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能雷達(dá)傳感器(來源：NXP)

該新系統(tǒng)的目的在于揭開雷達(dá)“藝術(shù)”的神秘面紗——雷達(dá)通常需要大型汽車OEM微調(diào)天線和模擬設(shè)計(jì)。恩智浦希望其“開箱即用”的車用雷達(dá)系統(tǒng)能夠?yàn)橹袊嘜EM提供服務(wù);因?yàn)檫€有許多中國汽車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說道：“雷達(dá)已成為ACC和AEB的首選傳感器。攝影機(jī)無法測(cè)量速度，但雷達(dá)可以。雷達(dá)還可以藉由反射信號(hào)看到轉(zhuǎn)角處的情況，另一方面，無需采用移動(dòng)組件的激光雷達(dá)(LiDAR)價(jià)格仍然非常昂貴。”

然而，眾所周知，傳統(tǒng)的雷達(dá)缺乏分辨率，無法區(qū)別附近的物體。雷達(dá)也由于發(fā)出誤報(bào)而備受詬病，而且他們處理信息的速度始終不夠快，因而無法在高速公路上發(fā)揮作用。

Khouri明確表示，雷達(dá)并不至于取代攝影機(jī)。Khouri說：“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。”

新款雷達(dá)解決方案揭密

那么，恩智浦的新款雷達(dá)解決方案有什么不同呢?

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)軟件開發(fā)工具包。恩智浦還為其增加了擴(kuò)展和天線模塊，可為特定客戶應(yīng)用打造客制的開發(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)算法的芯片”。

恩智浦S32R方塊圖(來源：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)軟件，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)模塊進(jìn)行了強(qiáng)化，以滿足車規(guī)要求。

Keen解釋說，利用恩智浦提供的車規(guī)級(jí)雷達(dá)SDK，過去需要“手動(dòng)調(diào)整”其雷達(dá)處理IP到特定硬件的開發(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，但程序代碼兼容，并針對(duì)盲點(diǎn)監(jiān)測(cè)等功能進(jìn)行了高度優(yōu)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)芯片。TI宣稱其雷達(dá)芯片可提供“分辨率精度小于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)芯片不同，TI的mmWave雷達(dá)傳感器在一個(gè)芯片上完整整合了76至81GHz mmWave雷達(dá)、微控制器(MCU)和數(shù)字信號(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，而不至于犧牲產(chǎn)品性能。Yole Développement射頻組件技術(shù)和市場(chǎng)分析師Cedric Malaquin認(rèn)為，盡管恩智浦開發(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)芯片中。Malaquin表示，TI整合了DSP的雷達(dá)解決方案使芯片面積幾乎縮小了60%。DSP是“信號(hào)處理鏈上實(shí)現(xiàn)對(duì)象檢測(cè)和分類”的關(guān)鍵。

然而，恩智浦強(qiáng)調(diào)，該公司的雙芯片解決方案(雷達(dá)芯片+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)器芯片遠(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。”

恩智浦雷達(dá)解決方案：處理器端(來源：NXP)

Keen還補(bǔ)充說，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“公開資料”和“與客戶的非公開會(huì)議中獲悉的信息”收集到答案了。但Keen補(bǔ)充說，“雖然這帶來了我們見過的最佳每瓦性能，但我們將保留更廣泛的業(yè)界要求給第三方測(cè)試。”

那么如果將TI的雷達(dá)芯片與恩智浦的雷達(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)模塊，恩智浦說：“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)模塊。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)模塊。”

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)模塊。 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)模塊的年銷售量將飛速成長(zhǎng)(約為25%)，雷達(dá)芯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)。”Riches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)生高分辨率“影像”，用于在視場(chǎng)中定位和識(shí)別/分類物體。Riches說：“當(dāng)今用于車輛的雷達(dá)無法在夠?qū)挼囊曇胺秶峁┳銐虻姆直媛?，以產(chǎn)生逼真的影像。”。

僅用雷達(dá)芯片無法實(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。”

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)能夠與視覺傳感器組合，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)射的光在正常可見光譜之外，但最大的挑戰(zhàn)是在明亮的陽光下，由于強(qiáng)光導(dǎo)致系統(tǒng)的信號(hào)噪聲比(SNR)降低。另外，高分辨率光達(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)。”

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：“雷達(dá)的關(guān)鍵弱點(diǎn)在于其分辨率：它很善長(zhǎng)于告知那里有‘東西’，但并不能確實(shí)地說出是什么東西。”

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)過濾掉并忽略靜止物體。Riches強(qiáng)調(diào)說，雷達(dá)無法判斷一個(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。”(第236頁)

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)。不能為迎面而來的、行駛緩慢或靜止的車輛提供距離信息。”(第289頁)

“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的慢速或靜止車輛。”(第310頁)

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)問題。”