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超声波雷达何以“引爆”自动驾驶?

发布时间:2020/04/23 头条 浏览次数:245

超声波雷达的诞生始于一次意外。

上个世纪六十年代,托尼·海斯在剑桥大学攻读物理学博士学位时,遭遇双眼视网膜脱落,一度陷入失明困境。

前后经历8次手术后,海斯“捡回”了右眼视力。

重获光明的他,决心“为盲人做些事情”,便一头扎进诺丁汉大学盲人移动研究所,边攻读心理学博士学位,边进行超声波盲人引导设备的研发工作,这一干就是十七年。

偶然一次机会,海斯剥离出盲人引导设备的超声波技术,将其应用于汽车倒车辅助。他信心满满地向英国捷豹高管推荐了这项发明,却换来他们的不屑一顾:“有两只眼睛、能判断物体距离的正常人,不会对它感兴趣。”

出乎捷豹高管们的意料,如今,超声波雷达已经成为稀松平常的汽车部件,支撑起自动泊车等驾驶辅助功能,未来还将为完全自动驾驶“出力”。

捷豹纯电动汽车I-PACE

       捷豹纯电动汽车I-PACE/捷豹官网

“偏爱”超声波?

以特斯拉为例,这家电动汽车巨头高度依赖超声波雷达。

通过收发超声波,超声波雷达能以1-3厘米精度测算0.2-5m范围内障碍物,充当“汽车之眼”。

按工作频率分类,超声波雷带可以分为40kHz、48kHz和58kHz三种,频率越高,灵敏度越高,探测角度越小;按构造分类,超声波雷达可以分为等方性与异方性,二者的区别在于水平探测角度与垂直探测角度是否相同;按技术方案分类,超声波雷达可以分为模拟式、四线式数位、二线式数位、三线式主动数位,它们的信号抗干扰能力依次提升,技术难度与价格总体递进。

一套倒车雷达系统需要在汽车后保险杠内配备4个UPA超声波传感器,自动泊车系统需要在倒车雷达系统基础上,增加4个UPA、4个APA超声波传感器,构成前4(UPA)、侧4(APA)、后4(UPA)的布置格局。

特斯拉自Autopilot推出以来,便坚持4+4+4的超声波雷达布局。早期版本中,特斯拉在泊车辅助中使用前后8颗雷达,在辅助驾驶中使用全部12颗雷达。特斯拉表示,与摄像头监控车道标记不同,超声波雷达可以监控周围区域,并扫清车辆或其他物体等盲点。

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        特斯拉Model 3超声波雷达布局/特斯拉官网

特斯拉在超声波雷达领域持续创新。

2015年8月,特斯拉获得可穿透金属的超声波雷达专利,并将其应用在Model X的鹰翼门上。“将超声波传感器裸露在车门处并不美观。”特斯拉CEO马斯克如是说。

特斯拉等车企“偏爱”超声波雷达事出有因。

超声波雷达价格低廉。目前,单个超声波雷达售价大约为数十元,一套倒车雷达系统的雷达硬件成本不到200元,一套自动泊车系统的雷达硬件成本在500元左右。相比之下,毫米波雷达的售价仍然在千元级别,激光雷达的售价高达数十万元。较为低廉的价格,将车企与超声波雷达紧紧捆绑,并促进了车载超声波雷达市场的繁荣。

据P&S Intelligence数据,2019年,全球车载超声波雷达市场规模为34.6亿美元(约合243.9亿元);该机构预测,2020年至2030年,全球车载超声波雷达市场规模将保持5.1%复合年增长率,并于2030年达到61亿美元(约合429.8亿元)。

自动驾驶的“辅料”

超声波雷达并非万能。

受物理特性限制,车载超声波雷达的探测范围局限在数米内,也无法精准描述障碍物位置;此外,处于相同频段的多个雷达,为避免回波“打架”大多采取时分复用,信息采集速度被拖慢;其探测精度易受到车速、振动、温湿度等影响,在抗干扰、标定等方面充满挑战。

