作為智能汽車感知系統越來越關鍵的一環,毫米波雷達已經成為和視覺傳感器同等甚至更為重要的汽車電子元件,更優秀的功能特性、更合適的成本價格帶來了更廣大的市場前景。而隨著智能網聯汽車需求和整個產業的進一步發展,毫米波雷達也在不斷進化,企圖統領雷達市場。同時,也和視覺感知一樣,毫米波雷達在全球以及中國市場相當程度上被國際巨頭供應商壟斷,中國企業面臨著巨大的機遇與挑戰。
競科技製圖
一、融合與分歧
毫米波是指波長在1mm~10mm之間、頻率位於30GHz到300GHz之間的電磁波,毫米波雷達是利用高頻電路產生特定調製頻率的電磁波,並通過天線發送電磁波和接收從目標反射回來的電磁波,通過發送和接收電磁波的參數來計算目標的各個參數,包括距離參數、速度參數、方位參數等。
在汽車感知系統中,毫米波雷達的作用距離和測量精度上都優於視覺攝像頭,特別是在探測距離上,毫米波雷達的探測距離可達200米以上,攝像頭的探測距離則一般不足百米。同時,攝像頭容易受到光照、天氣等因素的影響,而毫米波雷達能夠穿透塵霧、雨雪,不受惡劣天氣影響,具有全天候的工作特性。
但毫米波雷達對行人、車輛、交通標識牌等物體的目標識別能力不如攝像頭,目前,在智能汽車的感知系統中,視覺傳感器和雷達傳感器相互融合是主流方案。
而在車載雷達領域,除了毫米波雷達,還有超聲波雷達和雷射雷達。雷達類傳感器工作原理基本相同,但不同類型的雷達優劣勢不同。
超聲波雷達作用距離較短,同時相比於毫米波雷達,體積偏大,質量較重,但技術要求不高,成本較低,目前主要應用於汽車泊車系統中。而在更為重要的自動駕駛領域,毫米波雷達和雷射雷達則代表了一種方向分歧。
和雷射雷達相比,成本是毫米波雷達的最大優勢。目前,毫米波雷達的價格在千元級別,而雷射雷達則在萬元以上。雷射雷達方案存在的必要性是基於安全性的考量,更加精準的三維立體感知能力、更快的反應速度和更高的解析度可以讓汽車行駛的安全性大大提高,也更加適合用於更高級的自動駕駛。
雖然雙方都有各自的優劣勢,但目前來看,毫米波雷達方案越來越得到青睞。特斯拉的Autopilot自動駕駛系統便是採用的「毫米波雷達+視覺攝像頭」的融合方案,馬斯克更是多次唱衰雷射雷達。特斯拉車型能夠不斷降價,很大程度上也是源於零件成本上的壓縮。同時,由於更高質量的自動駕駛算法,其自動駕駛性能依然出眾。
事實上,隨著毫米波雷達技術的不斷發展,大有一統雷達市場的趨勢。角雷達的興起,使得毫米波雷達廠商開始嘗試超短距離的雷達方案,替代傳統超聲波雷達進行泊車輔助、近距離盲點監測等。而成像雷達的出現,則有機會彌補毫米波雷達在物體識別領域的缺陷。
二、24與77/79
毫米波雷達成為主流方案的同時,自身也有了起「內訌」的勢頭,更高的感知要求,使得不同頻率也開始爭奪王位。
目前主流使用的車載毫米波雷達按照其頻率不同,主要可分為24GHz和77GHz兩種。
24GHz頻段的雷達嚴格意義上屬於釐米波雷達,但由於其性能和毫米波雷達相似,通常將其也歸為毫米波雷達。此頻段的毫米波雷達由於探測距離較短,主要用於側向感知,如盲區報警、變道輔助、開門輔助等,在自動駕駛系統中常用於感知車輛近處的障礙物。
24GHz頻段的毫米波雷達也是國際上最早得以用頻率劃分確定的雷達,經過多年對24GHz毫米波雷達的研發,其技術已經足夠成熟,市場供應鏈已相對穩定,價格在毫米波雷達中也最低,目前車載滲透率也是最高的。
77GHz雷達在探測精度與距離上優於24GHz雷達,正在成為車載雷達的主要使用頻段。由於優秀的遠距離探測能力,其主要用於前向遠程雷達。一般安裝在車輛前保險槓上,探測前車的距離和速度,主要實現緊急制動、自適應巡航、前向預警等主動安全功能。
目前,在ADAS系統中,雷達的組合方案一般是長、中、短距雷達相互組合,以實現感知能力與成本的最優化。但基於77GHz頻段毫米波雷達的性能優勢,其替代24GHz頻段的成了新的勢頭。
