พื้นหลัง LiDAR สำหรับยานยนต์
ตั้งแต่ปี 2558 ถึง 2563 ประเทศไทยได้ออกนโยบายที่เกี่ยวข้องหลายประการ โดยมุ่งเน้นที่ 'ยานพาหนะเชื่อมต่ออัจฉริยะ' และ 'ยานยนต์ไร้คนขับ' เมื่อต้นปี 2563 ประเทศได้ออกแผนสองฉบับ ได้แก่ กลยุทธ์การพัฒนาและนวัตกรรมยานยนต์อัจฉริยะ และการจำแนกประเภทระบบอัตโนมัติในการขับขี่รถยนต์ เพื่อชี้แจงตำแหน่งเชิงกลยุทธ์และทิศทางการพัฒนาในอนาคตของการขับขี่อัตโนมัติ
Yole Development บริษัทที่ปรึกษาชั้นนำระดับโลก เผยแพร่รายงานการวิจัยอุตสาหกรรมที่เกี่ยวข้องกับ "Lidar สำหรับการใช้งานด้านยานยนต์และอุตสาหกรรม" โดยระบุว่าตลาด Lidar ในด้านยานยนต์สามารถเติบโตได้ถึง 5.7 พันล้านดอลลาร์สหรัฐภายในปี 2569 และคาดว่าอัตราการเติบโตต่อปีแบบทบต้นอาจเพิ่มขึ้นเป็นมากกว่า 21% ในอีกห้าปีข้างหน้า
Automotive LiDAR คืออะไร?
LiDAR หรือ Light Detection and Ranging เป็นเทคโนโลยีปฏิวัติวงการที่พลิกโฉมอุตสาหกรรมยานยนต์ โดยเฉพาะอย่างยิ่งในแวดวงยานยนต์ไร้คนขับ เทคโนโลยีนี้ทำงานโดยการปล่อยพัลส์แสง ซึ่งโดยปกติแล้วมาจากเลเซอร์ ไปยังเป้าหมาย และวัดระยะเวลาที่แสงสะท้อนกลับไปยังเซ็นเซอร์ จากนั้นข้อมูลนี้จะถูกนำมาใช้เพื่อสร้างแผนที่สามมิติโดยละเอียดของสภาพแวดล้อมรอบๆ รถยนต์
ระบบ LiDAR ขึ้นชื่อเรื่องความแม่นยำและความสามารถในการตรวจจับวัตถุด้วยความแม่นยำสูง ทำให้เป็นเครื่องมือที่ขาดไม่ได้สำหรับการขับขี่อัตโนมัติ ต่างจากกล้องที่ใช้แสงที่มองเห็นได้และอาจมีปัญหาในบางสภาวะ เช่น แสงน้อยหรือแสงแดดโดยตรง เซ็นเซอร์ LiDAR ให้ข้อมูลที่เชื่อถือได้ในสภาพแสงและสภาพอากาศที่หลากหลาย นอกจากนี้ ความสามารถในการวัดระยะทางของ LiDAR ยังช่วยให้สามารถตรวจจับวัตถุ ขนาด และแม้แต่ความเร็วของวัตถุได้อย่างแม่นยำ ซึ่งเป็นสิ่งสำคัญอย่างยิ่งสำหรับการขับขี่ในสถานการณ์ที่ซับซ้อน
แผนภูมิขั้นตอนหลักการทำงานของ LiDAR
การประยุกต์ใช้ LiDAR ในระบบอัตโนมัติ:
เทคโนโลยี LiDAR (การตรวจจับแสงและการวัดระยะ) ในอุตสาหกรรมยานยนต์มุ่งเน้นไปที่การยกระดับความปลอดภัยในการขับขี่และพัฒนาเทคโนโลยีการขับขี่อัตโนมัติเป็นหลัก เทคโนโลยีหลักคือเวลาบิน (ToF)ทำงานโดยการปล่อยพัลส์เลเซอร์และคำนวณเวลาที่พัลส์เหล่านี้สะท้อนกลับจากสิ่งกีดขวาง วิธีการนี้สร้างข้อมูล "คลาวด์จุด" ที่มีความแม่นยำสูง ซึ่งสามารถสร้างแผนที่สามมิติโดยละเอียดของสภาพแวดล้อมรอบยานพาหนะด้วยความแม่นยำระดับเซนติเมตร มอบความสามารถในการรับรู้เชิงพื้นที่ที่แม่นยำเป็นพิเศษสำหรับรถยนต์
การประยุกต์ใช้เทคโนโลยี LiDAR ในภาคยานยนต์ส่วนใหญ่จะมุ่งเน้นไปที่พื้นที่ต่อไปนี้:
