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鐳射雷達與汽車照明正在融合,看看專業人士怎麼說?

2021-09-15 14:54:10汽車

本文來源:智車科技

/導讀/

在ADAS或AD中,運用多感測器融合有助於解決探測、跟蹤和目標識別等問題,提高系統的冗餘和可靠性,增強資料可信度和場景覆蓋率。不過,面對汽車應用,受限於外觀設計、系統結構和空間等方面的限制,將不同感測器整合在一起還是有不小的難度。就此,市場研究公司Yole的市場和技術高階分析師與比利時Tier 2供應商XenomatiXMarelli汽車照明公司就鐳射雷達及其整合問題展開多個角度的激烈討論。

融合和整合已經開始

汽車鐳射雷達的採用仍處於早期階段,主機廠在其汽車上安裝鐳射雷達的並不多。儘管如此,鐳射雷達製造商和主機廠之間已經建立了15個以上的合作伙伴關係。Yole預計從2024-2025年開始,交易量將明顯增加。

Yole在其即將出版的《汽車和工業應用鐳射雷達報告》中預測,汽車鐳射雷達市場預計將從2021年的8500萬美元增長到2026年的23億美元,佔2026年鐳射雷達市場的近一半。此前汽車鐳射雷達的應用佔比僅在個位數。

XenomatiX和Marelli本不是同一個細分領域的供應商,一個是感知,一個是照明XenomatiX是一家為ADAS、AD和道路數字化提供真固態鐳射雷達解決方案的公司,其設計和構建的產品和軟體能夠實現精確的實時4D-6D數字化,有助於瞭解車輛周圍環境,從而使汽車應用更安全、更舒適。Marelli則是全球主要汽車零部件供應商之一,其汽車照明公司在前照燈、尾燈和照明電子產品的開發和製造方面處於全球領先地位。產品組合包括鐳射、LED矩陣、數字前照燈和OLED尾燈等尖端產品。

前不久,Marelli與XenomatiX達成協議,將加強並擴大其在鐳射雷達等感測器領域的地位,使感測器成為公司的第四大支柱。具體講,就是將鐳射雷達與汽車照明融合在一起,讓主機廠的設計更加便捷。

Frederic Chave認為:「經過一段時間的密集技術探索,一個融合和整合的時代已經開始。人們越來越清楚哪些解決方案將佔上風。多光束固態鐳射雷達肯定是其中之一。」他指出,汽車行業對鐳射雷達解決方案的推動與日俱增。出於安全和聲譽方面的考慮,越來越多的主機廠將在特定運營領域採取全面AD的策略,當然也會要用鐳射雷達提供自主性。

現在的問題在於商業化,讓在實驗階段倖存下來的解決方案成熟起來。目前,行業最專注於ADAS L2+提供強健的感測解決方案,直至實現完全自主。中國和美國對此市場接受度最高。其他地方的法規也在不斷演變,例如英國交通部即將釋出L3自動車道保持系統(ALKS),儘管車輛仍必須低速行駛;到2022年,德國聯邦政府還將允許L4在一些受限制的公共道路上運營。

市場需求仍在增加

Filip Geuens認為,新冠疫情明顯減緩了整個汽車行業的發展,大多數AD專案都被推遲了,預算已經減少。更重要的是,每個人都在為與供應和生產重啟等相關問題而掙扎,現在仍然在掙扎。作為健康危機的副作用,電子產品供應危機也產生了嚴重的影響。

此外,由於新冠疫情,出於健康原因,人們更傾向於私人出行。隨著更多的人在家工作,更少的交通堵塞也將導致從公共交通轉向更多的私人駕駛。他說:「新冠疫情影響了我們的業務,但是客戶互動的減少導致了對產品開發的更多關注,這對長遠發展是有益的。

在此期間,經過不斷最佳化,XenomatiX的鐳射雷達體積縮小了3倍。此外,它消耗的能量只有以前的一半,鐳射束的數量也增加了3倍。在固態鐳射雷達產業化過程中,建立供應鏈,使產品可製造且價格合理最為重要。這也是與Marelli合作探索「異構」整合的原因。

汽車應用的挑戰

鐳射雷達整合是汽車應用的一個重要方面,挑戰很多。Filip Geuens說,鐳射雷達有望解決許多極端情況,尤其是與雷達和攝像頭融合時。然而,這似乎是一場不公平的競爭。從第一天起,人們就希望鐳射雷達將和15年前的攝像頭和雷達技術一樣便宜。同時,人們期望它能以人類的精確度同時看到附近、遠處和各個方向。此外,鐳射雷達預計將處理攝像頭和雷達相互掣肘的所有天氣和路況。

因此,最大的問題是,決定什麼是鐳射雷達的公平合理的應用場景,以確保其在車輛中應有的地位。

新型鐳射雷達有助於決策ECU做出更快的決策,並克服提高速度或混合(intermingling)的難度,如車道變換或車道合併。在實施協同自適應巡航控制(CACC)等更具前瞻性的解決方案之前,還需要更多能夠共享更準確資訊的感測器。

事實上,安裝在汽車周圍的更多感測器,包括鐳射雷達,不必要的突出物和處理車身結構部件的空間限制,在造型方面構成了重大的整合挑戰。克服這些挑戰需要哪些關鍵技術呢?Frederic Chave表示,Marelli是Smart Corner 解決方案的發起人,可以將感測器整合到照明元件和叢集中,利用從戰略位置出發的外部零件的現有生產知識和佔位面積,為感測元件提供暢通無阻的視野。

處理不利條件是鐳射雷達面臨的關鍵挑戰。而成像鐳射雷達(例如,利用CMOS探測器進行固有感測器融合的鐳射雷達)是實現這一目標的一個好方法。成像鐳射雷達可以測量距離,就像鐳射雷達應該做的那樣,它也可以拍攝影象來檢查是否受到泥漿、散射光(霧)、欺騙(其他光源)的汙染。Marelli的解決方案在汙垢檢測和直接高效清潔方面具有強大的能力。

整合在哪裡是個問題?

