4D成像雷达赛道,谁与争锋?

日期:2022-11-09
刘洪

 
虽然还是像对激光雷达那样,特斯拉对毫米波雷达不理不睬,但去年开始,4D成像雷达市场却在持续升温,成为毫米波雷达的细分赛道,争夺日益激烈。
由于各路主机厂纷纷加持,4D成像雷达的大规模商用已渐行渐近。不过,只有能够快速量产的方案才能在后续竞争中拔得头筹。为此,包括恩智浦(NXP)、英飞凌、德州仪器(TI)在内的传统雷达芯片厂商都推出了芯片方案,利用包括硬件架构和软件算法来简化设计,帮助Tier1和主机厂实现更快的产品开发,让产品尽快上车。

格局微妙,谁能成为纷争终结者?

毫米波雷达是汽车感知方案的核心传感器之一,虽然自身有局限性,但相比摄像头功能更强大,与激光雷达相比技术更成熟且成本更低,因此是大多数主机厂布局高级辅助驾驶(ADAS)和自动驾驶的必选。
2019年,Arbe发布全球第一款超高分辨率4D成像雷达汽车beta版——Phoenix前端系统,它具有高分辨率、感知性能强和探测距离远等优点,引起汽车产业对成像雷达的广泛关注。2020年,多个可量产4D成像雷达面世,遂有从业者将其定义为4D成像雷达“发展元年”。
长期以来,英飞凌和恩智浦几乎垄断了毫米波雷达芯片组市场,身后的意法半导体等相去甚远。2020年,作为控制全球车用77GHz雷达芯片市场三分之二的厂商,英飞凌面向4D雷达推出可级联芯片RXS816xPL,并宣布与车载4D高清点云成像雷达厂商美国傲酷(Oculi)合作。不过,后来了解到,傲酷的4D成像雷达用的却是TI 2016年推出的基于CMOS工艺的高集成度77GHz毫米波雷达传感器AWR1642,这在本人的《4D成像雷达软硬兼施,性能变本加厉!》已经提到。
2021年10月,安霸通过收购傲酷雷达将目标市场扩展到雷达感知与视觉融合领域,通过与现有的AI视觉芯片相结合,更好地服务于汽车和AIoT终端应用,包括安防和移动机器人。
事实上,AWR1642系列是TI为了抢占市场而推出的适用中短距场景、集成DSP和MCU的单芯片产品,但长距毫米波雷达芯片组市场仍有待开拓。据知情人士透露:傲酷雷达被安霸收购后,正在开发自己的芯片。
目前市场上还有多款基于恩智浦S32R系列雷达处理芯片的成像雷达方案,其中S32R45基于4颗Arm A53内核和3个锁步Arm M7内核,集功能安全、硬件安全、高性能实时处理和专用雷达处理加速于一身,适用于角雷达、前雷达和4D成像雷达等用例。
2018年底,TI抛出4D成像毫米波雷达概念,推出了基于AWR2243 FMCW(调频连续波)单芯片收发器的4片级联4D毫米波雷达全套设计方案,将难搞的天线也融入其中,内嵌四元件串馈贴片(4-element series-fed patch)天线。此举旨在打破恩智浦和英飞凌在毫米波雷达芯片组市场的垄断格局。

开发4D成像雷达何难之有?

在距离、速度、方位三维信息上增加高度信息的4D成像雷达被称为自动驾驶的黑科技,与传统毫米波雷达相比,进一步增强了其感知能力,通过点云成像方式,能够识别道路上行人、非机动车、机动车等目标。用森思泰克总经理秦屹的话说就是“能够实现环境感知”。
不过,研发4D成像雷达的痛点不少,一是芯片级联提升了天线设计的复杂度和冗余度要求;二是芯片数量增多导致整体功耗提升,散热、结构设计等方面要求更高;三是更多数据需要处理,导致计算、算力、内存等不足,对软件算法功能优化要求很高;四是因为成像雷达原始点云更多,怎样将丰富的点云与自动驾驶系统结合使用有待探讨。

合作赋能,化茧成蝶

秦屹讲述了开发4D成像雷达的来龙去脉。
森思泰克是一家专业从事毫米波和激光雷达传感器智能产品研发、生产与销售的高科技企业,成立于2015年。目前,其产品已广泛应用于ADAS和自动驾驶、智能交通、智慧停车、安防监控、无人机避障、工业机器人、智能家居、智慧医疗、智慧养老等多个领域。
作为国家专精特新“小巨人”企业,曾荣获毕马威第三、五届“中国领先汽车科技企业50”榜单;一汽红旗“协同创新·旗智奖”、“精致工程·旗质奖”,荣获一汽奔腾“研发协作奖”,并两年蝉联高工智能汽车研究院国产毫米波雷达品牌影响力TOP10榜单榜首;另有理想汽车2022年全球合作伙伴大会“合作共赢奖”和2022年度东风日产“新车质量奖”。
这些殊荣与上游芯片厂商的合作不无关系。森思泰克与TI的合作可谓由来已久,2017年,森思泰克拿到了TI第一代车载毫米波雷达芯片AWR1642;2019年基于该芯片,实现了国内第一个前装77GHz车载毫米波雷达量产上市。
两年来,森思泰克的高分辨四角雷达及4D成像前向雷达采用了TI下一代芯片AWR2944和AWR2243的硬件加速和芯片级联技术,帮助客户端解决了智能驾驶中因传统毫米波雷达对周边环境感知能力不足,不具备俯仰向测高能力,容易产生漏报和误报的问题。


