JavaScript is currently disabled.Please enable it for a better experience of Jumi.

Lidar, Bild: Google

Automatiserade fordon:

Nu faller priset  på ljusradar

Ödet för lidar (ljusradar) är oklart – behövs det i automatiserade fordon? Idag är tekniken på tok för dyr, men dramatiska prissänkningar väntar. Därmed blir frågan till sist relevant.

SPREJAR OMGIVNINGEN MED LJUSPULSER
Lidar liknar radar. Man skickar ut korta pulser av synligt ljus och mäter tiden för studsen. Ljushastigheten dividerad med halva studstiden ger avståndet till närmaste synliga hinder.

Rådata kallas för ”punktmoln” eftersom man inte har någon information om vad som finns mellan de enskilda mätpunkterna. Från dessa bygger man upp en modell av omvärlden – sitter punkterna på en bil, vägg eller människa?

Genom ytterligare en mätning i samma punkt får man hastighet. Intensiteten i studsen anger objektets reflektivitet. Vissa ytor returnerar flera studsar – som trädtoppar, grenar och mark när man fotograferar skog uppifrån. Det krävs alltså en viss analys för tolka reflektionerna.

För att skapa en karta måste du veta med hög precision hur din lidar är orienterad och var den befinner sig. Detta görs med hjälp av GPS, accelerometrar, gyro, riktmärken i terrängen och bildanalys av omgivningen.

Elbilsbyggaren Elon Musk tror inte på lidar.

– Jag tror inte det behövs. Jag tror att allt man behöver kan man få via passiv optisk teknik och möjligen en framåtriktad radar för att hantera situationen att du kör snabbt i regn, snö eller damm.

Fordonsunderleverantören Delphi tror tvärtom att lidar kommer att vara nödvändigt för att uppnå full säkerhet i självkörande bilar, efter att ha analyserat data från provturer.

Google verkar vara inne på samma spår. Företagets experimentella självkörande bil domineras av en lidar på taket, även om den också har en uppsättning kameror och radarsensorer.

Motsättningarna vi ser ovan kommer att krympa. Just nu utvärderas olika teknikspår. När dammet lagt sig är det ingen större utmaning för någon av tillverkarna att byta, eftersom de olika sensorkombinationerna i grunden ger samma utdata – en modell av miljön kring fordonet.

Monokamera, stereokamera, radar, lidar, infrarött och ultraljud är de huvudsakliga sensorer som används. De berättar för fordonet var det befinner sig, vilken väg det kan följa och vilka eventuella hinder som finns på vägen.

Sensorerna har olika styrkor. Ultraljudet täcker in området närmast bilen upp till tio meter och passar utmärkt för automatisk parkering och annan mikronavigation.

Radar som tränger igenom snö och dimma kommer självkörande bilar i Sverige aldrig att klara sig utan – här duger inte lidar även om man med smart signalanalys faktiskt komma en liten bit längre genom snörök och damm än ögat når.

Lidar har den attraktiva egenskapen att den direkt levererar en visserligen lågupplöst men ändå färdig tredimensionell karta av omgivningen. Också kameror kan ge 3D-kartor, men detta kräver bildanalys – det är den som Elon Musk förlitar sig på.

Den enklaste gissningen är att automatiserade fordon kommer att kombinera olika typer av sensorer för att sammanställa en modell av omgivningen. Den exakta sensorkombinationen är omöjligt att sia om. Om vägbanan exempelvis får inbyggda magneter blir det betydligt enklare för bilar med magnetsensorer att navigera i snö.

Volvo demonstrerar hur man kan gå till väga för att ta fram den optimala sensorkombinationen. I autopilotprojektet Drive me, som rullar igång i Göteborg år 2017, fyller man de 100 bilarna med så många sensorer som får plats. Man spelar in sensordata under körning och kan i efterhand spela upp scenarier där man exempelvis stänger av sensorer för att ta reda på hur bilen hade klarat sig utan dem. Därefter har man en klarare bild av vad de olika Adasfunktionerna behöver.

Antalet planerade sensorer i Drive me-bilarna har sakta vuxit. Senaste budet är sju radarsensorer, åtta kameror, tolv ultraljudssensorer och en lidar. Radarn täcker 360 grader upp till 60 meter plus 20 grader framåt och bakåt 150 meter. Också kamerorna täcker 360 grader med extra stöd för djupseende 140 grader framåt 150 meter. En ensam lidar pekar framåt och täcker 130 grader och 150 meter.


Här är dagens och morgondagens lidar

Priset sjunker med volymerna, samtidigt som ny teknik med dramatiskt bättre pris och prestanda är på väg.


Lidarn på taket till Googles första experimentella självkörande bilar kostar idag 75 000 dollar och är därmed inget alternativ för ett skarp produkt.

Prislappen för lidar håller dock på att sjunka dramatiskt. Velodyne, som levererar Googles lidar, har redan modeller för 30 000 dollar och 8 000 dollar.

