自动驾驶汽车要搭载多少根天线?18根够不够?

自动驾驶汽车要搭载多少根天线?18根够不够?

  雷锋网注:Taoglas 的部分产品展示

  到底需要多少天线才能让一辆汽车拥有安全可靠的自动驾驶能力?

  这可不是个笑话,爱尔兰天线技术供应商 Taoglas 认为,在接入 5G 网络的情况下,下一代联网汽车至少需要 18 条天线。Taoglas 成立于 2007 年,它是工业应用领域天线技术的领导者,目前公司一半的业务都来自交通领域,产品主要被在卡车、大巴和汽车等车辆上。

  即使没有 5G 网络,汽车制造商设计的联网汽车也搭载了多种不同网络连接方式的天线,包括蜂窝网络、Wi-Fi,用于导航的 GPS,紧急呼叫系统,卫星广播以及 AM/FM,倒车雷达,蓝牙,DSRC 以及 V2V/V2X 应用。

  前不久,Taoglas 推出了名为 Axiom 的参考设计,它是一款紧凑型的多天线(9 天线)解决方案。

自动驾驶汽车要搭载多少根天线?18根够不够?

  雷锋网注:Axiom 9 合 1 多天线参考设计

  天线越多越好

  OEM 商们近些年来对网络连接技术的需求有什么变化?

  Taoglas 公司 CEO Dermot O’Shea 回答得简洁干脆:厂商们需要的天线数量出现了几何级的增长。汽车制造商疯狂做加法,但对于一些较为传统的功能,它们却又不舍得砍掉。

  举例来说,现在基本上没人使用车上的 AM/FM 功能,因为大家都转向了网络电台或卫星广播,但这项功能依旧会保留在车辆配置清单中。

  虽然天线需求量变大了是好事,但也给供应商们带来了巨大的挑战,因为它们的解决方案必须保持苗条“身材”,同时天线模组的安装难度还要不断降低,价格也得足够实惠。最重要的是,天线阵列在性能上“必须足够强悍”。

  市场研究公司 IHS Markit 车载电子部门首席分析师 Luca De Ambroggi 同意这一观点。“从五年前开始,‘联网能力’在车辆上扮演的角色突然发生了变化,因为车辆需要的嵌入式解决方案和技术变得越来越多。”他解释。“手机不再是车辆联网的中枢,汽车自己成了一座行走的信号塔。”

  De Ambroggi 指出,这些网络连接解决方案的装车率会越来越高。“它们不只是高端车型的标配,还会逐渐进入中低端的车型。”

  De Ambroggi 认为,这一普及化过程是由多种因素推动的,其中就包括元器件成本降低和芯片集成度提高。同时,汽车制造商正在经历功能升级,它要从简单的信息娱乐功能(如热点和手机蓝牙配对等)升级到更为复杂的系统(如车辆 OTA 升级和在线诊断等)。此外,在不久的将来,V2V 和 V2X 等技术的应用和 AI 采集数据的需求也会推动此类产品的普及。

  O’Shea 认为,汽车 OEM 商和一级零部件供应商过去在网络连接技术领域没有丰厚的积累,现在智能驾驶的到来正在迫使他们“抓紧补课”。

  汽车用到的天线和智能手机有什么不同?

  既然智能手机那么小的设备已经能整合进多天线系统了,把它放进那么大的汽车里有什么难的呢?

  你别说,还真么那么容易。O’Shea 指出,首先车载天线的安全标准更高,它需要经受住温度和震动的长期考验,而智能手机的安全标准要低得多,毕竟谁的手机也不会被放在太阳下暴晒或长期停在雪地。

  其次,现在的汽车已经不是简单的铁皮车了,这就意味着天线可以由早年车顶的“鲨鱼鳍”缩进车内。因此,天线供应商们不能只做万金油型的解决方案,它们需要根据车顶的弧度对天线模组进行调整,此外有的厂商还要将天线模组安装在外后视镜、后备箱、保险杠甚至仪表盘里,这就加大了天线供应商们的开发难度。

  “自动驾驶时代对车载天线性能和可靠性的要求就更高了,毕竟一旦断了连接,车辆的安全功能可能就会受影响。”De Ambroggi 补充道。除了上述问题,“气温、恶劣的环境和电磁兼容性等问题也需要解决。”

  De Ambroggi 表示:“假设我们将天线安在车辆顶棚里,它们就必须经受 105 C°的高温。此外,震动和电磁干扰等也是天线的大敌。最重要的是,车辆会处在不断的移动中,一旦速度快起来,天线接收或发送信号的能力就会减弱。”

  “如何以足够有竞争力的成本造出高效的天线并将它们塞进一个紧凑的空间中是汽车制造商射频团队的第一要务。”O’Shea 总结道。

  这就是 Axiom 诞生的原因,制造商可以拿它当参考设计,根据自己的需要设计出相应的多天线阵列。这样的解决方案有一大优势,那就是可以帮厂商节省几个月的测试时间

  智能天线?

  De Ambroggi 指出,Taoglas 的技术更偏向“固定的、被动的”天线,而市场需要的是新型的“智能天线”,即采用芯片的方式集成不同类型的天线,在需要时可以调用。

  O’Shea 则表示:“Taoglas 的天线用途多样,可以是被动式,也可以是主动式。到底提供什么样的天线,取决于汽车厂商的项目需求和我们的合作深度。”

  O’Shea 表示:“在汽车 OEM 领域,Taoglas 不会像 Laird 和 Peiker 那样参与到电子元件的制造过程中去,我们只是帮助厂商将天线集成进汽车或者电子元器件中。当然,我们与 Laird 和 Peiker 在此类项目上也有合作。”

  需要注意的一点是,无论天线是否智能,其性能表现只与产品质量有关。为了提升天线质量,Taoglas 已经开发出了独有的电陶瓷材料。这种新材料打造的天线能经受严酷的温度和疲劳测试,同时在 77 MHz 到 3.7 GHz 的频段间,它都有稳定高效的性能表现。

  “我们无法超越物理极限,不过 Taoglas 的新材料可以减少一些干扰。”O’Shea 解释道。眼下,Taoglas 在台湾的工厂生产自家的天线产品。

  5G 网络

  许多业内人士将 5G 看作自动驾驶安全性能全面提升的最终要素。

  “它们想尽快在自动驾驶汽车上应用 5G 技术,并测试其性能表现,汽车制造商们都胃口颇大,大家都很关心 5G 连接的可靠性。”O’Shea 说道。

  不过,5G 标准现在还没个着落呢,因此 Taoglas 的参考设计中并没有为 5G 天线预留位置。

  “关于 5G,我们现在所了解的只有美国运营商会用到的频段,Verizon 会用到 28 GHz,而 AT&T 则是 39 GHz。”O’Shea 说道。

  O’Shea 表示,如果 5G 网络顺利上马,Taoglas 会用到 MIMO 系统(搭载有天线阵列)。不过,它们现在还不清楚到底要用多少天线才能满足 5G 网络的要求。此外,拥有 5G 通讯能力的车辆在行驶时如何与基站、交通信号灯等设备交流也暂时无解。

  “我们至少还得做 2-3 年的测试。”O’Shea 补充道。

  雷锋网新智驾推荐阅读:《5G 网络对自动驾驶有多重要?听听英特尔高管怎么说》

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