Thông tin PCB - Làm thế nào để áp dụng sóng milimet trong xe không người lái?

Công nghệ sóng milimet và laser có những ứng dụng quan trọng trong lĩnh vực xe không người lái, đặc biệt là các công nghệ liên quan đến sóng milimet. Trong quá trình nghiên cứu phát triển xe không người lái, radar sóng milimet thường được sử dụng làm một trong những cảm biến không người lái. Lý do là cảm biến sóng milimet có khoảng cách đo dài hơn LiDAR và máy ảnh và có thể duy trì hoạt động ổn định trong điều kiện thời tiết bất lợi như mưa và tuyết. Điều này cho thấy công nghệ sóng milimet đóng một vai trò quan trọng trong lĩnh vực xe không người lái. Bài viết này sẽ giới thiệu kiến thức liên quan đến radar sóng milimet và cách áp dụng sóng milimet cho các phương tiện không người lái.

Tổng quan về thị trường radar sóng milimet

Hiện nay, công nghệ radar sóng milimet chủ yếu được độc quyền bởi các đại gia thành phần truyền thống như Continental, Bosch, Volkswagen, Otoliv, Denso, Delphi và đặc biệt là radar sóng milimet 77GHz. Chỉ có các công ty như Bosch, Continental, Delphi, Volkswagen, TRW, Fujitsu, Hitachi và những công ty khác nắm vững công nghệ này. Bosch và Continental Motor Radar chiếm 22% thị phần trong năm 2015, dẫn đầu thế giới.

Sản phẩm radar sóng milimet tầm xa của Bosch là sản phẩm cốt lõi của nó. Phạm vi phát hiện của nó có thể đạt 250 mét. Đây là radar sóng milimet có tầm bắn xa nhất hiện nay, chủ yếu được sử dụng cho hệ thống điều khiển hành trình tự động ACC. Continental tương đối toàn diện, sản phẩm chính của nó là radar sóng milimet 24GHz. Hyra có phạm vi khách hàng rộng nhất và thị phần lớn nhất trong lĩnh vực 24GHz trên toàn thế giới với radar 24GHz làm cốt lõi.

Thị phần của các nhà sản xuất radar sóng milimet nước ngoài

Đặc điểm của radar mmWave

Mỗi quốc gia có ba băng tần chính - 24 GHz, 60 GHz và 77 GHz - về lựa chọn tần số của radar sóng milimet và hiện đang tiến gần hơn đến 77 GHz. Châu Âu và Mỹ chọn băng tần 77GHz, trong khi Nhật Bản chọn băng tần 60GHz. Với việc sử dụng rộng rãi radar sóng milimet 77GHz trên toàn thế giới, Nhật Bản dần chuyển sang phát triển radar sóng milimet 77GHz.

Hiện tại, radar sóng milimet chủ yếu xuất hiện dưới dạng hệ thống SRR (radar tầm ngắn) 24 GHz+hệ thống LRR (radar tầm xa) 77 GHz. Radar sóng milimet 24GHz chủ yếu chịu trách nhiệm phát hiện tầm ngắn, trong khi cảm biến sóng milimet 77GHz chủ yếu chịu trách nhiệm phát hiện tầm xa.

Radar 1,77 GHz nhỏ hơn radar 24 GHz. Radar 77GHz có bước sóng ít hơn một phần ba của 24GHz, do đó diện tích ăng-ten thu phát giảm đáng kể, làm giảm hiệu quả kích thước của toàn bộ radar, điều này rất có lợi cho việc theo đuổi thu nhỏ.

Radar 2,77GHz có thể đáp ứng đồng thời các yêu cầu về công suất phát cao và băng thông hoạt động rộng, cho phép nó đạt được cả phát hiện tầm xa và độ phân giải tầm xa.

Ăng-ten, mạch tần số vô tuyến, chip và các thiết kế khác của radar 3.77GHz có độ khó lớn hơn để thiết kế và sản xuất. Độ trưởng thành công nghệ hiện tại thấp và chi phí cao hơn.

