ทำไมระบบ ADAS จึงสับสนในสภาพอากาศหมอกและหิมะ?

ในหมอกหนาและหิมะ ระยะการตรวจจับของเซ็นเซอร์ ADAS อาจสั้นลง 50 ถึง 90 เปอร์เซ็นต์ การแจ้งเตือนว่าเซ็นเซอร์ถูกปิดกั้นไม่ได้บอกว่ารถเสีย แต่บอกว่ารถมองไม่เห็นถนน
ในหมอกหนาและหิมะ ระยะการตรวจจับของเซ็นเซอร์ ADAS อาจสั้นลง 50 ถึง 90 เปอร์เซ็นต์ การแจ้งเตือนว่าเซ็นเซอร์ถูกปิดกั้นไม่ได้บอกว่ารถเสีย แต่บอกว่ารถมองไม่เห็นถนน

แชร์หน้านี้

ในสภาพอากาศมีหมอกและหิมะ ระบบ ADAS จะสับสน เพราะหยดน้ำและอนุภาคที่ลอยอยู่ในอากาศทำให้สัญญาณที่กล้อง เรดาร์ และ LiDAR ส่งออกไปกระเจิง ดูดซับ และถูกบล็อกทางกายภาพ ระยะการตรวจจับอาจลดลง 50 ถึง 90 เปอร์เซ็นต์ในสภาพอากาศเลวร้าย และระบบจะตอบสนองช้าหรือปิดการทำงานเองเพื่อความปลอดภัย กล่าวคือ ข้อความเตือน 'เซ็นเซอร์ถูกบล็อก' บนหน้าจอนั้น ไม่ได้แสดงว่ารถเสีย แต่แสดงว่ารถตระหนักได้ว่ามองไม่เห็นความจริง แล้วงานขับรถในสถานการณ์แบบนี้เป็นหน้าที่ของใคร? แน่นอนว่าเป็นของคุณ! มาทำความเข้าใจเรื่องนี้อย่างสนุกสนานแต่จริงจังกันเถอะ

สิ่งที่น่าสนใจ

  • ในหมอกหนา ระยะการมองเห็นของกล้องอาจลดลงเหลือเพียง 10-20% ของค่าปกติ
  • เมื่อวิ่งด้วยความเร็ว 110 กม./ชม. ระบบต้องมองเห็นล่วงหน้าประมาณ 100-120 เมตร เพื่อเบรกฉุกเฉิน หมอกทำให้เรื่องนี้เป็นไปไม่ได้
  • เรดาร์เป็นเซ็นเซอร์ที่ทนทานที่สุด โดยคงประสิทธิภาพกลางแจ้งได้ถึง 70-80% แม้ในฝนที่ตกหนัก
  • ฝนทำให้ระบบช่วยรักษาช่องทางวิ่งล้มเหลวในการทดสอบถึง 69%
  • การที่ระบบปิดตัวลงไม่ใช่ความผิดปกติ แต่เป็นชื่อทางวิศวกรรมของการที่รถ 'บอกว่ามองไม่เห็น'

ทำไมเซ็นเซอร์จึง 'ตาบอด' ในสภาพอากาศเลวร้าย?

Sis damlacıkları görünür ışığın dalga boyundan kat kat büyük olduğu için kamera ve LiDAR, radarın aksine buzlu bir cama bakar gibi kör kalır.

