當(dāng)前位置：首頁(yè) > 公眾號(hào)精選 > 安森美

今日知識(shí)點(diǎn)：激光雷達(dá)如何改變汽車體驗(yàn)

時(shí)間：2021-11-29 14:11:50
關(guān)鍵字： 汽車    激光雷達(dá)   
手機(jī)看文章

掃描二維碼
隨時(shí)隨地手機(jī)看文章

[導(dǎo)讀]點(diǎn)擊藍(lán)字?關(guān)注我們自主性帶來(lái)的好處源于兩個(gè)重要方面的進(jìn)步，即便利和安全，這兩方面與道路車輛和駕駛息息相關(guān)。這兩方面所應(yīng)用的賦能技術(shù)包括先進(jìn)的傳感器模式，其中多種傳感形式協(xié)同工作，提供了系統(tǒng)性功能。汽車行業(yè)已經(jīng)開始向全自動(dòng)駕駛轉(zhuǎn)變，目前行業(yè)內(nèi)生產(chǎn)的車輛達(dá)到了SAEInternati...

點(diǎn)擊藍(lán)字 關(guān)注我們



自主性帶來(lái)的好處源于兩個(gè)重要方面的進(jìn)步，即便利和安全，這兩方面與道路車輛和駕駛息息相關(guān)。這兩方面所應(yīng)用的賦能技術(shù)包括先進(jìn)的傳感器模式，其中多種傳感形式協(xié)同工作，提供了系統(tǒng)性功能。



汽車行業(yè)已經(jīng)開始向全自動(dòng)駕駛轉(zhuǎn)變，目前行業(yè)內(nèi)生產(chǎn)的車輛達(dá)到了SAE International規(guī)定的Level 2和Level 2 自主性。要想實(shí)現(xiàn)全自動(dòng)駕駛，需要引入四種關(guān)鍵的傳感技術(shù)，并拓寬應(yīng)用范圍：超聲波、雷達(dá)、激光雷達(dá)(LiDAR)和視覺。在這四種技術(shù)中，LiDAR或許是人們最不理解、應(yīng)用最不廣泛的技術(shù)，但獨(dú)特的能力使其成為打造先進(jìn)駕駛輔助系統(tǒng)(ADAS)體驗(yàn)的重要的一環(huán)。



全自動(dòng)駕駛汽車可能需要超過(guò)20個(gè)單獨(dú)的雷達(dá)系統(tǒng)，但根本問(wèn)題在于，雷達(dá)空間分辨率的局限性使它仍得不到廣泛應(yīng)用。而在這方面，LiDAR的性能遠(yuǎn)遠(yuǎn)超過(guò)雷達(dá)，能夠提供高分辨率的深度圖像。安全系統(tǒng)越來(lái)越受到重視，除了能夠知道物體的存在之外，還需要能夠?qū)ξ矬w進(jìn)行分類和識(shí)別，這變得尤為重要。



雖然基于圖像傳感器的視覺系統(tǒng)可以借助傳感器套件提供最佳分辨率，但在夜間，由于缺少環(huán)境光，視覺系統(tǒng)將受到限制。相反，LiDAR系統(tǒng)能自產(chǎn)光源，因此受環(huán)境光條件的影響較小。LiDAR本身還能提供深度信息，而基于圖像傳感器的視覺系統(tǒng)只能看到場(chǎng)景的2D視圖，雖可以根據(jù)立體配置間接計(jì)算深度，但會(huì)降低深度準(zhǔn)確性。



了解LiDAR



想要了解LiDAR技術(shù)對(duì)先進(jìn)駕駛輔助系統(tǒng)(ADAS)應(yīng)用的益處，首先需要了解LiDAR的工作原理。顧名思義，LiDAR使用光來(lái)探測(cè)距離。它用光源發(fā)出光線，觸及視線內(nèi)的物體而后反射，然后測(cè)量光線從發(fā)出到返回傳感器所用的時(shí)間。這統(tǒng)稱為飛行時(shí)間(ToF)，可以在不同分辨率水平下探測(cè)大型物體，如粗略測(cè)量與障礙物之間的距離，或探測(cè)像人臉3D特征這樣精細(xì)的細(xì)節(jié)。



深度探測(cè)可以通過(guò)各種方式實(shí)現(xiàn)，而每種方式各具優(yōu)點(diǎn)。除了ToF之外，深度探測(cè)還使用兩個(gè)圖像傳感器來(lái)模擬立體視覺，使用結(jié)構(gòu)光來(lái)探測(cè)物體造成的變形，以及在像素級(jí)別進(jìn)行相位檢測(cè)(圖1)。



