自動駕駛:激光雷達的替代者來了

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撰文 / 錢亞光

編輯 / 孟 為

設計 / 趙昊然

盡管受到了新冠疫情、自然災害、地緣政治等諸多不確定性的影響,但全球半導體產業在2021年還是迎來了新一輪高增長。

據IC Insights發布的報告顯示,全球半導體收入在2021年的經濟反彈中增長了25%,預計2022年將繼續增長11%並達到創紀錄的6806億美元。

在恩智浦公佈的截至2021年12月31日的第四季度和全年財報中,2021年的全年營收再創新高,達到110.6億美元,同比增長28%。其中汽車業務全年營收達54.93億美元,占總營收比重近50%。

當前,中國的自動駕駛滲透率和商業化步伐正在加速,一方面L2+級別的自動駕駛規模量產不斷猛增,並逐步向L3級過渡,另一方面高級自動駕駛的商業化應用也正在乾線物流、港口、礦山等特定場合逐步展開。

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雷達感測器是自動駕駛感知層的重要組成部分,其解析度、探測精度、安全性和可靠性將對智能交通的發展和自動駕駛的商業化進程起到舉足輕重的作用。

根據市場調研報告,全球汽車雷達市場取得了非常迅速且強勁增長,2021年的數據顯示,全球汽車雷達市場已經達到16億美元的規模,同比增長37%。從2021-2024年,預計還會實現18%的年復合增長率,到2024年汽車雷達市場規模將達到27億美元。

根據高工智能汽車研究院監測數據顯示,2021年中國市場(不含進出口)乘用車新車前裝標配L2級ADAS上險量為395.62萬輛,同比增長77.65%。2021年中國市場乘用車(不含進出口)前裝標配搭載毫米波雷達的上險量超過1360萬顆,同比增長約42.5%。

有機構預測,我國車載毫米波雷達市場預計未來3-5年將保持40%左右的速度增長,2023年國內車載毫米波雷達市場規模可突破200億元。

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4D成像雷達的優勢

在汽車向更高級別智能化演進過程中,傳統的毫米波雷達已無法滿足需求,其感知信息中,只有距離和方位,缺少高度參數,且無法形成高密度點雲成像,導致道路目標識別困難。

而具備高密度點雲成像能力的激光雷達雖然可以解決傳統毫米波雷達的痛點問題,但激光雷達上車的成本高昂,且存在無法全天候工作的天然缺陷,於是,4D成像雷達獲得了行業的關註。

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4D成像雷達提供了Range(距離)、Velocity (速度)、Azimuth (水平角度)、Elevation (俯仰角度)四個維度的直接和獨立探測能力,可以進行高解析度方位角檢測,精確偵測物體高度,並可實現對物體的分類。

成像雷達擴展了雷達的功能,通過基於密集點雲的融合,除了檢測大型目標之外,還通過高解析度點雲來感測汽車周圍環境,快速準確地描繪出前方的景象,從而增強環境測繪和場景感知能力,大幅提升智能駕駛系統的安全性和舒適性。

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通過多普勒效應,成像雷達可以直接進行高精度測速;4D成像雷達波長更長,穿雲透霧甚至穿雨效果更好,也不受光線的影響,還能和其他感測器形成很好的互補;另外,4D雷達成本僅為激光雷達的1/10,具有普及推廣的成本優勢。據行業預測,至2023年,4D成像毫米波雷達的搭載量或突破100萬顆。

不過,4D成像毫米波雷達目前還處於起步階段,未來若要實現對激光雷達的完全替代,解決自動駕駛成本高、量產難的問題,仍需不斷進行技術迭代。

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毫米波雷達的現狀和趨勢

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據恩智浦全球副總裁,ADAS產品線總經理Steffen Spannagel表示,恩智浦在汽車雷達領域已經深耕二十多年時間,共推出了五代汽車雷達晶元,現在正在努力研發第六代。目前恩智浦在汽車雷達領域居於領先地位。

目前雷達市場上,毫米波雷達技術從SiGe(鍺硅)轉型到RFCMOS(射頻互補金屬氧化半導體),並可將模擬模擬和數字功能集成到同一晶元上,體積更小、功耗更低、帶寬更高、解析度更好、探測距離更遠,安放位置更靈活;而77 GHz毫米波雷達檢測精度更高、體積更小巧、探測距離更遠,正在逐步取代24GHz感測器。

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根據Yole Développement統計數據,包括恩智浦、英飛凌在內的晶元公司占據了毫米波雷達晶元大部分市場份額,全球前20大車企採用了恩智浦技術。而在77GHz細分市場上,恩智浦市占率超過60%,是第一家將77GHz RFCMOS雷達技術廣泛運用於大批量生產的公司,顯著降低了功耗,也降低了成本。

