汽车前灯 | 集成激光雷达和雷达传感器节省汽车空间

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带有多光谱组合器的LED前照灯模型，用于同轴合并光、LiDAR（红色）和雷达光束（绿色），旨在为下一代驾驶员辅助系统实现节省空间的传感器集成。

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人们用眼睛和耳朵来识别涉及潜在危险的交通状况。为了让自动驾驶汽车做同样的事情，它们需要一整套传感器。如今的车辆能够自行承担越来越多的功能，而无需驾驶员的输入。巡航控制系统会自动保持与前方车辆的正确距离，车道偏离警告系统会在必要时纠正车辆路径，如果驾驶员措手不及，则会启动紧急制动。

得益于乘客区的摄像头和散热器格栅中的雷达传感器，所有这些都是可能的，未来汽车将自行发挥更大的作用。实现这一点意味着要使用更多的传感器，但汽车设计师并不热衷于将传感器塞满烤架。

随着传感器数量的增加，安装它们所需的空间也随之增加，而这些空间往往与设计师的设想不符。现在，Fraunhofer Gesellschaft（弗劳恩霍夫应用研究促进协会）的研究人员发现了一种将某些传感器谨慎集成的方法。他们的解决方案在汽车的前灯中结合了光学灯、雷达和激光雷达。

▋集成在前照灯中的雷达和激光雷达传感器

包括高频物理和雷达技术研究所FHR在内的五个弗劳恩霍夫协会（Fraunhofer）已经联合起来，作为智能前照灯项目的一部分，创建了一种安装传感器的方法，该方法既节省空间，又尽可能精细，同时不损及功能或性能。

该项目的目标是为驾驶员辅助系统开发一种集成传感器的前照灯，使一系列传感器元件与自适应照明系统相结合成为可能。希望这将提高传感器识别道路上物体的能力，尤其是识别其他道路使用者的能力，例如行人。例如，激光雷达传感器可用于电子制动辅助或距离控制系统。

多光谱前照灯光学系统的3D可视化

Fraunhofer FHR研究员Tim Freialdenhoven表示：“我们正在将雷达和激光雷达传感器集成到已经存在的前照灯中，而且，它们是确保光学传感器和光源尽可能最佳传输的部件，能够保持物体清洁。”LiDAR（光探测和测距）传感器使用测量原理工作，该原理基于确定发射激光脉冲和接收反射光之间的时间，这种方法可以产生非常精确的距离测量。

创建前照灯传感器的第一阶段包括设计适合集成到汽车技术中的LiDAR系统。这还需要考虑这样一个事实，即前照灯照射到道路上的光线不会受到两个附加传感器的阻碍，即使负责照明的LED位于前照灯的后面。

由于这个原因，研究人员将激光雷达传感器定位在头灯外壳的顶部，雷达传感器定位于底部。同时，来自两个传感器系统的光束需要遵循与LED灯相同的路径，由于所有涉及的光束具有不同的波长，这一点变得更加困难。

前灯发出的可见光测量范围为400至750纳米，而红外激光雷达光束范围为860至1550纳米，接近可见范围。另一方面，雷达波束的波长为4毫米。“这三个波长需要同轴合并，也就是说，沿着同一个轴，这就是我们所说的多光谱组合器的用武之地，”Freialdenhoven说。

以这种方式同轴引导光束对于防止视差误差至关重要，因为视差误差很难消除。此外，相邻布置传感器将比同轴配置占用更多空间，因此研究人员正在使用所谓的双合路器来解决这一问题。

为了将LED灯和LiDAR灯结合起来，该解决方案使用了一个带有特殊涂层的二向色反射镜，该反射镜通过波长选择性反射沿单轴引导两束光束。同样的效果也发生在第二个组合器中（尽管由于波长不同而更加复杂），其中LED灯、LiDAR灯和雷达结合在一起。

由于雷达传感器已经在汽车行业广泛使用，双组合器设计必须允许制造商继续使用现有传感器，而无需修改。

▋穿透雾霾的雷达系统

那么，为什么要将光学系统、激光雷达和雷达结合起来呢？“每个系统都有它的优点，但也有它的缺点，”Freialdenhoven解释道。

例如，光学系统在能见度差的情况下表现出有限的性能，例如雾天和灰尘多的环境。另一方面，雷达系统能够从容应对浓雾，但不太擅长分类：尽管它们能够分辨出物体是人还是树，但它们的能力与激光雷达系统无关。

“我们还致力于合并雷达和激光雷达的数据，这将增加巨大的价值，特别是在可靠性方面，”Freialdenhoven说。该团队已经提交了一份专利申请，目前正在努力创建一个原型。

该技术旨在创建一整套附加选项，用于将传感器集成到驾驶员辅助系统中。更小的光模块、更紧凑的LiDAR传感器和集成雷达传感器将使创建多传感器概念成为可能，特别是在设计要求越来越严格且安装空间有限的自动驾驶车辆技术方面。

因此，未来的自动驾驶系统不仅可以检测人，还可以分析其速度、距离以及相对于车辆的角度。