事實上,根據歐洲電信標準協會和聯邦通信委員會制定的頻譜法規和標準,預計到2022年,24GHz車載雷達將逐漸退出美國和歐洲市場,被77GHz車載雷達取代。雖然國內市場相比國際市場有延遲,但目前來說大部分廠商已將重點方向放在77GHz頻段的毫米波雷達上。
同時,隨著2015年世界無線電通信大會決議將77.5GHz—78.0GHz劃分予無線電定位業務,使得76—81GHz皆可用於車載雷達,全新的79GHz的毫米波雷達正在進入人們的視野。
24GHz頻段的毫米波雷達主要用於短距離探測,但其角解析度不高。角解析度代表著雷達的指向精度。而79GHz的毫米波雷達有著高解析度的特點,同時相較於77GHz有更強的成像能力。不少企業已經跳過24GHz頻段,直接研製79GHz頻段。更重要的是,在77GHz頻段的毫米波雷達被國際巨頭壟斷的現實情況下,我國雷達廠商不具備優勢,79GHz則是新的機會。
三、機遇與挑戰
事實上,不僅是技術上的機會,和視覺傳感器一樣,由於我國整體汽車ADAS市場開發率較低,雷達傳感器覆蓋也不足。目前,國產乘用車毫米波雷達滲透率不到5%,距離國際標準水平的40%-50%還有非常大的增長空間。
而目前汽車毫米波雷達裝配也正在加速普及,《2019-2020年全球與中國汽車毫米波雷達產業研究報告》數據顯示,2019年全年中國乘用車市場毫米波雷達安裝量達517萬顆,同比增長44.37%。其中77GHz增速顯著,為69.3%。
不過,機會面前也是巨大的挑戰。
目前,全球毫米波雷達市場主要由博世、法雷奧、海拉、大陸、德爾福、電裝等國際巨頭廠商主導,其中法雷奧、海拉和博世佔據我國24GHz雷達市場60%以上的出貨量,大陸、博世和德爾福佔據我國77GHz雷達市場80%以上的出貨量。
我國77GHz頻譜開放較晚,且由於77GHz頻段的毫米波雷達體積更小,精度更高,製造與設計難度比24GHz要高出不少,國內能夠實現量產的企業還在少數。同時,79GHz多數還處在實驗室驗證階段。
機遇與挑戰並存的情況下,國內初創企業正在尋求突破。
2019年底,木牛科技宣布完成5000萬人民幣的新一輪股權融資,投資方為君茂資本、流馬資本和勁邦資本。本輪融資主要用於研發車載雷達和成像雷達、擴建自有雷達產線和測試線。
木牛科技從2017年初開始研發高解析度點雲成像雷達,並於2019年8月開始小批量生產第二代4D點雲成像雷達O-79 4D的樣機,可用於L3及以上的自動駕駛或無人機械等場景。
點雲成像毫米波雷達保留了毫米波「全天候、測速準、成本低、車規級」的優勢,又解決了傳統汽車雷達「分辨力低、靜止目標感知差」的痛點,用毫米波的成本和可靠性獲得接近雷射雷達的高分辨、高密度點雲信息的性能。
79GHz頻段也有企業斬獲佳績。
2020年3月,莫之比智能科技正式對外宣布完成A輪融資,該輪融資由深圳宏富二號、瀟湘智感、瀟湘智捷等聯合投資,融資金額為3000萬元。
莫之比智能專業從事毫米波雷達傳感器研發、生產及銷售,擁有一支以國防科技大學教授、博士為核心,專業工程技術人員為主體的高水平科研團隊。其專注77GHz—81GHz毫米波雷達的研究,目前已研發出77GHz毫米波雷達與視頻融合系列產品,同時,79GHz頻段毫米波雷達也已率先實現量產。
此外,楚航科技、安智傑、承泰科技、蘇州豪米波等雷達初創企業也都完成了新一輪的融資,努力推進77/79GHz的量產進程,同時不斷與國內乘用車企業如一汽、東風、江淮展開合作,並獲得量產訂單。
整體來看,國內毫米波雷達企業還有很長的路要走,技術上的突破、供應鏈的融入、中高端的滲透都需要不斷沉澱。智能汽車更長遠完善的發展進程給初創企業以機會,國內企業需要努力使自身前進速度趕上智能汽車的發展速度,在行業市場巔峰來臨之前站穩腳步,也只有這樣才能在繁榮的市場藍海中享受到屬於自己的紅利。