ขอเริ่มด้วยการเปรียบเทียบง่าย ๆ: ในวันที่มีหมอก คุณมองไม่เห็นเพื่อนที่อยู่ไกล ๆ ใช่ไหม? เซ็นเซอร์ของรถก็ติดขัดตรงจุดนี้พอดี กล้องทำงานด้วยแสงที่มองเห็นได้ความยาว 400-700 นาโนเมตร, LiDAR มักใช้รังสีอินฟราเรดใกล้ความยาว 905 หรือ 1550 นาโนเมตร ส่วนเรดาร์ทำงานที่ความถี่ 77 GHz หรือความยาวคลื่นประมาณ 4 มิลลิเมตร จุดที่แปลกของเรื่องนี้คือ: หยดหมอกมีขนาด 10-100 ไมโครเมตร ซึ่งเป็นขนาดที่เหมาะสมอย่างยิ่งสำหรับการกระเจิงของแสงที่มองเห็นได้ แสงกระทบหยดเล็ก ๆ เหล่านี้แล้วกระเจิงไปทุกทิศทาง ปรากฏการณ์นี้ทางฟิสิกส์เรียกว่าการกระเจิงแบบมี (Mie scattering) เลนส์ของกล้องจึงถูกปิดกั้นราวกับกระจกฝ้า

มาดูกันด้วยตัวเลข: หมอกหนาสามารถสร้างการลดทอนสัญญาณแสงที่มองเห็นได้ถึง 50-100 เดซิเบลต่อกิโลเมตร ในทางปฏิบัติ หมายความว่าการตรวจจับสิ้นสุดลงจริง ๆ เมื่อเกิน 20-30 เมตร เรื่องของ LiDAR ก็ไม่ได้สดใสเลย: LiDAR ที่มองเห็นได้ 200 เมตรในอากาศแจ่มใส อาจลดลงเหลือ 40-60 เมตรในฝนปานกลาง และเหลือเพียง 15-20 เมตรในฝนชุกหนัก ฝนหนักลดระยะการจดจำสูงสุดของ LiDAR ลงประมาณ 30% และลดความหนาแน่นของจุดกลุ่มเมฆ (point cloud) ได้ถึง 45%

แล้วทำไมเรดาร์จึงทนได้ดีกว่า?

เคล็ดลับของเรดาร์คือความยาวคลื่น: คลื่นขนาด 4 มิลลิเมตรยังคงมีขนาดทางไฟฟ้าเล็กกว่าหยดฝน ทำให้หยดน้ำกระเจิงสัญญาณได้ไม่รุนแรงนัก ด้วยเหตุนี้ เรดาร์ยานยนต์จึงคงประสิทธิภาพกลางแจ้งได้ถึง 80-90% แม้ในฝนหนัก ลดลงจาก 200 เมตรเหลือประมาณ 160 เมตร Bosch เน้นย้ำว่าเทคโนโลยี Radar Gen 7 ทำงานได้ในฝน หิมะ และความมืด โดยเพิ่มชั้นการรับรู้สภาพแวดล้อมเพิ่มเติมให้กับ ADAS แต่เรดาร์ก็ไม่ได้รอดพ้นทุกอย่าง! แอสฟัลต์ที่เปียกทำหน้าที่เหมือนกระจกเงา สามารถสร้าง 'เป้าหมายผี' ที่สะท้อนจากพื้นได้ ทำให้เกิดความคลาดเคลื่อนด้านตำแหน่งข้างเคียง สัญญาณเตือนผิดพลาด และการสูญเสียการติดตามเป้าหมายได้ ส่วนหิมะที่ชุ่มน้ำหนักคือฝันร้ายที่สุดของเรดาร์: ที่ความถี่สัญญาณ 77 GHz เกิดการลดทอน 5-8 dB ต่อกิโลเมตร ทำให้ระยะตรวจจับหดลงได้ 50-60% หิมะเปียกบนเรดาม (radome) เพียง 2-3 มิลลิเมตรก็เพียงพอทำให้สัญญาณสูญหายแล้ว

การสูญเสียระยะตรวจจับ: เซนเซอร์แบบไหนมองเห็นได้กี่เมตร?

