汽車電子車載雷達(dá)和超聲波雷達(dá)系統(tǒng)工作原理

汽車電子產(chǎn)品是指智能網(wǎng)聯(lián)汽車、車聯(lián)網(wǎng)和車載信息服務(wù)中，具備感知、計(jì)算、 反饋、控制、執(zhí)行、通信、應(yīng)用等功能，實(shí)現(xiàn)信息感知、高速計(jì)算、狀態(tài)監(jiān)測(cè)、 行為決策和整車控制的基礎(chǔ)電子產(chǎn)品。汽車電子于 1970 年代引入汽車工業(yè)，首 先在發(fā)動(dòng)機(jī)燃油噴射控制系統(tǒng)應(yīng)用，隨著電子技術(shù)的不斷發(fā)展和汽車電子創(chuàng)新性 用途的不斷開(kāi)發(fā)，汽車電子開(kāi)始廣泛應(yīng)用于汽車的各個(gè)領(lǐng)域。汽車電子種類較多， 按照應(yīng)用領(lǐng)域劃分可以分為汽車電子控制系統(tǒng)（發(fā)動(dòng)機(jī)電子、底盤(pán)電子、駕駛輔 助系統(tǒng)、車身電子）和車載電子電器（安全舒適系統(tǒng)、娛樂(lè)通訊系統(tǒng)等）等。

汽車電子按照技術(shù)用途劃分可以分為傳感器、控制器和執(zhí)行器三類，近年來(lái)，汽 車電子行業(yè)呈現(xiàn)出智能化、網(wǎng)聯(lián)化、集成化等的新發(fā)展趨勢(shì)，促使傳感器等關(guān)鍵 部件需求日益增加及數(shù)據(jù)總線技術(shù)關(guān)鍵技術(shù)逐漸普及。

汽車傳感器是汽車電子控制系統(tǒng)不可或缺 的一部分，用以測(cè)量位置、壓力、力矩、溫度、角度、距離、加速度、空氣流量 等信息，并將這些信息轉(zhuǎn)換成電信號(hào)傳輸?shù)狡囯娮涌刂破?。隨著汽車電子產(chǎn)品 在汽車應(yīng)用的普及和多樣化發(fā)展，汽車傳感器產(chǎn)品的銷量也實(shí)現(xiàn)了快速增長(zhǎng)。目 前，普通汽車一般安裝數(shù)十個(gè)傳感器，而高級(jí)轎車則安裝多達(dá)上百個(gè)傳感器。全 球范圍內(nèi)，自動(dòng)駕駛技術(shù)不斷向高階躍進(jìn)，對(duì)于傳感器的需求也隨之快速攀升。

目前，汽車智能駕駛感知系統(tǒng)主要包括視覺(jué)感知、超聲波感知、毫米波感 知和激光感知。

汽車智能駕駛感知系統(tǒng)是汽車的“眼睛”和“耳朵”，負(fù)責(zé)對(duì)汽車所處環(huán)境進(jìn) 行偵測(cè)，構(gòu)成了汽車系統(tǒng)感知層，并為高級(jí)輔助駕駛系統(tǒng)的決策層提供準(zhǔn)確、 及時(shí)、充分的依據(jù)，進(jìn)而由執(zhí)行層對(duì)汽車安全行駛作出準(zhǔn)確判斷。 汽車智能駕駛感知系統(tǒng)產(chǎn)品在汽車中的具體應(yīng)用示意圖如下：

目前市場(chǎng)上主流的汽車智能駕駛感知系統(tǒng)包括視覺(jué)感知、超聲波感知、毫 米波感知、激光感知等技術(shù)路線。不同汽車智能駕駛感知系統(tǒng)技術(shù)路線的優(yōu) 點(diǎn)、缺點(diǎn)、適用場(chǎng)景和受限場(chǎng)景不同，主要如下：

