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              超聲波雷達何以“引爆”自動駕駛?

              2020-04-21 09:10 億歐

              導讀:低廉的超聲波雷達支撐起自動駕駛。

              超聲波雷達的誕生始于一次意外。

              上個世紀六十年代,托尼·海斯在劍橋大學攻讀物理學博士學位時,遭遇雙眼視網膜脫落,一度陷入失明困境。

              前后經歷8次手術后,海斯“撿回”了右眼視力。

              重獲光明的他,決心“為盲人做些事情”,便一頭扎進諾丁漢大學盲人移動研究所,邊攻讀心理學博士學位,邊進行超聲波盲人引導設備的研發工作,這一干就是十七年。

              偶然一次機會,海斯剝離出盲人引導設備的超聲波技術,將其應用于汽車倒車輔助。他信心滿滿地向英國捷豹高管推薦了這項發明,卻換來他們的不屑一顧:“有兩只眼睛、能判斷物體距離的正常人,不會對它感興趣。”

              出乎捷豹高管們的意料,如今,超聲波雷達已經成為稀松平常的汽車部件,支撐起自動泊車等駕駛輔助功能,未來還將為完全自動駕駛“出力”。

              捷豹純電動汽車I-PACE/捷豹官網

              “偏愛”超聲波?

              以特斯拉為例,這家電動汽車巨頭高度依賴超聲波雷達。

              通過收發超聲波,超聲波雷達能以1-3厘米精度測算0.2-5m范圍內障礙物,充當“汽車之眼”。

              按工作頻率分類,超聲波雷帶可以分為40kHz、48kHz和58kHz三種,頻率越高,靈敏度越高,探測角度越小;按構造分類,超聲波雷達可以分為等方性與異方性,二者的區別在于水平探測角度與垂直探測角度是否相同;按技術方案分類,超聲波雷達可以分為模擬式、四線式數位、二線式數位、三線式主動數位,它們的信號抗干擾能力依次提升,技術難度與價格總體遞進。

              一套倒車雷達系統需要在汽車后保險杠內配備4個UPA超聲波傳感器,自動泊車系統需要在倒車雷達系統基礎上,增加4個UPA、4個APA超聲波傳感器,構成前4(UPA)、側4(APA)、后4(UPA)的布置格局。

              特斯拉自Autopilot推出以來,便堅持4+4+4的超聲波雷達布局。早期版本中,特斯拉在泊車輔助中使用前后8顆雷達,在輔助駕駛中使用全部12顆雷達。特斯拉表示,與攝像頭監控車道標記不同,超聲波雷達可以監控周圍區域,并掃清車輛或其他物體等盲點。

              特斯拉Model 3超聲波雷達布局/特斯拉官網

              特斯拉在超聲波雷達領域持續創新。

              2015年8月,特斯拉獲得可穿透金屬的超聲波雷達專利,并將其應用在Model X的鷹翼門上。“將超聲波傳感器裸露在車門處并不美觀。”特斯拉CEO馬斯克如是說。

              特斯拉等車企“偏愛”超聲波雷達事出有因。

              超聲波雷達價格低廉。目前,單個超聲波雷達售價大約為數十元,一套倒車雷達系統的雷達硬件成本不到200元,一套自動泊車系統的雷達硬件成本在500元左右。相比之下,毫米波雷達的售價仍然在千元級別,激光雷達的售價高達數十萬元。較為低廉的價格,將車企與超聲波雷達緊緊捆綁,并促進了車載超聲波雷達市場的繁榮。

              據P&S Intelligence數據,2019年,全球車載超聲波雷達市場規模為34.6億美元(約合243.9億元);該機構預測,2020年至2030年,全球車載超聲波雷達市場規模將保持5.1%復合年增長率,并于2030年達到61億美元(約合429.8億元)。

              自動駕駛的“輔料”

              超聲波雷達并非萬能。

              受物理特性限制,車載超聲波雷達的探測范圍局限在數米內,也無法精準描述障礙物位置;此外,處于相同頻段的多個雷達,為避免回波“打架”大多采取時分復用,信息采集速度被拖慢;其探測精度易受到車速、振動、溫濕度等影響,在抗干擾、標定等方面充滿挑戰。

