资源描述
车载毫米波雷达遮挡物性能标准化
需求研究报告
全国汽车标准化技术委员会电子与电磁兼容分技术委员会
汽车电子标准研究工作组
2025 年 7 月
前 言
近年来,车载毫米波雷达作为为机动车驾驶自动化、环境感知提 供辅助手段的无线电定位业务移动电台,随着自动驾驶及高级辅助驾 驶的商业化落地,被广泛应用在汽车智能感知领域中。考虑到车辆外 观特征和对毫米波雷达的保护,毫米波雷达一般安装在车辆保险杠、 车标、格栅或外饰板的后方,这种与毫米波雷达 FOV 相交,影响毫米
波雷达收发电磁波的车身结构被称为毫米波雷达遮挡物。毫米波雷达 遮挡物的实际物理遮挡必然造成毫米波雷达能量衰减,影响毫米波雷 达的探测范围及探测精准度,进而影响自动驾驶汽车的行车安全,因 此研究遮挡物对毫米波雷达相关性能影响十分有意义。
在此,衷心感谢参与研究报告编写的各单位、组织及个人。
组织领导:全国汽车标准化技术委员会电子与电磁兼容分会。
参与单位:中国汽车技术研究中心有限公司、南京楚航科技有限 公司、深圳引望智能技术有限公司、惠州市德赛西威汽车电子有限公 司、中国计量科学研究院、宁波信泰机械有限公司、广州汽车集团股 份有限公司平台技术研究院、博世汽车部件(苏州)有限公司、吉利汽 车研究院(宁波)有限公司、博莱瑞汽车部件(南通)有限公司深圳市豪 恩汽车电子装备股份有限公司、北汽福田汽车股份有限公司、浙江极 氪智能科技有限公司、小米汽车科技有限公司、长城汽车股份有限公
I
司、罗德与施瓦茨(中国)科技有限公司、是德科技(中国)有限公司、 上海保隆汽车科技股份有限公司、武汉理工大学、中国汽车工程研究 院股份有限公司、上海机动车检测认证技术研究中心有限公司、深圳 市蓉声科技有限公司、立邦涂料(中国)有限公司
主要起草人:武丹丹、楚永彦、张慧、胡月、叶嘉宾、王维龙、 路凌云、文清浩、刘攀越、张彬、樊金娜、万丹丹、李瑛鑫、胡永亮、 袁海平、谷静、毕永清、侯一卓、宁铁龙、徐天、赵小飞、于飞、王 创业、杨晓明、浦实、徐浩、石桦宇、陈欢磊、蒋乾、肖传富、张玉 龙。
II
目录
前 言 I
1 毫米波雷达遮挡物标准化需求研究背景 5
1.1 车载毫米波雷达应用现状 5
1.1.1 自动驾驶政策支撑 5
1.1.2 毫米波雷达应用现状 6
1.1.3 雷达遮挡物应用现状 8
1.2 国内外研究成果 9
1.2.1 毫米波雷达遮挡物系统安装特性研究 9
1.2.2 遮挡物材料电特性分析 10
1.3 遮挡物材料标准应用基础 12
1.4 产业链情况 15
1.5 研究项目的意义 16
2 毫米波雷达遮挡物影响原理 18
2.1 毫米波雷达在车辆上的分布 18
注:表中信息仅为雷达常见安装信息,不作为安装位置限制要求。 19
2.2 毫米波雷达遮挡物产品分析 19
2.2.1 ACC 车标 19
2.2.2 格栅 21
2.2.3 保险杠 21
2.3 毫米波雷达发射的电磁波经过遮挡物时的现象 22
2.4 遮挡物基于电磁波入射、反射原理对雷达的影响分析 23
2.4.1 衰减信号降低测试极限距离 23
2.4.2 反射信号对角精度的影响 25
2.5 毫米波雷达遮挡物与雷达间的影响因素 26
3 设计建议及要求 27
4 雷达遮挡物电物理特性要求 30
4.1 单双向传输损耗、反射损耗 31
4.1.1 概念 31
4.1.2 要求 31
4.1.3 测试 31
4.2 介电常数 35
4.2.1 概念 35
4.2.2 要求 36
4.2.3 测试 37
4.3 均匀性 38
4.3.1 概念 38
4.3.2 测试方法 39
4.4 偏转角 39
4.4.1 概念 39
4.4.2 要求 41
4.4.2 测试 42
III
5 雷达遮挡物结构特性要求 43
5.1 曲率半径 43
5.1.1 概念 43
5.1.2 要求 44
5.1.3 曲率半径的获取方式 45
5.2 最佳厚度 45
5.2.1 概念 45
5.2.2 要求 45
5.2.3 最佳厚度输出方法 46
5.2.4 遮挡物厚度与雷达波衰减的关系 49
5.3 厚度允许公差 50
5.3.1 概念 50
5.3.2 要求 50