前格柵是主機廠選擇的第一個放置鐳射雷達的隱藏的位置,還有哪些位置可以整合?根據是什麼?

Frederic Chave解釋說:「有兩件事至關重要:清晰的視野和美學。鐳射雷達不應該有非期望的盲區。同時,裝置不應引起人們注意。」目前,鐳射雷達可以放置在格柵和外部前後照明(Smart Corner)中。這些選項可以對造型要求以及成本、空間和重量要求做出最佳響應。

鐳射雷達整合

正在考慮的其他位置還包括車輛上的許多不同位置,以監測所有方向。就鐳射雷達本身而言,只要滿足要求——清晰的視野和美學——選擇還是很多的。例如,鐳射雷達可以放置在B柱的頂部或底部、後窗後面、側視鏡中、車頂下的感測器條中、轉向指示燈中。模組的大小是其易於整合的基礎,透過放置在汽車周圍的一組模組可以分割整個FOV(視場角)的覆蓋範圍,就像一些車頂上使用機械式鐳射雷達那樣。

那麼,汽車前部和後部的照明越來越緊湊,並越來越多地用於通訊。照明元件是否更適合整合感測器或小型顯示器等新功能呢?

Filip Geuens回答說:「雖然我們看到在具有更高LED效率的前後燈中調節功能佔用的空間越來越少,但更窄和更寬的光帶對鐳射雷達更有利。鐳射雷達不需要一個大的前窗來進行觀察。光帶可以分割,某些區域可以分配給鐳射雷達。此外,可以更好地最佳化發熱部件。」

特別是電動汽車,更能避免前照燈在發動機艙內的空間競爭,它不再需要進氣口,前格柵無疑會有更多的空間。至於尾燈,從歷史上看,它們佔用的空間較少,體積小的鐳射雷達模組便於與之整合。

格柵照明和動畫或擴充套件照明條也有增長趨勢。在創新基材供應商的幫助下,所有這些表面為智慧感測器整合提供了更多的機會。總的來說,燈光將具有雙重功能:不僅可以發出燈光和訊號,還可以捕捉燈光和訊號。在這一領域也將出現一些新的可能性和良好的商業機會。

如何實現鐳射雷達的批次應用?

Frederic Chave認為,主機廠仍然需要獲得更多鐳射雷達方面的專業知識。對於鐳射雷達業務來說,現在還為時尚早,儘管大家已經達成了廣泛共識。「我們相信,業務量會有所增加。這將在本十年的後半期發生。最初,鐳射雷達將增強ADAS功能。下一步,它將在AD中扮演關鍵角色。雷達花了十多年才成為一種商品,因此,我們預計鐳射雷達使用的時間不會更少。」

Filip Geuens表示,在我們的交通中,高解析度深度感測是必不可少的。不幸的是,人類會犯錯誤,對駕駛的興趣也會降低(在一個擁擠的星球上,人們有著強烈的出行慾望)。因此,儘快建立3D感測專業知識符合汽車行業的利益。

鐳射雷達無疑加強了安全性,併為自動駕駛汽車提供了必要的冗餘:安全方面不會有任何妥協。鐳射雷達技術可以在獨特的情況下提供資訊,這將始終有助於在速度越來越快或複雜性越來越高的情況下更快、更穩健地做出決策。

此外,鐳射雷達也會應用於其他領域,如卡車和垂直起降(VTOL)飛機。它們有很多共同點:這些應用需要在類似範圍內的不同光照條件下進行室外感測。用於無人機和汽車的鐳射雷達的成本、重量和尺寸要求非常相似。雖然無人駕駛飛機較少受到行人的阻礙,但它們仍然需要精確的幾何資訊,以便在擁擠的城市環境中找到合適的著陸點,避免與各種基礎設施發生碰撞。

最後,人們對私人領域自主解決方案的興趣也在不斷增長,其中一些領域已經具有很大的運營規模,如採礦、農業和堆場或港口運輸貨物。它們都需要鐳射雷達在所有天氣條件下安全執行。經過第一個整合階段後,自動卡車運輸現在在美國和亞洲得到了發展,當然需要鐳射雷達才能安全執行。對於此類應用,要求更高,距離更廣,抗衝擊和振動能力更強,自然壽命更長,這樣才能減少任何耗時的維護操作。

什麼樣的技術可以笑到最後?

就像攝像頭一樣,最初,硬體是主要的區別,但過了一段時間,軟體和應用程式的差異化就變得至關重要了。

受訪者認為,移動出行行業的鐳射雷達需要深度感測,同時,汽車上眾多感測器的輸出將實現更智慧的融合:用同樣數量或更少的感測器做更多的事情。那些採用無掃描或移動部件,可在「一瞬間」探測整個場景,而不受距離或功率的限制;同時採用靈活的模組化設計,提供不同視野、不同範圍、不同解析度和幀速率;基於半導體的鐳射源和探測器,可在短時間內批次生產投入市場,這樣的技術才有生命力。