Trong những năm gần đây, ngành công nghiệp ô tô đã và đang chứng kiến sự chuyển mình rõ rệt nhờ vào sự xuất hiện của các công nghệ tiên tiến. Một trong những xu hướng nổi bật nhất chính là các hệ thống hỗ trợ lái xe nâng cao (ADAS – Advanced Driver Assistance Systems), được thiết kế để tăng cường sự an toàn, cải thiện trải nghiệm lái xe và giảm rủi ro giao thông. ADAS không chỉ mang đến các tính năng như phanh khẩn cấp tự động, cảnh báo va chạm, hay hỗ trợ giữ làn đường, mà còn là  nền tảng cho sự phát triển của các phương tiện tự hành.

Để triển khai các công nghệ ADAS, các hệ thống nhúng (Embedded Systems) đóng vai trò cốt lõi. Đây là các hệ thống chuyên dụng, tích hợp phần cứng và phần mềm để thực hiện các chức năng cụ thể. Trong lĩnh vực ô tô, hệ thống nhúng không chỉ giúp xử lý dữ liệu từ cảm biến mà còn hỗ trợ việc ra quyết định và giao tiếp trong các tình huống phức tạp. Vai trò của hệ thống nhúng trong ADAS là  vô cùng quan trọng, khi chúng đảm bảo rằng các hệ thống hỗ trợ lái xe hoạt động chính xác, hiệu quả và theo thời gian thực.

1. Tổng quan về hệ thống nhúng

Hệ thống nhúng là một  hệ thống máy tính được thiết kế để thực hiện một hoặc một số nhiệm vụ cụ thể trong một thiết bị hoặc sản phẩm. Đặc điểm nổi bật của hệ thống nhúng là tính chuyên dụng cao, kích thước nhỏ gọn và hiệu quả năng lượng. Trong ngành ô tô, hệ thống nhúng thường được tích hợp trực tiếp vào các thành phần như động cơ, hệ thống truyền động, cảm biến, và các thiết bị hỗ trợ lái xe. Khi  tiến hành thiết kế một hệ thống nhúng trong ô tô, các kỹ sư cần chú ý các  yếu tố như: tính thời gian thực, độ tin cậy, khả năng tích hợp và hiệu quả năng lượng khi sử dụng. 

Trong đó, đối với  yếu tố tính thời gian thực,  hệ thống nhúng trong ô tô phải hoạt động theo thời gian thực để xử lý các tình huống khẩn cấp, như kích hoạt phanh khẩn cấp hoặc cảnh báo người lái. Khi xét về khía cạnh độ tin cậy cao, các hệ thống này phải hoạt động ổn định trong mọi điều kiện, từ môi trường nhiệt độ cao cho đến độ rung lắc lớn. Đối với khả năng tích hợp, hệ thống nhúng phải kết nối liền mạch với các thành phần khác như cảm biến, cơ cấu chấp hành, và giao diện người dùng. Cuối cùng,  trên các phương tiện hiện đại, đặc biệt là xe điện, hệ thống nhúng cần tối ưu hóa năng lượng tiêu thụ để không ảnh hưởng lớn đến pin. Với các ưu điểm trên, hệ thống nhúng hiện nay đã trở thành "bộ não" vận hành nhiều tính năng phức tạp của ADAS.

2. Vai trò của hệ thống nhúng trong ADAS

Hệ thống nhúng đóng một vai trò quan trọng trong hệ thống hỗ trợ lái xe nâng cao ví dụ như cảm biến và thu thập dữ liệu, xử lý và ra quyết định, giao tiếp tích hợp với hệ thống và khả năng tương tác với người dùng. Trong đó, đối với vai trò là cảm biến và thu thập dữ liệu, ADAS dựa  vào các cảm biến để hiểu được môi trường xung quanh xe. Các cảm biến này bao gồm: camera, radar, cảm biến siêu âm, IMU…

Hệ thống nhúng đóng vai trò là công  xử lý dữ liệu từ các cảm biến này theo thời gian thực. Ví dụ, khi camera ghi lại hình ảnh của đường đi, hệ thống nhúng phải nhanh chóng phân tích để xác định làn đường, vật thể phía trước, hoặc biển báo giao thông. Nếu có nguy cơ va chạm, dữ liệu từ radar và camera sẽ được gửi đến phần mềm nhúng để kích hoạt hệ thống phanh khẩn cấp.

