首页 > 应用 > 汽车电子
[导读]出于美观考虑,雷达系统不是安装在车辆的显眼处。通常,它们隐藏在散热器格栅上的品牌徽标后面以及前、后塑料保险杠后面。这些徽标和保险杠就成了雷达天线罩。作为天线罩,必须对它们的射频性能进行评估,它们会影响隐藏在它们后面的雷达的探测性能和准确性

车辆制造是德国的创新驱动力 - 根据Fraunhofer研究所和欧洲经济研究中心(ZEW)的报告INNOVATIONEN IN DER DEUTSCHEN WIRTSCHAFT[德国经济创新],仅2016年德国就在该领域投资了524亿欧元,且呈上升趋势。各项投资的重点是自动驾驶。该领域的新发展意味着持续的工艺改进,涉及到的不仅有汽车制造商。整个汽车电子供应链必须适应新的挑战。

本文引用地址: http://www.21ic.com/app/auto/201811/847126.htm

传感器 - 自动驾驶的核心

自动驾驶需要大量环境信息,这些信息通常由人眼捕获并由人的大脑处理。技术层面的对应物是传感器,它们是自动驾驶的关键部件。目前市面上已有数百万部汽车雷达投入使用。汽车雷达是高端车辆的标准配置,配合高级驾驶辅助系统使用,用于预防事故并提高驾驶舒适性。

雷达传感器主要使用调频连续波(FMCW)信号。由于传播延迟和多普勒频移,传感器能够测量和分辨多个目标的距离和径向速度。根据天线阵列特性,还可测量和分辨方位角甚至是仰角。在信号处理期间,传感器电子设备生成目标列表,其中包含测量得到的目标位置和速度以及类型信息(行人,汽车等)。该列表被发送到车辆的电子控制单元(ECU),ECU用该列表对操纵车辆实时做出决策。这些数据的准确性和可靠性对于车辆,乘客和其他道路使用者的安全极为重要。

 

1.png

 

图1:由于方位测量误差,检测到错误的目标位置。自动驾驶车辆控制系统有可能会做出致命的操控。

雷达天线罩 - 特殊的挑战

出于美观考虑,雷达系统不是安装在车辆的显眼处。通常,它们隐藏在散热器格栅上的品牌徽标后面以及前、后塑料保险杠后面。这些徽标和保险杠就成了雷达天线罩。作为天线罩,必须对它们的射频性能进行评估,它们会影响隐藏在它们后面的雷达的探测性能和准确性。天线罩材料的射频传输损耗使信号衰减两次,因为信号必须在到达目标的路上和返回途中穿过该材料。根据信号传播定律,发射信号的功率与每个方向上的距离r的平方成反比,这意味着由于发射信号功率减小了r4倍。

例如,如果具有3W输出功率和25dBi天线增益的77GHz雷达,要探测雷达截面为10m²且最低可检测信号电平为-90dBm的目标,在没有雷达天线罩时,最大雷达可探测距离为109.4m。如果天线罩的双向衰减为3dB,雷达探测距离将减少16%,仅为92.1m。

除了材料衰减外,天线罩材料的反射率和均匀性对雷达性能也有重要影响。例如,涂料中金属颗粒的反射和基材的射频失配都会在天线罩内(即靠近传感器)产生干扰信号。这些干扰信号在接收链路中被接收和下变频,这降低了雷达的检测灵敏度。许多车辆制造商试图通过在特定角度安装天线罩来减轻这种影响,以便发射的雷达信号不会直接反射回接收器前端。这种方法受到设计限制,并且不能消除导致射频能量损失的寄生反射。另一个问题是材料不均匀性(如夹带杂物,密度变化和三维品牌标识中的不同材料厚度)会干扰输出和输入波阵面。材料不均匀会产生材料变形,导致角度测量不准确。雷达传感器校准可在一定限度内将这种影响降至最低,但不能完全消除它,因为被校准的雷达可能安装在不同制造商生产的天线罩后面。

