博世/大陆“大举压境”,77GHz毫米波雷达“中国战役” | GGAI原创

2018-09-28 14:16:48 root 7256

随着ADAS市场渗透率快速提升,核心零部件的毫米波雷达市场需求也进入快速上升通道。

近日,博世第四代中距离雷达MRR4在武进工厂成功举行国产下线仪式,这样标志着博世在中国本土第一个中距离雷达的成功下线。

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截止到2016年,博世底盘控制系统已向全球市场供应超过一千万个毫米波雷达,可支持实现如ACC自适应巡航,预测性紧急制动系统等驾驶辅助功能。


特别是在中国市场上,截止至2017年11月,搭载着博世驾驶员辅助系统的自主品牌量产车型已多达30个以上。


一方面是传统Tier1巨头加快中国本地化量产,另一方面则是加大长距离雷达的技术研发。据外媒报道,大陆集团的第五代近程及远程雷达传感器已经宣布预计于2019年实现量产。


新一代传感器不仅性能更强,还能基于可扩展模块化原理及阶段函数功能,迎合车企多变的产品要求及电力电子(electrical-electronic,E/E)架构。


这款大陆的远程雷达的最大探测距离高达300米,其开启角(opening angle)为±60°,但要视具体的性能要求而定。


而近程雷达可轻松实现精确停车功能,该功能的实现尚属首次。此外,该近程雷达还能提供盲点探测、变道辅助或倒车侧方盲点监视系统。


此前,博世汽车官方表示,随着第一个中距雷达在本土实现国产,以及不久前成功实现国产化的多功能摄像头、立体摄像头及环视摄像头,博世驾驶员辅助系统中国区已实现所有驾驶员辅助系统传感器的国产化进程。


未来,作为在自动驾驶系统中不可或缺的雷达传感器,还将为更高等级的自动驾驶功能在中国市场落地起到关键的作用。

 

博世的雷达技术

 

《高工智能汽车》查询资料,了解到博世此次量产下线的MRR4雷达,传感器具有三个发射器和四个接收器通道,工作在76-77GHz频段,可满足标准的汽车雷达系统应用。


其上一代产品的工作张角(aperture angle)可达±45度,能探测远达160米的物体。凭借小型化设计(采用英飞凌的扇出RF器件),该雷达系统很容易被集成到汽车中。

 

MRR雷达系统集成了两个电路板,包括博世、飞思卡尔和意法半导体的电路。RF电路板使用混合PTFE/FR4基板制作非对称结构,并配有平面天线。


系统采用英飞凌77GHz的SiGe单片微波集成电路(MMIC)用作高频发射器和接收器。这两个RF裸片采用由英飞凌研发的嵌入式晶圆级BGA(embedded wafer level BGA)、扇出晶圆级封装(Fan-Out Wafer Level Package)。


相比传统的24GHz雷达传感器,博世77GHz雷达传感器功能更加强劲,目标识别率是前者的3倍,测速和测距精准率提高了近3~5倍。新型77GHz传感器采用SiGe技术,高集成度与简易设计使得传感器体积更小、重量更轻,从而可以隐蔽地安装在车辆保险杠或水箱上。


新型传感器通过CAN和Flexray界面与汽车电子系统进行连接。和传统24Ghz雷达传感器相比,新型传感器不仅外观更为小巧,而且价格更为经济。

 

博世早在2013年就已经推出了中距离雷达,用于3.5吨以上的新注册重型商用车型,因为欧盟在2013年11月规定对这类车型强制安装自动紧急制动系统(AEBS)和车道偏离警告系统(LDWS)。

 

中距离雷达一般是指是测距在150米左右,应对的是速度在120km/h以下的场景,按照这个距离刹车可以应对紧急情况。长距离的是在200米以上,这些性能指标目前已经被主机厂视为标准化的产品要求。

 

77GHz国产化起步

 

