Vào ngày 15 tháng 3 năm 2025, Xiaomi Auto đã trả lời một câu hỏi từ cư dân mạng trong tập 126: Màn hình xe hơi nhắc nhở tôi rằng "radar laser bị chặn". Tình hình là gì và tôi nên làm gì? Xiaomi cho biết: Gần đây, mưa và tuyết đã xảy ra ở nhiều tỉnh trên cả nước. Nếu bạn thấy rằng màn hình điều khiển trung tâm của chiếc xe của bạn sẽ nhắc "radar laser bị chặn và chức năng lái xe thông minh bị hạn chế", thì có thể là do cảm biến bị chặn bởi các vật thể/mưa và tuyết lạ. Vui lòng sử dụng một miếng vải cotton sạch để nhẹ nhàng lau bề mặt của cửa sổ radar laser để khôi phục nó về bình thường. Nếu vấn đề vẫn tồn tại sau khi xóa, vui lòng liên hệ với Trung tâm dịch vụ tự động Xiaomi kịp thời. Điều đáng nói là phiên bản lái xe thông minh nâng cao của Xiaomi có Radar Radar/loại trừ của Xiaomi, có thể làm giảm hiệu quả tần suất báo động sai và suy thoái chức năng của bụi bẩn radar, và cải thiện hơn nữa sự an toàn và ổn định của chức năng lái xe thông minh.
Từ câu hỏi này, chúng ta có thể thấy rằng Lidar, là phần cứng nhận thức chính cho lái xe tự trị, không thể thích nghi với tất cả các kịch bản lái xe và có thể bị ảnh hưởng bởi các đối tượng nước ngoài. Tại sao Lidar có tác động đáng kể trong thời tiết mưa và tuyết? Hôm nay chúng tôi sẽ nói chuyện với bạn chi tiết về Lidar.
Lidar là gì?
Lidar (phát hiện ánh sáng và phạm vi) là một cảm biến hoạt động sử dụng các chùm tia laser để phát hiện và đo khoảng cách của các mục tiêu xung quanh. Nguyên tắc cơ bản của nó tương tự như radar truyền thống, nhưng nó sử dụng tín hiệu quang học thay vì sóng vô tuyến để truyền thông tin. LIDAR tính toán khoảng cách của mục tiêu bằng cách phát ra các xung laser và đo thời gian bay từ laser được phát ra với laser được phản xạ lại sau khi gặp một vật thể. Hiện tại, Lidar ô tô chủ yếu sử dụng phương pháp thời gian bay (TOF) và một số hệ thống đang thử công nghệ sóng liên tục được điều chế tần số (FMCW). Cả hai công nghệ đều có ưu điểm và nhược điểm riêng. Công nghệ TOF có lợi thế của tốc độ phản hồi nhanh và độ chính xác phát hiện cao, và phù hợp cho hầu hết các ứng dụng thương mại. Công nghệ FMCW có những lợi thế của việc trực tiếp có được thông tin tốc độ mục tiêu và khả năng chống giao thoa mạnh hơn. Mặc dù vẫn còn một số khó khăn nhất định trong chi phí phần cứng và triển khai kỹ thuật, nhưng nó dự kiến sẽ được áp dụng khi hiệu suất của các thành phần điện tử được cải thiện.
LIDAR thường bao gồm một mô -đun truyền, mô -đun nhận, mô -đun quét và mô -đun điều khiển và xử lý. Lõi của mô -đun truyền là laser và bước sóng hoạt động của nó thường có hai tùy chọn: 905nm và 1550nm. Laser 905nm được sử dụng rộng rãi trong các nắp gắn trên xe vì chúng sử dụng máy dò dựa trên silicon, quy trình trưởng thành và chi phí thấp, nhưng khoảng cách phát hiện của chúng tương đối ngắn do hạn chế điện an toàn; Laser 1550nm có nhiều lợi thế về sự thâm nhập an toàn và khí quyển, và khoảng cách phát hiện của chúng có thể đạt tới hơn 300 mét, nhưng do chi phí cao của các vật liệu liên quan và tính nhạy cảm với nước lỏng trong nước mưa và sương mù, chúng chủ yếu được sử dụng trong các cảnh có yêu cầu an toàn cao.
Mô -đun nhận là một phần quan trọng của hệ thống LIDAR. Chức năng chính của nó là nắm bắt tín hiệu laser được phản xạ và chuyển đổi nó thành tín hiệu điện có thể được xử lý. Mô-đun thường bao gồm một hệ thống quang nhận, bộ lọc, máy dò và mạch khuếch đại mặt trước. Hiện tại, công nghệ máy dò trong hệ thống LIDAR chủ yếu tập trung theo hai hướng: APD (Avalanche Photodiode) và SPAD/SIPM (ống quang điện tử Avalanche/Silicon Photomultiplier). Công nghệ APD là trưởng thành và chi phí thấp, nhưng nó không đủ độ nhạy và phản ứng động; Mặc dù công nghệ SPAD/SIPM có hiệu suất tốt hơn trong việc nắm bắt các tín hiệu yếu, nhưng nó có yêu cầu cao hơn đối với thiết kế hệ thống tổng thể.
