隨著消費(fèi)者對(duì)于以前僅存在于高端車型安全功能的需求日益旺盛，全球的新車評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn)（NCAP）也在持續(xù)的演進(jìn)。AEB就是一個(gè)非常好的例子。AEB之前僅應(yīng)用于高端車型，幫助這些車型獲得5星評(píng)價(jià)。

與此同時(shí)，AEB技術(shù)本身也在逐步進(jìn)化，以符合嚴(yán)苛的安全標(biāo)準(zhǔn)和客戶預(yù)期。隨著高精度汽車?yán)走_(dá)的不斷進(jìn)步，AEB的目標(biāo)探測能力逐步改進(jìn)，來適應(yīng)復(fù)雜的城市工況，城市工況中充滿了被阻擋的行人、自行車、寵物等等目標(biāo)。而以前的AEB僅可以探測到車輛和其他非被阻擋的大目標(biāo)。


Figure 1. Higher sensitivity in forward-looking radar gives enhanced performance and improves autonomous emergency braking (AEB) with front collision warning (FCW).

今天自動(dòng)駕駛中許多開發(fā)的工作，比如像AEB是聚焦在L1和L2級(jí)別的車輛自動(dòng)化。但許多主機(jī)廠對(duì)于L3都有所規(guī)劃，而L2+更是通向更高自動(dòng)駕駛的進(jìn)階。

相比于L2，L2+在安全性和舒適性上有很大的提升，L2+包含了高速巡航等類似的高級(jí)的功能，這些功能和用戶體驗(yàn)同L3相似，但從形式上來講L2+還是需要司機(jī)負(fù)責(zé)。理論上講，L2+的汽車在指定場景，比如高速公路可以完全的主操控，但司機(jī)還是不允許完全離開方向盤并必須隨時(shí)準(zhǔn)備接管。

L2+的定義會(huì)在主機(jī)廠和消費(fèi)者中大受歡迎，由于全球范圍內(nèi)都在著手修改關(guān)于L3的法規(guī)，L3比L2+需要更少的司機(jī)介入。許多關(guān)于L3的爭議聚焦在當(dāng)司機(jī)完全推遲了對(duì)于車輛的監(jiān)控后事故責(zé)任的歸屬問題。

更高的集成度，更低的成本結(jié)構(gòu)

同時(shí)，性價(jià)比是主機(jī)廠和Tier-1關(guān)注的首要問題。對(duì)于雷達(dá)支持的功能，比如AEB，在從被動(dòng)警告向主動(dòng)的功能過渡，在滿足日益增長的安全需求同時(shí)，AEB需要有足夠吸引人的價(jià)格，達(dá)到主流商業(yè)化的程度。最終，主機(jī)廠想要在這個(gè)成本導(dǎo)向的生意中提供更好的用戶體驗(yàn)和更精準(zhǔn)的感知能力。

在第三方供應(yīng)商方面，RFCMOS技術(shù)的持續(xù)進(jìn)步會(huì)提供額外的成本優(yōu)化。向RFCMOS技術(shù)的演進(jìn)需要更小的加工工藝，因此集成度更高，可以生產(chǎn)出更低的收發(fā)模塊，在降低功耗的同時(shí)進(jìn)一步優(yōu)化成本。同時(shí)對(duì)于主機(jī)廠而言傳感器更小更有利于車輛的布置。

傳統(tǒng)的毫米波雷達(dá)是基于分離器件構(gòu)成，有專門的芯片（Rx、Tx、VCO etc.），而RFCMOS工藝將毫米波雷達(dá)的收發(fā)器完全集成到了一塊芯片上?；赗FCMOS收發(fā)芯片的量的爬坡最終會(huì)加速AEB技術(shù)從OEM的中級(jí)車型向入門級(jí)車型的滲透。

汽車?yán)走_(dá)的處理器也就是MCU也在向更精細(xì)的工藝演進(jìn)，可以集成更多的處理能力、專門的信號(hào)加速器、更高的安全等級(jí)和功能安全層級(jí)。這些收發(fā)器和處理器工藝的融合促進(jìn)了更小、更具有能耗比的模塊的生產(chǎn)，而這又進(jìn)一步降低了整體成本。

77GHz毫米波雷達(dá)的分辨率優(yōu)勢

NCAP對(duì)于安全要求是不指定傳感器技術(shù)的，毫米波雷達(dá)被廣泛使用，原因是其具有非常高的測距精度和基于物理學(xué)的多普勒測距的全天候性，而這個(gè)優(yōu)勢攝像頭和激光雷達(dá)技術(shù)都不具備。如今毫米波雷達(dá)可以探測到大截面的物體，比如車輛，而車輛又會(huì)進(jìn)行自動(dòng)剎車。但行人的截面相對(duì)較小，需要雷達(dá)有更高的分辨率、靈敏度和更高的MCU和收發(fā)器的性能。

24GHz到77GHz的過渡使高精度雷達(dá)探測行人和自行車成為了可能。77GHz的毫米波雷達(dá)的工作區(qū)間在76-81GHz之間，這可以提升了毫米波雷達(dá)距離分辨率，同時(shí)可以探測到5cm截面的物體。77GHz的引入可能將距離分辨率提高25倍，這就可以在遠(yuǎn)距離探測出兩個(gè)不同物體。而這個(gè)優(yōu)勢會(huì)導(dǎo)致探測和追蹤能力的大大提高。


Figure 2. Radar has evolved and now provides greater visibility, from nearby object detection when parking to high-resolution imaging when travelling at highway speeds.