这两年随着ADAS在新车型渗透率的提高,市场对AEB(自动紧急制动)、ACC(自适应巡航)等更加高级的主动安全功能需求也越来越旺盛。另一方面,L3、L4高等级的自动驾驶对传感器的性能也提出了更高要求。


此前,一直被认为是技术难度和成本原因而市场表现平平的77Ghz毫米波雷达,正在成为ADAS的标配和L3级及以上自动驾驶系统的低成本方案的选择之一。


此前,博世占据了全球车载毫米波雷达的全球前三甲份额,其中又以77Ghz的毫米波雷达为主。目前,博世针对77Ghz的毫米波雷达,拿出了MRR,LRR两个系列,分别对应中距离和长距离探测,其中LLR的最新一代产品LRR4最大探测距离超过200米,可以让汽车在160公里的时速下使用ACC功能。


由于77GHz的雷达的波长更小,其电磁波产生的电磁辐射电磁线路加工工艺以及精度都有很高的一个水平。以天线为例,采用微带阵列天线它需要直接印刷在微波印制板的表面,由于极高的频率和极小的波长,使得在设计之中任何一个参数的偏离,引入的指标变化比24GHz的效益更为明显。

 

印制板的接电场数、板材物理尺寸、印制限宽等任何一个参数,都会导致信号传输特性的一个改变,造成功率的下降,天线方向度一个偏差,以及等效辐射功率的下降等指数参数的一个恶化。


同时,更高的频率对设计要求更高,在极高的频段需要更加充分考虑到各个器件的参数细微变化带来的各种效应。所以说整个的设计,这种极高频段对于天线的装配,天线加工的精度等等提到了一个很高的水平。


目前,市场上正在使用的毫米波雷达频段有24GHz、76-77GHz,主要应用于开门辅助、后方碰撞预警、车辆报警、防碰撞、自动巡航等系统,但此前76-77GHz主要是国外供应商占据绝对市场份额。近年来,国内有很多初创公司开始涉足77GHz毫米波雷达的研发。


木牛科技是国产77GHz毫米波雷达的突围企业之一,公司成立2年,从成立伊始主攻无人机领域,并在取得了无人机行业雷达的技术领先后,于2017年9月正式发布3款领先的下一代77G汽车毫米波雷达产品,为ACC、AEB、BSD、LCA以及自动驾驶提供配套产品和完整方案。


其中,一款Kanza77的远距离毫米波雷达,使用下一代77GHz RFCMOS技术,最大带宽2GHz,最大作用距离220米。使用强大信号处理算法和运算平台,可定制性极强。


一款T-79的中短距离毫米波雷达使用79GHz RFCMOS技术,最大带宽4GHz,最大作用距离80米,距离分辨力可达5cm,且性价比极高。这两款雷达完全满足现有乘用车、商用车市场需求。


按照计划,木牛科技计划年底实现77GHz产品的测试和迭代,同时建设工厂,明年实现量产,产品已经在给全球首批客户进行小批量的测试。


业内人士透露,77GHz国产雷达的原材料供应,包括芯片,已经基本不存在太大的问题。国外芯片商现在已经支持了国内企业采购,国内企业唯一存在差距的地方是生产检验的基地,以及产品的测试。


目前,国外芯片商类似于飞思卡尔已经向国内开放,只不过需要授权给相关企业。他们会通过实际考察企业,检验其是否具有设计、量产能力。2016年的时候,国内只有五家厂商获得了授权,但到现在已经有更多的企业获得了相应的资格。

 

雷达厂商类似于二级供应商,需要跟Tier1对接。主机厂零配件国产化的需求清晰,会首先选择在功能上满足要求的供应商,然后相互合作,给予优化测试的时间,但要求会比较高。


国内企业存在的问题是测试的场景并不丰富,导致获得不了主机厂信赖,难以获得前装的订单。本月初,77-81GHz毫米波雷达外场试验在合肥举行,这也是我国车用高频雷达首次进行外场测试。芜湖森思泰克参与了此次实际道路场景的测试验证。


