汽車技術(shù)毫米波雷達(dá)市場分析：不可或缺的高可靠性

2016-10-10 by:CAE仿真在線來源:互聯(lián)網(wǎng)

一、全天候使用,測距的可靠保障

毫米波波束窄而具備高精細(xì)細(xì)節(jié)分辨的能力;相比激光其傳播特征受氣候影響小,具有全天候特性;相比微波更容易小型化。在超高速短距離通信、長距離星際通信、空間目標(biāo)識別、精密跟蹤、空間成像、彈道測量、導(dǎo)彈制導(dǎo)、汽車

、船舶、飛機(jī)等動力系統(tǒng)防撞,無人機(jī)、電子對抗、天文望遠(yuǎn)鏡、反恐安檢、毫米波醫(yī)學(xué)治療等領(lǐng)域,具備非凡的應(yīng)用價值。在汽車上應(yīng)用毫米波雷達(dá)測距,具有探測性能穩(wěn)定的特點,因為毫米波雷達(dá)不易受對象表面形狀和顏色的影響,也不受大氣流的影響;還具有環(huán)境適應(yīng)性能好的特點,因為雨、雪、霧等對毫米波雷達(dá)的干擾小。

汽車毫米波雷達(dá)工作頻段為21.65-26.65GHz和76~81GHz。比較常見的汽車毫米波雷達(dá)工作頻率在24G

Hz、77GH、79GHz這三個頻率附近。

直接測得距離速度,是ACC、AEB等功能的優(yōu)選

采用雷達(dá)向周圍發(fā)射無線電,通過測定和分析反射波以計算障礙物的距離、方向和大小。雷達(dá)能直接測量距離和速度信息的特點使應(yīng)用于自適應(yīng)巡航、碰撞自動剎車上有著天然的優(yōu)勢,也是目前自適應(yīng)巡航最主流的解決方案。

高穿透、全天候特性是其他傳感器的有力保障

在攝像頭的應(yīng)用越來越豐富,尤其是TTC算法出現(xiàn)后,單攝像頭的解決方案也能實現(xiàn)自動緊急剎車(AEB)功能,單高速行駛中的使用仍然存有疑問。雖然行業(yè)中有不同的認(rèn)知,但主流的聲音仍然認(rèn)為毫米波雷達(dá)在高穿透、全天候的特性給予自動駕駛更有力的保障。而通過毫米波雷達(dá)配合其他傳感器的融合解決方案更具備更高的識別精度和效率。

主流頻段24Ghz和77Ghz,77GHz長距特性更具備優(yōu)勢

目前,汽車毫米波雷達(dá)的主要頻段為24Ghz和77Ghz,日本還采用60Ghz以及臺灣使用的79Ghz.使用這些頻段的主要原因是這些頻段被其他頻段應(yīng)用占用少,這些頻段在大氣中的衰減要弱適合長距離傳輸。77GHz目前更多的被認(rèn)為是未來的主流方向,其主要的優(yōu)點:1)探測距離更遠(yuǎn):帶寬更大,同時天線較小可以能力更集中從而探測更遠(yuǎn)的距離;2)獨有頻段:在歐洲24GHz很早之前就已經(jīng)被分配給射電天文和電信工業(yè)應(yīng)用。為了減少對它們的干擾,歐盟限制了24GHz車用毫米波雷達(dá)發(fā)射功率,僅用于短距離雷達(dá),而77Ghz相對獨有。

二、AEB裝配提高將帶來剛性需求

目前毫米波雷達(dá)的價格主要在125-150美金,國內(nèi)價格1000人民幣以上,毫米波雷達(dá)隨著需求的增加的規(guī)模效益將帶來成本的下降。通過產(chǎn)業(yè)調(diào)研,到2018年毫米波雷達(dá)的成本有望下降一半,將極大推動毫米波雷達(dá)的普及。而各國對主動安全AEB的強調(diào),將在未來提高滲透,將帶來對主要傳感器毫米波雷達(dá)的剛性需求。

根據(jù)PlunkedtResearch的調(diào)查與預(yù)測,2014年全球的毫米波雷達(dá)市場出貨量在1900萬顆,預(yù)計到2020年全球毫米波雷達(dá)將毫米波雷達(dá)將近7200萬顆,未來五年的復(fù)合增速約為24%。

全球車載雷達(dá)預(yù)測(包括長距和中短距)(下圖)

