全新一代ACC雷达摄像头融合传感器

目前市场上销售的部分车型开始适配全新的自适应巡航ACC系统，它的核心是雷达摄像头融合传感器。今天让我们通过专利来详细聊聊汽车雷达摄像头融合传感器吧。

ACC传感器迭代


老款沃尔沃XC60基于激光传感器的城市安全系统

配置激光传感器的City Safety功能的老款沃尔沃具有了紧急刹车功能。这种激光传感器可以探测三个固定的角度（左、中、右），并可有效探测6米内的物体。但是并不能实现车道偏离提醒和自适应巡航等驾驶辅助ADAS功能。因为激光传感器只能够识别物体距离却不能感知它的颜色，从而无法识别车道线。因此车道线识别只能交由传统的摄像头传感器进行识别。而自适应巡航又需要非常长的探测距离150~200米，这是激光传感器无法满足的。所以一套额外的雷达传感器被放置在前进气格栅处用于进行长距离的物体探测。下图为具有City Safety和车道偏离警告功能的沃尔沃车型内后视镜模块。左侧为激光传感器，右侧为雨量传感器，中间为具有车道识别功能的摄像头传感器。

全新沃尔沃XC90搭载雷达摄像头集成传感器RACam

可以看到要实现沃尔沃的City Safety + 车道偏离警告 + 自适应巡航功能就需要激光传感器、摄像头传感器、雷达传感器等3个不同的传感器。其不仅很占空间而且成本很高。全新XC90车型创新的启用了来自德尔福Delphi的摄像头雷达集成传感器RACam。由于摄像头雷达传感器信号的融合，其不仅可以完成原来摄像头传感器完成的车道识别和雷达传感器完成的自适应巡航，同时其可以非常可靠的识别周围的物体。使用图像和微波信号双重确认物体保证了识别的准确率。

全新XC90实现更多的驾驶辅助ADAS功能
借助Delphi这款RACam产品的雷达摄像头传感器的融合特性，全新XC90相较以前可以具备更多的驾驶辅助ADAS功能。实现多个车辆和行人的多目标跟踪和识别。并且新增了在转弯过程中对来向车辆的识别和必要时进行紧急制动。可以有效的识别自行车和骑车人。这套RACam集成传感器随着SPA平台的推广应用于新款XC60以及S60、V60等车型中。

雷达摄像头融合传感器专利解读

在77G雷达之前放置任何物体，哪怕是挡风玻璃都是严重影响雷达传感信号的。这是因为77GHz的微波信号具有更短的波长，因此其穿透性更弱。当不得不穿透障碍物时需要经过精确的计算，保证每一种穿透的材料都要和半波长成倍数关系。而为了和摄像头传感器集成在一起，77G雷达必须考虑穿透成一定角度放置的挡风玻璃。并且考虑玻璃镀膜的反射效应。放置在内后视镜位置相较于前保险杠位置视角更高，因此需要更强大的垂直方向雷达电子扫描能力。

信号处理专利框图
基于信号处理专利框图可以看到雷达的信号链由天线、微波收发器、模数采用模拟前端、波形发生控制和锁相环组成。摄像头的信号链由光学镜头和图像传感器组成。雷达信号和摄像头信号都由视觉处理器进行数据融合处理。经过雷达功能的雷达目标探测、追踪和危险分析以及视觉功能的车道追踪、车辆识别和行人识别后，交由应用处理器APU进行决策判断。

雷达摄像头融合传感器系统组成
对应专利，雷达摄像头融合传感器系统由主控板、雷达控制板和天线板组成。主控板包含了视觉处理器EyeQ3、应用处理器APU、摄像头模组接口、雷达控制板接口和车身网络连接器。雷达控制板包含1个微波发射芯片、3个微波接收芯片、模数采用模拟前端AFE、波形发生控制和锁相环PLL。微波收发器分别通过特殊的微波导波接口和链路连接天线板。

雷达摄像头融合传感器天线板多天线设计
雷达摄像头融合传感器天线板采用了多天线设计，基于MIMO多发多收波束成形的电子扫描概念。雷达信号既能兼顾长距离和宽视角，又能抑制反射干扰。配备的4个发射天线和12个接收天线使该模块成为了目前量产的车用雷达模块中天线数量最多的产品。并且该设计早在2014年就走向了批量应用。

图像和雷达微波信号双重确认物体
通过信号融合，雷达传感器和摄像头传感器可以在距离探测、速度探测、暗处使用效果、恶劣天气使用效果、目标分级和分辨精度方面优势互补。雷达微波信号兼顾长距离和近距离，而摄像头图像信号覆盖中距离。而且对于同一个追踪目标可基于不同传感器给出多层次信号。包括距离、速度、外形和颜色等信息。

半导体推动雷达技术创新
与此同时，半导体正在快速推动雷达技术的创新。随着雷达传感器多天线设计越来越普遍，为了应对日益严峻的模块体积优化挑战。来自Delphi的雷达摄像头融合传感器的4发12收微波收发片都采用了裸片封装COB (Chip On Board)技术，由邦接线连至雷达控制板。而来自博世的中距雷达传感器的2发4收微波收发芯片采用了扇出晶圆级封装FO-WLP (Fan Out - Wafer Level Package)这种手机中广泛采用的封装减小系统体积。

综上所述，伴随汽车自适应巡航ACC系统快速迭代，汽车雷达摄像头融合传感器依托专利技术带来更强大的功能。半导体技术则在加速传感器体积缩小性能提升。相信更高层面的系统级传感器融合将是汽车未来发展的大趋势。

参考文献和扩展阅读

专利US8604968 Integrated Radar-Camera Sensor

专利EP2808698 Radar Device For Behind Windshield Installations

专利EP3229041 Object Detection Using Radar and Vision Defined Image Detection.Zone

专利US9293812 Radar Antenna.Assembly

专利US9063230 Radar Sensor Module