Hintergrund zu LiDAR für die Automobilindustrie
Von 2015 bis 2020 erließ das Land mehrere entsprechende Richtlinien mit dem Schwerpunkt „intelligent vernetzte Fahrzeuge' Und 'autonome Fahrzeuge„Anfang 2020 veröffentlichte das Land zwei Pläne: eine Strategie für Innovation und Entwicklung intelligenter Fahrzeuge und eine Klassifizierung der automatisierten Fahrautomatisierung in Automobilen, um die strategische Position und die zukünftige Entwicklungsrichtung des autonomen Fahrens zu klären.“
Yole Development, ein weltweit tätiges Beratungsunternehmen, veröffentlichte einen Branchenforschungsbericht zum Thema „Lidar für Automobil- und Industrieanwendungen“. Darin heißt es, dass der Lidar-Markt im Automobilbereich bis 2026 ein Volumen von 5,7 Milliarden US-Dollar erreichen kann. Man geht davon aus, dass die durchschnittliche jährliche Wachstumsrate in den nächsten fünf Jahren auf über 21 % steigen könnte.
Was ist Automotive LiDAR?
LiDAR, kurz für Light Detection and Ranging, ist eine revolutionäre Technologie, die die Automobilindustrie, insbesondere im Bereich autonomer Fahrzeuge, revolutioniert 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 zurückzuprallen. Diese Daten werden dann verwendet, um detaillierte dreidimensionale Karten der Fahrzeugumgebung zu erstellen.
LiDAR-Systeme sind für ihre Präzision und die Fähigkeit zur hochgenauen Objekterkennung bekannt und daher ein unverzichtbares Werkzeug für das autonome Fahren. Im Gegensatz zu Kameras, die auf sichtbares Licht angewiesen sind und unter bestimmten Bedingungen wie schwachem Licht oder direkter Sonneneinstrahlung Probleme haben, liefern LiDAR-Sensoren zuverlässige Daten bei unterschiedlichen 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.
Flussdiagramm des LiDAR-Funktionsprinzips
LiDAR-Anwendungen in der Automatisierung:
Die LiDAR-Technologie (Light Detection and Ranging) in der Automobilindustrie konzentriert sich in erster Linie auf die Verbesserung der Fahrsicherheit und die Weiterentwicklung autonomer Fahrtechnologien. Ihre Kerntechnologie,Flugzeit (ToF), arbeitet mit der Aussendung von Laserimpulsen und der Berechnung der Zeit, die diese Impulse benötigen, um von Hindernissen reflektiert zu werden. Diese Methode erzeugt hochpräzise „Punktwolken“-Daten, die detaillierte dreidimensionale Karten der Fahrzeugumgebung mit zentimetergenauer Genauigkeit erstellen und so eine außergewöhnlich präzise räumliche Erkennung von Fahrzeugen ermöglichen.
Die Anwendung der LiDAR-Technologie im Automobilsektor konzentriert sich hauptsächlich auf folgende Bereiche:
Autonome Fahrsysteme:LiDAR ist eine der Schlüsseltechnologien für ein hohes Maß an autonomem Fahren. Es erfasst die Umgebung des Fahrzeugs, einschließlich anderer Fahrzeuge, Fußgänger, Verkehrszeichen und Straßenbedingungen, präzise und unterstützt autonome Fahrsysteme so dabei, schnelle und präzise Entscheidungen zu treffen.
Fortschrittliche Fahrerassistenzsysteme (ADAS):Im Bereich der Fahrerassistenz wird LiDAR zur Verbesserung der Fahrzeugsicherheitsfunktionen eingesetzt, darunter adaptive Geschwindigkeitsregelung, Notbremsung, Fußgängererkennung und Hindernisvermeidungsfunktionen.
Fahrzeugnavigation und -positionierung:Die von LiDAR generierten hochpräzisen 3D-Karten können die Genauigkeit der Fahrzeugpositionierung erheblich verbessern, insbesondere in städtischen Umgebungen, in denen GPS-Signale begrenzt sind.
Verkehrsüberwachung und -management:LiDAR kann zur Überwachung und Analyse des Verkehrsflusses eingesetzt werden und unterstützt städtische Verkehrssysteme bei der Optimierung der Signalsteuerung und der Reduzierung von Staus.
Für Fernerkundung, Entfernungsmessung, Automatisierung und DTS usw.
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Trends im Bereich Automotive LiDAR
1. LiDAR-Miniaturisierung
Die traditionelle Auffassung der Automobilindustrie besagt, dass sich autonome Fahrzeuge optisch nicht von konventionellen Fahrzeugen unterscheiden sollten, um Fahrspaß und effiziente Aerodynamik zu gewährleisten. Diese Perspektive hat den Trend zur Miniaturisierung von LiDAR-Systemen vorangetrieben. Das zukünftige Ideal ist, dass LiDAR so klein ist, dass es sich nahtlos in die Karosserie integrieren lässt. Dies bedeutet die Minimierung oder sogar den Verzicht mechanisch rotierender Teile. Diese Entwicklung steht im Einklang mit der schrittweisen Abkehr der Branche von aktuellen Laserstrukturen hin zu Festkörper-LiDAR-Lösungen. Festkörper-LiDAR ohne bewegliche Teile bietet eine kompakte, zuverlässige und langlebige Lösung, die den ästhetischen und funktionalen Anforderungen moderner Fahrzeuge gerecht wird.