區(qū)分不同目標(biāo)的能力，比如區(qū)分車輛和行人對(duì)于更高層級(jí)的自動(dòng)駕駛決策意義重大。隨著77GHz性能的提升，像AEB這樣典型的前向雷達(dá)應(yīng)用可以大大提升，而毫米波雷達(dá)探測距離也可以被大大提升。

對(duì)于AEB的挑戰(zhàn)在人口稠密的市區(qū)被進(jìn)一步復(fù)雜化了，在這些地方需要一個(gè)更大的FoV。汽車傳感器需要在遠(yuǎn)距離探測出行人和自行車，也包括突然從路邊停車或者遮擋物后面竄出的行人。

在可以預(yù)見的將來，毫米波雷達(dá)還是汽車安全性能的一個(gè)優(yōu)秀的傳感器選擇，因?yàn)楹撩撞ɡ走_(dá)可以提供低價(jià)、高可靠性和下一代更安全更智能的汽車需要的性能。雖然機(jī)器視覺是大多數(shù)物體識(shí)別和分類的基礎(chǔ)，但毫米波雷達(dá)可以補(bǔ)償視覺的缺失，比如在低光、強(qiáng)光以及不良天氣條件下的局限，同時(shí)提供高精度、車輛與目標(biāo)物體之間的深度信息和速度檢測能力。

毫米波雷達(dá)和其他傳感器一樣被認(rèn)可已久，被認(rèn)為是滿足NCAP需要的高性價(jià)比選擇。其全天候工作的能力也是視覺和激光雷達(dá)無法比擬的。

AEB性能的調(diào)試

基于單雷達(dá)方案的AEB系統(tǒng)會(huì)面臨一些挑戰(zhàn)。有些時(shí)候汽車會(huì)突然制動(dòng)，即使前面沒有障礙物。這些誤觸發(fā)通常是由于雷達(dá)的誤判。毫米波由于聲學(xué)原理十分容易發(fā)生誤報(bào)，但是這也取決于許多因素，尤其是車輛和目標(biāo)間的距離。


Figure 3. Imaging radar provides multi-mode operation, adapting to speeds, road conditions and driver requirements.

由于雷達(dá)處理性能的大幅度提高、智能波束控制以及持續(xù)改進(jìn)的基于RFCMOS收發(fā)的多發(fā)多收技術(shù)的射頻性能，這個(gè)問題有望解決。很大程度上，這也依賴于處理算法的優(yōu)化，過濾到誤報(bào)信息。更快的取樣可以幫助減少誤報(bào)，同時(shí)給自動(dòng)駕駛決策更多的數(shù)據(jù)。于是，雷達(dá)可以判定多幀圖像的的一致性從而做出是否制動(dòng)的決策。毫米波雷達(dá)MCU性能的提升可以加速處理速度來支持大規(guī)模數(shù)據(jù)的處理。

未來的趨勢及安全的必要性

隨著汽車毫米波雷達(dá)技術(shù)的進(jìn)步，汽車的傳感器也會(huì)演化。系統(tǒng)設(shè)計(jì)者已經(jīng)探索了使用毫米波雷達(dá)來精確構(gòu)建整車周圍環(huán)境的模型，提升場景感知。成像雷達(dá)的到來會(huì)加速這個(gè)趨勢，通過多個(gè)收發(fā)器級(jí)聯(lián)大大提升了角分辨率和物體區(qū)分能力，成像雷達(dá)可以提供更精確的區(qū)分場景的能力；同時(shí)也增加了測量物體高度的能力，這被證明是雷達(dá)對(duì)于自動(dòng)駕駛一個(gè)很重要的輸入。反過來，這些進(jìn)步也會(huì)使毫米波雷達(dá)的搭載大大提升。


Figure 4. Precise mapping of the entire environment around the vehicle for improved overall scene perception.

為了進(jìn)一步改善AEB的探測和分辨率，主機(jī)廠也在評(píng)估使用毫米波雷達(dá)和攝像頭融合來探測物體。這種方案對(duì)于決策而言具有更高的魯棒性。如果兩個(gè)傳感器對(duì)于感知有分歧，決策機(jī)制會(huì)將誤報(bào)最小化，從而大大改進(jìn)感知能力。

在MCU層面，NXP等供應(yīng)商提供給主機(jī)廠一個(gè)靈活的研發(fā)平臺(tái)，其中MIPS和存儲(chǔ)單元可以配合主機(jī)廠的需要。硬件加速器、單功耗性能和代碼可移植性都是處理器層面關(guān)鍵因素。

持續(xù)在收發(fā)器端的功能整合非常關(guān)鍵。理想的模塊是可以將信號(hào)發(fā)生、放大、接收、混合、調(diào)制和數(shù)字化集成在一塊芯片上。這可以將用戶主流商用車隊(duì)的基于雷達(dá)的安全系統(tǒng)開發(fā)大大簡化，同時(shí)為標(biāo)配鋪平道路。

從一個(gè)供應(yīng)商采購收發(fā)器和MCU好處多多，可以有現(xiàn)成的經(jīng)驗(yàn)和對(duì)于器件集成的深刻理解。最重要的是，主機(jī)廠和Tier 1需要絕對(duì)確認(rèn)從第三方購買的器件是從頭至尾符合車規(guī)的。這就需要有強(qiáng)大的基于整個(gè)流程的方法同時(shí)滿足下一代信息安全的要求。



[參考文章]
NCAP, Radar & Autonomous Emergency Braking for L2+ — Karthik Ramesh, NXP