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英飛凌/恩智浦/UMS/ST的77GHz雷達系統方案比較

2019-02-02 19:45:51·  來源：?？W  
　
前言：由于世界各國的汽車安全標準、汽車電子化水平不斷提高以及人們對駕駛安全需求不斷增長，具備主動安全技術的ADAS系統呈現快速發(fā)展的勢頭。傳感器技術是汽車
前言：由于世界各國的汽車安全標準、汽車電子化水平不斷提高以及人們對駕駛安全需求不斷增長，具備主動安全技術的ADAS系統呈現快速發(fā)展的勢頭。傳感器技術是汽車電子的關鍵核心技術之一，各種傳感器技術的創(chuàng)新發(fā)展為主動安全提供了技術可行性，汽車微波/毫米波雷達傳感器正是實現該功能的核心部件之一。微波/毫米波雷達是利用目標對電磁波反射來發(fā)現目標并測定其位置的。
 
毫米波頻率高、波長短，一方面可縮小從天線輻射的電磁波射束角幅度，從而減少由于不需要的反射所引起的誤動作和干擾，另一方面由于多普勒頻移大，相對速度的測量精度高。在汽車主動安全領域，汽車微波/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(yè)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(fā)方向。毫米波雷達同超聲波雷達相比，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。
 
▌雷達應用市場
 
據市場研究機構預測，隨著ADAS系統的廣泛應用，汽車微波/毫米波雷達傳感器市場的年均增長率將高達23%，預計到2021年的市場需求總量將達5000萬部。2015年中國汽車銷售量為2459.8萬輛，保守按中國汽車銷售量中有20%（491萬輛）裝配汽車微波/毫米波雷達傳感器的話，市場規(guī)模就很可觀，前景廣闊。
 
目前來說，毫米波雷達的技術主要由大陸、博世、電裝、奧托立夫、Denso、德爾福等傳統零部件巨頭所壟斷，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。目前，博世的長距離毫米波雷達產品是其核心產品，主要應用在自巡航控制系統ACC和緊急自動剎車AEB中；Hella則是以24GHz雷達為其核心，客戶范圍廣泛。
圖1 毫米波雷達
 
▌雷達方案對比
目前在國內市場，24GHz毫米波雷達與77GHz毫米波雷達的主要區(qū)別在于以下幾點：
 
1）77GHz毫米波雷達的體積更小。24GHz毫米波雷達和77GHz毫米波雷達的性能及算法其實相差不遠，更主要的差距還是在雷達體積上。由于24GHz雷達的頻率更低波長更長，因此雷達所需要的天線就更長，做成小體積雷達的難度就更高，因此24GHz毫米波雷達會比77GHz毫米波雷達的體積更大，在追求美觀與輕量化的車載領域體積是個關鍵問題。
 
2）77GHz毫米波雷達所需要的工藝更高。77GHz毫米波雷達最大的制造難度體現在其工藝上，77GHz毫米波雷達由于體積小，其線路板的面積很小，因此射頻線路的設計難度非常高，成片的成品率也比較低。
 
3）77GHz毫米波雷達的檢測精度更好。相比于24GHz雷達，77GHz雷達的波長更小，雖然繞射能力比24GHz雷達要弱，但是其檢測精度更高。因此未來對于檢測精度精益求精的自動駕駛來說，77GHz毫米波雷達無疑更具有一定優(yōu)勢。
 
4）24GHz毫米波雷達的射頻芯片對相對77GHz雷達射頻芯片更易獲取。各大廠商經過多年對24GHz毫米波雷達的研發(fā)，市場上24GHz毫米波雷達的產品體系已經相對成熟，供應鏈已經相對穩(wěn)定，在國內，24GHz的核心芯片射頻芯片能從英飛凌、飛思卡爾等芯片供應商獲得。但是，目前在全球范圍內77GHz毫米波雷達芯片并沒有穩(wěn)定的供應體系，由于相關知識產權與合作協議的原因，英飛凌、飛思卡爾、意法半導體等芯片商對中國并沒有放開77GHz雷達芯片的供應，因此國內77GHz毫米波雷達的開發(fā)受到一些限制。
表1 77GHz雷達主要功能、性能參數表
 
全球發(fā)達國家向77GHz升級切換，24GHz產品在國內短期仍有市場。考慮到中國的實際國情以及芯片研發(fā)進度等行業(yè)特點，24GHz毫米波雷達在國內仍有較大市場空間，相比全球而言我國77GHz毫米波雷達的大規(guī)模應用將稍微推后。隨著技術的發(fā)展，77GHz毫米波雷達將在行業(yè)普遍產業(yè)化。
 
▌毫米波雷達測距原理
 
車載毫米波雷達主要應用在汽車的防撞系統上。車載毫米波雷達利用電磁波發(fā)射后遇到障礙物反射的回波對其不斷檢測，計算出與前方或后方障礙物的相對速度和距離。當車輛行進中時，發(fā)射機產生的雷達窄波束向前發(fā)射調頻連續(xù)波（FMCW）信號，當發(fā)射信號遇到目標時被反射回來，并為同一天線接收，經混頻放大處理后，可用其差拍信號時間差來表示雷達與目標的距離，再根據差頻信號相差與相對速度關系，計算出目標對雷達的相對速度及危險時間，從而通過防撞系統對車輛做出預判警告。
圖2 汽車防撞雷達原理框圖
目前，毫米波車載雷達系統的研究工作領先地區(qū)主要分布在美國、歐洲和日本。目前研究內容主要集中在兩個方面，即前視汽車雷達(FCW)和自主巡航控制系統(ACC) 等。二者的區(qū)別在于前者只需完成危險預警功能，而后者需要通過雷達系統實時監(jiān)測車輛間距和相對運動速度信息，自動控制汽車的轉向、加速、減速或者剎車，從而自動地調整己車與前車的間距或者相對速度使之保持在一個安全的范圍內。從智能汽車發(fā)展的趨勢看，目前已經加速從預警提示向閉環(huán)自動控制功能升級切換。
圖3 車載雷達模塊
圖4 防碰撞功能
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