Här är robotbilarnas nya laserögon

REPORTAGE 23 företag håller tummarna för att Elon Musk har fel. De utvecklar nästa generation ljusradar, lidar, för självkörande fordon.

Lidar i massvolym kräver ny teknik

Det var år 2007 som ögonen öppnades för lidarns potential. Amerikanska Velodyne satte ihop en lidar med 64 roterande lasrar. Fem av sex bilar som gick i mål under den självkörningstävling som Darpa arrangerar, hade den på taket.

Det ena gav det andra och idag är det Velodyne som dominerar den första generationen självkörningslidar. Den används för utveckling – det finns inga självkörande bilar än.

En nedskalad version har 16 lasrar och kostar 4000 dollar. En uppskalad version med 128 lasrar är på väg.

Den har goda prestanda men är dyr och klumpig. Det vet Velodyne, som i ett annat projekt tar fram en ny generation lidar utan rörliga delar.

Velodynes snurrburkar kan möjligen ha tillfällig nisch i kommersiella fordon vilket är var vi kommer att få se de första självkörande bilarna.

Amerikanska Luminar menar till exempel att ett inköpspris på 400000 dollar för en självkörande bil kan vara överkomligt för företag som Lyft och Uber. De tjänar in det på att den rullar dygnet runt och tar bort största driftskostnaden – lön till föraren.

De nya lidarna täcker till skillnad från Velodynes burk inte 360° utan placeras ut i en ring runt bilen. Kanske en i varje varje hörn plus en i fronten med längre räckvidd. Toyota har åtta lidar på sin utvecklingsbil. BMW har nio.

Lidar av olika slag kommer att användas runt bilen. En kort räckvidd kan räcka för säkerhetsfunktioner som automatisk nödbroms. Lång räckvidd krävs för navigering i hög fart. Ju större vinkel lidarn täcker, desto större uppdateringsfrekvens behöver den. Och stora och små fordon har olika behov.

Därför utvecklar exempelvis tyska Continental ett sortiment av olika lidarer.

Den nya generationen lidar saknar rörliga delar. Eller möjligen har de en enda rörlig del, en mikromekanisk spegel som sprider ut laserljuset över en linje.

Där det saknas mekanisk spegel vinklas lasern istället med en lins (flash lidar) som hos Leddartech eller med en optisk fasarray (OPA lidar) vilket Strobe tros använda.

Memsspegelvarianten är den som många tror kommer att ge bäst räckvidd.

Inte bara fysikens lagar sätter gränsen för en lidars räckvidd, utan även männskans lagar. Man får inte spreja trafikanter med hur hög lasereffekt som helst.

Amerikanska Luminar bytte laserfrekvens från 905nm mot 1550nm för att komma kringgå lagproblemet. Plötsligt fick företaget 40 gånger högre effekt att leka med vilket gav den räckvidd på de 200 meter som tros krävas för motorvägshastigheter.

Priset för bytet till en frekvens som inte var standard blev fem års utveckling av lasrar, mottagare, chips och andra komponenter som helt enkelt inte existerade. Belöningen blev att många blev så imponerade att de direkt utropade Luminar till segraren i det lidarrace den här artikeln handlar om.

Elon Musk, vd för elbilstillverkaren Tesla, säger sig vara ”rätt säker” på att hans bilar inte behöver någon lidarsensor för självkörning. Han varnar tvärtom alla andra för att lidar är en sämre lösning än kamera plus radar, och en teknisk återvändsgränd.

Han är helt ensam i branschen om att uttrycka den uppfattningen.

–Konsensus är att lidar är en nyckelteknik som kommer att möjliggöra autonom körning, säger Stéphane Duquet, produktmarknadschef på kanadensiska Leddartech.

Stéphane Duquet

Han påpekar att det inte är lidarn ensam som gör jobbet, utan att kamera, radar och lidar integreras och ger varandra redundans.

De som utvecklar självkörande bilar idag använder en dyr och klumpig konstruktion från amerikanska Velodyne.

Leddartech är ett av 23 företag som Elektroniktidningen lyckats googla upp, som konkurrerar om att ta fram en ny generation lidar med pris och prestanda för massvolymer.

De kommer att bli snålare, enklare, robustare och billigare än Velodynes roterande laserburk. De kommer också att bli smidigare och kunna gömmas i kaross, grill, kofångare och lampinsats. Detta i motsats till Velodynes lidar som är en estetisk och aerodynamisk katastrof till kaffeburk på biltaket.

