05 de mayo de 2022, Berlín: Mercedes es el primer fabricante en Alemania en comenzar a vender un sistema para... [+] conducción altamente automatizada que puede tomar el control completo en el tráfico embotellado en la autopista.Foto: Carsten Koall/dpa (Foto de Carsten Koall/Picture Alliance vía Getty Images)La introducción de Daimler de una opción de Nivel 3 (L3, conducción automatizada en ciertas condiciones con el conductor humano listo para tomar el relevo una vez convocado) en el modelo de lujo Clase S es un avance significativo para la revolución de la autonomía.Muchas otras compañías automotrices han anunciado la disponibilidad inminente de esta función, incluidas Honda y BMW.Las imágenes en 3D con LiDAR (Light Detection and Ranging) son una tecnología de detección clave que lo hace posible.Un artículo reciente (que cubre LiDAR en el Consumer Electronics Show de enero de 2022 en Las Vegas) examinó la pregunta "¿Ha llegado LiDAR?"Cuatro meses después, la respuesta es SÍ.El enfoque principal de las inversiones de ~$5B (en los últimos 8 años) en empresas privadas de LiDAR fue la autonomía total (Nivel 4 o 5 donde no se necesitan conductores humanos) para el transporte, el transporte en camión y la logística.Lograr la capacidad L4/L5 ha demostrado ser más desafiante de lo previsto originalmente debido a consideraciones técnicas, de seguridad, reglamentarias y de costos.En muchos casos, los argumentos comerciales para monetizar esta capacidad tampoco han resultado claros.Para las empresas de LiDAR, esta es una búsqueda difícil debido a los horizontes de tiempo más largos y al hecho de que los principales jugadores de L4 están desarrollando sus LiDAR internos (Waymo, Aurora, Argo).Los mercados objetivo para la autonomía total son las empresas, con volúmenes de vehículos sustancialmente más bajos (< 5 millones/año frente a los ~100 millones de automóviles vendidos/año a los consumidores).Los OEM automotrices estaban mal equipados para competir en el mercado de autonomía total y vieron la oportunidad de agregar características de autonomía limitada a sus automóviles y vender la propuesta de comodidad, tiempo libre y seguridad a una base de clientes más grande.Esto ha impulsado a muchas empresas LiDAR a abordar la autonomía L2 y L3.Los anuncios recientes incluyen empresas como Valeo (Mercedes), Innoviz (BMW), Luminar (Volvo), Cepton (General Motors), Ibeo (Great Wall Motors) e Innovusion (Nio).También se han cristalizado alianzas con proveedores de automoción Tier 1 (Aeye-Continental, Baraja-Veoneer, Cepton-Koito, Innoviz-Magna).El rango y la densidad de puntos (puntos/segundo o PPS) son parámetros de rendimiento críticos que gobiernan la capacidad de percepción que proporciona LiDAR.Estos incluyen la detección y clasificación de marcas de carril, infraestructura de tráfico, superficie de la carretera, peatones, vehículos y desechos de la carretera en un rango adecuado para permitir maniobras de autonomía seguras y cómodas.Si bien el rendimiento es fundamental, el giro hacia los automóviles de consumo ha llevado a las empresas LiDAR a centrarse también en características más "mundanas" como el precio, el tamaño, el consumo de energía, la integración/estilo del vehículo, la escalabilidad de fabricación y la certificación de seguridad.La reciente conferencia de Autosens en Detroit destacó esto y es un buen indicador de que LiDAR para el mercado automotriz finalmente ha llegado.Participaron un total de siete empresas LiDAR: Aeye, Baraja, Cepton, Insight, Seagate, Valeo y Xenomatix.Una sesión de panel en Autosens discutió el umbral de precio (o dolor) que hace que LiDAR sea asequible para los vehículos de consumo.No se mencionaron números específicos (por razones obvias).Como referencia, las cámaras y los radares para automóviles tienen un precio en el rango de $10-20 y $50-100 respectivamente, y el sueño es que LiDAR alcance puntos de precio similares.Esto no es razonable en el futuro previsible por un par de razones.En primer lugar, las cámaras y los radares han experimentado varias décadas de madurez y escalado para automóviles de consumo para ADAS (sistemas de asistencia al conductor automotriz).En segundo lugar, se basan principalmente en tecnologías de silicio y CMOS que aprovechan la escala de la electrónica industrial y de consumo.LiDAR es menos maduro y se basa en tecnología de semiconductores ópticos complejos (especialmente los láseres).La cadena de suministro en esta área simplemente no está posicionada hoy para respaldar tales precios.Una forma de racionalizar un precio de umbral aceptable para LiDAR es relacionarlo con el