Прочные и термостойкие компоненты для беспилотных транспортных средств

Прочные и термостойкие компоненты для беспилотных транспортных средств

Выпуск 1 (6700) от 16 января 2020 г.
РУБРИКА: АВТОМОБИЛЬНАЯ ЭЛЕКТРОНИКА

В настоящее время в основе беспилотных автомобилей лежит несколько систем вождения. У всех есть свои достоинства и недостатки – ​последние нивелируются лидарными системами. Ключевую роль в развитии беспилотных транспортных средств играют высококачественные компоненты.

Автомобильная промышленность выделяет огромное количество ресурсов на развитие беспилотных технологий. Ключ к их продвижению – ​использование высококачественных компонентов, особенно изготовленных из специального стекла (на производстве таких стекол, в частности, специализируется фирма SCHOTT): оно может быть подвергнуто сложной обработке, в результате которой обретает новые свойства, такие как термостойкость, прочность и ударостойкость, возможность оптической передачи.


Сопоставление лидаров с радарами и камерами

Сейчас на дорогах можно встретить два типа беспилотных систем вождения. К первой категории относятся автомобили, оснащенные радиолокационными системами, автоматически снижающими скорость транспортного средства, если оно оказывается слишком близко к впереди идущему автомобилю. Вторая категория – ​автомобили, оснащенные камерами, которые интерпретируют изображения и после непродолжительного машинного обучения способны идентифицировать велосипедистов или пешеходов, а также «читать» знаки.

Но и радиолокационные системы, и системы, основанные на камерах, имеют ряд недостатков, с которыми могут справиться лидары. Например, радиолокационная система может определить расстояние до объекта, но не может определить, что это за объект. Системы на основе камер испытывают определенные затруднения при оценке расстояния, а также при идентификации пространства целиком.

Безусловно, обе системы имеют свои преимущества – ​радиолокационная система помощи водителю очень удобна, а система камер помогает решить ряд проблем, связанных с машинным обучением на беспилотных транспортных средствах. Полностью беспилотные транспортные средства будущего, вероятно, будут включать в себя как можно большее количество технологий, чтобы обеспечить автомобиль резервными возможностями на случай отказа какой-либо системы. Способность лидаров преодолевать недостатки радиолокационных систем и систем на основе камер означает, что они способны лучше обеспечивать безопасность автомобиля.

Лидары, использующие для сканирования окружающей среды лазерное излучение, могут как рассчитывать расстояние до объектов, так и создавать точные 3D-облака точек сканирования, которые нужно обработать для понимания визуальной среды (в трехмерной системе координат – ​X, Y, Z – ​лазерным излучением создаются «опорные», или реперные точки, расстояние до которых измеряется с высокой точностью. Расстояние до других точек, которое по различным причинам (туман, дымка, дождь, солнечные блики и т. д.) не может быть точно измерено, рассчитывается с учетом их положения относительно ближайших к ним «опорных» точек. Это, в свою очередь, обуславливает высокие требования к вычислительной мощности и быстродействию вычислительной составляющей или блока лидарной системы). Взяв лучшее от радарных систем и систем на основе камер, лидары, при использовании совместно с ними, могут при поддержке искусственного интеллекта предложить самый верный путь к полностью беспилотному вождению.

В настоящее время над технологиями на основе лидаров в той или иной форме работают более 100 компаний, от стартапов до крупных автопроизводителей. Но поскольку лидарные исследования все еще находятся на начальной стадии развития, нет единого мнения о том, как эти продукты решат определенные проблемы.


Требования к стеклу, используемому в лидарах

Наиболее заметная для потребителя часть лидарной конструкции – ​защитное стекло. Оно изготавливается из прозрачного материала, который защищает другие компоненты от повреждений. Важными свойствами такой конструкции являются прочность и термостабильность. Конструкции должны быть способны выдерживать удары камней, веток деревьев, дождь и град, а также быстрые колебания температуры, которые могут вызвать деформацию некоторых материалов. В то же время эти материалы должны обеспечивать хорошую передачу излучения в ближней ИК-области спектра, одновременно снижая потенциальные помехи от окружающего светового излучения видимого диапазона.

