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雷達:汽車的虛擬眼

  2020年08月21日  

        速度更快、分辨率更高的雷達傳感器通過改善車輛的安全性和舒適的視野,有助于實現下一代駕駛輔助技術。如果全球投資商知道哪里將會賺錢,那么汽車領域那些了解并掌握顛覆市場三大趨勢的人將成為贏家:


?先進的駕駛輔助系統(ADAS)技術迅速普及,自動駕駛汽車(AV)最終會獲準上路行駛
?電氣化
?MaaS出行即服務概念正在挑戰傳統的個人擁有汽車觀念
        將特斯拉和福特的市值對比,可以看出這些趨勢的重要性;特斯拉每年生產的汽車不足400,000輛。特斯拉的策略以一系列創新為基礎,包括電池牽引、自動駕駛和無人駕駛出租功能,以支持特斯拉的拼車服務。
        福特汽車的大部分收入來自采用高功率內燃機的傳統美國皮卡車。福特2017年的汽車產量超過600萬輛,到2019年底,其市值僅為370億美元,而相比之下規模很小的特斯拉的市值則達到440億美元。
        Uber等公司開創的商業模式和軟件創新推動了出行即服務理念的普及,并且電氣化程度的提高也依賴于于生產創新,例如特斯拉的Gigafactory電池。但是,駕駛輔助系統創新的重點是硬件和軟件技術,需要將復雜的傳感器系統和人工智能相結合。
        所有駕駛輔助系統在一定程度上依賴多種形式的感知技術:在全自動汽車中,LIDAR和視覺攝像頭等光學技術將與電磁運動傳感器(加速度計、陀螺儀和磁力儀)以及射頻/微波系統(雷達 和衛星定位)協同作用。
        而早在二戰時就引起公眾關注的雷達技術,如今依然在創新的汽車技術開發過程中發揮著作用,這讓人非常意外。事實上,如今許多24 GHz雷達傳感器都安裝在汽車的保險杠上;單 ADI公司一家,到目前為止,就已為汽車制造商的近3億件傳感器提供器件,用于盲點檢測、自動變道和自動緊急制動(AEB)等應用中。
 
圖1. 超級雷達和成像雷達:汽車的眼睛
        但隨著一些功能(例如新ADAS裝置中的AEB和自適應巡航控制(ACC))的不斷演進,人們開始要求更高水平的駕駛輔助,這促使供應商(例如ADI公司)開發具有高精度、長測量距離、快速 檢測和更完備的成像技術的新雷達系統。這些基于兩個原因:安全性和舒適性。駕駛輔助系統,例如AEB和ACC,可以幫助挽救性命和預防交通事故。配有這些系統的汽車能獲得更高的官方NCAP安全分數,而這會提升新車的價值,對消費者也更有吸引力。
        AEB和自動緊急制動系統的應用范圍和復雜度不斷提高,以滿足對車輛L2或L3級駕駛輔助技術日益增長的市場需求。舉例來說,新NCAP規范要求能夠更靈敏地檢測行人——用NCAP術語來說,即交通弱勢群體。通過控制車輛在城市和高速公路環境下的高速制動功能,開發的AEB系統在更復雜的事件中,能比在一般指定的環境下更可靠地運行。
        市場也在回應購車者的心聲,這些購車者希望利用技術降低駕駛難度,尤其是在高速公路上。高端汽車(例如奔馳S級)已經提供有限的高速公路自動駕駛功能,例如自動調節與前車的距離,以及通過主動轉向輔助,讓車輛保持在車道內行駛。汽車供應商還在不斷改進這些功能,以便能在更廣泛、更復雜的情況下使用。這加劇了對高性能雷達的需求。
        要實現更高的L4和L5級自動駕駛,讓駕駛員完全無需操控汽車,就需要開發能夠實時360°全方位觀察車身的傳感系統。這些無人駕駛出租車的控制系統會極為復雜,需要利用冗余來消 除錯誤檢測風險,要將來自不同類型傳感器(例如雷達、攝像頭和LIDAR傳感器)的輸入組合在一起。
        視覺攝像頭可用于幫助識別物體,如人、動物和路標。LIDAR技術創造了豐富的點云,可以即時測量車輛與外界物體之間的距離,并測量物體的大小,從而生成外部世界的高分辨率3D地圖。
        但是,雷達傳感器的獨有功能不斷擴展,使其成為L4和L5系統中其他傳感器類型的重要補充。在L2和L3用例中,雷達實際上是主要的傳感器,因為它實現了尺寸、成本和性能的最佳組合。
        更關鍵是雷達能夠一次完成4D感測,能夠測量物體的距離、速度、角方位和高度。雷達傳感器還能在雨、霧和雪等條件下工作,而在這些條件下,LIDAR傳感器和視覺攝像機的功能會受到影響或不可用。

更高性能,更高集成度
        與正在開發的汽車雷達系統相比,之前的雷達技術會顯得遲鈍且功能有限。如之前安裝在前保險杠上的雷達傳感器僅在測量與前車之間的距離及其速度方面表現出色。
但是,完整的高速自動駕駛系統需要能夠在德國的高速公路上安全運行,公路上可能有摩托車,其尺寸更小,比客車更難檢測到,且能夠以高于180 km/h的速度接近外車道。為了能夠更早更準確地檢測到這種風險,自動駕駛雷達系統需要能夠更準確、更快,在更大距離范圍內實施檢測。
        要在開發這些功能的同時,遵守汽車行業關于尺寸和成本的嚴格限制,這就需要從半導體技術、RF系統操作和信號處理等領域創新——這正是ADI公司的優勢所在。
        ADI公司推出的新一代雷達組件,包括76 GHz至81 GHz單片式微波IC(MMIC)發射器和接收器,都是基于新型Drive360? 28 nm CMOS技術平 臺。Drive360平臺與行業通常使用的SiGe半導體技術不同,它具有以下重要優勢:
?在檢測遠距離物體時,輸出功率高,回損噪聲低
?低相位噪聲和高中頻(IF)帶寬,在檢測小物體時能提供極高的精確度,例如摩托車和孩童,這對于以前的雷達傳感器都比較困難
?高性能相位調制,使雷達傳感器能夠更有效地識別一個場景中的多個對象
?超快脈沖傳輸,能夠對快速移動的物體更快做出反應,例如以180 km/h的速度前行的摩托車
        使用CMOS技術也支持在雷達器件中實現數字功能的高度集成,以幫助降低先進雷達系統的成本,以及縮小其尺寸。過采樣模數轉換器和超低噪聲數字PLL時鐘等功能都是ADI擁有知識產權的 核心技術,有助于提高下一代77 GHz雷達傳感器的運行速度、分辨率和穩定性。
        先進的半導體技術、模擬專業技術和系統軟件功能相結合,將能夠進一步利用雷達技術擴展下一代車輛中部署的ADAS的功能。無論是現在,還是未來的幾十年,ADI將一直擁有雷達開發領域的核心技術優勢。

標簽:ADAS 電氣化 MaaS 雷達我要反饋
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