học Công nghiệp, Đại học Tokyo, đồng thời là chủ tịch Ủy ban Thúc đẩy ITS Kashiwa, giải thích ý nghĩa của bước tiến này:

Chuyển từ tự động hóa cấp độ 2 sang cấp độ 4 là một thay đổi căn bản trong cách tiếp cận giao thông. Ở cấp độ 4, phương tiện có thể đảm nhiệm mọi khía cạnh của việc lái xe trong phạm vi hoạt động được chỉ định, bao gồm cả ứng phó với các tình huống bất ngờ. Điều này mở ra những khả năng mới cho giao thông công cộng không phụ thuộc vào tài xế, góp phần giải quyết tình trạng thiếu tài xế nghiêm trọng ở Nhật Bản.

Dự án được triển khai nhờ sự hợp tác sâu rộng giữa Đại học Tokyo, các cơ quan chính phủ, doanh nghiệp tư nhân và nhiều tổ chức. Dự án thuộc Liên minh Thành phố Thông minh Kashiwanoha, được Bộ Đất đai, Cơ sở hạ tầng, Giao thông và Du lịch Nhật Bản lựa chọn làm dự án thành phố thông minh và dự án mô hình tiên tiến.

Tìm hiểu các cấp độ lái xe tự hành

Mức độ tự động hóa được phân thành các cấp từ 1 đến 5, mỗi cấp thể hiện mức độ tự hành ngày càng cao của phương tiện. Cấp độ 1 chỉ các công nghệ hỗ trợ tài xế, chẳng hạn như hệ thống kiểm soát hành trình thích ứng, còn cấp độ 5 là khả năng tự động hoàn toàn trong mọi điều kiện.

Tự động hóa cấp độ 2, được sử dụng trên xe buýt trước đây, nghĩa là hệ thống thực hiện cả các tác vụ điều khiển chuyển động theo chiều dọc (tăng tốc/phanh) và chiều ngang (đánh lái) trong một khu vực giới hạn, nhưng vẫn cần con người giám sát. Trái lại, tự động hóa cấp độ 4, trọng tâm của cuộc thử nghiệm mới, là bước nhảy vọt đáng kể về công nghệ. Ở cấp độ này, hệ thống thực hiện mọi tác vụ lái xe và ứng phó với các tình huống phát sinh trong quá trình vận hành ở khu vực giới hạn mà không cần con người can thiệp.

Hội đồng Thúc đẩy ITS Kashiwa, đơn vị điều phối dự án từ tháng 12 năm 2009, định nghĩa rõ các cấp độ: Hệ thống cấp độ 1 thực hiện các tác vụ điều khiển chuyển động của phương tiện theo chiều dọc hoặc chiều ngang trong một khu vực giới hạn. Hệ thống cấp độ 2 thực hiện các tác vụ điều khiển động lực học của phương tiện theo cả chiều dọc lẫn chiều ngang. Hệ thống cấp độ 3 thực hiện mọi tác vụ lái xe động trong phạm vi hạn chế nhưng yêu cầu con người can thiệp nếu phát sinh khó khăn. Hệ thống cấp độ 4 thực hiện mọi tác vụ vận hành động và ứng phó với khó khăn trong phạm vi hạn chế. Cuối cùng, hệ thống cấp độ 5 thực hiện mọi tác vụ lái xe động mà không có bất kỳ giới hạn nào.

Quá trình phát triển dự án xe buýt tự hành Kashiwa

Dự án xe buýt tự hành Kashiwa đã phát triển đáng kể kể từ khi khởi động. Giai đoạn đầu tiên bắt đầu vào tháng 11 năm 2019 với các đợt thử nghiệm xe buýt tự hành cấp độ 2, kéo dài đến tháng 3 năm 2020. Các thử nghiệm ban đầu sử dụng xe buýt thương mại được trang bị hệ thống lái tự hành do Advanced Smart Mobility Co., Ltd. phát triển và do TOBU BUS EAST CO., LTD. vận hành. Xe dựa trên mẫu Hino Motors Liesse, có sức chứa 17 hành khách.

