在ADAS或AD中,运用多传感器融合有助于解决探测、跟踪和目标识别等问题,提高系统的冗余和可靠性,增强数据可信度和场景覆盖率。不过,面对汽车应用,受限于外观设计、系统结构和空间等方面的限制,将不同传感器集成在一起还是有不小的难度。就此,市场研究公司Yole的市场和技术高级分析师与比利时Tier 2供应商XenomatiX和Marelli汽车照明公司就激光雷达及其集成问题展开多个角度的激烈讨论。

 

 

融合和集成已经开始

汽车激光雷达的采用仍处于早期阶段,主机厂在其汽车上安装激光雷达的并不多。尽管如此,激光雷达制造商和主机厂之间已经建立了15个以上的合作伙伴关系。Yole预计从2024-2025年开始,交易量将明显增加。

 

Yole在其即将出版的《汽车和工业应用激光雷达报告》中预测,汽车激光雷达市场预计将从2021年的8500万美元增长到2026年的23亿美元,占2026年激光雷达市场的近一半。此前汽车激光雷达的应用占比仅在个位数。

 

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XenomatiX和Marelli本不是同一个细分领域的供应商,一个是感知,一个是照明。XenomatiX是一家为ADAS、AD和道路数字化提供真固态激光雷达解决方案的公司,其设计和构建的产品和软件能够实现精确的实时4D-6D数字化,有助于了解车辆周围环境,从而使汽车应用更安全、更舒适。Marelli则是全球主要汽车零部件供应商之一,其汽车照明公司在前照灯、尾灯和照明电子产品的开发和制造方面处于全球领先地位。产品组合包括激光、LED矩阵、数字前照灯和OLED尾灯等尖端产品。

 

前不久,Marelli与XenomatiX达成协议,将加强并扩大其在激光雷达等传感器领域的地位,使传感器成为公司的第四大支柱。具体讲,就是将激光雷达与汽车照明融合在一起,让主机厂的设计更加便捷。

 

Frederic Chave认为:“经过一段时间的密集技术探索,一个融合和整合的时代已经开始。人们越来越清楚哪些解决方案将占上风。多光束固态激光雷达肯定是其中之一。”他指出,汽车行业对激光雷达解决方案的推动与日俱增。出于安全和声誉方面的考虑,越来越多的主机厂将在特定运营领域采取全面AD的策略,当然也会要用激光雷达提供自主性。

 

现在的问题在于商业化,让在实验阶段幸存下来的解决方案成熟起来。目前,行业最专注于ADAS L2+提供强健的传感解决方案,直至实现完全自主。中国和美国对此市场接受度最高。其他地方的法规也在不断演变,例如英国交通部即将发布L3自动车道保持系统(ALKS),尽管车辆仍必须低速行驶;到2022年,德国联邦政府还将允许L4在一些受限制的公共道路上运营。

 

市场需求仍在增加

Filip Geuens认为,新冠疫情明显减缓了整个汽车行业的发展,大多数AD项目都被推迟了,预算已经减少。更重要的是,每个人都在为与供应和生产重启等相关问题而挣扎,现在仍然在挣扎。作为健康危机的副作用,电子产品供应危机也产生了严重的影响。

 

此外,由于新冠疫情,出于健康原因,人们更倾向于私人出行。随着更多的人在家工作,更少的交通堵塞也将导致从公共交通转向更多的私人驾驶。他说:“新冠疫情影响了我们的业务,但是客户互动的减少导致了对产品开发的更多关注,这对长远发展是有益的。”

 

在此期间,经过不断优化,XenomatiX的激光雷达体积缩小了3倍。此外,它消耗的能量只有以前的一半,激光束的数量也增加了3倍。在固态激光雷达产业化过程中,建立供应链,使产品可制造且价格合理最为重要。这也是与Marelli合作探索“异构”整合的原因。

 

汽车应用的挑战

激光雷达集成是汽车应用的一个重要方面,挑战很多。Filip Geuens说,激光雷达有望解决许多极端情况,尤其是与雷达和摄像头融合时。然而,这似乎是一场不公平的竞争。从第一天起,人们就希望激光雷达将和15年前的摄像头和雷达技术一样便宜。同时,人们期望它能以人类的精确度同时看到附近、远处和各个方向。此外,激光雷达预计将处理摄像头和雷达相互掣肘的所有天气和路况。

 

因此,最大的问题是,决定什么是激光雷达的公平合理的应用场景,以确保其在车辆中应有的地位。

 

新型激光雷达有助于决策ECU做出更快的决策,并克服提高速度或混合(intermingling)的难度,如车道变换或车道合并。在实施协同自适应巡航控制(CACC)等更具前瞻性的解决方案之前,还需要更多能够共享更准确信息的传感器。

 

事实上,安装在汽车周围的更多传感器,包括激光雷达,不必要的突出物和处理车身结构部件的空间限制,在造型方面构成了重大的集成挑战。克服这些挑战需要哪些关键技术呢?Frederic Chave表示,Marelli是Smart Corner® 解决方案的发起人,可以将传感器集成到照明元件和集群中,利用从战略位置出发的外部零件的现有生产知识和占位面积,为传感元件提供畅通无阻的视野。

 

处理不利条件是激光雷达面临的关键挑战。而成像激光雷达(例如,利用CMOS探测器进行固有传感器融合的激光雷达)是实现这一目标的一个好方法。成像激光雷达可以测量距离,就像激光雷达应该做的那样,它也可以拍摄图像来检查是否受到泥浆、散射光(雾)、欺骗(其他光源)的污染。Marelli的解决方案在污垢检测和直接高效清洁方面具有强大的能力。

 

集成在哪里是个问题?

