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      從《智能網聯汽車藍皮書》看車用毫米波雷達發展的現狀與困境

      • 發表于: 2018/09/30 08:04:00 來源:車云網

      博世和大陸仍然是雷達市場的全球老大。

      當前,在新一輪科技革命和產業變革的影響下,新一代信息技術與制造技術深度融合,汽車正由典型的機械產品,逐步演變為機電一體化、智能化和網聯化的高科技產品,呈現出與電子、信息等相關產業緊密相連、協同發展的趨勢。在此背景下,中國汽車工程學會、天津智能網聯汽車產業研究院組織智能網聯汽車及相關行業資深專家共同編寫完成“智能網聯汽車藍皮書”,是一部關于中國智能網聯汽車產業發展的研究性年度報告,2018年為首次出版。

      首次出版的智能網聯汽車年度報告包括總報告、產業篇、技術篇、政策篇、應用篇、熱點篇、借鑒篇七個部分,旨在全面展現智能網聯汽車產業技術發展概貌,宣傳普及智能網聯汽車發展理念,并能為政府部門、生產企業和研究機構等的科學決策提供參考。

      本文節選自藍皮書中自動駕駛核心技術進展之毫米波雷達的部分內容。

      自動駕駛汽車作為解放人類雙手和提升效率的未來出行工具,需要大量黑科技加持,其中傳感器是其底層支撐的重要部分,車用毫米波雷達就扮演了傳感器的角色。

      圖片來源:網絡

      圖片來源:網絡

      毫米波雷達開始車用

      在軍事上,毫米波雷達已廣泛應用于預警探測、武器制導、電子對抗等領域。

      近年來,隨著集成電路和天線設計等技術的不斷成熟、元器件成本的不斷降低,民用車載毫米波雷達產品不斷涌現并投入實際應用。車載毫米波雷達利用天線發射電磁波后,對前方或后方障礙物反射的回波進行不斷檢測,并通過雷達信號處理器進行綜合分析,計算出與前方或后方障礙物的相對速度和距離,并生成警告信息傳遞給汽車控制電路,由汽車控制電路控制汽車變速器和制動器作出應對動作,從而避免發生碰撞。

      毫米波雷達具有探測性能穩定、作用距離較長、環境適用性好等特點。與超聲波雷達相比,毫米波雷達具有體積小、質量輕和空間分辨率高的特點。與紅外、激光、攝像頭等光學傳感器相比,毫米波雷達穿透霧、煙、灰塵的能力強,具有全天候全天時的特點。

      可實現遠距離感知與探測。毫米波雷達分為遠距離雷達(LRR)和近距離雷達(SRR),由于毫米波在大氣中衰減弱,所以可以探測感知到更遠的距離,其中遠距離雷達可以實現超過 200 m 的感知與探測。

      體積小巧緊湊,識別精度較高。毫米波波長短,天線口徑小,元器件尺寸小,這使得毫米波雷達系統體積小重量輕,容易安裝在汽車上。對于相同的物體,毫米波雷達的截面積大、靈敏度較高,可探測和定位小目標。

      穿透能力強,不受天氣影響。大氣對雷達波段的傳播具有衰減作用,毫米波雷達無論在潔凈空氣中還是在雨霧、煙塵、污染中的衰減都弱于紅外線、微波等,具有更強的穿透能力。毫米波雷達波束窄、頻帶寬、分辨率高,在大氣窗口頻段不受白天和黑夜的影響具有全天候的特點。

      各類車載傳感器優缺點對比

      車載雷達頻率劃分情況

      2005~2013年,歐盟將24GHz、79GHz作為車載毫米波雷達的頻譜,而美國使用24GHz、77GHz頻帶,日本選用了60~61GHz的頻段。隨著世界范圍內76~77GHz毫米波雷達的廣泛應用,日本也逐漸轉入了79GHz毫米波雷達的開發中。各大國的車載雷達頻段主要集中在在23~24GHz、60~61GHz和76~77GHz(79GHz)3個頻段,而世界各國對毫米波車載雷達頻段使用的混亂情況使得汽車行業車載雷達的發展受到了限制。

