PCBブログ - ミリ波はどのように無人車に応用されますか。

ミリ波とレーザー技術は無人車分野で重要な応用があり、特にミリ波関連技術がある。自動運転車の開発過程では、ミリ波レーダーは自動運転センサーの1つとしてよく使われている。ミリ波センサの測定距離がレーザレーダやカメラより長く、雨や雪などの悪天候下で安定した運転ができるためだ。これはミリ波技術が無人車分野で重要な役割を果たしていることを示している。ミリ波レーダーに関する知識と無人車へのミリ波の応用方法を紹介する。

ミリ波レーダ市場の概要

現在、ミリ波レーダー技術は主に大陸、ボッシュ、電装、オトリフ、電装、デルフォなどの伝統的な部品大手に独占されており、特に77 GHzミリ波レーダーである。ボッシュ、コンチネンタルグループ、デルファイ、デンソー、TRW、富士通天、日立などだけがこの技術を身につけている。2015年、ボッシュとコンチネンタル自動車レーダーの市場シェアは22%で、世界第1位だった。

ボッシュの長距離ミリ波レーダー製品はその中核製品である。その探査範囲は250メートルに達することができる。現在最も射程が遠いミリ波レーダーであり、主に自巡航制御システムACCに用いられている。大陸は比較的全面的で、主な製品は24 GHzミリ波レーダーである。Hellaは24 GHzレーダーを中心に、世界の24 GHz分野で最も広い顧客範囲と最大の市場シェアを持っている。

海外ミリ波レーダーメーカーのシェア

ミリ波レーダの特性

ミリ波レーダの周波数選択では、国ごとに主に24 GHz、60 GHz、77 GHzの3つの周波数帯があり、現在は77 GHzに近づいている。欧州と米国は77 GHzに集中することを選び、日本は60 GHz帯を選んだ。77 GHzミリ波レーダの世界的な広範な応用に伴い、日本は次第に77 GHzミリ波レーダの発展に転向している。

現在、ミリ波レーダは主に24 GHz SRR（短距離レーダ）システム＋77 GHz LRR（リモートレーダ）システムの形式で出現している。24 GHzミリ波レーダは主に短距離探査を担当し、77 GHzミリ波は主に遠隔探査を担当している。

1.77 GHzレーダは24 GHzレーダより小さい。77 GHzレーダの波長は24 GHzの3分の1未満であるため、送受信アンテナの面積を大幅に減少させ、レーダ全体のサイズを効果的に減少させ、小型化を追求するのに非常に有利である。

2.77 GHzレーダは、長距離検出と高距離解像度を同時に実現できるように、高送信電力と広い動作帯域幅の要件を同時に満たすことができる。

3.77 GHzレーダーはアンテナ、無線周波数回路、チップなどの面での設計と製造の難度が大きく、現在技術の成熟度が低く、コストが高い。

また、国際電連は2015年に79 GHzを自動車安全分野の応用としている。この周波数帯域は、歩行者を検出し、複数のターゲットに対応することができる。将来的には、24 GHzに代わって短距離レーダーになる可能性があり、広く応用されている。

ミリ波レーダの利点

ミリ波レーダは波長が長く、周波数帯域幅（周波数範囲が広い）、透過力が強いという特徴があり、ミリ波レーダの優位性を形成した：

1.貫通能力が強く、天気の影響を受けない。大気はレーダー帯域の伝播に減衰作用がある。清浄空気、雨、霧、煙、汚染におけるミリ波レーダの減衰は赤外線、マイクロ波などに弱く、より強い透過能力を持っている。ミリ波レーダはビームが狭く、周波数帯域幅、分解能が高い。大気窓帯域内では昼夜の影響を受けずに全天候である。

2.小型で識別精度が高い。ミリ波長、小アンテナ開口部及び小部品サイズは、ミリ波レーダシステムの体積が小さく、軽量であり、自動車への取り付けが容易である。同じ目標に対して、ミリ波レーダは大きな断面積と高感度を持ち、小さな目標を検出し、位置決めすることができる。

3、リモートセンシングを実現することができる。ミリ波レーダーは遠隔レーダーと短距離レーダーに分けられる。ミリ波は大気中で減衰するため、より遠い距離を探査し、感知することができ、遠隔レーダーは200メートル以上の探査と探知を実現することができる。

