ADAS雷達(dá)如何保證未來(lái)安全出行？

隨著目前部份地區(qū)的新車安全評(píng)鑒制度(NCAP)要求將自適應(yīng)巡航控制(ACC)和緊急煞車輔助(AEB)等功能納入其五星安全評(píng)級(jí)，包括恩智浦半導(dǎo)體(NXP Semiconductors)等業(yè)界廠商正積極推動(dòng)汽車產(chǎn)業(yè)大力布局雷達(dá)系統(tǒng)。

為了加速在先進(jìn)駕駛輔助系統(tǒng)(ADAS)中整合雷達(dá)，恩智浦推出了一款雷達(dá)解決方案，結(jié)合了S32R處理器、RF收發(fā)器和天線設(shè)計(jì)于一個(gè)新的參考平臺(tái)上。恩智浦聲稱這款與Colorado Engineering合作開(kāi)發(fā)的平臺(tái)能滿足「汽車產(chǎn)業(yè)最嚴(yán)格的功能、效能和安全要求」。

整合于車輛中不同位置的智慧雷達(dá)感測(cè)器（來(lái)源：NXP）

該新系統(tǒng)的目的在于揭開(kāi)雷達(dá)「藝術(shù)」的神秘面紗——雷達(dá)通常需要大型汽車OEM微調(diào)天線和類比設(shè)計(jì)。恩智浦希望其「開(kāi)箱即用」的車用雷達(dá)系統(tǒng)能夠?yàn)橹袊?guó)汽車OEM提供服務(wù)；因?yàn)檫€有許多中國(guó)汽車OEM仍然需要好幾年的時(shí)間才能趕上世界其他地區(qū)的現(xiàn)有汽車業(yè)者。

在最近接受《EE Times》的電話采訪時(shí)，恩智浦ADAS副總裁兼總經(jīng)理Kamal Khouri說(shuō)道：「雷達(dá)已成為ACC和AEB的首選感測(cè)器。攝影機(jī)無(wú)法測(cè)量速度，但雷達(dá)可以。雷達(dá)還可以借由反射訊號(hào)看到轉(zhuǎn)角處的情況，另一方面，無(wú)需采用移動(dòng)元件的光達(dá)(LiDAR)價(jià)格仍然非常昂貴?！?/p>

然而，眾所周知，傳統(tǒng)的雷達(dá)缺乏解析度，無(wú)法區(qū)別附近的物體。雷達(dá)也由于發(fā)出誤報(bào)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(dá)并不至于取代攝影機(jī)。Khouri說(shuō)：「攝影機(jī)和成像雷達(dá)的組合可以提供冗余，從而使車輛駕駛更安全?！?/p>

新款雷達(dá)解決方案揭密

那么，恩智浦的新款雷達(dá)解決方案大有些什么呢？

該雷達(dá)設(shè)計(jì)參考平臺(tái)名為RDK-S32R274，結(jié)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(dá)軟體開(kāi)發(fā)套件。恩智浦還為其增加了擴(kuò)展和天線模組，可為特定客戶應(yīng)用打造客制的開(kāi)發(fā)平臺(tái)。

這款雷達(dá)解決方案的核心是可擴(kuò)展的基于Power Architecture的處理器系列——S32R27和S32R37，Khouri稱其為「首款專用于處理雷達(dá)演算法的晶片」。

恩智浦S32R方塊圖（來(lái)源：NXP）

據(jù)恩智浦汽車微處理器ADAS雷達(dá)部門經(jīng)理Roger Keen介紹，除了ACC和AEB的車規(guī)級(jí)軟體，該公司的雷達(dá)處理IP還可執(zhí)行于恩智浦的處理器上。該公司還為這款雷達(dá)解決方案的電路板和天線設(shè)計(jì)模組進(jìn)行了強(qiáng)化，以滿足車規(guī)要求。

Keen解釋說(shuō)，利用恩智浦提供的車規(guī)級(jí)雷達(dá)SDK，過(guò)去需要「手動(dòng)調(diào)整」其雷達(dá)處理IP到特定硬體的開(kāi)發(fā)人員，現(xiàn)在可以直接利用這套雷達(dá)系統(tǒng)上的功能。

這款基于S32R27的雷達(dá)解決方案專為ACC和AEB等應(yīng)用擴(kuò)展而設(shè)計(jì)。S32R37的執(zhí)行功耗比S32R27低，但程式碼相容，并針對(duì)盲點(diǎn)監(jiān)測(cè)等功能進(jìn)行了高度最佳化。

