LiDAR (Light Detection and Ranging) je revoluční technologie, která hraje klíčovou roli ve vývoji moderních automobilů, zejména autonomních vozidel. Tato technologie je metodou snímání, která používá laserové světlo k měření vzdáleností, tvorbě vysoce rozlišených 3D map a detekci objektů kolem automobilu. Tento článek vysvětluje, co je LiDAR, jak funguje a jakou roli hraje v automobilovém průmyslu.
Co je LiDAR a jak funguje?
LiDAR je technologie používaná v automobilech k vytváření vysoce rozlišených 3D map okolí vozidla.
LiDAR používá laserové pulzy k určování vzdáleností měřením času, který potřebuje světelný signál k tomu, aby se dostal k objektu a vrátil se zpět. Tento systém se skládá ze tří hlavních komponentů:
- Laserový emitter: Vysílá laserové paprsky do okolí.
- Recepční senzor: Detekuje vracející se světelný signál.
- Zpracovatelská jednotka: Interpretuje data a vytváří 3D mapu.
Základní rovnice používaná je:
Vzdálenost = (Rychlost světla x Čas cestování)/2
LiDAR funguje na vlnových délkách v blízkém infračerveném spektru (850 nm až 1550 nm). Většina automobilových systémů používá 905 nm pro kostní efektivitu, ale vysokovýkonné systémy mohou používat 1550 nm pro dosažení lepšího dosahu a bezpečnosti pro lidské oči.
Aplikace LiDARu v automobilech
1. Autonomní řízení
LiDAR je základní stavební kámen technologie autonomního řízení. LiDAR umožňuje vozidlům „vidět“ své okolí v reálném čase, detekovat překážky, hranice silnice a další vozidla. Například:
- Autonomní vozidla Waymo se silně spoléhají na LiDAR pro 360stupňové vnímání.
- Na druhou stranu Tesla volí systémy založené na vidění, které nemají LiDAR.
2. Pokročilé asistenční systémy řidiče (ADAS)
I v neúplně autonomních vozidlech LiDAR zlepšuje funkce jako:
- Adaptivní tempomat: Udržování bezpečných vzdáleností.
- Nouzové brzdění: Detekce chodců a vozidel ve slepých výhledech.
- Asistence při udržování jízdního pruhu: Vytváření přesných modelů jízdních pruhů.
3. Mapování a lokalizace
LiDAR vytváří podrobné 3D mapy používané pro navigaci. Tyto mapy pomáhají autonomním automobilům lokalizovat se s přesností na centimetry, zejména v složitých prostředích, jako jsou městské oblasti.
Srovnání s jinými senzorickými technologiemi
LiDAR vyniká v prostorovém povědomí a rozlišení, ale má omezení co do nákladů a citlivosti na počasí.
Aktuální LiDAR systémy v automobilech
1. Mechanický LiDAR
Tradiční LiDAR systémy používají otáčecí zrcadla pro zajištění 360stupňového pokrytí. Příklady zahrnují:
- Velodyne HDL-64E: Široce používaný v raných prototypech autonomních vozidel.
- Náklady: Více než 70 000 dolarů na systém (nyní klesající).
2. Pevný LiDAR
Novější modely LiDAR eliminují pohyblivé části pro zvýšení odolnosti a snížení nákladů. Příklady:
- InnovizOne: Kompaktní a nákladově efektivní, používaný BMW.
- Náklady: Přibližně 1 000 dolarů (očekává se hromadná výroba, která cenu dále sníží).
3. Frekvenčně modulovaný kontinuální vlnový (FMCW) LiDAR
Tato nová technologie nabízí výhody v detekci na dlouhé vzdálenosti a imunitu vůči slunečnímu rušení. Příklad: Aeva FMCW LiDAR.
Výzvy integrace LiDARu do automobilů
1. Náklady:
LiDAR systémy jsou drahé, ačkoli ceny klesají v důsledku technologického pokroku a hromadné výroby.
2. Vliv počasí:
Déšť, mlha a sníh rozptylují laserové signály, což snižuje přesnost. Společnosti pracují na algoritmech, které tento vliv zmírňují.
3. Spotřeba energie:
Vysoce rozlišené LiDAR senzory vyžadují značnou zpracovatelskou kapacitu.
4. Velikost a integrace:
Objemné tvary raných LiDAR systémů nejsou vhodné pro elegantní automobilové designy. Pevný LiDAR tuto výzvu řeší.
Příklady z reálného světa
1. Waymo:
Projekt autonomního řízení od Google používá vlastní LiDAR senzory, které si nárokují nadřazené vnímání na vzdálenost 300 metrů.
2. Audi A8:
Audi A8 2019 byl prvním sériovým automobilem, který zahrnoval LiDAR (Valeo Scala) pro úroveň 3 autonomie, schopný automatizovaného řízení na dálnicích.
3. Partnerství Luminar s Volvem:
Volvo EX90 používá LiDAR od Luminaru pro pokročilou bezpečnost, detekující objekty až do vzdálenosti 250 m.
Budoucí trendy v technologii LiDAR
1. Snížení nákladů:
Hromadná výroba a pokroky, jako je integrace na úrovni čipů, by měly snížit náklady na LiDAR pod 500 dolarů na systém do roku 2030.
2. Miniaturizace:
LiDAR senzory se stávají menšími a diskrétnějšími, což umožňuje bezproblémovou integraci do designu automobilů.
3. Vylepšený dosah a rozlišení:
Další generace LiDARu si klade za cíl detekovat objekty na více než 400 m s vyššími detaily.
4. Hybridní systémy:
Kombinace LiDARu s kamery a radarem pravděpodobně zůstane zlatým standardem pro autonomní vozidla.
LiDAR je klíčovou technologií, která formuje budoucnost mobility. LiDAR nabízí bezprecedentní přesnost v mapování a vnímání, což ho činí nezbytným pro autonomní vozidla a pokročilé bezpečnostní funkce. I když přetrvávají výzvy, kontinuální inovace a spolupráce mezi výrobci automobilů a výrobci LiDARu slibují budoucnost, v níž se LiDAR stane standardní funkcí v automobilech, což povede k bezpečnější a efektivnější dopravě.
