去年,工信部長苗圩在國務院新聞辦新聞發布會上談及5G未來的應用場景時表示,未來5G應用場景的80%會在工業互聯網,尤其是值得期待的是車聯網和遠程醫療。此前工信部與交通運輸部在無錫召開車聯網論壇,探討了車聯網的應用、尤其是車路之間協同只能用5G網絡,低時延、大帶寬等優勢突出,這也是我們國家特有的優勢。
有人覺得車聯網、無人駕駛還早的很,但是這次疫情之后這個方向的投資會加速,因為:
1、如果有了無人駕駛,疫情期間各類貨物車輛,都是在高速上無人駕駛,高效率的物資運輸,各個地區之間的物資進出問題就會很好解決。2、后疫情時代,需要拉動gdp,車聯網是很好的方向。因為要進行重點投資的方向,必須有萬億級別的規模,車聯網無人駕駛就是,個人覺得無人駕駛高速公路的建設會提前,比如浙江就計劃建設一條無人駕駛高速公路。
沿著這個思路,來說說車聯網的一個必備東西,就是毫米波雷達。
1、什么是毫米波雷達
隨著汽車智能化、電子化的推進,無人駕駛已經是未來汽車發展的必然趨勢,智能汽車(ADAS)和車聯網(V2X)分別是實現無人駕駛的內部和外部要求。ADAS的各項功能需要多種傳感器才能實現。ADAS的傳感器主要有攝像頭、超聲波雷達、毫米波雷達、激光雷達四種。攝像頭國產化難度大、超聲波雷達門檻低、激光雷達尚未商業化,而隨著自動駕駛等級提升,毫米波雷達需求最大。同時與紅外、激光、視頻等光學導引頭相比,毫米波穿透霧、煙、灰塵的能力強,具有全天候(大雨天除外)全天時的特點。不過,它的成本與攝像頭、超聲波雷達比起來相對較高,同時行人的反射波較弱,難以探測。
所謂的毫米波雷達,就是指工作頻段在毫米波頻段的雷達,測距原理跟一般雷達一樣,也就是把無線電波(雷達波)發出去,然后接收回波,根據收發之間的時間差測得目標的位置數據。
2、哪種毫米波最好
汽車雷達系統可分為三個子類別:短程(SRR),中程(MRR)和遠程(LRR)。每種都有不同的應用,遠程(超過100米)通常用于前向碰撞避免,而短程和中程(100米以內)用于盲點檢測、停車輔助系統、預碰撞警報、車道偏離警告或停停走走應急系統。
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。
舉個例子:
24GHz,目前大量應用于汽車的盲點監測、變道輔助。雷達安裝在車輛的后保險杠內,用于監測車輛后方兩側的車道是否有車、可否進行變道。這個頻段也有其缺點,首先是頻率比較低,另外就是帶寬(Bandwidth)比較窄,只有250MHz。
77GHz,這個頻段的頻率比較高,國際上允許的帶寬高達800MHz。據介紹,這個頻段的雷達性能要好于24GHz的雷達,所以主要用來裝配在車輛的前保險杠上,探測與前車的距離以及前車的速度,實現緊急制動、自動跟車等主動安全領域的功能。
目前,在汽車ADAS系統中除了攝像頭,還主要應用了76-77GHz前向雷達與24GHz后、側向雷達。根據EuroNCAP規范,1個前向雷達與2個后向雷達是當前的主流方案;不過,到2022年汽車自動駕駛系統還需增加2個角雷達,且總計5個毫米波測距雷達將全部升級為77GHz,如此才能符合EuroNCAP的五星安全標準!
77GHz的產品將會取代24GHz的產品將成為趨勢。
77GHz雷達頻段已經在全球大多數地區獲得許可。77GHz雷達出貨量在2019年已經超過24GHz雷達,可謂大勢所趨、市場前景廣闊。
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,79GHz及以上的產品目前尚在實驗室階段。
3、77GHz
1990年初,當時采用的還是砷化鎵(GaAs)的工藝,一顆砷化鎵的毫米波雷達中,需要配備7-8顆以上的前端射頻芯片,再配上3-4顆基帶(Baseband)芯片,這使得其成本非常昂貴。
到了2000年初,隨著鍺硅(SiGe)工藝的大力發展,大大降低了毫米波雷達芯片的成本,同時集成度也整體得到提高,一顆典型的鍺硅毫米波雷達中所需要的前端射頻芯片是3-4顆,再配上1-2顆基帶芯片,就可以滿足其基本的性能需求。這也是現在大量用在比較高端的車型中已經實現量產的77GHz毫米波雷達產品所采用的方案。
目前車載雷達的頻率主要分為24GHZ頻段和77GHZ頻段。與24GHz毫米波雷達相比,77GHz的距離分辨率更高,體積更是小了三分之一。2018年,中國新車評價規程(C-NCAP)將自動緊急制動系統(AEBS)納入評分體系,從而將帶動77GHz毫米波雷達在未來的市場需求。而從長遠來看,77GHz毫米波雷達的體積更小、探距更長,使得其較24GHz毫米波雷達將具備更大的市場空間。
4、產業鏈
2018年全球毫米波雷達市場前五大供應商分別為博世、大陸、海拉、富士通天、電裝(Denso),合計占有了68%的市場份額。
汽車毫米波雷達本質上是一套毫米波收發系統,硬件結構拆開來看,主要包括毫米波射頻收發芯片、高頻PCB、毫米波天線陣列、MCU等核心部件。