当汽车学会主动观察

在我们的日常生活中，有数不清的传感器包围着我们：智能手机、汽车、手腕上的健身追踪器、智能冰箱、智能除草机、智能路灯。技术世界在很大程度上是由传感器技术组成的，而传感器技术正在迅速变化和发展。我们的移动设备越来越智能、直观、灵敏，也越来越节能。它们所包含的传感器也变得越来越小、越来越精确。

传感器市场正受到两方面的推动：一方面，在尖端医学或太空研究等高度专业化的领域，有许多高端解决方案，制造商现在正在想方设法通过扩大生产规模，让普通消费者也能使用这些解决方案。另一方面，终端消费者的需求也在不断增加--一旦一项技术进入消费领域，每个人都想拥有它。而且他们希望以优惠的价格购买。这反过来又促使制造商在相同的时间内生产更多的产品，以降低价格。

汽车自问世以来，始终需由人来操纵方向盘并时刻关注周围环境，以决定行车方向。当然，老道丰富的认知技能和策略有助于应对在交通中可能遭遇的种种情况，而这些都需要明智的抉择。诸如突遇鸡横穿马路、摩托车骑手在交通繁忙时段从右侧穿行而过或遭遇对向来车急转弯等事件举不胜举。驾驶员需要时刻关注这些情况，并根据自己的过往经验做出决定。

一段时间以来，汽车行业一直在研究如何使交通状况以及所有交通参与者更加安全。为此，汽车业开发了紧急制动辅助、改进型后视镜以及智能大灯。这些功能可以在驾驶过程中为驾驶员提供辅助，助其更好地预测并克服危险。

“如今，汽车行业正面临一场新的革命。人们越发期望，汽车不仅能为驾驶员提供辅助，而且还能帮助他们做出决定，”布勒莱宝光学的光学部门主管 Steffen Runkel 博士表示，“当汽车离前方车辆太近时，自适应巡航控制系统会减速，盲点助手会警告侧面有车辆靠近，当汽车不小心行驶到车道边缘时，车道助手也会及时通知驾驶员。”

来自半导体行业的技术为汽车提供了额外的视神经。传感器扫描周遭环境，并估计距离或感知物体 - 车辆通过它们进行学习，从而感知环境本身。

传感器的好坏取决于其涂层，并根据其应用领域而被置于车辆上的不同位置。一束激光被发出，以照亮传感器的视野。周围物体反射回来的光被探测器捕获并评估。这就是传感器探测物体大小和距离的方式。该技术面临的一大挑战在于传感器需能探测到对探测器的用途而言至关重要的反射光波。而关键在于为探测器滤除诸如太阳光等所有其他具有干扰性质的光波。在所谓频带过滤器的帮助下就能实现对光波的选择，而该滤光器由一定顺序排布的纳米级光学层组成。

光波过滤技术

位于德国阿尔策瑙的布勒莱宝光学主攻这一领域。大约 20 年前，HELIOS 技术问世，用于制造这种类型的滤光器。“该技术以溅射法为基础。制造过程中使用硅或钽等材料形成涂层，称为靶材。它被放置在阴极中，作为挡块。”Runkel 博士解释说，“在高能等离子体的帮助下，产生单个离子，轰击目标材料。从而将单个硅或钽原子从目标材料中喷射出来，最终这些硅或钽原子会在滤光器上形成膜。加入氧气后，这些膜层被氧化并变得透明。如此即可生成若干纳米级的材料层。根据成分的不同，它们可以过滤波长不同的光波。”

HELIOS 技术发展至今，又有了巨大的突破，生产的滤光器可以分辨出差异很大的光波。它们可以在滤光器上涂覆多达 800 层各种光学材料，适用于从紫外线到红外线的各种光谱。另一大决定性因素在于 HELIOS 系统可以同时涂覆多个工件，从而增加产量。这使得滤光器的生产更具成本效益。

Steffen Runkel 博士

人们期望汽车不仅能为驾驶员提供辅助，而且还能帮助他们做出决定。

Steffen Runkel 博士, 布勒莱宝光学的光学部门主管

“放眼未来，我们的技术非常适合用于制造自动驾驶汽车中的光学传感器，”Runkel 博士说，“显然，只有完全探明周围环境，汽车才能自动驾驶。”当然，它需要的不仅仅是光学传感器。自动驾驶汽车必须实时评估传感器生成的所有信息，并将其转化为相应的操作。“因此，自动驾驶汽车需要更多基于人工智能的智能软件程序，以做出正确决策。”Runkel 博士解释说。业界对于未来公共交通工具和私家车都实现完全自动驾驶仍抱有较为克制的期待。

