LiDAR (Light Detection and Ranging) är en transformerande teknologi som spelar en avgörande roll i utvecklingen av moderna bilar, särskilt autonoma fordon. Denna teknologi är en sensormetod som använder laserljus för att mäta avstånd, skapa högupplösta 3D-kartor och upptäcka objekt runt en bil. Denna artikel förklarar vad LiDAR är, hur det fungerar och dess roll inom fordonsindustrin.
Vad är LiDAR och hur fungerar det?
LiDAR är en teknologi som används i bilar för att skapa högupplösta 3D-kartor av fordonets omgivningar.
LiDAR använder laserpulser för att bestämma avstånd genom att mäta den tid det tar för en ljussignal att resa till ett objekt och tillbaka. Detta system består av tre huvudkomponenter:
- Lasersändare: Projektar laserstrålar i omgivningen.
- Sensormottagare: Upptäcker den återvändande ljussignalen.
- Bearbetningsenhet: Tolkar data för att skapa en 3D-karta.
Den grundläggande ekvationen som används är:
Avstånd = (Ljushastighet x Resertid)/2
LiDAR fungerar vid våglängder i det nära infraröda spektrumet (850 nm till 1550 nm). De flesta bilsystem använder 905 nm för kostnadseffektivitet, men högpresterande system kan använda 1550 nm för att uppnå bättre räckvidd och säkerhet för mänskliga ögon.
Användningar av LiDAR i bilar
1. Autonoma körningar
LiDAR är en hörnsten i självkörande teknologi. LiDAR möjliggör för fordon att ”se” sin omgivning i realtid, upptäckande hinder, väggränser och andra fordon. Till exempel:
- Waymos autonoma fordon förlitar sig starkt på LiDAR för 360-graders perception.
- Tesla, å sin sida, väljer visionsbaserade system utan LiDAR.
2. Avancerade förarkommunikationssystem (ADAS)
Även i icke-helt autonoma fordon förbättrar LiDAR funktioner såsom:
- Adaptiv farthållare: Upprätthålla säkra avstånd.
- Nödbromsning: Upptäckande av fotgängare och fordon i döda vinklar.
- Spårhållningsassistans: Skapa precisa spårmodeller.
3. Kartläggning och lokalisering
LiDAR skapar detaljerade 3D-kartor som används för navigering. Dessa kartor hjälper autonoma bilar att lokalisera sig med centimeter-noggrannhet, särskilt i komplexa miljöer som tätorter.
Jämförelse med andra sensorteknologier
LiDAR utmärker sig i rumslig medvetenhet och upplösning men har begränsningar i kostnad och känslighet för väderförhållanden.
Nuvarande LiDAR-system i bilar
1. Mekanisk LiDAR
Traditionella LiDAR-system använder roterande speglar för att ge 360-graders täckning. Exempel inkluderar:
- Velodyne HDL-64E: Allmänt använt i tidiga prototyper av autonoma fordon.
- Kostnad: Över 70 000 dollar per system (nu sjunkande).
2. Solid-state LiDAR
Nyare LiDAR-modeller eliminerar rörliga delar för ökad hållbarhet och reducerade kostnader. Exempel:
- InnovizOne: Kompakt och kostnadseffektivt, används av BMW.
- Kostnad: Cirka 1 000 dollar (massproduktion förväntas pressa ner kostnaden ytterligare).
3. Frekvensmodulerat kontinuerligt våg (FMCW) LiDAR
Denne framväxande teknologi erbjuder fördelar i långdistansdetektion och immunitet mot solljusinterferens. Exempel: Aeva FMCW LiDAR.
Utmaningar med att integrera LiDAR i bilar
1. Kostnad:
LiDAR-system är dyra, även om priserna faller på grund av teknologiska framsteg och massproduktion.
2. Väderpåverkan:
Regn, dimma och snö sprider lasersignaler, vilket minskar noggrannheten. Företag arbetar på algoritmer för att mildra denna påverkan.
3. Energiförbrukning:
Högupplösta LiDAR-sensorer kräver betydande bearbetningskraft.
4. Storlek och integration:
Skrymmande design av tidiga LiDAR-system är olämpliga för eleganta fordonsdesigner. Solid-state LiDAR adresserar denna utmaning.
Verkliga exempel
1. Waymo:
Google’s självkörande projekt använder specialanpassade LiDAR-sensorer, och hävdar överlägsen perception vid en räckvidd av 300 meter.
2. Audi A8:
Audi A8 2019 var den första produktionsbilen att inkludera LiDAR (Valeo Scala) för nivå 3 autonomi, kapabel till automatiserad motorvägskörning.
3. Luminar’s partnerskap med Volvo:
Volvo’s EX90 använder Luminar’s LiDAR för avancerad säkerhet, med förmåga att upptäcka objekt upp till 250 m bort.
Framtida trender inom LiDAR-teknologi
1. Kostnadsreduktion:
Massproduktion och framsteg, som chip-skalan integration, förväntas sänka kostnaderna för LiDAR till under 500 dollar per system år 2030.
2. Miniaturisering:
LiDAR-sensorer blir mindre och mer diskréta, vilket möjliggör sömlös integration i bilinredning.
3. Förbättrad räckvidd och upplösning:
Nästa generations LiDAR syftar till att upptäcka objekt på över 400 m med förbättrad detaljeringsgrad.
4. Hybridssystem:
Kombinera LiDAR med kameror och radar kommer troligtvis att förbli guldstandarden för autonoma fordon.
LiDAR är en avgörande teknologi som formar framtiden för mobilitet. LiDAR erbjuder oöverträffad noggrannhet i kartläggning och perception, vilket gör det oumbärligt för autonoma fordon och avancerade säkerhetsfunktioner. Även om utmaningar kvarstår, lovar kontinuerlig innovation och samarbete mellan biltillverkare och LiDAR-tillverkare en framtid där LiDAR blir en standardfunktion i bilar, vilket leder till säkrare och mer effektiva transporter.