校准和验证 - 供应商的机会

为确保雷达可靠性,保证辅助驾驶系统和自动驾驶的安全性,必须验证雷达天线罩及其性能。材料校正非常耗时且昂贵,对于汽车制造商来说难以承受。随着车辆变得越来越独立,需要高质量的天线罩,其衰减特性不仅要最小,而且要恒定不变,还要在细节上一清二楚。由于时间限制,汽车制造商希望尽可能缩短测试时间,因此能够提供已经测试过,且具有这些性能和信息的天线罩的供应商具有明显的竞争优势。

为此,供应商需要做可靠而详细的产品测试。天线罩制造商通常使用参考雷达(黄金设备)来测试他们的产品。用由多个雷达反射器组成的固定装置,在有和无天线罩两种状态下,在各种距离和角度下进行对比测量。当确定的值保持在规定的公差范围内时,天线罩通过测试。随着传感器和传动装置承担更多责任以及天线罩本身的复杂性增加,这种选择性测试已明显难以满足需求。

 

2.png

 

图2:使用黄金设备的典型测试装置

仅使用一个反射器和放置在转盘上的雷达和天线罩的测试方法更准确。以各种角度重复测量,并将测量结果与转盘上指示的角度进行比较。转盘的定位越精确,测试的角度越大,结果越有效。但是,这种方法需要花费很多时间,因此不适合生产测试。

优质汽车雷达天线罩测试仪 - 实用的定性和定量测试

罗德与施瓦茨公司开发出R&S®QAR汽车雷达天线罩测试仪,它给出测试流程,能提供可靠的数据,并且就成本和测量速度上讲非常实用。它使用大型面板,而不是黄金设备,面板上有几百个发射天线和接收天线,工作频率范围与汽车雷达相同。R&S®QAR的天线会看到汽车雷达能看到的东西。由于具有大口径,它能以更高的分辨率(毫米范围)测量距离、方位角和仰角。这种高分辨率能够将反射率可视化为一种X射线图像,即使不是专家也能立即进行质量评估。在第二个步分析步骤中,可通过X射线图像计算质量参数,这意味着先前的生产测试可由简单的通过/失败测试替代。使用许多发射天线和接收天线可以在几秒钟内一次性(一次性方法)详细测试整个天线罩,完全不需要耗时的测量序列。

 

3.jpg

 

图3:R&S®QAR优质汽车雷达天线罩测试仪。测试对象安装在工作台的前缘。蓝色单元包含用于发射测量的毫米波发射器。

R&S®QAR可测量空间各点的反射率和被测部件的透射率。反射率测量是测量由天线罩材料反射的能量。这是会降低雷达性能的损失。某些区域由于各种原因会有较高的反射率,例如,材料缺陷,空气夹杂物,不同材料层间有害的相互作用或过量的某些材料成分。该测量方法通过对所有反射信号幅度和相位的相干处理,来提供空间各点的测量结果。此结果可视化能够产生自发的、定性的和可靠的通过/失败评估,以及产生对被测部件反射行为的定量评估。

高分辨率雷达图像(图5)显示了由这个圆顶盖天线罩(图4)遮盖的雷达传感器能够看到什么。亮度水平代表反射率。区域越亮,它反射的雷达信号越多。金属物体显示为白色(四角位置的螺钉)。徽标的清晰可见轮廓表明高反射率和非常不均匀的整体图像。

 

4.png

 

图4:带有仅在天线罩基座表面上方突出0.5 mm的罗德与施瓦茨公司徽标的圆顶盖天线罩

5.png

图5:反射率的高分辨率毫米波图像(左)与所选分析区域(蓝框),以及R&S天线罩的透射测量/单向衰减(右)。由于在76 GHz到77 GHz范围内不匹配,这种天线罩不适合这个频率范围内的雷达。

