Hintergrundinformationen zu LiDAR im Automobilbereich
Von 2015 bis 2020 erließ das Land mehrere damit zusammenhängende Richtlinien mit Schwerpunkt auf „intelligente vernetzte Fahrzeuge' Und 'autonome FahrzeugeAnfang 2020 veröffentlichte die Nation zwei Pläne: die Strategie für intelligente Fahrzeuginnovationen und -entwicklung sowie die Klassifizierung der automatisierten Fahrzeugfahrweise, um die strategische Position und die zukünftige Entwicklungsrichtung des autonomen Fahrens zu verdeutlichen.
Yole Development, ein weltweit tätiges Beratungsunternehmen, veröffentlichte einen Branchenforschungsbericht zum Thema „Lidar für Automobil- und Industrieanwendungen“. Darin wird erwähnt, dass der Lidar-Markt im Automobilbereich bis 2026 ein Volumen von 5,7 Milliarden US-Dollar erreichen kann und dass die durchschnittliche jährliche Wachstumsrate in den nächsten fünf Jahren voraussichtlich auf über 21 % steigen wird.
Was ist Automotive LiDAR?
LiDAR (Light Detection and Ranging) ist eine revolutionäre Technologie, die die Automobilindustrie, insbesondere im Bereich autonomer Fahrzeuge, grundlegend verändert hat. Sie funktioniert, indem sie Lichtimpulse – meist von einem Laser – auf das Ziel aussendet und die Zeit misst, die das Licht benötigt, um zum Sensor zurückzukehren. Diese Daten werden anschließend verwendet, um detaillierte dreidimensionale Karten der Umgebung des Fahrzeugs zu erstellen.
LiDAR-Systeme sind für ihre Präzision und die hohe Genauigkeit der Objekterkennung bekannt und daher ein unverzichtbares Werkzeug für autonomes Fahren. Im Gegensatz zu Kameras, die auf sichtbares Licht angewiesen sind und unter bestimmten Bedingungen wie schwachem Licht oder direkter Sonneneinstrahlung Schwierigkeiten haben, liefern LiDAR-Sensoren zuverlässige Daten unter verschiedensten Licht- und Wetterbedingungen. Darüber hinaus ermöglicht die präzise Entfernungsmessung von LiDAR die Erkennung von Objekten, ihrer Größe und sogar ihrer Geschwindigkeit, was für die Navigation in komplexen Fahrsituationen entscheidend ist.
LiDAR-Funktionsprinzip-Flussdiagramm
LiDAR-Anwendungen in der Automatisierung:
Die LiDAR-Technologie (Light Detection and Ranging) in der Automobilindustrie konzentriert sich primär auf die Verbesserung der Fahrsicherheit und die Weiterentwicklung autonomer Fahrtechnologien. Ihre Kerntechnologie,Flugzeit (ToF)Das System funktioniert durch das Aussenden von Laserimpulsen und die Messung der Laufzeit dieser Impulse von Hindernissen. Diese Methode erzeugt hochpräzise Punktwolkendaten, aus denen detaillierte dreidimensionale Karten der Fahrzeugumgebung mit zentimetergenauer Präzision erstellt werden können. Dadurch bietet sie eine außergewöhnlich genaue räumliche Erkennung von Fahrzeugen.
Die Anwendung der LiDAR-Technologie im Automobilsektor konzentriert sich hauptsächlich auf folgende Bereiche:
Autonome Fahrsysteme:LiDAR ist eine der Schlüsseltechnologien für hochentwickeltes autonomes Fahren. Es erfasst präzise die Umgebung des Fahrzeugs, einschließlich anderer Fahrzeuge, Fußgänger, Verkehrszeichen und Straßenverhältnisse, und unterstützt so autonome Fahrsysteme bei schnellen und genauen Entscheidungen.
Fortschrittliche Fahrerassistenzsysteme (ADAS):Im Bereich der Fahrerassistenzsysteme wird LiDAR zur Verbesserung der Fahrzeugsicherheitsfunktionen eingesetzt, darunter adaptive Geschwindigkeitsregelung, Notbremsassistent, Fußgängererkennung und Hindernisvermeidungsfunktionen.
