恩智浦为推动汽车行业研发新型智能雷达系统
据麦姆斯咨询报道，现在，部分地区新车评价规程（ncap）已将自适应巡航控制（acc）和紧急制动辅助（aeb）等功能纳入其五星安全等级的要求，恩智浦（nxp）半导体正在推动汽车行业开始大力布局雷达系统。
图1 从2018年到2022年，预期将有累计3.75亿颗车载雷达安装在轻型车辆上，但汽车雷达产业还有什么问题吗？
为了加速雷达在高级驾驶辅助系统（adas）中的集成，恩智浦近期（10月2日）推出了一款雷达解决方案，该解决方案将s32r处理器、rf收发器和天线设计整合在一个新的参考平台上。恩智浦声称该平台是与colorado engineering公司合作开发，满足“汽车行业对功能、性能和安全的严苛要求”。
图2 集成在汽车不同位置的智能雷达传感器
通常雷达的功能实现需要大型汽车原始设备制造商（oem）进行天线优化和模拟设计，恩智浦的新款雷达系统旨在揭开雷达“艺术”的神秘面纱。恩智浦希望其“开箱即用”的汽车雷达系统可以直接为中国的汽车oem提供服务，中国的汽车oem仍需要花几年的时间才能追赶上世界其他地区的先进汽车企业。在最近接受ee times电话采访时，恩智浦adas副总裁兼总经理kamal khouri说道：“雷达已成为acc和aeb的首选传感器。摄像头不能测量速度，而雷达可以。通过反射信号，雷达也可以看到拐角处周围的情况。另一方面，激光雷达仍然非常昂贵。”然而，众所周知，传统的雷达缺乏分辨率，无法区分附近的物体。雷达也因发出误报而备受诟病，而且他们始终不能足够快地处理信息以便在高速公路上发挥作用。khouri明确表示恩智浦不认为雷达会取代摄像头。“摄像头和成像雷达的组合可以提供冗余，从而使车辆驾驶更安全，”khouri说。
剖析恩智浦新款雷达解决方案那么，恩智浦的新雷达解决方案是什么呢？该雷达设计参考平台被称为rdk-s32r274，结合了恩智浦s32r27处理器、tef810 x cmos收发器、fs8410电源管理ic和雷达软件开发套件。恩智浦增加了扩展和天线模块，可为特定客户应用创建定制开发平台。这款雷达解决方案的核心是可扩展的基于power architecture的系列处理器——s32r27和s32r37，khouri称其为“首款专用于处理雷达算法的芯片”。
图3 恩智浦s32r结构框架（来源：恩智浦）据汽车微处理器adas雷达部门经理roger keen介绍，恩智浦的雷达处理ip除了用于acc和aeb自动驾驶软件外，还在恩智浦的微处理器上运行。为这款雷达解决方案所设计的电路板和天线设计模块，为了满足车规要求进行了加强。
keen解释说，利用恩智浦提供的车规级雷达sdk，过去曾经需要将自己的雷达处理ip“手动调谐”到特定硬件的开发人员，现在可以直接对恩智浦的雷达系统进行功能调用。这款基于s32r27的雷达解决方案专为acc和aeb等应用扩展而设计。s32r37的运行功耗比s32r27低，代码兼容，并针对盲点监测等功能进行了高度优化。s32r27，订货量1000颗的售价为14至17美元/颗。基于s32r37的解决方案售价为10至12美元/颗。业内竞争恩智浦并不是唯一一家主导汽车雷达集成的公司。strategy analytics全球汽车业务执行总监ian riches认为，恩智浦和英飞凌都是汽车雷达领域的领导者。与此同时，最近进入雷达市场的德州仪器公司（texas instruments, ti）在2017年推出了基于业内标准rf cmos技术的毫米波雷达芯片，并开始奋起直追。ti宣称它的雷达芯片可提供“分辨率精度小于5厘米、探测距离可达数百米、速度高达300公里/小时”。