5.3.3 最佳厚度允许公差的输出方法: 51
6 雷达系统装配要求 51
6.1 夹角 51
6.1.1 概念 51
6.1.2 要求 51
6.1.3 测试 52
6.2 距离 52
6.2.1 概念 52
6.2.2 要求 52
6.2.3 试验方法 52
7 雷达及遮挡物系统目标识别能力 52
7.1 雷达及遮挡物匹配前后目标识别能力 52
7.2 实车测试 54
8 总结与展望 55
8.1 标准化研究将推动毫米波雷达遮挡物的规范化应用 55
8.2 本报告的研究内容总结 55
8.3 后续工作展望 56
附 录 A (资料性附录) 引用标准文件 57
附 录 B (资料性附录) 术语和定义 59
IV
1 毫米波雷达遮挡物标准化需求研究背景
1.1 车载毫米波雷达应用现状
1.1.1 自动驾驶政策支撑
自动驾驶已成为国家交通战略的重要组成部分,智慧交通的发展 为交通强国建设提供了关键支撑。近年来,我国从中央到地方层面陆 续出台多项政策,推动自动驾驶技术研发和商业化落地,为车载毫米 波雷达的应用提供了强有力的政策保障。
国家层面按节奏推动政策落地,主要包括:《智能汽车创新发展 战略》(2020年):明确提出加速发展高级别自动驾驶,推动智能汽 车产业生态建设。《数字交通“十四五”发展规划》(2021年):强 调完善公路感知网络,推进基础设施数字化,并促进车路协同和自动 驾驶技术应用。《关于开展智能网联汽车准入和上路通行试点工作的 通知》(2023年):由工信部、公安部等四部委联合发布,明确L3/L4 级智能网联汽车的准入和上路试点要求,推动高阶自动驾驶技术验 证。《自动驾驶汽车运输安全服务指南(试行)》(2023年):交通 运输部发布,鼓励自动驾驶商用化,规范运输安全服务,加速自动驾 驶在物流、客运等领域的落地。《关于进一步加强智能网联汽车产品 准入、召回及软件在线升级管理的通知》(2025年):统筹发展与安 全,规范智能网联汽车生产一致性、OTA升级及缺陷召回,防范技术 滥用风险。
5
地方政策加速落地,例如:北京、武汉等地L3级自动驾驶法规 (2025年):两地同步实施自动驾驶条例,允许L3级自动驾驶汽车在 特定场景下上路,并明确事故责任划分,为毫米波雷达等传感器的大 规模应用提供法律依据。多地智能网联汽车试点(2024年):上海、 深圳、重庆等城市开展智能网联汽车准入试点,推动自动驾驶技术从 测试验证向规模化应用过渡。
政策趋势分析:(1)从封闭测试到全域商用化提速,Robotaxi、 无人配送等商用化场景渗透率快速提升;(2)责任界定从模糊到法 制化,OTA升级监控技术手段升级,武汉、北京等地明确L3级自动驾
驶事故责任归属,增强行业信心;(3)车路协同与单车智能并重, 政策鼓励“车路云一体化”建设,提升毫米波雷达等传感器的协同感 知能力。这些政策不仅加速了自动驾驶技术的商业化进程,也为毫米 波雷达的市场需求增长提供了重要驱动力。截止当前,车载毫米波雷 达全球市场规模超百亿美元,且逐步从距离、速度参数输出方向全维 参量、极限环境的高精度参数输出转变,4D毫米波雷达渗透率快速提 升,对毫米波雷达的探测精准度提出更高要求。
1.1.2 毫米波雷达应用现状
毫米波雷达凭借其全天候适应性和精准探测能力,已成为自动驾 驶系统的核心传感器之一。相较于其他感知设备(如摄像头、激光雷 达),毫米波雷达在恶劣天气(雨雪雾)下仍能保持稳定性能,并可 精确测量目标物体的距离、速度和方位角,为自动驾驶决策提供关键 数据支撑。
6
毫米波雷达的技术优势:(1)全天候稳定探测,不受光照、雨 雪雾等环境影响,适应复杂气候条件。(2)高精度测速测距,基于 多普勒和时延效应,可精确测量目标物体的相对速度及距离。(3) 强穿透能力,可探测被部分遮挡的物体(如雾中车辆、低矮障碍物)。
(4)成本与可靠性优势:相比激光雷达,成本更低,且更易于车规 级量产。
毫米波雷达已广泛应用于L2-L4级自动驾驶系统,典型功能包括:
(1)自适应巡航控制(ACC):实时监测前车距离与速度,自动调整 车速。(2)前向碰撞预警(FCW)与自动紧急制动(AEB):识别潜
在碰撞风险并触发制动。(3)盲点监测(BSD)与变道辅助(LCA):
