特斯拉CEO埃隆·馬斯克最近不太順，先是2月中旬，美國國家公路交通安全管理局（NHTSA）調(diào)查其過去9個月中收到的多達354件的關于“幽靈剎車”問題的投訴——Model 3、Model Y等車型自動駕駛功能常會在正常行駛中因檢測到并不存在的“陰影”等突然剎車而急劇減速，造成嚴重安全隱患；時至6月，此類投訴不減反增，已上升至758件，涉及車輛多達41.6萬輛。
6月初，特斯拉開啟新一輪10%裁員，因為馬斯克表示感覺經(jīng)濟狀況不佳。的確，特斯拉本身的“經(jīng)濟狀況”也并不好，與去年6月相比，特斯拉（TSLA）股票價格已經(jīng)是“哪兒來回哪”，從去年11月的近1300美元跌至不到640美元，已經(jīng)腰斬。
插曲而已，回到今天要聊的和自動駕駛密切相關的話題：汽車雷達。
雖然2021年被視為4D成像毫米波雷達量產(chǎn)元年的開啟，但真正的量產(chǎn)車到現(xiàn)在還沒有等到。
Yole集團旗下Yole Intelligence剛發(fā)布的《2022年汽車雷達報告》指出，雷達市場正在4D成像和頻率提升層面謀求發(fā)展，不同功能的雷達IC也在出現(xiàn)多種技術轉換。成像雷達將推動下一波增長，到2027年將達到43億美元，相當于雷達總市場的30%。
不過，從自動駕駛進程看，技術層面的安全挑戰(zhàn)仍有待解決，需要一種既能解決安全問題，又容易制造和加快商業(yè)化，且成本可控的解決方案。
特斯拉欲廉價“平替”激光雷達
還是在6月，馬斯克表示，特斯拉自動駕駛軟件FSD BETA新版本將在兩周內(nèi)推出，聯(lián)想到近期特斯拉提交的一份技術審核文件顯示，特斯拉4D成像毫米波雷達已經(jīng)正式應用于量產(chǎn)。另據(jù)6月份特斯拉向FCC注冊了新的高分辨率雷達裝置，據(jù)說可以構成未發(fā)布的HW 4.0（下一代FSD）的一部分。
爆料者指出，新雷達單元的頻率范圍與特斯拉之前使用的博世和大陸單元相似，可用于成像，類似于激光雷達光束映射其周圍環(huán)境的方式。其產(chǎn)品型號為1541584，被稱為EUT，它是一種非脈沖汽車雷達，工作頻率在76-77GHz，同時支持3種傳感模式。
去年6月，馬斯克將雷達裝置從特斯拉傳感器系統(tǒng)中剔除。他也曾表示，如果有超越攝像頭表現(xiàn)的雷達，特斯拉可以考慮采納這個方案。目前看來，特斯拉似乎找到了理想中的雷達裝置。在此之前，也有媒體爆料過特斯拉打算加一個新的“4D”成像雷達，感知范圍是之前雷達的兩倍。
事實上，特斯拉剔除普通毫米波雷達，只是去掉了對攝像頭起輔助作用的設備，不足為怪。今天，4D成像使毫米波雷達性能大幅提升，毫米波雷自然也可以回來。話說回來，4D成像也不是特斯拉發(fā)明的，現(xiàn)在已經(jīng)到了商用的階段。
4D成像雷達是在傳統(tǒng)毫米波雷達基礎上增加對目標高度維度數(shù)據(jù)的探測和解析，即在X軸、Y軸數(shù)據(jù)上增加了Z軸數(shù)據(jù)，從而實現(xiàn)距離、速度、角度加高度的四個維度信息感知。
伴隨性能的不斷提升，當前的雷達采用處理器加RF+CMOS單芯片實現(xiàn)成本驅動的硬件集成。未來4D將以性能驅動，級聯(lián)CMOS成為主流，利用高級雷達算法（+ML/AI），進一步向成像雷達發(fā)展。
雷達架構要求的硅進化