尽管进行了大量的研究，但由于仍然会错误识别物体，向自动驾驶交通的转变可能需要比原计划更长的时间。“如果左侧的卡车没有被识别为卡车，而是被识别为桥梁，那么系统就难称完美。

即便是路标，目前也可被相机系统检测到，但准确率只有 90% 左右。到目前为止，没有哪个系统能够可靠地发现所有可能发生的情况。”布勒光学业务产品管理主管 Klaus Herbig 如此表示。

尽管困难重重，但汽车行业依然坚守着这一愿景。特别是 LiDAR 技术的技术可行性，现已触手可及。LiDAR（光探测与测距）是一种与雷达相关的方法，它使用的是光线而不是无线电波。“LiDAR 发射激光束，光束被物体反射并被再次捕获。其中的一大挑战在于激光束必须扫描整个环境。与传统传感器相比，LiDAR 不仅可以探测物体，还可以对物体进行分类，确定相对于车辆的距离和运动。另一大难点就是需在任何天气条件下都能可靠地覆盖最远 250 米的距离。”Runkel 博士表示。

汽车行业正积极地全力以赴

LiDAR 系统的第一批原型已经安装在各型汽车的车顶。它们以各种角度排列在壳体中，用以捕捉周围环境的各种情况。而只有当组件更加小巧并且可以集成到现有汽车组件（如前灯）中时，此类系统才能达到市场成熟度。“目前，无论老牌企业还是各种初创企业，整个行业都在为此努力。全球大约有 100 家初创企业对未来如何在汽车中运用 LiDAR 技术都有着自己的想法。”Runkel 博士表示。

LiDAR 技术本身并不是新生事物。它早已用于卫星和各种军事应用。“在这些领域，一个系统的成本就可能高达数千欧元，”Herbig 解释说，“在汽车行业，我们关注的是更高的数量。在高端车型中，这种设备的成本可能更高，但是一旦进入中型汽车或紧凑型汽车领域，那么我们考虑的是 100 欧元这个成本范围。”在光学部门，Herbig 负责及时确定市场趋势。他进一步补充道：“这对我们来说至关重要，这样我们才能根据客户的需求进一步开发我们的解决方案。例如，为了降低生产成本，大批量和高度自动化是我们在竞争中脱颖而出的关键因素。”

目前，整个行业都在积极为 LiDAR 技术全力以赴。

Steffen Runkel 博士, 布勒莱宝光学的光学部门主管

然而，位于阿尔策瑙的布勒莱宝光学团队只有在明确该技术如何实现批量应用后，才能针对相应进展伺机而动。Herbig 表示：“我们许多客户目前正在研究这一领域。因此，对我们而言，保持联系并与客户合作，为他们提供该领域所需的涂层可谓至关重要。我们是光学高真空镀膜方面的专家”。布勒莱宝光学在业内关系广泛，并与德国、法国和比利时的多家研究机构保持定期联系。“我们还与几家汽车制造商及其供应商保持联系，”Herbig 解释说，“我们为他们提供机会，在我们位于阿尔策瑙的应用中心测试他们的创意和发展。”

应用中心于一年半前成立，包括一个 1200 平方米的测试区、一个高科技实验室和一个高度现代化的研发区。由于旺盛的需求，布勒近期刚在那里安装了两台最新一代的 HELIOS 系统。

旁边还有一台 DLC（类钻石石炭的缩写）机器，用于制造夜视相机等物品。这些设备可以帮助驾驶员在黑暗中和照明欠佳的条件下及早发现潜在风险。前端相机需要承受巨大的负荷，如在暴风雨天气和繁忙交通场景中使用。

DLC 可用作外部相机窗口的涂层，保证其具备充分可靠的耐受性。对布勒的客户而言，该应用中心可谓一项巨大的增值服务，对于在光学高真空镀膜技术方面欠缺经验的客户更是如此。“其中许多想法仍处于早期阶段，但它们很快就会以某种方式付诸实施，”Runkel 博士解释说，“我们谈论的是未来的汽车，能够学会通过基于光学技术的各种智能传感器进行主动观察的汽车。”