董辉
虚拟轨道列车【摘 要】介绍车载毫米波雷达系统在汽车碰撞安全系统与避撞安全系统的运用,简述车载毫米波雷达传感器的工作频率与频带,分析英飞凌SiGe工艺的毫米雷达传感器成本问题. 【期刊名称】《汽车电器》
【年(卷),期】2017(000)011
【总页数】5页(P12-15,19)
【关键词】碰撞安全系统;避撞安全系统;车载毫米波雷达;频带
【作 者】董辉
【作者单位】
【正文语种】中 文
【中图分类】U463.675
为了减轻交通事故带来的伤害，相关部门与厂家都在开发汽车的安全系统。汽车的安全系统可以分为碰撞安全系统与避撞安全系统，前者称为被动安全系统，后者称为主动安全系统或预碰撞安全系统。在发生交通事故时，碰撞安全系统起着减轻被害的作用，例如安全带、安全气囊以及高刚性的车身就起着这种作用。避撞安全系统是防止事故的发生以及在碰撞前减轻事故可能造成的伤害，如防止制动时车辆抱死的ABS（Antilock Brake System 防抱死制动系统）、防止转弯等时出现侧滑的ESC（Electronic Stability Control车身电子稳定性控制系统）、高速行驶时与前方车辆保持适当距离的ACC（Adaptive Cruise Control 自适应巡航控制系统）、碰撞前自动制动的避撞安全系统等。
为了减少由于交通事故引发的人员伤亡，充分利用汽车雷达等技术手段提高汽车的主动安全性能已成为当今汽车制造业努力的方向。目前车载雷达主要包括超声波雷达、激光雷达和微波雷达等几种。超声波雷达探测距离相对较短，主要应用于汽车倒车控制系统，目前多数的普通家用轿车均已装配了采用超声波的倒车雷达装置。激光雷达探测距离远、精度高，但容易受雨、雪、雾等不良天气的影响。相比之下，使用微波频段的车载雷达探测距无机颜料分散剂
离远、分辨率高、运行可靠，测量性能受天气等因素的影响较小，成为车载雷达应用的主流。在实际应用中，微波高分辨率车载雷达能够实时测量主车与目标车之间的距离、相对速度以及相对方位角等信息，并将其传送给系统的控制单元。主车可据此采取减低油门、制动等降速制动措施，从而避免追尾等碰撞事故的发生。在无线电业务分类中，车载雷达被划入了无线电定位业务的范畴。
车载毫米波雷达系统的研究工作领先地区主要分布在美国、欧洲和日本。研究内容主要集中在前视汽车雷达（FLAR：Forward Looking Automobile Radar）和自适应巡航控制系统（ACC：Adaptive Cruise Control）两个方面［1］。前视汽车雷达只需完成危险预警功能，自适应巡航控制系统需要通过雷达系统实时监测车辆的间距和相对运动速度信息，自动控制汽车的转向、加速、减速或者制动，从而自动地调整主车与前车的间距，或者控制相对速度使之保持在一个安全的范围内。从智能汽车发展的趋势看，目前已经加速从预警提示向闭环自动控制功能升级切换。
去污剂在主动安全系统中，ACC与避撞安全系统降低交通事故中被害程度效果最为显著。因此期望这两种系统的普及程度能够进一步提高。但是，从前几年的状况来看，因为系统的成本
较高，所以还只达到了高档车选配的程度。由此看来，要想实现民众车辆也能装用这两种系统，就需要降低系统的成本。重点就变成了需要降低作为传感器的毫米波雷达的成本。
汽车安全系统的关键部件是传感器。例如ABS的关键是其上设置的检测车轮是否抱死的轮速传感器。当前，在监测车辆的外侧环境（同时行驶的车辆、行人、自行车、障碍物、车线及交通标志等）的外部传感器技术也在不断地发展，各种车外传感器的检测特性如表1所示。
表1所列出的车外监测传感器中，77 GHz频带和24 GHz频带毫米波雷达的最大特点是耐天候性好（不受雨、雪、雾等天候的影响）。为了使ACC与避撞安全系统在任何行驶环境下都能发挥出最佳的效果，这两种系统上广泛地采用了毫米波雷达。
采用毫米波雷达的各种预防安全系统如图1所示。各系统的检测距离和所用毫米波的频带如表2所示。长距离（50～200 m）的检测只用77 GHz频带的毫米波雷达；中距离（20～50 m）与近距离（0～20 m）的检测既用77 GHz频带的毫米波雷达，也用24 GHz频带的毫米波雷达。
