汽車技術(shù)毫米波雷達市場分析：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細節(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、空間目標識別、精密跟蹤、空間成像、彈道測量、導彈制導、汽車

、船舶、飛機等動力系統(tǒng)防撞,無人機、電子對抗、天文望遠鏡、反恐安檢、毫米波醫(yī)學治療等領(lǐng)域,具備非凡的應用價值。在汽車上應用毫米波雷達測距,具有探測性能穩(wěn)定的特點,因為毫米波雷達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)境適應性能好的特點,因為雨、雪、霧等對毫米波雷達的干擾小。

汽車毫米波雷達工作頻段為21.65-26.65GHz和76~81GHz。比較常見的汽車毫米波雷達工作頻率在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。雷達能直接測量距離和速度信息的特點使應用于自適應巡航、碰撞自動剎車上有著天然的優(yōu)勢,也是目前自適應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)中有不同的認知,但主流的聲音仍然認為毫米波雷達在高穿透、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目前更多的被認為是未來的主流方向,其主要的優(yōu)點:1)探測距離更遠:帶寬更大,同時天線較小可以能力更集中從而探測更遠的距離;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)應用。為了減少對它們的干擾,歐盟限制了24GHz車用毫米波雷達發(fā)射功率,僅用于短距離雷達,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年毫米波雷達的成本有望下降一半,將極大推動毫米波雷達的普及。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的剛性需求。

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

全球車載雷達預測(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。毫米波雷達主要應用為無。假設:1)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,2顆中短距雷達放置前方);基于以上假設,我們推算2020年的毫米波雷達需求量近770萬個,未來五年復合增速為34%。

三、毫米波雷達尚處壟斷,國內(nèi)突破在即

基于毫米波雷達的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的占有率。77GHZ雷達的開發(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的掌控除了硬件工藝本身,對于后端得到毫米波雷達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,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)高頻毫米波雷達芯片對于我國長期處于禁運管制狀態(tài),國內(nèi)難有機會接觸和開發(fā);

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

3)毫米波雷達涉及主動控制類高等級汽車安全,工藝等級要求極高;

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

MMIC芯片和天線PCB板是毫米波雷達的硬件核心

以FMCW汽車雷達系統(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MMIC,相關(guān)性能仍有待驗證。

2)雷達天線高頻PCB板: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(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雷達更高規(guī)格的高頻PCB板,77GHz雷達的大范圍運用將帶來相應高頻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雷達研發(fā)已有較多積累,產(chǎn)品即將問世,但77Ghz雷達突破仍然較難。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。東南大學是國家唯一的毫米波雷達重點實驗室,具備先進的高頻雷達測試設備,在國內(nèi)毫米波雷達研發(fā)中走在前列。