Co to jest LIDAR? Jak działa LIDAR w samochodzie? W jakich samochodach stosowane są LIDAR- y? Czy LIDAR może się zepsuć? W naszym artykule odpowiadamy na najczęściej stawiane pytania o ten niegdyś zupełnie nieobecny w motoryzacji element, który staje się standardowym wyposażeniem samochodów nowych generacji.

LIDAR to technologia przyszłości, stosowana w autach premium. Jednak głównie za sprawą chińskich producentów aut LIDAR – y coraz częściej pojawiają się jako element wyposażenia aut klasy C i D. Dlatego warto wiedzieć, czym jest i jak działa LIDAR. A także kiedy może się zepsuć i ile kosztuje jego naprawa.

Co to jest LIDAR?

LIDAR (skrót z języka angielskiego Light Detection and Ranging) to urządzenie, które umożliwia skanowanie otoczenia i pomiar odległości do innych obiektów, w tym poruszających się. Pomiar jest dokonywany błyskawicznie, w czasie rzeczywistym.

LIDAR – y wykorzystywane są w lotnictwie, archeologii, przy wykonywaniu skaningu terenu. Na podobnej zasadzie, choć w znacznym uproszczeniu (w ograniczeniu do jednego obiektu) działa dalmierz laserowy. Technologia skanowania laserowego znalazła zastosowanie także w motoryzacji.

Zastosowanie lidarów w samochodach, które mają na wyposażeniu zaawansowane systemy ADAS

Samochód wyposażony w rozbudowane systemy ADAS musi „obserwować” drogę. Dzięki obserwacji drogi przed autem, kierowca może korzystać z adaptacyjnego tempomatu, systemu ostrzegającego przez opuszczeniem pasa ruchu i systemu zapobiegającego zderzeniu. Wskazania z ADAS mogą też wspomagać parkowanie (w tym przede wszystkim autonomiczne) jak również wyjeżdżanie tyłem z miejsca parkingowego.

W większości aut do obserwacji stosowane są kamery i głowice radarowe. Ale są auta, w których są one zastępowane przez LIDAR. Dlaczego? LIDAR sprawdza się o wiele lepiej, bo zapewnia lepszą precyzję „widzenia” i działa lepiej w trudnych warunkach atmosferycznych.

LIDAR – y w systemach ADAS stosowane są w takich samochodach, jak: BMW iX, BMW Serii 7, Audi Q6 e-tron oraz w wielu chińskich autach premium, np. w HongQi EV, HongQi H7. Co ciekawe, w Chinach LIDAR – y są coraz częściej stosowane w samochodach klasy średniej wyższej, a nawet kompaktowych, których ceny są niższe niż równowartość 100.000 złotych. Nic zatem dziwnego, że popularność tych urządzeń rośnie. W 2023 roku w Chinach sprzedano 202 tys. aut wyposażonych w LIDAR. W 2025 może ich być trzy razy więcej.

Zastosowanie LIDAR – ów w samochodach, które oferują możliwość korzystania z autonomicznej jazdy na poziomie trzecim i wyższych

Czym jest trzeci poziom autonomii jazdy samochodem? Zgodnie z klasyfikacją SAE, trzeci poziom autonomii pozwala na uruchomienie autopilota w określonych sytuacjach, najczęściej podczas jazdy na autostradzie albo w miejskim korku. Komputer sterujący samochodem prowadzi auto, steruje prędkością, hamuje i przede wszystkim unika wypadków. W niektórych sytuacjach auto z trzecim poziomem autonomii może nakazać przejęcie kontroli przez kierowcę. Dlatego kierowca nie może spać podczas jazdy, jak można było to zobaczyć na kilku filmach w popularnych serwisach internetowych. System jazdy autonomicznej trzeciego stopnia może nie działać w warunkach złej pogody.

LIDAR-y działające na rzecz systemu jazdy autonomicznej trzeciego stopnia, stosowane są w takich samochodach jak Volvo EX90, Mercedes-Benz S i EQS, Audi A8, Lucic Air, NIO ET7, Xpeng P9, BMW z systemem Innoviz. Każdy z pewnością zauważy, że w tym gronie nie ma Tesli, choć ta też ma w swojej ofercie auta, oferujące jazdę autonomiczną trzeciego poziomu. LIDAR – ów w Teslach nie ma, bo właściciel firmy, Elon Musk, wielokrotnie wypowiadał się o nich w negatywny sposób.

