特斯拉CEO埃隆·馬斯克最近不太順,先是2月中旬,美國(guó)國(guó)家公路交通安全管理局(NHTSA)調(diào)查其過去9個(gè)月中收到的多達(dá)354件的關(guān)于“幽靈剎車”問題的投訴——Model 3、Model Y等車型自動(dòng)駕駛功能常會(huì)在正常行駛中因檢測(cè)到并不存在的“陰影”等突然剎車而急劇減速,造成嚴(yán)重安全隱患;時(shí)至6月,此類投訴不減反增,已上升至758件,涉及車輛多達(dá)41.6萬輛。
6月初,特斯拉開啟新一輪10%裁員,因?yàn)轳R斯克表示感覺經(jīng)濟(jì)狀況不佳。的確,特斯拉本身的“經(jīng)濟(jì)狀況”也并不好,與去年6月相比,特斯拉(TSLA)股票價(jià)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(dòng)駕駛密切相關(guān)的話題:汽車?yán)走_(dá)。
雖然2021年被視為4D成像毫米波雷達(dá)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(tuán)旗下Yole Intelligence剛發(fā)布的《2022年汽車?yán)走_(dá)報(bào)告》指出,雷達(dá)市場(chǎng)正在4D成像和頻率提升層面謀求發(fā)展,不同功能的雷達(dá)IC也在出現(xiàn)多種技術(shù)轉(zhuǎn)換。成像雷達(dá)將推動(dòng)下一波增長(zhǎng),到2027年將達(dá)到43億美元,相當(dāng)于雷達(dá)總市場(chǎng)的30%。
不過,從自動(dòng)駕駛進(jìn)程看,技術(shù)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(jià)“平替”激光雷達(dá)
還是在6月,馬斯克表示,特斯拉自動(dòng)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(shù)審核文件顯示,特斯拉4D成像毫米波雷達(dá)已經(jīng)正式應(yīng)用于量產(chǎn)。另據(jù)6月份特斯拉向FCC注冊(cè)了新的高分辨率雷達(dá)裝置,據(jù)說可以構(gòu)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(dá)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(dá)光束映射其周圍環(huán)境的方式。其產(chǎn)品型號(hào)為1541584,被稱為EUT,它是一種非脈沖汽車?yán)走_(dá),工作頻率在76-77GHz,同時(shí)支持3種傳感模式。
去年6月,馬斯克將雷達(dá)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(dá),特斯拉可以考慮采納這個(gè)方案。目前看來,特斯拉似乎找到了理想中的雷達(dá)裝置。在此之前,也有媒體爆料過特斯拉打算加一個(gè)新的“4D”成像雷達(dá),感知范圍是之前雷達(dá)的兩倍。
事實(shí)上,特斯拉剔除普通毫米波雷達(dá),只是去掉了對(duì)攝像頭起輔助作用的設(shè)備,不足為怪。今天,4D成像使毫米波雷達(dá)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(dá)是在傳統(tǒng)毫米波雷達(dá)基礎(chǔ)上增加對(duì)目標(biāo)高度維度數(shù)據(jù)的探測(cè)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(shí)現(xiàn)距離、速度、角度加高度的四個(gè)維度信息感知。
伴隨性能的不斷提升,當(dāng)前的雷達(dá)采用處理器加RF+CMOS單芯片實(shí)現(xiàn)成本驅(qū)動(dòng)的硬件集成。未來4D將以性能驅(qū)動(dòng),級(jí)聯(lián)CMOS成為主流,利用高級(jí)雷達(dá)算法(+ML/AI),進(jìn)一步向成像雷達(dá)發(fā)展。
雷達(dá)架構(gòu)要求的硅進(jìn)化
Yole SystemPlus的《汽車?yán)走_(dá)比較報(bào)告》在分析了大陸、博世、電裝等公司的主要雷達(dá)系統(tǒng)及其芯片組的技術(shù)和成本后指出:未來幾年,自動(dòng)駕駛將成為現(xiàn)實(shí)。為了實(shí)現(xiàn)這一創(chuàng)新,視覺技術(shù)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(dá)是最完善、最好、最安全的系統(tǒng)。
從2000年推出短程雷達(dá)(SRR)系統(tǒng)用于盲點(diǎn)或車道交叉檢測(cè)到現(xiàn)在,多家OEM提供了L3自動(dòng)化功能,駕駛員可以隨時(shí)待命,在一段時(shí)間內(nèi)不插手。這些車輛集成了大約5個(gè)雷達(dá)系統(tǒng),包括SRR和遠(yuǎn)程雷達(dá)(LRR),支持AEB(AEB)和自適應(yīng)巡航控制。
2020年年中,汽車毫米波雷達(dá)市場(chǎng)占有率排名第一的德國(guó)大陸集團(tuán)推出全球第一個(gè)4D成像毫米波雷達(dá)ARS540,當(dāng)時(shí)報(bào)道寶馬純電動(dòng)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(dá)。事實(shí)上,全新一代奔馳S級(jí)的DRIVE PILOT系統(tǒng)已搭載Veoneer的雙目立體視覺和ARS540成像雷達(dá)。
系統(tǒng)和芯片競(jìng)爭(zhēng)格局
與其他傳感器相比,汽車?yán)走_(dá)吸引了投資界更多的興趣,使其成為一個(gè)充滿活力的市場(chǎng),新老玩家云集其中。
盡管雷達(dá)市場(chǎng)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(zhǔn)定位并在設(shè)計(jì)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(dá)開發(fā),華為、高通、英特爾等領(lǐng)先企業(yè)也都在深耕這一領(lǐng)域,未來還會(huì)有更多企業(yè)加入。為了開拓新的收益來源,實(shí)現(xiàn)差異化的OEM亟盼與這些大公司進(jìn)行直接對(duì)話,這給領(lǐng)先的Tier 1和半導(dǎo)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(lǐng)先企業(yè)正在通過合并或垂直整合的轉(zhuǎn)型方式來尋求協(xié)作。
