隨著(zhù)新車(chē)安全評鑒制度(NCAP)要求將ACC和AEB等功能納入五星安全評級，業(yè)界廠(chǎng)商正加速在汽車(chē)先進(jìn)駕駛輔助系統(ADAS)中整合雷達系統…
隨著(zhù)目前部份地區的新車(chē)安全評鑒制度(NCAP)要求將自適應巡航控制(ACC)和緊急煞車(chē)輔助(AEB)等功能納入其五星安全評級，包括恩智浦半導體(NXP Semiconductors)等業(yè)界廠(chǎng)商正積極推動(dòng)汽車(chē)產(chǎn)業(yè)大力布局雷達系統。
為了加速在先進(jìn)駕駛輔助系統(ADAS)中整合雷達，恩智浦推出了一款雷達解決方案，結合了S32R處理器、RF收發(fā)器和天線(xiàn)設計于一個(gè)新的參考平臺上。恩智浦聲稱(chēng)這款與Colorado Engineering合作開(kāi)發(fā)的平臺能滿(mǎn)足「汽車(chē)產(chǎn)業(yè)最嚴格的功能、效能和安全要求」。
該新系統的目的在于揭開(kāi)雷達「藝術(shù)」的神秘面紗——雷達通常需要大型汽車(chē)OEM微調天線(xiàn)和類(lèi)比設計。恩智浦希望其「開(kāi)箱即用」的車(chē)用雷達系統能夠為中國汽車(chē)OEM提供服務(wù)；因為還有許多中國汽車(chē)OEM仍然需要好幾年的時(shí)間才能趕上世界其他地區的現有汽車(chē)業(yè)者。
在最近接受《EE Times》的電話(huà)采訪(fǎng)時(shí)，恩智浦ADAS副總裁兼總經(jīng)理Kamal Khouri說(shuō)道：「雷達已成為ACC和AEB的首選感測器。攝影機無(wú)法測量速度，但雷達可以。雷達還可以借由反射訊號看到轉角處的情況，另一方面，無(wú)需采用移動(dòng)元件的光達(LiDAR)價(jià)格仍然非常昂貴?！?/font>
然而，眾所周知，傳統的雷達缺乏解析度，無(wú)法區別附近的物體。雷達也由于發(fā)出誤報而備受詬病，而且他們處理資訊的速度始終不夠快，因而無(wú)法在高速公路上發(fā)揮作用。
Khouri明確表示，雷達并不至于取代攝影機。Khouri說(shuō)：「攝影機和成像雷達的組合可以提供冗余，從而使車(chē)輛駕駛更安全?！?/font>
新款雷達解決方案揭密
那么，恩智浦的新款雷達解決方案大有些什么呢？
該雷達設計參考平臺名為RDK-S32R274，結合了恩智浦S32R27處理器、TEF810 x CMOS收發(fā)器、FS8410電源管理IC和雷達軟體開(kāi)發(fā)套件。恩智浦還為其增加了擴展和天線(xiàn)模組，可為特定客戶(hù)應用打造客制的開(kāi)發(fā)平臺。
這款雷達解決方案的核心是可擴展的基于Power Architecture的處理器系列——S32R27和S32R37，Khouri稱(chēng)其為「首款專(zhuān)用于處理雷達演算法的晶片」。
據恩智浦汽車(chē)微處理器ADAS雷達部門(mén)經(jīng)理Roger Keen介紹，除了ACC和AEB的車(chē)規級軟體，該公司的雷達處理IP還可執行于恩智浦的處理器上。該公司還為這款雷達解決方案的電路板和天線(xiàn)設計模組進(jìn)行了強化，以滿(mǎn)足車(chē)規要求。
Keen解釋說(shuō)，利用恩智浦提供的車(chē)規級雷達SDK，過(guò)去需要「手動(dòng)調整」其雷達處理IP到特定硬體的開(kāi)發(fā)人員，現在可以直接利用這套雷達系統上的功能。
這款基于S32R27的雷達解決方案專(zhuān)為ACC和AEB等應用擴展而設計。S32R37的執行功耗比S32R27低，但程式碼相容，并針對盲點(diǎn)監測等功能進(jìn)行了高度最佳化。
業(yè)界競爭
恩智浦并不是唯一一家主導汽車(chē)雷達整合的公司。Strategy Analytics全球汽車(chē)業(yè)務(wù)執行總監Ian Riches認為，恩智浦和英飛凌(Infineon)都是車(chē)用雷達領(lǐng)域的領(lǐng)導者。
