Công nghệ Lidar cho ô tô

Trong khi các nhà sản xuất ô tô thực hiện đo kiểm trên thực địa, họ thấy rằng, khác với suy nghĩ ban đầu, mặc dù các thiết bị cảm biến thế hệ sau có nhiều tính năng hữu ích, chúng không phải là lời giải cho mọi vấn đề. 

Thiếu dữ liệu đầu vào của người lái xe/con người, xe AV đòi hỏi kết hợp cảm biến và máy tính để nhận biết về đường đi và môi trường xung quanh. Hầu hết các công cụ hỗ trợ lái xe tiên tiến hiện nay trên thế giới sử dụng kết hợp radar (viba) và siêu âm (âm thanh) để cảnh báo về những mối đe dọa ngoài tầm nhìn và giúp dừng xe trước khi va chạm xảy ra.

Lidar có thể thực hiện các chức năng tương tự, tạo ra một bức tranh về môi trường xung quanh nó, trong khi vẫn đưa ra lựa chọn tốt nhất để xe AV nhìn thấy ánh sáng.

Công nghệ Lidar trong ô tô

Theo Chaimaa Aarab, chuyên gia đến từ Keysight Technologies chia sẻ, ngành ô tô đang trải qua quá trình chuyển đổi mang tính sống còn với xe tự lái (AV) và các hệ thống hỗ trợ lái xe tiên tiến (ADAS). Để tạo được trải nghiệm lái xe tự động toàn diện, việc kết hợp cảm biến đã trở thành nhân tố hỗ trợ quan trọng trong ngành ô tô. Công nghệ kết hợp cảm biến tập trung vào các thuật toán phần mềm có chức năng tổ hợp dữ liệu từ các máy quay, radar và lidar để tạo ra thông tin đưa ra quyết định. Trong bối cảnh đó, chất lượng dữ liệu có vai trò rất quan trọng. Mặc dù hành trình mô phỏng các giác quan và não bộ của con người để hỗ trợ lái xe tự động cấp 5 còn rất dài, công nghệ kết hợp cảm biến là một bước tiến quan trọng trên con đường này.

Máy quay và radar ô tô là những trụ cột hỗ trợ tự động hóa lái xe cấp 2. Tự động hóa từ cấp 3 trở lên đòi hỏi các bộ cảm biến và mức độ dự phòng bổ sung. Chẳng hạn, các nhà sản xuất ô tô sử dụng radar trong các hệ thống khác nhau - các hệ thống giám sát điểm mù để phát hiện xe khác trước khi chuyển làn, hệ thống phanh khẩn cấp tự động dừng xe trước khi va chạm chướng ngại vật và kiểm soát chạy xe thích ứng để duy trì khoảng cách giữa hai xe.

Lidar ô tô có độ phân giải và chính xác cao, hiệu quả trong điều kiện ánh sáng thấp và ánh xạ 3D tới 2 cảm biến khác. Lidar theo dõi chướng ngại vật và các phương tiện khác để duy trì khoảng cách an toàn; công nghệ này có thể giúp đọc biển báo, tín hiệu giao thông và các chỉ dấu trên đường để phân tích nguy cơ theo thời gian thực, bảo đảm xe tự lái vận hành hiệu quả. Tuy nhiên, giá thành đang không cho phép lidar ô tô được sử dụng rộng rãi.

Giới thiệu về lidar

Lidar (phát hiện và xác định khoảng cách bằng ánh sáng) là một thiết bị sử dụng xung laser để phát hiện và xác định khoảng cách; thiết bị này có thể vận hành với các bước sóng khác nhau như 850nm, 905nm, 940nm và 1550nm. Cảm biến lidar bao gồm một nguồn phát laser, một bộ thu quang và một hệ thống thấu kính hoặc quang học để điều hướng và thu nhận xung laser. Ánh sáng tiếp xúc với đối tượng sẽ phản xạ ngược lại thiết bị lidar. Khi đó hệ thống nhận xung phản xạ và tính toán khoảng cách tới đối tượng dựa trên khoảng thời gian từ khi phát xung cho tới khi nhận được tia phản xạ.

Các tia phản xạ về hệ thống sẽ cùng nhau tạo nên một bức tranh về môi trường quanh phương tiện và sử dụng thuật toán máy tính để liên kết các mảnh ghép thành hình dáng xe ô tô, người và các chướng ngại vật khác. Lidar sử dụng laser xung để ánh xạ các mô hình 3D của môi trường nhanh chóng và chính xác hơn so với radar hay sonar, chuyên gia Chaimaa Aarab, cho biết.

Có hai loại lidar:

• Lidar chênh lệch thời gian (Time of Flight - ToF): sử dụng sự chênh lệch thời gian giữa xung laser phát và phản xạ để tính toán khoảng cách tới mục tiêu, còn gọi là khoảng cách.
• Lidar điều chế tần số sóng liên tục (FMCW): sử dụng giá trị chênh lệch tần số giữa các chip laser được điều chế thu và phát để tính toán khoảng cách và suy ra tốc độ của mục tiêu. Lidar FMCW sử dụng tách sóng coherent để cải thiện độ chính xác đo khoảng cách và khả năng đo đồng thời các đối tượng mờ và sáng.

Chúng ta cũng có thể phân loại lidar theo công nghệ tách sóng hoặc quét.

Tương tự như các hệ thống ứng dụng công nghệ radar, các nhà sản xuất cảm biến lidar phải đảm bảo hệ thống lidar phát hiện nhanh và đáng tin cậy các vật thể, tạo điều kiện cho hệ thống hỗ trợ người lái tiên tiến (ADAS) hoạt động chính xác trước khi đưa ra thị trường. Thông thường, để có thể đo kiểm các bộ cảm biến một cách thích hợp, các nhà thiết kế cần có phòng diện tích lớn và các loại bảng mục tiêu truyền thống để đo kiểm chức năng xác định khoảng cách và phản xạ. Giảm chi phí các bộ cảm biến và mở rộng quy mô để sản xuất đại trà cũng là những khó khăn thách thức khác trong lĩnh vực này.

Thách thức chính cản trở các nhà sản xuất ô tô OEM ứng dụng lidar rộng rãi là giảm giá thành của cảm biến lidar, có thể xuống tới mức giá của các thiết bị radar. Giá thành của các thiết bị lidar đã giảm đáng kể trong những năm vừa qua; tuy nhiên vẫn có dư địa để mức giá này có thể cạnh tranh hơn. Có nhiều nguyên nhân làm tăng giá thành, bao gồm chi phí nghiên cứu phát triển, chi phí vật liệu và sản xuất và khối lượng sản xuất chưa lớn.

Hướng tới tương lai

Lidar ô tô là một bước đi đầy hứa hẹn hướng tới trải nghiệm lái xe tự động toàn diện. Kết hợp cảm biến và các thuật toán chính xác hơn khác sẽ tạo ra nhiều hơn nữa các luồng dữ liệu có ý nghĩa. Đó là những dữ liệu mà đến một ngày nào đó sẽ giúp ra những quyết định với mức độ phức tạp tương đương với những quyết định chỉ não bộ của con người mới có khả năng xử lý.

Theo tạp chí Điện tử và Ứng dụng