更重要的是，与其他雷达芯片不同，ti的毫米波（mmwave）雷达传感器在一个芯片上完整集成了76至81ghz毫米波雷达、微控制器（mcu）和数字信号处理器（dsp）。ti采用这种方案是因为其具有更高的集成度，可以减小体积、功耗和成本，而不会降低产品性能。yole射频器件技术和市场分析师cedric malaquin认为，尽管恩智浦开发的rf-cmos收发器迈出了第一步，但ti更进一步，还将dsp集成到其雷达芯片中。malaquin表示，ti集成了dsp的雷达解决方案使芯片面积缩小了60%。dsp是“信号处理链上实现物体检测和分类”的关键。然而，恩智浦为该公司的双芯片解决方案（雷达芯片+微处理器）辩护，强调其方案为客户提供了便于雷达集成更多的可扩展性和灵活性。
图4 恩智浦雷达解决方案的天线端（来源：恩智浦）恩智浦的keen表示，“考虑亚利桑那州气候常年在110°f（约43℃）以下的热管理，例如，将收发器芯片远离微处理器，可以更容易地对安装在保险杠中的雷达进行热管理控制。”
图5 恩智浦雷达解决方案的处理器端（来源：恩智浦）keen还补充说，恩智浦的方案——使用专为雷达处理ip设计的处理器，提高了雷达解决方案的每瓦性能。关于用于每瓦性能分析的基准，恩智浦表示其团队已经从“公共数据”和“与客户的闭门会议中获悉的信息”中收集到了答案。但keen补充说，“虽然这给出了我们见过的最好的每瓦性能，我们将保留更广泛的行业要求给第三方测试。”当被问及将ti的雷达芯片与恩智浦的雷达解决方案进行比较时，strategy analytics的riches注意到，“从本质上讲，ti的方案可能能够降低成本，但灵活性也会略微降低。”市场预测雷达供应商和市场研究公司看好汽车雷达的需求不断增长。不同的雷达应用需要许多不同的雷达模块，恩智浦告诉我们，“通常情况下，对于盲点监测，车辆两个后角需要安装两个雷达模块。对于更高级的要求（如交叉车流监测）中，车辆的前角需要额外的两个雷达模块。”据恩智浦称，对于远程雷达应用，通常需要在前保险杠中安装一个雷达模块。
各种汽车雷达应用图片来源：《汽车雷达技术-2018版》根据yole近期发布的《汽车雷达技术-2018版》报告，尽管2017~2022年全球汽车的年销售量增速缓慢（约3%），但是预计汽车雷达模组的年销售量将飞速增长（约为25%），雷达芯片的年销售量也类似，增速达到22%。
图6 恩智浦对雷达市场的估计，按应用分类（资料来源：恩智浦）相似地，恩智浦预估在2022年雷达出货量为1.092亿颗——包括角雷达、高端角雷达和远程/中程、前/后雷达，雷达技术将在50%的新车上应用。成像雷达据strategy analytics的riches表示，雷达解决方案的最新趋势是利用雷达系统生成高分辨率“图像”，以便在视场中定位和识别/分类物体。“当前用于车辆的雷达不能在足够宽的视野范围内提供足够的分辨率，以生成逼真的图像，”riches说。仅用雷达芯片是无法实现这一目标的。riches解释说：“天线设计在这里非常重要，这也是我们看到像metawave这样的初创公司获得英飞凌（infineon）、电装（denso）、丰田人工智能风投（toyota ai ventures）、现代汽车（hyundai motor）和旭硝子（asahi glass）等公司投资的原因之一。”