ระบบขับขี่อัตโนมัติ:LiDAR เป็นหนึ่งในเทคโนโลยีสำคัญสำหรับการบรรลุระดับขั้นสูงของการขับขี่อัตโนมัติ LiDAR สามารถรับรู้สภาพแวดล้อมรอบรถได้อย่างแม่นยำ รวมถึงยานพาหนะอื่นๆ คนเดินถนน ป้ายจราจร และสภาพถนน ช่วยให้ระบบขับขี่อัตโนมัติสามารถตัดสินใจได้อย่างรวดเร็วและแม่นยำ
ระบบช่วยเหลือผู้ขับขี่ขั้นสูง (ADAS):ในด้านการช่วยเหลือผู้ขับขี่ LiDAR ถูกนำมาใช้เพื่อปรับปรุงคุณลักษณะด้านความปลอดภัยของยานพาหนะ รวมถึงระบบควบคุมความเร็วอัตโนมัติ ระบบเบรกฉุกเฉิน การตรวจจับคนเดินถนน และฟังก์ชันหลีกเลี่ยงสิ่งกีดขวาง
การนำทางและการระบุตำแหน่งยานพาหนะ:แผนที่ 3 มิติที่มีความแม่นยำสูงที่สร้างขึ้นโดย LiDAR สามารถเพิ่มความแม่นยำในการระบุตำแหน่งยานพาหนะได้อย่างมาก โดยเฉพาะในสภาพแวดล้อมในเมืองที่สัญญาณ GPS มีจำกัด
การติดตามและจัดการการจราจร:LiDAR สามารถใช้ในการติดตามและวิเคราะห์การไหลของการจราจร ช่วยให้ระบบการจราจรในเมืองสามารถเพิ่มประสิทธิภาพการควบคุมสัญญาณและลดความแออัดได้
สำหรับการสำรวจระยะไกล การค้นหาระยะ ระบบอัตโนมัติ และ DTS เป็นต้น
ต้องการคำปรึกษาฟรีหรือไม่?
แนวโน้มสู่ LiDAR ในยานยนต์
1. การย่อขนาด LiDAR
มุมมองดั้งเดิมของอุตสาหกรรมยานยนต์คือ รถยนต์ไร้คนขับไม่ควรมีรูปลักษณ์ที่แตกต่างจากรถยนต์ทั่วไป เพื่อคงไว้ซึ่งความเพลิดเพลินในการขับขี่และประสิทธิภาพด้านอากาศพลศาสตร์ มุมมองนี้ได้ผลักดันให้เกิดกระแสนิยมในการย่อขนาดระบบ LiDAR อุดมคติในอนาคตคือ LiDAR ควรมีขนาดเล็กพอที่จะผสานเข้ากับตัวถังรถได้อย่างราบรื่น ซึ่งหมายถึงการลดหรือแม้กระทั่งกำจัดชิ้นส่วนกลไกที่หมุนได้ ซึ่งสอดคล้องกับการเปลี่ยนแปลงของอุตสาหกรรมที่ค่อยๆ หันเหออกจากโครงสร้างเลเซอร์ในปัจจุบันไปสู่โซลูชัน LiDAR แบบโซลิดสเตต LiDAR แบบโซลิดสเตตที่ปราศจากชิ้นส่วนที่เคลื่อนไหว นำเสนอโซลูชันที่กะทัดรัด เชื่อถือได้ และทนทาน ซึ่งสอดคล้องกับข้อกำหนดด้านสุนทรียศาสตร์และการใช้งานของรถยนต์สมัยใหม่
2. โซลูชัน LiDAR แบบฝังตัว
เนื่องจากเทคโนโลยีการขับขี่อัตโนมัติมีความก้าวหน้ามากขึ้นในช่วงไม่กี่ปีที่ผ่านมา ผู้ผลิต LiDAR บางรายจึงเริ่มร่วมมือกับซัพพลายเออร์ชิ้นส่วนยานยนต์เพื่อพัฒนาโซลูชันที่ผสานรวม LiDAR เข้ากับชิ้นส่วนต่างๆ ของรถยนต์ เช่น ไฟหน้า การผสานรวมนี้ไม่เพียงแต่ช่วยปกปิดระบบ LiDAR และรักษาความสวยงามของรถยนต์ไว้เท่านั้น แต่ยังช่วยเพิ่มประสิทธิภาพในการจัดวางตำแหน่งเชิงกลยุทธ์ของ LiDAR ในด้านมุมมองและการใช้งานอีกด้วย สำหรับรถยนต์นั่งส่วนบุคคล