Специальное стекло отвечает этим требованиям, особенно в сравнении с полимерами. Микроструктура некоторых стекол обеспечивает высокую прочность материала, а также исключает появление желтизны при длительном пребывании на солнце. Существуют специальные покрытия для твердости материала, а также антибликовые покрытия для увеличения светопропускания. Все эти свойства в совокупности обеспечивают длительную и надежную работу лидарных систем.

Свет, попадая на лидарный блок, обычно направляется через серию зеркал и светоделителей на диод или датчик в основании. Попутно он может проходить через фильтры с целью снизить отношение сигнал–шум.

Во многих лидарных системах для автомобилей используются легко доступные лазерные диоды, работающие в двух частотных диапазонах ближней ИК-области спектра: 905 нм или 1550 нм. Автомобильные лидарные системы отличаются от авиационных лидарных систем, в которых наблюдается тенденция использования более низких частот, частично захватывающих диапазон видимого светового излучения (благодаря этому на высоте снижается риск того, что лидарные сигналы могут повлиять на окружающую среду человека).


Требования к компонентам лидаров

Выбор в пользу того или иного диода во многом зависит от политики разработки компании-производителя. Диоды, рассчитанные на длину волны 1550 нм, потребляют меньше энергии и имеют большую дальность действия, при этом их излучение меньше поглощается водой. Но они, как правило, дороже, чем 905-нм диоды. Для обеспечения пропускания излучения сквозь фильтры и подложки очень важен состав материала подложки. Высококачественные стеклянные материалы, изготовленные из сырья высокой чистоты, способны обеспечивать коэффициент передачи излучения порядка 92%. К примеру, используемое в качестве подложки лидарного фильтра «экостекло» D263 T позволяет достичь очень высокой прозрачности в широком диапазоне, а также подходит для анодного соединения и химического упрочнения.

Качество стекла – ​ключевой показатель для оптических объективов, так как к лидарным системам предъявляются высокие требования относительно их производительности и надежности. Объективы должны обеспечивать хорошее долговечное качество изображения независимо от перепадов температур или климатических условий. Разработчики лидарных систем исследуют атермические (нетепловые) объективы с высокими показателями преломления и асферические объективы – ​если при разработке приоритетным требованием является компактность.

Высококачественные компоненты, особенно стекло, должны стать основой для лидарных конструкций, поскольку это единственный материал, способный предложить уникальную комбинацию свойств, необходимых для этих систем.


Hardbarger Michael. Components with Strength and Thermal Stability for Autonomous Vehicles. Novus Light, November 11, 2019: https://www.novuslight.com/components-with-strength-and-thermal-stability-for-autonomous-vehicles_N9774.html#atop


В ЦЕНТРЕ ВНИМАНИЯ

SCHOTT

Дата основания : 1884 г.
Направление деятельности: Производство
Количество сотрудников: 15485 чел. (2017–2018 гг.).
Штабквартира: г. Майнц, Германия.
Общий капитал: 2405 млн евро (2017–2018 гг.).
Инвестиции: 82 млн евро (2017–2018 гг.).

Компания обладает более чем 130-летним опытом разработки, материалов и технологий и предлагает широкий ассортимент высококачественных продуктов и интеллектуальных решений для многих отраслей промышленности, в том числе бытовой техники, фармацевтики, электроники, оптики, естественных наук, автомобилестроения и авиации. Ее материнская компания, SCHOTT AG, находится в полной собственности Фонда Carl Zeiss.


ЧИТАЙТЕ ТАКЖЕ

Выпуск 24/25 (6748/6749) от 23 декабря 2021 г. г.
Выпуск 23(6747) от 25 ноября 2021 г. г.
Выпуск 18(6742) от 16 сентября 2021 г. г.
Выпуск 17(6741) от 02 сентября 2021 г. г.