ผลจากการทดสอบแบบควบคุมเงื่อนไขแสดงให้เห็นว่า สภาพอากาศส่งผลกระทบต่อเซนเซอร์แต่ละชนิดในระดับที่แตกต่างกัน นี่คือตารางเปรียบเทียบที่โด่งดัง:

เงื่อนไขกล้องLiDARเรดาร์
ฝนเบา (2.5 มม./ชั่วโมง)ระยะตรวจจับเหลือ 85-90%ระยะตรวจจับเหลือ 75-80%ระยะตรวจจับเหลือ 90-95%
ฝนหนัก (50 มม./ชั่วโมง)ระยะตรวจจับเหลือ 40-50%ระยะตรวจจับเหลือ 20-30%ระยะตรวจจับเหลือ 70-80%
หมอกหนา (ทัศนวิสัย 50 ม.)ระยะตรวจจับเหลือ 10-20%ระยะตรวจจับเหลือ 15-25%ระยะตรวจจับเหลือ 60-75%
หิมะเปียกหนักระยะตรวจจับเหลือ 30-40%ระยะตรวจจับเหลือ 20-30%ระยะตรวจจับเหลือ 50-60%

เมื่ออ่านตารางแล้วจะเห็นลำดับชั้นที่ชัดเจน: ในหิมะและหมอก เรดาร์เชื่อถือได้มากที่สุด ส่วน LiDAR เปราะบางที่สุด หิมะยังมีโทษเพิ่มต่อเซนเซอร์ทางทัศนศาสตร์อีกด้วย: เกล็ดหิมะเปียกเพิ่มทั้งการกระเจิงและการดูดกลืนขึ้นพร้อมกันในระดับสูงสุด และลำแสง LiDAR ที่สะท้อนจากเกล็ดเหล่านี้จะถูกบันทึกเป็นสิ่งกีดขวาง กล่าวคือ แม้ถนนจะว่างก็ตาม ระบบก็จะเจอกลุ่มจุดภูตผีขวางอยู่ตรงหน้า ในการฟิวส์เซนเซอร์ สภาพอากาศสร้างความผิดพลาดพร้อมกัน (สหสัมพันธ์) ในทุกเซนเซอร์ ทำให้อัลกอริทึมหาอินพุตคุณภาพสูงไม่ได้ อัตราการแจ้งเตือนผิดพลาดที่เพิ่มขึ้นโดยทั่วไปอยู่ที่ 2-10 เท่า และในกล้องบนรถอาจสูงถึง 10 เท่า

คณิตศาสตร์ของการเบรก: ทำไม 30 เมตรจึงไม่พอ?

ต่อไปคือส่วนที่วิกฤตที่สุดของเรื่องนี้ คุณกำลังขับด้วยความเร็ว 110 กม./ชม. และรถคันหน้าเบรกหยุดกะทันหัน เพื่อให้ระบบเบรกฉุกเฉินอัตโนมัติ (AEB) ช่วยคุณไว้ได้ ระบบต้องตรวจจับล่วงหน้าประมาณ 100-120 เมตร ตัวเลขนี้มาจากไหน? ระยะสำหรับการตรวจจับและประมวลผล 15-31 เมตร ความหน่วงของระบบขับเบรก 6-12 เมตร ระยะเบรกที่อัตราชะลอ 0.8g คือ 62 เมตร รวมกับระยะปลอดภัยแล้วได้ทั้งหมด 100-135 เมตร เมื่อพื้นเปียกอัตราการชะลอลดลงเหลือ 0.5-0.6g ระยะที่ต้องการจึงพุ่งขึ้นไปถึง 110-145 เมตร

เมื่อหมอกลดระยะตรวจจับของเซนเซอร์เหลือ 30 เมตร คณิตศาสตร์ก็พังทลาย: ระบบต้องเลือกอย่างใดอย่างหนึ่ง คือปิดการทำงานของตัวเอง หรือไม่ก็เสี่ยงต่อการชน วิศวกรแน่นอนว่าไม่เลือกอย่างหลัง กล่าวคือ ถ้าคุณคิดว่า 'ระบบโกง' จริง ๆ แล้วคุณกำลังเห็นว่ารถซื่อสัตย์ต่อคุณ ระยะเบรกถูกกำหนดด้วยกฎของฟิสิกส์ ไม่ใช่ด้วยระยะตรวจจับของเซนเซอร์