AWR2944高端车载角雷达


之所以选择TI的产品技术,秦屹表示:“TI经验丰富,对开发环境、配套驱动非常熟悉,能够及时响应我们反馈的问题。TI更加便利、更加完善的底层SDK,使我们能更快响应客户需求,更快实现产品量产。芯片的可靠性也是有力的保证。”
在使用了TI技术后,森思泰克雷达的性能、距离、测距精度等都有很大提升。高度集成的芯片方案使用较少的芯片就可以实现较多芯片才能实现的测量精度,在降低成本的同时减小雷达体积。“在整车安装时占用空间更少,重量更轻,对结构布置、造型设计也有很大帮助,”秦屹说。
在11月初发布的新产品中,采用AWR2944的STA79-2Pro是基于77GHz MMIC技术高稳定四角雷达,也是具备FCTA\FCTB\Freespace\FCW功能的4发4收MIMO相控阵雷达。其最远距离为180米,视角150°;水平方向+俯仰方向高分辨率;集成目标分类、道路边缘识别、AVP,适用于L3级自动驾驶环境感知。


进博会上发布的新产品

采用2颗AWR2243的STA77-6是2级联前雷达,也是基于77-79GHz MMIC技术的6发8收MIMO高稳定雷达,其远测距280米,视角120°;水平方向+俯仰方向高分辨率;集成目标分类、道路边缘识别、freespace,支持L3级自动驾驶环境感知;
STA77-8是4级前雷达则采用4颗AWR2243,与STA77-6的区别在于:12发16收,可输出2048个点云+128个目标,最远测距350米,用途与STA77-6相同。

特性与应用高度契合是成功关键

TI中国华东区总经理沈源解释说,TI不同芯片的产品特性与森思泰克的应用非常契合,这样才能实现最佳的功能。
AWR1642是高性能集成MCU+RF车规毫米波雷达芯片,用在森思泰克第一代毫米波角雷达STA79-1中,成就了这款国内第一个前装量产的后角毫米波雷达。AM2732x高性能MCU毫米波雷达主控芯片具备更高主频和处理算力,在森思泰克级联4D成像雷达和第三代角雷达中广泛应用。
AWR2243第二代高性能RF芯片较第一代RF芯片射频指标提升50%,应用于森思泰克前向毫米波雷达和级联4D成像毫米波雷达,以满足L3自动驾驶感知需求。
此外,AWR6843是为60-64GHz频段提供的高性能MCU+RF的车规毫米波雷达芯片,广泛应用于车内成员检测、手势识别、人员占位雷达,满足欧盟等全球客户要求。TI TCAN1043高性能CAN收发器支持休眠唤醒功能,可以pin2pin替换市面上大规模使用的其他CAN收发器,为缺芯提供更多可用选择。TI LP876242高性能电源管理(PMIC)芯片基于ASILB功能安全等级设计,满足毫米波雷达整机ASILB功能安全等级要求,可广泛应用于未来新的级联4D成像雷达。

4D成像雷达上车量产才是真本事
2021年,中国市场4D成像雷达发展势头强劲,森思泰克、福瑞泰克两家供应商已经实现4D成像雷达定点并进入量产周期,而搭载采埃孚Premium 4D成像雷达的上汽飞凡R7也即将上市,长城、华为等也纷纷加持。这意味着,乘用车4D成像雷达市场发展进入快车道,已开启量产时代。
在TI与森思泰克新品联合发布会上展示了采用TI新一代芯片AWR2944和AWR2243以及分别采用硬件加速技术和芯片级联技术的森思泰克新产品——STA79-2Pro四角雷达和4D成像前向雷达。新产品为车载和交通安防领域领域应用提供了新的选择。
据介绍,2021年,森思泰克率先与国内一线车企基于4D成像前向雷达产品的定制化开发合作,拿下新一代平台多款车型项目定点。2022年,森思泰克继续保持行业领先势头,拿下多家车厂4D成像前雷达项目定点和4D成像角雷达项目定点,年内将实现量产上车,包括长安深蓝以及一家新势力车企。


2022年量产上车的森思泰克新一代4D成像雷达

秦屹告诉记者,车载安全防撞雷达产品集盲点侦测、变道辅助、后方碰撞警告、车门开启警示、倒车防撞功能于一体,打破了国外汽车企业在汽车主动安全领域的长期垄断,集成度更高、功能更强大。森思泰克已成为业内拥有该项技术,并将其推向市场应用的高科技企业。

充分信任和沟通达成长期合作

关于未来发展规划,据秦屹介绍说,森思泰克正在推进占地100亩的研发中心和生产设施建设。基于规划10条SMT生产线、21条自动化装配线,2023年科技园投产后雷达年产能将达到1000万台。
“森思泰克和TI基于相似的核心理念与研发精神,达成了广泛的合作开发共识,”他说。双方制定的长期合作规划体现了一直以来TI对森思泰克产品的支持,以及合作之初双方的充分信任和沟通。
秦屹最后表示:“我们希望能与TI继续保持长期的深度合作,不断推出更多的产品。通过双方强强联手,共同为车载毫米波雷达领域乃至毫米波雷达产业的发展贡献力量,这是我们的责任,也是我们义不容辞的义务,更是我们不断追求的目标!”



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