Công nghệ LiDAR đối mặt với thách thức về chi phí và vật lý khi thị trường xe tự lái trì trệ

Lời hứa về cảm biến LiDAR giá rẻ cho xe tự lái vẫn chưa được thực hiện, với các chuyên gia trong ngành chỉ ra những hạn chế cơ bản về vật lý và sự thay đổi ưu tiên thị trường là những trпрепятствие chính. Trong khi nhiều công nghệ đo khoảng cách quang học khác nhau đã xuất hiện, từ hệ thống đo thời gian bay trực tiếp đến hệ thống sóng liên tục điều chế tần số, con đường đến việc áp dụng hàng loạt đã tỏ ra phức tạp hơn so với dự kiến ban đầu.

So sánh Công nghệ LiDAR

Hệ thống cao cấp vẫn có giá cao

Hệ thống LiDAR tầm xa vẫn có mức giá đắt đỏ, với các đơn vị thường có giá khoảng 10.000 đô la Mỹ. Tuy nhiên, một số nhà quan sát trong ngành tranh cãi về những con số này, cho rằng các mẫu mới hơn như sản phẩm của một số nhà sản xuất Trung Quốc có thể bán với giá dưới 1.000 đô la Mỹ, với một số biến thể cấp thấp có thể đạt 300-500 đô la Mỹ. Sự biến động giá này phản ánh cuộc chiến đang diễn ra giữa các phương pháp công nghệ khác nhau và quy mô sản xuất.

Giá Thị Trường Hiện Tại

• LIDAR tầm xa cao cấp: ~10.000 USD
• Các nhà sản xuất Trung Quốc (còn tranh cãi): <1.000 USD
• Các phiên bản phân khúc thấp: 300-500 USD ( Hesai ATX , AT128 )
• Các thiết bị rắn nhỏ gọn: tầm hoạt động 25m trong kích thước bằng đồng hồ đeo tay

Vật lý tạo ra những đánh đổi cơ bản

Thách thức cốt lõi mà công nghệ LiDAR đối mặt nằm ở các nguyên lý vật lý cơ bản. Hệ thống quét có thể tập trung toàn bộ năng lượng laser vào một chùm tia hẹp, trong khi LiDAR flash không quét phải phân tán cùng một năng lượng trên toàn bộ trường nhìn. Điều này tạo ra cái mà các kỹ sư gọi là vấn đề lũy thừa bậc bốn - cường độ tín hiệu giảm theo lũy thừa bậc bốn của khoảng cách do tổn thất bình phương nghịch đảo cả khi đi ra và quay lại.

Ưu điểm của việc quét là bạn có thể tập trung toàn bộ năng lượng xung laser vào một chùm tia hẹp. Không quét có nghĩa là bao phủ toàn bộ trường nhìn cùng một lúc với cùng một xung laser đó.

Hệ thống LiDAR flash đối mặt với những thách thức kỹ thuật bổ sung, bao gồm việc quản lý yêu cầu dòng điện cực cao - đôi khi lên đến 160 ampe - cùng với các thiết bị điện tử khác. Điều này làm cho thiết kế bo mạch phức tạp và đắt đỏ hơn, trong khi các quy định an toàn hạn chế công suất laser tối đa.

Những Thách Thức Kỹ Thuật Chính

• Mất tín hiệu tuân theo định luật lũy thừa bậc bốn của khoảng cách
• Flash LIDAR yêu cầu quản lý dòng điện 160A
• Quy định an toàn mắt giới hạn công suất laser
• Các yếu tố môi trường: bụi, mưa, ánh nắng mặt trời, mảnh vụn
• Nhiễu xuyên âm và giao thoa đa đường trong hệ thống iToF

Sơ đồ minh họa mối quan hệ giữa thời gian và tần số trong hệ thống LiDAR , làm nổi bật những thách thức kỹ thuật được thảo luận

Động lực thị trường chuyển hướng khỏi xe tự động

Ngành công nghiệp lái xe tự động đã trải qua một giai đoạn làm mát đáng kể, với đầu tư và sự chú ý chuyển hướng sang các ứng dụng trí tuệ nhân tạo. Sự thay đổi này đã làm giảm sản xuất khối lượng lớn dự kiến vốn sẽ thúc đẩy chi phí LiDAR giảm xuống. Nhiều công ty hiện tập trung vào các ứng dụng hạn chế hơn như dịch vụ taxi thay vì xe cá nhân thị trường đại chúng.

Xu hướng ở các thị trường châu Á cho thấy sự ưa chuộng các phương pháp lai: một LiDAR tầm xa hướng về phía trước kết hợp với ba đơn vị tầm ngắn hơn để bao phủ bên và phía sau. Chiến lược này cân bằng hiệu suất với các cân nhắc về chi phí nhưng vẫn yêu cầu các thành phần đắt tiền.

Giải pháp thể rắn cho thấy triển vọng bất chấp hạn chế

Những phát triển gần đây trong công nghệ LiDAR thể rắn mang lại một số hy vọng cho các ứng dụng nhỏ gọn. Các đơn vị mới có thể đạt được phạm vi 25-30 mét trong các gói có kích thước đồng hồ đeo tay, thể hiện tiến bộ thu nhỏ đáng kể. Tuy nhiên, các hệ thống này thường hoạt động tốt nhất ở phạm vi ngắn hơn và các trường hợp sử dụng cụ thể như cảm biến độ sâu điện thoại thông minh thay vì các ứng dụng ô tô đầy đủ.

Ngành công nghiệp tiếp tục vật lộn với những thách thức môi trường ảnh hưởng đến tất cả hệ thống quang học, bao gồm bụi, mưa, ánh sáng mặt trời trực tiếp và tích tụ mảnh vụn. Những mối quan tâm thực tế này thường yêu cầu hệ thống dự phòng như radar sóng milimét, làm tăng thêm độ phức tạp và chi phí tổng thể của hệ thống.

Khi công nghệ trưởng thành, khoảng cách giữa khả năng phòng thí nghiệm và yêu cầu triển khai thực tế vẫn còn đáng kể, cho thấy rằng việc áp dụng LiDAR rộng rãi trong xe tiêu dùng có thể mất nhiều thời gian hơn so với dự đoán ban đầu.

Tham khảo: LIDAR, optical distance & time of flight sensors

Cận cảnh các module VCSEL được sử dụng trong hệ thống LiDAR, thể hiện kích thước nhỏ gọn liên quan đến những tiến bộ trong công nghệ trạng thái rắn