毫米波雷達傳輸距離遠,在傳輸窗口內大氣衰減和損耗低,穿透性強。汽車毫米波雷達傳感器,可以滿足車輛對全天氣候的適應性的要求,并且毫米波本身的特性,決定了毫米波雷達傳感器器件尺寸小、重量輕等特性。很好的彌補了如紅外、激光、超聲波、攝像頭等其他傳感器,在車載應用中所不具備的使用場景。
國內外主流汽車毫米波雷達頻段為24GHz(用于短中距離雷達,15-30米)和77GHz(用于長距離雷達,100-200米)。24Ghz的波長雖超過了1cm,有12.5mm長,一般這個波長附近的雷達叫微波雷達,也叫做毫米波雷達。24Ghz雷達和77Ghz相比,直線性差一些,但周圍的金屬物也是能夠檢測出來的。參照這樣的特性,車輛周圍的車輛檢測使用24Ghz,前方車輛檢測使用77GHz。
毫米波雷達與其他傳感技術對比表
超聲波攝像頭紅外線激光雷達毫米波雷達
優勢結構簡單、價格便宜、體積小巧成本適中,可以分辨出障礙物的大小和距離,并能識別行人低成本,夜間不受影響測距精度高,方向性強,響應快,不受地面雜波影響不受天氣情況和夜間影響,可以探測遠距離物體(100米以上)
劣勢會受到天氣和溫度變化影響,最大測量距離只有幾米和人眼一樣 會受到視野的影響,也會受到惡劣天氣影響會受到天氣條件限制,只能探測近距離物體,難以識別行人成本很高,不能全天候工作,遇濃霧、雨天氣無法工作成本較高,行人的反射波較弱,難以探測
汽車毫米波雷達傳感器因為其抗環境干擾能力強、穩定性高的特點而被各大汽車制造商看好。這類應用在歐美日汽車已經普及化,目前這些地區幾乎所有的汽車均開始配備汽車毫米波雷達傳感器,其中包括汽車防撞雷達、汽車盲區檢測雷達等。
汽車毫米波雷達傳感器市場規模
在汽車主動安全領域,汽車毫米波雷達傳感器因為能夠全天候工作,不受光線、霧霾、沙塵暴等惡劣天氣的影響,已成為業界公認的主流選擇,擁有巨大的市場需求,因而也是汽車電子廠商當前的主要研發方向。
2014年全球汽車毫米波雷達市場出貨量在1900萬個,據市場研究機構Plunkeet Research預測,預計到2020年全球汽車毫米波雷達將近7000萬個,2015年-2020的復合增速約為24%。
中國是全球最大汽車生產和消費國家,2015年中國汽車市場已經達到了1.7億輛的保有量(其中私家車有1.25億輛),并且今后將按每年近2000萬輛的增速快速發展。中國汽車市場占全球汽車銷量30%以上,但ADAS份額卻顯著低于30%。隨著消費結構升級和中產階級購車需求的增加,未來基于毫米波雷達的ADAS需求量呈現爆發式增長。
根據國內產業機構調查,國內2014年汽車毫米波雷達銷量約為120萬顆,2015年約為180萬顆。主要應用為盲點檢測和后方車輛提醒的中短距雷達(24Ghz),每車需要兩顆。
2015年中國汽車銷售量為2459.8萬輛,如果2015-2020年我國的乘用車復合增速為4%,到 2020年乘用車全年銷量將近約為3000萬輛。
到2020年,如果中國汽車銷售量中有15%裝配汽車毫米波雷達的話,按每輛車裝配2 個,預計2020年的毫米波雷達需求量近900萬個,未來五年復合增速約為50%。
汽車毫米波雷達競爭格局
汽車毫米波雷達系統主要包括天線、收發模塊、信號處理模,而MMIC芯片和天線PCB板是毫米波雷達的硬件核心。
前端單片微波集成電路(MMIC)是毫米波雷達的關鍵部件,前端單片毫米波集成電路(MMIC)技術主要由在國外半導體公司掌控, 基本在英飛凌、ST、恩智浦∕飛思卡爾等極少數國外芯片廠商手中。國內24G/77GHz毫米波集成電路(MMIC)已取得突破,24GHz毫米波集成電路(MMIC)已由廈門意行24GHz集成電路(MMIC)量產并試用中,但77GHz毫米波集成電路(MMIC)的研制,由于國外的封鎖,國內之前一直積累不深,驚喜的是沈陽承泰、廈門意行目前也都取得突破,不久產品將面世。另外唯一的豪米波雷達國家重點實驗室-東南大學也一直在研發77GHz毫米波集成電路。
天線是汽車毫米波雷達有效工作的關鍵設計之一, 同時也是毫米波車用雷達能否贏得市場的關鍵。