ฟังก์ชันระบบช่วยเหลือผู้ขับขี่ขั้นสูง (ADAS) บางอย่างจำเป็นต้องใช้ LiDAR โฟกัสที่มุมเฉพาะเจาะจง แทนที่จะให้มุมมอง 360° อย่างไรก็ตาม สำหรับการขับขี่อัตโนมัติในระดับที่สูงขึ้น เช่น ระดับ 4 จำเป็นต้องคำนึงถึงความปลอดภัยด้วยมุมมองแนวนอน 360° ซึ่งคาดว่าจะนำไปสู่การกำหนดค่าแบบหลายจุดที่ครอบคลุมพื้นที่รอบรถยนต์ได้อย่างเต็มที่
3.การลดต้นทุน
เมื่อเทคโนโลยี LiDAR พัฒนาอย่างเต็มศักยภาพและขยายขนาดการผลิต ต้นทุนก็ลดลง ทำให้สามารถนำระบบเหล่านี้ไปใช้กับรถยนต์รุ่นต่างๆ ได้หลากหลายมากขึ้น รวมถึงรถยนต์ระดับกลาง คาดว่าการนำเทคโนโลยี LiDAR มาใช้อย่างแพร่หลายนี้จะช่วยเร่งการนำระบบความปลอดภัยขั้นสูงและระบบขับขี่อัตโนมัติมาใช้ในตลาดยานยนต์
LIDAR ที่มีอยู่ในตลาดปัจจุบันส่วนใหญ่เป็น LIDAR ขนาด 905 นาโนเมตร และ 1550 นาโนเมตร/1535 นาโนเมตร แต่ในแง่ของต้นทุนแล้ว 905 นาโนเมตรมีข้อได้เปรียบ
· LiDAR 905 นาโนเมตรโดยทั่วไปแล้ว ระบบ LiDAR ขนาด 905 นาโนเมตรจะมีราคาถูกกว่า เนื่องจากส่วนประกอบต่างๆ มีอยู่อย่างแพร่หลายและกระบวนการผลิตที่ก้าวหน้าซึ่งเกี่ยวข้องกับความยาวคลื่นนี้ ข้อได้เปรียบด้านต้นทุนนี้ทำให้ LiDAR ขนาด 905 นาโนเมตรมีความน่าสนใจสำหรับการใช้งานที่ระยะและความปลอดภัยของดวงตาไม่สำคัญนัก
· ไลดาร์ 1550/1535 นาโนเมตร:ส่วนประกอบสำหรับระบบ 1550/1535 นาโนเมตร เช่น เลเซอร์และเครื่องตรวจจับ มักมีราคาแพงกว่า ส่วนหนึ่งเป็นเพราะเทคโนโลยียังไม่แพร่หลายและส่วนประกอบมีความซับซ้อนมากกว่า อย่างไรก็ตาม ประโยชน์ด้านความปลอดภัยและประสิทธิภาพอาจคุ้มค่ากับต้นทุนที่สูงขึ้นสำหรับการใช้งานบางประเภท โดยเฉพาะอย่างยิ่งในรถยนต์ขับเคลื่อนอัตโนมัติที่ให้ความสำคัญกับการตรวจจับระยะไกลและความปลอดภัยเป็นสำคัญ
[ลิงค์:อ่านเพิ่มเติมเกี่ยวกับการเปรียบเทียบระหว่าง LiDAR 905nm และ 1550nm/1535nm]
4. เพิ่มความปลอดภัยและเพิ่มประสิทธิภาพ ADAS
เทคโนโลยี LiDAR ช่วยเพิ่มประสิทธิภาพของระบบช่วยเหลือผู้ขับขี่ขั้นสูง (ADAS) อย่างมีนัยสำคัญ ช่วยให้ยานพาหนะมีความสามารถในการทำแผนที่สภาพแวดล้อมได้อย่างแม่นยำ ความแม่นยำนี้ช่วยปรับปรุงคุณสมบัติด้านความปลอดภัยต่างๆ เช่น ระบบป้องกันการชน ระบบตรวจจับคนเดินถนน และระบบควบคุมความเร็วอัตโนมัติแบบแปรผัน ซึ่งผลักดันให้อุตสาหกรรมนี้เข้าใกล้การบรรลุการขับขี่อัตโนมัติอย่างเต็มรูปแบบ
คำถามที่พบบ่อย
ในยานพาหนะ เซ็นเซอร์ LIDAR จะปล่อยพัลส์แสงที่สะท้อนจากวัตถุและกลับมายังเซ็นเซอร์ เวลาที่พัลส์กลับมาจะถูกใช้เพื่อคำนวณระยะห่างจากวัตถุ ข้อมูลนี้ช่วยสร้างแผนที่ 3 มิติโดยละเอียดของสภาพแวดล้อมรอบตัวรถ