Ngoài ra, ITU đã liệt kê 79GHz là ứng dụng trong lĩnh vực an toàn ô tô vào năm 2015. Băng tần này có thể phát hiện người đi bộ và nhắm vào nhiều mục tiêu. Trong tương lai, nó có thể thay thế 24 GHz như một radar tầm ngắn và được sử dụng rộng rãi.

Ưu điểm của radar sóng milimet

Radar sóng milimet được đặc trưng bởi độ dài sóng, băng thông tần số (dải tần số lớn) và khả năng xuyên thấu mạnh, tạo thành những ưu điểm của radar sóng milimet:

1. Khả năng thâm nhập mạnh mẽ, không bị ảnh hưởng bởi thời tiết. Khí quyển có tác dụng làm suy giảm sự lan truyền của dải radar. Radar sóng milimet có khả năng xuyên thủng mạnh hơn trong không khí sạch, mưa, sương mù, khói và ô nhiễm yếu hơn tia hồng ngoại, vi sóng, v.v. Radar sóng milimet có các tính năng như chùm tia hẹp, băng thông tần số và độ phân giải cao. Nó hoạt động 24/7 trong dải cửa sổ khí quyển và không bị ảnh hưởng bởi ngày và đêm.

2. Kích thước nhỏ và độ chính xác nhận dạng cao. Bước sóng milimet, khẩu độ ăng-ten nhỏ và kích thước thành phần nhỏ làm cho hệ thống radar sóng milimet nhỏ và nhẹ, dễ lắp đặt trên xe. Đối với cùng một mục tiêu, radar sóng milimet có diện tích lớn và độ nhạy cao, có thể phát hiện và xác định vị trí các mục tiêu nhỏ.

3. Phát hiện cảm biến từ xa có thể đạt được. Radar sóng milimet được chia thành radar tầm xa (LRR) và radar tầm ngắn (SRR). Do sóng milimet phân rã trong khí quyển, nó có thể phát hiện và cảm nhận khoảng cách xa hơn, trong khi radar tầm xa có thể phát hiện và cảm nhận trên 200 mét.

Radar sóng milimet có nhiều ưu điểm và hiện đang chiếm một tỷ lệ lớn trong các cảm biến chống va chạm ô tô. Theo IHS, sóng milimet/radar vi sóng+camera chiếm 70% cảm biến chống va chạm của xe.

Các nhà sản xuất radar sóng milimet nước ngoài

Các gã khổng lồ quốc tế có lịch sử nghiên cứu lâu dài trong lĩnh vực radar sóng milimet, tích lũy công nghệ sâu và thống trị thị trường toàn cầu. Nghiên cứu về radar sóng milimet gắn trên xe chủ yếu được thực hiện ở một số quốc gia phát triển, đại diện là Đức, Mỹ và Nhật Bản. Hiện tại, công nghệ radar sóng milimet chủ yếu được độc quyền bởi Bosch, Continental, thiết bị điện, Autoliv và Delphi và các công ty linh kiện truyền thống khác. Biểu đồ dưới đây cho thấy thông tin liên quan về radar sóng milimet từ một số nhà sản xuất nước ngoài.

Vậy làm thế nào để áp dụng thành công công nghệ sóng milimet vào xe không người lái?

Ứng dụng radar sóng milimet trong xe không người lái

1. Nguyên tắc làm việc của radar

Đối với con người và các sinh vật khác, mắt và tai là những thiết bị không thể thiếu để thu thập thông tin về môi trường bên ngoài. Tuy nhiên, những chiếc xe không người lái dựa vào máy móc để thu thập thông tin bên ngoài, vì vậy các thiết bị liên quan của chúng đã được thay thế bằng radar. Do đó, phương tiện truyền tải thông tin đã thay đổi từ ánh sáng sang sóng vô tuyến. Tuy nhiên, cả ánh sáng và sóng vô tuyến về cơ bản đều là sóng điện từ và chúng di chuyển với cùng một tốc độ trong chân không.

Mặc dù cấu trúc và loại radar khác nhau, nhưng hình thức cơ bản của chúng là giống nhau, tức là tất cả chúng đều có máy phát, ăng ten phát, máy thu, ăng ten nhận, bộ phận xử lý và màn hình.

