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车载毫米波雷达迎新窗口期,本土企业加速破局

盖世汽车 Vivi 2022-06-29 07:03:31

海之博张全慧:智能底盘风口已至,中国品牌迎来机遇期

自动驾驶的快速发展,为车载毫米波雷达打开了新的增长空间。据相关分析数据显示,未来3-5年,国内车载毫米波雷达的市场规模预计将实现40%左右的增长,到2023年市场规模有望突破200亿元,2025年进一步增至263亿元。

但这其中属于本土玩家的市场份额却只有很小一部分。由于国内车载毫米波雷达产业起步相对较晚,各方面条件都不是很成熟,在过去很长一段时间里该领域一直由外资零部件巨头牢牢占据着主导地位,尤其在主流的77GHz车载毫米波雷达领域,自主化率更低。

而自动驾驶的发展又离不开毫米波雷达。看到这一发展契机,过去几年很多本土企业都将毫米波雷达当做了发力重点,争相开展布局,由此拉开了车载雷达国产替代大幕。

本土厂商突围毫米波雷达国产化

受智能化变革驱动,汽车行业对毫米波雷达的需求正呈现高速增长态势。

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理想L9的融合感知系统,图片来源:理想汽车

与超声波雷达、摄像头等传感器相比,毫米波雷达因具有探测范围广、距离远以及抗干扰能力强的特性,并可以全天候工作,在过去几年被广泛应用于ACC、AEB、FCW等驾驶辅助功能中。发展到现在,很多车企都将毫米波雷达当做了整车智能驾驶系统的标配。例如刚刚上市的理想L9、智己L7、蔚来ES7以及小鹏G9、威马M7等新车,单车所配置的毫米波雷达数量均已达到了5颗之多。

接下来,随着智能驾驶不断从ADAS向高阶自动驾驶演进,对整车感知系统的准确性和可靠性提出更高要求,单车所搭载的毫米波雷达数量将进一步增加。到L4、L5阶段,在整车的传感器方案中,毫米波雷达数量最多有望达到12颗。

不仅如此,受市场需求及标准等的驱动,推动车载毫米波雷达应用趋势从24GHz雷达逐渐转向 77GHz甚至79GHz雷达,单车毫米波雷达价值也将因此大幅提升。据相关分析数据显示,随着单车毫米波雷达数量从L2的1~3颗增长至L4的8颗,其单车价值量有望从L2的87美元增加为L4的490美元。

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米传科技CEO 钱建良,图片来源:米传科技

如此广阔的市场在过去几年激发了一股创业热潮,米传科技也是在这一背景下创立的。据米传科技CEO钱建良近日接受盖世汽车采访透露,考虑到毫米波雷达在汽车上有很多不同的应用场景,自成立米传科技就规划了三条77GHz雷达产品路线,分别是低成本车载轴向雷达MT-AR1E、高性能车载轴向雷达MT-AR1P和低成本能车载角雷达MT-CR1。

其中MT-AR1E最远探测距离可达200米,最大探测范围可达±45°,距离分辨率约为0.75米,角度分辨率为4.5°。“为什么会有这样一个设计呢?主要是为了满足前向和后向的各种探测需求,比如在ACC场景中,经常会有其他车辆切进或者切出车道,要检测到这类情况,不同距离对角度的覆盖要求不一样,在150米左右的时候,可能±10°就可以检测出来,但如果是在距车30~40米的时候,角度覆盖太小的话难以满足需求。” 钱建良指出。

在天线配置上,MT-AR1E采用了3发4收配置。因为对于量产级车载毫米波雷达而言,一个重要的考量因素是如何能在尽可能低的成本上实现尽可能优秀的性能表现,而这两项恰恰都与天线配置有关,基于对市场需求的把控,米传科技确定了3发4收方案,与行业主流趋势基本一致。

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MT-AR1P,图片来源:米传科技

MT-AR1P在设计上采用了两个3发4收的收发器,实现6发8收,各方面性能较MT-AR1E均有极大的提升——最远探测距离可达250米,最大探测范围达±60°,同时兼具长距小角度和中距大角度的高分辨率探测需求。