圖 1：測(cè)量深度感知的技術(shù)方法



關(guān)于ToF，所使用的技術(shù)有兩種：直接ToF和間接ToF。直接ToF(dToF)中的光源為脈沖式，模式中有明確的開/關(guān)時(shí)間。這些開/關(guān)時(shí)間使接收器能夠探測(cè)到光源開啟到檢測(cè)到反射光的時(shí)間差。在間接ToF中，光源以正弦波的形式連續(xù)發(fā)射，通過(guò)測(cè)量光源和反射信號(hào)之間的相位差來(lái)計(jì)算距離。在這兩種情況下，無(wú)論是直接還是間接，都是借助光離開發(fā)射器后到達(dá)探測(cè)器所用的時(shí)間來(lái)提供距離數(shù)據(jù)。



使用dToF來(lái)解釋距離數(shù)據(jù)更加簡(jiǎn)單，雖然它可以只需發(fā)射一次就能獲得數(shù)據(jù)，但如果重復(fù)發(fā)射，結(jié)果會(huì)更準(zhǔn)確。另外，如果使用脈沖光，LiDAR系統(tǒng)的測(cè)距范圍會(huì)顯著擴(kuò)大，但必須配備用于捕獲光子的合適傳感器。換言之，脈沖式dToF比利用單次發(fā)射的dToF復(fù)雜，但比間接ToF要簡(jiǎn)單。另一個(gè)重要的考慮因素是工作波長(zhǎng)，因?yàn)檫@也會(huì)影響性能和系統(tǒng)的應(yīng)用方式(圖2)。



圖2：dToF系統(tǒng)中使用的波長(zhǎng)



如圖2所示，在905 nm左右的近紅外(NIR)波長(zhǎng)下工作的傳感器是一個(gè)很不錯(cuò)的折衷方案。暴露在雨天和陽(yáng)光下的應(yīng)用中，NIR在衰減程度和抗干擾方面性能適中。這表明在汽車應(yīng)用中，對(duì)NIR敏感的傳感器是最佳選擇。



LiDAR傳感器技術(shù)



檢測(cè)硅中的光子通常借助光電二極管來(lái)實(shí)現(xiàn)。光子很容易被硅吸收，進(jìn)而在P-N結(jié)中造成電子空穴對(duì)。通過(guò)對(duì)P-N結(jié)施加反向偏壓，由光子產(chǎn)生的電荷載體就會(huì)導(dǎo)致電流在通道中流動(dòng)。



如果偏壓足夠高，產(chǎn)生的電荷載體將會(huì)產(chǎn)生刺激碰撞電離所需的動(dòng)能。這種電離會(huì)釋放更多電荷載體，在適當(dāng)?shù)臈l件下，這些載體會(huì)在整個(gè)偏壓下的硅芯片區(qū)域持續(xù)存在，導(dǎo)致?lián)舸┎⑹构杈邆涓邔?dǎo)電性。這個(gè)過(guò)程稱為蓋革放電或雪崩，基于該過(guò)程的設(shè)備稱為單光子雪崩二極管(SPAD)。



由于SPAD具有非線性傳輸行為，因此增益高于以線性模式在低于其擊穿電壓的條件下工作的傳統(tǒng)雪崩光電二極管。這意味著SPAD性能更優(yōu)，因?yàn)樗踔量梢蕴綔y(cè)到由單個(gè)光子組成的反射信號(hào)。同時(shí)也有助于擴(kuò)大LiDAR系統(tǒng)的測(cè)距范圍，可以“看到”更遠(yuǎn)距離的低反射率物體。



安森美(onsemi)通過(guò)開發(fā)硅光電倍增器(SiPM)，進(jìn)一步完善該方法。SiPM集成了一個(gè)并聯(lián)獨(dú)立SPAD傳感器陣列，每個(gè)均采用二進(jìn)制開關(guān)式的工作方式。根據(jù)陣列總輸出，可以計(jì)算光信號(hào)的相對(duì)強(qiáng)度。此外，通過(guò)對(duì)SiPM陣列中的每個(gè)SPAD配備第三個(gè)電容耦合式端子，響應(yīng)速度得以提高。這種快速響應(yīng)輸出中會(huì)攜帶測(cè)量傳感器響應(yīng)時(shí)間所需的數(shù)據(jù)。



讓LiDAR為汽車服務(wù)