ทีละระบบ: ครูสคอนโทรลแบบปรับตัวได้ ระบบติดตามเลน และ AEB

ครูสคอนโทรลแบบปรับตัวได้ (ACC)

คู่มือการใช้งานอย่างเป็นทางการของ Ford ระบุชัดเจนว่าในสภาพที่ทัศนวิสัยไม่ดี โดยเฉพาะหมอก ฝน น้ำพุ่ง และหิมะ ไม่ควรใช้ครูสคอนโทรลแบบปรับตัวได้ คู่มือของ GM ก็ระบุในทำนองเดียวกันว่าเงื่อนไขเหล่านี้อาจจำกัดประสิทธิภาพของ ACC ตรรกะง่าย ๆ: หากระบบมองเห็นรถคันหน้าช้า ระยะเว้นระยะจะถูกปิดโดยไม่จำเป็น หรือในทางกลับกัน หากระบบสูญเสียเป้าหมาย ก็จะจัดการความเร็วผิดพลาด ในฟอรัมผู้ใช้ยังมีการเล่าถึงการเตือน 'sensor blocked' ที่ซ้ำ ๆ เป็นเวลาหลายชั่วโมงระหว่างขับในหิมะ และการที่ครูสปิดการทำงานไป

ผู้ช่วยติดตามเลน

พี่ครับ ตรงนี้ชัดเจนมาก: เมื่อหิมะปกคลุมเส้นแบ่งเลน ระบบจะไม่เหลืออะไรให้อ่านได้ว่าเป็น 'ถนน' อีกต่อไป ฝนก็ทำให้เรื่องยุ่งยิ่งขึ้น ในการทดสอบของ AAA ฝนทำให้ฟีเจอร์การควบคุมเลนล้มเหลวถึง 69% ตัวกระตุ้นที่พบบ่อย ได้แก่ เส้นแบ่งเลนที่จางหรือขาดหาย หิมะที่ปิดบังเส้นแบ่ง ฝน หมอกหนา และโค้งที่คมชัด เมื่อระบบมองไม่เห็นเส้น มันจะเงียบไปโดยไม่เตือน หรือพยายามปรับพวงมาลัยตาม 'เส้น' ที่ผิดพลาด ซึ่งไม่มีแบบไหนที่คุณจะชอบเลย

ระบบเบรกฉุกเฉินอัตโนมัติ (AEB)

เซ็นเซอร์ของ AEB อาจถูกบล็อกด้วยสิ่งสกปรก น้ำแข็ง หรือหิมะ ในกรณีนั้นระบบจะเตือนผู้ขับขี่ Transports Canada ยังระบุอย่างเป็นทางการว่าระบบอาจไม่ทำงานในทุกสภาพจราจร อากาศ และถนน กล่าวคือ ฝนและหิมะหนัก หมอกหนา แสงแดดจัด และตอนกลางคืน สถานการณ์ที่น่ารำคาญยิ่งกว่าคือ เซ็นเซอร์อาจเข้าใจผิดว่าอนุภาคฝนหรือหิมะเป็นวัตถุแข็งและเหยียบเบรกโดยไม่จำเป็น (โดยทั่วไปคือ phantom braking) หรือมีกรณีที่บันทึกไว้ว่าตัวจำแนกคนเดินเท้าให้ผลลัพธ์ 'ไม่ชัดเจน' สำหรับคนเดินเท้าจริงถึง 80% ในสภาพฝนหนัก ถ้าระบบถือว่าทุกอย่างเป็นภัยคุกคาม การแทรกแซงที่ไม่จำเป็นจะผลักดันให้คุณปิดระบบ นี่คือส่วนที่ทำให้คนอดพูดไม่ได้ว่า 'จะทำยังไงกับมันดี' เมื่อถูกเบรกผิดพลาดสองสามครั้ง

คำเตือน 'เซ็นเซอร์ถูกบล็อก' หมายความว่าอะไร?

