車輛中心  環能與車電工程處  毛慶平

據統計，全球每年約有120萬人死於交通事故，而在這些交通事故中約有94%為駕駛者的人為失誤所造成。為降低此類人為因素所造成之交通意外，全球各大車廠皆已紛紛投入先進駕駛輔助系統（Advanced Driver Assistance System, ADAS）或自駕車（Autonomous Vehicle）之相關技術研究開發。然而，目前ADAS系統欲達到相關駕駛輔助功能或自駕車希望達到不同程度之自動駕駛等級，在車輛上皆須搭載各種不同的感知器，如：雷達（Radar）、光達（LiDAR）、攝影機（Camera）、超音波感知器（Ultrasound）等，如圖1。其中，雷達又扮演著相對重要且關鍵的角色。

圖1、自駕車感知器應用分佈圖
資料來源：Machine Design

然而，目前應用於ADAS系統中的車載雷達，其工作頻率多設計於24GHz、77GHz及79GHz這三個頻率，如表1。由於24GHz車載雷達具有繞射能力強、信號損失小等優點，故在短距離的偵測系統上較常被應用，如車側盲點偵測（BSD）、車道偏移警示（LDW）等；然而，在24GHz ISM頻段其頻寬僅250MHz，故其分辨率與偵測距離則會有所限制。因此，2015年世界無線電通信大會（WRC-15）上決定，再將77.5GHz～78.0GHz頻段劃分給汽車無線電領域使用，故使得76GHz～81GHz整個頻段皆可用於車載雷達上，同時也確立了79GHz頻段將逐漸取代24GHz雷達系統的產業趨勢，如圖2。

表1、車用毫米波雷達使用頻率比較
資料來源：工研院IEK

圖2、各頻率範圍之車載雷達應用
資料來源：Yole Development

然而，在車載雷達產品之設計開發過程中，陣列天線之場形特性設計甚為重要。因此，研發工程師可於車載雷達設計初期，即針對設計之發射天線（Tx）與接收天線（Rx），利用電磁模擬分析軟體計算其主旁瓣增益（Gain）、主瓣方向、半功率波束寬（Half-Power Beamwidth, HPBW）等場形特性資訊，如圖3，以評估所設計之陣列天線特性是否符合要求。此外，研發工程師亦可納入目標車之保險桿與水箱護罩模型，進行車載雷達裝車後之場形特性評估，進而掌握車載雷達裝車後之增益變化，並找出其較適合之安裝位置與角度，如圖4。

圖3、車載雷達之天線場形模擬分析示意圖
 

圖4、車載雷達天線裝車後之場形模擬分析示意圖
資料來源：https://fluidcodes.com/

針對77GHz（或79GHz）之車載雷達產品，其產品尺寸將更趨輕薄，因此其內部PCB之散熱議題亦常受到關注。有鑑於此，研發工程師可於設計初期針對設計之PCB與殼體，利用熱流模擬分析軟體計算PCB上之各主要電子元件（如RF IC、MCU等）溫度，進而評估電子元件之溫升是否符合要求，如圖5。

圖5、車載雷達PCB之溫度模擬分析示意圖

車輛中心（ARTC）在經濟部工業局智能電動車輛產業輔導推廣計畫的支持下，已完成車載雷達之天線場形模擬與PCB熱模擬技術建立，日後可對於國內車載雷達業者提供技術輔導與產業服務。倘若需要進一步瞭解相關內容細節，歡迎洽詢車輛中心/環能與車電工程處/工程分析中心/毛慶平資深專員。電話：04-7811222分機3310 / E-mail：maocp@artc.org.tw。