在市場(chǎng)上廣泛采用LiDAR的關(guān)鍵是以高產(chǎn)量大批量生產(chǎn)基于光電二極管傳感器的能力。安森美開發(fā)的SiPM傳感器已針對(duì)NIR優(yōu)化，在905 nm波長(zhǎng)范圍具有高靈敏度，單光子增益達(dá)到10?。經(jīng)過(guò)設(shè)計(jì)，它還能在相對(duì)較低的30 V偏置電壓下運(yùn)行，由于其恢復(fù)時(shí)間快，還能提供出色的帶寬。




從技術(shù)角度而言，具備以上特點(diǎn)的SiPM適合汽車應(yīng)用，但它也需要在商業(yè)上可行。阻礙LiDAR廣泛采用dToF的主要障礙之一就是價(jià)格，但這可以通過(guò)兩種方式解決。第一，采用互補(bǔ)型金屬氧化物半導(dǎo)體(CMOS)工藝，傳感器陣列的單位成本得以優(yōu)化。第二，安森美開發(fā)了有效的制造工藝，可提升所生產(chǎn)傳感器的均勻度，使傳感器的成本效益得到提高。因此，在提高質(zhì)量的同時(shí)優(yōu)化了成本結(jié)構(gòu)。



// 總結(jié) //



LiDAR是汽車行業(yè)的一項(xiàng)基本技術(shù)。通過(guò)開發(fā)有效可行的固態(tài)傳感，安森美已經(jīng)解決了許多阻礙其廣泛采用的障礙。



SiPM技術(shù)能實(shí)現(xiàn)更小的系統(tǒng)，更低的功率，將使新一代的LiDAR系統(tǒng)比現(xiàn)如今使用的系統(tǒng)更小。最終，這些系統(tǒng)將小到以不易察覺的方式與車輛渾然一體，而且可靠性卻更勝以往。



自動(dòng)駕駛車輛將需要多種傳感方式，超聲波、雷達(dá)和視覺已經(jīng)十分普遍，但隨著自主性水平的提高，LiDAR也將成為一項(xiàng)關(guān)鍵技術(shù)。如今，通過(guò)投資開發(fā)SiPM方案，安森美鞏固了其作為汽車OEM系統(tǒng)供應(yīng)商的領(lǐng)導(dǎo)地位，因?yàn)槲覀冋蛑鳯evel 5完全自主性的方向進(jìn)發(fā)。




本站聲明： 本文章由作者或相關(guān)機(jī)構(gòu)授權(quán)發(fā)布，目的在于傳遞更多信息，并不代表本站贊同其觀點(diǎn)，本站亦不保證或承諾內(nèi)容真實(shí)性等。需要轉(zhuǎn)載請(qǐng)聯(lián)系該專欄作者，如若文章內(nèi)容侵犯您的權(quán)益，請(qǐng)及時(shí)聯(lián)系本站刪除。
換一批
延伸閱讀

自動(dòng)駕駛系統(tǒng)系統(tǒng)采用先進(jìn)的通信、計(jì)算機(jī)、網(wǎng)絡(luò)和控制技術(shù)，對(duì)列車實(shí)現(xiàn)實(shí)時(shí)、連續(xù)控制。采用現(xiàn)代通信手段，直接面對(duì)列車，可實(shí)現(xiàn)車地間的雙向數(shù)據(jù)通信，傳輸速率快，信息量大，后續(xù)追蹤列車和控制中心可以及時(shí)獲知前行列車的確切位置，使...

關(guān)鍵字： 自動(dòng)駕駛 L4 汽車

當(dāng)前全球新一輪科技革命和產(chǎn)業(yè)變革蓬勃發(fā)展，汽車與能源、交通、信息通信等領(lǐng)域有關(guān)技術(shù)加速融合，電動(dòng)化、網(wǎng)聯(lián)化、智能化成為汽車產(chǎn)業(yè)的發(fā)展潮流和趨勢(shì)。智能汽車融匯新能源、新材料和互聯(lián)網(wǎng)、大數(shù)據(jù)、人工智能等多種變革性技術(shù)，推動(dòng)汽...

關(guān)鍵字： 智能汽車 汽車 新能源

隨著人工智能產(chǎn)業(yè)的深入發(fā)展，智能汽車開始步入人們的視野。在人們出行多元化的今天，智能汽車是未來(lái)汽車發(fā)展的必然趨勢(shì)。所謂智能汽車，就是汽車與人工智能技術(shù)的深度融合，這種類型的汽車可以有效避免疲勞駕駛，使汽車更加個(gè)性、靈活，...

