Tại sao các hệ thống ADAS bị lỗi trong điều kiện sương mù và tuyết?

Trong sương mù dày và tuyết, khoảng cách phát hiện của cảm biến ADAS có thể rút ngắn từ 50 đến 90 phần trăm; cảnh báo cảm biến bị chặn không nói rằng xe bị hỏng, mà là xe không nhìn thấy đường.
Trong sương mù dày và tuyết, khoảng cách phát hiện của cảm biến ADAS có thể rút ngắn từ 50 đến 90 phần trăm; cảnh báo cảm biến bị chặn không nói rằng xe bị hỏng, mà là xe không nhìn thấy đường.

Chia sẻ trang này

Trong thời tiết có sương mù và tuyết, các hệ thống ADAS bị nhầm lẫn vì các giọt nước và hạt lơ lửng trong không khí về mặt vật lý làm tán xạ, hấp thụ và chặn các tín hiệu mà camera, radar và LiDAR phát ra; khoảng cách phát hiện có thể bị giảm từ 50 đến 90% trong thời tiết xấu, và các hệ thống hoặc phản ứng chậm hoặc tự tắt vì lý do an toàn. Nghĩa là cảnh báo 'cảm biến bị chặn' trên màn hình không cho thấy xe bị hỏng, mà là xe nhận ra mình không thể nhìn thấy sự thật. Vậy trong trường hợp này, việc lái xe là nhiệm vụ của ai? Tất nhiên là của bạn! Hãy cùng hiểu điều này một cách vui vẻ nhưng nghiêm túc nhé.

Điểm Nổi Bật

  • Trong sương mù dày đặc, phạm vi của camera có thể giảm xuống còn 10-20% so với giá trị thông thường.
  • Ở tốc độ 110 km/h, hệ thống cần nhìn thấy trước khoảng 100-120 m để phanh gấp; sương mù khiến điều này trở nên bất khả thi.
  • Radar là cảm biến bền bỉ nhất, giữ được 70-80% hiệu suất ngoài trời ngay cả trong mưa lớn.
  • Mưa khiến hệ thống giữ làn thất bại với tỷ lệ 69% trong các thử nghiệm.
  • Hệ thống tắt không phải là lỗi, mà là tên kỹ thuật của việc xe nói 'tôi không nhìn thấy'.

Tại Sao Các Cảm Biến 'Mù' Trong Thời Tiết Xấu?

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

Trước hết, một ví dụ đơn giản: Trong một ngày có sương mù, bạn không thể nhìn thấy người bạn ở xa, đúng không? Các cảm biến của xe cũng gặp chính tình huống khó xử y như vậy. Camera hoạt động với ánh sáng khả kiến 400-700 nanomet, LiDAR thường dùng hồng ngoại gần ở 905 hoặc 1550 nanomet, còn radar hoạt động ở tần số 77 GHz, tức là bước sóng khoảng 4 milimet. Điều thú vị của vấn đề là: Các giọt sương mù có kích thước 10-100 micromet và gần như là kích thước tán xạ lý tưởng đối với ánh sáng khả kiến. Ánh sáng va vào những giọt nước tí hon này và bị tán xạ ra mọi hướng; trong vật lý, hiện tượng này được gọi là tán xạ Mie. Phía trước ống kính của camera gần như bị bao phủ như một tấm kính mờ đục.

Hãy nhìn bằng những con số: Sương mù dày đặc có thể tạo ra suy giảm 50-100 dB mỗi kilomet đối với ánh sáng khả kiến. Trong thực tế, điều này nghĩa là việc phát hiện thực tế kết thúc ở khoảng 20-30 mét. Câu chuyện của LiDAR cũng không dễ chịu gì: Một LiDAR nhìn thấy được 200 mét trong thời tiết trong lành có thể giảm xuống 40-60 mét trong mưa vừa, và chỉ còn 15-20 mét trong mưa xối xả. Mưa lớn làm giảm khoảng cách nhận biết tối đa của LiDAR khoảng 30% và có thể làm giảm mật độ đám mây điểm tới 45%.

Vậy tại sao radar lại chịu đựng tốt hơn?

