汽車(chē)市場(chǎng)對供應商的要求一直很高。OEM廠(chǎng)商為了實(shí)現ADAS和自動(dòng)駕駛技術(shù)，希望相關(guān)傳感器在提升安全性的同時(shí)，尺寸能夠更小、速度更快且成本更低。通常，ADAS包括多種安全功能，例如自動(dòng)緊急制動(dòng)、車(chē)道監測以及障礙物警示等。

雷達，是一種障礙物探測技術(shù)，用于汽車(chē)盲點(diǎn)探測及其它安全功能。“近年來(lái)，雷達模組的尺寸獲得了大幅縮小，其散熱要求也越來(lái)越高，”NXP（恩智浦）產(chǎn)品線(xiàn)經(jīng)理Thomas Wilson說(shuō)，“市場(chǎng)對雷達性能的要求越來(lái)越高，而尺寸要求不斷縮小，因此成本壓力越來(lái)越大。”

目前，汽車(chē)中應用的雷達模組是相對比較笨拙的系統，包含了多個(gè)基于不同工藝的芯片。因此，為了追求更小的尺寸和更低的成本，Infineon（英飛凌）、NXP（恩智浦）、Renesas（瑞薩）以及TI（德州儀器）正在開(kāi)發(fā)在同一個(gè)器件上整合多個(gè)元件的集成雷達芯片組。

盡管這些雷達芯片組可以針對多種不同的ADAS應用，但是，它們也代表了一種新的設計趨勢。IC制造商將不再采用多種不同的工藝來(lái)制造各種芯片，而是采用45nm和28nm的標準CMOS工藝來(lái)集成雷達器件。當然，其它可選工藝還包括22nm體硅工藝和FD-SOI（全耗盡型絕緣硅）工藝。

實(shí)現ADAS和自動(dòng)駕駛的另一種核心技術(shù)，激光雷達（LiDAR），是一種利用脈沖激光來(lái)測量目標距離的技術(shù)，也正從笨重的機械旋轉掃描系統，向集成更多元件、尺寸更小的固態(tài)單元發(fā)展，以降低高昂的制造成本。

雷達業(yè)界正在開(kāi)發(fā)下一代高分辨率雷達，以期替代昂貴的LiDAR，不過(guò)，LiDAR開(kāi)發(fā)商也并沒(méi)有閑著(zhù)。

事實(shí)上，目前并沒(méi)有任何一種技術(shù)能夠滿(mǎn)足所有ADAS或自動(dòng)/無(wú)人駕駛要求。如今，有些汽車(chē)已經(jīng)集成了先進(jìn)的視覺(jué)系統和雷達系統。接下來(lái)，它們或許還會(huì )裝配LiDAR，這意味著(zhù)視覺(jué)系統、雷達和LiDAR技術(shù)將在一定時(shí)期內和諧共存，共同實(shí)現汽車(chē)ADAS及未來(lái)的自動(dòng)駕駛功能。

每一種技術(shù)都有其優(yōu)勢和短板。“LiDAR相比視覺(jué)和雷達，是一種昂貴得多的傳感器系統，但是，它在目標識別方面精度更高。不過(guò)，LiDAR在雪、雨、霧等惡劣的氣候條件下也有其局限性。” Semico Research公司總裁Jim Feldhan說(shuō)，“雷達似乎不太會(huì )受到天氣條件的影響，但是雷達無(wú)法像LiDAR那樣精確的確定目標物體的尺寸和形狀。”

共同的目標：安全性更高的汽車(chē)

為了制造安全性更高的汽車(chē)，汽車(chē)制造商急需這些專(zhuān)門(mén)針對車(chē)輛安全性的環(huán)境感知技術(shù)。據美國國家高速公路交通安全管理局統計，94%的嚴重車(chē)輛事故都是由于駕駛員的操作失誤而造成的。

為此，近年來(lái)汽車(chē)產(chǎn)業(yè)為車(chē)輛配備了越來(lái)越多的主被動(dòng)安全功能。據NXP的Wilson介紹，目前產(chǎn)業(yè)正朝著(zhù)兩條殊途同歸的路徑發(fā)展，即新車(chē)評價(jià)規程（NCAP）和自動(dòng)駕駛技術(shù)。

近年來(lái)，亞洲、歐洲和美國推出了各自的NCAP指南。在這些新車(chē)評價(jià)規程中，汽車(chē)經(jīng)過(guò)相應測試，基于車(chē)輛安全性給予星級評價(jià)。五星評價(jià)為最高等級，一星則最低。

