ADAS技术——毫米波雷达的发展

因国家政策和许多L3级车型的推出,从2020年到2030年将成为中国自动驾驶的黄金十年,实现这一愿景必不可少的高级驾驶辅助系统(ADAS)。ADAS包括适应导航、自动停车、盲点监视等功能,使用的组件包括激光雷达、毫米波雷达、照相机和导航系统。
市面上销售的ADAS系统主要分为雷达和照相机构成的视觉主导系统和激光雷达主导系统,但这两个系统离不开重要的毫米波雷达。电子爱好者采访了NXP大中华区汽车电子首席系统设计师黄明达和加特兰微电子市场负责人刘洪泉,分析了该领域的权威人士毫米波雷达的现状和未来。
2019年,中国乘用车组装了517万毫米波雷达,比去年增加了44.37%。由于其更高的适用性,市场渗透率也高于激光雷达和超声雷达。恩智浦的黄明达博士表示,毫米波雷达目前也处于快速增长期,预计全球从2017年到2025年的复合年平均增长率将超过25%,国内将超过30%。加特兰微电子市场总监刘洪泉认为,近年来自动驾驶市场属于从0到1阶段,ADAS确实是快速增长的窗口,从去年开始,国外的Waymo、国内的文远知行等开始了Robotaxi的试运营。
不一样ADAS传感器的优劣。
从已经上市或批量生产的车型来看,有忠于毫米波雷达+照相机的派系,特斯拉等,也有以激光雷达为主导的派系,如Waymo等。虽说这两大派系或多或少都在其方案中加入了毫米波雷达,但与激光雷达相比,两者之间到底有什么差距呢?
黄明达博士表示,毫米波雷达的主要优势是全天候,因此在L1级到L5级的ADAS/AD系统中占有重要位置。在现阶段L1/L2级ADAS系统中,主要由毫米波雷达和相机构成,毫米波雷达可以检测目标的距离速度和角度,相机可以识别交通信号、车道线,分割场景,两者可以一起实现比较稳定的目标检测、跟踪和分类。车本、车规认证、适用性可满足L2+级ADAS的系统需求。激光雷达因为角度分辨率非常高,在自定位和地图构建方面具有很大的优势,L3以上的自动驾驶可能与毫米波雷达、照相机、超声波雷达等传感器构成冗馀的系统。但是,激光雷达在车规认证和车本上面临着很大的挑战。
毫米波雷达有很多参数,其中最直观的是其探测距离。现在L1/L2级ADAS系统的要求,探测距离需要多少?刘洪泉分析了这个问题,对于常用于死角检测(BSD)和变道辅助(LCA)等功能的后角雷达,最远检测距离的要求不高。例如,LCA的应用程序只需要70米就足够了。前向雷达需要较大的检测距离,现在比较先进的前向毫米波雷达,最远的检测距离达到了250米以上。最小探测距离的要求因应用场景而异。
但是,两位回答者也提到了探测距离不是确定毫米波雷达性能的唯一参数。黄明达表示,在更高水平的自动驾驶中,距离分辨率、检测速度范围和分辨率、检测角度和分辨率也将进一步提高要求。
24GHzvs77GHz频带之争。
目前,在ADAS应用场景中,常用的毫米波雷达频带分为24GHz和77GHz。哪个频带是未来发展的方向?
国内市场上出现了许多24GHz频带的毫米波雷达产品,但由于欧洲电信标准化协会和联邦通信委员会(FCC)制定的频谱规则和标准,24GHzUWB频带(21.65-26.65GHz)很快就会被淘汰。2022年1月1日以后,UWB频带不能在欧美使用,只能长期使用狭窄的ISM频带(24-24.25GHz)。
因此,大多数制造商将开发重点转向77GHz,2019年国内77GHz毫米波雷达组装率也比去年增加了69.3%。黄明达说明,从雷达的基本原理来看,77GHz小于24GHz波长,带宽大,77GHz雷达在距离速度和角度3方面的分辨率大于24GHz。这种性能的提高可以满足各国和地区新车碰撞测试(NCAP)的要求。例如,从简单的AEB功能到弱光条件下的行人AEB,以及可以避免转向的AEB的发展。恩智浦在半导体技术上也实现了从SiGe到RFCMOS的变化,在保证性能的同时,成本和功耗也大幅度降低,信号处理芯片的性能提高,77GHz毫米波雷达的成本也能接受普通汽车。
随着毫米波雷达组装率的提高,同频带雷达的相互干扰也成为ADAS系统设计的挑战之一。许多雷达供应商和OEM开始在算法和硬件上增加抗干扰性。
与汽车网络技术的结合相辅相成。
在实现自动驾驶的道路上,车联网也是其中不可或缺的一部分。中国推进的汽车网络以4G/5G等蜂窝通信技术为中心的C-V2X,毫米波雷达应该如何与该技术融合?



在这个问题上,加特兰微电子刘洪泉认为,目前组装的毫米波雷达大多是独立运行的,但V2X等汽车网络技术确实是自动驾驶未来的方向。通过汽车和汽车之间的信息交换,单车ADAS获得的视野扩大了。恩智浦的黄明达也补充了这样的非视距离范围内的应用场景。发出任务的救护车可以通过V2X向远处十字路口的各个方向传路口的各个方向进行测量,准备避开。由此可见,V2X汽车的网络技术与毫米波雷达等传感器相辅相成,实现更高水平的自动驾驶。
随着ADAS性能要求的提高,车载传感器的数量也在增加。索尼在今年CES展出的Vision-S概念车中装载了33个传感器,包括激光雷达、毫米波雷达、超声波雷达等。最近发表的小鹏P7还配备了13台照相机、5毫米波雷达、12台超声波雷达。那么未来的的趋势是在ADAS系统中添加更多毫米波雷达吗?
两位受访者认为,在更高水平的自动驾驶中,毫米波雷达的数量和性能会进一步提高。刘洪泉认为,与机械雷达不同,为了复盖360°的检测范围,毫米波雷达的数量一定会持续增加。在L3级的自动驾驶中,传统的传感器也有可能被毫米波雷达所取代。

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