可以安装在车前灯内的LiDAR和雷达传感器_德国弗劳恩霍夫应用研究促进协会-北京代表处

带有多光谱组合器的LED车前灯模型，用于同轴组合光线、LiDAR（红色）和雷达辐射（绿色），为下一代驾驶辅助系统节省传感器集成空间

人们会通过耳听六路眼观八方来识别道路交通上潜在的危险。在自动驾驶时汽车会利用一系列传感器来完成这一任务。但传感器越多，所需要的空间也越多，这就不符合设计师的设想。弗劳恩霍夫协会现在已经找到将多个传感器隐秘组合的方法。该方法着眼于汽车前灯，将光、雷达和LiDAR组合在一起。

现如今汽车能够独立完成更多工作：巡航控制系统能够自动与前车保持间距，车道保持辅助系统调整车辆位置，应急制动装置在驾驶员注意力不集中是也会启动。这是由乘客位置上的摄像头和散热器格栅内的雷达传感器实现的。未来汽车能够完成更多任务，而这就需要传感器厚度大幅降低。但设计师十分不认可在散热器上铺满传感器的想法。

1. 雷达和LiDA传感器组合于车前灯内

五大弗劳恩霍夫研究所（其中包括FHR高频物理和雷达技术研究所）合作开发“智能车前灯“项目，研究如何将传感器尽可能节省空间且隐秘地放入车前灯中，与此同时不影响其功能与性能。该项目的目标是开发出带有组合传感器的车前灯以用于驾驶员辅助系统，这种车前灯还会将不同传感元件与自适应照明系统结合起来。这样传感器能更好地识别出道路上的其他物体，特别是其他道路使用者比如说行人。如此LiDAR传感器就能在在电子制动辅助系统或距离控制系统中投入使用。

“我们将雷达和LiDAR传感器整合到现有的车前灯中，这保证了光学传感器和光源能以最佳形式传输并不受污染。“弗劳恩霍夫FHR的科学家Tim Freialdenhoven如是说。LiDAR（光探测和测距）传感器的工作原理是确定激光脉冲的发射和反射光的接收之间的时间，因此可以非常精确地测量距离。

多光谱车前灯光学的三维可视化图片

第一步是设计LiDAR系统以整合到汽车系统中。此外，从车前灯落到路面上的光线不应受到两个额外传感器的影响——但发光的LED位于车前灯的最后面。因此，研究人员将LiDAR传感器放在车前灯外壳的顶部，雷达传感器放在底部。然而，这两个传感器系统的光束应该与LED灯的路径相同。由于所有的光束都有不同的波长，这就更加复杂了。可见的车前灯光波长在400至750纳米的范围内，而红外LiDAR光束则相当接近可见范围，为860至1550纳米。”这三个波长将被同轴组合，即在同一轴上，这就是为什么我们称之为多光谱组合器。“Freialdenhoven强调说。同轴光束引导对于避免视差误差非常重要，而这必须先以复杂的方式计算出来。此外，将传感器并排排列会比同轴排列占用更多空间。研究人员用所谓的双组合器来解决这个问题：一个特殊涂层的双丘陵镜被用于LED光和LiDAR光的组合，利用它将两束光通过特定波长的反射带入一个轴。第二个组合器也是如此，它将LED光、LiDAR光和雷达结合在一起，尽管由于波长非常不同，但其方式并不复杂。由于雷达传感器已经在汽车领域广泛使用，因此双组合器的设计将使制造商能够继续使用现有的传感器，而无需进行调整。

2. 雷达系统可穿透雾气

但为什么要把光学系统、LiDAR和雷达结合起来呢？"每个单独的系统都有其优势，但也有其劣势。"Freialdenhoven解释道。例如，光学系统在雾和灰尘中，即在光学能见度非常差的条件下，会达到使用极限。另一方面，雷达系统几乎可以不受阻碍地看透浓密的云雾。但它们的分类能力并不高：雷达虽然可以识别是人是树，但无法与LiDAR的分类能力相比。"我们还在努力融合来自雷达和激光雷达的数据——这尤其在可靠性方面提供了极高的附加值。"Freialdenhoven说。一项专利已经提交，该团队目前正在努力建造一款原型样品。

该技术大大扩展了驾驶辅助系统组合传感器的可能性。更小的光模块、更紧凑的LiDAR传感器和集成雷达传感器允许实施多传感器概念，特别是用于设计要求不断提高和安装空间十分有限的自动驾驶。这样一来，自动驾驶系统将不仅能够识别一个人，还能分析他们的速度、与汽车的距离和站位角度。