Inte bara större volymer utan också färre lasrar och lägre samlingsfrekvens förklarar prissänkningen. 75 000-dollarsmodellen HDL-64E släpptes år 2007. Den har 64 lasrar som roterar 360 grader och mäter upp avståndet till 1,3 miljoner punkter per sekund. Noggrannheten i avståndsbedömningen är cirka 2 cm på avstånd upp 120 meter. De flesta biltillverkare och underleverantörer inom området använder den, eller 32-lasersvarianten HDL-32E, för utveckling.

Lidar, radar, ekolod, kameror – sensorer tillsammans ger bilen omvärldskoll.
 

 
Om några år kan en lidar vara liten som ett frimärke och kosta 100 dollar – en hundradel av VLP-16 ovan.

I höstas släpptes den betydligt smidigare 8 000-dollarsmodellen VLP-16. Den har bara 16 lasrar och levererar 300 000 punkter per sekund. Den är en 7 cm hög puck med en diameter på 1 dm och en vikt på 0,83 kg, att jämföra med 13 kg, 2,3 dm diameter och 2,5 dm höjd för HDL-64E. Vertikala synvinkeln är 30 grader vilket är i samma storleksordning som de andra två.

I våras hade Velodyne sålt ett tusental lidarburkar. Nästa steg är en tusendollarsversion. Och när volymerna blir riktigt stora hoppas man kunna komma ner till 300 dollar. 

Det var Velodyne som fick Googles första lidarorder, men företaget har många konkurrenter. Lidar är ingen ny teknik, exempelvis har Denso använt lidar i farthållare sedan 1997.

Ibeo och Valeo hoppas kunna leverera en lidar för under 1 000 dollar nästa år. Phantom bygger lidar på Osrams dioder och fotodioder. Den senare planerar också en egen lidar för 150 dollar, med en enda laser.

Minskar man antalet lasrar krymper det vertikala synfältet med priset. Färre lasrar minskar användbarheten, exempelvis kanske den bara fungerar för att känna igen bilar på korta håll. Valeo och Ibeo planerar en fyralasersmodell för 250 dollar.

Andra tillverkare och blivande tillverkare av lidar är Ascar, ­Autonomous solutions, Bosch, Continental, Hella, Osram, Phantom, Pioneer och Sick.

Även Google ryktas utveckla och redan använda sin egen lidar.

Helt nya tekniska lösningar är på gång och lovar ännu bättre och betydligt billigare lidar. Quanergy lovar en lidar i kreditkortsformat. Räckvidden ska vara 300 meter, mot Velodynes 100. Två lidar plus processor och mjukvara för Adas ska gå lös på 2500 dollar. På sikt lovar man att dra ner prislappen till under hundra dollar per lidar.

Quanergy använder åtta lasrar. I första generationen sitter de på chips som roterar. I generation två och generation tre finns inga rörliga delar. Istället styrs och fokuseras ljusstrålen optiskt och av faskontroll av optiska signaler på chipet. En nyckel till tekniken är artificiell intelligens, enligt företaget.
I generation tre, år 2018, ska storleken vara nere på ett frimärke och prislappen ligga på hundra dollar.

Målgruppen för Quanergys generation ett är jordbruk, robotik, gruvindustri, logistik, distribution, varuhus och robothelikoptrar.
Quanergy vill även leverera mjukvara.  Broms, styrning och andra aktiva system inklusive självkörning vill företaget utveckla tillsammans med fordonstillverkarna. Passiv Adas tror man sig kunna sälja som eftermarknadsprodukter.

Bland investerarna finns Delphi och några av Teslas grundare. Partnerskap finns med Mercedes-Benz, Hyundai-Kia och Renault-Nissan och man utvecklar nya produkter tillsammans med Delphi på Quyanergys teknik. Tillverkare är idag Flex.

Även forskare på Caltechuniversitetet utvecklar en sorts lidar på ett chip, en ljusinterferometer. Fysiskt är skillnaden att en lidar mäter tid, medan man här istället studerar interferensen mellan den utgående och den studsande laserstrålen.

Den teknik Caltech demonstrerar är inte för bilar, utan för betydligt kortare avstånd och mindre skala med en djupupplösning på 15 mikrometer – i dagens demonstrationer 3d-scannar man mynt. Men man tror sig kunna få in fler hundra tusen sensorer på ett chip och att tekniken ska kunna användas även i lidar för bilar.

Vad gäller lågt pris är det Pioneer som leder löftesligan: 83 dollar redan år 2017. Grunden för Pioneers lösning är en teknik man utvecklade för pickupen i den gamla optiska skivminnestekniken laserdisc.

MER LÄSNING:
 
magasinet

222 stycken elektronik­konsulter

Registrera ditt företag nu!
 
SENASTE KOMMENTARER
Kommentarer via Disqus

Vi gör Elektroniktidningen

Anne-Charlotte Sparrvik
Anne-Charlotte
Sparrvik
+46(0)734-171099 ac@etn.se
(sälj och marknads­föring)
Per Henricsson

Per
Henricsson
+46(0)734-171303 per@etn.se
(redaktion)

Anna Wennberg

Anna
Wennberg
+46(0)734-171311 anna@etn.se
(redaktion)

Jan Tångring

Jan
Tångring
+46(0)734-171309 jan@etn.se
(redaktion)