過去幾年,在系統(tǒng)層面,汽車?yán)走_(dá)市場(chǎng)由六大Tier 1主導(dǎo):大陸集團(tuán)、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(dá)布局。
在硅層面,恩智浦和英飛凌占據(jù)大部分市場(chǎng),新進(jìn)者Arbe、Uhnder、Vayyar也在獲得設(shè)計(jì)導(dǎo)入。通過拆解各種雷達(dá)系統(tǒng),提取主要射頻芯片組和電路板進(jìn)行物理分析,Yole SystemPlus認(rèn)為,24GHz主要是意法半導(dǎo)體,恩智浦和英飛凌在77GHz頻率已領(lǐng)先多年,德州儀器正在迎頭趕上。
商用4D成像雷達(dá)時(shí)代
自動(dòng)化并不像想象的那樣先進(jìn)
NHTSA 2020年的一項(xiàng)研究發(fā)現(xiàn),美國(guó)72%的行人死亡發(fā)生在夜間。公路安全保險(xiǎn)協(xié)會(huì)(IIHS)在今年發(fā)布的一份報(bào)告中指出,AEB“可以檢測(cè)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(píng)估主動(dòng)駕駛輔助(ADA)系統(tǒng)的美國(guó)汽車協(xié)會(huì)(AAA)上月發(fā)布報(bào)告警告消費(fèi)者:當(dāng)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(yùn)行車輛;駕駛員必須始終保持態(tài)勢(shì)感知。
給消費(fèi)者的信息很清楚:ADA并不像想象的那樣先進(jìn)或自動(dòng)化。
這意味著什么?在消費(fèi)市場(chǎng)上沒有機(jī)器車(robocar)的情況下,OEM將AEB等主動(dòng)駕駛輔助系統(tǒng)視為以安全名義提高標(biāo)價(jià)的下一個(gè)最佳選擇。
不幸的是,這些自動(dòng)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(píng)級(jí)機(jī)構(gòu)只在傾向于OEM的條件下測(cè)試這些功能,而不是在消費(fèi)者每天駕駛的情況下進(jìn)行測(cè)試。
新車評(píng)估計(jì)劃(NCAP)就是一個(gè)很好的例子。2015年在德州奧斯汀成立的雷達(dá)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(bào)告》采訪時(shí)表示,美國(guó)和歐洲NCAP項(xiàng)目迄今都在回避夜間使用AEB測(cè)試車輛,盡管“統(tǒng)計(jì)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(dá)人,我特別惱火,因?yàn)槔走_(dá)在晚上真的很好。”
顛覆者呼之欲出
眾所周知,AEB尤其會(huì)在夜間撞到行人和騎自行車的人。但并非所有高級(jí)駕駛輔助系統(tǒng)(ADAS)都是一樣的。Uhnder認(rèn)為,新型雷達(dá)就是答案:它可以在黑暗中看到人們。
什么是數(shù)字雷達(dá)?它又有什么好處呢?其無干擾發(fā)射機(jī)可以為具有高對(duì)比度分辨率(HCR)的目標(biāo)提供更大的功率,使得數(shù)字雷達(dá)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(shù),將汽車?yán)走_(dá)引入數(shù)字領(lǐng)域,增強(qiáng)了傳統(tǒng)汽車模擬雷達(dá)的優(yōu)勢(shì),并解決了模擬雷達(dá)的一些缺點(diǎn)?!?/p>
Uhnder將DCM應(yīng)用于空中信號(hào)。S80中完全集成的77GHz 4D成像雷達(dá)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(kuò)頻通信系統(tǒng)。
典型應(yīng)用框圖
這種DCM方法明顯不同于汽車?yán)走_(dá)常見的模擬調(diào)頻連續(xù)波結(jié)構(gòu)。根據(jù)Uhnder的白皮書,DCM僅限于軍事應(yīng)用,因?yàn)樗鼘?duì)于大批量的汽車應(yīng)用成本太高。不過,Uhnder聲稱,CMOS技術(shù)和信號(hào)處理的進(jìn)步使“一種經(jīng)濟(jì)高效的DCM雷達(dá)系統(tǒng)成為可能,能夠滿足汽車不斷增長(zhǎng)的性能需求”。
歸納一下DCM的優(yōu)點(diǎn):
綜上,DCM雷達(dá)將FMCW/FCM的簡(jiǎn)單模擬處理與更先進(jìn)的數(shù)字處理進(jìn)行了權(quán)衡,可以比FMCW/FCM(幾十MHz速率)更高的速率(GHz范圍內(nèi))實(shí)現(xiàn)模數(shù)轉(zhuǎn)換。而這一直是以經(jīng)濟(jì)高效方式將DCM技術(shù)引入汽車應(yīng)用的主要障礙之一。
硬件方面,數(shù)字和模擬電路聯(lián)合設(shè)計(jì)可以實(shí)現(xiàn)比汽車半導(dǎo)體行業(yè)典型的單獨(dú)模擬和數(shù)字設(shè)計(jì)更好的性能。這種集成、靈活的芯片設(shè)計(jì)允許軟件修改雷達(dá)性能,以滿足客戶和應(yīng)用要求,而不是設(shè)計(jì)定制芯片的漫長(zhǎng)而昂貴的方法。
2022年2月,北汽集團(tuán)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(dá)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(jí)車隊(duì)中搭載40萬個(gè)基于Arbe開發(fā)平臺(tái)的超高分辨率4D成像毫米波雷達(dá)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(jìn)程。