同時(shí)，最近進(jìn)入雷達市場(chǎng)的德州儀器(Texas Instruments；TI)也在急起直追，在2017年推出了基于標準RF CMOS技術(shù)的毫米波(mmWave)雷達晶片。TI宣稱(chēng)其雷達晶片可提供「解析度精度小于5厘米、探測距離可達數百米、速度高達300公里/小時(shí)」。更重要的是，與其他雷達晶片不同，TI的mmWave雷達感測器在一個(gè)晶片上完整整合了76至81GHz mmWave雷達、微控制器(MCU)和數位訊號處理器(DSP)。
TI采用這種途徑是因為具有更高的整合度，能夠減少體積、功耗和成本，而不至于犠牲產(chǎn)品性能。Yole Développement射頻元件技術(shù)和市場(chǎng)分析師Cedric Malaquin認為，盡管恩智浦開(kāi)發(fā)的RF-CMOS收發(fā)器邁出了第一步，但TI更進(jìn)一步將DSP整合于其雷達晶片中。Malaquin表示，TI整合了DSP的雷達解決方案使晶片面積幾乎縮小了60%。DSP是「訊號處理鏈上實(shí)現物件檢測和分類(lèi)」的關(guān)鍵。
然而，恩智浦強調，該公司的雙晶片解決方案(雷達晶片+微處理器)能夠為客戶(hù)提供了便于雷達整合的更多可擴展性和靈活性。
恩智浦雷達解決方案：天線(xiàn)端
恩智浦的Keen表示，「考慮亞利桑那州(Arizona)氣候常年在110°F (約43℃)以下的熱管理，如果將收發(fā)器晶片遠離微處理器，能使其更易于對安裝在保險桿的雷達進(jìn)行熱管理控制?！?/font>
恩智浦雷達解決方案：處理器端
Keen還補充說(shuō)，恩智浦的方案——使用專(zhuān)為雷達處理IP設計的處理器，提高了雷達解決方案的每瓦性能。關(guān)于用于每瓦性能分析的基準，恩智浦表示其團隊已經(jīng)從「公開(kāi)資料」和「與客戶(hù)的非公開(kāi)會(huì )議中獲悉的資訊」收集到答案了。但Keen補充說(shuō)，「雖然這帶來(lái)了我們見(jiàn)過(guò)的最佳每瓦性能，但我們將保留更廣泛的業(yè)界訴求給協(xié)力廠(chǎng)商測試?！?/font>
那么如果將TI的雷達晶片與恩智浦的雷達解決方案進(jìn)行比較呢？Strategy Analytics的Riches注意到，「基本上，TI的方案可能提供更低成本，但靈活度也略低些?！?/font>
市場(chǎng)預測
雷達供應商和市場(chǎng)研究公司都看好汽車(chē)雷達的需求不斷成長(cháng)。
不同的雷達應用需要多個(gè)不同的雷達模組，恩智浦說(shuō)：「針對盲點(diǎn)監測，車(chē)輛的兩個(gè)后角落通常需要安裝兩個(gè)雷達模組。對于更高階的要求(如十字路口的車(chē)流監測) ，車(chē)輛的前角落需要另外再增加兩個(gè)雷達模組?！?/font>
此外，據恩智浦表示，針對長(cháng)距離的雷達應用，通常必須在前保險桿中安裝一個(gè)雷達模組。根據Yole近期發(fā)布的《2018年車(chē)用雷達技術(shù)》報告，盡管2017~2022年全球汽車(chē)的年銷(xiāo)售量成長(cháng)速緩慢(約3%)，但預計車(chē)用雷達模組的年銷(xiāo)售量將飛速成長(cháng)(約為25%)，雷達晶片的年銷(xiāo)售量也類(lèi)似，成長(cháng)率達到22%。
全球雷達市場(chǎng)預估，按應用分類(lèi)
Strategy Analytics預測，從2018年到2022年，「安裝在輕型車(chē)輛上的車(chē)用雷達將累計達到3.75億臺?！筊iches認為，2022年這一安裝量將上看1.07億。
同樣地，恩智浦也估計2022年的雷達出貨量為1.092億顆——包括角落雷達、高階角落雷達和遠距離/中程雷達、前/后雷達等，使雷達技術(shù)落實(shí)于50%的新車(chē)應用。