เมื่อเรดาร์หน้าถูกปกคลุมด้วยหิมะ โคลน น้ำแข็ง หรือฝนหนัก จะปรากฏคำเตือนลักษณะเช่น 'forward driving aids temporarily disabled' และโดยทั่วไปการทำความสะอาดเซ็นเซอร์หรือล้างรถจะแก้ปัญหาได้ คู่มือของ Kia EV6 ยังระบุรายละเอียดสำคัญอีกด้วย หากดับเครื่องยนต์แล้วสตาร์ทรถใหม่ขณะฝาครับเรดาร์หน้าหรือกันชนปิดอยู่ ระบบ Forward Collision-Avoidance Assist อาจทำงานผิดปกติ ขณะที่ผู้ผลิตบางรายทำให้กระบวนการนี้เป็นอัตโนมัติแล้ว ระบบจะถอยกลับเป็นลำดับขั้น ขั้นแรก ระยะห่างในการติดตามเพิ่มขึ้นและมีการเตือนล่วงหน้าเร็วขึ้น จากนั้นการควบคุมเลนปิดลง และขีดจำกัดความเร็วของ ACC ลดลง ต่อมา ACC ถูกปิดใช้งานทั้งหมด โดย AEB จะแทรกแซงเฉพาะเมื่อชนใกล้ตัวเท่านั้น ในขั้นสุดท้ายจะเหลือเพียงการเตือนพื้นฐาน และผู้ขับขี่ต้องเข้าควบคุมเต็มรูปแบบ การมองว่านี่คือความผิดปกติ ก็เหมือนกับคิดว่าทางออกไฟเกิดเพลิงไหม้ถูกปิดตาย ไม่ใช่เพราะมีประตู คุณก็ไม่ได้ติดอยู่ในห้อง

ฟิวชันเซ็นเซอร์จะเป็นตัวช่วยชีวิตได้หรือไม่?

ในทางทฤษฎี ฟิวชันเป็นเรื่องที่ดีมาก ถ้ากล้องมองไม่เห็น เรดาร์ก็มองเห็น ถ้า LiDAR สับสน ตัวอื่นก็ทดแทนได้ แต่เนื่องจากสภาพอากาศสร้างความผิดพลาดพร้อมกันในเซ็นเซอร์ทุกตัว อัลกอริทึมจึงไม่เหลือข้อมูลนำเข้าที่ดีให้ใช้ มีอาการล่มที่เป็นเอกลักษณ์อยู่: การติดตามที่แตกกระจาย การรวมวัตถุสองคันเป็นวัตถุผีเดียว (track coalescence) และการฟื้นตัวของ Kalman filter ที่ล้มเหลว กล่าวคือ ความซ้ำซ้อนจะมีประโยชน์ก็ต่อเมื่อความผิดพลาดเป็นอิสระจากกัน แต่ถ้าสภาพอากาศโจมตีทุกตัวพร้อมกัน ข้อได้เปรียบของฟิวชันก็ระเหยหายไป

โซลูชันใหม่ให้ความหวัง แต่ต้องรู้ถึงข้อจำกัดของมันด้วย กล้องความร้อนมองเห็นได้ดีกว่าในหมอก อย่างไรก็ตาม ความละเอียดต่ำ (640×480) การอ่านเส้นแบ่งเลนและป้าย sign ไม่ได้ และราคาที่แพงกว่า 5-10 เท่า ทำให้มันเป็นเพียงอุปกรณ์เสริมเท่านั้น เรดาร์ภาพจำลองช่วยเพิ่มความละเอียดเชิงมุมจาก 2-4 องศาเหลือ 0.5-1 องศา ทำให้แยกความแตกต่างระหว่างยานพาหนะที่จอดนิ่งกับสิ่งกีดขวางได้แม้ในสภาพฝนและหมอกที่กล้องและ LiDAR ทำงานได้ไม่ดี ส่วนการสื่อสารแบบรถต่อรถ (V2V) ทำงานอย่างนี้: รถที่มองเห็นได้เพียง 40 เมตรในหมอก สามารถรับข้อมูลสิ่งกีดขวางที่อยู่ห่างจากรถคันหน้า 150 เมตรได้ แต่ก็ไม่ใช่ไม้กายสิทธิ์นะ ต้องมีความหน่วงต่ำกว่า 100 มิลลิวินาที และถ้าทุกคนพังพร้อมกันหมดแล้วจะส่งคำสั่งสอบถามไปที่ใครล่ะ? โดยสรุป เทคโนโลยีพัฒนาไป แต่กายภาพยังคงเป็นผู้พูดปิดท้าย