不同類型汽車智能駕駛感知系統(tǒng)的適用場(chǎng)景、受限場(chǎng)景、優(yōu)缺點(diǎn)、成本等 不同，彼此之間主要形成互補(bǔ)而非簡(jiǎn)單替代關(guān)系。隨著汽車行業(yè)整體智能化水 平的提高，汽車智能駕駛感知系統(tǒng)已逐步作為標(biāo)配而廣泛應(yīng)用于高、中、低檔 等各類車型；因?yàn)樽詣?dòng)駕駛的冗余和容錯(cuò)要求導(dǎo)致越是高階的自動(dòng)駕駛需要裝 配越多的汽車智能駕駛感知系統(tǒng)，所以隨著自動(dòng)駕駛階段的提升，單車的汽車 智能駕駛感知系統(tǒng)數(shù)量需求預(yù)計(jì)將同步增加。

車載攝像系統(tǒng)的應(yīng)用

車載攝像系統(tǒng)產(chǎn)品采用高度平臺(tái)化設(shè)計(jì)，融合了圖像傳感、車道偏 離預(yù)警、夜視、防水、3D 動(dòng)態(tài)車輔線等多方面的技術(shù)，設(shè)計(jì)簡(jiǎn)單、靈活、可 靠，可支持 130°或者 195°鏡頭，支持不同的圖像傳感器。

主要應(yīng)用領(lǐng)域具體如下：

A、泊車系統(tǒng)

車載視覺(jué)系統(tǒng)產(chǎn)品在泊車系統(tǒng)中的應(yīng)用可與車載雷達(dá)系統(tǒng)產(chǎn)品配合使用 的。泊車系統(tǒng)通過(guò)安裝在車身上的攝像頭以及超聲波傳感器，探測(cè)停車位置， 并形成實(shí)時(shí)泊車影像，幫助駕駛員掃除視野死角，提高泊車安全性和準(zhǔn)確性。

B、全景攝像系統(tǒng)

全景攝像系統(tǒng)，也叫 360 全景系統(tǒng)，是車載視覺(jué)安全系統(tǒng)的重要組成部 分，其工作原理是在車身周圍安裝若干廣角攝像頭用于采集車身周圍畫(huà)面，通 過(guò)圖像處理手段將所采的魚(yú)眼圖像轉(zhuǎn)變?yōu)闆](méi)有畸變的俯視畫(huà)面，最后多幅圖像拼接為一張車體鳥(niǎo)瞰視圖，實(shí)時(shí)地顯示給駕駛員，從而減少由于駕駛員視野盲 區(qū)引發(fā)的交通事故。

②車載視頻行駛記錄系統(tǒng)

車載視頻行駛記錄系統(tǒng)即記錄車輛行駛途中的影像及聲音等相關(guān)資訊的儀 器，車載錄像系統(tǒng)的基本組成包括攝像頭、主機(jī)、重力傳感器、數(shù)據(jù)分析軟件 等。車載視頻行駛記錄系統(tǒng)采用嵌入式處理器和嵌入式操作系統(tǒng)，結(jié)合 IT 領(lǐng)域 最新的音視頻壓縮/解壓縮技術(shù)、無(wú)線通訊技術(shù)、USB 通信技術(shù)、高級(jí)車載電源 管理技術(shù)，適用于各類車型進(jìn)行實(shí)時(shí)錄像和監(jiān)控。

③超聲波雷達(dá)系統(tǒng)具體應(yīng)用

超聲波雷達(dá)系統(tǒng)，主要由超聲波傳感器、控制器和顯示器或蜂鳴器等部分 組成。超聲波雷達(dá)系統(tǒng)采用超聲波測(cè)距原理，駕駛者在倒車或行駛時(shí)，啟動(dòng)車 載雷達(dá)系統(tǒng)，在控制器的控制下，由裝置于車身上的探頭發(fā)送超聲波，遇到障 礙物，產(chǎn)生回波信號(hào)，傳感器接收到回波信號(hào)后經(jīng)控制器進(jìn)行數(shù)據(jù)處理，判斷 出障礙物或相鄰車輛的位置，由顯示器顯示距離并發(fā)出警示信號(hào)提示給駕駛 者，使倒車或行駛更安全。 超聲波測(cè)距是利用其發(fā)射特性來(lái)實(shí)現(xiàn)，其測(cè)距原理是通過(guò)超聲波發(fā)射器發(fā) 出超聲波信號(hào)，再由超聲波接收器連續(xù)監(jiān)測(cè)超聲波發(fā)射后遇到障礙物所反射的 回波，由測(cè)出的從發(fā)射到接收到回波的時(shí)間差來(lái)計(jì)算出障礙物到車體的距離。 車載雷達(dá)系統(tǒng)工作原理示意圖如下：

