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汽车上那些你可能不知道的激光技术

2017/6/27    来源:互联网    作者:慕尼黑展览(上海)有限公司      
关键字:汽车  激光技术  
说到激光技术在汽车上的应用,大家或许对激光焊接、激光切割和激光打标等技术耳熟能详,得益于汽车厂家的卖力宣传,即便是普通的消费者都知道某个车型的车身激光焊接长度达到了多少米。的确,激光加工技术作为一项先进的制造技术在汽车上的应用大大提升了汽车的制造水平,提高了生产效率和生产质量。不过,随着技术的发展,激光在汽车上的应用并不仅限于这些加工领域,激光技术在汽车上还有一些你可能不知道的应用。

    激光雷达:助力自动驾驶汽车发展

    如果说汽车照明即将进入一个新的时代,那么汽车工业中的另一个伟大时代也将来临,那就是自动驾驶汽车。自动驾驶汽车也就是利用传感器及车联网等技术收集有关车辆及车辆周遭环境的数据,车载电脑通过这些实时数据作为判断依据来控制车辆的加速、制动及转向系统,从而实现在无人操控的情况下自行驾驶的一种技术。

    在实时数据收集方面,安装在车辆上的传感器起着非常关键的作用,这些包括摄像头、雷达和超声波传感器等。事实上,这些技术已经在今天的车辆上得到了普遍的应用,用于提升行车安全,比如车道保持、紧急制动系统和倒车辅助等。但是,这些传感器技术各有优缺点,在实现自动驾驶方面任何一种技术都无法满足需求。而另外一种用于探测和测距技术——激光雷达在汽车上的应用,与这些传感器互为补足,加快了自动驾驶汽车的实现。

    激光雷达又称UDAR(激光探测及测距),是以发射激光光束探测目标的位置、速度及距离等特征的系统。据了解,激光雷达最初用于军事领域,作为目标探测和跟踪系统,被认为是更难被敌军干扰和探测到的装置。有别于摄像头和超声传感器,激光雷达通过读取激光反射数据,可以精确判断出物体的形状和位置,甚至可以探测出车道的标记、坑洼和坡度,这些数据对于汽车实现自动驾驶来说非常重要。此外,由于激光光束射程远,它可以探测更远的物体,使汽车可以“看”得更远。

    在谷歌的自动驾驶汽车上,其定位导航系统便采用了64级激光技术进行物体探测和测距,能够收集超过1 00万个数据点的信息,提供关键位置信息及导航功能。除了谷歌之外,包括丰田、大众、宝马、奥迪、日产等在内的汽车制造商以及大陆、博世及德尔福等一级供应商,都在研发和测试自动驾驶汽车技术,此外,百度公司的无人驾驶汽车也已经上路测试,这些公司自然也都用到了激光雷达技术。在可预见的未来,自动驾驶汽车的发展将为激光雷达创造巨大的市场需求。

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    激光前照灯:更小、更亮、更节能

    汽车前照灯作为汽车上一个重要的部件,在提供照明确保行车安全的同时,还起到了装饰和美观的作用。如今,随着技术的不断发展,人们还希望它可以更加明亮,同时还要能够更加节能和耐用。因此,在汽车工业发展的1 00多年历史中,汽车前照灯也经历了一系列的技术革新,从卤素灯、氙气灯到今天的LED灯。然而,当汽车厂商还在大力宣传LED前照灯的各种优势之时,激光前照灯“半路杀出”,大有后来居上之势。

    据了解,最早提出将激光技术用于汽车前照灯想法的是宝马公司和美国桑迪亚国家实验室。它们利用蓝色、红色、绿色和黄色光源相结合,创造出了一个媲美普通发光器产生的白色光源,同时也较好地解决了激光二极管激光器所发的白光颜色渲染质量差的问题。201 1年,宝马率先将激光前照灯应用于i8概念车上,该车量产车型于2014年秋推向市场,成为全球第一款配备激光前照灯的量产车型,之后宝马又将其应用到新一代7系车型上。与此同时,在汽车照明领域颇有建树而被车迷戏称为“灯厂”的奥迪公司自然也不甘落后,已经将其矩阵式激光前照灯技术也应用于R8 LMX量产车上。

    人们不禁要问:LED前照灯已经具备节能、寿命长、体积小、亮度衰减低以及相应速度快等优点,为什么还需要激光前照灯呢?事实上,激光光源不同于普通光源,它只是单色光源,光只有一种波长,因此这种特性可以使激光照明亮度更强,光型也能够精确、迅速并且安全地控制。得益于这些特点,激光前照灯除了具有LED灯的优势外,其亮度更高,是LED前照灯的1 000倍,因此照射距离更远,宝马i8车型上的激光前照灯有效照射距离可达600m;此外激光前照灯总成的体积更小,这给汽车设计师留下了更多的设计空间;更为重要的是,激光前照灯的照明效率更高,因此更节能,在未来依赖电池驱动的电动汽车上的优势将更加明显。

    除了前照灯,奥迪等厂家还将激光光源应用到了雾灯上,利用激光光源可控的特性,改进灯光的可视效果,提高行车安全。此外,利用激光二极管发光的特性,通过导光材料,激光在汽车内t市照明方面也有新的应用机会。正如宝马i8的广告词:now with Laser headlights(现在是激光前照灯时代),激光前照灯或将开启汽车照明领域一个里程碑式的发展。

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    激光HUD:提高行车安全

    抬头显示器(HUD),也称平视显示器,近来年在汽车上受到了越来越多的关注。这种设备将车辆的行驶信息通过投影的方式投射到前风窗玻璃上,比如车速、发动机转速、导航信息、油量以及一些警告信息等。抬头显示器可以让驾驶员在车辆行驶过程中将目光保持在前方道路上,不必低下头去看这些信息,因此帮助提高了行车安全。

    传统上,抬头显示器利用灯泡作为光源直接利用屏幕反射的方式显示数据,其显示效果与光源质量和明亮度有很大关系。如同投影仪一样,抬头显示器的光源也从经历了传统的灯泡逐渐转向LED,直至今天的激光技术。首款激光抬头显示器最早出现在2011CES消费类电子展上,奥迪与先锋公司各自展出了这项技术。

    以先锋公司的产品为例,它主要利用RGB激光技术,采用具有较高功率的红、绿、蓝单色激光器为光源,混合成全彩色,当扫描速度高于所成像的临界闪烁频率,就可以满足人眼“视觉残留”的要求,人眼就可清晰观察。与传统的抬头显示器相比,激光技术所显示出来的数据会更加清晰,即使在日光较强的室外也还可以看清楚,除此之外,其显示出的数据信息会比传统在主板上的焊接LED来显示的数据更加灵活。

    率先将激光抬头显示器应用于量产车上的是捷豹公司,在其全新一代×E车型上首度搭载了激光抬头显示器。捷豹公司表示,这款抬头显示器是业界首次使用激光投影技术,与传统设备相比,激光投影至风窗玻璃上可以减少外界光影的干扰,显示的画面更加清晰,对比度更高。此外,除了同样可以提供有关车速、导航和地图等信息外,激光抬头显示器的体积比传统设备更小,重量也减轻了1/3。

    据美国市场研究公司Markets and Markets预测,2020年全球抬头显示器市场需求将达90.2亿美元,年平均复合增长率达26.23%。激光抬头显示器得益于其独特的优势也将不断提高其市场渗透率。

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责任编辑:张纯子
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