ระบบ LIDAR ในยานยนต์ทั่วไปประกอบด้วยเลเซอร์ที่ปล่อยพัลส์แสง เครื่องสแกนและอุปกรณ์ออปติกเพื่อควบคุมพัลส์ เครื่องตรวจจับแสงเพื่อจับแสงที่สะท้อน และหน่วยประมวลผลเพื่อวิเคราะห์ข้อมูลและสร้างการแสดงภาพสามมิติของสภาพแวดล้อม
ใช่ LIDAR สามารถตรวจจับวัตถุที่กำลังเคลื่อนที่ได้ ด้วยการวัดการเปลี่ยนแปลงตำแหน่งของวัตถุเมื่อเวลาผ่านไป LIDAR สามารถคำนวณความเร็วและวิถีการเคลื่อนที่ของวัตถุได้
LIDAR ถูกผสานรวมเข้ากับระบบความปลอดภัยของยานพาหนะเพื่อเสริมคุณสมบัติต่างๆ เช่น ระบบควบคุมความเร็วอัตโนมัติ ระบบหลีกเลี่ยงการชน และการตรวจจับคนเดินถนน โดยให้การวัดระยะทางและการตรวจจับวัตถุที่แม่นยำและเชื่อถือได้
การพัฒนาอย่างต่อเนื่องในเทคโนโลยี LIDAR สำหรับยานยนต์ ได้แก่ การลดขนาดและต้นทุนของระบบ LIDAR เพิ่มระยะและความละเอียด และบูรณาการเข้ากับการออกแบบและฟังก์ชันการทำงานของยานพาหนะได้ราบรื่นยิ่งขึ้น
[ลิงค์:พารามิเตอร์หลักของเลเซอร์ LIDAR]
เลเซอร์ไฟเบอร์แบบพัลส์ขนาด 1.5 ไมโครเมตร เป็นแหล่งกำเนิดแสงเลเซอร์ชนิดหนึ่งที่ใช้ในระบบ LIDAR ในรถยนต์ ซึ่งปล่อยแสงที่ความยาวคลื่น 1.5 ไมโครเมตร (μm) เลเซอร์นี้สร้างพัลส์แสงอินฟราเรดสั้นๆ ที่ใช้ในการวัดระยะทางโดยการสะท้อนจากวัตถุและสะท้อนกลับไปยังเซ็นเซอร์ LIDAR
เราใช้ความยาวคลื่น 1.5 ไมโครเมตร เนื่องจากมีความสมดุลที่ดีระหว่างความปลอดภัยของดวงตาและการทะลุผ่านบรรยากาศ เลเซอร์ในช่วงความยาวคลื่นนี้มีโอกาสก่อให้เกิดอันตรายต่อดวงตาของมนุษย์น้อยกว่าเลเซอร์ที่ปล่อยคลื่นที่ความยาวคลื่นสั้นกว่า และสามารถทำงานได้อย่างมีประสิทธิภาพในสภาพอากาศที่หลากหลาย
แม้ว่าเลเซอร์ขนาด 1.5 ไมโครเมตรจะมีประสิทธิภาพดีกว่าแสงที่มองเห็นได้ในหมอกและฝน แต่ความสามารถในการทะลุผ่านสิ่งกีดขวางในชั้นบรรยากาศยังคงมีข้อจำกัด โดยทั่วไปแล้ว ประสิทธิภาพในสภาพอากาศเลวร้ายจะดีกว่าเลเซอร์ที่มีความยาวคลื่นสั้นกว่า แต่ประสิทธิภาพยังไม่ดีเท่าเลเซอร์ที่มีความยาวคลื่นยาวกว่า
แม้ว่าเลเซอร์ไฟเบอร์แบบพัลส์ขนาด 1.5 ไมโครเมตรอาจเพิ่มต้นทุนของระบบ LIDAR ในช่วงแรกเนื่องจากเทคโนโลยีที่ซับซ้อน แต่ความก้าวหน้าทางการผลิตและการประหยัดต่อขนาดคาดว่าจะช่วยลดต้นทุนในระยะยาว ประโยชน์ทั้งในด้านประสิทธิภาพและความปลอดภัยถือเป็นสิ่งที่คุ้มค่าต่อการลงทุน ประสิทธิภาพที่เหนือกว่าและคุณสมบัติด้านความปลอดภัยที่ได้รับจากเลเซอร์ไฟเบอร์แบบพัลส์ขนาด 1.5 ไมโครเมตรทำให้เป็นการลงทุนที่คุ้มค่าสำหรับระบบ LIDAR ในยานยนต์.