Những đợt thử nghiệm ban đầu được xem là nỗ lực nghiên cứu thiết yếu nhằm tìm hiểu các thách thức thực tế khi vận hành xe buýt tự hành trong thời gian dài. Hầu hết các thử nghiệm lái tự hành trước đó chỉ diễn ra trong thời gian ngắn, vì vậy dự án kéo dài năm tháng này nhằm kiểm chứng các phương thức vận hành trên những tuyến đường thực tế, cũng như công tác vận hành, kiểm tra và bảo dưỡng trong dài hạn.

Tháng 1 năm 2021, một phương tiện mới được đưa vào các đợt thử nghiệm. Xe buýt tự hành này dựa trên mẫu Isuzu Elgamio, có sức chứa tăng lên 56 hành khách (28 chỗ ngồi). Tuy nhiên, để phòng ngừa COVID-19, sức chứa thực tế được giới hạn ở mức 15 người vì lý do an toàn. Xe được trang bị hệ thống lái tự hành cải tiến, khả năng cảm biến nâng cao và độ êm ái tốt hơn khi tăng tốc, giảm tốc.

Dựa trên kinh nghiệm thu được từ các đợt thử nghiệm bắt đầu năm 2019, Advanced Mobility Corporation đã cải tiến hệ thống lái tự động bằng cách nâng cao khả năng cảm biến, tăng độ êm ái khi tăng tốc và giảm tốc, đồng thời tăng kích thước xe. Trong giai đoạn này, xe buýt sẽ hoạt động ở cấp độ tự hành 2, với kế hoạch chuyển lên cấp độ 4 trong tương lai tùy theo kết quả đánh giá đang tiến hành.

Công nghệ trên xe buýt tự hành

Xe buýt tự hành cấp độ 4 tích hợp các công nghệ tiên tiến giúp xe di chuyển an toàn mà không cần con người can thiệp. Những hệ thống này gồm kiểm soát giữ làn đường, định vị GNSS (GPS), cảm biến vạch từ để xác định vị trí chính xác và kiểm soát duy trì tốc độ thông qua hệ thống tự động điều khiển chân ga, phanh.

Xe được trang bị các tính năng an toàn chuyên biệt, bao gồm chức năng SRA (kiểm soát khoảng cách ở mọi tốc độ) và khả năng phối hợp với đèn giao thông, trong đó camera nhận diện màu đèn để phản ứng phù hợp. Ngoài ra, xe còn có hệ thống tự động điều khiển việc đến và rời trạm xe buýt.

Trong đợt thử nghiệm cấp độ 4 mới, xe buýt được kết nối với nền tảng quản lý vận hành phương tiện tự động mang tên Dispatcher, do BOLDLY Corporation phát triển. Nền tảng này cung cấp chức năng giám sát trạng thái từ xa, hướng dẫn lái xe, ứng phó khẩn cấp, ra quyết định về khả năng vận hành, cũng như ghi lại đầy đủ hành trình và nhật ký lỗi.

Các công nghệ này phối hợp tạo nên một hệ thống quản lý vận hành và an toàn toàn diện, cho phép xe buýt tự hành đồng thời duy trì liên lạc thường xuyên với trung tâm điều khiển từ xa, nơi có thể can thiệp khi cần thiết. Nền tảng Dispatcher bổ sung các chức năng có thể thực hiện từ xa, gồm ghi nhận quá trình lái xe, ghi lỗi, giám sát trạng thái, hướng dẫn lái xe, ứng phó khẩn cấp và quyết định có nên hoặc có thể tiếp tục hành trình hay không.

Phương tiện sử dụng kết hợp các cảm biến và hệ thống nhận diện để di chuyển an toàn trên tuyến đường được chỉ định. Hệ thống kiểm soát giữ làn giúp xe duy trì vị trí trên đường, còn cảm biến vạch từ xác định chính xác vị trí dọc theo tuyến. Hệ thống duy trì tốc độ quản lý việc tăng tốc và phanh, đảm bảo xe vận hành êm ái.

