节省空间的传感器缓解汽车设计困境

慕尼黑，2022年10月20日——自动驾驶汽车需要足够的传感器来引导它们安全地通过各种类型的交通场景——并且传感器需要足够的空间来正常工作。随着越来越多的传感器被添加到自动驾驶汽车上，设计难度也在增加，要求解决方案不仅节省空间又优雅，同时又不牺牲功能和性能。

弗劳恩霍夫协会的研究人员正在开发一种在有限的空间内安装多个汽车传感器的方法。研究人员的解决方案在车辆的前灯中结合了可见光、雷达和激光雷达，这可能会是一个非常适合自动驾驶车辆引导系统的方案。

带有多光谱组合器的LED前灯模型，用于同轴合并光学光线、激光雷达(绿色)和雷达光束(红色)，目的是为下一代驾驶员辅助系统实现节省空间的传感器集成。由弗劳恩霍夫协会提供。

弗劳恩霍夫高频物理和雷达技术研究所的研究员蒂Tim Freialdenhoven说:“我们正在将雷达和激光雷达传感器集成到已经存在的头灯中——更重要的是，它们是确保光学传感器和光源尽可能最佳传输的部件，并且能够保持清洁。”

弗劳恩霍夫高频物理和雷达技术研究所与其他弗劳恩霍夫协会一起发起了智能头灯项目，这是一项为驾驶员辅助系统开发多传感器集成自适应头灯的倡议。

Freialdenhoven说:“每个单独的系统都有其优势，但也有其弱点。例如，当能见度低时，光学系统表现出有限的性能。相比之下，雷达系统可以从容应对浓雾，但不擅长分类，而这正是激光雷达系统擅长的领域。

该项目的第一阶段专注于设计一个激光雷达系统，该系统可以集成到大灯中，而不会阻挡LED光束，同时也为额外的传感器留出了空间。

为了防止传感器干扰头灯光束，研究小组将激光雷达传感器放置在头灯外壳的顶部，雷达传感器放置在外壳的底部。产生前照灯光束的led位于前照灯的后部。

来自激光雷达和雷达传感器系统的光束需要遵循与LED光相同的路径，这一任务变得更加复杂，因为每个系统发射不同波长的光。来自前灯光束的可见光在400和750 nm之间，来自激光雷达的红外光在860和1550 nm之间。雷达波束的波长为4毫米。

多光谱前灯光学的三维可视化。由弗劳恩霍夫协会提供。

“这三种波长需要同轴合并——也就是说，沿着同一轴，”Freialdenhoven说。"这就是我们所说的多光谱组合器的用武之地."

为了结合LED和激光雷达光，研究人员使用一种特殊涂层的分色镜，通过波长选择反射的方式沿着单个轴引导两个光束。第二个组合器用于组合LED光、激光雷达光和雷达光，具有相同的效果，尽管由于波长的巨大差异，实现起来更加复杂。

研究人员正在设计双合成器，无需修改汽车制造商广泛使用的现有雷达传感器。

同轴引导光束有助于防止视差误差，这种误差很难解决。此外，通过使用双组合器，研究人员可以以一种比传感器相邻排列占用更少空间的方式配置传感器。

智能大灯项目的一个目标是改善自动驾驶汽车如何使用传感器来识别道路上的物体，特别是行人等其他道路使用者。例如，激光雷达传感器可以用于电子制动辅助或距离控制系统。

“我们还致力于融合雷达和激光雷达的数据——这将增加巨大的价值，特别是在可靠性方面，”Freialdenhoven说。

智能大灯项目团队希望创造出一系列将传感器集成到驾驶辅助系统中的附加选项。该团队已经提交了一份专利申请，并正在创建一个原型。

更小的光模块、更紧凑的激光雷达传感器和集成的雷达传感器将使人们有可能根据自动驾驶汽车技术的确切设计要求和有限的安装空间来创建多传感器设计。未来的自动驾驶系统不仅可以检测一个人，还可以分析他们的速度、他们与车辆的距离以及他们相对于车辆的位置。

弗劳恩霍夫高频物理和雷达技术研究所(FHR)的研究人员正在与弗劳恩霍夫应用光学和精密工程研究所(IOF)和弗劳恩霍夫有机电子学、电子束和等离子体技术研究所的同事合作开展该项目。弗劳恩霍夫FHR研究所专注于雷达传感；弗劳恩霍夫IOF研究所专注于微光学光技术；弗劳恩霍夫FEP研究所为该项目贡献了薄膜技术。