關(guān)鍵字： 智能汽車 汽車 人工智能

目前，隨著信息技術(shù)的不斷轉(zhuǎn)型與升級(jí)，加快了汽車設(shè)計(jì)的腳步，智能汽車技術(shù)不僅使人們?nèi)粘ｑ{駛行為習(xí)慣發(fā)生明顯改變，同時(shí)使交通的安全性、可靠性得到有效保障，在一定程度上減少汽車尾氣對(duì)自然生態(tài)環(huán)境造成的直接影響，為城市規(guī)劃、交通...

關(guān)鍵字： 智能汽車 汽車 人工智能

近年來(lái)，世界主要汽車大國(guó)紛紛加強(qiáng)新能源汽車戰(zhàn)略謀劃、強(qiáng)化政策支持、完善產(chǎn)業(yè)布局，新能源汽車已成為全球汽車產(chǎn)業(yè)轉(zhuǎn)型發(fā)展的主要方向和促進(jìn)世界經(jīng)濟(jì)持續(xù)增長(zhǎng)的重要引擎。2021年，全國(guó)新能源汽車實(shí)現(xiàn)產(chǎn)量354.5萬(wàn)輛，銷量352...

關(guān)鍵字： 新能源 汽車 引擎

互聯(lián)網(wǎng)、信息技術(shù)等技術(shù)的進(jìn)步改變了各行各業(yè)的發(fā)展模式，尤其是作為技術(shù)型與集約型產(chǎn)業(yè)，汽車行業(yè)迎來(lái)了新的發(fā)展時(shí)期。近年來(lái)，智能網(wǎng)聯(lián)汽車逐步成為汽車發(fā)展的主要趨勢(shì)，雖然取得了一定的發(fā)展成果，但是還存在一些發(fā)展劣勢(shì)，因而，未來(lái)...

關(guān)鍵字： 智能網(wǎng)聯(lián) 汽車 智能化

實(shí)現(xiàn)“雙碳”目標(biāo)將加快推動(dòng)我國(guó)汽車產(chǎn)業(yè)發(fā)展方式的轉(zhuǎn)變，尤其是推動(dòng)以新能源汽車為代表的新產(chǎn)業(yè)、新業(yè)態(tài)、新模式的發(fā)展，為我國(guó)智能網(wǎng)聯(lián)汽車產(chǎn)業(yè)實(shí)現(xiàn)從跟跑、并跑到領(lǐng)跑，增強(qiáng)汽車產(chǎn)業(yè)的國(guó)際競(jìng)爭(zhēng)力，創(chuàng)造新的歷史契機(jī)。

關(guān)鍵字： 智能網(wǎng)聯(lián) 汽車 新能源

新一輪科技革命和產(chǎn)業(yè)變革方興未艾，科學(xué)技術(shù)是促進(jìn)城市持續(xù)發(fā)展的強(qiáng)大動(dòng)力，智能網(wǎng)聯(lián)汽車的發(fā)展是一個(gè)跨領(lǐng)域、跨行業(yè)融合發(fā)展的結(jié)果，需要政府各部門、汽車企業(yè)、科技企業(yè)以及產(chǎn)業(yè)鏈上下游加大協(xié)同的力度，同向發(fā)力，充分利用數(shù)字化、網(wǎng)...

關(guān)鍵字： 智能網(wǎng)聯(lián) 汽車 智能化

北京——2022年10月19日 在“2022亞馬遜云科技中國(guó)峰會(huì)”上，亞馬遜云科技宣布將在2021年“汽車行業(yè)創(chuàng)新加速計(jì)劃”的基礎(chǔ)上，升級(jí)推出“汽車行業(yè)創(chuàng)新加速計(jì)劃”2.0。在新的階段，亞馬遜云科技將利用自身在技術(shù)、服務(wù)...

關(guān)鍵字： 亞馬遜云科技 汽車

新能源汽車市場(chǎng)在2022年有望達(dá)到600萬(wàn)輛規(guī)模，為芯片產(chǎn)業(yè)帶來(lái)較大的發(fā)展機(jī)遇。2022年，我國(guó)芯片供應(yīng)比去年有所緩解，但仍緊張。中期來(lái)看，部分類別芯片存在較大結(jié)構(gòu)性短缺風(fēng)險(xiǎn)，預(yù)計(jì)2022年芯片產(chǎn)能缺口仍難以彌補(bǔ)。這兩年...

關(guān)鍵字： 新能源 汽車 芯片

安森美

296 篇文章

關(guān)注

發(fā)布文章

編輯精選

技術(shù)子站

關(guān)閉