      主要國家車載雷達頻率劃分情況

      在日內瓦召開的2015年世界無線電通信大會(WRC-15)上,各國討論決定,77.5~78.0GHz頻段劃分給無線電定位業務,以支持短距離高分辨率車載雷達的發展,車載雷達正式獲得了全球統一頻率劃分。

      從我國的情況看,無線電主管部門對車載雷達的頻率劃分一直在積極推進之中。2005 年,原信息產業部就發布了《微功率(短距離)無線電設備的技術要求》,將76~77GHz頻段規劃給了車輛測距雷達使用。此后,工信部于2012年發布了《關于發布24GHz頻段短距離車載雷達設備使用頻率的通知》,將24.25~26.65GHz頻段規劃用于短距離車載雷達業務的頻率。

      作為智能汽車和智慧交通的重要組成,車用毫米波雷達的相關頻率劃分受到國家無線電管理部門的密切關注和高度重視。2016年,國內正式啟動國際電聯智能交通全球頻率統一(WRC-19 1.12)議題工作。工信部下發《關于同意車載信息服務產業應用聯盟開展智能交通無線電技術頻率研究試驗的批復》文件,授權車聯組織產業單位在合肥、大連、泰州、綿陽等城市開展 77~81GHz車用毫米波雷達研究試驗工作,驗證雷達性能參數、頻率需求等各類技術指標,為中國車載雷達頻率規劃和WRC-19 1.12議題中國提案工作提供了技術參考,推動了車載雷達安全、可靠地應用于中國智能汽車和智慧交通行業。

      國內外車載雷達產品現狀

      美國、歐洲和日本在車載雷達技術研究方面處于領先地位。目前,越來越多的公司和供應商投入到汽車雷達系統研制、器件開發和算法研究當中。1999年,德國奔馳汽車公司率先采用77GHz毫米波雷達的自主巡航控制系統;2003年,博世研制的77GHz車載雷達正式投入商用;2013年,松下與富士通研制出79GHz頻帶毫米波車載雷達。目前,毫米波車載雷達的關鍵技術主要由大陸、博世、電裝、奧托立夫等傳統汽車零部件巨頭所壟斷,特別是77GHz 毫米波雷達,只有博世、大陸、德爾福、電裝、TRW 、富士通天、Hitachi 等公司掌握。2015年,博世及大陸汽車雷達市場占有率均為 22% ,并列全球第一。

      國外毫米波雷達廠商市場占有率(資料來源:佐思產研)

      國外毫米波雷達廠商市場占有率(資料來源:佐思產研)

      在我國,24GHz和77GHz毫米波集成電路的關鍵技術已取得突破。其中,24GHz毫米波集成電路已實現量產并試用中,但77GHz毫米波集成電路的國產化一直進展緩慢。國內相關產品的研發也在陸續進展中。東南大學毫米波國家重點實驗室已完成8mm波段混頻器、倍頻器、開關、放大器等單功能芯片的研制,目前,正在開展單片接收/發射前端的設計與研制;廈門意行半導體科技有限公司在24GHz汽車主動安全雷達射頻前端集成電路取得突破,是國內唯一一家提供24GHz汽車主動安全雷達射頻前端MMIC解決方案的企業;沈陽承泰科技有限公司在研發77GHz汽車毫米波雷達關鍵技術上取得突破,預計產品不久將問世。

      相比國外,目前國內毫米波雷達產業的發展主要面臨以下幾個問題:

      1、行業整體競爭力偏弱。目前,國內的產業鏈尚未成熟,國外商用車載雷達已經走了幾十年的歷史了,國內近幾年才開始起步,產品上市要面臨激烈的競爭壓力。

      2、人才極度缺乏。車載雷達研發需要豐富的雷達系統和毫米波射頻設計經驗與能力,而這一領域的人才多集中在軍工企業和國外企業。

      3、資金壓力大。由于技術基礎底子薄,研發所需的測試設備和生產設備都需要從國外購買,價格高昂,后期收益情況又未知,國內相關生產廠家面臨很大的資金壓力。

      4、開發周期較長。一款毫米波雷達開發周期就要12個月以上,產品還需要通過靜態測試、動態測試、上車測試以及各種復雜的環境下測試,整個研制周期至少要2年以上。

      相關標簽:
      博世
      大陸
      毫米波雷達
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      杏耀是个大平台吗

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