当高速行车、车间距离较长时，就需要利用ACC与避撞系统检测前方车辆，这时一般采用可以检测长距离的77 GHz频带的毫米波雷达；在高速公路上换道时，作为确认换道的车线上有无后续车辆的系统，一般采用24 GHz频带的毫米波雷达。
压电陶瓷超声换能器对近距离用系统来讲，策划为驾驶员检测在低速行车及停车时肓区的行人等采用BSD（Blind Spot Detetion）系统，但目前上市的例子还比较少。
2.1 2015年世界无线电通信大会（WRC-15）召开以前
在2015年世界无线电通信大会召开以前，车载毫米波雷达传感器的工作频率与频带是由各国与地区分别规定的，表3列出了欧洲、美国与日本规定的车载毫米波雷达可使用的频带。
77 GHz频带在美国、欧洲与日本都得到了认可。可以检测中距离-近距离的24 GHz频带作为产业/科学/医疗的窄带（NB）也得到了认可。作为中距离-近距离的车载毫米波雷达对较小的物体也可以检测，即可以追求更高的距离分解能力。因此，已经实际应用的24 GHz频带毫米波雷达往往用于效果最好的超宽带区（UWB），以便提高检测尺寸的分解能力。
但是，美、欧、日对24 GHz频带用于UWB的法规不尽相同。欧洲对此规定了时限，规定2
夜来香精油4 GHz频带可以使用到2013年6月底。此外，又将79 GHz频带也划分给中距离-近距离的车载毫米波雷达使用。因为对车载使用79 GHz频带没有设定年限，也许最终汇总为79 GHz频带。日本认可的UWB使用时限为2016年底，为了避免与其它的通信设备产生干扰，对使用这一频率的设备台数作了限制（允许的普及率为0.1%）；而美国对24 GHz频带的UWB的车载应用几乎没有什么限制。
欧洲与日本之所以对24 GHz频带的使用时限加以设定，是因为与77 GHz频带相比，24 GHz频带用发送、接收电路的成本较低的缘故。现行的77 GHz频带毫米波雷达的发送、接收电路采用的是GaAs（砷化镓） 材料的分立元件，与此相比24 GHz频带毫米波雷达的发送、接收电路采用的是成本较低的SiGe（硅锗）工艺的集成电路。
2.2 2015年世界无线电通信大会（WRC-15）召开之后
2005年至2013年，欧盟将24 GHz作为车载毫米波雷达的频谱，随后又增加了79 GHz；美国则使用24 GHz、76～77GHz两个频带；日本则选用了60～61 GHz的频段。随着世界范围76～77 GHz毫米波雷达的广泛应用，日本也逐渐转入了76～77 GHz毫米波雷达的开发中。各大国的车载雷达频段主要集中在在23～24 GHz、60～61 GHz 76～ 77 GHz（即79
GHz）3个频段，而世界各国对毫米波车载雷达频段使用的混乱情况，使得汽车行业车载雷达的发展受到了限制。直到在日内瓦召开的2015年世界无线电通信大会（WRC-15），各国讨论决定，77.5～ 78.0GHz频段划分给无线电定位业务，以支持短距离高分辨率车载雷达的发展，车载雷达才获得了全球统一频率划分。
从中国的情况来看，无线电主管部门对车载雷达的频率划分一直在积极推进之中。为了适应车载雷达应用的需要，早在2005年，原信息产业部就发布了《微功率（短距离）无线电设备的技术要求》，将76～77 GHz频段规划给了车辆测距雷达使用，并将其定义为免执照的微功率应用。此后，为适应车载雷达应用对无线电频率的需求，工业和信息化部于2012年将24.25～26.65 GHz频段规划用于短距离车载雷达业务的频率。
2015年世界无线电通信大会（WRC-15）于2015年11月2日在日内瓦盛大开幕，本届大会参会人数多达3800人，中国派出了140多人的代表团，会议于11月27日结束。在WRC-15大会上 ，积极倡导79 GHz频段的汽车雷达国家主要为德国、日本等。这些国家在多年以前，就对79 GHz频段的汽车雷达进行了研究与开发。如有机会，笔者将另文对这方面的技术加以介绍。至2016年11月，国内很少查到关于对车载毫米波雷达传感器的工作频率与频带议题的报道文献。
豫公网安备41160202000603
站长QQ:729038198
关于我们
投诉建议