precio de la opción L3.Para el Mercedes Clase S, esto es ~$5000.Dado que LiDAR hace posible esta funcionalidad, es razonable suponer que LiDAR puede alcanzar un precio de $500 (o el 10 % del precio de la opción L3).A medida que los autos de precio medio comiencen a ofrecer esta opción, el precio L3 deberá reducirse (~ $ 3000), y el precio LiDAR se reducirá a ~ $ 300.Es probable que se produzca una amplia aceptación por parte del cliente si el dominio de diseño operativo (ODD) se expande (en términos de velocidades, ubicación, clima, etc.) y no ocurren incidentes de seguridad significativos durante esta evolución.El tema "Style Studio is King" se enfatizó repetidamente en Autosens, con el consejo de que la integración del sensor debe ocurrir sin comprometer el estilo general y el atractivo emocional de los automóviles de consumo.El tamaño y el consumo de energía determinan dónde y cómo se integran los sensores.La mayor parte de la energía consumida en los sensores (especialmente LiDAR) se convierte en calor.Minimizar esto es beneficioso desde el punto de vista de la eficiencia, la gestión térmica y la reducción de tamaño.Los sensores de radar tienen un volumen de 100 a 500 cm³ y consumen entre 5 y 15 W de potencia (según el rendimiento).Las cámaras son significativamente más pequeñas y eficientes energéticamente (normalmente en el rango de 25 - 200 cm³ y un consumo de energía de ~3W).Los bienes inmuebles son valiosos en un automóvil y, a medida que evolucionan las funcionalidades L2 y L3, LiDAR debe competir con estos sensores convencionales por espacio, energía, recursos informáticos y gestión térmica.La Tabla 1 compara el tamaño y el consumo de energía de los diseños de LiDAR a lo largo de los parámetros de rendimiento de rango y PPS (puntos/segundo):Tabla 1: Tamaño y consumo de energía frente al rendimiento de los LiDAR automotrices seleccionadosLa física operativa, el enfoque de escaneo y la longitud de onda son factores críticos que impulsan el tamaño y el consumo de energía.Las principales conclusiones de la Tabla 1 son las siguientes:LiDAR está madurando en términos de integración, tamaño y consumo de energía.En relación con el radar, sigue siendo ~2-3X más grande en términos de tamaño y consumo de energía.Las cámaras de imágenes son aún más compactas y eficientes en el consumo de energía (menos de 10 veces menos en tamaño, 5 veces en potencia).Tabla 2: Comparación de tamaño y consumo de energía¿LiDAR alguna vez alcanzará la paridad con estos otros sensores con el tiempo?LiDAR FMCW/RMCW de 1550 nm (①) ofrece el mejor potencial para la paridad de tamaño con el radar una vez implementado en una plataforma fotónica de silicio con escaneo óptico a escala de chip en dos dimensiones (un área de investigación activa en la actualidad, pero aún no factible en la práctica).No es probable que el consumo de energía se reduzca, ya que se necesitarían importantes mejoras en los materiales en la tecnología láser fundamental (se han realizado inversiones significativas en las últimas tres décadas en esta área para respaldar la comunicación por fibra óptica, y es poco probable que se produzcan mejoras drásticas).La mayor parte del consumo de energía se debe al láser, y más del 70 % de este se convierte en calor, que debe gestionarse.Esto, a su vez, establece un límite inferior en el tamaño.Fabricación: 1-1000 es fácil, 1000,000 es difícil (si quieres ganar $)Garantizar que un sensor opto-mecánico complejo como LiDAR pueda escalar con gracia desde prototipos hasta la producción de alto volumen requiere que la cadena de suministro y la capacidad de fabricación se consideren en las primeras etapas del diseño.Las asociaciones entre las empresas LiDAR y los proveedores de nivel 1 (que han dominado los procesos y la ciencia de escalar de manera eficiente a la producción en volumen) son invaluables en este sentido.Valeo diseña y fabrica su LiDAR (serie SCALA).En Autosens, presentaron consideraciones que afectan el proceso de diseño: opciones de tecnología, proveedores, simplicidad del proceso, costo, confiabilidad y escalabilidad.Los tiempos de ciclo y los niveles de desechos se analizan y verifican rigurosamente.La filosofía de Valeo ha sido introducir diseños "ajustados a la función" que satisfagan las necesidades actuales de los clientes automotrices (es posible que inicialmente no lideren a los competidores en rendimiento, pero son confiables y fáciles de implementar para los clientes), lanzarlos a la producción en volumen y utilizar la escalabilidad y el bajo costo. experiencia como base para actualizaciones de rendimiento para diseños futuros.Hasta