超聲波雷達(dá)系統(tǒng)主要應(yīng)用于 ADAS 中的泊車系統(tǒng)和盲點(diǎn)偵測(cè)系統(tǒng)中，具體 如下：

A、泊車系統(tǒng)

泊車系統(tǒng)按照自動(dòng)化程度分為普通泊車系統(tǒng)和自動(dòng)泊車系統(tǒng)。在普通泊車 系統(tǒng)中，超聲波雷達(dá)系統(tǒng)主要功能是計(jì)算車體與障礙物之間的實(shí)際距離，并提 示給駕駛者，為駕駛者泊車提供依據(jù)。 而在自動(dòng)泊車系統(tǒng)中，超聲波雷達(dá)系統(tǒng)的應(yīng)用更為智能化和集成化。自動(dòng) 泊車系統(tǒng)可以使汽車以正確的?？课徊窜?，該系統(tǒng)包括環(huán)境數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)、中 央處理器和車輛策略控制系統(tǒng)，自動(dòng)泊車系統(tǒng)通過(guò)遍布車輛周圍的雷達(dá)探頭測(cè) 量車身與周圍物體之間的距離和角度，然后通過(guò)車載電腦計(jì)算出操作流程配合 車速調(diào)整方向盤(pán)的轉(zhuǎn)動(dòng)，從而實(shí)現(xiàn)自動(dòng)泊車。

B、盲點(diǎn)偵測(cè)系統(tǒng)

盲點(diǎn)偵測(cè)系統(tǒng)又叫并線輔助系統(tǒng)，主要功能是掃除后視鏡盲區(qū)，其基本原 理是在汽車后保險(xiǎn)杠安裝超聲波雷達(dá)傳感器，在車輛行駛時(shí)發(fā)出超聲波探測(cè)信 號(hào)，通過(guò)超聲波雷達(dá)探測(cè)車輛兩側(cè)的后視鏡盲區(qū)中的超車車輛，對(duì)駕駛者進(jìn)行 提醒，從而避免在變道過(guò)程中由于后視鏡盲區(qū)而發(fā)生事故。

車載攝像頭和超聲波雷達(dá)在高級(jí)駕駛輔助系統(tǒng)（ADAS）領(lǐng)域的應(yīng)用

高級(jí)駕駛輔助系統(tǒng)（ADAS）是一個(gè)主動(dòng)安全功能集成控制系統(tǒng)，其利用 超聲波雷達(dá)系統(tǒng)、車載攝像系統(tǒng)、車載信息系統(tǒng)等各類電子部件以及算法等多 種技術(shù)，分析汽車所處周遭環(huán)境，進(jìn)行靜態(tài)、動(dòng)態(tài)物體的識(shí)別、跟蹤，在碰撞 或其他危險(xiǎn)發(fā)生前就發(fā)出警報(bào)，使駕駛者提前覺(jué)察可能發(fā)生的危險(xiǎn)。ADAS 系 統(tǒng)利用 ARM、DSP、EVE 等處理器處理相關(guān)數(shù)據(jù)，再通過(guò)執(zhí)行器改變汽車的行 駛狀態(tài)，或者將信息反饋給駕駛者改變車輛的行駛狀態(tài)，從而提升汽車駕駛的 安全性和舒適性。ADAS 系統(tǒng)主要應(yīng)用于車輛高級(jí)輔助駕駛或智能駕駛領(lǐng)域， ADAS 系統(tǒng)在智能駕駛領(lǐng)域應(yīng)用示意圖如下：

ADAS 系統(tǒng)主要包括感知系統(tǒng)（感知層）、計(jì)算分析（決策層）、控制執(zhí) 行（執(zhí)行層）三大模塊，其中環(huán)境感知模塊為計(jì)算分析模塊提供基礎(chǔ)數(shù)據(jù)來(lái) 源，計(jì)算分析模塊的計(jì)算分析結(jié)果為控制執(zhí)行模塊提供指令依據(jù)。

