《電子技術(shù)應(yīng)用》
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超聲波雷達(dá)的“未來江湖”

2018-07-19
關(guān)鍵詞: 超聲波雷達(dá)

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  超聲波雷達(dá)的工作原理,是通過發(fā)射接收40KHz 的超聲波,根據(jù)時間差測算出障礙物距離,其測距精度大約是1~3厘米左右。

  其構(gòu)造一般分為等方性傳感器和異方性傳感器,所謂的等方性傳感器為水平角度與垂直角度相同,異方性傳感器為水平角度與垂直角度不同。等方性傳感器的缺點在于垂直照射角度過大,容易探測到地,無法偵測較遠(yuǎn)的距離。異方性超聲波探頭產(chǎn)生的超聲波波形強弱較不易穩(wěn)定,而容易產(chǎn)生誤報警的情況。

  超聲波雷達(dá)的技術(shù)方案,一般有模擬式、四線式數(shù)位、二線式數(shù)位、三線式主動數(shù)位,其中其三種在信號干擾的處理效果上依次提升,但依然存在。在技術(shù)難度、裝配以及價格上各有優(yōu)劣,總體呈遞進趨勢。

  而三線式主動數(shù)位倒車?yán)走_(dá),每個倒車?yán)走_(dá)傳感器(探頭)內(nèi)部帶有 CPU,獨自完成信號的發(fā)射接收及數(shù)據(jù)處理,基本上不存在信號在傳輸上的干擾及損失;具有非常好的EMC及EMI性能;探頭通過CPU可以及時各自地對各種信號進行處理和運算,并對檢知器(超聲波傳感器本體)進行控制,從而取得非常精準(zhǔn)的信號和判斷。

  市場上使用較多的是模擬式雷達(dá),技術(shù)實力強的公司,會使用后幾種方式。一般工藝水平只能將訊號源以及傳感器驅(qū)動回路電源分開并且多數(shù)采取四線式做法。

  檢驗超聲波的性能指標(biāo),通常有傳感器的水平/垂直偵測范圍,傳感器的阻抗特性,傳感器的感度溫度特性,傳感器的余振溫度特性,傳感器的響應(yīng)頻率與感度溫度特性,傳感器的電容與溫度特性等。

  同時,雷達(dá)的抗同頻干擾性、不偵測地面技術(shù)、自動故障診斷技術(shù)、抗共震、耐高低溫、防水技術(shù)也是關(guān)注的焦點。

  自動泊車不易

  超聲波雷達(dá)一般安裝在汽車的保險杠或者側(cè)面,前者稱為UPA,一般用于測量汽車前后障礙物,后者稱為APA,用于測量側(cè)方障礙物。

  APA超聲波傳感器是自動泊車輔助系統(tǒng)的核心部件,探測距離較遠(yuǎn),可用作探測車位寬度,獲得車位尺寸及車輛的位置信息。APA傳感器使用與倒車?yán)走_(dá)不同的工作頻率,不形成干擾。一般在泊車系統(tǒng)中,通常的配置是8UPA+4APA。

  超聲波雷達(dá)成本較低,探測距離近精度高,且不受光線條件的影響,因此常用于泊車系統(tǒng)中。

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  自動泊車功能離不開超聲波雷達(dá)。

  寶馬最新的 i 系列和 7 系列已經(jīng)支持使用車鑰匙遙控汽車自動泊車,在操作過程中用戶只需要發(fā)出前進或后退兩個指示,汽車就會持續(xù)使用超聲波傳感器檢測車位和障礙物,自動操作方向盤和制動器,實現(xiàn)自動泊車。

  大眾第三代超聲波半自動泊車系統(tǒng),泊車輔助系統(tǒng)通常使用 6-12 個超聲波雷達(dá),車后部的4個短距超聲波雷達(dá)負(fù)責(zé)探測倒車時與障礙物之間的距離,一側(cè)的長距超聲波雷達(dá)負(fù)責(zé)探測停車位空間。