Yole SystemPlus的《汽車雷達比較報告》在分析了大陸、博世、電裝等公司的主要雷達系統(tǒng)及其芯片組的技術和成本后指出：未來幾年，自動駕駛將成為現(xiàn)實。為了實現(xiàn)這一創(chuàng)新，視覺技術的數(shù)量不斷增加，為駕駛員和乘客提供功能和安全，其中雷達是最完善、最好、最安全的系統(tǒng)。
從2000年推出短程雷達（SRR）系統(tǒng)用于盲點或車道交叉檢測到現(xiàn)在，多家OEM提供了L3自動化功能，駕駛員可以隨時待命，在一段時間內(nèi)不插手。這些車輛集成了大約5個雷達系統(tǒng)，包括SRR和遠程雷達（LRR），支持AEB（AEB）和自適應巡航控制。
2020年年中，汽車毫米波雷達市場占有率排名第一的德國大陸集團推出全球第一個4D成像毫米波雷達ARS540，當時報道寶馬純電動旗艦SUV iX或成為首款量產(chǎn)車型，不過目前還沒有更新信息；隨后華為也發(fā)布了4D成像雷達。事實上，全新一代奔馳S級的DRIVE PILOT系統(tǒng)已搭載Veoneer的雙目立體視覺和ARS540成像雷達。
系統(tǒng)和芯片競爭格局
與其他傳感器相比，汽車雷達吸引了投資界更多的興趣，使其成為一個充滿活力的市場，新老玩家云集其中。
盡管雷達市場多年前早已成熟，但Yole分析師還是觀察到許多新入局的企業(yè)正在找準定位并在設計方案上獲得成功，無論是麥格納、現(xiàn)代摩比斯、威孚高科等系統(tǒng)公司，還是Arbe、Uhnder和Vayyar等硅芯片公司。
一些大型科技公司也在投資雷達開發(fā)，華為、高通、英特爾等領先企業(yè)也都在深耕這一領域，未來還會有更多企業(yè)加入。為了開拓新的收益來源，實現(xiàn)差異化的OEM亟盼與這些大公司進行直接對話，這給領先的Tier 1和半導體公司帶來了巨大壓力，需要縮短以往的創(chuàng)新周期。因此，這些領先企業(yè)正在通過合并或垂直整合的轉型方式來尋求協(xié)作。
過去幾年，在系統(tǒng)層面，汽車雷達市場由六大Tier 1主導：大陸集團、博世、海拉（Hella）、電裝、安波福（Aptiv）和維寧爾（Veoneer），另外還有ZF/TRW（采埃孚）、現(xiàn)代摩比斯和SteelMate都有4D成像雷達布局。
在硅層面，恩智浦和英飛凌占據(jù)大部分市場，新進者Arbe、Uhnder、Vayyar也在獲得設計導入。通過拆解各種雷達系統(tǒng)，提取主要射頻芯片組和電路板進行物理分析，Yole SystemPlus認為，24GHz主要是意法半導體，恩智浦和英飛凌在77GHz頻率已領先多年，德州儀器正在迎頭趕上。
商用4D成像雷達時代
自動化并不像想象的那樣先進
NHTSA 2020年的一項研究發(fā)現(xiàn)，美國72%的行人死亡發(fā)生在夜間。公路安全保險協(xié)會（IIHS）在今年發(fā)布的一份報告中指出，AEB“可以檢測行人，可以防止行人撞車，但只能在白天或光線充足的道路上。”
同樣，自2018年以來一直在評估主動駕駛輔助（ADA）系統(tǒng)的美國汽車協(xié)會（AAA）上月發(fā)布報告警告消費者：當前可用的ADA系統(tǒng)無法在沒有持續(xù)駕駛員監(jiān)督的情況下持續(xù)運行車輛；駕駛員必須始終保持態(tài)勢感知。
給消費者的信息很清楚：ADA并不像想象的那樣先進或自動化。