作為 ADAS 環(huán)境感知模塊的重要組成部分，車載攝像系統(tǒng)、超聲波雷達(dá)系 統(tǒng)以及毫米波雷達(dá)系統(tǒng)等產(chǎn)品在 ADAS 系統(tǒng)的具體應(yīng)用如下：

車載攝像系統(tǒng)是 ADAS 系統(tǒng)的視覺(jué)傳感器，可以應(yīng)用于泊車輔助和行車輔 助等多場(chǎng)景。車載攝像系統(tǒng)主要包括前視攝像頭、后視攝像頭、全景攝像頭、 盲區(qū)攝像頭、流媒體攝像頭、車內(nèi)監(jiān)控?cái)z像頭、疲勞監(jiān)測(cè)攝像頭等，目前智能 駕駛的全套 ADAS 功能需要多個(gè)攝像頭，包括 1 個(gè)或多個(gè)前視攝像頭、多個(gè)環(huán) 視攝像頭、1 個(gè)或多個(gè)盲區(qū)攝像頭、1 個(gè)或多個(gè)流媒體攝像頭、1 個(gè)疲勞監(jiān)測(cè)攝像頭以及 1 個(gè)或多個(gè)車內(nèi)監(jiān)控?cái)z像頭。后視攝像頭是 ADAS 系統(tǒng)標(biāo)配的傳感 器，常與超聲波雷達(dá)配合，主要用于泊車輔助；盲區(qū)攝像頭通常為 2 個(gè)攝像 頭；環(huán)視攝像頭通常為 4 個(gè)廣角攝像頭，主要應(yīng)用于 360 環(huán)視泊車，通過(guò)將 4 個(gè)攝像頭的圖像進(jìn)行拼接后形成一幅完整的全景圖像；流媒體攝像頭通常為 1 個(gè)或者 3 個(gè)，用于內(nèi)外鏡面后視鏡電子化替代；疲勞監(jiān)測(cè)攝像頭通常為 1 個(gè)， 用于駕駛員的疲勞狀態(tài)、注意力集中度、危險(xiǎn)駕駛行為等駕駛員狀態(tài)監(jiān)控并報(bào) 警提示；前視攝像頭通常為 1 個(gè)或多個(gè)，主要是用于 FCW（前碰撞預(yù)警系統(tǒng)） 和 TSR（交通標(biāo)識(shí)智能識(shí)別）等行車輔助系統(tǒng)，未來(lái)隨著算法的精進(jìn)，與毫米 波雷達(dá)配合，還可以實(shí)現(xiàn)行人/車輛/障礙物偵測(cè)系統(tǒng)等 ADAS 系統(tǒng)。

車載攝像系統(tǒng)生產(chǎn)工藝流程圖

車載視頻行駛記錄系統(tǒng)生產(chǎn)工藝流程圖

超聲波雷達(dá)系統(tǒng)產(chǎn)品生產(chǎn)工藝流程圖

全球汽車行業(yè)發(fā)展概況

自二十世紀(jì) 90 年代以來(lái)，經(jīng)濟(jì)貿(mào)易的全球化、世界汽車工業(yè)產(chǎn)業(yè)鏈分布的 全球化和大規(guī)模的跨國(guó)兼并重組，從根本上改變了汽車產(chǎn)業(yè)的傳統(tǒng)資源配置方 式和競(jìng)爭(zhēng)模式。汽車產(chǎn)業(yè)鏈的全球化具體表現(xiàn)在零部件的全球采購(gòu)、產(chǎn)品生產(chǎn) 和銷售網(wǎng)絡(luò)的全球化布局和研發(fā)體系的專業(yè)化分工。 汽車行業(yè)全球化的產(chǎn)業(yè)鏈格局催生出了新型專業(yè)化分工協(xié)作模式，整車企 業(yè)與零部件企業(yè)形成了基于契約的網(wǎng)絡(luò)型組織結(jié)構(gòu)，整車企業(yè)的零部件全球采 購(gòu)和零部件生產(chǎn)的全球化模糊了汽車產(chǎn)品的“國(guó)家特征”，也推動(dòng)了汽車行業(yè)的 快速發(fā)展。特別是 2008 年全球性金融危機(jī)之后，全球汽車行業(yè)產(chǎn)銷量穩(wěn)步增 長(zhǎng)，2015 年全球汽車行業(yè)產(chǎn)量達(dá)到 9,068 萬(wàn)輛，此后全球汽車年產(chǎn)量持續(xù)穩(wěn)定 在 9,000 萬(wàn)輛以上。2005-2019 年間，全球汽車產(chǎn)量、銷量的變動(dòng)情況如下：

