恩智浦為推動汽車行業(yè)研發(fā)新型智能雷達系統(tǒng)

據(jù)麥姆斯咨詢報道，現(xiàn)在，部分地區(qū)新車評價規(guī)程（NCAP）已將自適應(yīng)巡航控制（ACC）和緊急制動輔助（AEB）等功能納入其五星安全等級的要求，恩智浦（NXP）半導(dǎo)體正在推動汽車行業(yè)開始大力布局雷達系統(tǒng)。

圖1 從2018年到2022年，預(yù)期將有累計3.75億顆車載雷達安裝在輕型車輛上，但汽車?yán)走_產(chǎn)業(yè)還有什么問題嗎？

為了加速雷達在高級駕駛輔助系統(tǒng)（ADAS）中的集成，恩智浦近期（10月2日）推出了一款雷達解決方案，該解決方案將S32R處理器、RF收發(fā)器和天線設(shè)計整合在一個新的參考平臺上。恩智浦聲稱該平臺是與Colorado Engineering公司合作開發(fā)，滿足“汽車行業(yè)對功能、性能和安全的嚴(yán)苛要求”。

圖2 集成在汽車不同位置的智能雷達傳感器

通常雷達的功能實現(xiàn)需要大型汽車原始設(shè)備制造商（OEM）進行天線優(yōu)化和模擬設(shè)計，恩智浦的新款雷達系統(tǒng)旨在揭開雷達“藝術(shù)”的神秘面紗。恩智浦希望其“開箱即用”的汽車?yán)走_系統(tǒng)可以直接為中國的汽車OEM提供服務(wù)，中國的汽車OEM仍需要花幾年的時間才能追趕上世界其他地區(qū)的先進汽車企業(yè)。在最近接受EE Times電話采訪時，恩智浦ADAS副總裁兼總經(jīng)理Kamal Khouri說道：“雷達已成為ACC和AEB的首選傳感器。攝像頭不能測量速度，而雷達可以。通過反射信號，雷達也可以看到拐角處周圍的情況。另一方面，激光雷達仍然非常昂貴?！比欢?，眾所周知，傳統(tǒng)的雷達缺乏分辨率，無法區(qū)分附近的物體。雷達也因發(fā)出誤報而備受詬病，而且他們始終不能足夠快地處理信息以便在高速公路上發(fā)揮作用。Khouri明確表示恩智浦不認(rèn)為雷達會取代攝像頭?！皵z像頭和成像雷達的組合可以提供冗余，從而使車輛駕駛更安全，”Khouri說。

剖析恩智浦新款雷達解決方案那么，恩智浦的新雷達解決方案是什么呢？該雷達設(shè)計參考平臺被稱為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和雷達軟件開發(fā)套件。恩智浦增加了擴展和天線模塊，可為特定客戶應(yīng)用創(chuàng)建定制開發(fā)平臺。這款雷達解決方案的核心是可擴展的基于Power Architecture的系列處理器——S32R27和S32R37，Khouri稱其為“首款專用于處理雷達算法的芯片”。

圖3 恩智浦S32R結(jié)構(gòu)框架（來源：恩智浦）據(jù)汽車微處理器ADAS雷達部門經(jīng)理Roger Keen介紹，恩智浦的雷達處理IP除了用于ACC和AEB自動駕駛軟件外，還在恩智浦的微處理器上運行。為這款雷達解決方案所設(shè)計的電路板和天線設(shè)計模塊，為了滿足車規(guī)要求進行了加強。

Keen解釋說，利用恩智浦提供的車規(guī)級雷達SDK，過去曾經(jīng)需要將自己的雷達處理IP“手動調(diào)諧”到特定硬件的開發(fā)人員，現(xiàn)在可以直接對恩智浦的雷達系統(tǒng)進行功能調(diào)用。這款基于S32R27的雷達解決方案專為ACC和AEB等應(yīng)用擴展而設(shè)計。S32R37的運行功耗比S32R27低，代碼兼容，并針對盲點監(jiān)測等功能進行了高度優(yōu)化。S32R27，訂貨量1000顆的售價為14至17美元/顆?；赟32R37的解決方案售價為10至12美元/顆。業(yè)內(nèi)競爭恩智浦并不是唯一一家主導(dǎo)汽車?yán)走_集成的公司。Strategy Analytics全球汽車業(yè)務(wù)執(zhí)行總監(jiān)Ian Riches認(rèn)為，恩智浦和英飛凌都是汽車?yán)走_領(lǐng)域的領(lǐng)導(dǎo)者。與此同時，最近進入雷達市場的德州儀器公司（Texas Instruments, TI）在2017年推出了基于業(yè)內(nèi)標(biāo)準(zhǔn)RF CMOS技術(shù)的毫米波雷達芯片，并開始奮起直追。TI宣稱它的雷達芯片可提供“分辨率精度小于5厘米、探測距離可達數(shù)百米、速度高達300公里/小時”。更重要的是，與其他雷達芯片不同，TI的毫米波（mmWave）雷達傳感器在一個芯片上完整集成了76至81GHz毫米波雷達、微控制器（MCU）和數(shù)字信號處理器（DSP）。TI采用這種方案是因為其具有更高的集成度，可以減小體積、功耗和成本，而不會降低產(chǎn)品性能。Yole射頻器件技術(shù)和市場分析師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更進一步，還將DSP集成到其雷達芯片中。Malaquin表示，TI集成了DSP的雷達解決方案使芯片面積縮小了60%。DSP是“信號處理鏈上實現(xiàn)物體檢測和分類”的關(guān)鍵。然而，恩智浦為該公司的雙芯片解決方案（雷達芯片+微處理器）辯護，強調(diào)其方案為客戶提供了便于雷達集成更多的可擴展性和靈活性。

