說到激光技術(shù)在汽車上的應(yīng)用，大家或許對激光焊接、激光切割和激光打標(biāo)等技術(shù)耳熟能詳。得益于汽車廠家的賣力宣傳，即便是普通的消費(fèi)者可能都知道某個(gè)車型的車身激光焊接長度達(dá)到了多少米。
的確，激光加工技術(shù)作為一項(xiàng)先進(jìn)制造技術(shù)在汽車上應(yīng)用大大提升了汽車制造水平，提高了生產(chǎn)效率和生產(chǎn)質(zhì)量。不過，隨著技術(shù)的發(fā)展，激光在汽車上的應(yīng)用并不局限于這些加工領(lǐng)域。蓋世汽車記者通過走訪慕尼黑上海光博會(huì)主辦單位相關(guān)人員、整車制造商、一級零部件供應(yīng)商、汽車電子企業(yè)、科技公司等，發(fā)現(xiàn)了激光技術(shù)在汽車行業(yè)的一些創(chuàng)新應(yīng)用。
激光大燈：更小、更亮、更節(jié)能
汽車大燈作為汽車上的一個(gè)重要部件，在提供照明確保行車安全的同時(shí)，還起到了裝飾和美觀作用。如今，隨著技術(shù)的不斷發(fā)展，人們還希望它可以更加明亮，同時(shí)還要能夠更加節(jié)能和耐用。因此，在汽車工業(yè)發(fā)展的一百多年歷史中，汽車大燈也經(jīng)歷了一系列的技術(shù)革新，從鹵素大燈、氙氣大燈到今天的LED大燈。然而，當(dāng)汽車廠商還在大力宣傳LED大燈的各種優(yōu)勢之時(shí)，激光大燈已“半路殺出”。
圖為：奧迪R8 LMX激光大燈
據(jù)了解，最早提出將激光技術(shù)用于汽車大燈想法的是寶馬公司和美國桑迪亞國家實(shí)驗(yàn)室。他們利用藍(lán)色、紅色、綠色和黃色光源相結(jié)合，創(chuàng)造出了一個(gè)媲美普通發(fā)光器產(chǎn)生的白色光源，同時(shí)也較好地解決了激光二極管激光器所發(fā)的白光顏色渲染質(zhì)量差的問題。2011年，寶馬率先將激光大燈應(yīng)用于i8概念車上，該車量產(chǎn)車型于2014年秋推向市場，成為全球第一款配備激光大燈的量產(chǎn)車型，之后寶馬又將其應(yīng)用到新一代7系車型上。與此同時(shí)，在汽車照明領(lǐng)域頗有建樹而被車迷戲稱為“燈廠”的奧迪公司自然也不甘落后，已經(jīng)將其矩陣式激光大燈技術(shù)也應(yīng)用于R8 LMX量產(chǎn)車上。
讀者不禁要問：LED大燈已經(jīng)具備節(jié)能、壽命長、體積小、亮度衰減低以及相應(yīng)速度快等優(yōu)點(diǎn)，為什么還需要激光大燈呢？事實(shí)上，激光光源不同于普通光源，它只是單色光源，光只有一種波長，因此這種特性可以使激光照明亮度更強(qiáng)，光型也能夠精確、迅速并且安全地控制。得益于這些特點(diǎn)，激光大燈除了具有LED燈的優(yōu)勢外，其亮度更高，是LED大燈的一千倍，因此照射距離更遠(yuǎn)，寶馬i8車型上的激光大燈有效照射距離可達(dá)600米；此外激光大燈總成體積更小，這給汽車設(shè)計(jì)師留下了更多設(shè)計(jì)空間；更為重要的是，激光大燈的照明效率更高，因此更節(jié)能，在未來依賴電池驅(qū)動(dòng)的電動(dòng)汽車上的優(yōu)勢將更加明顯。
除了大燈，奧迪等廠家還將激光光源應(yīng)用到了霧燈上，利用激光光源可控的特性，改進(jìn)燈光的可視效果，提高行車安全。此外，利用激光二極管發(fā)光的特性，通過導(dǎo)光材料，激光在汽車內(nèi)飾照明方面也有新的應(yīng)用機(jī)會(huì)。正如寶馬i8的廣告詞：now with laser headlights（現(xiàn)在是激光大燈時(shí)代），激光大燈或?qū)㈤_啟汽車照明領(lǐng)域新的里程碑式發(fā)展。
激光雷達(dá)：推動(dòng)自動(dòng)駕駛汽車發(fā)展
如果說汽車照明即將進(jìn)入一個(gè)新時(shí)代，那么汽車工業(yè)中的另一個(gè)偉大時(shí)代也將來臨，那就是自動(dòng)駕駛時(shí)代。自動(dòng)駕駛汽車是利用傳感器及車聯(lián)網(wǎng)等技術(shù)收集有關(guān)車輛及車輛周遭環(huán)境的數(shù)據(jù)，車載電腦通過這些實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)作為判斷依據(jù)來控制車輛的加速、剎車及轉(zhuǎn)向系統(tǒng)，從而實(shí)現(xiàn)在無人操控的情況下自行駕駛的技術(shù)。
圖為：谷歌自動(dòng)駕駛測試車
在實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)收集方面，安裝在車輛上的傳感器起著非常關(guān)鍵的作用，包括攝像頭、雷達(dá)和超聲波傳感器等。事實(shí)上，這些技術(shù)已經(jīng)在今天的車輛上得到了普遍應(yīng)用，用于提升行車安全，比如車道保持、緊急剎車系統(tǒng)和倒車輔助等。但是，這些傳感器技術(shù)各有優(yōu)缺點(diǎn)，在實(shí)現(xiàn)自動(dòng)駕駛方面任何一種技術(shù)都無法滿足需求。而另外一種用于探測和測距技術(shù)——激光雷達(dá)在汽車上的應(yīng)用，與這些傳感器互為補(bǔ)足，加快了自動(dòng)駕駛汽車的實(shí)現(xiàn)。
