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Scala的lidar拆解

2020/06/29
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昨天和朋友说起了这个 Scala 激光雷达,他没有仔细拆解来做一个存档,好在这是第一个被大规模商用的一款 Lidar 产品,拆解的信息也比较多,我们根据现有的信息梳理一下这个 Lidar 的结构。 

图 1 Scala Lidar

01

Scala Lidar 拆解

          

Scala 是基于机械系统的激光雷达,由法雷奥与其战略合作伙伴 IBEO 共同开发。通过下图中的激光单元发出激光至旋转扫描镜(Mirror),被偏转向前发射(扫描角度 145°),通过待检测的车外物体的反射光经光学系统被左下方的探测器接收。 

图 1 Scala lidar 拆解的各个部分

下面这张图能够比较清楚的把这些结构一一对应起来,这里也主要包含三个部分,激光单元、旋转扫描镜和主板。采用直接飞行时间法(DToF),激光光束操作单元是旋转扫描镜,光源是高功率激光二极管,探测器是雪崩光电二极管(APD)阵列。 

1)旋转扫描镜:Scala 的机械系统主要是旋转镜,探测为 150 米,水平视场角为 145°,垂直视场角为 3.2°。电机控制单元由带有控制驱动器的定子和转子以及用于运动检测的 MPS40S 霍尔传感器组成

图 2Scala 的结构示意图

2)激光板:激光单元如下所示,主要包括几个部分所组成,粉色为发射部分,蓝色为接收部分,红色为电源部分,绿色为连接器。 

图 3 激光发生器里面的四块板子

发射部分的激光发生器采用 3 引脚 TO 型封装,管芯面积为 0.27mm^2  ,激光功率为 75 W,直径为 5.6 mm。采用边缘发射激光器(EEL)技术,发射的激光波长为 905 纳米(nm),探测波形为脉冲波。接收单元使用 First Sensor 的雪崩光电二极管(APD)来接收返回的激光束,APD 是一种高速光电二极管,它使用光子倍增来获得低噪声信号。 

图 4 激光板上的核心器件

3) 主板:主板主要包括电源管理和处理运算两部分,计算部分的核心包括 Xilinx XA7Z010 SoC 双核 ARM Cortex-A9、32 位 ST 的 SPC56EL60L3 微控制器;电源管理部分主要包括 ADI 的同步降压稳压器,Infenion 的双通道 HSD,ADI LDO 的三路单片降压 IC 和 Allegro  风扇驱动器 IC,外部的 FlexRay 芯片等等 

图 5 Scala 的主控板概览

整个系统的功能结构如下图所示: 

图 6 两块板子的结构

02
Scala Lidar 参数和发展

从 SCALA 系列产品路线图,第二代 Scala 特性上,垂直视场角增加 3 倍,从四线增加到 16 线。 

图 7 法雷奥 SCALA 第一代产品与第二代产品的参数对比

后续为了满足探测要求,法雷奥将推出“SCALA Cocoon”系统,将 5 个 SCALA 激光扫描仪组合在一起,实现汽车周围 360°环境探测。在低成本方面,Valeo 还将计划推出采用 MEMS 微镜的混合固态激光雷达——SCALA 激光扫描仪第三代产品。

 

小结:硬件的东西看上去简单,但是和软件有高度的耦合,这是之前为什么每个系统的 know how 基本都掌握在零部件企业手里,随着激光雷达处理的软件顶层的往车企转移,后续 lidar 的软件在底层可能也会简化一些,这个领域还是有一定的成长空间。

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Ibeo

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Ibeo Automotive Systems GmbH is a worldwide technology leader in the field of lidar sensors (acronym for Light Detection and Ranging), associated products, and software tools. The technology is applied in cars as safety assistance systems, or in the field of autonomous driving. It is Ibeo’s goal to reinvent mobility by enabling cars to become cooperative partners in the driving process, thus making transportation safer.

Ibeo Automotive Systems GmbH is a worldwide technology leader in the field of lidar sensors (acronym for Light Detection and Ranging), associated products, and software tools. The technology is applied in cars as safety assistance systems, or in the field of autonomous driving. It is Ibeo’s goal to reinvent mobility by enabling cars to become cooperative partners in the driving process, thus making transportation safer. 收起

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笔者 朱玉龙,一名汽车行业的工程师,2008年入行,做的是让人看不透的新能源汽车行业。我学的是测试和电路,从汽车电子硬件开始起步,现在在做子系统和产品方面的工作。汽车产业虽然已经被人视为夕阳产业,不过我相信未来衣食住行中的行,汽车仍是实现个人自由的不二工具,愿在汽车电子电气的工程方面耕耘和努力,更愿与同行和感兴趣的朋友分享见解。