检测侧后方车辆,避免变道碰撞。(4)交叉路口预警(CTA)与后向
横穿预警系统(RTCA):提升低速场景下的安全性。(5) 自动泊车
辅助(APA):结合超声波雷达,实现精准车位识别与泊车控制。(6)
行人/自行车检测:通过高分辨率雷达识别弱势道路使用者,降低事
故风险。
随着自动驾驶对感知精度的需求提升,传统24GHz雷达逐步被 76-79GHz高频段雷达取代,其核心优势包括:(1)更高分辨率,带 宽可达4GHz(79GHz雷达),实现厘米级测距精度。(2)更小天线尺 寸,适用于紧凑型车载集成(如角雷达、前向雷达)。(3)抗干扰 能力更强,减少多车雷达间的同频干扰问题。目前,全球主流车企(如 特斯拉、宝马、蔚来)及Tier1供应商(博世、大陆、安波福)均采 用76-81GHz方案,推动毫米波雷达向4D成像雷达(增加高程信息)演
7
进,并与摄像头、激光雷达进行多传感器融合,实现数据互补,进一 步满足高阶自动驾驶需求。毫米波雷达凭借其可靠性、成本优势及持 续技术升级,仍是自动驾驶感知层不可或缺的组成部分,未来将在L3+ 级系统中发挥更关键作用。
1.1.3 雷达遮挡物应用现状
毫米波雷达的电磁波传输特性要求其安装在非金属且构造均匀 的部件后方,因此保险杠、徽标、格栅、外饰板等位置是毫米波雷达 的最佳藏身之处。随着毫米波雷达在辅助驾驶及自动驾驶系统中的广 泛应用,传统车身部件被赋予了新的功能使命。保险杠、格栅、徽标 等原本仅承担机械防护、散热通风和品牌标识功能的部件,如今需要 额外具备射频透波特性,成为毫米波雷达的关键"窗口"。
从固体材料的电物理特性分析,雷达遮挡物的造型、厚度、曲率、 漆膜等等参数均会影响毫米波雷达的探测性能。随着毫米波雷达的上 车普及,雷达遮挡物材料的电物理特性及影响电物理特性的结构特性 越加的受到关注。但是,融合材料、电磁、机械、驾驶自动化等多领 域学科的雷达遮挡物,还没有一个能适用多方协调的测试方案,导致 毫米波雷达的上车搭载需要车身部件供应商、雷达供应商和整车生产 厂商之间进行多轮的设计、仿真、试错,且容易造成在车辆生产后期 出现雷达与雷达遮挡物间匹配不达标的问题,该问题极易造成生产模 具的报废以及项目延期,进而造成较大的人力物力浪费。总之,随着 自动驾驶等级提升,雷达遮挡物正从单纯的机械部件转变为机电一体
8
化功能件,亟需建立跨行业的协同开发体系和标准化的测试规范,以 提升开发效率,降低研发成本。
1.2 国内外研究成果
1.2.1 毫米波雷达遮挡物系统安装特性研究
雷达上车后的探测精准度取决于多种因素,包括硬件方案选型、 波形配置及信号处理算法、环境因素等。毫米波雷达根据所需实现的 参数目标及功能目标调整硬件方案选型及算法策略,而收发波过程的 损耗主要受空气介质传播及各类雷达障碍物损耗。(1)雷达信号在 到达目标和反射途中除自由空间衰减外,还会发生由于透射雷达遮挡 物材料而导致的两次功率衰减,在雷达检测信噪比门限不变的状态 下,功率的衰减大小影响雷达的极限探测距离。(2)环境中底噪的 高低同样影响雷达探测性能,信噪比(SNR)低的回波信号,其参数的测 量精准度肯定不及 SNR 较高的回波信号。基于信号处理原理,当雷达 信号即将被底噪淹没时,就会造成有用信号和无用信号的误区分,易 出现误警和漏警。(3)雷达信号在穿透雷达遮挡物时出现的多径传 播和失真等效应也会对测量精度产生巨大影响。例如方位角的测量如 果不准确,会导致目标出现偏离实际位置的情况:当雷达传感器的角 度测量误差仅有 1°时,会导致100m远的目标出现1.75m 的横向偏移, 这一偏移量可能会导致目标被解读为处于另一条车道上。
毫米波雷达遮挡物的影响,多表现为装车匹配后的雷达性能的偏 差,其中对于探测距离的影响因素主要是雷达遮挡物的传输损耗,而
9
传输损耗借鉴固体材料电特性(Dk、Df)的成熟研究,当前有一些研 究成果输出,但遮挡物对雷达探测精度的影响尚未有可供参考的标准 或规程。
1.2.2 遮挡物材料电特性分析
微波毫米波频段固体材料介电常数测量方面的研究已经比较成 熟,国内外一些高校、科研院所以及公司都研制了一些材料宽频介电 常数测量装置,并根据介电常数测量结果推算雷达遮挡物材料及最佳 厚度,实现雷达遮挡物样品的规划仿真设计。然而不同机构测量结果
