通信和傳感技術(shù)改變了汽車行業(yè)。汽車越來越多地包含與環(huán)境交互的功能和系統(tǒng)，了解周圍空間，相互之間以及與基礎(chǔ)設(shè)施聯(lián)網(wǎng)，并檢測(cè)可能的危險(xiǎn)源。我們可以認(rèn)為車輛已經(jīng)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。

汽車傳感器是改善道路交通安全和達(dá)到 4 級(jí)和 5 級(jí)自動(dòng)駕駛的關(guān)鍵。先進(jìn)傳感器技術(shù)的使用將允許通過警告信號(hào)和自動(dòng)安全功能來預(yù)防事故，從而實(shí)現(xiàn) Vision 0 目標(biāo)：到 2050 年交通事故死亡人數(shù)為零。從這個(gè)意義上說，歐洲議會(huì)于 2019 年批準(zhǔn)了一項(xiàng)制定安全功能的法律例如，自 2022 年 5 月起所有新車必須配備智能速度輔助系統(tǒng)、先進(jìn)的緊急制動(dòng)系統(tǒng)和車道保持系統(tǒng)，自 2024 年 5 月起現(xiàn)有車型必須配備此類系統(tǒng)。

此外，購買汽車時(shí)，安全措施也變得越來越重要。因此，自 2020 年起，歐洲新車評(píng)估計(jì)劃 (Euro NCAP) 將緊急制動(dòng)系統(tǒng)納入評(píng)估范圍。這迫使該行業(yè)加大力度，在車輛中加入新的檢測(cè)功能。

適用于 ADAS/AS 的汽車傳感器

有不同的選項(xiàng)可用于感測(cè)車輛周圍的環(huán)境。然而，為了實(shí)現(xiàn)完全自動(dòng)駕駛，需要結(jié)合不同的傳感技術(shù)，才能提供完整的 360° 檢測(cè)。整個(gè)系統(tǒng)可以被視為汽車的“感官”，提供與周圍環(huán)境互動(dòng)的手段并創(chuàng)造一個(gè)安全“繭”。每種技術(shù)都有其優(yōu)點(diǎn)和缺點(diǎn)，如下表 1 所列，因此完全自動(dòng)駕駛需要不同來源的組合，如圖 2 所示。

表 1. 汽車應(yīng)用中不同傳感器技術(shù)的優(yōu)缺點(diǎn)

汽車?yán)走_(dá)

雷達(dá)是一項(xiàng)眾所周知的技術(shù)，它依靠發(fā)送和接收電磁波來測(cè)量、檢測(cè)和定位環(huán)境中的障礙物。雷達(dá)特別適合汽車應(yīng)用，因?yàn)槠囀请姶挪ǖ牧己梅瓷潴w，因此可以準(zhǔn)確確定其距離、位置和速度。

在汽車環(huán)境中，調(diào)頻連續(xù)波 (FMCW) 雷達(dá)根據(jù)應(yīng)用用于不同的頻段。雷達(dá)的基本拓?fù)淙鐖D 3 所示。它包括一個(gè)或多個(gè)雷達(dá)單片微波集成電路 (MMIC) 收發(fā)器，連接到高性能處理單元（MCU 或 SoC）。芯片的拓?fù)浜蛿?shù)量將取決于雷達(dá)模塊在車輛上的位置及其必須覆蓋的應(yīng)用，也如圖 4 所示。

國際電信聯(lián)盟 (ITU) 根據(jù)汽車?yán)走_(dá)系統(tǒng)的功能定義了兩類：

l  第 一類：包括為駕駛員提供舒適功能的雷達(dá)系統(tǒng)，使駕駛更加無壓力。該類別包括自適應(yīng)巡航控制 (ACC) 和防撞 (CA) 雷達(dá)，測(cè)量范圍可達(dá) 250 米。

l  第 2 類：它定義了用于高分辨率應(yīng)用的傳感器，這些傳感器增加了車輛的被動(dòng)和主動(dòng)安全性，例如盲點(diǎn)檢測(cè)、變道輔助和后方交通交叉口警報(bào)以及附近行人和自行車的檢測(cè)一輛車。該范圍低于 1 類，最 大范圍為 50m 至 100m，具體取決于應(yīng)用。這些系統(tǒng)的目的是通過提高車輛的被動(dòng)和主動(dòng)安全性來提高交通安全。

雷達(dá)的類型還可以根據(jù)測(cè)量范圍進(jìn)行分類（圖5）：

l  短距離雷達(dá)（SRR），具有大視場(chǎng)、高分辨率，射程可達(dá)50m。

l  中程雷達(dá)（MRR），具有中等視場(chǎng)，范圍可達(dá)100m，

l  遠(yuǎn)程雷達(dá) (LRR) 不需要高分辨率或?qū)捯晥?chǎng)，但目標(biāo)是盡可能高的距離，可達(dá) 250m。

為了提供360°的覆蓋，需要在汽車上放置不同功能的不同雷達(dá)傳感器，如圖6所示。必須將獲得的數(shù)據(jù)組合起來才能獲得周圍環(huán)境的實(shí)時(shí)準(zhǔn)確信息。

雷達(dá)傳感器可以輕松安裝在汽車的常見元件（例如保險(xiǎn)杠或公司標(biāo)志）后面，這樣它們就看不見并且不影響美觀。隨著工作頻率的提高，這種集成變得更加容易，因?yàn)闆Q定模塊尺寸的天線尺寸與波長成線性正比，因此與工作頻率成反比。汽車?yán)走_(dá)系統(tǒng)曾經(jīng)使用四個(gè)主要頻段，兩個(gè)在 K 頻段（24GHz 左右），兩個(gè)在 E 頻段（76GHz 到 81GHz 之間），如圖 7 所示。

然而，由于對(duì)射電天文學(xué)和地球探測(cè)應(yīng)用的干擾，24GHz 頻段將被終止。作為替代方案，76GHz至81GHz頻段已被大多數(shù)國家接受為汽車?yán)走_(dá)頻段。其中，1GHz 帶寬預(yù)留給 LRR（76GHz 至 77GHz），而 4GHz 帶寬可用于需要更高分辨率的應(yīng)用，如表 2 所示。

表 2. 根據(jù) ITU 建議書 ITU-R M.2057-0，76GHz 至 81GHz 頻段內(nèi)的典型汽車?yán)走_(dá)特性

雷達(dá)市場(chǎng)

新車中新的安全性和舒適性功能的集成導(dǎo)致了雷達(dá)市場(chǎng)的激增。汽車是該市場(chǎng)增長最快的部分，預(yù)計(jì)到 2025 年將超過 100 億美元，如圖 8 所示。

如果僅考慮雷達(dá) MMIC 收發(fā)器，市場(chǎng)預(yù)測(cè)將超過 12 億美元，GaAs 技術(shù)幾乎消失，CMOS 快速增長，到 2025 年將成為主導(dǎo)技術(shù)。

結(jié)論

雷達(dá)模塊已成為現(xiàn)代車輛的標(biāo)準(zhǔn)配置。雖然它們?cè)诰嚯x分辨率方面相對(duì)于其他技術(shù)有一些缺點(diǎn)，但其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 76GHz 到 81GHz 向更高頻率的轉(zhuǎn)變帶來了新的技術(shù)挑戰(zhàn)，但也使其成為半導(dǎo)體領(lǐng)域新發(fā)展的一個(gè)令人興奮的領(lǐng)域。