成像雷達
據Strategy Analytics的Riches表示，雷達解決方案的最新趨勢是利用雷達系統產(chǎn)生高解析度「影像」，用于在視場(chǎng)中定位和辨識/分類(lèi)物體。Riches說(shuō)：「當今用于車(chē)輛的雷達無(wú)法在夠寬的視野范圍提供足夠的解析度，以產(chǎn)生逼真的影像?！?。
僅用雷達晶片無(wú)法實(shí)現這一目標。Riches解釋?zhuān)柑炀€(xiàn)設計在此至關(guān)重要，這也是我們看到像Metawave等新創(chuàng )公司獲得英飛凌、電裝(Denso)、Toyota AI Ventures、現代汽車(chē)(Hyundai Motor)和旭硝子(Asahi Glass)等公司投資的原因之一?！?/font>
雷達的弱點(diǎn)
雷達技術(shù)的優(yōu)點(diǎn)眾所周知，最顯著(zhù)的是它能夠在各種天氣條件下運作。汽車(chē)專(zhuān)家認為，雷達能夠與視覺(jué)感測器組合，作為高度自動(dòng)駕駛車(chē)輛的關(guān)鍵感測技術(shù)。
據Strategy Analytics的Riches解釋?zhuān)富旧?，它們工作在完全不同的波長(cháng)。攝影機使用的是可見(jiàn)光，因此在明暗對比度反差很大的情況下(例如駛離隧道時(shí))或在大雨/大雪等黑暗、視線(xiàn)模糊環(huán)境時(shí)的性能最弱。而光達發(fā)射的光在正?？梢?jiàn)光譜之外，但最大的挑戰是在明亮的陽(yáng)光下，由于強光導致系統的訊號雜訊比(SNR)降低。另外，高解析度光達技術(shù)目前也非常昂貴，而且在汽車(chē)應用時(shí)的成熟度不及攝影機或雷達?！?/font>
相形之下，他指出，雷達「不受光照條件的影響，同時(shí)還能有效地穿透下雨或下雪的天氣」。
然而，雷達并不是最終的解決方案。Riches說(shuō)：「雷達的關(guān)鍵弱點(diǎn)在于其解柝度：它很善長(cháng)于告知那里有「東西」，但并不能確實(shí)地說(shuō)出是什么東西。」。
簡(jiǎn)言之，雷達技術(shù)在判斷是否繼續駕駛(例如檢測到駕駛上方的街道標識)或是否采取緊急煞車(chē)(例如前方車(chē)道內停了一輛消防車(chē))等需要做出明確決定時(shí)，其表現并不理想。
這就解釋了為什么目前的車(chē)用雷達有時(shí)會(huì )過(guò)濾掉并忽略靜止物體。Riches強調說(shuō)，雷達無(wú)法判斷一個(gè)物體是不是車(chē)子不該碰撞到的東西。
實(shí)際上，對于裝有雷達的車(chē)輛，其用戶(hù)手冊上充滿(mǎn)了對駕駛人的警告。例如摘錄自Skoda Superb的用戶(hù)手冊(采用基于雷達的ACC功能)： 「當接近靜止障礙物時(shí)，ACC不會(huì )做出反應，例如交通擁塞、車(chē)輛故障或停等紅綠燈的車(chē)輛。
Volvo XC90的用戶(hù)手冊也有類(lèi)似的警告： 「距離警報在時(shí)速高于30公里/時(shí)(20英哩/時(shí))有效，而且僅對與車(chē)輛駕駛方向相同的前方車(chē)輛做出反應。不能為迎面而來(lái)的、行駛緩慢或靜止的車(chē)輛提供距離資訊?！?第289頁(yè))
「半自動(dòng)駕駛輔助(Pilot Assist)的煞車(chē)功能并不適用于人、動(dòng)物、物體、小型車(chē)輛(例如自行車(chē)和摩托車(chē))、小型拖車(chē)以及迎面而來(lái)的慢速或靜止車(chē)輛?！?/small>
Riches總結道：「你還可以在許多其他品牌的用戶(hù)手冊中找到類(lèi)似的文字......成像雷達的目的在于解決這個(gè)問(wèn)題?！?/font>
移動(dòng)設備訪(fǎng)問(wèn)