Ứng phó với những thách thức giao thông của Nhật Bản

Cuộc thử nghiệm xe buýt tự hành này là một phần trong chiến lược rộng hơn của Nhật Bản nhằm giải quyết những thách thức cấp bách về giao thông. Nhật Bản đang trải qua những thay đổi nhân khẩu học đáng kể, bao gồm dân số già hóa, tỷ lệ sinh giảm và tình trạng thiếu tài xế nghiêm trọng. Những yếu tố này khiến dịch vụ đường sắt và xe buýt ở các khu vực xa trung tâm bị thu hẹp, gây khó khăn cho việc đi lại của người dân.

Các chính quyền địa phương trên khắp Nhật Bản ngày càng xem công nghệ lái tự hành là giải pháp cho những thách thức này. Từ tháng 4 năm 2023, phương tiện tự hành cấp độ 4 được phép hoạt động trên đường công cộng Nhật Bản mà không cần tài xế trong những điều kiện nhất định, tạo khuôn khổ pháp lý để triển khai rộng rãi hơn.

Yuki Saji, Chủ tịch kiêm Giám đốc điều hành BOLDLY Inc., nhấn mạnh tầm quan trọng của những bước phát triển này:

Trước những thay đổi nhân khẩu học như dân số già hóa, tỷ lệ sinh giảm và tình trạng thiếu tài xế, hạ tầng giao thông của Nhật Bản đang đối mặt với nhiều thách thức khi dịch vụ đường sắt và xe buýt ở các khu vực xa trung tâm bị thu hẹp. Để giải quyết những khó khăn trong việc đi lại này, các chính quyền địa phương ở Nhật Bản ngày càng xem công nghệ lái tự hành là một giải pháp.

Dự án Kashiwa đặc biệt nhằm đánh giá khả năng vận hành trên đường và độ an toàn với mục tiêu hướng tới tự hành cấp độ 4, đồng thời dự kiến tiếp tục phát triển các mẫu xe buýt tự hành mới và mở rộng hoạt động dựa trên kết quả thu được. Mục tiêu cuối cùng là phối hợp với kế hoạch phát triển khu phố Kashiwanoha để tạo ra dịch vụ an toàn, thoải mái và thuận tiện cho cư dân.

Dự án được xác định là sáng kiến liên quan đến Liên minh Thành phố Thông minh Kashiwanoha, đơn vị được Bộ Đất đai, Cơ sở hạ tầng, Giao thông và Du lịch lựa chọn làm dự án thành phố thông minh và dự án mô hình tiên tiến. Dựa trên kết quả thử nghiệm, khả năng vận hành trên đường và độ an toàn của xe buýt sẽ được đánh giá với định hướng tự hành cấp độ 4 trở lên; một xe buýt tự hành mới sẽ được phát triển và các đợt chạy thử sẽ tiếp tục với những phương tiện mới được đưa vào sau thử nghiệm này.

Nghiên cứu rộng hơn về phương tiện tự hành tại Đại học Tokyo

Đại học Tokyo đi đầu trong nghiên cứu phương tiện tự hành, với các dự án vượt ra ngoài những khía cạnh kỹ thuật của việc lái xe. Một nghiên cứu sáng tạo đã tìm hiểu cách phương tiện tự hành có thể giao tiếp với người đi bộ để tăng cường an toàn.

Giáo sư Takeo Igarashi thuộc Trường Sau đại học Khoa học và Công nghệ Thông tin dẫn dắt nghiên cứu trang bị cho xe tự lái đôi mắt robot có thể nhìn người đi bộ để ghi nhận sự hiện diện của họ, hoặc nhìn sang hướng khác khi không phát hiện thấy họ. Nghiên cứu cho thấy những tín hiệu thị giác này tác động đáng kể đến hành vi của người đi bộ, giúp họ đưa ra quyết định qua đường an toàn và hiệu quả hơn.

Giáo sư Igarashi giải thích:

Chưa có đủ nghiên cứu về sự tương tác giữa xe tự lái và những người xung quanh, chẳng hạn như người đi bộ. Vì vậy, chúng ta cần nghiên cứu và nỗ lực nhiều hơn về sự tương tác này để mang lại sự an toàn và yên tâm cho xã hội khi sử dụng xe tự lái.

Nghiên cứu phát hiện những khác biệt thú vị giữa nam và nữ trong cách người đi bộ phản ứng với đôi mắt robot. Người tham gia nam đưa ra ít quyết định qua đường nguy hiểm hơn khi mắt xe nhìn về phía họ, trong khi người tham gia nữ đưa ra ít quyết định thiếu hiệu quả hơn (chọn không qua đường dù an toàn) trong cùng điều kiện.

