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一文剖析豐田量產雷射雷達

導讀:

本文由佐思汽車研究授權發佈,作者為周彥武。

本文的主角是前向主雷射雷達,由豐田控股公司電裝開發。這次用在雷克薩斯LS500H的雷射雷達,電裝稱之為第六代雷射雷達,宣稱自己是全球車輛檢測距離最遠的雷射雷達,水平視場角也是世界最高水準。本文將對該雷射雷達進行一一剖析~

2021年4月12日,豐田汽車在日本市場推出豐田新款Mirai和雷克薩斯新款LS,新車配備Advanced Drive系統,該系統具備L2級自動駕駛技術。前者起售價格為860萬日元(約合人民幣51.5萬元),後者起售價格為1794萬日元(約合人民幣107.5萬元)。之前本田曾經推出全球第一台L3車,實際是只生產100輛,只租不賣。不過豐田的價格也是夠高的了,估計銷量也不會高。

豐田這套自動駕駛系統完全達到L4級別,Advanced Drive系統包括一個定位用攝像頭,一個前向主雷射雷達,兩個側向雷射雷達。還有3個ECU,分別是用英偉達Xavier的ADX,可能是瑞薩V3U的主計算ECU即ADS,英偉達的是做冗餘系統,是失效時替代ADS的。還有一個專用於定位的ECU,稱之為SIS。這一套大約增加了66萬日元硬體成本,也就是大約4萬人民幣的成本,未來或許豐田車可以選裝,選裝價格估計得20萬人民幣。加上雷克薩斯LS500H本來就標配的雙目系統,構成完整的L4級自動駕駛。這一套系統中前向主雷射雷達成本估計最高,大約1-1.5萬人民幣,兩個側向雷射雷達合計大約5-8千人民幣,3個ECU估計要1.2-1.4萬人民幣。軟體成本無法估算,要看多少銷量了。

豐田自動駕駛框架圖兩個側向雷射雷達是德國大陸汽車的Flash雷射雷達,即HFL-110。

HFL-110的有效距離大約30-50米,用在側向是綽綽有餘。本文的主角是前向主雷射雷達,由豐田控股公司電裝開發,電裝開發雷射雷達的歷史超過40年。在25年前,人們最早是寄希望於雷射雷達的,當時毫米波雷達價格高達數萬人民幣,性能卻很差,日本有不少企業都在努力開發雷射雷達,雖然價格很高,但性能足以碾壓毫米波雷達,在1995年電裝開發了全球最早的量產車雷射雷達,沒錯,就是1995年。但是毫米波雷達價格持續下滑,在2005年,雷射雷達就被徹底趕出市場。但電裝並沒有放棄,這次用在雷克薩斯LS500H的雷射雷達,電裝稱之為第六代雷射雷達,時間跨度超過20年。儘管過了25年,雷射雷達成本也沒降低多少。

一向謙虛低調的電裝對這個雷射雷達用詞令人驚訝,電裝絲毫不在意法雷奧的Scala雷射雷達的感受,宣稱自己是全球車輛檢測距離最遠的雷射雷達,可達200米,同樣宣稱水平視場角(FOV)是120°,也是世界最高水準。實際電裝與Scala的設計如出一轍,只是巧妙地將單向變雙向。同時電裝可能是二代Scala的水準,也是16線設計,但也有可能更高,32線的設計。剖析電裝的雷射雷達,還是從專利入手,電裝剛剛為自己的雷射雷達設計申請了專利。

  成品與專利圖上的樣子非常接近。

與Scala一樣的設計,只是Scala只有一側的鐳射發射器,電裝是兩側。華為的第一代雷射雷達也是這樣的設計,當然,細節上會有所不同,否則有專利糾紛,華為的第二代雷射雷達可能會是MEMS電磁振鏡雷射雷達。

上圖是內部示意圖。電裝將雷射雷達分為5個部分,分別是10代表發射部分、20代表旋轉鏡掃描部分、30代表接收部分、40代表框架、50系列代表光接收板。10部分包括11和12兩個鐳射源,13和14是鐳射發射透鏡,15是鐳射偏轉透鏡。

  上圖是俯視圖

這是法雷奧Scala的俯視圖。法雷奧Scala的鏡子是弧面的單面鏡,電裝是雙面的平面鏡。20a發射偏轉鏡。21是轉鏡模組,23是電機,22是分區盤partition plate。

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