雷达传感器技术将如何塑造未来的汽车?

随着毫米波雷达扩展到中程汽车市场，开发人员现在正在寻找高分辨率的雷达用于短程和自动汽车应用。

全球每年有超过100万的道路死亡事故，安全已成为整个汽车工业的重点。在欧洲，新的汽车评估计划(NCAP)鼓励OEMs在所有新车中采用先进的驾驶员辅助系统(ADAS)，实施严格的安全要求。

许多应用程序已经出现，以支持零事故目标。其中一项是自适应巡航控制(ACC)，其次是汽车前部的自动紧急制动(AEB)，后面是盲点检测(BSD)和lane-change assist (LCA)，另一侧是车辆出口辅助(VEA)和预碰撞预警(PCW)。

到2018年，AEB将成为欧洲的一项要求，要求新车达到最高等级，以保护行人和骑车人等脆弱的道路使用者。同样的趋势正在美国发生，20个oem厂商承诺在2022年之前将AEB系统标准设备用于任何新车型。

大多数oem厂商也在进一步研究完全自动驾驶的汽车，这些汽车在安全保证方面的限制。这种“作为一种服务的流动性”的方式，作为传统汽车商业模式的替代，主要出现在中型城市。谷歌和优步(Uber)等公司已经在研发针对这个市场的全自动机器人汽车。


集成传感器

对于所有这些应用程序来说，传感技术非常重要，能够支持360度的测试。安全罩在汽车周围。传感器必须能够在任何天气或光照条件下对物体进行检测和分类，而且输入必须非常可靠，以确保安全关键的功能。因此，传感器冗余和融合都是可取的。

结合传感器输入，可以在汽车环境中提供更准确可靠的信息，使控制单元能够分别采取预防或纠正措施，例如，警告和触觉反馈，或紧急制动和转向。这些传感器包括雷达、照相机、激光雷达和超声波。每个人都有自己独特的优势和局限性。



雷达

毫米波雷达已经在高端汽车的汽车上使用了10多年，但更多的是为了确保舒适，因此体积有限。随着最近对安全的重视，ADAS的市场潜力也扩展到了中档汽车。对当前OEMs ADAS的分析表明，毫米波雷达被许多品牌广泛考虑和使用，其中71%用于AEB, 85%用于BSD。这表明2016年的毫米波雷达模块市场将达到22亿美元(美国)。

在美国国家公路交通安全管理局(NHTSA)的建议下。丰田去年首次宣布，将在2018年为其80%的汽车配备AEB系统。我们可以期待其他的oem公司采用远程雷达来完成这项任务。

其他ADAS用例用于后车和侧车监控，如BSD、LCA和PCW，将有助于短程和中程雷达市场的增长。额外的应用，如泊车辅助和实现自动车辆水平4和5将明显有助于这一增长。预计总毫米波雷达模块市场将在2022年达到75亿美元(美国)。

雷达市场得到了一个完整的供应链的支持，在欧洲，美国有一个大型的Tier1产品。日本和中国的汽车增长率目前最高。大公司，如Robert Bosch, Continental, Autoliv, Hella和Denso，都提供雷达模块。好几代产品都是多年来开发出来的。例如，大陆航空公司正在研制第五代远程雷达，该雷达将于2019年投入生产。现在市面上有大约50种有效的产品参考资料。

适应的频率

在技术方面，远程应用是基于世界广泛采用的77-GHz频率。然而，对于短距离和中档的产品，24、77、甚至79 GHz的模块提供了更多的多样性。到目前为止，24 GHz在短距离应用程序中更为常见，但79 GHz正在获得支持。

79-GHz频率结合了一个更好的形状因子和3倍小的天线，并得益于4 GHz的宽频带(77至81 GHz)。这为高分辨率雷达提供了机会，这对自动驾驶汽车至关重要。相反，到2022年，欧洲将禁止24-GHz的超宽带操作(21.65至26.65 GHz)，将24小时的使用限制为ISM窄带(24.05至24.25 GHz)。

高分辨率雷达发展目前是近距离应用的热门话题，79-GHz雷达。像比利时的IMEC这样的研究中心已经关注了几年，并且在过去的两年里有相当数量的初创公司都瞄准了高分辨率的雷达和79-GHz的解决方案。即使像大陆航空这样的大公司，自2017年年中以来也提供了这种解决方案。此外，OEMs已经为角雷达采样79-GHz系统原型;在2020年前，资格赛阶段应该结束。因此，我们预计到2022年，79-GHz雷达市场将达到20亿美元(美国)。



利用不同材料的雷达芯片

为了构建这些模块，半导体公司在24 GHz和77 GHz上提供高性能的毫米波芯片。值得注意的是，最新的77-GHz芯片可以支持79-GHz的操作。

从历史上看，像英飞凌、NXP、UMS和STMicroelectronics这样的公司主要使用硅锗(SiGe)技术，用于频带和少量砷化镓(GaAs)。他们共同分享了大部分芯片市场的价值，预计在2016年将达到1.65亿美元(美国)，预计到2022年将增长到5.7亿美元(美国)。



例如，当我们从大陆航空公司的最新雷达系统的材料成本分析中，主要的成本成分- 30%是射频芯片组。这对NXP等半导体公司来说是一个巨大的市场机会。

由于半导体行业面临着整合更多芯片功能的巨大压力，预计这种技术组合将会发生变化。德州仪器公司将于2017年年中进入这个市场，它很可能会很快地改变技术领域，使用标准的内部射频互补金属氧化物半导体(CMOS)技术开发一种新的毫米波感应组合。它使芯片级的高水平集成从雷达前端到数字信号处理。

除了一个更好的形式因素，该技术还允许更高的计算能力。它使更多的通道缩放减少了在板上的互连损耗，并且在整体上降低了功耗和降低系统成本。这些芯片的级联四,可以达到1.6°的角分辨率。

这种集成趋势正在为高分辨率雷达铺平道路。NXP也在SiGe和RF CMOS技术上构建集成芯片解决方案。

另一种雷达市场牵引的迹象是，像GLOBALFOUNDRIES这样的硅晶圆厂的定位，该公司现在的目标是大规模生产自动驾驶汽车的雷达应用，以及他们的先进射频CMOS节点。然而，虽然缩小组件的数字部分总是有意义的，但毫米波无源组件的情况并不一定如此，因为它的收缩程度也不高。

在成本方面，使用CMOS而不是SiGe对像盲点检测这样的短程应用是有意义的。在这种情况下，所有的系统都可以提供79 ghz的解决方案，以较低的成本取代未来的禁止24-GHz频段。但是对于高范围，先进的RFCMOS节点将难以与SiGe技术竞争。

结论

汽车雷达市场从未如此充满活力，我们进入了一个令人兴奋的技术创新时代。雷达的新机遇仍在不断涌现，例如，vital-sign驱动监控系统、chassis-to-ground监测和免提主干开放。该行业目前正在构想一种可能的雷达成像技术。毫无疑问，这项技术将成为自动化和机器人汽车的关键。

然而,持续的问题。这项技术将会是什么样子?一个通道扩展吗?一种新型调制方案的宽带宽组合?合成孔径的方法吗?雷达将如何与照相机和激光雷达相结合?它们分别服务于哪些角色和功能?Yole集团计划在其雷达上提出这些问题。