毫米波雷達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。
由于ADAS的功能,往往是通過傳感器+處理器的方式捆綁銷售,使得系統供應商在里面擔當了產業鏈中核心角色,基于毫米波雷達的ADAS技術主要由大陸、博世、電裝、奧托立夫等傳統零部件系統供應商巨頭所壟斷。國內已有廠商如華域汽車、杭州智波、蕪湖森思泰克、北京行易道等也在開發毫米波雷達產品有所突破,有的產品已問世或即將問世。
汽車毫米波雷達國產化亮點:
下面是近年來我國在汽車毫米波雷達國產化方面取得的突破和顯著成績,其亮點有:
東南大學毫米波國家重點實驗室在毫米波單片集成電路方面,已完成8mm波段VCO、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,已獨立開發出多款具有完全自主知識產權的毫米波集成電路,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。目前該公司77GHz汽車主動安全雷達射頻前端MMIC研制也取得一定突破,期待早日面世。
沈陽承泰科技有限公司在研發77GHz汽車毫米波雷達上也取得突破,預計今年產品會問世。
此外國內專注毫米波雷達系統集成公司也都取得顯著成績。
華域汽車系統股份有限公司是上海證券交易所上市公司,公司業務為獨立汽車零部件研發、生產及銷售。華域汽車在24Ghz汽車毫米波雷達研發已積累多年,產品即將問世。
北京行易道公司(Autoroad)是專注毫米波雷達技術的高科技公司,核心團隊從事雷達技術研發超過10年,目前已掌握毫米波雷達系統設計,毫米波雷達天線設計,雷達信號檢測、目標識別及跟蹤技術,毫米波雷達成像等多項關鍵技術。公司出品的77GHz遠程防撞雷達,已經裝配在自主品牌的無人車上,是我國第一家和主機廠合作的毫米波雷達公司。
杭州智波科技有限公司研發團隊已經成功研制出毫米波防撞雷達系統。該公司的毫米波防撞雷達系統主要涵蓋了主動車距控制巡航系統、防撞預防系統、盲點偵測系統、支持型汽車泊車系統、后碰撞警告系統、緩解撞擊剎車系統、智能安防雷達系統等七大功能,其內部24GHZ和77GHZ雷達感應器方案使得整個ADAS系統能夠對不同的動態進行預警,此外,還研制了新型高度集成的毫米波雷達天線。預計裝有其24GHZ和77GHZ毫米波雷達的ADAS 系統今年下半年將進行路面測試。
蕪湖森思泰克智能科技有限公司是以毫米波雷達技術為平臺,專業從事24GHz、77GHz毫米波雷達傳感器智能應用產品研發、生產與銷售的高科技型企業。已經成功研制了毫米波防撞預防系統、盲點偵測系統。
深圳路王電子科技有限公司量產的汽車前方防碰撞預警系統(FVCWS)也是國內為數不多的使用77GHz毫米波雷達技術的產品。
南京隼眼電子科技有限公司依托東南大學毫米波國家重點實驗室,專注于77GHz汽車毫米波雷達技術研究與應用。
盡管國產毫米波雷達突破了核心技術,打破國外壟斷,取得了驕人成績,但目前僅有廈門意行24GHz毫米波雷達芯片已量產。畢竟剛剛起步,力量還薄弱,國內汽車毫米波雷達系統的芯片、算法還主要依賴進口,成本很高。加快開發國產的77GHZ毫米波雷達芯片并盡快車載應用,將是我國汽車毫米波雷達產業擺脫受制于人的機遇。
結語:我國汽車毫米波雷達是新興領域,隨著汽車ADAS系統的廣泛應用,有著巨大的市場前景,容易形成大產業。
***專家,同濟大學汽車學院白杰教授認為,相對在攝像頭方面的激烈競爭,毫米波雷達更有創新性,潛在的市場空間更大,機會更多。
汽車毫米波雷達需要長期的技術積累,重視基礎能力的提升更為必要,國內相關研究機構和企業要加大研發投入,沉下心打好基礎,形成有自己特色的技術積累。
希望國內汽車毫米波雷達產學研緊密配合,產業資本和社會資本積極介入,抓住這難得機遇,力爭毫米波雷達產業成為構建我國未來汽車產業核心競爭力的排頭兵。
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