Bên cạnh đó, hệ thống nhúng còn đóng vai trò xử lý và ra quyết định. Các hệ thống nhúng trong ADAS không chỉ thu thập dữ liệu mà còn phải xử lý và ra quyết định một cách chính xác. Điều này được thực hiện bởi các bộ vi điều khiển (MCU), bộ xử lý tín hiệu số và các thuật toán AI, mỗi thành phần có các chức năng như sau:

• Bộ vi điều khiển (MCU): Thực hiện các tác vụ đơn giản, chẳng hạn như điều khiển động cơ hoặc cảm biến.
• Bộ xử lý tín hiệu số (DSP): Xử lý các tín hiệu phức tạp, như phân tích hình ảnh từ camera hoặc dữ liệu từ radar.
• Thuật toán AI và Machine Learning: Các hệ thống ADAS hiện đại tích hợp trí tuệ nhân tạo để học và nhận diện các tình huống giao thông phức tạp. Ví dụ, hệ thống nhận diện biển báo giao thông phải phân tích nhiều loại biển báo khác nhau và dự đoán hành vi của người tham gia giao thông.

Tiếp theo, hệ thống nhúng đóng vai trò như một trạm trung tâm để kết nối các cảm biến, bộ xử lý và các cơ cấu chấp hành.  Sử dụng các giao thức giao tiếp như: Controller area Network, Ethernet ô tô, và V2X để kết nối các phương tiện với hạ tầng giao thông và các phương tiện khác.

Cuối cùng là khả năng tương tác với người lái, hệ thống nhúng  thể hiện thông tin từ ADAS cho người lái thông qua: màn hình và các cảnh báo rung động về  những thông tin và nguy cơ tai nạn giao thông cho người dùng. 

3. Các ứng dụng, cùng với triển vọng và thách thức  của hệ thống nhúng trong ADAS

Không thể phủ nhận hệ thống nhúng có nhiều ứng dụng vô cùng thiết thực cho hệ thống ADAS, một số ứng dụng có thể nhắc đến như: hệ thống kiểm soát hành trình  hỗ trợ giữ làn đường, phanh khẩn cấp tự động tránh va chạm và chức năng hỗ trợ đỗ xe tự động, giảm sát người lái… Giúp nâng cao an toàn cho người dùng.

Tuy nhiên, hiện nay vẫn còn tồn đọng một số khó khăn trong việc ứng dụng các hệ thống nhúng cho ADAS, các khó khăn này xuất phát từ việc dữ liệu lớn  dựa trên thời gian thực, độ tin cậy, chi phí vận hành và vấn đề an ninh mạng. Chính từ đây, hàng loạt các nghiên cứu đã được thực hiện và ứng dụng để cải thiện chất lượng cho hệ thống ADAS.

Trong tương lai, hệ thống nhúng sẽ ngày càng quan trọng với sự phát triển của xe tự hành. Các công nghệ như trí tuệ nhân tạo, học sâu, và giao tiếp V2X sẽ giúp ADAS trở nên thông minh hơn. Đồng thời, các nền tảng phần cứng như SoC (System on Chip) sẽ cải thiện hiệu suất và giảm chi phí.

Kết luận

Hệ thống nhúng là thành phần không thể thiếu trong các công nghệ ADAS, đảm bảo an toàn, hiệu quả, và trải nghiệm lái xe tốt hơn. Với sự phát triển không ngừng của công nghệ, vai trò của hệ thống nhúng sẽ ngày càng lớn trong ngành công nghiệp ô tô.

‍