la fecha, se han fabricado más de 170 000 LiDAR de grado automotriz (entre las series SCALA 1 y 2, SCALA 2 está diseñado actualmente en la clase Mercedes S que se mencionó anteriormente).SCALA 3 aprovecha esta experiencia con un rendimiento significativamente mayor y se espera que se lance en 2023. El enfoque de Valeo (que es típico para Tier 1 y otras empresas de fabricación de alto volumen) es diferente de muchas empresas LiDAR financiadas con capital de riesgo que tienden a centrarse inicialmente en maximizar rendimiento y suponga que los requisitos de escala y costo se abordarán una vez que aumenten los volúmenes.Esta es una propuesta difícil.Seagate Technology es un gran fabricante de unidades de disco duro (HDD), que produce más de 100 millones de unidades al año.En Autosens, presentaron y demostraron su LiDAR, un sistema de 1550 nm con capacidad de foveación dinámica, campo de visión de 120°, alcance de 250 m y consumo de energía de 25 W.La empresa fue pionera en HAMR (grabación magnética asistida por calor) para aumentar la capacidad de almacenamiento de HDD.Los diodos láser montados en el cabezal de grabación se utilizan para calentar localmente bits individuales para cambiar la polaridad magnética y ayudar en el proceso de escritura.La óptica, la mecánica de precisión, la electrónica de alta velocidad y el escaneo son plataformas de diseño clave.Las líneas de fabricación de HDD utilizan un posicionamiento preciso (submicrónico) y unión de piezas ópticas, mecánicas y electrónicas, y pruebas finales y en línea de alto rendimiento.La estrategia de Seagate es aprovechar las patentes, los bloques tecnológicos relevantes y la infraestructura de fabricación de sus productos HDD para LiDAR automotriz.El esfuerzo ha estado en curso durante los últimos 2 o 3 años y, en este momento, las especificaciones detalladas y los planes no son públicos.Seagate es probablemente diferente a cualquier otro participante hasta la fecha en el concurrido ecosistema LiDAR.Están comenzando con una línea de producción existente de alto volumen y bajo costo e insertando diseños de productos de complejidad similar en ella.Podrían interrumpir el mercado LiDAR en el futuro.Trioptics (una división de Jenoptik) presentó algunos de los desafíos de equipos de fabricación de construir LiDAR en grandes volúmenes para el mercado automotriz.La alineación y unión de precisión de los componentes ópticos, mecánicos y electrónicos es clave para la fabricación de LiDAR de alto rendimiento, al igual que la capacidad de calibrar y probar subconjuntos y productos finales en tiempos de ciclo muy bajos.La clave es asegurarse de que cada subcomponente se diseñe y adquiera con niveles de precisión y fiduciales adecuados para que la automatización robótica pueda funcionar de manera efectiva.Trioptics está construyendo equipos disponibles comercialmente para la producción de LiDAR y su propuesta es similar a la escalabilidad de los sistemas de comunicación basados ​​en fibra óptica hace dos décadas.Generó una industria de equipos especializados dedicada a la fabricación de componentes optoelectrónicos, incluidos los sistemas de prueba de quemado/prueba, alineación/conexión de fibra, unión de troqueles/cables, sellado hermético y sistemas de prueba de confiabilidad.NVIDIA presentó su enfoque para abordar dos estándares clave para la certificación de seguridad de los sensores: el estándar de seguridad funcional ISO 26262 y el estándar emergente ISO 21448 que se ocupa de la seguridad de la función prevista (SOTIF).Este último aborda cómo se comporta una característica particular del vehículo sobre el ODD prometido.Para un nuevo sensor como LiDAR, es fundamental traducir esto en la detección y clasificación de objetos (por ejemplo, un vehículo, un peatón, obstáculos e infraestructura de tráfico) en condiciones climáticas y de iluminación adversas.Los proveedores de LiDAR se centran cada vez más en este nuevo estándar, aunque no está claro si esto es algo que llevará a cabo el OEM o el Nivel 1 (ya que puede depender de pilas de software de fusión y de nivel superior).LiDAR automotriz definitivamente ha llegado.Si bien el mercado de autonomía L4 aún está lejos, los niveles de autonomía limitados (L2 y L3) que requieren LiDAR ofrecen una oportunidad más lucrativa y a corto plazo.Las oportunidades de design-in son limitadas y competir por ellas es brutal.Ganar estos requerirá entregar el equilibrio correcto de rendimiento, costo, confiabilidad y facilidad de integración.Nota: la tabla 1 se ha actualizado para reflejar que Baraja utiliza onda continua modulada aleatoriamente (RMCW)