Больше интересного про технологии в авто — в нашем Telegram-канале!
Сегодня лидары (Light Detection and Ranging) – это неотъемлемая часть технологий автономных автомобилей. Эти устройства позволяют автомобилям «видеть» окружающий мир в 3D и строить точные карты местности, что критически важно для безопасного вождения. Однако лидары не всегда были частью автомобильных систем, и их путь к современному состоянию был долгим и интересным.
Как лидары используются в автомобилях?
Лидары в современных автомобилях играют ключевую роль в системах автономного вождения. Они помогают автомобилям «видеть» объекты и анализировать окружающее пространство с высокой точностью. Благодаря лидару, автомобиль может точно оценить расстояния до объектов, а также обнаруживать препятствия на пути, даже в условиях плохой видимости, таких как туман или ночь.
Основные функции лидара в автомобилях:
- 3D-моделирование окружающей среды: Лидар помогает создать точную трехмерную модель местности вокруг автомобиля. Это позволяет ему «видеть» в реальном времени, распознавать объекты, их размеры и их движение.
- Избежание столкновений: Лидары точно определяют расстояние до объектов, что помогает избежать столкновений, вовремя распознавая препятствия на пути.
- Улучшение навигации и планирования маршрутов: Точные карты, созданные лидаром, помогают улучшить навигацию и безопасность, поскольку автомобиль может точно ориентироваться на дороге.
Но как же лидары появились, и каким образом эта технология превратилась в один из основных инструментов автономных автомобилей?
История лидаров: От военных исследований до автомобилей
Лидарные технологии начали развиваться в 1960-х годах, когда был изобретен лазер. На первых порах эта технология использовалась в научных исследованиях и в военной сфере. Лидары начали применять для измерения атмосферных характеристик, а также для создания точных карт местности с использованием лазерных импульсов.
Первоначальное использование:
Первое коммерческое применение лидара было связано с картографией и геодезией. В 1970-х годах лидары начали использовать для создания точных карт рельефа земли, а также для измерения глубин океанов и рек. Лидар использовался в аэрофотосъемке для создания 3D-карт, которые позволяли точно измерять высоты объектов и земли. Это было значительно более эффективно, чем традиционные методы, такие как фотограмметрия.
Военные и астрономические применения:
В 1980-х годах лидарная технология активно использовалась в военных целях, включая наблюдение за землями с воздуха, а также для мониторинга поверхности планет, например, для изучения Луны. Также лидары начали применяться для оценки атмосферных слоев и в метеорологии.
Переход в автомобили:
Лидары стали активно использоваться в автомобильной промышленности начиная с конца 2000-х годов. Это было связано с ростом интереса к автономному вождению и необходимости создания точных систем восприятия окружающей среды для автомобилей. Технология лидаров позволила автомобильным компаниям разрабатывать системы, которые могут «видеть» и реагировать на объекты в 3D, что является ключевым элементом для безопасного вождения.
Принцип работы лидара
Лидар работает по принципу, схожему с радаром, но вместо радиоволн использует лазерные импульсы. Процесс выглядит так:
- Излучение лазерного импульса: Лидарная система излучает лазерный импульс, который направляется на объект.
- Отражение света: Лазерный импульс отразится от объекта, например, автомобиля или дерева.
- Время возвращения импульса: Измеряется время, за которое импульс возвращается в датчик. Это время позволяет вычислить точное расстояние до объекта.
- Создание 3D-карты: Повторяя этот процесс для множества точек в окружающей среде, лидар строит трехмерную карту, которая помогает автомобилю ориентироваться в пространстве.
Этот процесс очень точен, позволяя измерять расстояния с точностью до миллиметров и обеспечивать восприятие в реальном времени.
Стоимость производства лидаров
Производство лидаров связано с высокими затратами, что прежде всего связано с использованием дорогих материалов и сложностью самой технологии. Оценка стоимости производства зависит от типа лидара, его функциональности и сложности. Основные факторы, влияющие на стоимость:
- Высокотехнологичные компоненты: Лидары используют лазеры, оптику и датчики, которые должны работать с высокой точностью и долговечностью. Например, лазерные диоды и сенсоры стоят дорого из-за своей точности и требуемого качества.
- Производственные затраты: Современные лидарные системы могут включать в себя множество мелких компонентов, которые должны быть собраны с высокой точностью. Это требует использования специализированного оборудования и опытных специалистов.
- Разработка и исследования: Разработка и улучшение лидаров также стоят немалых денег. Многие компании инвестируют большие суммы в исследования, чтобы улучшить точность, уменьшить размеры и снизить стоимость устройства.
- Производственная масштабируемость: Еще несколько лет назад лидары стоили десятки тысяч долларов за единицу, что делало их неприемлемыми для массового использования в автомобилях. Однако с увеличением объемов производства и усовершенствованием технологии, стоимость лидаров начала снижаться. Например, в 2017 году лидар в среднем стоил около $70,000, а сегодня стоимость некоторых моделей может варьироваться от $500 до $5,000 в зависимости от качества и применяемых технологий.