Khi làm việc, sóng vô tuyến đầu tiên được truyền theo một hướng nhất định thông qua ăng-ten mà máy phát mang theo. Nếu sóng vô tuyến gặp chướng ngại vật trong quá trình truyền, nó sẽ phản xạ và ăng-ten sẽ gửi nó đến thiết bị nhận để xử lý sau khi nhận được sóng phản xạ, thu được thông tin liên quan đến chướng ngại vật, chẳng hạn như tính toán tốc độ của chướng ngại vật thông qua hiệu ứng Doppler, tính toán khoảng cách giữa các chướng ngại vật và chênh lệch thời gian giữa truyền và nhận, v.v.

2 Mối quan hệ với xe không người lái

Thông thường, người lái xe là người có bằng lái xe, người có thể đánh giá môi trường bên ngoài bằng mắt và tai để lái xe về phía trước, rẽ và tránh chướng ngại vật. Tuy nhiên, những người lái xe ô tô không người lái đã chuyển từ con người sang máy móc. Do đó, các thiết bị được sử dụng để thu thập thông tin bên ngoài đã được thay thế bằng radar cho mắt và tai. Máy bay không người lái thu thập thông tin bên ngoài thông qua thiết bị radar gắn trên nó và phản ứng với các sự kiện tương ứng sau khi phân tích.

Trên thực tế, radar hoạt động như thế nào? Lấy ví dụ như chiếc xe không người lái GM Cruise. Global Cruise sử dụng 5 LiDAR và 21 mmWave Radar, được đặt xung quanh thân xe. Trong số 21 radar sóng milimet, 12 là radar 79GHz do ALPS của Nhật Bản cung cấp. Bốn radar ARS-408 được lắp đặt theo cặp ở phía trước và phía sau thân xe, và năm radar có độ phân giải cao được lắp ở phía trước và phía sau theo hướng trái và phải với độ phân giải 4cm.

12 radar sóng milimet 79GHz hoạt động ở chế độ tầng, tức là khi một đối tượng thực hiện một hoạt động, nó sẽ đánh giá liệu đối tượng liên quan có thực hiện một hoạt động đồng bộ hay không. Chế độ hoạt động này cho phép xe không người lái cảm nhận rõ ràng thông tin 360 ° xung quanh và cũng có thể theo dõi hàng ngàn mục tiêu cùng một lúc, cải thiện đáng kể khả năng của xe không người lái trong trường hợp khẩn cấp. 12 radar sóng milimet 79GHz này tạo thành một hệ thống dự phòng. Mặc dù điều này sẽ làm tăng chi phí sản xuất và làm cho hệ thống trông hơi cồng kềnh, nhưng nó sẽ không đáng kể so với lợi ích của việc cải thiện hiệu suất an toàn.

Hệ thống bao gồm nhiều radar có thể cập nhật bản đồ xung quanh các phương tiện không người lái bất cứ lúc nào. Vì vậy, ở một mức độ nào đó, những chiếc xe không người lái an toàn hơn những chiếc xe do con người điều khiển. Cho dù người lái xe có tinh vi đến đâu, anh ta không thể luôn chú ý đến tình hình giao thông theo mọi hướng, nhưng người lái máy có thể bình tĩnh đưa ra phán đoán và đưa ra giải pháp tốt nhất cho tình huống theo mọi hướng, không có sự khác biệt.

3. Tầm nhìn tương lai

Hiện nay, sự phát triển của xe không người lái đã đạt được đột phá lớn. Các công ty công nghệ như Google và Baidu đều đã hoàn thành thử nghiệm trên đường cho xe không người lái và Bắc Kinh, Trung Quốc, năm ngoái cũng đã xây dựng và công bố hai tài liệu, đó là "Hướng dẫn của Bắc Kinh về việc đẩy nhanh thử nghiệm trên đường cho xe tự lái (thử nghiệm)" và "Quy tắc thực hiện quản lý thử nghiệm trên đường cho xe tự lái (thử nghiệm). Không thể không nói, tương lai nghiên cứu phát triển xe không người lái ở trong và ngoài nước đều rất tươi sáng. Là đôi mắt và đôi tai của những chiếc xe không người lái, radar chắc chắn có thể tỏa sáng trong lĩnh vực này.