发射测量确定天线罩材料的频率匹配和衰减,这是天线罩材料是否适用的基础。位于被测部件后面经校准的发射单元(图4)扫描选定的频率范围。接收阵列接收信号,能够精确评估天线罩的发射频率响应。此频率响应提供被测部件在是否适合这个频段。这些信息与雷达单元使用的实际信号波形无关,因此适用于能够安装在天线罩后面的所有类型的雷达。

总结

自动驾驶需要可靠的雷达,来正确地探测周围区域内的物体。这取决于雷达质量和安装位置。用作雷达天线罩的车身部件会使信号完全损耗,或导致目标位置误判。今天,这些部件不仅承担原有的机械件功能,还需要特定的射频特性。要靠准确和实用的测量方法来验证这些特性。罗德与施瓦茨公司的R&S®QAR提供了一种创新、独特的方法,可在极短的时间内给出空间各点射频反射率和透射测量,并提供更加详细的测量结果。

对于汽车制造商来说,更多的测试意味着更高的成本和更低的生产率,但对于供应商来说,它们代表了机会。他们可以自己测试需要的部件。这不仅提高了他们自己的质量标准,还使他们能够通过提供具有测量数据的特定附加服务来增加客户的忠诚度。

 

作者:Andreas Reil和Steffen Heuel博士

换一批

延伸阅读

[汽车电子] 放开方向盘更安全! 图像传感器是ADAS和自动驾驶的关键

放开方向盘更安全! 图像传感器是ADAS和自动驾驶的关键

随着先进驾驶辅助系统(ADAS)越来越先进,我们作为驾驶员,正面临着挑战将越来越多的控制和决策权交给汽车本身。这代表了信心的一个重大飞跃,尽管在最近的历史中已证实机器在一些领域不会像人类那样犯错和做出错误判断。 ......

关键字:图像传感器 ADAS 自动驾驶

[汽车电子] 马斯克推文透露特斯拉自动驾驶功能新进展!

马斯克推文透露特斯拉自动驾驶功能新进展!

马斯克表示,特斯拉目前正在使用测试版软件,测试自动驾驶功能面对交通信号灯、停车标识和环岛情况下(roundabout)的运作。......

关键字:马斯克 特斯拉 自动驾驶

[汽车电子] Vishay推出新款汽车级接近和环境光传感器,可提供四个不同从机地址选项

Vishay推出新款汽车级接近和环境光传感器,可提供四个不同从机地址选项

日前,Vishay Intertechnology, Inc.宣布,其光电子事业部推出具有四个不同从机地址选项的新型全集成汽车级接近和环境光传感器---VCNL4030X01。Vishay Semiconductors VCNL4030X0......

关键字:Vishay 汽车级 环境光传感器

[汽车电子] 无人车是遵守交通规则了,但总是被追尾!

无人车是遵守交通规则了,但总是被追尾!

从交通安全的角度来看,加州公布的数字似乎能让我们了解自动驾驶车辆在公共道路上的表现。虽然并不是每一辆自动驾驶测试车都会卷入事故之中,但是我们看到了一个不可否认的趋势:自动驾驶车辆更容易被后车追尾。 ......

关键字:无人车 自动驾驶

[汽车电子] 三星积极招聘自动驾驶人才,明年或启动自动驾驶业务!

三星积极招聘自动驾驶人才,明年或启动自动驾驶业务!

有媒体认为,三星自动驾驶部门可能隶属于设备事业部旗下的系统大规模集成电路部门,该部门主要为汽车生产应用处理器和图像传感器。值得关注的是,三星最近从半导体研发中心调度200名工程师至集成电路部门。对于大规模的人事调整,业内高管表示,这表明三星......

关键字:三星 自动驾驶 芯片

[汽车电子] 智能传感器将改变您的驾驶方式(因为最终您将不需要驾驶)

智能传感器将改变您的驾驶方式(因为最终您将不需要驾驶)

在日常生活中实现全自动无人驾驶汽车是件激动人心的梦想。想象一个汽车是真正自动化的世界:你只需上车,告诉车辆你去哪里,并继续你的事,而你就能从A点到达B点,无需更多的人机交互。 ......