Chức năng của mô-đun quét là làm cho chùm tia laser liên tục quét trong một phạm vi góc nhất định để xây dựng hình ảnh đám mây điểm ba chiều của môi trường xung quanh của xe. Hiện tại, các giải pháp quét trên thị trường chủ yếu được chia thành ba loại: cơ học, trạng thái rắn lai và trạng thái rắn tinh khiết. Dung dịch quét cơ học điều khiển toàn bộ mô -đun bộ thu phát quay qua động cơ, có thể đạt được quét toàn cảnh 360 độ, nhưng nó có nhược điểm của kích thước lớn, trọng lượng nặng, điều chỉnh phức tạp và tuổi thọ ngắn; Giải pháp trạng thái rắn lai tách mô-đun bộ thu phát từ cơ chế quét, đồng thời duy trì tốc độ quét cao, giảm khối lượng và chi phí; Giải pháp trạng thái rắn thuần túy sử dụng mảng pha quang hoặc công nghệ quét flash, không có các bộ phận chuyển động cơ học, do đó, nó có lợi thế của sự tích hợp cao, khả năng chống rung mạnh và tuổi thọ dài. Mặc dù giải pháp này rất tốn kém, nhưng nó thường được coi là hướng phát triển của LIDAR gắn trên xe trong tương lai.
Mô-đun điều khiển và xử lý trích xuất thông tin đa chiều như khoảng cách, góc và độ phản xạ bằng cách khuếch đại, lọc, chuyển đổi tương tự sang kỹ thuật số và xử lý tín hiệu kỹ thuật số theo thời gian thực trên các tín hiệu được thu thập bởi LIDAR và truyền các dữ liệu này sang hệ thống ra quyết định lái xe cấp trên. Hiện tại, hầu hết các hệ thống sử dụng FPGA làm chip điều khiển cốt lõi vì khả năng lập trình mạnh mẽ và nâng cấp dễ dàng thường xuyên. Tuy nhiên, với sự tiến bộ liên tục của công nghệ SOC tự phát triển, LIDAR ô tô dự kiến sẽ đạt được những đột phá hơn nữa trong việc giảm chi phí và cải thiện hiệu quả xử lý dữ liệu.
Tại sao Lidar không thể bị chặn? Các yếu tố ảnh hưởng là gì?
Trong quá trình lái xe, thời tiết xấu như mưa, tuyết và bão cát sẽ có tác động trực tiếp đến Lidar. Khi hạt mưa hoặc bông tuyết rơi trên cửa sổ Lidar, một màng chất lỏng hoặc rắn sẽ được hình thành trên bề mặt. Phim này không chỉ cản trở sự phát xạ và nhận thông thường của laser, mà còn khiến một số tín hiệu laser bị phân tán, nhiễu xạ hoặc thậm chí được hấp thụ trong quá trình lan truyền, do đó làm giảm đáng kể cường độ của tín hiệu phản xạ. Sau khi phát hiện sự suy giảm tín hiệu này, hệ thống sẽ nhắc rằng cảm biến bị chặn. Trong quá trình lái xe, chiếc xe cũng dễ bị ô nhiễm bởi các vật thể lạ như bùn, bụi và lá. Những chất ô nhiễm này gắn vào cửa sổ bảo vệ LIDAR sẽ làm giảm thêm độ truyền qua quang học và gây ra các tín hiệu phản xạ bổ sung, can thiệp vào phán đoán của hệ thống về môi trường thực.
Ngoài ra, nhiễu ánh sáng mạnh, nhiễu nền và các yếu tố không ổn định khác trong môi trường cũng sẽ ảnh hưởng đến hiệu suất phát hiện của radar laser, đặc biệt là trên các mục tiêu phản xạ cao hoặc phản xạ thấp. Các yếu tố nhiễu này có thể dễ dàng khiến hệ thống nắm bắt tín hiệu echo do lỗi, do đó gây ra báo động sai. Ngoài các yếu tố môi trường bên ngoài, lỗi hiệu chuẩn của cấu trúc cơ học bên trong của radar laser cũng là một trong những yếu tố ảnh hưởng. Các bộ phận chuyển động bên trong của radar laser bằng cách sử dụng các giải pháp quét trạng thái rắn cơ học hoặc lai có thể có vấn đề như hao mòn, độ lệch do rung hoặc hiệu chuẩn không chính xác sau khi hoạt động dài hạn, dẫn đến độ lệch của góc phát xạ tia laser, dẫn đến sự chồng chéo hoặc thiếu sót.