的一致性较差,需要建立相应的国家或行业标准以及计量规程规范, 以保证测量值的准确可靠和有效溯源。近年来国内外计量机构开展了 相关标准测量装置的研制工作。比如,英国国家物理实验室基于波导 耦合谐振腔法建立了覆盖至 140GHz 的材料介电常数计量标准; 日本 计量院近两年研制了平衡式圆盘谐振腔装置实现(10-170)GHz 的材 料毫米波介电常数精密测量。中国计量院基于电容法、自由空间法和 准光谐振腔法建立了 100MHz-220GHz 材料介电常数计量标准装置,形 成了国际互认的校准与测量能力。基于上述不同的测量原理和测量方 法,国内外先后制定了很多项国际、国内标准和规范。如表 1、表 2 所示,分别列举了材料介电特性测量方面的国内标准规范、美国 ASTM 试验标准以及 IPC 国际电子行业标准。
表 1 国内材料介电常数测量标准、规范
10
序号
标准号
标准名称
1
GB/T 7265.1-1987
固体电介质微波复介电常数的测试方法 微扰法
2
GB 7265.2-1987
固体电介质微波复介电常数的测试方法“开式 腔”法
3
GB/T 12636-1990
微波介质基片复介电常数带状线测试方法
4
GB/T 5597-1999
固体电介质微波复介电常数的测试方法
5
SJ/T 10142-1991
电介质材料微波复介电常数测试方法 同轴线终 端开路法
6
SJ/T 11043-1996
电子玻璃高频介质损耗和介电常数的测试方法
7
SJ20512-1995
微波大损耗固体材料复介电常数和复磁导率测试 方法
8
JJF(军工)170-2018
微波频段介质复介电常数和复磁导率校准规范
表2 美国ASTM材料介电常数试验标准
9
GB/T 42741-2023
固体材料使用自由空间法的电磁参数测量方法
10
JJF 2020-2020
固体电介质材料复介电常数测量方法
序号
标准号
标准名称
1
D150-11
AC Loss Characteristics and Permittivity (Dielectric Constant) of Solid Electrical Insulation
2
A893-03
Complex Dielectric Constant of Nonmetallic Magnetic Materials at Microwave Frequencies
3
D924-15
Dissipation Factor (or Power Factor) and Relative Permittivity (Dielectric Constant) of Electrical insulating Liquids
4
D1082-00
Dissipation Factor and Permittivity (Dielectric Constant) of Mica
5
D1531-01
Relative Permitivity (Dielectric Constant) and
Dissipation Factor by Fluid Displacement Procedures
6
D2149-13
Permittivity (Dielectric Constant) and Dissipation Factor of Solid Ceramic Dielectrics at Frequencies to
11
l0 MHz and Temperatures to 500℃
7
D2520-13
Complex Permittivity (Dielectric Constant) of Solid Electrical Insulating Materials at Microwave
Frequencies andTemperatures to 1650℃
8
D3380-14
Relative Permittivity (Dielectric Constant) and
Dissipation Factor of Polymer-Based Microwave Circuit Substrates
