全球首款用于自动驾驶的汽车级激光雷达（LiDAR）

如今，自动驾驶正逐步成为汽车产业新的发展趋势。2017年，奥迪（Audi）发布全球首款量产的Level 3级自动驾驶汽车——奥迪A8，当然它也是全球首款搭载激光雷达的量产汽车。该车使用的激光雷达（SCALA激光扫描仪）由法国领先的汽车零部件制造商法雷奥（Valeo）开发和生产。除了SCALA激光扫描仪，奥迪A8还配备了12个超声波传感器、5个摄像头和5个毫米波雷达，形成一套覆盖远、中、近距离的环境探测系统。


法雷奥SCALA激光扫描仪结构图，左上角激光器向右发出激光至旋转扫描镜（750 rpm），并被偏转向前发射（扫描角度145°），然后车外物体的反射光经光学系统被左下方的探测器接收


法雷奥SCALA激光扫描仪外观

据麦姆斯咨询报道，法雷奥SCALA激光扫描仪是目前汽车市场上唯一量产的车规级激光雷达，拥有145°的水平视场角（FOV），可以探测到150米以内的动态或静态障碍物，它是自动驾驶系统的核心传感器之一。该款机械式激光扫描仪由法雷奥与其战略合作伙伴IBEO共同开发，可以精准扫描位于车辆前方的任何障碍物，适用于高级驾驶员辅助系统（ADAS）和自动驾驶系统。所有的扫描数据和法雷奥车载摄像系统收集的数据被整合成完整的行车环境图，并为车辆智能系统提供精准分析及判断行车环境的依据。


法雷奥SCALA激光扫描仪开盖、内部主板和激光板

法雷奥SCALA激光扫描仪的探测原理是直接飞行时间法（Direct Time of Flight，DToF），光束操作单元是旋转扫描镜，光源是高功率激光二极管，探测器是具有三个敏感单元的雪崩光电二极管（APD）阵列。

该高功率激光二极管采用边缘发射激光器（EEL）技术，封装为CAN型，发射的激光波长为905纳米（nm），探测波形为脉冲波。三层堆叠的有源层可在150纳秒（ns）内提供功率为75瓦（W）的激光。


法雷奥SCALA激光扫描仪中的边缘发射激光器（EEL）

该雪崩光电二极管（APD）阵列是由德国First Sensor公司设计和生产的产品。该探测器采用硅材料制造，并装配在带有玻璃窗口的低成本印刷电路板（PCB）上。两个最为关键的光电元件——APD阵列和EEL激光器，组装在同一个PCB板上。



法雷奥SCALA激光扫描仪拆解分析（样刊模糊化）

激光雷达在实际运行中，除了常规的视场角、分辨率、刷新率、点云数量等技术指标以外，还必须能应对各种恶劣环境，比如大雪天激光雷达被白雪覆盖、超低温雨水天气下激光雷达被冰冻困扰、高速行驶下蚊虫尸体布满车头等。为此法雷奥团队研发了自动加温和清洗系统，可自动探测激光雷达面临的环境问题并做出相应的处理，在环境应对方面也布局了多项专利。


法雷奥SCALA激光扫描仪的自动加温和清洗功能展示

根据SCALA系列产品路线图，法雷奥后续将先推出垂直视场角增加3倍的SCALA 激光扫描仪第二代产品。然后，法雷奥将推出“SCALA Cocoon”系统，该系统将5个SCALA激光扫描仪组合在一起，实现汽车周围360°环境探测。此外，Valeo还将计划推出采用MEMS微镜的混合固态激光雷达——SCALA激光扫描仪第三代产品。


法雷奥SCALA激光扫描仪第一代产品与第二代产品的参数对比