  超聲波雷達(dá)的波速與溫度相關(guān),因此測量的精度與溫度也直接相關(guān)。

  2018年5月24日,百度與盼達(dá)用車在重慶啟動國內(nèi)首次自動駕駛共享汽車試運營,6臺搭載了百度Apollo開放平臺Valet Parking(自動泊車)進行了現(xiàn)場演示,泊車過程中會偶爾出現(xiàn)壓到邊界線的情況。

  2018年6月13日,CES Asia上零跑汽車也展示了S01的自動泊車功能,演示過程中也出現(xiàn)了壓線的情況,經(jīng)工作人員調(diào)試后有所改善。工作人員表示,是由于當(dāng)天氣溫較高,影響到了測距的精準(zhǔn)性。

  出現(xiàn)這種情況的,一種是雷達(dá)傳感器本身的性能差異,另外一種就是軟件算法不夠完善。要解決這兩個問題,需要軟硬件方面的不斷調(diào)優(yōu)。這也是拉開國內(nèi)外雷達(dá)廠商之家差距的地方!

  低調(diào)的巨頭:博世、法雷奧

  超聲波雷達(dá)模組的主要生產(chǎn)商有博世、法雷奧、日本村田、尼塞拉、電裝、三菱、松下、臺灣同致電子、深圳航盛電子、深圳豪恩、輝創(chuàng)、上富、奧迪威等。傳統(tǒng)的超聲波雷達(dá)多用于倒車?yán)走_(dá)應(yīng)用,這部分市場基本被博世、法雷奧占據(jù),國內(nèi)廠商很多,但能進前裝市場的寥寥無幾。

  博世公司還有超聲波雷達(dá)、倒車?yán)走_(dá)、半自動泊車、全自動泊車,超聲波雷達(dá)增加整個探測范圍,提高刷新時間,每一個超聲波雷達(dá)有一個代碼,避免超聲波雷達(dá)有噪音,可以更加精準(zhǔn)。第六代超聲波雷達(dá)可以很好的識別第五代產(chǎn)品無法識別的低矮物體。博世車用超聲波傳感器的檢測范圍為20~450厘米。

  法雷奧的超聲波雷達(dá)已經(jīng)有十年的量產(chǎn)經(jīng)驗,短距超聲波雷達(dá)覆蓋范圍為(2-4m)。其最新一代的自動泊車系統(tǒng)Park4U,就是基于超聲波雷達(dá),有平行與轉(zhuǎn)角的兩種泊車模式。 車身前后只需留出40厘米的空間,該系統(tǒng)就能夠自動完成泊車過程。其客戶有路虎、起亞、大眾途安等眾多OEM廠商。

  同致電子主要生產(chǎn)有汽車倒車?yán)走_(dá)、遙控中控、后視攝像頭、智能車內(nèi)后視鏡等產(chǎn)品,是國內(nèi)各大汽車廠(如上海通用、上海大眾、東風(fēng)日產(chǎn)、上海汽車、神龍汽車、奇瑞汽車、吉利汽車、福特汽車等)的供應(yīng)商,也是目前亞洲倒車?yán)走_(dá)OEM市場第一供應(yīng)商。

  廣州奧迪威是一家成立19年的公司,UPA超聲波傳感器為奧迪威主營產(chǎn)品之一,2017年奧迪威銷售超聲波傳感器近3000萬支,中國汽車市場占有率達(dá)到近三成,全球汽車倒車?yán)走_(dá)傳感器市場占有率約9.59%。

  由于超聲波雷達(dá)是2B的生意,因此公開渠道并沒有太多的信息紕漏,供應(yīng)商與客戶之間都是直接提供解決方案。

  業(yè)內(nèi)人士表示,超聲波雷達(dá)在技術(shù)原理上本身沒有太大的難度,國內(nèi)外廠商之間的差距,主要在于傳感器實現(xiàn)上的穩(wěn)定性和可靠性。在這方面,國產(chǎn)廠商還有更長的路要走,積累經(jīng)驗。

  未來市場競爭格局

  目前大部分車型搭載的超聲波雷達(dá)都為倒車?yán)走_(dá)UPA,而隨著近年來自動駕駛概念的興起,基于超聲波的自動泊車功能,逐漸進入大眾視野,APA的市場會逐漸打開。

