毫米波雷達對自動駕駛汽車的意義
自動駕駛汽車采用的是民用級的毫米波雷達,車載毫米波雷達測距具備有探測性能穩定的特點。毫米波雷達不易受對象表面形狀、顏色以及大氣流的影響,具有環境適應性能好的特點,在雨、雪、霧等環境下也能較好運行。以下為各類傳感器產品優劣勢對比圖:
圖2 無人車上各類傳感器產品優劣勢對比
看到這里,可能會有朋友指出,2016年5月的特斯拉汽車致死事件。特斯拉的調查報告顯示:在藍天背景下,白色的卡車容易被識別為云彩,同時,拖掛卡車側面從特斯拉駕駛輔助系統的視角看是懸浮在地面上的,該情況導致了系統的漏檢。
據媒體報道,Model S車型使用了多種傳感器,其中就有前保險杠下方的毫米波雷達。而此次事故中,毫米波雷達并沒有發揮作用。特斯拉公司歸因于Model S上的毫米波雷達系統安裝位置過低。該公司強調,一般的毫米波雷達垂直視角在±5°以內,導致當事故車靠近拖掛卡車側面時,雷達波束從下側穿過了卡車。
雖然,當前在自動駕駛汽車領域,支持激光雷達的呼聲很高。但是其成本動輒上萬人民幣,而毫米波雷達成本一般都控制在1000人民幣以內。另外,在雨、雪、霧等特定環境下,激光雷達的性能可能會受到干擾,而毫米波雷達卻能正常發揮其效用。基于以上特性,以特斯拉為代表的車企成為毫米波雷達的忠實粉絲就不足為奇。
24GHz與77GHz毫米波雷達的區別
車用毫米波雷達工作頻段為21.65-26.65GHz和76~81GHz,主流車的工作頻率是在24GHz、77GH、79GHz三個頻率段附近。頻率越高,其波長越短,天線尺寸和體積也就越小。因此,高頻段的毫米波雷達具備更高的性能,更寬的帶寬,更好的分辨率優勢。
目前,國內外毫米波雷達以24GHz(MRR 短中距離雷達)和77GHz(LRR 長距離雷達)為主流,79GHz及以上的產品目前尚在實驗室階段。
針對已成熟應用于汽車上MRR和LRR,VehicleTrend車勢做了以下表格:
圖3 24GHz產品與77GHz產品的優劣勢對比
業界也有一種聲音:24GHz產品終究要被77GHz產品代替。據預測,截至2020 年,在全球自動駕駛汽車領域,將可消耗7000 萬支毫米波雷達產品。另外,2015~2020 年車載毫米波雷達年均復合增速約為24%。而24GHz產品與77GHz產品在本質上區別不大,同時,77GH產品還具備體積、分辨精度優勢。隨著該產業的進一步發展,技術的更新迭代將順其自然的發生。因此,77GHz被認為是未來的主流方向。
當前在中國的實際情況是:24GHz毫米波雷達仍然是主流。這與我國進入毫米波雷達產業較晚,77GHz產品技術難以突破,有著十分重要的聯系。
發展77GHz毫米波雷達 需要克服哪些難題?
國產77GHz產品面臨的困境
目前,在全球毫米波雷達市場上,占主導地位的是德國、美國、日本等國家。由于毫米波雷達技術涉及到敏感領域,為防止該技術被中國復制,技術領先的國家對中國采取了技術封鎖的手段。直至今日,60GHz以上的毫米波雷達產品都被禁止運輸到中國。
77Ghz毫米波雷達的核心技術掌握在博世、德爾福、奧托立夫、大陸等跨國巨頭手里,其產品不單獨向中國銷售,只為提供全套系統,價格相當昂貴。而且,整套系統中也不會配備最新一代的77GHz產品。就連進口汽車上采用的77Ghz毫米波雷達,也是國外早前幾代的產品。
先進技術進不來,本土的技術又無突破性進展,這是中國毫米波雷達產業當下面臨的最大窘境。
需要解決三大難題
既然從外部無法獲取最新技術,那么從內部來自我提升是唯一的出路。當前,我國77GHz毫米波雷達面臨著許多問題,需要我們集中力量來解決。
1.人才儲備不足。培養雷達系統和毫米波射頻設計人才,才能從根源上解決毫米波雷達產業人才儲備不足的問題。不過人才的培養也面臨著許多困難,外國的技術封鎖使得中國缺少系統的知識儲備。這需要政府、企業和科研人員共同努力,為技術的突破創造條件。
2.成本控制苛刻。要想在與國外77GHz毫米波雷達的競爭中取得有利地位,其產品成本應該控制在100美元以內。嚴苛的成本控制,致使初創企業只能選擇主流的T/R組件和芯片定制。在發展初期,企業應順應主流趨勢,當積累了一定的資本和技術之后,再考慮差異化的發展。
3.大批量生產困難。實際上,中國部分企業的77GHz毫米波雷達技術已經有了突破,但是直至今日,仍未有大批量產品的出現。這與77GHz毫米波雷達可靠性設計苛刻,驗證過程復雜有關。研發一款毫米波雷達產品,保證其可靠性,不僅要求在系統、材料、軟硬件、結構、測試驗證、生產工藝、一致性等方面都做到萬無一失,而且還要通過繁復的驗證過程。
另外,其批量生產測試校準的裝備開發難度極大。批量生產需要搭建測試裝備,其難度難度超過研發毫米波雷達本身。或許,這才是導致無法大批量生產最主要的因素。由于國外的技術封鎖,我們無法引進相關設備,只能靠自主研發。所以,當前我國應該優先解決測試設備問題,建立起健全的機制,完善相關制度,促進產業有序發展。
綜上所述,我國77GHz毫米波雷達產業化之路艱苦卓絕。不過近年來,部分先進企業已經在這條路上進行摸索,并有了一定的成績。多家媒體報道,我國77GHz毫米波雷達技術有了新的突破。其廠商最新進展詳見下表:
技術突破是第一步,接下來需要突破的是大批量量產的問題。解決困難,迎難而上,潛心研發,力求突破的企業值得肯定,期待它們能做出更多的成績!
國產毫米波雷達的機遇
值得一提的是,今年 3 月交通部推出新規定:9 米以上營運客車必須安裝 LEW(車道偏離預警系統)和 AEB(自動制動系統),過渡期 13 個月,未來將推廣到貨運車領域。客車與貨車配套的雷達產品需要有200米以上的探測距離,為77GHz毫米波雷達的發展創造了條件。
距離該規定正式實施還有半年,毫無疑問,新規將對毫米波雷達產業產生積極的影響。希望在市場紅利的作用下,我國毫米波雷達能突破重圍,能早日從24GHz升級到77GHz,甚至是更高頻段的79-81GHz。