雷达的不足雷达技术的优点众所周知，最显着的是它能够在各种天气条件下工作。汽车专家认为，雷达可以与视觉传感器组合作为高度自动驾驶车辆的关键传感技术。strategy analytics的riches解释说：“从根本上说，它们工作在完全不同的波长。显然，摄像头使用的是可见光，因此在明暗对比度反差很大的情况下（例如离开隧道时）或在大雨/大雪等黑暗、模糊环境时性能会最弱。激光雷达发射的光在正常可见光谱之外，但最大的挑战是在明亮的阳光下，由于强光导致系统的信噪比降低。另外，高分辨率激光雷达技术目前也非常昂贵，并且在汽车应用中的成熟度不及摄像头或雷达。”他指出，相比之下雷达“不受光照条件的影响，同时它还可以很好地穿透雨雪天气”。然而，雷达并不是最终的解决方案。
“到目前为止，雷达的关键弱点在于它的解决方案：它很擅长告诉我们那里有‘东西’，但并不是很善于说出它是什么。”riches说。简而言之，雷达技术在判断是否继续驾驶（例如检测到驾驶上方有路牌标识）或是否采取紧急制动（例如在前方车道内停留了一辆消防车）等需要做出明确决定时，可能表现得很糟糕。这就解释了为什么目前的汽车雷达有时会滤除并忽略静止物体。riches强调说，雷达无法判断一个物体是否是你不希望你的车撞到的东西。实际上，对于装有雷达的车辆，其用户手册上充满了对驾驶员的警告。以下是一些例子。摘自skoda superb（斯柯达速派）用户手册（用于acc功能的radar）：“当接近静止障碍物时，acc不会做出反应，例如交通拥堵、车辆故障或在红绿灯处等候的车辆。”（第236页）沃尔沃xc90的用户手册也有类似的警告：“距离警报在高于30公里/小时（20英里/小时）的速度下有效，并且仅对车辆驾驶方向相同的前方车辆做出反应。不能为迎面而来的、行驶缓慢或静止的车辆提供距离信息。”（第289页）“驾驶辅助（pilot assist）不会对人、动物、物体、小型车辆（例如自行车和摩托车）、小拖车以及迎面而来的慢速或静止车辆制动。”（第310页）riches总结道：“你会在许多其他品牌的用户手册中找到类似的文字......成像雷达旨在解决这个问题。”
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图1 从2018年到2022年，预期将有累计3.75亿颗车载雷达安装在轻型车辆上，但汽车雷达产业还有什么问题吗？
为了加速雷达在高级驾驶辅助系统（adas）中的集成，恩智浦近期（10月2日）推出了一款雷达解决方案，该解决方案将s32r处理器、rf收发器和天线设计整合在一个新的参考平台上。恩智浦声称该平台是与colorado engineering公司合作开发，满足“汽车行业对功能、性能和安全的严苛要求”。
图2 集成在汽车不同位置的智能雷达传感器
通常雷达的功能实现需要大型汽车原始设备制造商（oem）进行天线优化和模拟设计，恩智浦的新款雷达系统旨在揭开雷达“艺术”的神秘面纱。恩智浦希望其“开箱即用”的汽车雷达系统可以直接为中国的汽车oem提供服务，中国的汽车oem仍需要花几年的时间才能追赶上世界其他地区的先进汽车企业。在最近接受ee times电话采访时，恩智浦adas副总裁兼总经理kamal khouri说道：“雷达已成为acc和aeb的首选传感器。摄像头不能测量速度，而雷达可以。通过反射信号，雷达也可以看到拐角处周围的情况。另一方面，激光雷达仍然非常昂贵。”然而，众所周知，传统的雷达缺乏分辨率，无法区分附近的物体。雷达也因发出误报而备受诟病，而且他们始终不能足够快地处理信息以便在高速公路上发挥作用。khouri明确表示恩智浦不认为雷达会取代摄像头。“摄像头和成像雷达的组合可以提供冗余，从而使车辆驾驶更安全，”khouri说。