เมื่ออากาศเลวร้าย ผู้ขับขี่ควรทำอย่างไร? การควบคุมจะกลับไปอยู่กับคุณเมื่อไหร่?

นี่คือส่วนที่เป็นประโยชน์ต่อคุณ ภาพทางกฎหมายชัดเจนมาก: อุบัติเหตุที่เกิดจากสภาพอากาศโทษอากาศไม่ได้ ผู้ขับขี่อาจถูกถือว่ามีความผิดหากไม่ปรับตัวให้เข้ากับสภาพอากาศ แม้ฟีเจอร์ ADAS ที่ผิดปกติจะมีส่วนทำให้เกิดอุบัติเหตุ ผู้ขับขี่ก็ยังถูกถือว่ารับผิดชอบเพราะไม่รักษาการควบคุมยานพาหนะ กล่าวคือ การแก้ตัวว่า "รัญจวนทำเอง" ไม่เวิร์กในศาลหรอกเพื่อน

รายการสิ่งที่ต้องทำจริง ๆ สั้นและสมเหตุสมผล:

  • รักษาเซ็นเซอร์ กล้อง และฝาครอบเรดาร์ให้สะอาด ปราศจากหิมะ สิ่งสกปรก และน้ำแข็ง แต่ถ้าอากาศยังเลวร้ายต่อไป การทำความสะอาดอย่างเดียวไม่ใช่ทางแก้ถาวร
  • ในอากาศเลวร้าย ให้เลี่ยง cruise control และฟีเจอร์ ADAS ลดความเร็ว และเพิ่มระยะห่างจากรถคันหน้า
  • อ่านคำเตือน "เซ็นเซอร์ถูกบล็อก" ว่าเป็นรายงานตรงไปตรงมาจากระบบ ไม่ใช่ความผิดพลาด แล้วเข้าควบคุมทันที
  • ถ้าเส้นช่องทางถูกหิมะปิดบัง อย่าฝากความหวังกับผู้ช่วยคาบเกาะเลน พวงมาลัยอยู่ที่คุณ

แล้วควรเชื่อ ADAS มากแค่ไหน? คำตอบสั้น ๆ: ใช้เป็นผู้ช่วยในสภาพเบาถึงปานกลาง แต่ในหมอกหนาให้ถือเป็นเพียงประกันฉุกเฉินเท่านั้น ระบบยุคใหม่ดีกว่ายุคก่อน ใช่ แต่ในสภาพฝนหนัก ข้อจำกัดทางกายภาพมีผลเท่ากันทุกยุคสมัย การถอยกลับของระบบ (การปิดทำงานเป็นขั้นตอน) คือหลักฐานว่าทำงานถูกต้อง ความผิดพลาดที่แท้จริงคือการเห็นคำเตือนนั้นแล้วยังคงเหยียบคันเร่งไว้ จำไว้ว่า คำว่า "อัตโนมัติ" ไม่ได้มีคำว่า "คอยดูแล" อยู่ข้างใน ปัญญาประดิษฐ์ตัวจริงบนพวงมาลัยยังคงเป็นสมองของคุณ!

แหล่งอ้างอิง