目前,国内相关主管部门正在进行先进车用测距雷达的正式频率,产品无线电型号核准技术指标(不符合指标或未测试的雷达产品严禁进入中国市场)的筹划工作,国家工业和信息化部委托车载信息服务产业应用联盟开展77-81GHz毫米波雷达无线电频率技术研究测试工作,以确定频率和各项技术指标。


国产77GHz雷达量产难题

 

目前,国内主机厂要大量使用某个部件,应该要经过2年左右的测试试验期,作为主动安全的传感器——毫米波雷达更不例外。


到目前为止,国内厂商只是可以提供样机对接测试,功能性算法测试基本还未开始。上述业内人士表示,还没有听说哪家已经捆绑到某个车系做算法功能性的试验、测试,更复杂的测试更是还看不到。


一般公司如果跟主机厂签订量产合同,中间会有16个月左右的产品匹配的周期,这个产品匹配周期是必不可少的。


从产品客户需求的冻结,到与伙伴ECU接口的开发,到系统的性能的一个匹配,到10万公里的一个长距离适应性路试,到系统的精调以及后端下线检测设备的一个开发,所以说供应商要完成整整16个月时间的匹配周期。


其次,国内外厂商差距主要在于产品对交通和汽车场景和工况的理解,以及算法的积累与成熟度的问题。随着跨国零部件巨头加快毫米波雷达的国产化和高端产品的市场导入,对国内刚处于初创期的众多自主品牌确实存在一定冲击。


苏州豪米波科技CEO毕欣告诉《高工智能汽车》,对于国内毫米波雷达厂商而言,2019年实现量产是一个比较正常的速度。


目前,符合车规级量产的芯片目前国内供货渠道还有问题,77GHz芯片在明年三季度才有可能批量供货。另外,77GHz量产生产与测试也是未来一两年内77GHz雷达产业化的主要问题。


而苏州豪米波科技则选择另一条捷径。


近日,苏州豪米波技术与某日本供应商签署《战略合作协议书》,共同研发可量产的驾驶辅助系统(ADAS),其中就涉及到77GHz毫米波雷达产品的合作。


根据协议内容,苏州豪米波将提供现有的24GHz中距离雷达产品与ACC,AEB, LDW&LKA(车道保持)等ADAS集成控制算法,日本供应商提供77GHz远距离雷达和单目相机的传感器组合与一体机。


毕欣透露,公司算是第一批实现24GHz毫米波雷达量产的国内厂商,但在实现10K级的批量量产生产线过程中也面临着不断优化的问题。


本次合作中,苏州豪米波提供的24GHz中距离雷达已经获得了2018年底前装SOP订单,可实现BSD、LCA、RCTA(后方横向交通告警系统)、DOW(开门预警)等功能。公司年产5~10万台的毫米波雷达产线正在建设之中。


对于77GHz国产化的进程,有业内人士表示,2019年应该是比较现实的。但2018年应该是部分厂商具备量产状态(包括厂房、仪器设备、硬件定型、元器件渠道通畅等等),算法完善以及和装车的匹配试验路还很长。


同时,作为ADAS系统的核心传感器之一,多传感器融合和控制算法的研发主要依赖经验积累和参数调整。按照苏州豪米波的此次合作计划,整个过程需要把系统放到各种疑难场景和边缘场景中进行测试。


按照计划,预计到2019年,苏州豪米波和日本供应商的合作会有产品化落地的消息。届时面市的整套系统将包括摄像头、远中距离雷达、整车集成控制,以整体打包的形式向汽车行业供货。系统可将LKA、ACC、AEB等多个功能集成,达到SAE L2+的水平。


业内人士告诉《高工智能汽车》,2018-2019年国内ADAS市场会是大力发展的一年,对未进入产业链的创业公司而言,会出现一些公司的整合和并购。在此背景下,有实力的公司将会拥有更多的机会。