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今年CES上,恩智浦宣佈,業界首款專用16nm成像雷達處理器S32R45成像雷達晶元量產,2022年上半年開始首次用於客戶量產,目前,包括大中華區在內的客戶已經在進行樣片評估和系統開發。另外,恩智浦還推出了新的雷達處理器S32R41,可將4D成像雷達的優勢延伸到更多的汽車。

除了恩智浦,TI推出了AWR2944車載毫米波雷達感測器;英飛凌也宣佈與美國傲酷合作,推出的RXS816xPL系列晶元;英特爾旗下的Mobileye也開始研發成像雷達晶元;大陸集團推出了ARS540成像雷達;華為發布了採用12T24R超大天線列陣的4D成像雷達;採埃孚的4D成像雷達在飛凡汽車實現了首發;博世展出了4D毫米波成像雷達;安霸在收購成像雷達方案提供商傲酷後,也計劃進入成像雷達領域。

此外,國際上已經涌現出一批專註於4D成像毫米波雷達方案的創新公司,如Arbe、Vayyar、Unhder、MetaWave、EchoDyne、Ainstein等,已經形成了較強的技術積累。

恩智浦 S32R45 和 S32R41 雷達處理器結合恩智浦TEF82xx RFCMOS 收發器,利用創新架構,可實現192個虛擬天線通道,來提高原始感測器硬體的性能;它們還採用專有雷達硬體加速器實現64倍標準處理器的計算性能,應用超解析度雷達軟體演算法實現小於1度的角度解析度,同時應用高級MIMO波形設計支持多個天線通道同時工作,從而實現雷達感測器性能的提升。

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恩智浦的成像雷達率先提供了短距、中距、長距三合一的並發多模雷達感測,可實現對汽車周圍寬廣視場的同時感測。既可以做近距離的環境測繪,也支持中距離感知環境當中的汽車以及感知150米以外的自行車或摩托車,還可以遠距離感知300米以外別的車輛落下的貨物。產品線在多方“組合”之下,實現360度環繞感知,可滿足L2+級至L5級的自動駕駛需求。

另外,基於分享關鍵技術的平臺,恩智浦可以提供可擴展的產品組合,包括先進的77GHz RFCMOS性能,有非常出色的雷達硬體架構來加速,還有領先的專有軟體雷達演算法,通過恩智浦的高端雷達軟體開發工具(Premium Radar SDK)來推向市場。

Steffen Spannagel在接受採訪時表示,因為市場有很多細分,而且自動駕駛級別也不同,恩智浦認為攝像頭和雷達會共存,因為它們的優缺點互補性非常強,成像雷達的解決方案有很大的可能性降低或取代激光雷達的使用。

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成像雷達在中國的實踐

經過數十年的積澱,恩智浦在中國已經擁有完整的“端到端”研發體系,具備從研發、封測、技術到銷售等完整的運營鏈路。恩智浦在加快本土化戰略,積極推進與在華產業鏈上下游千餘家企業深度合作的同時,加速向AI、智能汽車領域滲透,融入中國產業鏈供應鏈的轉型升級。

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恩智浦全球市場與銷售副總裁,大中華區汽車電子總經理劉芳表示:在中國的自動駕駛市場上,恩智浦不僅始終堅持對毫米波雷達、輔助駕駛和自動駕駛的技術發展進行投資,積極配合國內產業鏈主流化、高速成長的節奏,而且還一直致力於與產業鏈中的合作夥伴進行技術和市場化的合作,從各個層面向各個參與方提供了非常多技術支持。

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比如南京隼眼科技採用多片級聯恩智浦前端解決方案的隼眼5H(全息感知、超高智能、超精、超分辨和超距離)交通雷達,具備超過1500米的檢測能力,角精度優於0.1度,角解析度優於0.6度,可以同時覆蓋10-14個車道,指標數據業內領先。

得益於恩智浦S32R45晶元,華域4D成像雷達LRR40最多可以輸出3072點4D點雲和128個跟蹤目標,具備高度探測、高度靈敏、高解析度、高性價比和抗乾擾能力強的特點。

基於恩智浦的S32R45晶元和軟體平臺,升科開發的高性能成像雷達,靠角解析度的提升,偵測距離大於300米、輸出數據速率達到20FPS,並使雷達每秒能提供8萬個點雲,創造目前出業內最好的增加解析度指標。

從恩智浦的實踐可以看出,成像雷達已經成為毫米波雷達的發展方向,技術也在逐步走向成熟。在新產品導入時,恩智浦會和合作夥伴一起,將成熟的應用作為參考設計,為技術設計服務、為商業模式配套;當產品進入成熟期,恩智浦會完全開放技術能力平臺,讓其他企業基於恩智浦開放的基礎技術做更加多的創新性開發。

本文由汽車商業評論原創出品

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