              總之,超聲波雷達是“輔料”而非“主食”,其與毫米波雷達、攝像頭乃至激光雷達相配合,方能支撐起更高級別輔助駕駛功能。

              制表人/億歐汽車商業分析員 王瑞

              不過,低門檻決定了超聲波雷達更容易在中國落地生根,近年來,自主超聲波雷達廠商頗有建樹。

              2016年,廣東奧迪威傳感科技有限公司共計售出2627萬個超聲波傳感器,據其測算,占當年全球乘用車9%市場份額。

              奧迪威成立于1999年,靠警報發聲器起家,2002年進入汽車雷達領域。經過二十余年發展,公司具備從基礎材料、元件設計、應用器件到方案集成的完整產業鏈,橫跨傳感、換能、電聲和整機四大領域,提供密封式與開放式兩類超聲波傳感器,供貨對象包括特斯拉、同致電子等。2017年6月,公司宣布上市新三板,目前正在沖刺精選層。

              據業內人士透露,車載超聲波雷達領域,國內外廠商差距不大,就滿足倒車輔助等功能而言,自主廠商的超聲波雷達足以滿足要求。

              不過,即使是堪稱中國自主超聲波雷達龍頭的奧迪威,自成立以來年營收不曾突破3億元,2019年歸母凈利潤下跌80.2%。奧迪威發展趨緩的背后,是自主超聲波雷達廠商的無奈。

              制表人/億歐汽車商業分析員 王瑞

              下一個“引爆點”?

              自主超聲波雷達廠商面臨的最大難題是:難以打入車企供應鏈。

              主流車企開發一款新車的周期約為36個月,部分成熟車企可以將周期壓縮至24個月。為保證新車順利開發,主機廠大都建立了穩定的供應商庫,不會輕易更改零部件供應渠道,特別是在ADAS領域。

              “ADAS零部件供應商很難變更,行業實際已被外國巨頭壟斷,主機廠沒有議價權。”業內人士告訴億歐汽車,國內車載超聲波雷達市場基本被博世等全球零部件巨頭壟斷,留給自主超聲波雷達廠商的市場空間較小。

              置身有限的市場空間內,自主廠商很難做大蛋糕。

              除了少數頭部企業外,自主廠商很少具備核心零部件的制造能力,也很難提供完整的輔助駕駛功能解決方案。受制于產品附加值低,自主超聲波雷達廠商大多被局限在二級供應商梯隊,依靠規模效應與成本控制,賺取有限的硬件利潤。

              制表人/億歐汽車商業分析員 張男

              億歐汽車認為,自主廠商若想打開局面,主動挖掘超聲波雷達的潛能必不可少。

              “我認為超聲波雷達是自動駕駛領域被低估的傳感器。”一位ADAS從業人員表示,受制于有效成本框架,超聲波雷達已經基本同質化,但基于雷達的一些高級別功能尚未被深挖。

              特斯拉將側面4顆APA超聲波雷達用于高速橫向輔助,不失為一次有效的嘗試。此外,高性能超聲波雷達還可用于緊急制動、360防撞等輔助駕駛功能,結合攝像頭視覺,或將成為激光雷達大面積推廣前,推動ADAS發展的最有力“引爆點”。

              汽車行業大變革也為自主超聲波雷達廠商創造發展機會。

              2018年以來,中國汽車銷量連續兩年下跌;2020年伊始,新冠疫情對全球汽車產業造成沖擊。在可視的一段時間內,低迷將成為汽車行業的標簽。

              但汽車產業的新四化進程不可逆轉,新車ADAS滲透率將不斷提高,超聲波雷達的增長勢頭肉眼可見。此外,降本與發展ADAS之間的沖突,或使主機廠更加青睞價格低廉的超聲波雷達,面對增量市場,自主廠商定能分一杯羹。

              機遇轉瞬即逝。自主超聲波雷達廠商若能煉成內功、主動出擊,或將成為行業大洗牌的最終受益者。億歐汽車相信,未來大概率會有匹敵國際Tier1的中國自主超聲波雷達廠商崛起。眼下,只需靜待第一張多米諾骨牌倒下。


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