9
D4935
Measuring the Electromagnetic Shielding Efectiveness of Planar Materials
10
D5568-14
Measuring Relative Complex Permittivity and Relative Magnetic Permeability of Solid Materials at
MicrowaveFrequencies Using Waveguide
11
D6343-14
Thin Thermally Conductive Solid Materials for
Electrical Insulation and Dielectric Applications
12
D7449-14
Measuring Relative Complex Permittivity and Relative
Magnetic Permeability of Solid Materials at
MicrowaveFrequencies Using Coaxial Air Line
13
D7698-11a
In-Place Estimation of Density and WVater Content of Soil and Aggregate by Correlation with Complex
lmpedance Method
1.3 遮挡物材料标准应用基础
毫米波雷达遮挡物的材料主要是由纤维增强复合材料及夹层材 料组成。由于制造雷达罩所用材料的介电性能对后续的电气性能设计 及其生产工艺将产生根本的影响,并直接决定雷达罩体的介电性能, 材料的选择显得异常重要。通常来说,用于制造地面雷达罩所用的理 想材料应具备以下性能:①可在多波段下使用;②优良的电气性能,
12
具有高透波率和低的反射率及吸收率、介电常数小、损耗角正切值小; ③足够的强度与韧性;④优良的耐候性能;⑤具有良好的工艺性、可 生产性和经济性。然而,正如雷达设计的众多指标一样,目前还不能 找到一种材料能同时满足以上的要求,只能根据实际情况选取适当的 材料以满足最主要的性能,同时尽量兼顾其他性能。
毫米波遮挡物的规范性引用文件标准,需综合考虑雷达遮挡物与 雷达间的匹配安装过程(见图1),这就涉及到毫米波雷达开发、及 车身设计标准的方方面面。
图1 毫米波雷达遮挡物标准符合性管理流程
毫米波雷达在开发及导入生产过程中,基于国标、行标等现存发
布标准和雷达选型的技术规范,会总结形成一套适用于本企业开发的
13
标准要求,通常分为硬件开发和软件开发。软件开发包含基础功能和 应用功能,硬件开发标准引用情况见表3。
表3 毫米波雷达遮挡物硬件管理标准列表
项目分类
应用标准
硬件
开发
布置类
本体要求
企标、技术规范
保险成技术要求及试验方法、
汽车外部主标字牌技术要求及试验方法、 外饰真空镀膜零件技术要求及试验方法、 外饰烫印零件技术要求及试验方法、
外饰塑料喷涂零件技术要求及试验方法、
外饰塑料镀铬零件技术要求及试验方法、
外饰无表面处理塑料零件技术要求及试验方法 GB/T 250 纺织品 色牢度试验、
GB/T 1733 漆膜耐水性测定法、 GB/T 1740 漆膜耐湿热测定法、 GB/T 漆膜厚度测定方法、
GB/T 9754 色漆和清漆的测定、
ISO 2409 色漆和清漆 交叉切割试验
对手件要求
企标、技术规范(布置距离、安全间隙、倾角、曲率、 材料电特性、厚度等因素)
可靠性 类
环境类标准
ISO 16750 道路车辆-电子电气零部件环境条件和环 境、
IEC 60068 环境试验、
ISO 20653 道路车辆-外壳防护等级
电磁兼容类 标准
GB/T 6113.104 无线电骚扰和抗扰度测量设备和测量 方法规范、
GB/T 车辆电磁场对于人体暴露的测量方法、
ISO 7637 道路车辆 由传导和耦合引起的电骚扰、
GB/T 11452 道路车辆 电气/电子部件对窄带辐射电磁 能的抗扰性试验方法、
ISO 10605 道路车辆 电气/电子部件对静电放电抗性 的试验方法、