這意味著什么？在消費市場上沒有機器車（robocar）的情況下，OEM將AEB等主動駕駛輔助系統(tǒng)視為以安全名義提高標價的下一個最佳選擇。
不幸的是，這些自動化功能并不是在所有條件下都能完美地工作。更糟糕的是，現(xiàn)在監(jiān)管者和汽車評級機構只在傾向于OEM的條件下測試這些功能，而不是在消費者每天駕駛的情況下進行測試。
新車評估計劃（NCAP）就是一個很好的例子。2015年在德州奧斯汀成立的雷達初創(chuàng)公司Uhnder首席執(zhí)行官兼聯(lián)合創(chuàng)始人Manju Hegde最近接受《Ojo & Yoshida報告》采訪時表示，美國和歐洲NCAP項目迄今都在回避夜間使用AEB測試車輛，盡管“統(tǒng)計數(shù)據(jù)顯示夜間死亡人數(shù)增加了90%”。他說：“作為一名雷達人，我特別惱火，因為雷達在晚上真的很好。”
顛覆者呼之欲出
眾所周知，AEB尤其會在夜間撞到行人和騎自行車的人。但并非所有高級駕駛輔助系統(tǒng)（ADAS）都是一樣的。Uhnder認為，新型雷達就是答案：它可以在黑暗中看到人們。
什么是數(shù)字雷達？它又有什么好處呢？其無干擾發(fā)射機可以為具有高對比度分辨率（HCR）的目標提供更大的功率，使得數(shù)字雷達能夠更好地區(qū)分相鄰物體。
在提交給NHTSA的RFC文件中Uhnder寫道：“Uhnder利用通信和軍事行業(yè)的類似成熟技術，將汽車雷達引入數(shù)字領域，增強了傳統(tǒng)汽車模擬雷達的優(yōu)勢，并解決了模擬雷達的一些缺點。”
Uhnder將DCM應用于空中信號。S80中完全集成的77GHz 4D成像雷達芯片采用數(shù)字編碼調(diào)制。“我們的代碼與高通公司在CDMA中使用的代碼相同，”他說。這是包括軍方在內(nèi)的許多人都熟悉的擴頻通信系統(tǒng)。
典型應用框圖
這種DCM方法明顯不同于汽車雷達常見的模擬調(diào)頻連續(xù)波結構。根據(jù)Uhnder的白皮書，DCM僅限于軍事應用，因為它對于大批量的汽車應用成本太高。不過，Uhnder聲稱，CMOS技術和信號處理的進步使“一種經(jīng)濟高效的DCM雷達系統(tǒng)成為可能，能夠滿足汽車不斷增長的性能需求”。
歸納一下DCM的優(yōu)點：
綜上，DCM雷達將FMCW/FCM的簡單模擬處理與更先進的數(shù)字處理進行了權衡，可以比FMCW/FCM（幾十MHz速率）更高的速率（GHz范圍內(nèi)）實現(xiàn)模數(shù)轉換。而這一直是以經(jīng)濟高效方式將DCM技術引入汽車應用的主要障礙之一。
硬件方面，數(shù)字和模擬電路聯(lián)合設計可以實現(xiàn)比汽車半導體行業(yè)典型的單獨模擬和數(shù)字設計更好的性能。這種集成、靈活的芯片設計允許軟件修改雷達性能，以滿足客戶和應用要求，而不是設計定制芯片的漫長而昂貴的方法。
2022年2月，北汽集團副總經(jīng)理陳江曾表示，其車型有望搭載Arbe量產(chǎn)后的4D成像毫米波雷達產(chǎn)品，而上汽也早在去年就宣布已在其R汽車搭載。AutoX也曾表示，未來五年將在其L4級車隊中搭載40萬個基于Arbe開發(fā)平臺的超高分辨率4D成像毫米波雷達系統(tǒng)。
另一家是以色列公司Vayyar，2022年6月獲得1.08億美元E輪融資，用以加速射頻成像方案的商業(yè)化進程。