Nhìn chung, thí nghiệm cho thấy đôi mắt giúp mọi người qua đường thuận lợi hoặc an toàn hơn. Nhóm nghiên cứu thừa nhận nghiên cứu này bị giới hạn do số người tham gia ít và chỉ thử nghiệm một tình huống, nhưng kết quả rất hứa hẹn. Việc chuyển từ lái xe thủ công sang tự động là một thay đổi lớn; nếu đôi mắt thực sự có thể góp phần tăng cường an toàn và giảm tai nạn giao thông, các nhà nghiên cứu cho rằng cần nghiêm túc cân nhắc bổ sung tính năng này.

Trong các bước phát triển tiếp theo, nhóm nghiên cứu muốn xây dựng cơ chế điều khiển tự động đôi mắt robot, kết nối với trí tuệ nhân tạo của xe tự lái thay vì điều khiển thủ công. Cơ chế này có thể thích ứng với nhiều tình huống khác nhau và cải thiện giao tiếp giữa người đi bộ với phương tiện.

Các đối tác và đơn vị phối hợp trong dự án

Thành công của dự án xe buýt tự hành dựa vào sự hợp tác sâu rộng giữa các cơ sở học thuật, cơ quan chính phủ và doanh nghiệp tư nhân. Hội đồng Thúc đẩy ITS Kashiwa quy tụ nhiều tổ chức cùng phối hợp để hiện thực hóa công nghệ này.

Các tổ chức tham gia thử nghiệm xe buýt tự động gồm Tổ chức Nghiên cứu Hợp tác Đổi mới Di chuyển của Đại học Tokyo, Viện Khoa học Công nghiệp thuộc Đại học Tokyo, Trường Sau đại học Khoa học Biên giới thuộc Đại học Tokyo, Thành phố Kashiwa, Advanced Smart Mobility Co., Ltd., TOBU BUS EAST CO., LTD., Mitsui Fudosan Co., Ltd., SB Drive Corp., Trung tâm Thiết kế Đô thị Kashiwanoha (UDCK), Pacific Consultants Co., Ltd., Sompo Japan Nipponkoa Insurance Inc. và Mitsubishi Auto Leasing Corporation.

Quan hệ đối tác đa dạng này kết hợp chuyên môn về công nghệ giao thông, quy hoạch đô thị, bảo hiểm và phát triển bất động sản, tạo nên cách tiếp cận toàn diện để triển khai giao thông tự hành trong môi trường đô thị thực tế. Hội đồng được thành lập vào tháng 12 năm 2009 làm diễn đàn hợp tác và điều phối giữa Đại học Tokyo, các cơ quan hành chính, doanh nghiệp tư nhân, nhiều tổ chức và cá nhân, nhằm thúc đẩy các hoạt động nghiên cứu và phát triển, đồng thời góp phần thương mại hóa và ứng dụng thực tiễn những hoạt động này.

Từ ngày 1 tháng 11 năm 2019, Hội đồng Thúc đẩy ITS Kashiwa tiến hành thử nghiệm vận hành thương mại xe buýt tự động trên đoạn đường dài 2,6 km nối ga Kashiwanoha Campus trên tuyến Tsukuba Express với khuôn viên Kashiwa của Đại học Tokyo. Trong suốt thời gian này, hội đồng đã kiểm chứng các phương thức vận hành, công tác vận hành, kiểm tra và bảo dưỡng nhằm chuẩn bị cho việc khai thác thực tế dài hạn, đồng thời nghiên cứu kết hợp với quá trình phát triển các mẫu xe buýt tự động mới và quy hoạch đô thị Kashiwanoha.

Tương lai của giao thông công cộng tự hành tại Nhật Bản

Cuộc thử nghiệm xe buýt tự hành cấp độ 4 ở Kashiwa chỉ là một phần trong kế hoạch đầy tham vọng của Nhật Bản về giao thông công cộng tự hành. Các sáng kiến khác bao gồm việc BOLDLY Inc. đưa vào sử dụng xe đưa đón tự hành "MiCa", do Auve Tech có trụ sở tại Estonia phát triển, dự kiến bắt đầu chạy thử trên đường Nhật Bản vào năm 2023.