Inget ont om Velodyne. Företaget är själv långt kommet i utvecklingen av en ny generation lidar, med svenska Autoliv som kund.

Kring år 2020 borde lidarsensorer börja bli en volymprodukt, eftersom det är då fordon väntas få självkörning i större omfattning.

Det enda som tros kunna få planen att spåra ur är priset.

Wei
Wei

–Idag saknas lidarlösningar som har såväl lång räckvidd, hög upplösning och prestanda, som rimligt pris, säger Wei Wei, senior affärsutvecklingschef på amerikanska Cepton.

–Många har upptäckt det här glappet och sett möjligheterna. Det har skapat en tävling om vem som kan bli snabbast att ta fram teknik som uppfyller kraven, tillägger han.

Stephen Crouch

–Det finns många sätt att bygga ett lidarsystem, och det är mycket svårt. Det förklarar varför det finns så många utvecklinngsgrupper säger Stephen Crouch, teknikchef på Blackmore i Bozeman, Montanta.

Velodynes standardburk kostar runt 70000 dollar. Den nya lidargenerationen hamnar på några hundra dollar. En del nämner belopp under hundra, men man måste komma ihåg att burkarna har olika räckvidd, upplösning, täckningsvinkel, uppdateringsfrevens, och så vidare.

Lidartillverkare skjuter upp som svampar. Hälften av företagen i vår lista fanns inte för tre år sedan.

Allra färskast är Aeva, två avhoppade Appleingenjörer som dök upp i september med en typ av lidar som inte bara mäter position utan även hastighet hos objekten kring bilen.

Marknaden har höga förhoppningar. En av de 23 har investeringar över en miljard kronor.

–Lidar ses som en stor affärsmöjlighet, säger Stephen Crouch.

Denna artikel har tidigare publicerats i magasinet Elektroniktidningen. För dig som jobbar i den svenska elektronikbranschen är Elektroniktidningen gratis att prenumerera på – våra annonsörer betalar kostnaden.
Här ansöker du om prenumeration (länk).

Continental och franska Valeo tror sig bli först att producera massvolymer, år 2019. Valeos lidar Scala kommer bland annat att gömma sig i grillen på Audi A8 och utlösa nödbromsen när hinder dyker upp framför bilen. Den scannar upp till 145 grader horisontellt med en räckvidd på 150 meter.

En stor andel av lidartillverkarna är amerikanska. Hälften av alla är från Kalifornien. Tekniken kan typiskt spåras tillbaka till amerikanska universitet och forskningsinstitut.

Ett kul undantag är Princeton Lightwave som ägs av Fords självkörningsavdelning Argo och vars teknik har anor ända tillbaka till nobelprisbelönad sovjetisk laserforskning.

Fordon är den hetaste marknaden för lidar, men andra tillämpningar är en lågt hängade frukt som de flesta lidartillverkare också passar på att utveckla för.

Monterade på drönare finns tusen tillämpningar, allt från kartlägga brandutbredning och inspektera kraftledningar till att dokumentera olycksplatser och upptäcka okända gigantiska städer från mayatiden under tät djungel i Guatemala, för att ta ett aktuellt exempel.jan tångring

På dessa företag utvecklas en ny generation lidar för självkörande bilar
Företag	Kickoff	Hemvist	Rötter
Aeva	2017	Palo Alto, USA	Apple
Ascar	2012	Santa Barbara, USA	ASC
Baraja	2015	Sydney, Australien	Finisar
Blackmore	2016	Bozeman, USA	–
Cepton	2016	San Jose, USA	AEP
Hesai	2013	Shanghai, Kina	Stanford
Ibeo	1998	Hamburg, Tyskland	–
Innoviz	2016	Kfar Saba, Israel	–
Leddartech	2007	Quebec, Kanada	INO
Leishen	2016	Guangzhou, Kina	–
Luminar	2012	Portola Valley, USA	Stanford
Oryx	2016	Petah Tikva, Israel	Vishay
Osram	–	Regensburg, Tyskland	–
Ouster	2016	San Francisco, USA	Quanergy
Phantom	2015	Quebec, Kanada	–
Pioneer	2015	Japan	–
Princeton	2000	New Jersey, USA	Sovjet
Quanergy	2012	Sunnyvale, USA	–
Strobe	2014	Pasadena, USA	OE Waves
Tetravue	2008	Carlsbad, USA	LLNL
Valeo	1923	Frankrike	–
Velodyne	2005	San Jose, USA	–
Waymo	2016	Mountain View, USA	–