2. Eingebettete LiDAR-Lösungen
Mit der Weiterentwicklung autonomer Fahrtechnologien in den letzten Jahren arbeiten einige LiDAR-Hersteller mit Automobilzulieferern zusammen, 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 wahren, sondern nutzt die strategische Platzierung auch zur Optimierung des Sichtfelds und der Funktionalität des LiDAR. Bei Personenkraftwagen erfordern bestimmte Fahrerassistenzsysteme (ADAS) eine Fokussierung des LiDAR auf bestimmte Winkel, anstatt eine 360°-Rundumsicht zu bieten. Für höhere Autonomiestufen wie Level 4 erfordern Sicherheitsaspekte jedoch ein horizontales 360°-Sichtfeld. Dies dürfte zu Mehrpunktkonfigurationen führen, die eine vollständige Abdeckung rund um das Fahrzeug gewährleisten.
3.Kostensenkung
Mit der Weiterentwicklung der LiDAR-Technologie und der zunehmenden Produktionsausweitung sinken die Kosten, sodass diese Systeme in eine breitere Fahrzeugpalette, einschließlich Mittelklassemodellen, integriert werden können. Diese Demokratisierung der LiDAR-Technologie dürfte die Einführung fortschrittlicher Sicherheits- und autonomer Fahrfunktionen im gesamten Automobilmarkt beschleunigen.
Bei den heute auf dem Markt erhältlichen LIDARs handelt es sich meist um 905 nm- und 1550 nm/1535 nm-LIDARs, aber in Bezug auf die Kosten ist 905 nm im Vorteil.
· 905 nm LiDAR: 905-nm-LiDAR-Systeme sind aufgrund der breiten Verfügbarkeit von Komponenten und der ausgereiften Fertigungsprozesse für diese Wellenlänge im Allgemeinen günstiger. Dieser Kostenvorteil macht 905-nm-LiDAR für Anwendungen attraktiv, bei denen Reichweite und Augensicherheit weniger wichtig sind.
· 1550/1535 nm LiDAR: Die Komponenten für 1550/1535-nm-Systeme, wie Laser und Detektoren, sind tendenziell teurer, was zum Teil auf die geringere Verbreitung der Technologie und die höhere Komplexität der Komponenten zurückzuführen ist. Die Vorteile hinsichtlich Sicherheit und Leistung können jedoch die höheren Kosten für bestimmte Anwendungen rechtfertigen, insbesondere beim autonomen Fahren, wo Fernerkennung und Sicherheit von größter Bedeutung sind.
[Link:Lesen Sie mehr über den Vergleich zwischen 905 nm und 1550 nm/1535 nm LiDAR]
4. Erhöhte Sicherheit und verbesserte ADAS
Die LiDAR-Technologie steigert die Leistungsfähigkeit von Fahrerassistenzsystemen (ADAS) erheblich und ermöglicht Fahrzeugen eine präzise Umgebungskartierung. Diese Präzision verbessert Sicherheitsfunktionen wie Kollisionsvermeidung, Fußgängererkennung und adaptive Geschwindigkeitsregelung und bringt die Branche dem vollständig autonomen Fahren näher.
FAQs
In Fahrzeugen senden LIDAR-Sensoren Lichtimpulse aus, die von Objekten reflektiert werden und zum Sensor zurückkehren. Aus der Zeit, die die Impulse für die Rückkehr benötigen, lässt sich die Entfernung zu Objekten berechnen. Diese Informationen helfen dabei, eine detaillierte 3D-Karte der Fahrzeugumgebung zu erstellen.
Ein typisches LIDAR-System für Kraftfahrzeuge besteht aus einem Laser zum Aussenden von Lichtimpulsen, einem Scanner und einer Optik zum Lenken der Impulse, einem Fotodetektor zum Auffangen des reflektierten Lichts und einer Verarbeitungseinheit zum Analysieren der Daten und Erstellen einer 3D-Darstellung der Umgebung.
Ja, LIDAR kann bewegte Objekte erkennen. Durch die Messung der Positionsveränderung 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 LIDAR-Technologie für Kraftfahrzeuge gehören die Reduzierung von Größe und Kosten der LIDAR-Systeme, die Erhöhung ihrer Reichweite und Auflösung sowie ihre nahtlosere Integration in Design und Funktionalität der Fahrzeuge.
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 verwendet werden, indem sie von Objekten reflektiert und zum LIDAR-Sensor zurückkehren.
Die Wellenlänge von 1,5 μm wird verwendet, da sie ein gutes Gleichgewicht zwischen Augenschutz und atmosphärischer Durchdringung bietet. Laser in diesem Wellenlängenbereich schädigen das menschliche Auge weniger als Laser mit kürzeren Wellenlängen und sind bei unterschiedlichen Wetterbedingungen leistungsstark.
1,5-μm-Laser liefern bei Nebel und Regen zwar eine bessere Leistung als sichtbares Licht, ihre Fähigkeit, atmosphärische Hindernisse zu durchdringen, ist jedoch begrenzt. Die Leistung bei widrigen Wetterbedingungen ist im Allgemeinen besser als bei Lasern mit kürzerer Wellenlänge, jedoch nicht so effektiv wie bei Lasern mit längerer Wellenlänge.
Obwohl gepulste 1,5-μm-Faserlaser aufgrund ihrer anspruchsvollen Technologie die Kosten von LIDAR-Systemen zunächst erhöhen können, dürften Fortschritte in der Fertigung und Skaleneffekte die Kosten im Laufe der Zeit senken. Ihre Vorteile in Bezug auf Leistung und Sicherheit rechtfertigen die Investition. Die überlegene Leistung und die verbesserten Sicherheitsfunktionen von gepulsten 1,5-μm-Faserlasern machen sie zu einer lohnenden Investition für automobile LIDAR-Systeme..