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毫米波雷达为自动驾驶擦亮“双眼”

作者:王洁
发布日期:2022-01-19
来源:电子技术应用

对于未来的汽车,人们总是有着很多的畅想,而全自动驾驶眼前面临的阻碍除了技术方面,还有法规、伦理方面的问题,全自动驾驶离现实还非常遥远。尽管如此,汽车的自动化趋势已经成为必然,过去曾被视为高端附加技术的高级驾驶辅助系统(ADAS)正在成为汽车的标准配置。

ADAS技术应用在车辆中的成本正在逐渐降低,并在众多车型中成为主流。目前已量产车型中,很多智能汽车已经具备了L2+的辅助驾驶功能,可以实现自动泊车、自动导航等。不久前的2022 CES上,不少科技公司和传统供应商为L3级自动驾驶正式落地提供了多样化的解决方案,首款L4级的自动驾驶汽车也有望于2024年面世。

对自动驾驶方案而言,传感器就是车的“眼睛”,目前主流的自动驾驶汽车的“眼睛”有四类:毫米波雷达、激光雷达、超声波雷达、摄像头。他们各有特点,在ADAS的应用普及阶段,多种传感器融合也是未来的趋势,而毫米波雷达将率先成为ADAS系统主力传感器。近年来针对这双“眼睛”的研究可谓是如火如荼,一些领先的企业也已经推出了毫米波雷达解决方案。近期, 德州仪器(TI)就在ADAS领域推出了全新的AWR2944车载毫米波雷达传感器及其解决方案,可帮助汽车制造商改进ADAS的物体感应能力。

ADAS设计挑战与趋势

刚过去的2021年被视为中国汽车自动化元年,这一年很多车厂推出了自动驾驶和辅助驾驶的车型,出现百家争鸣、百花齐放的局面。ADAS由三部分组成:

一是感知,通过雷达和传感器技术去感应外围道路的情况;

二是决策,通过处理器对数据的分析,对自动驾驶的决策机制给出控制策略。

三是执行,通过主机控制汽车,完成对车体的控制,规避风险和辅助人员驾驶。

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(图源:TI公司)

随着易于实施且具有成本效益的ADAS的普及,汽车安全性和便利性功能将更主流、更实惠。德州仪器 (TI) 中国区汽车事业部总经理蔡征指出,自动驾驶给车企带来了新机遇,同时也带来了新的挑战,包括国家法规、功能安全要求、车型上市时间,以及为了实现自动、辅助驾驶所付出的成本,这些决定了这款汽车能否在市场上得到认可和关注。

针对ADAS领域的趋势,蔡征指出以下三大方向将主导和推进ADAS领域未来的发展:

一是相关法规,有新车评价规程(NCAP)、联合国第79号条例等,对自动驾驶的方向和碰撞情况提出了更高的要求,这些要求会推动ADAS技术不断进步。

二是汽车的架构,好的汽车架构能够复用,从而大大加快迭代速度,同时降低成本。

三是新兴传感技术在自动驾驶领域中不断推广和应用,如77GHz毫米波雷达和60GHz毫米波雷达在DMS和自动辅助泊车上大量的使用,这也是TI推出AWR2944的重要原因。

TI的ADAS布局

经过在自动、辅助驾驶领域十余年的耕耘,TI的产品涵盖了自动驾驶的各个领域,通过子系统级别的设计可以让客户和Tier 1更快地设计出符合法规和自身系统要求的产品。

蔡征介绍,TI针对ADAS系统相关的产品有三大种类:

一是感知,包括毫米波雷达,通过毫米波雷达技术可以将车外和车内驾驶员的情况数字化,传递给处理器。

二是处理,TI的处理器经历了TDA2x、TDA4x等迭代,在汽车处理器产品上已经积累了10年以上的经验。

三是通讯,随着感知能力的不断提升,对数据吞吐量的要求也不断增加,涉及到从传感器端以高速的信号链路传递给处理器的过程。TI提供了加串/解串产品,能够最大程度上满足自动驾驶系统对于数据吞吐量不断提高的需求。