Co oczywiste, LIDAR – y są też stosowane w autach całkowicie autonomicznych, jak minibusy, miniaturowe dostawczaki autonomiczne, autonomiczne chińskie taksówki, autonomiczne taksówki Loxo w Szwajcarii czy samochody Google – Waymo.

LIDAR-y są produkowane przez takie firmy jak Luminar, Hesai, Valeo, Bosch, Hella czy ZF.

Budowa LIDAR – u samochodowego. Jak działa LIDAR?

LIDAR składa się z:

• Lasera, który emituje impulsy świetlne z bardzo dużą prędkością. Laser działa najczęściej w zakresie od 850 do 1550 nm.
• Odbiornika – fotodetektora, który odbiera odbite wiązki lasera.
• Optycznych układów sterujących, luster i elementów dodatkowych.
• Sterownika z oprogramowaniem, który dokonuje odpowiednich przeliczeń.

W przypadku starszych wersji w układzie stosowano obrotowy laser. W najnowszych nie ma w ogóle części mechanicznych, co (choć teoretycznie) może sprawić, że układ nie będzie awaryjny.

Jak to wszystko działa w praktyce? Spójrzmy na działanie systemu LIDAR Innoviz.

LIDAR Innoviz jest pozbawiony części mechanicznych, zastosowana technologia nie wymaga stosowania obrotowego LIDAR – u. Impulsy radarowe są emitowane przez lasery diodowe, działające w paśmie 905 nm. Zastosowano lasery o wysokiej częstotliwości powtarzania impulsów, co pozwala na skanowanie otoczenia nawet 25 razy na sekundę.

Promienie lasera są sterowane przez lustro MEMS, które kieruje je w różne strony otoczenia (dzięki temu LIDAR nie musi się obracać). Promienie lasera odbijają się od obiektów wszelkiego typu (samochodów, rowerów, pieszych, drzew, krawężników, zwierząt, kamieni) i wracają do detektora. System mierzy czas powrotu każdego impulsu, w stosunku do prędkości światła. Dzięki temu jest w stanie wykonać dokładną, przestrzenną mapę 3D, odświeżaną 25 razy na sekundę. Zasięg działania systemu wynosi obecnie do 300 metrów.

LIDAR Innoviz charakteryzuje się bardzo wysoką rozdzielczością. Korzysta on z technologii Multiple Reflections Per Pixel, czyli rejestrowania wielu odbić na jeden piksel. To pozwala działać w warunkach złej widoczności w trakcie deszczu, opadów śniegu, we mgle (czego np. nie mogą zapewnić standardowe kamery i głowice radarowe), a także w warunkach silnego oświetlenia słonecznego.

Do analizy zebranych danych, tworzących mapę, wykorzystywana jest sztuczna inteligencja. Analizuje ona chmurę punktów, klasyfikując obiekty (np. pieszych, samochody, znaki drogowe) i przewidując (na bazie wpisanych algorytmów) ich dalsze poruszanie się w czasie rzeczywistym. W LIDAR – ze zastosowano system automatycznego kalibrowania względem ruchów pojazdu, które następują na skutek drgań spowodowanych nierównościami na drodze.

Ile kosztuje taki system? W 2017 roku, kiedy wprowadzano go do produkcji, kosztował nawet 75.000 USD. Obecnie produkcja wzrosła na tyle, że zgodnie z danymi jeden LIDAR Innoviz kosztuje ok. 1000 USD. Wpływ na atrakcyjną cenę ma między innymi zastosowanie laserów diodowych, które są tańsze od laserów światłowodowych, wykorzystywanych w konkurencyjnym systemie Luminar. Z tanich rozwiązań korzystają też chińscy producenci LIDAR-ów, w tym przede wszystkim firmy Hesai i RoboSense, które mają ponad połowę światowego rynku.

LIDAR staniał 75 razy, ale kamery i głowice radarowe też staniały

1000 USD za LIDAR? To dużo, czy mało? W przypadku chińskich LIDAR – ów produkowanych przez Hesai i Robosense, cena zawiera się w przedziale od 500 do 800 USD. A jak wyglądają ceny konkurencyjnych rozwiązań? Obecnie czujnik radarowy kosztuje do 300 USD, a kamera montowana za przednią szybą od 50 do 150 USD.

W przypadku LIDAR-u są jednak dodatkowe koszty.

Pierwszy to oprogramowanie do przetwarzania danych, które jest bardzo drogie. LIDAR bez oprogramowania nie będzie działać. Drugi to kalibracja. Przyjmuje się, że kalibrowanie LIDAR-u może wynosić średnio od 100 do 500 USD rocznie. To znacznie zwiększa koszty eksploatacji auta i takie wydatki może zaakceptować tylko osoba kupująca auto premium.

