浅析汽车毫米波雷达市场格局及未来趋势

麦肯锡今年的研究报告显示,中国未来很可能成为全球最大的自动驾驶市场,至2030年自动驾驶相关的新车销售及出行服务创收将超过5000亿美元。从车辆的角度来看,届时中国大概有800万辆自动驾驶乘用车。

大量的中国企业正着手开发自动驾驶技术架构的核心构成要素,包括激光雷达、毫米波雷达、摄像头、处理器、软件和高精地图/基于位置的服务等。

我们知道,目前感知环境的传感器有摄像头、毫米波雷达、激光雷达和超声波传感器等。毫米波雷达凭借其可穿透尘雾、雨雪、不受恶劣天气影响的绝对优势,且能够“全天候”工作的超强能力,已成为汽车自动驾驶不可或缺的感知传感器。

车载毫米波雷达市场应用

顾名思义,毫米波雷达指工作在毫米波波段的雷达,通常毫米波是指30~300GHz频域(波长为1~10mm)的电磁波,毫米波的波长介于厘米波和光波之间,因此毫米波兼有微波制导和光电制导的优点。毫米波在5G通信、卫星遥感、导弹制导、电子对抗等领域有着广泛的应用,而近年来随着元器件水平的不断提升,电路设计、天线技术等相关技术日益发展和不断成熟,毫米波雷达的在汽车方面的应用也获得了很大的发展。

毫米波雷达分为远距离雷达(LRR)和近距离雷达(SRR),由于毫米波在大气中衰减弱,所以可以探测感知到更远的距离,其中远距离雷达可以实现超过200m的感知与探测。毫米波雷达的多项优势,使其目前在汽车防撞传感器中占比较大,根据IHS的数据,毫米波/微波雷达+摄像头在汽车防撞传感器中占比达到了70%。

同超声波雷达相比,毫米波雷达具有体积小、质量轻和空间分辨率高的特点。与红外、激光、摄像头等光学传感器相比,毫米波雷达穿透雾、烟、灰尘的能力强,具有全天候全天时的特点。另外,毫米波雷达的抗干扰能力也优于其他车载传感器。

五种汽车防撞传感器性能及优缺点对比

目前市场主流使用的车载毫米波雷达按照其频率的不同,主要可分为两种:24GHz毫米波雷达和77GHz毫米波雷达。通常24GHz雷达检测范围为中短距离,用作实现BSD(BlindSpotDectection,盲点探测系统),而77GHz长程雷达用作实现ACC(AdaptiveCruiseControl,自适应巡航系统)。

国内外毫米波雷达市场格局

美国、欧洲和日本在车载雷达技术和研究方面处于领先地位。从竞争格局来看,全球毫米波雷达市场被博世(Bosch)、大陆集团(Continental)、天合汽车集团(TRW)、法雷奥(Valeo)、海拉(Hella)、德尔福(Delphi)、电装(Denso)、奥托立夫(Autoliv)、富士通(Fujitsu)等厂商垄断,77GHz毫米波雷达,只有博世、大陆、德尔福、电装、TRW、富士通天、Hitachi等公司掌握。

相比国外企业,车载毫米波雷达在国内仍属于起步阶段。国内企业在以下两个方面还与国外大公司有一定的差距:芯片核心技术积累少,创新应用基本由国外巨头引领;差异化产品创新、品牌信誉度还有待进一步提升。

虽然欧美老牌劲旅已经在毫米波雷达市场量产、销售多年,但是面向更为广阔的 ADAS,以及新兴的全自动驾驶市场,国内毫米波雷达行业的新兴势力也在不断冒头。

毫米波雷达主要包括雷达射频前端、信号处理系统、后端算法三部分。在现有的产品中,雷达后端算法的专利授权费用约占成本的50%,射频前端约占成本的40%,信号处理系统约占成本的10%。目前国内市场上24GHz毫米波雷达的产品体系已经相对成熟,供应链已经相对稳定,24GHz的核心芯片射频芯片能从英飞凌、飞思卡尔等芯片供应商获得。

但是,在全球范围内77GHz毫米波雷达芯片并没有稳定的供应体系,由于相关知识产权与合作协议的原因,英飞凌、飞思卡尔、意法半导体等芯片商对中国并没有放开77GHz雷达芯片的供应,因此国内77GHz毫米波雷达的开发受到一些限制。

但目前国内的行易道、森斯泰克等很多企业已经逐步实现77GHz毫米波雷达的量产,开始和国内整车厂展开合作,并占有了部分的国内市场份额。

2015年9月,北京行易道成功自主开发了第二代77GHz毫米波雷达样品。现阶段行易道已经研发出国内首个民用77GHz汽车雷达以及基于SAR的79GHz汽车雷达,其中非常贴近主流市场的77GHz中近程雷达开始量产。目前,行易道出品的77GHz防撞雷达,已经装配在北汽的无人车上,是我国第一家和主机厂合作的毫米波雷达公司。

加特兰微去年发布了首颗适用于车载的77GHzCMOS毫米波雷达芯片。该芯片是全亚太第一颗适用于车载雷达的77GHz收发芯片,并且已经实现了量产。

毫米波雷达未来发展趋势分析

汽车毫米波雷达的需求向高精度发展,一些高端车型的雷达系统正在从24GHz向77GHz升级。以ACC自适应巡航为例,所使用的雷达升级换代成77GHz的毫米波雷达后,ACC自适应巡航的工作时速由25km起,比起24GHz雷达系统,识别率是原来的三倍,测速和测距的精准率提高了三至五倍,因而可以更准确快速地监测与前车的距离,在保持距离的情况下随前车的速度进行加减速、刹停和起步。

根据美国FCC和欧洲ESTI的规划,24GHz的宽频段(21.65-26.65GHz)将在2022年过期,在之后汽车在24GHz能用的仅剩下24.05-24.25GHz范围的窄带频谱。在77GHz频段,汽车雷达将能使用77-81GHz高达4GHz的带宽。77GHz主要面向100-250米的中长距探测,例如ACC\FCW\AEB等。随着车用雷达系统对精度要求的提升,77GHz将是未来的主流。

毫米波雷达也在走向高分辨率。这里的分辨率不仅仅是目标测距的分辨率,更是指毫米波雷达的空间分辨率。盲点监测等传统汽车毫米波雷达应用只需要雷达监测在视野的一定距离中是否有物体即可,至于该物体是位于视野中的哪一个位置则并不关心。

毫米波雷达芯片的重要趋势是CMOS工艺成为主流。毫米波电路传统的实现工艺是GaAs等III-V族工艺,但是III-V族工艺的成本过高,同时集成度低无法在芯片上集成数字模块,因此SiGe这样的工艺得到了不少应用。而随着CMOS工艺的特征尺寸不断缩小,在28nm节点之后CMOS工艺已经能基本胜任毫米波雷达的波段,因此毫米波雷达也就自然而然转向CMOS工艺。

虽说毫米波雷达有不足之处,但全天候的工作状态是最大优势。其测速、测距的精度要远高于视觉传感器,与激光雷达相比,穿透力会更好。但是整体来讲,这并不冲突,因为未来会走向融合的趋势,特别是针对自动驾驶,毋庸置疑三大传感器会相互融合。

偶遇知芯人

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