总之,超声波雷达是“辅料”而非“主食”,其与毫米波雷达、摄像头乃至激光雷达相配合,方能支撑起更高级别辅助驾驶功能。

汽车雷达横向对比

        制表人/亿欧汽车商业分析员 王瑞

不过,低门槛决定了超声波雷达更容易在中国落地生根,近年来,自主超声波雷达厂商颇有建树。

2016年,广东奥迪威传感科技有限公司共计售出2627万个超声波传感器,据其测算,占当年全球乘用车9%市场份额。

奥迪威成立于1999年,靠警报发声器起家,2002年进入汽车雷达领域。经过二十余年发展,公司具备从基础材料、元件设计、应用器件到方案集成的完整产业链,横跨传感、换能、电声和整机四大领域,提供密封式与开放式两类超声波传感器,供货对象包括特斯拉、同致电子等。2017年6月,公司宣布上市新三板,目前正在冲刺精选层。

据业内人士透露,车载超声波雷达领域,国内外厂商差距不大,就满足倒车辅助等功能而言,自主厂商的超声波雷达足以满足要求。

不过,即使是堪称中国自主超声波雷达龙头的奥迪威,自成立以来年营收不曾突破3亿元,2019年归母净利润下跌80.2%。奥迪威发展趋缓的背后,是自主超声波雷达厂商的无奈。

2016年至2019年奥迪威营收与归母净利润情况

        制表人/亿欧汽车商业分析员 王瑞

下一个“引爆点”?

自主超声波雷达厂商面临的最大难题是:难以打入车企供应链。

主流车企开发一款新车的周期约为36个月,部分成熟车企可以将周期压缩至24个月。为保证新车顺利开发,主机厂大都建立了稳定的供应商库,不会轻易更改零部件供应渠道,特别是在ADAS领域。

“ADAS零部件供应商很难变更,行业实际已被外国巨头垄断,主机厂没有议价权。”业内人士告诉亿欧汽车,国内车载超声波雷达市场基本被博世等全球零部件巨头垄断,留给自主超声波雷达厂商的市场空间较小。

置身有限的市场空间内,自主厂商很难做大蛋糕。

除了少数头部企业外,自主厂商很少具备核心零部件的制造能力,也很难提供完整的辅助驾驶功能解决方案。受制于产品附加值低,自主超声波雷达厂商大多被局限在二级供应商梯队,依靠规模效应与成本控制,赚取有限的硬件利润。

近7年各级别自动驾驶车型数量占比

        制表人/亿欧汽车商业分析员 张男

亿欧汽车认为,自主厂商若想打开局面,主动挖掘超声波雷达的潜能必不可少。

“我认为超声波雷达是自动驾驶领域被低估的传感器。”一位ADAS从业人员表示,受制于有效成本框架,超声波雷达已经基本同质化,但基于雷达的一些高级别功能尚未被深挖。

特斯拉将侧面4颗APA超声波雷达用于高速横向辅助,不失为一次有效的尝试。此外,高性能超声波雷达还可用于紧急制动、360防撞等辅助驾驶功能,结合摄像头视觉,或将成为激光雷达大面积推广前,推动ADAS发展的最有力“引爆点”。

汽车

        来源/Unsplash     

汽车行业大变革也为自主超声波雷达厂商创造发展机会。

2018年以来,中国汽车销量连续两年下跌;2020年伊始,新冠疫情对全球汽车产业造成冲击。在可视的一段时间内,低迷将成为汽车行业的标签。

但汽车产业的新四化进程不可逆转,新车ADAS渗透率将不断提高,超声波雷达的增长势头肉眼可见。此外,降本与发展ADAS之间的冲突,或使主机厂更加青睐价格低廉的超声波雷达,面对增量市场,自主厂商定能分一杯羹。

机遇转瞬即逝。自主超声波雷达厂商若能炼成内功、主动出击,或将成为行业大洗牌的最终受益者。亿欧汽车相信,未来大概率会有匹敌国际Tier1的中国自主超声波雷达厂商崛起。眼下,只需静待第一张多米诺骨牌倒下。

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