“這種五星評價(jià)體系對車(chē)輛銷(xiāo)售產(chǎn)生了巨大影響。越來(lái)越多的消費者傾向購買(mǎi)擁有五星評價(jià)的車(chē)輛，因為這類(lèi)車(chē)輛的安全性更高，并且，保險費用也更低，”Wilson稱(chēng)。

每個(gè)主要地區都有自己的NCAP標準。但簡(jiǎn)單來(lái)說(shuō)，基本的NCAP標準都包含了多種ADAS技術(shù)，例如自適應巡航控制、自動(dòng)緊急制動(dòng)、并線(xiàn)輔助、車(chē)道保持等。

NCAP及自動(dòng)駕駛趨勢

自適應巡航控制，能夠幫助汽車(chē)在車(chē)流中，自動(dòng)調整車(chē)速、保證與前車(chē)的安全距離，進(jìn)行自動(dòng)巡航。自動(dòng)緊急制動(dòng)功能，能夠在車(chē)輛感知到有可能發(fā)生碰撞事故前，自動(dòng)進(jìn)行車(chē)輛制動(dòng)。

車(chē)道保持功能，能夠幫助車(chē)輛保持在一個(gè)車(chē)道中巡航行駛，避免不安全的車(chē)道變更。而并線(xiàn)輔助功能，能夠在車(chē)輛轉彎或變換車(chē)道時(shí)，探測后方或側方是否有車(chē)輛等障礙物，向駕駛員發(fā)出警示或制動(dòng)車(chē)輛。

NCAP發(fā)展路徑圖推動(dòng)了在汽車(chē)中集成更多的傳感器。“例如，自動(dòng)緊急制動(dòng)功能，即需要攝像頭，也需要雷達傳感器，” GlobalFoundries（格羅方德）汽車(chē)事業(yè)部副總裁Mark Granger說(shuō)，“這種技術(shù)已經(jīng)開(kāi)始從超豪華汽車(chē)，下放到更多的中端車(chē)型中。”

除了NCAP之外，汽車(chē)制造商還朝著(zhù)包括自動(dòng)駕駛汽車(chē)在內的另一條道路發(fā)展，自動(dòng)駕駛技術(shù)也在推動(dòng)攝像頭、LiDAR和雷達的需求增長(cháng)。盡管，十年或更久之內，全自動(dòng)駕駛汽車(chē)并不會(huì )成為市場(chǎng)主流。

L3/L4級自動(dòng)駕駛架構

任何一種ADAS技術(shù)或自動(dòng)駕駛技術(shù)都僅是實(shí)現自動(dòng)駕駛架構的一部分，它們必須能夠無(wú)縫銜接地協(xié)同工作。

“例如，應用日益增長(cháng)的V2V（車(chē)輛與車(chē)輛的互聯(lián)）以及V2X（車(chē)輛與萬(wàn)物的互聯(lián)），意味著(zhù)需要更多的車(chē)載雷達系統，”UMC市場(chǎng)部副總裁Steven Liu說(shuō)，“這些系統還需要其它技術(shù)提供支持，包括汽車(chē)防碰撞雷達，全球定位系統，與交通信號燈及車(chē)輛調度進(jìn)行識別和交互的傳感器等。這些系統都需要與車(chē)輛現有系統相結合，如駕乘舒適及娛樂(lè )控制系統，以及控制溫度、胎壓及燃油的引擎監控子系統等。”

你是我的眼

據麥姆斯咨詢(xún)報道，汽車(chē)制造商同時(shí)采用多種方案來(lái)實(shí)現ADAS。例如，Tesla（特斯拉）生產(chǎn)的車(chē)型搭載了8個(gè)攝像頭，12個(gè)超聲波傳感器和雷達。超聲波傳感器利用聲波來(lái)測量車(chē)輛與物體之間的距離。

Tesla目前還沒(méi)有采用LiDAR，是因為L(cháng)iDAR技術(shù)成本太高昂。其它正在開(kāi)發(fā)自動(dòng)駕駛汽車(chē)的廠(chǎng)商，或將在其車(chē)輛中同時(shí)應用攝像頭、雷達和LiDAR。

不管在那種方案中，先進(jìn)的視覺(jué)系統都是實(shí)現自動(dòng)駕駛的核心部件。“近年來(lái)，基于攝像頭的傳感器已經(jīng)能夠提供廣泛的測距功能，例如路標探測、車(chē)道偏離預警、遠近光控制、泊車(chē)輔助以及駕駛員狀態(tài)監測等，”TowerJazz公司CMOS圖像傳感器業(yè)務(wù)部高級副總裁兼總經(jīng)理Avi Strum說(shuō)。