根據(jù)我們的產(chǎn)業(yè)調(diào)研,國內(nèi)2014年車載毫米波雷達(dá)銷量約為120萬顆,2015年約為180萬顆。主要應(yīng)用為盲點檢測和后方車輛提醒的中短距雷達(dá)(24Ghz),每車需要兩顆。毫米波雷達(dá)主要應(yīng)用為無。假設(shè):1)2015-2020年我國的乘用車復(fù)合增速為4%,到2020年乘用車全年銷量約為2490萬輛。2)2020年,后方探測/BSD的滲透率為15%(需要2顆中短距雷岱);ACC/AEB功能滲透率到10%(需要1顆長距雷達(dá),2顆中短距雷達(dá)放置前方);基于以上假設(shè),我們推算2020年的毫米波雷達(dá)需求量近770萬個,未來五年復(fù)合增速為34%。

三、毫米波雷達(dá)尚處壟斷,國內(nèi)突破在即

基于毫米波雷達(dá)的ADAS技術(shù)主要由大陸、博世、電裝、奧托立夫等傳統(tǒng)零部件巨頭所壟斷,過去雷達(dá)是ADAS系統(tǒng)的主要傳感器,ADAS的市場占有率能部分說明整體雷達(dá)的占有率。77GHZ雷達(dá)的開發(fā)難度更高,目前只有博世、大陸(子公司ADC)、德爾福、電裝、TRW(AutoCruise)、FujitsuTen、Hitachi等公司掌握。

毫米波雷達(dá)壁壘較高,后端的控制系統(tǒng)策略是零部件巨頭的技術(shù)核心

零部件巨頭對毫米波雷達(dá)的掌控除了硬件工藝本身,對于后端得到毫米波雷達(dá)信號的處理及決策是其核心競爭力。整車廠拿到毫米波雷達(dá),沒有零部件公司的技術(shù)支持經(jīng)常手術(shù)無策。毫米波雷達(dá)對于國內(nèi)來說研發(fā)難度極高,體現(xiàn)在以下幾點:

1)高頻毫米波雷達(dá)芯片對于我國長期處于禁運管制狀態(tài),國內(nèi)難有機(jī)會接觸和開發(fā);

2)毫米波雷達(dá)算法要保證精確過濾數(shù)據(jù)信息得到正確的探測目標(biāo),同時實現(xiàn)穩(wěn)定及高效;

3)毫米波雷達(dá)涉及主動控制類高等級汽車安全,工藝等級要求極高;

4)毫米波雷達(dá)通常和AEB、ACC系統(tǒng)一起供應(yīng),需要對底盤技術(shù)有很深理解。

MMIC芯片和天線PCB板是毫米波雷達(dá)的硬件核心

以FMCW汽車?yán)走_(dá)系統(tǒng)為例,主要包括天線、收發(fā)模塊、信號處理模。

1)前端單片微波集成電路(MMIC):它包括多種功能電路,如低噪聲放大器(LNA)、功率放大器、混頻器、甚至收發(fā)系統(tǒng)等功能。具有電路損耗小、噪聲低、頻帶寬、動態(tài)范圍大、功率大、附加效率高、抗電磁輻射能力強等特點。毫米波雷達(dá)的關(guān)鍵部件前端單片微波集成電路(MMIC)技術(shù)由在國外半導(dǎo)體公司掌控,而高頻的MMIC只掌握在英飛凌、飛思卡爾等極少數(shù)國外芯片廠商手中。國內(nèi)的MMIC仍處于起步狀態(tài),廈門意行和南京米勒為正在研發(fā)雷達(dá)MMIC,相關(guān)性能仍有待驗證。

2)雷達(dá)天線高頻PCB板:毫米波雷達(dá)天線的主流方案是微帶陣列,簡單說將高頻PCB板集成在普通的PCB基板上實現(xiàn)天線的功能,需要在較小的集成空間中保持天線足夠的信號強度。77Ghz雷達(dá)更高規(guī)格的高頻PCB板,77GHz雷達(dá)的大范圍運用將帶來相應(yīng)高頻PCB板的巨大需求。目前全球僅羅杰斯、Schweizer等少數(shù)公司擁有相關(guān)技術(shù)。國內(nèi)PCB板優(yōu)秀公司滬電股份已經(jīng)與Schweizer展開了深度合作。

國內(nèi)24Ghz產(chǎn)品即將問世,高頻雷達(dá)仍需突破

國內(nèi)以華域汽車為代表的一部分企業(yè)在24Ghz雷達(dá)研發(fā)已有較多積累,產(chǎn)品即將問世,但77Ghz雷達(dá)突破仍然較難。77Ghz國內(nèi)之前一直積累不深,最大的原因是77Ghz雷達(dá)的MMIC芯片一直是封鎖階段。自2015年開始,77GhzMMIC芯片逐漸對國內(nèi)學(xué)術(shù)和民用放開,部分高校已經(jīng)獲得相關(guān)芯片。東南大學(xué)是國家唯一的毫米波雷達(dá)重點實驗室,具備先進(jìn)的高頻雷達(dá)測試設(shè)備,在國內(nèi)毫米波雷達(dá)研發(fā)中走在前列。