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TI的ADAS产品类别(图源:TI公司)

TI在ADAS技术上所提供的产品包括毫米波雷达传感器、基于ARM的处理器、高速信号处理传输的产品,以及针对所有产品的PMIC (Power Management IC)电源管理解决方案,可给整车系统提供完整的电源管理子系统设计。

TI第二代单芯片方案AWR2944

感知是自动驾驶中至关重要的一环,如果汽车的这双感知的“眼睛”不清楚,相当于人类司机的散光、近视、色盲……自然无法安全驾驶。随着自动驾驶对系统要求的不断提升,对于感知的精度和准确度也提出更高的要求。

2020年12月,TI推出了第二代前级芯片AWR2243,在业界得到了很高的好评度。TI近期推出的AWR2944是其毫米波产品中第二代单芯片方案,将提升车辆在快速物体检测、盲点监控以及高效的转弯和拐角导航等方面的性能,为汽车制造商实现无碰撞驾驶体验的愿景铺平了道路。

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AWR2944高性能单芯片解决方案(图源:TI公司)

与目前的雷达传感器相比,尺寸减小了 30%;集成四个发送器,分辨率提升 33%,可使车辆更清晰地探测障碍物并避免碰撞;在AWR2944内部集成了硬件加速单元,提供基于多普勒分多址技术(DDMA)的信号处理能力,可在比之前距离远 40% 的范围内感知迎面驶来的车辆;RF综合性能也有了提升,相比AWR2243提升了50%。

AWR2944还增加了片上内存,适合更多的高级算法的应用。加上芯片内部用于数据压缩的硬件引擎,可以对原始数据进行压缩,进而提高可访问的片内内存。

AWR2944也是符合AEC-Q100认证的芯片,符合ASIL-B级要求。

德州仪器 (TI) 中国区嵌入式产品系统与应用总监蒋宏表示,TI对AWR2944芯片寄予厚望,希望能够给国内客户的角雷达和前向雷达的性能升级带来帮助。AWR2944也非常适合将来L3、L4级别的自动驾驶系统,一些案例中,L3以上可能有8个雷达或者更多前角雷达,另外驾驶舱内有一些其他的应用,AWR2944也能满足系统需要。TI还有60GHz的毫米波雷达产品可以用于智能座舱,对驾驶员的体征检测、手势识别也是TI重要的发展领域。

一个产品或技术的普及往往需要在性能和成本上找到合适的平衡点,现在很多车上的传感器是5R1V(即5个毫米波雷达、1个视觉传感器),以后可能是8R甚至更高。随着车上的传感器越来越多,如何满足车厂对性价比方面的要求?蒋宏表示,在TI的传感器里采用RFCMOS做高集成,带来的优势就是高性价比,因为可以用单片解决以前用三个子系统组成的毫米波传感器。

针对传感器融合的趋势,除了毫米波雷达,TI还有TDA2x和TDA4x等汽车处理器,TI的毫米波雷达和TDA4x是一个很好的组合。此外,TI还有很多电源管理芯片,以及信号、数据传输方面的器件,可以给提供全套的解决方案。

据蒋宏介绍,AWR2243目前已经量产了,AWR2944是AWR294x家族的产品之一,未来会有更多不同配置的版本推出,且都是引脚对引脚兼容的产品。毫米波雷达是TI的重点发展方向,TI正在规划第三代毫米波雷达,随着开发进展的深入,未来将会带来更多新产品及应用。

自动驾驶的普及将对整个社会带来深远的影响,安全的自动、辅助驾驶能够改善城市交通,大大提升出行效率和行驶体验。联合国第79号条例的新机动车辆安全要求和更新的新车评价规程(NCAP)标准生效后,汽车制造商必须改进转向系统,从而支持高级驾驶辅助和自动驾驶功能。希望通过产业上下游共同努力,自动驾驶行业能更快更好地发展,切实为乘客带去更多的安全,成为马路上的保护伞,争取努力一步步向“零事故”目标迈进。

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