Con bài tẩy của radar là bước sóng: Vì sóng 4 milimet vẫn nhỏ về mặt điện học so với các giọt mưa, nên các giọt nước không thể tán xạ tín hiệu mạnh đến vậy. Vì vậy radar ô tô giữ được 80-90% hiệu suất ngoài trời ngay cả trong mưa lớn; giảm từ khoảng 200 mét xuống khoảng 160 mét. Bosch cũng nhấn mạnh rằng công nghệ Radar Gen 7 hoạt động trong mưa, tuyết và bóng tối, bổ sung thêm một lớp nhận thức môi trường cho ADAS. Nhưng radar cũng không hoàn hảo! Nhựa đường ướt có thể hoạt động như một tấm gương và tạo ra các 'mục tiêu ma' phản chiếu từ mặt đất; có thể xảy ra sai số vị trí bên, báo động sai và mất theo dõi. Còn tuyết ướt nặng lại là cơn ác mộng tồi tệ nhất của radar: Tín hiệu 77 GHz bị suy hao 5-8 dB mỗi km, phạm vi có thể thu hẹp 50-60%. Chỉ một lớp tuyết ướt 2-3 mm trên vỏ radar (radome) cũng đủ gây mất tín hiệu.

Mất phạm vi: Cảm Biến Nào Nhìn Thấy Bao Nhiêu Mét?

Bức tranh từ các thử nghiệm có kiểm soát cho thấy điều kiện thời tiết tác động lên từng loại cảm biến ở mức độ khác nhau. Đây là bảng so sánh nổi tiếng ấy:

Điều kiệnCameraLiDARRadar
Mưa nhẹ (2,5 mm/giờ)Phạm vi 85-90%Phạm vi 75-80%Phạm vi 90-95%
Mưa lớn (50 mm/giờ)Phạm vi 40-50%Phạm vi 20-30%Phạm vi 70-80%
Sương mù dày đặc (tầm nhìn 50 m)Phạm vi 10-20%Phạm vi 15-25%Phạm vi 60-75%
Tuyết ướt nặngPhạm vi 30-40%Phạm vi 20-30%Phạm vi 50-60%

Đọc bảng trên, một hệ thống phân cấp rõ ràng hiện ra: Trong tuyết và sương mù, radar là đáng tin cậy nhất, còn LiDAR là dễ tổn thương nhất. Tuyết còn có thêm ác ý riêng đối với các cảm biến quang học: Các hạt tuyết ướt cùng lúc tối đa hóa cả tán xạ lẫn hấp thụ, và chùm tia LiDAR phản xạ từ các hạt này rồi ghi nhận chúng như vật cản. Nghĩa là ngay cả khi đường trống trải, hệ thống vẫn đối mặt với một "đám mây điểm" ma. Trong hợp nhất cảm biến, thời tiết gây lỗi đồng thời (tương quan) trên tất cả cảm biến, nên thuật toán không tìm được đầu vào chất lượng cao; tỷ lệ báo động giả điển hình tăng 2-10 lần, camera trong xe có thể tăng tới 10 lần.

Bài Toán Phanh: Tại Sao 30 Mét Không Đủ?

Bây giờ đến phần quan trọng nhất. Bạn đang chạy với tốc độ 110 km/h và xe phía trước đột ngột dừng lại. Để phanh khẩn cấp tự động (AEB) cứu được bạn, hệ thống phải phát hiện trước khoảng 100-120 mét. Con số này đến từ đâu? Thời gian phát hiện và xử lý chiếm 15-31 mét, độ trễ kích hoạt phanh 6-12 mét, quãng đường phanh với gia tốc âm 0,8g là 62 mét; cộng với biên an toàn, tổng cộng 100-135 mét. Trên mặt đường ướt, gia tốc âm giảm xuống 0,5-0,6g nên phạm vi cần thiết tăng lên tới 110-145 mét.

Khi sương mù giảm tầm phát hiện của cảm biến xuống 30 mét, bài toán sụp đổ: Hệ thống hoặc phải tự vô hiệu hóa, hoặc phải chấp nhận rủi ro va chạm. Tất nhiên các kỹ sư không chọn phương án sau. Nghĩa là nếu bạn tưởng "hệ thống bị lừa", thực ra bạn đang thấy xe hành xử trung thực với mình. Quãng đường phanh được viết theo quy luật vật lý, chứ không phải theo tầm cảm biến.