BOLDLY là công ty đầu tiên trên thế giới mua "MiCa", xe đưa đón tự hành cấp độ 4 do Auve Tech phát triển. Để vận hành MiCa tại Nhật Bản, BOLDLY đang thu xếp các đợt chạy thử, xin giấy phép cần thiết từ các cơ quan chính phủ liên quan và chuẩn bị nền tảng để bắt đầu thử nghiệm trên đường công cộng từ mùa hè năm 2023. Phiên bản MiCa dành cho Nhật Bản được điều chỉnh với các thiết bị và camera tương thích với nền tảng quản lý vận hành "Dispatcher" của BOLDLY. Ngoài ra, để phù hợp với đường sá Nhật Bản, phiên bản này được lắp cửa bên trái, khác với phiên bản Estonia có cửa ở bên phải.

Thị trấn Sakai thuộc tỉnh Ibaraki, chính quyền địa phương đầu tiên triển khai hệ thống lái tự hành của BOLDLY vào năm 2020, đã ký thỏa thuận với công ty để mua xe đưa đón tự hành MiCa. Thị trấn dự kiến đưa xe vào hoạt động trên đường địa phương trong năm nay. Trên toàn quốc, BOLDLY đặt mục tiêu đưa khoảng 10 xe MiCa vào Nhật Bản trong năm tài chính này.

Khi Nhật Bản tiếp tục phát triển hạ tầng giao thông tự hành, các dự án này cung cấp dữ liệu quý giá về phương thức vận hành, yêu cầu bảo dưỡng và mức độ chấp nhận của hành khách. Cuộc thử nghiệm ở Kashiwa đặc biệt nhằm đánh giá khả năng vận hành trên đường và độ an toàn với mục tiêu hướng tới tự hành cấp độ 4, đồng thời dự kiến tiếp tục phát triển các mẫu xe buýt tự hành mới và mở rộng hoạt động dựa trên kết quả thu được.

Trong thời gian tới, mục tiêu là phối hợp với kế hoạch phát triển khu phố Kashiwanoha để tạo ra dịch vụ an toàn, thoải mái và thuận tiện cho cư dân. Cách tiếp cận này phù hợp với tầm nhìn rộng hơn của Nhật Bản về xây dựng các thành phố thông minh, tích hợp hệ thống giao thông tiên tiến với phát triển đô thị bền vững.

Những điều cần biết

• Hôm thứ Ba, Đại học Tokyo bắt đầu thử nghiệm xe buýt tự hành cấp độ 4 trên đường công cộng ở Tokyo
• Cuộc thử nghiệm diễn ra trên tuyến đường dài 2,6 km nối ga Kashiwanoha-campus với khuôn viên Kashiwa của trường
• Tự động hóa cấp độ 4 nghĩa là phương tiện thực hiện mọi tác vụ lái xe mà không cần con người can thiệp trong một khu vực giới hạn
• Các thử nghiệm trước đây với xe buýt tự hành cấp độ 2 đã diễn ra trên cùng tuyến đường từ cuối năm 2019
• Dự án góp phần giải quyết tình trạng thiếu tài xế và những thách thức về nhân khẩu học của Nhật Bản
• Xe buýt tự hành sử dụng các công nghệ tiên tiến, bao gồm giữ làn đường, định vị GPS và nhận diện đèn giao thông
• Từ tháng 4 năm 2023, Nhật Bản cho phép phương tiện tự hành cấp độ 4 hoạt động trên đường công cộng trong những điều kiện nhất định
• Dự án thuộc Liên minh Thành phố Thông minh Kashiwanoha, được Bộ Đất đai, Cơ sở hạ tầng, Giao thông và Du lịch Nhật Bản lựa chọn
• Nhiều tổ chức phối hợp triển khai dự án, bao gồm các khoa thuộc trường đại học, cơ quan chính phủ và doanh nghiệp tư nhân
• Kế hoạch trong tương lai gồm phát triển các mẫu xe buýt tự hành mới và mở rộng hoạt động dựa trên kết quả thử nghiệm