Fahrzeugnavigation und -positionierung:Die von LiDAR erzeugten hochpräzisen 3D-Karten können die Genauigkeit der Fahrzeugpositionierung deutlich verbessern, insbesondere in städtischen Umgebungen, wo GPS-Signale nur begrenzt verfügbar sind.
Verkehrsüberwachung und -steuerung:LiDAR kann zur Überwachung und Analyse des Verkehrsflusses eingesetzt werden und unterstützt so städtische Verkehrssysteme bei der Optimierung der Signalsteuerung und der Reduzierung von Staus.
Für Fernerkundung, Entfernungsmessung, Automatisierung und DTS usw.
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Trends hin zu Automotive LiDAR
1. Miniaturisierung von LiDAR
Die traditionelle Auffassung der Automobilindustrie besagt, dass autonome Fahrzeuge sich optisch nicht von konventionellen Autos unterscheiden sollten, um Fahrspaß und effiziente Aerodynamik zu gewährleisten. Diese Sichtweise hat den Trend zur Miniaturisierung von LiDAR-Systemen vorangetrieben. Das Zukunftsziel ist ein LiDAR-System, das so klein ist, dass es sich nahtlos in die Fahrzeugkarosserie integrieren lässt. Dies bedeutet die Minimierung oder gar Eliminierung mechanischer, rotierender Teile – ein Wandel, der mit dem schrittweisen Übergang der Branche von Laserstrukturen zu Festkörper-LiDAR-Lösungen einhergeht. Festkörper-LiDAR, das ohne bewegliche Teile auskommt, bietet eine kompakte, zuverlässige und langlebige Lösung, die den ästhetischen und funktionalen Anforderungen moderner Fahrzeuge optimal entspricht.
2. Eingebettete LiDAR-Lösungen
Mit den Fortschritten der Technologien für autonomes Fahren in den letzten Jahren haben einige LiDAR-Hersteller begonnen, mit Automobilzulieferern zusammenzuarbeiten, um Lösungen zu entwickeln, die LiDAR in Fahrzeugteile wie Scheinwerfer integrieren. Diese Integration dient nicht nur dazu, die LiDAR-Systeme zu verbergen und so die Ästhetik des Fahrzeugs zu erhalten, sondern optimiert durch die strategische Platzierung auch das Sichtfeld und die Funktionalität des LiDAR. Bei Pkw benötigen bestimmte Fahrerassistenzsysteme (ADAS) eine LiDAR-Sicht, die sich auf bestimmte Winkel konzentriert, anstatt eine 360°-Rundumsicht zu gewährleisten. Für höhere Autonomiestufen, wie beispielsweise Level 4, ist jedoch aus Sicherheitsgründen ein horizontales 360°-Sichtfeld erforderlich. Dies dürfte zu Mehrpunktkonfigurationen führen, die eine vollständige Abdeckung des Fahrzeugumfelds sicherstellen.
3.Kostenreduzierung
Mit zunehmender Reife der LiDAR-Technologie und steigender Produktionskapazität sinken die Kosten, wodurch der Einsatz dieser Systeme in einer breiteren Fahrzeugpalette, einschließlich Mittelklassemodellen, möglich wird. Diese zunehmende Verbreitung der LiDAR-Technologie dürfte die Einführung fortschrittlicher Sicherheits- und autonomer Fahrfunktionen im gesamten Automobilmarkt beschleunigen.
Die heute auf dem Markt befindlichen LIDARs sind größtenteils 905-nm- und 1550-nm/1535-nm-LIDARs, aber in Bezug auf die Kosten hat 905 nm den Vorteil.
• 905-nm-LiDARIm Allgemeinen sind 905-nm-LiDAR-Systeme aufgrund der breiten Verfügbarkeit von Komponenten und der ausgereiften Fertigungsprozesse für diese Wellenlänge kostengünstiger. Dieser Kostenvorteil macht 905-nm-LiDAR attraktiv für Anwendungen, bei denen Reichweite und Augensicherheit weniger kritisch sind.
• 1550/1535nm LiDARDie Komponenten für 1550/1535-nm-Systeme, wie Laser und Detektoren, sind tendenziell teurer, was unter anderem daran liegt, dass die Technologie weniger verbreitet und die Komponenten komplexer sind. Die Vorteile hinsichtlich Sicherheit und Leistung können die höheren Kosten jedoch für bestimmte Anwendungen rechtfertigen, insbesondere beim autonomen Fahren, wo Fernerkennung und Sicherheit von höchster Bedeutung sind.
