全球首款用于自動(dòng)駕駛的汽車級(jí)激光雷達(dá)（LiDAR）

如今，自動(dòng)駕駛正逐步成為汽車產(chǎn)業(yè)新的發(fā)展趨勢(shì)。2017年，奧迪（Audi）發(fā)布全球首款量產(chǎn)的Level 3級(jí)自動(dòng)駕駛汽車——奧迪A8，當(dāng)然它也是全球首款搭載激光雷達(dá)的量產(chǎn)汽車。該車使用的激光雷達(dá)（SCALA激光掃描儀）由法國(guó)領(lǐng)先的汽車零部件制造商法雷奧（Valeo）開發(fā)和生產(chǎn)。除了SCALA激光掃描儀，奧迪A8還配備了12個(gè)超聲波傳感器、5個(gè)攝像頭和5個(gè)毫米波雷達(dá)，形成一套覆蓋遠(yuǎn)、中、近距離的環(huán)境探測(cè)系統(tǒng)。


法雷奧SCALA激光掃描儀結(jié)構(gòu)圖，左上角激光器向右發(fā)出激光至旋轉(zhuǎn)掃描鏡（750 rpm），并被偏轉(zhuǎn)向前發(fā)射（掃描角度145°），然后車外物體的反射光經(jīng)光學(xué)系統(tǒng)被左下方的探測(cè)器接收


法雷奧SCALA激光掃描儀外觀

據(jù)麥姆斯咨詢報(bào)道，法雷奧SCALA激光掃描儀是目前汽車市場(chǎng)上唯一量產(chǎn)的車規(guī)級(jí)激光雷達(dá)，擁有145°的水平視場(chǎng)角（FOV），可以探測(cè)到150米以內(nèi)的動(dòng)態(tài)或靜態(tài)障礙物，它是自動(dòng)駕駛系統(tǒng)的核心傳感器之一。該款機(jī)械式激光掃描儀由法雷奧與其戰(zhàn)略合作伙伴IBEO共同開發(fā)，可以精準(zhǔn)掃描位于車輛前方的任何障礙物，適用于高級(jí)駕駛員輔助系統(tǒng)（ADAS）和自動(dòng)駕駛系統(tǒng)。所有的掃描數(shù)據(jù)和法雷奧車載攝像系統(tǒng)收集的數(shù)據(jù)被整合成完整的行車環(huán)境圖，并為車輛智能系統(tǒng)提供精準(zhǔn)分析及判斷行車環(huán)境的依據(jù)。


法雷奧SCALA激光掃描儀開蓋、內(nèi)部主板和激光板

法雷奧SCALA激光掃描儀的探測(cè)原理是直接飛行時(shí)間法（Direct Time of Flight，DToF），光束操作單元是旋轉(zhuǎn)掃描鏡，光源是高功率激光二極管，探測(cè)器是具有三個(gè)敏感單元的雪崩光電二極管（APD）陣列。

該高功率激光二極管采用邊緣發(fā)射激光器（EEL）技術(shù)，封裝為CAN型，發(fā)射的激光波長(zhǎng)為905納米（nm），探測(cè)波形為脈沖波。三層堆疊的有源層可在150納秒（ns）內(nèi)提供功率為75瓦（W）的激光。


法雷奧SCALA激光掃描儀中的邊緣發(fā)射激光器（EEL）

該雪崩光電二極管（APD）陣列是由德國(guó)First Sensor公司設(shè)計(jì)和生產(chǎn)的產(chǎn)品。該探測(cè)器采用硅材料制造，并裝配在帶有玻璃窗口的低成本印刷電路板（PCB）上。兩個(gè)最為關(guān)鍵的光電元件——APD陣列和EEL激光器，組裝在同一個(gè)PCB板上。



法雷奧SCALA激光掃描儀拆解分析（樣刊模糊化）

激光雷達(dá)在實(shí)際運(yùn)行中，除了常規(guī)的視場(chǎng)角、分辨率、刷新率、點(diǎn)云數(shù)量等技術(shù)指標(biāo)以外，還必須能應(yīng)對(duì)各種惡劣環(huán)境，比如大雪天激光雷達(dá)被白雪覆蓋、超低溫雨水天氣下激光雷達(dá)被冰凍困擾、高速行駛下蚊蟲尸體布滿車頭等。為此法雷奧團(tuán)隊(duì)研發(fā)了自動(dòng)加溫和清洗系統(tǒng)，可自動(dòng)探測(cè)激光雷達(dá)面臨的環(huán)境問題并做出相應(yīng)的處理，在環(huán)境應(yīng)對(duì)方面也布局了多項(xiàng)專利。


法雷奧SCALA激光掃描儀的自動(dòng)加溫和清洗功能展示

根據(jù)SCALA系列產(chǎn)品路線圖，法雷奧后續(xù)將先推出垂直視場(chǎng)角增加3倍的SCALA 激光掃描儀第二代產(chǎn)品。然后，法雷奧將推出“SCALA Cocoon”系統(tǒng)，該系統(tǒng)將5個(gè)SCALA激光掃描儀組合在一起，實(shí)現(xiàn)汽車周圍360°環(huán)境探測(cè)。此外，Valeo還將計(jì)劃推出采用MEMS微鏡的混合固態(tài)激光雷達(dá)——SCALA激光掃描儀第三代產(chǎn)品。


法雷奧SCALA激光掃描儀第一代產(chǎn)品與第二代產(chǎn)品的參數(shù)對(duì)比