激光制导

卫东

在伊拉克战争时，一个词汇一下子进入到了人们的视野——激光制导，因为采用激光制导的导弹对目标实现了精确的打击。激光制导系统的全名是导弹制导激光雷达，原来它是利用激光雷达捕捉到的影像，经过软件处理实现自主目标捕获。由此，可以为导弹提供自主精确制导的激光雷达火了。在精准目标打击验证了导弹制导激光雷达带来的精准目标锁定优势后，激光雷达系统也进入了汽车工程师们的视野，在2016年亚洲消费电子展上，法雷奥就向广大公众展示了SCALA激光扫描仪，并于2017年底向市场推出了SCALA激光扫描仪产品。

在以“未来已来”（Future now）为主题的2017 IAA法兰克福国际车展上，法雷奥SCALA激光扫描仪也是全场焦点，这是目前该类产品中第一个、也是惟一一个实现量产的产品。SCALA激光扫描仪于2017年进入市场，充分展现出法雷奥研发触手可及的尖端技术的强大实力。法雷奥拥有业内最全面的传感器产品矩阵，涵盖超声波探测系统、摄像头、激光雷达扫描仪和雷达系统使其在自动驾驶领域创造了新的篇章。这些技术就像车辆的眼睛和耳朵，使车辆变得“耳聪目明”；另一方面，法雷奥的软件系统负责收集、整理传感器接收到的各项数据，过程就如同人类的大脑处理五大感官信息一样。更值得一提的是，法雷奥还涉足人工智能领域，赋予车辆自我学习的能力。

法雷奥XtraVue超级视距集成了安装于车身的远程通讯天线、激光扫描仪和法雷奥摄像系统。它能让驾驶者对道路状况一目了然，甚至包括视野之外的路况。它还能将其它互联车辆拍摄的流视频和道路设施摄像头拍摄的影像呈现在车内显示屏上。对驾驶者而言，他们就好像具备了透视前方障碍物的能力，这将为他们的驾驶决策提供更为充分的信息，让驾驶行为更加安全，尤其对于超车行为特别重要。

在2017法兰克福车展上，法雷奥全球首秀了Park4U Home技术。该技术能让车辆在极为复杂的环境中，也能实现自动泊车。Park4U Home系统拥有12个传感器、四个摄像头、一个SCALA激光扫描仪和一个融合控制单元。当驾驶者选择手动停车时，系统便开始学习路径（最长50m）和周边环境，以便下次自行完成。驾驶者可以通过智能手机控制车辆，即使遇到障碍物，系统也可通过摄像头，超声波传感器和激光扫描仪收集来的数据进行自动泊车。

在2017年的国际消费电子展CES上，大陆公司也是推出了高清三维激光扫描雷达HFL。大陆HFL是一款车载传感器，可对车辆周围环境进行3D实时探测，该传感器无任何活动机械部件。此项技术已经在航空领域进行了测试，可显示车辆周围的精细视图，可应用于白天、夜晚以及恶劣天气状况。高清三维激光扫描雷达使大陆集团用于高级驾驶员辅助系统的车载传感器产品线进一步得以拓展，与其它传感器结合使用，能为高度自动化驾驶和全自动化驾驶提供有力支持。

高清三维激光扫描雷达是生成完整的三维环境模型的核心组件。大陆集团高清三维激光扫描雷达业务负责人Arnaud Lagandré表示：“该项技术已经在航空领域应用。利用此项技术生成的整个汽车外围三维视图（白天和夜间）更全面、更详细，即使在恶劣的天气条件下也能可靠地工作。”高清三维激光扫描雷达进一步丰富了大陆集团用于高级驾驶员辅助系统的环境传感器产品组合，支持高度全自动化驾驶与其他传感器组合使用。此产品计划于2020年开始批量生产。