而角雷达MT-CR1,从实际应用场景出发——主要是探测车辆四角的情况,支持RCW、CTA、LCA、BSD、APA等辅助驾驶功能应用,测角范围比前面两款产品更大,达到了±75°。在此过程中,为更好地支持泊车辅助等应用,米传科技在MT-CR1上采用了超大带宽天线,在主控单元中进一步集成了超短距应用算法,使MT-CR1得以兼具超短距雷达探测功能,由主控单元根据实际应用场景灵活配置和调度。

基于这一设计,MT-CR1最近探测距离能缩短至30米左右,对应的距离分辨率可以达到10厘米以下。“因为在泊车场景中,距离分辨率往往越小越好。另外,通过我们这种方案,相当于把角雷达和超短距雷达应用集成在一起,如此可以帮助降低整车毫米波雷达搭载量,从而降低感知系统的综合成本。” 钱建良表示。

据悉,目前米传科技三款毫米波雷达产品均已经完成了性能验证,将于今年实现小批量生产,并交付给相关车企及Tier1合作伙伴进行下一步的项目开发。

补“短板”需从生态建设着手

在车载毫米波雷达领域,本土企业历经数年探索,已经推出了不少量产级解决方案。尽管如此,与博世、大陆、安波福、海拉等外资巨头相比,仍有较大差距。尤其是在产品成熟度方面,钱建良认为本土企业还有很多不足。

“何谓成熟度?就是能够针对不同的场景应用设计出既满足需求,同时成本又低的车载毫米波雷达产品。”但这并不容易。钱建良指出,目前本土企业在车载毫米波雷达方面一个很大的挑战是分辨率无法很好地满足需求,而这对于ACC等高频辅助驾驶应用场景又十分关键。

不难发现,过去几年本土企业在车载毫米波雷达国产替代方面大多是从BSD盲区监测等安全等级相对较低的领域做起,因为这一应用场景对雷达的性能要求相对较低,往往只需探测出目标区域内是否有障碍物即可,至于障碍物具体在什么位置,要求并不是很高。

另一个重要的差异则是在研发跟生产的隐性成本上,而这又直接决定了最终的产品成本。如果从1999年奔驰率先在S级轿车上应用77GHz雷达开始算起,毫米波雷达在汽车领域的应用已经有超过二十年的时间,在这期间车载毫米波雷达经过无数次的迭代升级,在模组的硬件方案、算法原理等方面其实基本趋于统一。“但为什么大家的产品价格还是有较大的差异,这主要是由研发和生产成本所导致。” 钱建良表示。

要解决这个问题,他认为很关键的一点是要做好车载毫米波雷达的生态建设,也即是要有完善的车载毫米波雷达测试测量方法及设备,这是重要的技术基础。“毫米波雷达工作是靠发射信号出去,并接收目标反射信号,然后根据收发的时间差测得目标的位置数据和相对距离,以及计算相对速度的。在此过程中,信号质量的好坏会直接决定雷达的整体性能,也只有这一步做好了,后面针对雷达设计的一系列优化才更有意义。” 钱建良指出。

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MT-RSM77 雷达信号测量设备,图片来源:米传科技

为此,在专注于研发车载毫米波雷达模组的同时,米传科技也在进行毫米波雷达的生态环境建设,并自主研发了77GHz毫米波雷达信号专用测试设备MT-RSM77和专用全自动测试系统MT-RSS77,以及相关的配套工具,比如用于100Base-T1车载以太网接口和100Base-TX标准以太网接口互转的MT-BR2RJ45,以拿到尽可能多的毫米波雷达原始数据,用于支撑后续的一系列研发,推动降本。

“与其他一些设备供应商不同,我们这套设备是专为毫米波雷达而研发。而且我们这套工具不仅可以用在产品研发过程中,还可用于生产阶段。因为车载毫米波雷达产品在下线之前,也需要进行一系列的检测,传统的做法基本都是应用国外设备,不仅价格昂贵,而且这类设备往往仅能检测雷达测距、测速、测角等性能是否满足要求,但无法明确告知具体问题所在,后续还需要技术部门介入,无形中会增加生产成本。但我们的设备不仅能检测产品是否合格,还能测出不合格之处,能不能通过软件补救快速转化成合格产品。” 钱建良解释道。

