LiDAR (Light Detection and Ranging) je transformační technologie, která hraje klíčovou roli ve vývoji moderních automobilů, zejména autonomních vozidel. Tato technologie je metodou snímání, která využívá laserové světlo k měření vzdáleností, vytváření vysokorozlišujících 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 vysokorozlišujících 3D map okolí vozidla.
LiDAR využívá laserové pulzy k určení vzdáleností měřením doby, kterou světelný signál potřebuje k tomu, aby se dostal k objektu a vrátil se. Tento systém se skládá ze tří hlavních komponentů:
- Laserový emitor: Vystřeluje laserové paprsky do okolí.
- Optický senzor: Detekuje vracející se světelný signál.
- Zpracovatelská jednotka: Interpretace dat pro vytvoření 3D mapy.
Základní rovnice použité je:
Vzdálenost = (Rychlost světla × Doba cestování)/2
LiDAR pracuje na vlnových délkách v blízkém infračerveném spektru (850 nm až 1550 nm). Většina automobilových systémů využívá 905 nm pro ekonomické důvody, zatímco špičkové systémy mohou používat 1550 nm, aby dosáhly lepšího dosahu a bezpečnosti pro lidské oči.
Aplikace LiDARu v automobilech
1. Autonomní řízení
LiDAR je základním kamenem technologie autonomního řízení. LiDAR umožňuje vozidlům „vidět“ své okolí v reálném čase, detekovat překážky, hranice silnic a jiná vozidla. Například:
- Autonomní vozidla Waymo se silně spoléhají na LiDAR pro 360stupňové vnímání.
- Tesla naopak volí systémy založené na vidění bez LiDARu.
2. Pokročilé asistenční systémy řidiče (ADAS)
Dokonce i u neúplně autonomních vozidel LiDAR zvyšuje funkce jako:
- Adaptivní tempomat: Udržování bezpečných vzdáleností.
- Nouzové brzdění: Detekce chodců a vozidel v mrtvých úhlech.
- Asistence pro udržení v jízdním pruhu: Vytváření přesných modelů jízdních pruhů.
3. Mapování a lokalizace
LiDAR vytváří podrobné 3D mapy, které se používají pro navigaci. Tyto mapy pomáhají autonomním vozidlům najít svou polohu s centimetrovou přesností, zejména v složitých prostředích, jako jsou městské oblasti.
Srovnání s jinými technologiemi snímání
LiDAR vyniká v prostorovém povědomí a rozlišení, ale má omezení v nákladech a citlivosti na počasí.
Současné LiDAR systémy v automobilech
1. Mechanický LiDAR
Tradicionalní LiDAR systémy využívají rotující zrcadla k zajištění 360stupňového pokrytí. Příklady zahrnují:
- Velodyne HDL-64E: Široce používaná v raných prototypech autonomních vozidel.
- Náklady: Přes 70 000 USD za systém (nyní klesají).
2. Pevný LiDAR
Novější modely LiDARu eliminují pohyblivé části pro zvýšení odolnosti a snížení nákladů. Příklady:
- InnovizOne: Kompaktní a ekonomický, používaný BMW.
- Náklady: Přibližně 1 000 USD (očekává se, že masová výroba náklady ještě sníží).
3. Frekvenčně modulovaný kontinuální vlnový (FMCW) LiDAR
Tato nová technologie nabízí výhody v detekci na dlouhé vzdálenosti a imunitu vůči slunečnímu záření. Příklad: Aeva FMCW LiDAR.
Výzvy integrace LiDARu do automobilů
1. Náklady:
LiDAR systémy jsou drahé, i když ceny klesají díky technologickému pokroku a masové výrobě.
2. Dopad počasí:
Déšť, mlha a sníh rozptylují laserové signály, což snižuje přesnost. Společnosti pracují na algoritmech pro zmírnění tohoto dopadu.
3. Spotřeba energie:
Senzory LiDAR s vysokým rozlišením vyžadují značnou zpracovatelskou kapacitu.
4. Velikost a integrace:
Objemné konstrukce raných systémů LiDAR nejsou vhodné pro elegantní automobilové designy. Pevný LiDAR řeší tuto výzvu.
Příklady z reálného světa
1. Waymo:
Googleův projekt autonomního řízení využívá vlastní LiDAR senzory, které tvrdí, že nabízejí lepší vnímání na vzdálenost 300 metrů.
2. Audi A8:
Audi A8 2019 bylo prvním sériově vyráběným vozidlem, které zahrnovalo LiDAR (Valeo Scala) pro úroveň 3 autonomie, schopným automatizovaného řízení na dálnici.
3. Partnerství Luminar s Volvo:
Volvo EX90 využívá LiDAR od Luminar pro pokročilou bezpečnost, detekující objekty až do vzdálenosti 250 m.
Budoucí trendy v LiDAR technologii
1. Snižování nákladů:
Masová výroba a pokroky, jako je integrace čipů, by měly snížit náklady LiDAR pod 500 USD za systém do roku 2030.
2. Miniaturizace:
Senzory LiDAR se stávají menšími a více diskrétními, což umožňuje bezproblémovou integraci do designů vozidel.
3. Zlepšený dosah a rozlišení:
Další generace LiDAR si klade za cíl detekovat objekty na více než 400 m s lepšími detaily.
4. Hybridní systémy:
Kombinace LiDARu s kamerami a radarem pravděpodobně zůstane zlatým standardem pro autonomní vozidla.
LiDAR je klíčová technologie, která utváří budoucnost mobility. Nabízí bezprecedentní přesnost v mapování a vnímání, což z něj činí nepostradatelný prvek pro autonomní vozidla a pokročilé bezpečnostní funkce. Ačkoli existují výzvy, kontinuální inovace a spolupráce mezi výrobci automobilů a výrobci LiDARu slibují budoucnost, kde se LiDAR stane standardním vybavením automobilů, což povede k bezpečnější a efektivnější dopravě.