圖4 恩智浦雷達解決方案的天線端（來源：恩智浦）恩智浦的Keen表示，“考慮亞利桑那州氣候常年在110°F（約43℃）以下的熱管理，例如，將收發(fā)器芯片遠離微處理器，可以更容易地對安裝在保險杠中的雷達進行熱管理控制?！?/p>

圖5 恩智浦雷達解決方案的處理器端（來源：恩智浦）Keen還補充說，恩智浦的方案——使用專為雷達處理IP設(shè)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(zhǔn)，恩智浦表示其團隊已經(jīng)從“公共數(shù)據(jù)”和“與客戶的閉門會議中獲悉的信息”中收集到了答案。但Keen補充說，“雖然這給出了我們見過的最好的每瓦性能，我們將保留更廣泛的行業(yè)要求給第三方測試?！碑?dāng)被問及將TI的雷達芯片與恩智浦的雷達解決方案進行比較時，Strategy Analytics的Riches注意到，“從本質(zhì)上講，TI的方案可能能夠降低成本，但靈活性也會略微降低。”市場預(yù)測雷達供應(yīng)商和市場研究公司看好汽車?yán)走_的需求不斷增長。不同的雷達應(yīng)用需要許多不同的雷達模塊，恩智浦告訴我們，“通常情況下，對于盲點監(jiān)測，車輛兩個后角需要安裝兩個雷達模塊。對于更高級的要求（如交叉車流監(jiān)測）中，車輛的前角需要額外的兩個雷達模塊?！睋?jù)恩智浦稱，對于遠程雷達應(yīng)用，通常需要在前保險杠中安裝一個雷達模塊。

各種汽車?yán)走_應(yīng)用圖片來源：《汽車雷達技術(shù)-2018版》根據(jù)Yole近期發(fā)布的《汽車?yán)走_技術(shù)-2018版》報告，盡管2017~2022年全球汽車的年銷售量增速緩慢（約3%），但是預(yù)計汽車?yán)走_模組的年銷售量將飛速增長（約為25%），雷達芯片的年銷售量也類似，增速達到22%。

圖6 恩智浦對雷達市場的估計，按應(yīng)用分類（資料來源：恩智浦）相似地，恩智浦預(yù)估在2022年雷達出貨量為1.092億顆——包括角雷達、高端角雷達和遠程/中程、前/后雷達，雷達技術(shù)將在50%的新車上應(yīng)用。成像雷達據(jù)Strategy Analytics的Riches表示，雷達解決方案的最新趨勢是利用雷達系統(tǒng)生成高分辨率“圖像”，以便在視場中定位和識別/分類物體?！爱?dāng)前用于車輛的雷達不能在足夠?qū)挼囊曇胺秶鷥?nèi)提供足夠的分辨率，以生成逼真的圖像，”Riches說。僅用雷達芯片是無法實現(xiàn)這一目標(biāo)的。Riches解釋說：“天線設(shè)計在這里非常重要，這也是我們看到像Metawave這樣的初創(chuàng)公司獲得英飛凌（Infineon）、電裝（Denso）、豐田人工智能風(fēng)投（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>

雷達的不足雷達技術(shù)的優(yōu)點眾所周知，最顯著的是它能夠在各種天氣條件下工作。汽車專家認(rèn)為，雷達可以與視覺傳感器組合作為高度自動駕駛車輛的關(guān)鍵傳感技術(shù)。Strategy Analytics的Riches解釋說：“從根本上說，它們工作在完全不同的波長。顯然，攝像頭使用的是可見光，因此在明暗對比度反差很大的情況下（例如離開隧道時）或在大雨/大雪等黑暗、模糊環(huán)境時性能會最弱。激光雷達發(fā)射的光在正?？梢姽庾V之外，但最大的挑戰(zhàn)是在明亮的陽光下，由于強光導(dǎo)致系統(tǒng)的信噪比降低。另外，高分辨率激光雷達技術(shù)目前也非常昂貴，并且在汽車應(yīng)用中的成熟度不及攝像頭或雷達?！彼赋?，相比之下雷達“不受光照條件的影響，同時它還可以很好地穿透雨雪天氣”。然而，雷達并不是最終的解決方案。

“到目前為止，雷達的關(guān)鍵弱點在于它的解決方案：它很擅長告訴我們那里有‘東西’，但并不是很善于說出它是什么?！盧iches說。簡而言之，雷達技術(shù)在判斷是否繼續(xù)駕駛（例如檢測到駕駛上方有路牌標(biāo)識）或是否采取緊急制動（例如在前方車道內(nèi)停留了一輛消防車）等需要做出明確決定時，可能表現(xiàn)得很糟糕。這就解釋了為什么目前的汽車?yán)走_有時會濾除并忽略靜止物體。Riches強調(diào)說，雷達無法判斷一個物體是否是你不希望你的車撞到的東西。實際上，對于裝有雷達的車輛，其用戶手冊上充滿了對駕駛員的警告。以下是一些例子。摘自Skoda Superb（斯柯達速派）用戶手冊（用于ACC功能的RADAR）：“當(dāng)接近靜止障礙物時，ACC不會做出反應(yīng)，例如交通擁堵、車輛故障或在紅綠燈處等候的車輛?！保ǖ?36頁）沃爾沃XC90的用戶手冊也有類似的警告：“距離警報在高于30公里/小時（20英里/小時）的速度下有效，并且僅對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?！保ǖ?89頁）“駕駛輔助（Pilot Assist）不會對人、動物、物體、小型車輛（例如自行車和摩托車）、小拖車以及迎面而來的慢速或靜止車輛制動?！保ǖ?10頁）Riches總結(jié)道：“你會在許多其他品牌的用戶手冊中找到類似的文字......成像雷達旨在解決這個問題?！?/p>