作者：鋆骜
导读
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。