[Link:Lesen Sie mehr über den Vergleich zwischen 905 nm und 1550 nm/1535 nm LiDAR.]
4. Erhöhte Sicherheit und verbesserte Fahrerassistenzsysteme
Die LiDAR-Technologie verbessert die Leistung von Fahrerassistenzsystemen (ADAS) erheblich und ermöglicht Fahrzeugen eine präzise Kartierung der Fahrzeugumgebung. Diese Präzision optimiert Sicherheitsfunktionen wie Kollisionsvermeidung, Fußgängererkennung und adaptive Geschwindigkeitsregelung und bringt die Branche dem vollautonomen Fahren einen Schritt näher.
Häufig gestellte Fragen
In Fahrzeugen senden LiDAR-Sensoren Lichtimpulse aus, die von Objekten reflektiert werden und zum Sensor zurückkehren. Die Laufzeit der Impulse wird zur Entfernungsberechnung zu den Objekten genutzt. Diese Informationen helfen bei der Erstellung einer detaillierten 3D-Karte der Fahrzeugumgebung.
Ein typisches Automotive-LIDAR-System besteht aus einem Laser zum Aussenden von Lichtimpulsen, einem Scanner und einer Optik zur Lenkung der Impulse, einem Fotodetektor zum Auffangen des reflektierten Lichts und einer Verarbeitungseinheit zur Analyse der Daten und zur Erstellung einer 3D-Darstellung der Umgebung.
Ja, LIDAR kann sich bewegende Objekte erkennen. Durch die Messung der Positionsänderung von Objekten im Laufe der Zeit kann LIDAR deren Geschwindigkeit und Flugbahn berechnen.
LIDAR wird in Fahrzeugsicherheitssysteme integriert, um Funktionen wie adaptive Geschwindigkeitsregelung, Kollisionsvermeidung und Fußgängererkennung durch genaue und zuverlässige Entfernungsmessungen und Objekterkennung zu verbessern.
Zu den laufenden Entwicklungen in der automobilen LIDAR-Technologie gehören die Reduzierung der Größe und der Kosten von LIDAR-Systemen, die Erhöhung ihrer Reichweite und Auflösung sowie die nahtlosere Integration in das Design und die Funktionalität von Fahrzeugen.
Ein gepulster 1,5-µm-Faserlaser ist eine Laserquelle, die in automobilen LIDAR-Systemen eingesetzt wird und Licht mit einer Wellenlänge von 1,5 Mikrometern (µm) emittiert. Er erzeugt kurze Infrarotlichtimpulse, die zur Entfernungsmessung genutzt werden, indem sie von Objekten reflektiert werden und zum LIDAR-Sensor zurückkehren.
Die Wellenlänge von 1,5 μm wird gewählt, da sie ein gutes Gleichgewicht zwischen Augensicherheit und atmosphärischer Durchdringung bietet. Laser in diesem Wellenlängenbereich schädigen das menschliche Auge weniger als solche mit kürzeren Wellenlängen und funktionieren unter verschiedenen Wetterbedingungen zuverlässig.
Obwohl 1,5-µm-Laser bei Nebel und Regen bessere Ergebnisse liefern als sichtbares Licht, ist ihre Fähigkeit, atmosphärische Hindernisse zu durchdringen, nach wie vor begrenzt. Ihre Leistung bei widrigen Wetterbedingungen ist im Allgemeinen besser als die von Lasern mit kürzerer Wellenlänge, aber nicht so effektiv wie die von Lasern mit längerer Wellenlänge.
Obwohl gepulste 1,5-µm-Faserlaser aufgrund ihrer komplexen Technologie die Kosten von LIDAR-Systemen zunächst erhöhen können, werden Fortschritte in der Fertigung und Skaleneffekte die Kosten voraussichtlich im Laufe der Zeit senken. Ihre Vorteile hinsichtlich Leistung und Sicherheit rechtfertigen die Investition. Die überlegene Leistung und die verbesserten Sicherheitsmerkmale von gepulsten 1,5-µm-Faserlasern machen sie zu einer lohnenden Investition für automobile LIDAR-Systeme..