通信和傳感技術已經改變了汽車行業(yè)。越來越多的汽車包含與環(huán)境交互的功能和系統(tǒng)，獲得對周圍空間的認識，相互之間和與基礎設施聯(lián)網，以及檢測可能的危險源。我們可以認為車輛已經獲得了自己的“感覺”：它們知道自己在哪里，現(xiàn)在可以看到、聽到和感覺到周圍發(fā)生的事情。

圖 1：傳感器、導航和通信：汽車的“感官”。

汽車傳感器是提高道路交通安全和達到自動駕駛 4 級和 5 級的關鍵。使用先進的傳感器技術將允許通過警告信號和自動安全功能預防事故，從而實現(xiàn)愿景 0 目標：到 2050 年交通事故死亡人數(shù)為零。從這個意義上說，歐洲議會于 2019 年批準了一項法律，制定了安全功能，例如從 2022 年 5 月起，新車型和 2024 年 5 月起，所有新車都必須配備智能速度輔助、先進的緊急制動系統(tǒng)和車道保持系統(tǒng)。

此外，購買汽車時，安全措施也變得越來越重要。出于這個原因，歐洲新車評估計劃 （Euro NCAP） 將自 2020 年以來的緊急制動系統(tǒng)納入其評估。這迫使該行業(yè)加大努力，并在其車輛中加入新的檢測功能。

1. 用于 ADAS/AS 的汽車傳感器

有不同的選項可用于感測車輛周圍的環(huán)境。然而，對于完全自動駕駛，需要結合不同的傳感技術，才能提供完整的 360° 檢測。整個系統(tǒng)可以看作是汽車的“感官”，提供與周圍環(huán)境互動的手段，并創(chuàng)造一個安全“繭”。每種技術都有其優(yōu)點和缺點，如下表 1 所示，因此完全自動駕駛需要結合不同的來源，如圖 2 所示。

表 1：汽車應用中不同傳感器技術的優(yōu)缺點

圖 2：ADAS/AD 系統(tǒng)趨勢：傳感器集成。

2、汽車雷達

雷達是一項眾所周知的技術，它依靠發(fā)送和接收電磁波來測量、檢測和定位環(huán)境中的障礙物。雷達特別適用于汽車應用，因為車輛是電磁波的良好反射器，因此可以準確地確定它們的距離、位置和速度。

在汽車環(huán)境中，調頻連續(xù)波 （FMCW） 雷達用于不同的頻段，具體取決于應用。FMCW雷達的原理將在下一篇雷達博文中講解。雷達的基本拓撲如圖 3 所示。它包括一個或多個雷達 MMIC 收發(fā)器，連接到高性能處理單元（MCU 或 SoC）。拓撲結構和芯片數(shù)量將取決于雷達模塊在車輛上的位置及其必須覆蓋的應用，如圖 4 所示。

圖 3：雷達架構示例

圖 4：不同雷達應用的組合。

國際電信聯(lián)盟 （ITU） 根據其功能定義了兩類汽車雷達系統(tǒng)：

類別 1：它包括為駕駛員提供舒適功能的雷達系統(tǒng)，使駕駛更加輕松。此類別包括自適應巡航控制 （ACC） 和防撞 （CA） 雷達，測量范圍可達 250 米。

2 類：它定義了用于高分辨率應用的傳感器，這些傳感器增加了車輛的被動和主動安全性，例如盲點檢測、車道變換輔助和后方交通交叉警報、行人和自行車附近的檢測車輛。范圍低于 1 類，最大為 50m 至 100m，具體取決于應用。這些系統(tǒng)的目的是通過提高車輛的被動和主動安全性來改善交通安全。

雷達的類型也可以根據測量范圍進行分類（圖 5）：

短程雷達 （SRR），具有大視場和高分辨率，范圍可達 50 m。

中程雷達 （MRR），具有中等視野，范圍可達 100 m，

遠程雷達 （LRR），它不需要高分辨率或寬視場，但目標是盡可能高的范圍，高達 250m。

圖 5：汽車雷達的典型范圍和視場。

為了提供 360° 覆蓋，需要在汽車上放置具有不同功能的不同雷達傳感器，如圖 6 所示。必須將獲取的數(shù)據結合起來，以獲得實時準確的周圍環(huán)境信息。

圖 6：在汽車上放置雷達傳感器以實現(xiàn) 360° 覆蓋。

雷達傳感器可以很容易地安裝在汽車的常見元素后面，比如保險杠或公司標志，這樣它們就看不見了，不影響美觀。隨著工作頻率的提高，這種集成變得更容易，因為決定模塊尺寸的天線尺寸與波長成線性比例，因此與工作頻率成反比。汽車雷達系統(tǒng)曾經使用四個主要頻段，兩個在 K 波段（大約 24GHz）和兩個在 E 波段（在 76 和 81GHz 之間），如圖 7 所示。

圖 7：汽車雷達的頻段。

然而，由于對射電天文和地球探測應用的干擾，24GHz 頻段將被停用。作為替代方案，76 GHz 至 81 GHz 頻段已被大多數(shù)國家接受為汽車雷達的頻段。在那里，為 LRR（76 至 77GHz）保留 1GHz 帶寬，而 4GHz 帶寬可用于需要更高分辨率的應用，如表 2 所示。

表 2：根據 ITU 建議 ITU-R M.2057-0 在 76-81 GHz 頻段內的典型汽車雷達特性

3.雷達市場

新車輛中新的安全和舒適功能的集成導致雷達市場激增。汽車是該市場增長最快的部分，預計到 2025 年將超過 100 億美元，如圖 8 所示。

圖 8：雷達市場的演變（來源：Yole Report 2020）

如果僅考慮雷達 MMIC 收發(fā)器，市場預測超過 12 億美元，GaAs 技術幾乎消失，CMOS 將快速增長，到 2025 年成為主導技術。

圖 9：每種技術的雷達 MMIC 市場的演變（來源：Yole Report 2020）

4。結論

雷達模塊已成為現(xiàn)代車輛的標準配置。雖然它們在距離分辨率方面相對于其他技術存在一些缺點，但它們的可靠性和多功能性使其成為現(xiàn)代 ADAS/AD 系統(tǒng)中不可替代的部分。從 76 GHz 到 81 GHz 向更高頻率的轉變帶來了新的技術挑戰(zhàn)，但這也使其成為半導體行業(yè)新發(fā)展的激動人心的領域。

審核編輯：郭婷