据他透露,目前这套测试设备基本完成研发,在米传科技内部已经在用于对相关产品进行测试测量,将来合适的时候也会对外开放甚至出售,用于帮助其他企业解决底层信号系统问题。“底层信号是毫米波雷达企业必须弄清楚的一件事,这个虽然很重要但并不是雷达成败的核心,雷达成败的真正核心还包括后面一系列的算法,所以有意愿的企业不必有其他顾虑。”

值得一提的是,与外资设备企业的解决方案相比,米传科技这套设备的价格可能不足其十分之一,而且由于米传科技本身也是毫米波雷达研发企业,在雷达测试测量方面有很深入的研究,有望比外资设备提供商更好地支持本土毫米波雷达企业的发展。

4D雷达量产化要看自动驾驶

整车智能化升级,不仅赋予车载毫米波雷达更大的市场空间,也为这项技术带来了新的创新升级方向,即4D成像雷达。

与传统毫米波雷达相比,4D雷达主要是在原有探测距离、方位、速度的基础上增加了对目标高度维的测量。如此一来,可以有效解决传统毫米波雷达角度分辨率不足、对高度测量不精确、无法高密度点云成像等问题,更好地满足高级别自动驾驶对环境的高精度感知需求。甚至在部分业内人士看来,在某些场景中4D雷达有望作为激光雷达的“平替”。

因此近两年以博世、大陆、采埃孚等为代表的国际Tier1,以及华为、华域汽车、纵目科技、保隆科技、经纬恒润、森思泰克、安智汽车等本土零部件提供商,相继启动了4D毫米波雷达研发计划,并陆续进入量产周期。

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4D毫米波雷达应用场景,图片来源:采埃孚

比如采埃孚的4D毫米波雷达已经确认将搭载于飞凡R7,该车计划今年下半年正式上市并完成交付。华域汽车近日在投资者互动平台表示,其电子分公司自主研发的4D成像毫米波雷达产品已实现对友道智途等商用车智驾客户的小批量供货。安智汽车创始人郭健则透露,由该公司研发的4D成像雷达将在年内面世。

据相关机构预测,4D毫米波雷达将从2022年年初开始小规模前装导入,预计到2023年搭载量将突破百万颗,到2025年占全部前向毫米波雷达的比重有望超过40%。

钱建良透露,目前米传科技也在紧跟这一行业趋势,并计划开展相关立项。但具体的项目进展还要看自动驾驶的实际发展情况。而且4D毫米波雷达本身面临的技术挑战也不容忽略,尽管在探测效果上,4D毫米波雷达提升明显,但在技术难度上也是成倍增加的。

“4D毫米波雷达要增加高度维的测量,必须得有测量高度维的天线阵,这意味着算法会更复杂,对应处理器的算力也需要增加。” 钱建良表示。而目前的事实是,适配4D毫米波雷达的芯片才刚刚起步。今年初,恩智浦在2022 CES上正式宣布量产S32R45成像雷达芯片,紧随其后,Mobileye、安霸等企业也纷纷宣布加速布局4D雷达芯片研发。整体来看,行业还处于比较初级的发展阶段。

另外,要提升4D雷达的角分辨率和测高能力,在技术实现上很有难度,目前行业主要有三种方案,一种是通过增加芯片、天线等硬件来实现,即将标准雷达芯片进行多片级联,形成多发多收天线阵列,但这种方案会因为硬件的堆叠,造成成本、尺寸、功耗同步大幅增加,工艺难度上升,而且大量的天线之间还会相互干扰。另一种是依靠AI算法增加虚拟通道数,但会因为帧率变慢,导致反应速度变慢。第三种则是通过将多发多收天线集成在一颗芯片中,形成专用4D雷达芯片,不过这类芯片往往能耗较高,并且价格也十分昂贵。

尽管如此,钱建良表示,米传科技依旧会紧跟市场需求进行相应的技术储备,并选择合适的技术路线。与此同时,也会持续完善毫米波雷达生态环境建设,以更好地支持产品研发,比如开发面向舱内生命体征探测的毫米波雷达,也将是米传科技比较确定的发展方向。

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