業(yè)界競(jìng)爭(zhēng)

恩智浦并不是唯一一家主導(dǎo)汽車?yán)走_(dá)整合的公司。Strategy Analytics全球汽車業(yè)務(wù)執(zhí)行總監(jiān)Ian Riches認(rèn)為，恩智浦和英飛凌(Infineon)都是車用雷達(dá)領(lǐng)域的領(lǐng)導(dǎo)者。

同時(shí)，最近進(jìn)入雷達(dá)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(biāo)準(zhǔn)RF CMOS技術(shù)的毫米波(mmWave)雷達(dá)晶片。TI宣稱其雷達(dá)晶片可提供「解析度精度小于5厘米、探測(cè)距離可達(dá)數(shù)百米、速度高達(dá)300公里/小時(shí)」。更重要的是，與其他雷達(dá)晶片不同，TI的mmWave雷達(dá)感測(cè)器在一個(gè)晶片上完整整合了76至81GHz mmWave雷達(dá)、微控制器(MCU)和數(shù)位訊號(hào)處理器(DSP)。

TI采用這種途徑是因?yàn)榫哂懈叩恼隙?，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(rèn)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(dá)晶片中。Malaquin表示，TI整合了DSP的雷達(dá)解決方案使晶片面積幾乎縮小了60%。DSP是「訊號(hào)處理鏈上實(shí)現(xiàn)物件檢測(cè)和分類」的關(guān)鍵。

然而，恩智浦強(qiáng)調(diào)，該公司的雙晶片解決方案(雷達(dá)晶片+微處理器)能夠?yàn)榭蛻籼峁┝吮阌诶走_(dá)整合的更多可擴(kuò)展性和靈活性。

恩智浦雷達(dá)解決方案：天線端（來(lái)源：NXP）

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(yuǎn)離微處理器，能使其更易于對(duì)安裝在保險(xiǎn)桿的雷達(dá)進(jìn)行熱管理控制?！?/p>

恩智浦雷達(dá)解決方案：處理器端（來(lái)源：NXP）

Keen還補(bǔ)充說(shuō)，恩智浦的方案——使用專為雷達(dá)處理IP設(shè)計(jì)的處理器，提高了雷達(dá)解決方案的每瓦性能。關(guān)于用于每瓦性能分析的基準(zhǔn)，恩智浦表示其團(tuán)隊(duì)已經(jīng)從「公開(kāi)資料」和「與客戶的非公開(kāi)會(huì)議中獲悉的資訊」收集到答案了。但Keen補(bǔ)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)力廠商測(cè)試。」

那么如果將TI的雷達(dá)晶片與恩智浦的雷達(dá)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。」

市場(chǎng)預(yù)測(cè)

雷達(dá)供應(yīng)商和市場(chǎng)研究公司都看好汽車?yán)走_(dá)的需求不斷成長(zhǎng)。

不同的雷達(dá)應(yīng)用需要多個(gè)不同的雷達(dá)模組，恩智浦說(shuō)：「針對(duì)盲點(diǎn)監(jiān)測(cè)，車輛的兩個(gè)后角落通常需要安裝兩個(gè)雷達(dá)模組。對(duì)于更高階的要求(如十字路口的車流監(jiān)測(cè)) ，車輛的前角落需要另外再增加兩個(gè)雷達(dá)模組?！?/p>

此外，據(jù)恩智浦表示，針對(duì)長(zhǎng)距離的雷達(dá)應(yīng)用，通常必須在前保險(xiǎn)桿中安裝一個(gè)雷達(dá)模組。根據(jù)Yole近期發(fā)布的《2018年車用雷達(dá)技術(shù)》報(bào)告，盡管2017~2022年全球汽車的年銷售量成長(zhǎng)速緩慢(約3%)，但預(yù)計(jì)車用雷達(dá)模組的年銷售量將飛速成長(zhǎng)(約為25%)，雷達(dá)晶片的年銷售量也類似，成長(zhǎng)率達(dá)到22%。

全球雷達(dá)市場(chǎng)預(yù)估，按應(yīng)用分類（來(lái)源：NXP）

Strategy Analytics預(yù)測(cè)，從2018年到2022年，「安裝在輕型車輛上的車用雷達(dá)將累計(jì)達(dá)到3.75億臺(tái)?！筊iches認(rèn)為，2022年這一安裝量將上看1.07億。