激光雷達(dá)又稱LIDAR（激光探測及測距），是以發(fā)射激光光束探測目標(biāo)的位置、速度及距離等特征的系統(tǒng)。據(jù)了解，激光雷達(dá)最初用于軍事領(lǐng)域，作為目標(biāo)探測和跟蹤系統(tǒng)，被認(rèn)為是更難被敵軍干擾和探測到的裝置。有別于攝像頭和超聲傳感器，激光雷達(dá)通過讀取激光反射數(shù)據(jù)，可以精確判斷出物體的形狀和位置，甚至可以探測出車道的標(biāo)記、坑洼和坡度，這些數(shù)據(jù)對于汽車實(shí)現(xiàn)自動(dòng)駕駛來說非常重要。此外，由于激光光束射程遠(yuǎn)，它可以探測更遠(yuǎn)的物體，使汽車可以“看”得更遠(yuǎn)。
在谷歌的自動(dòng)駕駛汽車上，其定位導(dǎo)航系統(tǒng)便采用了64級激光技術(shù)進(jìn)行物體探測和測距，能夠收集超過100萬個(gè)數(shù)據(jù)點(diǎn)的信息，提供關(guān)鍵位置信息及導(dǎo)航功能。除了谷歌之外，包括豐田、大眾、寶馬、奧迪、日產(chǎn)等在內(nèi)的OEM公司以及大陸、博世及德爾福等一級供應(yīng)商，都在研發(fā)和測試自動(dòng)駕駛汽車技術(shù)，此外，百度公司的無人駕駛汽車也已經(jīng)上路測試，這些公司自然也都用到了激光雷達(dá)技術(shù)。
在可預(yù)見的未來，自動(dòng)駕駛汽車的發(fā)展將為激光雷達(dá)創(chuàng)造巨大的市場需求。
激光HUD：提高行車安全
抬頭顯示器（HUD），也稱平視顯示器，近年來在汽車上受到了越來越多的關(guān)注。這種設(shè)備將車輛的行駛信息通過投影的方式投射到前擋風(fēng)玻璃上，比如車速、發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速、導(dǎo)航信息、油量以及一些警告信息等。抬頭顯示器可以讓駕駛員在車輛行駛過程中將目光保持在前方道路上，不必低下頭去看這些信息，因此幫助提高了行車安全。
圖為：捷豹路虎配備的激光全息技術(shù)HUD
傳統(tǒng)上，抬頭顯示器利用燈泡作為光源直接利用屏幕反射的方式顯示數(shù)據(jù)，其顯示效果與光源質(zhì)量和明亮度有很大關(guān)系。如同投影儀一樣，抬頭顯示器的光源也從經(jīng)歷了傳統(tǒng)的燈泡逐漸轉(zhuǎn)向LED，直至今天的激光技術(shù)。首款激光抬頭顯示器最早出現(xiàn)在2011年拉斯維加斯消費(fèi)電子展上，奧迪與先鋒公司各自展出了這項(xiàng)技術(shù)。
以先鋒公司產(chǎn)品為例，它主要利用RGB激光技術(shù)，采用具有較高功率的紅、綠、藍(lán)單色激光器為光源，混合成全彩色，當(dāng)掃描速度高于所成像的臨界閃爍頻率，就可以滿足人眼“視覺殘留”的要求，人眼就可清晰觀察。與傳統(tǒng)抬頭顯示器相比，激光技術(shù)所顯示出來的數(shù)據(jù)會(huì)更加清晰，即使在日光較強(qiáng)的室外也還可以看清楚，除此之外，其顯示出的數(shù)據(jù)信息會(huì)比傳統(tǒng)在主板上的焊接LED顯示的數(shù)據(jù)更加靈活。
率先將激光抬頭顯示器應(yīng)用于量產(chǎn)車上的是捷豹公司，在其全新一代XE車型上首度搭載了激光抬頭顯示器。捷豹公司表示，這款抬頭顯示器是業(yè)界首次使用激光投影技術(shù)。與傳統(tǒng)設(shè)備相比，激光投影至擋風(fēng)玻璃上可以減少外界光影的干擾，顯示的畫面更加清晰，對比度更高。此外，除了同樣可以提供有關(guān)車速、導(dǎo)航和地圖等信息外，激光抬頭顯示器的體積比傳統(tǒng)設(shè)備更小，重量也減輕了1/3。
據(jù)美國市場研究公司MarketsandMarkets預(yù)測，2020年全球抬頭顯示器市場需求將達(dá)90.2億美元，年平均復(fù)合增長率達(dá)26.23%。激光抬頭顯示器得益于其獨(dú)特的優(yōu)勢也將不斷提高其市場滲透率。
激光大燈、激光雷達(dá)和激光HUD，這些技術(shù)已經(jīng)在量產(chǎn)車型上得到了應(yīng)用。但是，激光技術(shù)在汽車上的應(yīng)用還不僅限于此，比如已經(jīng)有研究機(jī)構(gòu)和汽車制造商開始嘗試將激光器用于發(fā)動(dòng)機(jī)點(diǎn)火系統(tǒng)的火花塞上來提高燃燒效率；還有汽車制造商利用激光進(jìn)行手勢的探測和測距（原理等同于前文的激光雷達(dá)），用于手勢控制系統(tǒng)，進(jìn)行系統(tǒng)的操控。
展望未來，隨著技術(shù)的不斷發(fā)展和新需求的出現(xiàn)，激光將發(fā)揮更多潛能，滿足汽車對安全、環(huán)保和智能化的需求。
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