剖析恩智浦新款雷达解决方案那么，恩智浦的新雷达解决方案是什么呢？该雷达设计参考平台被称为rdk-s32r274，结合了恩智浦s32r27处理器、tef810 x cmos收发器、fs8410电源管理ic和雷达软件开发套件。恩智浦增加了扩展和天线模块，可为特定客户应用创建定制开发平台。这款雷达解决方案的核心是可扩展的基于power architecture的系列处理器——s32r27和s32r37，khouri称其为“首款专用于处理雷达算法的芯片”。
图3 恩智浦s32r结构框架（来源：恩智浦）据汽车微处理器adas雷达部门经理roger keen介绍，恩智浦的雷达处理ip除了用于acc和aeb自动驾驶软件外，还在恩智浦的微处理器上运行。为这款雷达解决方案所设计的电路板和天线设计模块，为了满足车规要求进行了加强。
keen解释说，利用恩智浦提供的车规级雷达sdk，过去曾经需要将自己的雷达处理ip“手动调谐”到特定硬件的开发人员，现在可以直接对恩智浦的雷达系统进行功能调用。这款基于s32r27的雷达解决方案专为acc和aeb等应用扩展而设计。s32r37的运行功耗比s32r27低，代码兼容，并针对盲点监测等功能进行了高度优化。s32r27，订货量1000颗的售价为14至17美元/颗。基于s32r37的解决方案售价为10至12美元/颗。业内竞争恩智浦并不是唯一一家主导汽车雷达集成的公司。strategy analytics全球汽车业务执行总监ian riches认为，恩智浦和英飞凌都是汽车雷达领域的领导者。与此同时，最近进入雷达市场的德州仪器公司（texas instruments, ti）在2017年推出了基于业内标准rf cmos技术的毫米波雷达芯片，并开始奋起直追。ti宣称它的雷达芯片可提供“分辨率精度小于5厘米、探测距离可达数百米、速度高达300公里/小时”。更重要的是，与其他雷达芯片不同，ti的毫米波（mmwave）雷达传感器在一个芯片上完整集成了76至81ghz毫米波雷达、微控制器（mcu）和数字信号处理器（dsp）。ti采用这种方案是因为其具有更高的集成度，可以减小体积、功耗和成本，而不会降低产品性能。yole射频器件技术和市场分析师cedric malaquin认为，尽管恩智浦开发的rf-cmos收发器迈出了第一步，但ti更进一步，还将dsp集成到其雷达芯片中。malaquin表示，ti集成了dsp的雷达解决方案使芯片面积缩小了60%。dsp是“信号处理链上实现物体检测和分类”的关键。然而，恩智浦为该公司的双芯片解决方案（雷达芯片+微处理器）辩护，强调其方案为客户提供了便于雷达集成更多的可扩展性和灵活性。
图4 恩智浦雷达解决方案的天线端（来源：恩智浦）恩智浦的keen表示，“考虑亚利桑那州气候常年在110°f（约43℃）以下的热管理，例如，将收发器芯片远离微处理器，可以更容易地对安装在保险杠中的雷达进行热管理控制。”
图5 恩智浦雷达解决方案的处理器端（来源：恩智浦）keen还补充说，恩智浦的方案——使用专为雷达处理ip设计的处理器，提高了雷达解决方案的每瓦性能。关于用于每瓦性能分析的基准，恩智浦表示其团队已经从“公共数据”和“与客户的闭门会议中获悉的信息”中收集到了答案。但keen补充说，“虽然这给出了我们见过的最好的每瓦性能，我们将保留更广泛的行业要求给第三方测试。”当被问及将ti的雷达芯片与恩智浦的雷达解决方案进行比较时，strategy analytics的riches注意到，“从本质上讲，ti的方案可能能够降低成本，但灵活性也会略微降低。”市场预测雷达供应商和市场研究公司看好汽车雷达的需求不断增长。不同的雷达应用需要许多不同的雷达模块，恩智浦告诉我们，“通常情况下，对于盲点监测，车辆两个后角需要安装两个雷达模块。对于更高级的要求（如交叉车流监测）中，车辆的前角需要额外的两个雷达模块。”据恩智浦称，对于远程雷达应用，通常需要在前保险杠中安装一个雷达模块。