ECR R10 关于车辆电磁兼容性认证的统一规定、 CISPR 车辆、船和内燃机 无线电骚扰特性
禁用物质类 标准
GB/T 1844 塑料、
ISO 1043 塑料、
GADSL 全球汽车申报物质清单、 CAMDS 填报指南、
GB/T 26989 汽车回收利用术语
14
注:车身开发及智驾开发中包含但不限于上述标准。
针对车身开发中的手板件需求部分,需要接收毫米波雷达的开发 需求输入和设计参数需求输入,在本体开发要求的基础上,会额外接 受关于布置距离、安全间隙、倾角、曲率、材料电特性、厚度等指标 要求,以满足毫米波雷达开发和应用对于透波、反射和损耗的要求。
基于现有且广被接受的工作模式,车身部件厂商在设计及导入生 产开发阶段,相关的参数指标接收主机厂的输入,而对应输入信息则 需要主机厂基于雷达厂家在仿真、实物测试后的结果进行获取,此链 路传递过程中,应没有被广泛接受和认可的国标、行标作为参考依据, 常常出现需求与验证不一致、信息不畅、规范不对称的问题,导致设 计输入不完整、样件提供时机晚、整车验证周期被拉长、设计状态遮 挡物厚度设变调整、设计状态遮挡物喷漆调整等重复工作,造成极大 的资源浪费、冗余的沟通成本和上涨的开发成本。
基于上述模式和问题,需要在行业内明确遮挡物要求和对应试验 测试方法,形成统一的标准化要求,规范整条开发链路上各环节的设 计、开发和生产依据,助于主机厂、雷达厂家、车身部件厂家的协作 沟通,进一步优化遮挡物开发乃至整车开发流程。
1.4 产业链情况
随着汽车科技的飞速发展,车载毫米波雷达已成为驾驶自动化领 域的重要组成部分,众多国内外企业纷纷布局该领域,包括传统汽车 零部件供应商、新兴科技公司等。
15
车载毫米波雷达产业链上游主要包含毫米波雷达芯片、元器件、 材料等制造商,产业链中游即车载毫米波雷达制造商,产业链下游主 要包括汽车厂商与系统集成商。
对于雷达遮挡物来说,产业链上游即材料供货商,产业链中游为 车身透波部件生产厂商,例如保险杠、徽标、栅格、侧饰板等生产厂 家,产业链下游即主机厂。
毫米波雷达制造商负责雷达的设计、生产与销售,其中芯片的选 择、天线的排列和软件算法等是毫米波雷达产品的重要影响因素;汽 车是车载毫米波雷达的应用端,根据汽车环境对雷达进行合理的安装
和遮挡, 良好的集成到汽车系统中,提升车辆的驾驶自动化能力。
毫米波雷达与雷达遮挡物之间的匹配:毫米波雷达厂商与车身部
件厂商同为产业链中游,为主机厂供货,不存在上下游关系,故参数
匹配无法直接沟通,需经主机厂转达,存在信息差。
1.5 研究项目的意义
随着驾驶自动化技术的普及,毫米波雷达在汽车上的应用越来越 广泛。为了保护毫米波雷达并改善车辆外观,通常会将其安装在车辆 内部,这使得终端用户无法从外观上察觉到毫米波雷达的存在。然而, 由于毫米波雷达需要发射和接收电磁波才能正常工作,车身结构会对 其造成一定的影响。
毫米波雷达前方遮挡物越来越多样化,如前雷达前端遮挡物为带 油漆前保或发光LOGO,而非常规的非喷涂格栅,对于众多主机厂、雷 达制造商以及车身部件制造商都缺乏对应的经验。为尽可能降低该遮
16
挡物对毫米波雷达性能的影响,毫米波雷达厂商会提出对该遮挡物的 要求,这些要求包含:约束毫米波雷达遮挡物与毫米波雷达之间的位 置关系,约束毫米波雷达遮挡物的几何特性,约束毫米波雷达遮挡物 的电物理特性。
当前主要的痛点在于:
a.不同毫米波雷达厂商对于毫米波雷达遮挡物的要求不同,车身 部件制造商在生产产品时无法获知匹配雷达型号、位置及FOV等参数;
b.毫米波雷达遮挡物测试由主机厂统筹,要求来自雷达制造商, 生产参数由车身部件制造商调整,两方均为测试执行方,测试方案及
结果存在偏差,参数匹配流程各家不同,匹配参数与车身部件生产参
数间存在信息差;
c.毫米波雷达遮挡物属于汽车外观件,在基于外观优先的前提下
难以满足部分毫米波雷达厂商对于遮挡物的要求;
d.毫米波雷达遮挡物一般在整车开发后期才接近量产状态,若此 时才发现毫米波雷达遮挡物对毫米波雷达性能的影响过大,将难以更 改。
上述这些痛点会造成下述连锁反应:
1)因各家毫米波雷达厂商对于毫米波雷达遮挡物的要求、测试 方法或通过标准不同,当毫米波雷达遮挡物某些指标无法满足供货毫 米波雷达厂商的要求时,毫米波雷达遮挡物相关负责人总会挑战为何 其他某些毫米波雷达厂商没这类要求或者要求没这么高,导致最终在 设计层面,无法按照毫米波雷达厂商的要求约束毫米波雷达遮挡物。
17
2)当毫米波雷达遮挡物接近量产状态,搭载实车测试发现一些 性能缺陷,而这些性能缺陷是由毫米波雷达遮挡物引起的,往往已经 无法轻易调整毫米波雷达遮挡物,最终整车厂不得不在时间、成本、 性能上做出权衡和取舍。
本项目旨在从毫米波雷达底层工作原理出发,研究毫米波雷达遮 挡物如何对毫米波雷达性能产生影响。继而制定一套统一的标准,用 以规范为确保毫米波雷达性能,对于毫米波雷达遮挡物的基本要求, 同时该标准应包含对这些基本要求的测试方法以及通过条件。
统一对毫米波雷达遮挡物的要求及测试方法:
1)将有助于从设计层面正确约束毫米波雷达遮挡物,避免毫米 波雷达厂商提出过高的约束条件,或者毫米波雷达遮挡物负责人实施 过低的约束条件;
2)将有助于在整车开发的前中期识别毫米波雷达遮挡物对毫米 波雷达性能的影响,避免后期识别难以调整。
2 毫米波雷达遮挡物影响原理
2.1 毫米波雷达在车辆上的分布
目前基于整车外部感知搭载实际需求,毫米波雷达按照布置区域 划分,可分为前向、后向雷达、侧前角雷达、侧后角雷达、脚踢雷达、 顶部雷达(敞篷车车顶避撞、开门)、侧向雷达(用于避撞场景), 以覆盖各场景下的感知信息,具体信息见表 4。
表 4 雷达与雷达遮挡物的布置关系
18
布置位置
遮挡物形态
雷达
格栅后方布置
遮挡物主要以注塑件为主,常规材料包含 PP、
PP+EPDM、PMMA、ASA 等,通过表面工艺处理,可在不 增加金属粉末的基础上,实现高亮喷涂,以达到与车 身色的外观统一
前向雷达/
后向雷达
车标后方布置
遮挡物主要以可穿透毫米波的注塑车标为主,可通过 多次印刷实现显色,部分车标选型可内嵌 PCB 板以支 持发光,表面处理以电镀和涂装为主
前向雷达/
后向雷达
保杠本体布置
遮挡物主要以带喷涂的保杠为主,基材以 PP 材料为 主,根据造型色彩定义和喷涂工艺实绩,对应的金属 粉含量略有差异,对于毫米波雷达的探测性能有所影 响
前向雷达/
后向雷达/
侧前角雷达
/侧后角雷
达/脚踢雷
达
外 饰 板
下护板布
置
遮挡物主要以注塑件为主,常规材料包含 PP、
PP+EPDM、PMMA、ASA 等,通过表面工艺处理,可在不
增加金属粉末的基础上,实现高亮喷涂,以达到与车 身色的外观统一
前向雷达/
后向雷达/
侧前角雷达
/侧后角雷
达
饰板布置
遮挡物主要以注塑件为主,常规材料包含 PP、 PP+EPDM、PMMA、ASA 等,常布置于车顶饰板处
顶部雷达
门板布置
遮挡物主要以带喷涂的车门为主,基材以钣金材料为 主,根据造型色彩定义和喷涂工艺实绩,对应的金属 粉含量略有差异,对于毫米波雷达的探测性能有所影 响
侧向雷达
注:表中信息仅为雷达常见安装信息,不作为安装位置限制要求。
2.2 毫米波雷达遮挡物产品分析
2.2.1 ACC 车标
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前向雷达主要是检测车辆正前方的物体,因此需要安装在车辆正 中间位置,车标是常见的集成毫米波雷达的车上部件,这种集成毫米 波雷达的车标也就是我们常说的ACC车标。一般主机厂对ACC车标性能 要求:(1)良好的金属质感;(2)优选PC、PP等介电常数小的材料, 利于透波;(3)表面平滑,厚度均匀,最好为半波长的整数倍,减 少雷达衰减;(4)具有较好的防水以及耐候性;(5)具有一定的强 度,利于防撞保护。
当前ACC车标通常包含常规ACC车标、发光ACC车标和带加热功能 的ACC车标,这些车标需兼顾品牌辨识与雷达透波,通常通过选取低
介电材料(PP、PC)以及改用非金属真空镀膜或透明导电涂层(ITO)
替代金属涂层,同时通过渐变壁厚设计(半波长整数倍)以及多层复
合涂层进行结构优化,减少不同入射角的信号衰减,通过雷达可调支
架设计,精准调节雷达安装位置及角度,确保长期透波稳定性。
图2 ACC车标与雷达匹配图