Radar laser được sử dụng làm phần cứng nhận thức chính của nhiều công ty xe hơi và tính chính xác của việc thu thập dữ liệu của nó sẽ trực tiếp xác định nhận thức của xe về môi trường và tốc độ phản ứng ra quyết định. Một khi dữ liệu radar laser là bất thường do tắc, hệ thống sẽ không chỉ đối mặt với vấn đề giảm phạm vi phát hiện và độ chính xác, mà còn có thể tạo ra các lỗi lớn hơn do dữ liệu đầu vào không nhất quán khi dữ liệu đa cảm biến được hợp nhất, do đó ảnh hưởng đến sự nhận biết của xe và đánh giá của các chướng ngại vật, người đi bộ. Để đảm bảo phát hiện ra sự an toàn khi lái xe, khi phát hiện dữ liệu LIDAR bất thường, một số hệ thống lái xe thông minh sẽ chủ động giảm hoặc tắt một số chức năng lái xe tự trị, buộc phương tiện phải chuyển sang chế độ hỗ trợ lái xe thấp hơn, đảm bảo an toàn ở một mức độ nhất định, nhưng cũng làm suy yếu mức độ tự động hóa của xe và trải nghiệm lái xe. Đặc biệt trong các tình huống khẩn cấp, nếu tốc độ phản ứng của hệ thống đối với thông tin môi trường giảm, nó sẽ ảnh hưởng trực tiếp đến khả năng thực hiện các biện pháp tránh tránh hiệu quả và tăng các mối nguy hiểm an toàn. Xiaomi Motors đã giới thiệu thuật toán Lidar Dirid/Shlusion tự phát triển trong hệ thống lái xe thông minh cao cấp của nó, nhằm mục đích giảm tốc độ báo động sai do tắc hoặc bụi bẩn thông qua các cải tiến cấp độ phần mềm và để bù cho sự suy giảm dữ liệu do sự can thiệp môi trường đến một mức độ nhất định.
Lidar sẽ phát triển như thế nào trong tương lai?
Nhiều công ty xe hơi đã thúc đẩy các giải pháp nhận thức dựa trên tầm nhìn thuần túy, nhưng vì các giải pháp nhận thức dựa trên tầm nhìn thuần túy có yêu cầu cao đối với các hệ thống ra quyết định, các công ty xe hơi này không thể từ bỏ hoàn toàn Lidar và Lidar có thể không được thay thế hoàn toàn trong ngắn hạn. Với sự cải thiện công nghệ, Lidar sẽ tiếp tục tiến tới công nghệ nhà nước rắn và thiết kế tích hợp cao. Mặc dù dung dịch quét cơ học truyền thống là trưởng thành, nhưng nó có nhược điểm như kích thước lớn, tuổi thọ ngắn và tính nhạy cảm với rung động, do đó nó dần được thay thế bằng lớp vỏ trạng thái rắn.
Giải pháp trạng thái rắn áp dụng mảng pha quang hoặc công nghệ quét flash, không yêu cầu các bộ phận chuyển động cơ học. Mặc dù cải thiện khả năng chống rung và tuổi thọ dịch vụ, nó cũng có thể đạt được tích hợp hệ thống cao hơn và chi phí sản xuất thấp hơn. Việc nghiên cứu và phát triển các vật liệu quang học mới và công nghệ lớp phủ tự làm sạch cũng sẽ cải thiện cơ bản độ truyền quang của cửa sổ Lidar và giảm sự suy giảm tín hiệu do bụi bẩn, trầy xước hoặc xói mòn môi trường. Mặc dù dòng chính của Lidar ô tô vẫn dựa trên công nghệ TOF, công nghệ FMCW đang dần bước vào giai đoạn nghiên cứu và phát triển với khả năng chống can thiệp độc đáo và lợi thế của việc trực tiếp có được thông tin tốc độ mục tiêu. Dự kiến sẽ trở thành một lựa chọn khác cho Lidar hiệu suất cao trong tương lai.
Vấn đề tắc LIDAR có thể phản ánh những hạn chế của công nghệ hiện tại trong việc xử lý các môi trường bên ngoài phức tạp, nhưng nó cũng cung cấp một cơ hội quan trọng cho sự đổi mới công nghệ của ngành. Trong tương lai, với sự xuất hiện liên tục của các công nghệ mới và sự trưởng thành ngày càng tăng của công nghệ hợp nhất đa cảm biến, các hệ thống LIDAR chắc chắn sẽ đạt được nhận thức môi trường chính xác và ổn định hơn, cung cấp hỗ trợ kỹ thuật mạnh mẽ để đạt được mức độ lái xe tự trị cao hơn.