Uszkodzenia LIDAR. Awarie LIDAR. Wymiana LIDAR.

Najtrwalsze są LIDAR – y typu solid state, czyli pozbawione ruchomych mechanicznych części. Czy odnotowano awarie LIDAR – ów? Tak, choć rzadko.

Jakie były najczęstsze powody uszkodzeń i awarii LIDAR – ów? To przede wszystkim kolizje i wypadki drogowe, uderzenia kamieniami wyrzucanymi w powietrze przez inne auta, uszkodzenia po spadnięciu na dach auta dużej gałęzi.

LIDAR – y są najczęściej montowane na dachach, zderzakach i atrapach grilla. Zderzaki i atrapy to części, które najczęściej ulegają uszkodzeniom w trakcie wypadków, kolizji, stłuczek parkingowych i nieostrożnego parkowania. Sporadycznie zdarzały się awarie mechaniki lidarów obrotowych. W Chinach pojawiały się awarie elektroniki przetwarzającej dane (najczęściej procesorów) i błędy oprogramowania.

W 2023 roku pojawiały się problemy z działaniem detektora LIDAR w samochodach Mercedes-Benz S-Class. W latach 2023 – 2024 użytkownicy Volvo EX90 z krajów skandynawskich zgłaszali problemy z częstym zabrudzeniem optyki LIDAR – ów. W efekcie Volvo montowało specjalny układ oczyszczania ze spryskiwaczami, a w niektórych autach wymieniało osłonę LIDAR.

W 2024 roku raportowano problemy z działaniem LIDAR w samochodach Xpeng P5 i G9, które po aktualizacji oprogramowania błędnie wykrywały obiekty. Auta były wzywane do kalibracji, w niektórych niezbędna była wymiana czujnika.

Czy LIDAR – y się naprawia? Nie. W każdym przypadku LIDAR – y były wymieniane na nowe. W przypadku niektórych aut (np. Volvo EX90, gdzie LIDAR jest zintegrowany z karoserią) wymiana jest droga i wymaga skorzystania z usług ASO. Niekiedy stosowano wymianę przedniej, przezroczystej osłony.

Ile kosztuje wymiana LIDAR na nowy? Na amerykańskich stronach pojawiały się informacje, że w przypadku LIDAR – ów marki Velodyne koszt naprawy dochodził do 10.000 USD (koszt naprawy obejmował nowy LIDAR, jego montaż i kalibrację). Z danych zebranych z Chin wynika, że wymiana LIDAR w tym kraju kosztuje równowartość 1000 – 1400 USD wraz z kalibracją.

W Europie montaż nowego LIDAR wraz z kalibracją kosztował średnio ok. 2000 USD.

Przewiduje się, że długotrwała eksploatacja LIDAR – u w ciężkich warunkach, takich jak stałe narażenie na działanie wysokich temperatur, wysokiej wilgoci, mrozu może spowodować degradację optyki i w efekcie doprowadzić do przyspieszonego zużycia LIDAR.

Czy LIDAR wymaga serwisowania?

Tak, jak wspomnieliśmy wcześniej, niezbędna jest kalibracja, która bywa droga. Ponadto kierowca musi dbać o to, aby optyka LIDAR nie była zanieczyszczona przez śnieg, lód, brud, błoto. Nawet plamy po owadach powodują zakłócenia w rozprowadzaniu wiązki radarowej. Regularne czyszczenie jest jak najbardziej wskazane. Niektórzy producenci LIDAR – ów wyposażają je w systemy samooczyszczenia, np. wspomniane wyżej spryskiwacze.

Jaka jest trwałość LIDAR?

Producenci przewidują, że LIDAR powinien pracować od 10 do 15 lat. Ale gwarancja na LIDAR udzielana jest zazwyczaj na okres od 2 do 5 lat, w zależności od producenta samochodu.

Czy polskie warsztaty niezależne powinny się szykować do obsługi aut z LIDAR?

Na razie nie ma się co spieszyć, bo liczba aut z LIDAR na polskim rynku jest ograniczona. To w większości samochody premium najwyższych klas. Ich właścicieli stać na serwisowanie auta w ASO. Jednak popularność LIDAR-ów będzie rosła. Zwłaszcza w przypadku coraz większej liczby chińskich samochodów, poruszający się po polskich drogach.

Przewidujemy, że w ciągu najbliższych kilku lat trzeba będzie pomyśleć o szkoleniu z wymiany LIDAR i o sprzęcie do jego kalibracji.