ミリ波レーダには多くの利点があり、現在、自動車の衝突防止センサの中で大きな割合を占めている。IHSのデータによると、ミリ波/マイクロ波レーダー+カメラは自動車の衝突防止センサーの70%を占めている。

海外ミリ波レーダーメーカー

国際大手はミリ波レーダー分野で長い研究歴史を持ち、高度な技術を蓄積し、世界市場で主導的な地位を占めている。車載ミリ波レーダーの研究は主にドイツ、米国、日本をはじめとする先進国で行われている。現在、ミリ波レーダー技術は主にボッシュ、コンチネンタルグループ、電気設備、オトリフ、デルフォなどの伝統的な部品大手が独占している。次の図は、ミリ波レーダーに関する海外メーカーの情報を示しています。

では、ミリ波技術をどのようにして無人車に応用することに成功したのでしょうか。

無人車へのミリ波レーダの応用

1.レーダーの動作原理

人間や他の生物にとって、目や耳は外部環境情報を取得するために不可欠な装置である。しかし、自動運転車は機器に頼って外部情報を取得しているため、その関連機器はレーダーに取って代わられている。そのため、情報伝送のキャリアは光から電波に変化している。しかし、光と電波は本質的に電磁波であり、真空中での伝播速度は同じである。

レーダーの構造やタイプは異なるが、基本的な形式は同じである。つまり、送信機、送信アンテナ、受信機、受信アンテナ、処理部品、ディスプレイがある。

動作時には、まず送信機が携帯するアンテナを介してある方向に電波を送信する。電波が伝送中に障害物に遭遇すると反射し、アンテナが受信すると反射波を受信装置に送信して処理することで障害物に関する情報、例えばドップラー効果による障害物の速度計算、障害物間の距離や送受信間の時間差などを計算する。

2.自動運転車との関係

通常、車両の運転手は運転免許を持っている人で、目と耳で外部環境を判断することができ、それによって車両を運転して前方、旋回し、障害物を避けることができます。しかし、自動運転車の運転手は一人から機械に変わった。そのため、外部情報を取得するための装置は、目と耳からのレーダーに取って代わられている。無人車は、搭載されたレーダー装置を通じて外部情報を取得し、分析後に対応するイベントに応答する。

実際、レーダーの性能はどうですか。汎用巡航無人車を例にとる。ユニバーサルクルーズは、5つのレーザレーダと21つのミリ波レーダを用いて、それぞれ車体の周囲に配置されている。ミリ波レーダー21本のうち、12本は日本ALPSが提供する79 GHzレーダーである。4台のARS-408レーダーは車体前後にペアで取り付けられ、5台の高解像度レーダーは前後左右方向に取り付けられ、解像度は4 cmである。

12個の79 GHzミリ波レーダはカスケードモードで動作し、すなわち物体が動作しているときに、関連物体が同期して動作しているかどうかを判断する。この動作モードにより、自動運転車は周囲の360°情報を明確に感知でき、数千の目標を同時に追跡することができ、これにより、自動運転車の緊急事態への対応能力が大幅に向上した。12個の79 GHzミリ波レーダが冗長システムを構成している。これにより製造コストが増加し、システムが少し肥大して見えるようになりますが、セキュリティ性能が向上するメリットに比べて、これは取るに足らないことになります。

複数のレーダーからなるシステムは、自動運転車周辺の地図を随時更新することができる。そのため、ある程度、人間が運転する車よりも無人運転車の方が安全である。運転手がどんなにベテランであっても、常に各方向の道路状況に注目することはできないが、機械運転手は冷静に判断することができ、各方向の状況を最適に解決することができる。

3.将来の見通し

現在、自動運転車の発展は大きな突破を遂げている。グーグルや百度などの科学技術会社はすでに自動運転車のロードテストを完了しており、中国の北京も昨年、2つの文書を作成し、発表した。「北京市の自動運転自動車道路試験の加速推進に関する指導意見（試行）」と「北京市の自動運転自動車道路試験管理実施細則（試行）」。国内でも海外でも、自動運転車の開発の見通しは明るいと言わざるを得ない。レーダーは自動運転車の耳目として、もちろんこの分野で大いに異彩を放つことができる。