前格栅是主机厂选择的第一个放置激光雷达的隐藏的位置,还有哪些位置可以集成?根据是什么?

 

Frederic Chave解释说:“有两件事至关重要:清晰的视野和美学。激光雷达不应该有非期望的盲区。同时,设备不应引起人们注意。”目前,激光雷达可以放置在格栅和外部前后照明(Smart Corner)中。这些选项可以对造型要求以及成本、空间和重量要求做出最佳响应。

 

正在考虑的其他位置还包括车辆上的许多不同位置,以监测所有方向。就激光雷达本身而言,只要满足要求——清晰的视野和美学——选择还是很多的。例如,激光雷达可以放置在B柱的顶部或底部、后窗后面、侧视镜中、车顶下的传感器条中、转向指示灯中。模块的大小是其易于集成的基础,通过放置在汽车周围的一组模块可以分割整个FOV(视场角)的覆盖范围,就像一些车顶上使用机械式激光雷达那样。

 

那么,汽车前部和后部的照明越来越紧凑,并越来越多地用于通信。照明组件是否更适合集成传感器或小型显示器等新功能呢?

 

Filip Geuens回答说:“虽然我们看到在具有更高LED效率的前后灯中调节功能占用的空间越来越少,但更窄和更宽的光带对激光雷达更有利。激光雷达不需要一个大的前窗来进行观察。光带可以分割,某些区域可以分配给激光雷达。此外,可以更好地优化发热部件。”

 

特别是电动汽车,更能避免前照灯在发动机舱内的空间竞争,它不再需要进气口,前格栅无疑会有更多的空间。至于尾灯,从历史上看,它们占用的空间较少,体积小的激光雷达模块便于与之集成。

 

格栅照明和动画或扩展照明条也有增长趋势。在创新基材供应商的帮助下,所有这些表面为智能传感器集成提供了更多的机会。总的来说,灯光将具有双重功能:不仅可以发出灯光和信号,还可以捕捉灯光和信号。在这一领域也将出现一些新的可能性和良好的商业机会。

 

如何实现激光雷达的批量应用?

Frederic Chave认为,主机厂仍然需要获得更多激光雷达方面的专业知识。对于激光雷达业务来说,现在还为时尚早,尽管大家已经达成了广泛共识。“我们相信,业务量会有所增加。这将在本十年的后半期发生。最初,激光雷达将增强ADAS功能。下一步,它将在AD中扮演关键角色。雷达花了十多年才成为一种商品,因此,我们预计激光雷达使用的时间不会更少。”

 

Filip Geuens表示,在我们的交通中,高分辨率深度传感是必不可少的。不幸的是,人类会犯错误,对驾驶的兴趣也会降低(在一个拥挤的星球上,人们有着强烈的出行欲望)。因此,尽快建立3D传感专业知识符合汽车行业的利益。

 

激光雷达无疑加强了安全性,并为自动驾驶汽车提供了必要的冗余:安全方面不会有任何妥协。激光雷达技术可以在独特的情况下提供信息,这将始终有助于在速度越来越快或复杂性越来越高的情况下更快、更稳健地做出决策。

 

此外,激光雷达也会应用于其他领域,如卡车和垂直起降(VTOL)飞机。它们有很多共同点:这些应用需要在类似范围内的不同光照条件下进行室外传感。用于无人机和汽车的激光雷达的成本、重量和尺寸要求非常相似。虽然无人驾驶飞机较少受到行人的阻碍,但它们仍然需要精确的几何信息,以便在拥挤的城市环境中找到合适的着陆点,避免与各种基础设施发生碰撞。

 

最后,人们对私人领域自主解决方案的兴趣也在不断增长,其中一些领域已经具有很大的运营规模,如采矿、农业和堆场或港口运输货物。它们都需要激光雷达在所有天气条件下安全运行。经过第一个整合阶段后,自动卡车运输现在在美国和亚洲得到了发展,当然需要激光雷达才能安全运行。对于此类应用,要求更高,距离更广,抗冲击和振动能力更强,自然寿命更长,这样才能减少任何耗时的维护操作。

 

什么样的技术可以笑到最后?

就像摄像头一样,最初,硬件是主要的区别,但过了一段时间,软件和应用程序的差异化就变得至关重要了。

 

受访者认为,移动出行行业的激光雷达需要深度传感,同时,汽车上众多传感器的输出将实现更智能的融合:用同样数量或更少的传感器做更多的事情。那些采用无扫描或移动部件,可在“一瞬间”探测整个场景,而不受距离或功率的限制;同时采用灵活的模块化设计,提供不同视野、不同范围、不同分辨率和帧速率;基于半导体的激光源和探测器,可在短时间内批量生产投入市场,这样的技术才有生命力。

 

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