大陸MFC430TA、采埃孚-天合S-Cam 3和博世MPC2汽車(chē)ADAS攝像頭對比分析，圖片引自《大陸汽車(chē)ADAS攝像頭：MFC430TA》

但是，攝像頭仍無(wú)法提供所有的安全功能。“事實(shí)上，Mobileye等廠(chǎng)商堅信，僅憑基于攝像頭的傳感器便能提供完整的ADAS解決方案，”Strum說(shuō)，“雖然基于攝像頭的傳感器能夠在光照良好的條件下，以卓越的分辨率感知周?chē)h(huán)境，但是在黑暗、雨、霧、雪等惡劣環(huán)境下，這類(lèi)傳感器的性能便會(huì )大幅下滑。”

這意味著(zhù)基于攝像頭的傳感器還有很大的改善空間，尤其在動(dòng)態(tài)范圍和近紅外靈敏度等方面，Strum補充道。

“雷達波”帶你浪

雷達也是ADAS和自動(dòng)駕駛的核心技術(shù)之一。簡(jiǎn)而言之，雷達通過(guò)發(fā)射毫米波范圍的電磁波，電磁波遇到障礙物后發(fā)生反射，被雷達系統捕獲，由此計算便能確定障礙物的距離、速度和角度。

通常，OEM廠(chǎng)商會(huì )在車(chē)輛中采用短距離和長(cháng)距離雷達。自適應巡航控制和自動(dòng)緊急制動(dòng)功能采用長(cháng)距離雷達（LRR）。長(cháng)距離雷達一般裝配在車(chē)輛前保險杠后方。

雷達和自動(dòng)駕駛汽車(chē)

前向長(cháng)距離雷達采用77GHz毫米波頻率，探測范圍覆蓋160~200米。通常，前向雷達模組集成了多種不同的組件，例如微控制器（MCU）和RF（射頻）收發(fā)器。收發(fā)器負責將雷達數據通過(guò)鏈接傳送給MCU，由MCU進(jìn)行雷達數據處理。

《英飛凌77 GHz雷達接收器和發(fā)射器：RRN7745P和RTN7735P》

MCU的制造往往基于CMOS工藝，正從55nm或40nm工藝向28nm及以下工藝節點(diǎn)轉移。同時(shí)，單獨的RF收發(fā)器一般基于高性能SiGe（硅鍺）RF工藝。也有采用BiCMOS工藝。兩種技術(shù)都源自更成熟的工藝節點(diǎn)。

前向長(cháng)距離雷達仍將保持在77GHz頻段，但是器件技術(shù)正在發(fā)展。以近期的新產(chǎn)品為例，TI推出了一款單芯片雷達產(chǎn)品，在同一個(gè)器件上整合了MCU和收發(fā)器。這款雷達芯片組基于45nm RF CMOS工藝，實(shí)現了不同組件的集成。

“單芯片雷達傳感器解決方案相比雙芯片解決方案，具有諸多優(yōu)勢，”TI產(chǎn)品經(jīng)理Kishore Ramaiah說(shuō)，“因為這是一種RF CMOS解決方案，它具有更低的功耗和更高的集成度，這意味著(zhù)能夠帶來(lái)更小的尺寸和更優(yōu)化的BOM。”

不過(guò)，至少目前來(lái)看，前向長(cháng)距離雷達或仍將大部分采用分立解決方案。“長(cháng)距離雷達模組設計還存在很多變數，我認為MCU和收發(fā)器還將在一定時(shí)間內保持分立設計，”NXP公司的Wilson說(shuō)，“隨著(zhù)時(shí)間的發(fā)展，當RF CMOS技術(shù)發(fā)展到能夠支持長(cháng)距離雷達的RF性能要求時(shí)，它相比SiGe技術(shù)才會(huì )更有競爭力。我預計這兩種解決方案將在一段時(shí)期內共存。”

而短距離（SRR）雷達模組方面則有了切實(shí)的設計革新，目前大多數短距離雷達模組的工作頻率為24GHz，探測距離約60~70米。

安裝在汽車(chē)前后方兩角的短距離雷達模組，可用于車(chē)道探測、車(chē)道保持等相關(guān)功能。同時(shí)，并線(xiàn)輔助功能也采用安裝在前部側方保險杠的短距離雷達。