  預(yù)計到2022年,自動泊車和智能泊車的市場占有率將會大幅提升,國內(nèi)超聲波雷達(dá)的市場份額將會達(dá)到上百億。由此也催生了一些初創(chuàng)公司進入超聲波雷達(dá)領(lǐng)域,位于蘇州的輔易航就是這樣的一家公司。

  公司的核心創(chuàng)始團隊,均來自國內(nèi)一線廠商的超聲波項目組,CEO辛勇磊有著11年汽車前裝市場的經(jīng)驗,曾是兩家公司的聯(lián)合創(chuàng)始人,是一位成功的連續(xù)創(chuàng)業(yè)者。軟件負(fù)責(zé)人曾供職于華為、博世,是一名資深的軟件架構(gòu)工程師。公司的硬件負(fù)責(zé)人也有著5年的跨國汽車電子硬件開發(fā)經(jīng)驗,是西南交大電氣自動化碩士。

  公司雖然正式成立于2017年6月,但在一年多的時間里,已經(jīng)研發(fā)出了基于超聲波的半自動以及全自動泊車方案,能夠適應(yīng)60%的泊車場景。

  而在2018年年底前,公司希望能夠通過深度融合攝像頭的方案,實現(xiàn)3D泊車指引、特定車位制定的功能,覆蓋80%的泊車場景。未來通過系統(tǒng)升級,逐漸實現(xiàn)全場景智能泊車,以及最后一公里代客泊車系統(tǒng)。

  輔易航目前已經(jīng)在蘇州工業(yè)園區(qū)建立了超聲波傳感器及控制單元的生產(chǎn)基地和實驗中心,基于超聲波傳感器的軟、硬件,已實現(xiàn)全自動泊車、遙控泊車、半自動泊車、盲區(qū)檢測、低速緊急制動等ADAS功能,專注于“超聲波+視覺”融合型智能泊車解決方案。

  輔易航CEO辛勇磊表示:未來超聲波的發(fā)展會往長距離探測、精確定位、安裝便捷性方向發(fā)展,同時從整車角度來看,為了實現(xiàn)系統(tǒng)安全的冗余度,會往多系統(tǒng)融合、實現(xiàn)功能聯(lián)動上發(fā)展,從而實現(xiàn)更豐富的應(yīng)用場景。

  未來,超聲波雷達(dá)的國內(nèi)市場的競爭格局會成兩極分化的形態(tài)。

  一種是傳統(tǒng)的僅對障礙物距離做預(yù)判的普通的倒車?yán)走_(dá)產(chǎn)品市場。這類產(chǎn)品市場的特征是技術(shù)門檻較低,產(chǎn)品附加值不高。其主要利潤來自于大規(guī)模的量產(chǎn)數(shù)量和有效降低硬件及生產(chǎn)成本。

  在這類普通超聲波傳感器的市場上,有能力自主制作傳感器的核心部件的供應(yīng)商,對產(chǎn)品成本的競爭力會遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于核心部件外購的供應(yīng)商。而目前國內(nèi)具備該能力的廠商都是博世,法里奧等國際知名傳統(tǒng)汽車零部件供應(yīng)商。

  另一種是支持緊急制動,錯誤加速,360防撞等高級功能的產(chǎn)品市場,只有這類超聲波傳感器產(chǎn)品才具備與視覺系統(tǒng)融合的基礎(chǔ)條件。也是具備最終達(dá)到L2級別的全自動和智能泊車的一個產(chǎn)品。在這類市場上的玩家目前也是只有2家國際知名廠商具備該能力。

  由于汽車行業(yè)開發(fā)周期長的特殊性,基于已經(jīng)或近期量產(chǎn)的車型,普通超聲波雷達(dá)的市場隨著乘用車產(chǎn)量的逐年增加,在未來的幾年內(nèi)市場占有率依然會維持緩慢增長。

  但由于普通雷達(dá)產(chǎn)品的單價較低,且隨著對自動及智能泊車的市場需求,和新車型的更新?lián)Q代,具備高級功能的超聲波雷達(dá),會有一個爆炸性的市場需求增長,預(yù)計到2022年高端產(chǎn)品的市場滲透率為55%,市場規(guī)模大約為200億元。


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