Дорогостоящие элементы в производстве
- Лазеры и фотодетекторы: Эти компоненты должны иметь высокое качество, чтобы лидар мог работать на дальних расстояниях и обеспечивать точность измерений. Поэтому лазеры и фотодетекторы часто стоят дорого.
- Оптические элементы и зеркала: Для того чтобы направить лазерные лучи с высокой точностью, необходимо использовать качественные оптические элементы. Они должны быть устойчивыми к воздействию внешней среды и при этом иметь высокую четкость изображения.
- Процессоры и электроника: Высокоскоростные процессоры для обработки данных и управления датчиками являются важной частью лидара. Кроме того, система обработки данных должна быть мощной и быстрой для того, чтобы все происходило в реальном времени.
Снижение стоимости и перспективы
С каждым годом стоимость лидаров продолжает снижаться, что делает их более доступными для массового применения. Например, такие компании, как Velodyne и LiDARUSA, предлагают более доступные модели, которые могут быть использованы в автомобилях среднего класса. Ожидается, что с улучшением технологий и увеличением производства, цена на лидары продолжит снижаться.
Многие эксперты прогнозируют, что в ближайшие годы лидары станут стандартом в автомобилях, поскольку их стоимость продолжит падать, а технологии будут становиться все более совершенными. Возможно, в будущем лидары будут использоваться не только для автономных автомобилей, но и для других приложений, таких как дроны, роботы, системы мониторинга и даже для улучшения инфраструктуры в городах.
Продолжаем, теперь о том, в каких автомобилях используется лидар, и о том, где эта технология появилась впервые.
В каких автомобилях используется лидар?
Сегодня лидары используются в ряде современных автомобилей с автономным управлением, а также в некоторых моделях, которые предлагают продвинутые системы помощи водителю. Эта технология активно применяется в таких автомобилях:
Waymo
Waymo — один из первых проектов по созданию полностью автономных автомобилей, который активно использует лидар. Компания разработала собственные лидарные системы, которые устанавливаются в автомобилях и дронах. Waymo использует лидары для построения точных 3D-карт и восприятия окружающей среды в реальном времени. Эти автомобили уже несколько лет без водителей работают в некоторых городах США.
Tesla
Хотя Tesla в основном полагается на камеры и радары для своей системы автопилота, она также рассматривает возможность использования лидара для улучшения работы своих систем. Компания Илона Маска долгое время противостояла внедрению лидара, считая, что его можно заменить камерными и радарными системами, но в последние годы возрос интерес к его внедрению в дальнейших моделях.
Audi
Audi представила свои автономные автомобили, оснащенные лидарами, в 2017 году в рамках концептуального автомобиля Audi A8. Этот автомобиль был одним из первых в своем классе, который предложил продвинутую систему автономного вождения, включая лидары, для распознавания объектов на дороге.
Volvo
Volvo активно использует лидары в своих автомобилях, включая модели с продвинутыми системами безопасности и помощи водителю. Компания сотрудничала с компанией Luminar, чтобы улучшить систему лидаров в своих автомобилях, делая их более точными и доступными для массового производства.
BMW
BMW также начала интегрировать лидары в свои автомобили, начиная с некоторых моделей серий iX и i4. В этих автомобилях лидары помогают улучшить восприятие окружающей среды и обеспечивают безопасность при автономном вождении.
Mercedes-Benz
Mercedes использует лидары в своих моделях с высокотехнологичными системами помощи водителю. Например, в модели Mercedes-Benz S-Class установлены лидары, которые помогают автомобилю лучше ориентироваться в сложных условиях вождения.
Первая машина с лидарами
Первая массовая установка лидара для использования в автомобилях с целью автономного вождения была реализована в автомобиле Google Self-Driving Car в 2009 году. Этот автомобиль стал первым в своем роде, который использовал лидар в качестве основного компонента системы автономного управления.
Проект Google (позже ставший частью компании Waymo) был начат в 2009 году, и с самого начала использовались лидарные системы для создания трехмерных карт и восприятия окружающей среды. Эти системы позволяли автомобилям распознавать дорожные объекты, определять их расстояния и двигаться безопасно, без вмешательства водителя.
Проект был весьма успешным, и в 2014 году Waymo официально выпустила первые автомобили с полным автономным управлением, оснащенные лидарами. Это стало значительным шагом к массовому внедрению технологии в автомобильную промышленность.
Влияние на будущее
Сегодня лидары становятся все более доступными и интегрируются в автомобили среднего класса. Все больше автопроизводителей, таких как Ford, Toyota и Nissan, рассматривают возможность установки лидаров в свои будущие модели. Также ожидается, что с развитием технологии, лидары будут использоваться не только в автономных автомобилях, но и в других сферах, например, в дронах, роботах и системах умных городов.
Таким образом, лидарные системы все больше начинают использоваться в автопромышленности, начиная с первопроходцев, таких как Waymo, и заканчивая крупными производителями, такими как Audi, Volvo и BMW. Это продолжает открывать новые горизонты для автономных автомобилей и безопасного вождения.
Больше интересного про технологии в авто — в нашем Telegram-канале!