Từng Hệ Thống Một: Kiểm Soát Hành Trình Thích Ứng, Giữ Làn và AEB

Kiểm soát hành trình thích ứng (ACC)

Hướng dẫn sử dụng chính thức của Ford nói rõ rằng không nên dùng cruise thích ứng trong điều kiện tầm nhìn kém, đặc biệt là sương mù, mưa, nước bắn tung tóe và tuyết. Các hướng dẫn của GM cũng tương tự, nêu rõ những điều kiện này có thể hạn chế hiệu suất của ACC. Logic rất đơn giản: Nếu hệ thống nhìn thấy xe phía trước muộn, nó sẽ thu hẹp khoảng cách an toàn một cách không cần thiết, hoặc ngược lại, nếu mất mục tiêu, nó sẽ quản lý tốc độ sai. Trên các diễn đàn người dùng cũng kể về những cảnh báo "sensor blocked" lặp đi lặp lại hàng giờ khi lái trong tuyết và cruise bị tắt.

Trợ lý giữ làn

Đây thì rất rõ ràng: Khi tuyết lấp mất vạch kẻ đường, hệ thống không còn gì để đọc là 'đường' nữa. Mưa cũng phá hỏng mọi việc; Trong các bài kiểm tra của AAA, mưa khiến tính năng giữ làn thất bại tới 69%. Những yếu tố kích thích phổ biến bao gồm vạch mờ hoặc thiếu vạch, tuyết che phủ vạch, mưa và sương mù dày đặc, cùng những khúc cua gắt. Khi hệ thống không nhìn thấy vạch, nó hoặc im lặng không cảnh báo, hoặc cố lái theo 'vạch' sai; cả hai điều đó đều khiến bạn không vui.

Phanh khẩn cấp tự động (AEB)

Cảm biến của AEB có thể bị bùn, băng hoặc tuyết chặn; trong trường hợp đó, hệ thống sẽ cảnh báo người lái. Transports Canada cũng chính thức chỉ ra rằng hệ thống có thể không hoạt động trong mọi điều kiện giao thông, thời tiết và đường sá, tức mưa tuyết dữ dội, sương mù dày đặc, ánh nắng gay gắt và ban đêm. Tình huống khó chịu hơn là thế này: Cảm biến có thể nhầm hạt mưa hoặc tuyết là vật thể rắn và phanh không cần thiết (điển hình phantom braking), hoặc đã có các trường hợp được ghi nhận khi bộ phân loại người đi bộ đưa ra kết quả 'không rõ' cho 80% người đi bộ thực sự trong mưa lớn. Nếu hệ thống coi mọi thứ là mối đe dọa, những can thiệp không cần thiết sẽ đẩy bạn đến chỗ tắt hệ thống; Đây chính là điểm khiến người ta muốn nói 'thôi thì tự làm lấy' sau vài lần bị phanh nhầm.

Cảnh báo 'cảm biến bị chặn' nghĩa là gì?

Khi radar phía trước bị tuyết, bùn, băng hoặc mưa lớn phủ kín, các cảnh báo tương tự 'forward driving aids temporarily disabled' sẽ xuất hiện, và thường việc lau sạch cảm biến hoặc rửa xe sẽ giải quyết vấn đề. Sổ tay của Kia EV6 còn đưa ra một chi tiết quan trọng: Nếu nắp radar phía trước hoặc cản xe bị đóng khi xe được tắt và khởi động lại, Forward Collision-Avoidance Assist có thể không hoạt động bình thường. Một số nhà sản xuất thì đã tự động hóa việc này: Hệ thống bị giảm cấp dần. Trước tiên, khoảng cách giữ xe tăng và cảnh báo được đưa ra sớm hơn; sau đó giữ làn bị tắt, giới hạn tốc độ của ACC giảm; tiếp đó ACC bị vô hiệu hóa hoàn toàn, AEB chỉ can thiệp khi va chạm gần; bước cuối cùng chỉ còn lại các cảnh báo cơ bản và người lái toàn quyền kiểm soát. Coi đây như một trục trặc cũng giống như tưởng lối thoát hiểm đã bị khóa: Có cửa không có nghĩa là bạn bị mắc kẹt trong phòng.

Kết hợp cảm biến có phải là cứu tinh không?