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2.2.2 格栅
格栅主要用于发动机散热,但毫米波雷达安装位置(中网)要求 其不影响雷达透波性能。装配有毫米波雷达的格栅通常选取低介电塑 料(PP/PE 改性材料),兼顾机械强度与透波性;或者发泡树脂,兼 具低介电和隔热性,适用于带融雪加热器的格栅。兼顾透波性能的格 栅通常采用非对称蜂窝结构,优化开孔率,减少信号反射,避免形成 电磁波谐振腔;部分格栅集成有加热器以融化格栅表面积雪,确保雷 达探测稳定性能。
图 3 格栅与雷达匹配图
2.2.3 保险杠
保险杠是毫米波雷达的主要安装位置,在辅助驾驶及自动驾驶 时代,汽车保险杠已从单纯的安全防护部件,升级为兼顾碰撞保护与 雷达信号传输的复合型载体,需满足碰撞安全+透波性能双重需求。 这种保险杠材料上主要由改性PP主导,且严格控制碳纤维、玻璃纤维 含量,使得保险杠的韧性及透波性能达到平衡。且该类保险杠一般采 取半波长整数倍壁厚设计,局部减薄,雷达可内嵌在保险杠内,或保 险杠内增加吸波泡沫,减少雷达杂波。
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图4 保险杠与雷达匹配图
2.3 毫米波雷达发射的电磁波经过遮挡物时的现象
遮挡物的材质通常一般不会采用纯导体结构,电磁波在经过遮挡 物后,不仅会产生反射,电磁波还会透过遮挡物,在遮挡物中传播时 存在折射、损耗等现象,如图 5(a)所示。为简便分析,此处电磁波 的反射路径和折射路径忽略二次反射或多次反射,并假设所有材料的 成分分布均匀、平整。
(a)电磁波的传播路径 (b)遮挡物带倾角的反射图 (c)遮挡物厚度与交界面压差关系 图5 电磁波在遮挡物中的传播图
(1)当电磁波从天线发射后,会在空气中进行扩散传播。当电 磁波遇到遮挡物后,由于传播介质的改变,在空气和遮挡物相连的边 界处会产生反射现象,材料平整光滑时,电磁波的入射角等于反射角。
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为避免反射波反射至原发射天线,导致产生虚警,通常遮挡物表面与 天线阵面会存在一定的倾角如图5(b)所示。
(2)因为遮挡物材料本身产生的感应电场不足以抵消折射进来 的电场,同时由于不同介质导致的电磁波传播速度的改变,部分电磁 波会以最短耗时路径的折射角度方向在遮挡物内部以一定的能量衰 减趋势继续传播,传播时X1->X2->X3->X4->X5 的振动幅度会逐步降低, 如图5(a)所示。根据电磁波的传播特性,折射的角度和材料的介电常 数DK强相关,产生的能量衰减和电介质的损耗DF强相关。为减小折射 导致的方向变化,通常要求材料的介电常数DK越小越好。为减小传播
时的损耗,通常要求传输损耗DF越小越好,此外由于损耗还和感应电 流相关,若遮挡物的厚度为半波长时,遮挡物两个表面产生的感应电 动势相同,则遮挡物内部产生的感应电流最小,所以通常要求遮挡物 的厚度为对应介质波长的二分之一的整数倍,如图5(c)所示。
(3)若电磁波继续传播至底漆和喷漆涂层时,电磁波也会再次 出现反射和折射,然后传播至空气介质中,最终到达待测目标。在实 际的喷漆涂层和底漆中,通常含有非均匀分布的金属粒子,电磁波会 产生复杂的多次反射,对电磁波的传输影响较大,因此还需要严格限 制喷漆的材质、层数、厚度。
2.4 遮挡物基于电磁波入射、反射原理对雷达的影响分析
2.4.1 衰减信号降低测试极限距离
根据雷达方程原理可得到,雷达参数与目标距离之间存在如下的
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数学关系式。
Pt :雷达的发射功率(W);
Gt:发射天线增益(dB);
Gr:接收天线增益(dB);
(SNR)0 :雷达最小可检测目标的信噪比;
σ:雷达散射截面积(RCS,m2 );
Rmax :最大可探测距离(m);
k:玻尔兹曼常数(1.38×1
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