同樣地，恩智浦也估計(jì)2022年的雷達(dá)出貨量為1.092億顆——包括角落雷達(dá)、高階角落雷達(dá)和遠(yuǎn)距離/中程雷達(dá)、前/后雷達(dá)等，使雷達(dá)技術(shù)落實(shí)于50%的新車應(yīng)用。

成像雷達(dá)

據(jù)Strategy Analytics的Riches表示，雷達(dá)解決方案的最新趨勢(shì)是利用雷達(dá)系統(tǒng)產(chǎn)生高解析度「影像」，用于在視場(chǎng)中定位和辨識(shí)/分類物體。Riches說(shuō)：「當(dāng)今用于車輛的雷達(dá)無(wú)法在夠?qū)挼囊曇胺秶峁┳銐虻慕馕龆?，以產(chǎn)生逼真的影像。」。

僅用雷達(dá)晶片無(wú)法實(shí)現(xiàn)這一目標(biāo)。Riches解釋，「天線設(shè)計(jì)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(xiàn)代汽車(Hyundai Motor)和旭硝子(Asahi Glass)等公司投資的原因之一?！?/p>

雷達(dá)的弱點(diǎn)

雷達(dá)技術(shù)的優(yōu)點(diǎn)眾所周知，最顯著的是它能夠在各種天氣條件下運(yùn)作。汽車專家認(rèn)為，雷達(dá)能夠與視覺(jué)感測(cè)器組合，作為高度自動(dòng)駕駛車輛的關(guān)鍵感測(cè)技術(shù)。

據(jù)Strategy Analytics的Riches解釋，「基本上，它們工作在完全不同的波長(zhǎng)。攝影機(jī)使用的是可見(jiàn)光，因此在明暗對(duì)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、視線模糊環(huán)境時(shí)的性能最弱。而光達(dá)發(fā)射的光在正?？梢?jiàn)光譜之外，但最大的挑戰(zhàn)是在明亮的陽(yáng)光下，由于強(qiáng)光導(dǎo)致系統(tǒng)的訊號(hào)雜訊比(SNR)降低。另外，高解析度光達(dá)技術(shù)目前也非常昂貴，而且在汽車應(yīng)用時(shí)的成熟度不及攝影機(jī)或雷達(dá)?！?/p>

相形之下，他指出，雷達(dá)「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(dá)并不是最終的解決方案。Riches說(shuō)：「雷達(dá)的關(guān)鍵弱點(diǎn)在于其解柝度：它很善長(zhǎng)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(dá)技術(shù)在判斷是否繼續(xù)駕駛(例如檢測(cè)到駕駛上方的街道標(biāo)識(shí))或是否采取緊急煞車(例如前方車道內(nèi)停了一輛消防車)等需要做出明確決定時(shí)，其表現(xiàn)并不理想。

這就解釋了為什么目前的車用雷達(dá)有時(shí)會(huì)過(guò)濾掉并忽略靜止物體。Riches強(qiáng)調(diào)說(shuō)，雷達(dá)無(wú)法判斷一個(gè)物體是不是車子不該碰撞到的東西。

實(shí)際上，對(duì)于裝有雷達(dá)的車輛，其用戶手冊(cè)上充滿了對(duì)駕駛?cè)说木?。例如摘錄自Skoda Superb的用戶手冊(cè)(采用基于雷達(dá)的ACC功能)：「當(dāng)接近靜止障礙物時(shí)，ACC不會(huì)做出反應(yīng)，例如交通擁塞、車輛故障或停等紅綠燈的車輛。」

Volvo XC90的用戶手冊(cè)也有類似的警告：「距離警報(bào)在時(shí)速高于30公里/時(shí)(20英哩/時(shí))有效，而且僅對(duì)與車輛駕駛方向相同的前方車輛做出反應(yīng)。不能為迎面而來(lái)的、行駛緩慢或靜止的車輛提供距離資訊。」

「半自動(dòng)駕駛輔助(Pilot Assist)的煞車功能并不適用于人、動(dòng)物、物體、小型車輛(例如自行車和摩托車)、小型拖車以及迎面而來(lái)的慢速或靜止車輛?！?/p>

Riches總結(jié)道：「你還可以在許多其他品牌的用戶手冊(cè)中找到類似的文字......成像雷達(dá)的目的在于解決這個(gè)問(wèn)題?！?/p>