Các phương tiện tự hành hiện đang hoạt động tại một số thành phố của Mỹ, dễ nhận biết nhờ những bộ cảm biến hình tròn quay trên nóc xe.

Những cảm biến công nghệ cao này, như LiDAR, radar và camera, đóng vai trò quan trọng trong việc lập bản đồ môi trường xung quanh, dù kích thước cồng kềnh của chúng có thể ảnh hưởng đến khí động học, làm giảm hiệu suất và phạm vi hoạt động của xe.

Cải thiện hiệu suất khí động học với thiết kế cảm biến tối ưu

Các nhà nghiên cứu tại Đại học Công nghệ Vũ Hán ở Trung Quốc đã sử dụng thuật toán AI tối ưu hóa để cải thiện hiệu suất khí động học của các phương tiện tự hành (AV) bằng cách thay đổi hình dạng cấu trúc của các cảm biến. Các cụm cảm biến truyền thống với thiết kế cồng kềnh, gồm LiDAR, radar và camera, có thể làm giảm hiệu quả khí động học của xe, dẫn đến tiêu thụ năng lượng cao hơn và hạn chế phạm vi hoạt động.Thiết kế cảm biến được tối ưu hóa của nhóm nghiên cứu đã giảm 3,44% lực cản khí động học tổng thể so với thiết lập tiêu chuẩn trong các mô phỏng. Để xác nhận kết quả, một thử nghiệm trong hầm gió thực tế đã được tiến hành và kết quả được công bố trên tạp chí Physics of Fluids.

Thách thức lực cản khí động học trong các phương tiện tự hành

Các nhà sản xuất từ lâu đã tập trung vào việc giảm lực cản khí động học trong xe để tăng tốc độ và hiệu suất nhiên liệu. Những chiếc xe hiện đại thường có thiết kế tròn trịa cùng các thành phần khí động học bổ sung để tối ưu hóa luồng không khí. Tuy nhiên, việc tích hợp nhiều cảm biến cồng kềnh trên các phương tiện tự hành, chẳng hạn như camera và hệ thống LiDAR, đặt ra một thách thức lớn.Các cảm biến nhô ra làm gián đoạn luồng không khí, dẫn đến tăng lực cản và giảm hiệu suất khí động học. Nhóm nghiên cứu nhận thấy rằng việc đặt cảm biến trên nắp capo và cản trước của phương tiện tạo ra các xoáy không khí, làm ảnh hưởng tiêu cực đến khí động học.

Tối ưu hóa hình dạng cảm biến để giảm lực cản

Bằng cách chỉnh sửa hình dạng cảm biến gần cửa sổ, nắp capo và cản sau của xe, nhóm nghiên cứu đã giảm lực cản một cách hiệu quả. Những thay đổi bao gồm hạ thấp chiều cao của các cảm biến ở phía trước và điều chỉnh cảm biến trên nóc xe để giảm sức cản của luồng không khí.Nghiên cứu cho thấy rằng chỉ cần thay đổi nhẹ trong thiết kế cảm biến, đặc biệt là trên nóc xe, có thể làm giảm đáng kể lực cản. Việc cải thiện khí động học thông qua cảm biến tối ưu hóa có thể giảm mức tiêu thụ năng lượng trong các phương tiện tự hành và mở ra cơ hội cho những chuyến đi dài hiệu quả hơn.

Ảnh hưởng tiềm năng đến ngành vận tải tự hành

Kết quả nghiên cứu cho thấy các cảm biến được thiết kế theo hướng khí động học có thể mang lại lợi ích đáng kể cho lĩnh vực vận tải tự hành bằng cách cải thiện hiệu suất nhiên liệu và tối ưu hóa việc sử dụng năng lượng. Các công ty như Waymo và Zoox đang tìm kiếm các chiến lược để giảm lực cản bằng cách tái thiết kế vị trí cảm biến.

Việc cải thiện khí động học trong các phương tiện tự hành có thể dẫn đến thời gian giao hàng nhanh hơn, giảm chi phí vận hành và kéo dài tuổi thọ pin cho các phương tiện điện. Những hiểu biết từ nghiên cứu này có thể ảnh hưởng đến việc phát triển các phương tiện tự hành trong tương lai, với hiệu suất khí động học cao hơn, cho phép các chuyến đi dài hơn và hoạt động bền vững.