Về lý thuyết, việc kết hợp rất đẹp: Camera không nhìn thấy thì radar nhìn thấy, LiDAR lúng túng thì những cái khác bù đắp. Nhưng thời tiết lại tạo ra lỗi đồng thời trên tất cả cảm biến, khiến thuật toán không còn đầu vào tốt trong tay. Có những dấu hiệu suy giảm đặc trưng: theo dõi bị phân mảnh, hai xe hợp nhất thành một vật thể ma (track coalescence) và bộ lọc Kalman phân kỳ. Nói cách khác, sự dư thừa chỉ có tác dụng khi các lỗi độc lập với nhau; nếu thời tiết tấn công tất cả cùng lúc, lợi thế của việc kết hợp bay hơi mất.

Các giải pháp mới đầy hứa hẹn nhưng cần biết giới hạn của chúng. Camera nhiệt nhìn tốt hơn trong sương mù; tuy nhiên độ phân giải thấp (640×480), không đọc được vạch kẻ đường và biển báo cùng chi phí gấp 5-10 lần khiến chúng chỉ mang tính bổ trợ. Radar hình ảnh được nâng độ phân giải góc từ 2-4 độ lên 0,5-1 độ, có thể phân biệt chiếc xe đang dừng với rào chắn ở nơi mưa và sương mù khiến camera và LiDAR thất bại. Còn giao tiếp xe với xe (V2V) hoạt động như sau: Chiếc xe chỉ nhìn thấy 40 mét trong sương mù có thể nhận dữ liệu chướng ngại vật từ xe phía trước cách 150 mét. Nhưng đây cũng không phải phép màu; có yêu cầu độ trễ dưới 100 mili giây, và nếu hệ thống của tất cả mọi người cùng gặp sự cố thì bạn sẽ gửi truy vấn cho ai? Tóm lại, công nghệ đang phát triển nhưng vật lý vẫn là người nói lời cuối cùng.

Tài xế nên làm gì khi thời tiết xấu? Khi nào việc kiểm soát thuộc về bạn?

Đây chính là phần có lợi cho bạn. Bức tranh pháp lý rất rõ ràng: Trong các tai nạn do thời tiết, không thể đổ lỗi cho thời tiết; tài xế có thể bị coi là có lỗi nếu không thích ứng với điều kiện thời tiết. Ngay cả khi một tính năng ADAS gặp trục trặc góp phần gây tai nạn, tài xế vẫn có thể bị coi là chịu trách nhiệm vì không giữ được quyền kiểm soát xe. Nghĩa là lời biện hộ "xe tự làm" không được tòa án chấp nhận đâu, các bạn ạ.

Danh sách việc cần làm thực ra ngắn gọn và hợp lý:

  • Giữ cảm biến, camera và nắp radar sạch sẽ, không có tuyết, bùn và băng; nhưng nếu thời tiết xấu tiếp diễn, việc lau chùi đơn thuần không phải là giải pháp lâu dài.
  • Tránh sử dụng cruise control và các tính năng ADAS khi thời tiết xấu, giảm tốc độ và giãn khoảng cách theo xe.
  • Hãy đọc cảnh báo "cảm biến bị chặn" không phải là lỗi mà là báo cáo trung thực mà hệ thống đưa cho bạn, và lập tức giành lại quyền kiểm soát.
  • Nếu vạch kẻ làn đường bị tuyết phủ thì đừng quá tin tưởng vào trợ lý giữ làn; tay lái thuộc về bạn.

Vậy nên tin tưởng ADAS đến mức nào? Câu trả lời ngắn gọn: Trong điều kiện nhẹ và trung bình, hãy coi nó là trợ thủ của bạn; còn trong sương mù dày đặc, chỉ coi nó như bảo hiểm khẩn cấp mà thôi. Các hệ thống mới tốt hơn các thế hệ cũ, đúng vậy; nhưng giới hạn của vật lý vẫn đúng như nhau trong mọi thế hệ khi có mưa tuyết dày đặc. Sự suy giảm của hệ thống (tắt dần từng cấp) là bằng chứng cho thấy nó đang hoạt động đúng; sai lầm thực sự là nhìn thấy cảnh báo đó mà vẫn giữ chân ga. Đừng quên, trong từ "Tự động" không có chữ "thay bạn lái"; trí tuệ nhân tạo thực sự trên tay lái vẫn là bộ não của bạn!

Nguồn tham khảo