在全球汽車產(chǎn)銷量穩(wěn)步增長(zhǎng)的同時(shí)，全球汽車市場(chǎng)結(jié)構(gòu)也不斷調(diào)整，市場(chǎng) 需求的增長(zhǎng)逐步由傳統(tǒng)發(fā)達(dá)國(guó)家轉(zhuǎn)移到新興市場(chǎng)國(guó)家，尤其是除日本以外的亞 太地區(qū)，汽車產(chǎn)量增長(zhǎng)強(qiáng)勁。中國(guó)從 2009 年開(kāi)始超越美國(guó)，成為全球最大的汽 車銷售市場(chǎng)。我國(guó)汽車銷量從 2005 年的 575.74 萬(wàn)輛增長(zhǎng)至 2019 年的 2,576.90 萬(wàn)輛，年復(fù)合增長(zhǎng)率超過(guò) 10%；中國(guó)汽車銷量占全球汽車銷量的比例也從 2005 年的 8.73%增長(zhǎng)至 2019 年的 28.23%。

中國(guó)汽車行業(yè)發(fā)展概況

隨著 2001 年中國(guó)加入世界貿(mào)易組織，中國(guó)汽車市場(chǎng)逐步開(kāi)放，我國(guó)汽車制 造企業(yè)也把握住了全球分工和汽車制造業(yè)產(chǎn)業(yè)轉(zhuǎn)移的歷史機(jī)遇，實(shí)現(xiàn)了跨越式 發(fā)展，現(xiàn)已成為全球汽車工業(yè)體系的重要組成部分。同時(shí)隨著我國(guó)經(jīng)濟(jì)的不斷 發(fā)展、人民生活水平的持續(xù)提高，居民消費(fèi)能力尤其是對(duì)乘用汽車等的消費(fèi)能 力快速提高，汽車消費(fèi)市場(chǎng)規(guī)?？焖偬嵘?005-2019 年間，我國(guó)乘用汽車產(chǎn)銷 量情況如下：

自 2001 年中國(guó)加入世貿(mào)組織以來(lái)，我國(guó)汽車產(chǎn)銷量逐年增長(zhǎng)。2005 年， 我國(guó)乘用車產(chǎn)量?jī)H為 397.11 萬(wàn)輛，而到 2017 年，我國(guó)汽車產(chǎn)量達(dá)到 2,471.83 萬(wàn) 輛，期間年均復(fù)合增長(zhǎng)率達(dá)到 16.46%。雖然 2018 年、2019 年，我國(guó)汽車產(chǎn)銷 量連續(xù)兩年出現(xiàn)同比下降的情況，但是自 2015 年以來(lái)，我國(guó)乘用車的年產(chǎn)銷量 均穩(wěn)定在 2,000 萬(wàn)輛以上，總體市場(chǎng)規(guī)模巨大。我國(guó)的人均、戶均汽車保有量 與發(fā)達(dá)國(guó)家相比仍存在差距，隨著居民收入的進(jìn)一步提高、脫貧攻堅(jiān)取得全面 勝利，消費(fèi)升級(jí)、拉動(dòng)內(nèi)需、促進(jìn)國(guó)內(nèi)大循環(huán)將進(jìn)一步釋放國(guó)內(nèi)的汽車消費(fèi)需 求，為全行業(yè)帶來(lái)新的市場(chǎng)。

2022年全球共銷售了7940萬(wàn)輛新車，相比2021年下降2%，其中北美、歐洲和中國(guó)市場(chǎng)均出現(xiàn)下降，而印度、中東、東南亞和非洲等新興市場(chǎng)則呈現(xiàn)上漲趨勢(shì)。

編輯：黃飛

?