LiDAR (Light Detection and Ranging) to technologia rewolucyjna, odgrywająca kluczową rolę w rozwoju nowoczesnych samochodów, szczególnie pojazdów autonomicznych. Ta technologia to metoda detekcji, która wykorzystuje światło laserowe do pomiaru odległości, tworzenia map 3D o wysokiej rozdzielczości oraz wykrywania obiektów wokół pojazdu. Artykuł ten wyjaśnia, czym jest LiDAR, jak działa i jaką rolę odgrywa w przemyśle motoryzacyjnym.
Czym jest LiDAR i jak to działa?
LiDAR to technologia używana w samochodach do tworzenia map 3D o wysokiej rozdzielczości otoczenia pojazdu.
LiDAR wykorzystuje impulsy laserowe do określenia odległości, mierząc czas potrzebny na podróż sygnału świetlnego do obiektu i powrót. System ten składa się z trzech głównych komponentów:
- Emiter laserowy: Projekcja wiązek laserowych w otoczenie.
- Odbiornik czujnika: Wykrywanie powracającego sygnału świetlnego.
- Jednostka przetwarzająca: Interpretacja danych w celu stworzenia mapy 3D.
Podstawowe równanie używane to:
Odległość = (Prędkość światła x Czas podróży)/2
LiDAR działa na długościach fal w zakresie bliskiej podczerwieni (850 nm do 1550 nm). Większość systemów motoryzacyjnych używa 905 nm dla opłacalności, ale systemy wyższej klasy mogą używać 1550 nm, aby uzyskać lepszy zasięg i bezpieczeństwo dla ludzkich oczu.
Zastosowania LiDAR w samochodach
1. Pojazdy autonomiczne
LiDAR jest fundamentem technologii autonomicznej jazdy. LiDAR umożliwia pojazdom „widzenie” ich otoczenia w czasie rzeczywistym, wykrywając przeszkody, granice drogi i inne pojazdy. Na przykład:
- Pojazdy autonomiczne Waymo w dużym stopniu polegają na LiDARze do percepcji w 360 stopniach.
- Z kolei Tesla decyduje się na systemy oparte na wizji bez LiDARu.
2. Zaawansowane systemy wspomagania kierowcy (ADAS)
Nawet w niew pełni autonomicznych pojazdach, LiDAR poprawia funkcje takie jak:
- Adaptacyjny tempomat: Utrzymanie bezpiecznych odległości.
- Awaryjne hamowanie: Wykrywanie pieszych i pojazdów w martwych polach.
- Wsparcie w utrzymaniu pasa ruchu: Tworzenie precyzyjnych modeli pasa.
3. Mapowanie i lokalizacja
LiDAR tworzy szczegółowe mapy 3D, które są używane do nawigacji. Mapy te pomagają autonomicznym samochodom określać swoją pozycję z precyzją do kilku centymetrów, szczególnie w złożonych środowiskach, takich jak obszary miejskie.
Porównanie z innymi technologiami detekcji
LiDAR wyróżnia się świadomością przestrzenną i rozdzielczością, ale ma ograniczenia związane z kosztami i wrażliwością na warunki pogodowe.
Obecne systemy LiDAR w samochodach
1. Mechaniczny LiDAR
Tradycyjne systemy LiDAR używają obracających się luster do zapewnienia pełnego pokrycia 360 stopni. Przykłady to:
- Velodyne HDL-64E: Szeroko stosowany w wczesnych prototypach pojazdów autonomicznych.
- Koszt: Ponad 70 000 USD za system (teraz malejący).
2. LiDAR stałoprądowy
Nowsze modele LiDAR eliminują ruchome części w celu zwiększenia trwałości i obniżenia kosztów. Przykłady:
- InnovizOne: Kompaktowy i opłacalny, używany przez BMW.
- Koszt: Około 1 000 USD (produkty masowe mają obniżyć koszty jeszcze bardziej).
3. LiDAR z modulacją częstotliwości (FMCW)
Ta rozwijająca się technologia oferuje zalety w wykrywaniu długozasięgowym i odporności na zakłócenia słoneczne. Przykład: Aeva FMCW LiDAR.
Wyzwania związane z integracją LiDAR w samochodach
1. Koszt:
Systemy LiDAR są drogie, chociaż ceny spadają dzięki postępom technologicznym i produkcji masowej.
2. Wpływ pogody:
Deszcz, mgła i śnieg rozpraszają sygnały laserowe, co obniża dokładność. Firmy pracują nad algorytmami minimalizującymi ten wpływ.
3. Zużycie energii:
Czujniki LiDAR o wysokiej rozdzielczości wymagają znacznej mocy obliczeniowej.
4. Rozmiar i integracja:
Nieporęczne konstrukcje wczesnych systemów LiDAR są nieodpowiednie dla eleganckich wzorów samochodowych. LiDAR stałoprądowy rozwiązuje ten problem.
Przykłady z życia wzięte
1. Waymo:
Projekt autonomiczny Google’a wykorzystuje niestandardowe czujniki LiDAR, twierdząc, że oferują one lepszą percepcję na odległość 300 metrów.
2. Audi A8:
Audi A8 z 2019 roku było pierwszym produkowanym samochodem, który zawierał LiDAR (Valeo Scala) dla poziomu 3 autonomii, zdolnym do automatycznej jazdy autostradowej.
3. Partnerstwo Luminar z Volvo:
Volvo EX90 używa LiDAR Luminar do zaawansowanego bezpieczeństwa, wykrywając obiekty na odległość do 250 m.
Przyszłe trendy w technologii LiDAR
1. Obniżenie kosztów:
Produkcja masowa i postępy, takie jak integracja chipów, mają doprowadzić do obniżenia kosztów LiDAR do poniżej 500 USD za system do 2030 roku.
2. Miniaturyzacja:
Czujniki LiDAR stają się coraz mniejsze i bardziej dyskretne, co umożliwia bezproblemową integrację w projektach samochodowych.
3. Zwiększony zasięg i rozdzielczość:
LiDAR następnej generacji ma na celu wykrywanie obiektów w odległości powyżej 400 m z lepszym detalem.
4. Systemy hybrydowe:
Łączenie LiDAR z kamerami i radarami prawdopodobnie nadal będzie złotym standardem dla pojazdów autonomicznych.
LiDAR to kluczowa technologia kształtująca przyszłość mobilności. Oferując niezrównaną dokładność w mapowaniu i percepcji, staje się niezbędny dla pojazdów autonomicznych i zaawansowanych funkcji bezpieczeństwa. Mimo że wciąż występują wyzwania, ciągła innowacja oraz współpraca między producentami samochodów a producentami LiDAR obiecują przyszłość, w której LiDAR stanie się standardowym elementem w samochodach, napędzając bezpieczniejszy i bardziej wydajny transport.