各种汽车雷达应用图片来源：《汽车雷达技术-2018版》根据yole近期发布的《汽车雷达技术-2018版》报告，尽管2017~2022年全球汽车的年销售量增速缓慢（约3%），但是预计汽车雷达模组的年销售量将飞速增长（约为25%），雷达芯片的年销售量也类似，增速达到22%。
图6 恩智浦对雷达市场的估计，按应用分类（资料来源：恩智浦）相似地，恩智浦预估在2022年雷达出货量为1.092亿颗——包括角雷达、高端角雷达和远程/中程、前/后雷达，雷达技术将在50%的新车上应用。成像雷达据strategy analytics的riches表示，雷达解决方案的最新趋势是利用雷达系统生成高分辨率“图像”，以便在视场中定位和识别/分类物体。“当前用于车辆的雷达不能在足够宽的视野范围内提供足够的分辨率，以生成逼真的图像，”riches说。仅用雷达芯片是无法实现这一目标的。riches解释说：“天线设计在这里非常重要，这也是我们看到像metawave这样的初创公司获得英飞凌（infineon）、电装（denso）、丰田人工智能风投（toyota ai ventures）、现代汽车（hyundai motor）和旭硝子（asahi glass）等公司投资的原因之一。”
雷达的不足雷达技术的优点众所周知，最显着的是它能够在各种天气条件下工作。汽车专家认为，雷达可以与视觉传感器组合作为高度自动驾驶车辆的关键传感技术。strategy analytics的riches解释说：“从根本上说，它们工作在完全不同的波长。显然，摄像头使用的是可见光，因此在明暗对比度反差很大的情况下（例如离开隧道时）或在大雨/大雪等黑暗、模糊环境时性能会最弱。激光雷达发射的光在正常可见光谱之外，但最大的挑战是在明亮的阳光下，由于强光导致系统的信噪比降低。另外，高分辨率激光雷达技术目前也非常昂贵，并且在汽车应用中的成熟度不及摄像头或雷达。”他指出，相比之下雷达“不受光照条件的影响，同时它还可以很好地穿透雨雪天气”。然而，雷达并不是最终的解决方案。
“到目前为止，雷达的关键弱点在于它的解决方案：它很擅长告诉我们那里有‘东西’，但并不是很善于说出它是什么。”riches说。简而言之，雷达技术在判断是否继续驾驶（例如检测到驾驶上方有路牌标识）或是否采取紧急制动（例如在前方车道内停留了一辆消防车）等需要做出明确决定时，可能表现得很糟糕。这就解释了为什么目前的汽车雷达有时会滤除并忽略静止物体。riches强调说，雷达无法判断一个物体是否是你不希望你的车撞到的东西。实际上，对于装有雷达的车辆，其用户手册上充满了对驾驶员的警告。以下是一些例子。摘自skoda superb（斯柯达速派）用户手册（用于acc功能的radar）：“当接近静止障碍物时，acc不会做出反应，例如交通拥堵、车辆故障或在红绿灯处等候的车辆。”（第236页）沃尔沃xc90的用户手册也有类似的警告：“距离警报在高于30公里/小时（20英里/小时）的速度下有效，并且仅对车辆驾驶方向相同的前方车辆做出反应。不能为迎面而来的、行驶缓慢或静止的车辆提供距离信息。”（第289页）“驾驶辅助（pilot assist）不会对人、动物、物体、小型车辆（例如自行车和摩托车）、小拖车以及迎面而来的慢速或静止车辆制动。”（第310页）riches总结道：“你会在许多其他品牌的用户手册中找到类似的文字......成像雷达旨在解决这个问题。”
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