与目前使用的许多扫描仪部件相比，高清三维激光扫描雷达只有两个关键部件：一个是激光，另一个是高度集成的接收器芯片。激光用作发射源（类似于照相机的闪光灯），可作为200m以内的汽车外围环境的照明源。接收器芯片在概念上与数字相机中的传感器芯片类似，但它还能记录激光脉冲传输时间，并将反射回来的光记录到各个像素上，以对应于被测物体的相对距离。这种方法简单而高效，能在每次激光闪光时都生成高精度、无失真的周围环境图像。

Lagandré说：“通过这种方式，只需用时1.32微秒，就能以30次/秒的频率构建出完整的汽车外围环境三维模型，模型覆盖的范围近至离汽车几厘米，远可达200多米。此外，还可以准确测量与各个被测物体之间的距离。这种方法復杂性低，工业可行性高，因此我们能够有效地在汽车周围安装多个传感器，从而能够实时生成完整的360度的汽车周围环境全景图像。”

在2017法兰克福车展上，大陆集团展示了城市驾乘体验（CUbE）。在未来，像这样的自动化驾驶出租车将会在公共交通系统中发挥重要的作用，有效解决“第一公里和最后一公里”的问题，实现从城市到郊区的无缝及无压力出行。这一开发平台运用了全方位的科技以及公司多年的经验，涉及到多个领域的创新产品开发，包括传感器、电子控制元件、软件算法、轮胎、表面材料、刹车制动系统以及动力总成技术。高分辨率激光3D成像雷达实时提供详细的汽车外围环境图像，新车型中的零部件无需为此进行任何机械方面的改动。高分辨率的汽车环境传感器是为自动化驾驶环境创建的全方位三维模型的重要组件，可全天提供可靠的监测数据，且不受恶劣气候条件干扰。

在2017年推出的全新奥迪A8也是第一个搭载了激光扫描仪的车型，这款来自法雷奥的激光扫描仪的覆盖范围长度约为80m，散射角为145°。在这个范围内，即使在黑暗的条件下，扫描仪也能探测物体的精确轮廓，为防范交通意外事故作出了贡献。通过传感器数据合并可将车辆精确定位在其车道内，因此，除了奥迪AI系统外，激光扫描仪的特殊功能和中央驾驶辅助控制系统的中央环境模型也有利于导航系统。例如，在检测交通拥堵结束并启动制动方面，全新奥迪A8的驾驶辅助系统比前代车型的反应更早、更精确。

这款激光扫描仪为全新奥迪A8 L3阶段有条件自动驾驶提供了有力的支持。随着奥迪AI拥堵自动驾驶功能的推出，奥迪品牌向世界展现了首个实现L3阶段有条件自动驾驶的系统。在公路和物理屏障分离交通的双向多车道高速公路上，在车速不超过60km/h的缓慢交通路况下，奥迪AI拥堵自动驾驶系统将接管驾驶。系统接管包括停车、加速、转向、本车道内制动。和L2阶段自动驾驶不同，驾驶员无需时时监控车辆。如果驾驶员通过中控台的AI按钮激活了拥堵自动驾驶系统，则可以松开加速踏板和方向盘，并根据当地法规进行车辆支持的活动。当收到系统提示时，驾驶员必须能够收回车辆的控制权。

在任何路况以及任何天气条件下，观察和感知是第一个决定性步骤。为确保传感器全天候、并在任何气候环境下正常工作，法雷奥在2018年北京国际车展上推出了everView传感器清洁系统，能自动清洁激光雷达。它是首款应用于激光雷达传感器的全自动清洁设备，也是自动驾驶技术的重要组成部分。该清洁系统配备了一只可伸缩手臂和几个喷嘴，可自动喷出清洗液并清洗传感器。此外，该清洁系统还可以选配除霜功能，以确保车辆在冬季保持最佳性能。

随着激光雷达技术的进一步发展、成本的降低，激光雷达会出现在越来越多的车型上，为社会带来更加安全的交通环境。