关键字:智能传感器 无人驾驶汽车 自动驾驶汽车

[单片机新闻] SEMI中国区总裁:面对贸易摩擦我们要自强

SEMI中国区总裁:面对贸易摩擦我们要自强

居龙指出中美贸易摩擦不断,主要针对于高科技行业。美国的301管制清单发布以及上周的G20峰会两个领导人的会谈结果,使得中美贸易战的发展更扑朔迷离。在此背景下,居龙向各位嘉宾提出中美贸易未来是否会发展为全面冲突以及产业如何应对的问题。大多数嘉......

关键字:传感器 半导体 高科技行业

[单片机新闻] 积塔半导体完成大部分桩基工作,计划2020年投产!

积塔半导体完成大部分桩基工作,计划2020年投产!

上海积塔半导体项目位于临港重装备产业区,总投资359亿元,目标是建设月产能6万片的8英寸生产线和5万片12英寸特色工艺生产线,将打造面向工业控制和汽车电子等高端应用的特色工艺生产线,计划2020年一阶段工程竣工投产。 ......

关键字:积塔半导体 工业控制 汽车电子

[智能硬件] 苹果将重拾指纹识别,指纹传感器2018年出货量将增长17%!

苹果将重拾指纹识别,指纹传感器2018年出货量将增长17%!

近日消息,苹果的iPhone XS、iPhone XS Max 和 iPhone XR 发布之后,销售不如预期中的热烈,即使在降价之后还是不甚理想,因此有消息指出,指纹识别将强势回归苹果,传闻2019 iPad首先使用,苹果希望借此能够重新......

关键字:指纹识别 指纹传感器 苹果

[智能硬件] Waymo自动驾驶租车服务开始商业化运作!

Waymo自动驾驶租车服务开始商业化运作!

这项服务名为“Waymo One”,要使用该服务,用户必须要下载一款App,提供信用卡号码,这与之前使用Uber和Lyft服务时基本一致。出于安全因素考虑,Waymo One将为自动驾驶汽车配备人类司机,但只会在紧急状况下进行干预。 ......

关键字:Waymo 自动驾驶

[工业控制] 因压力传感器、温湿度传感器等业务的快速拓展 世强获TE中国最佳市场推广奖

因压力传感器、温湿度传感器等业务的快速拓展 世强获TE中国最佳市场推广奖

近日,世强凭借对TE压力传感器、温湿度传感器、位置传感器、压电薄膜等产品的快速拓展,以及世强元件电商新兴的产品推广模式,获得TE Connectivity的高度认可,并得到TE中国最佳市场推广合作伙伴称号。 ......

关键字:世强 压力传感器 温湿度传感器

[智能硬件] 华为在P20 Pro用的1/1.7寸大底?并非如此,大家都被索尼、三星坑了!

华为在P20 Pro用的1/1.7寸大底?并非如此,大家都被索尼、三星坑了!

智能手机的传感器真有这么大吗?实际上并没有,这件事上大家都被索尼、三星坑了,他们为了营销好听,将手机传感器画幅标准改了,IMX600的1/1.7寸按照标准应该是1/1.92寸。......

关键字:华为 传感器 索尼 三星

[智能硬件] 夏普在日本裁员3000名外籍员工,因iPhone X面部识别传感器业务转移至中国!

夏普在日本裁员3000名外籍员工,因iPhone X面部识别传感器业务转移至中国!

夏普龟山工厂赢得了组装iPhone X面部识别传感器的合同,并因此聘请了许多外国工人。鸿海今年决定将传感器生产转到一家中国工厂。 ......

关键字:夏普 传感器 iPhone传感器

我 要 评 论

网友评论

芯闻号

技术子站

更多

项目外包

更多

推荐博客