Mit jährlich mehr als 1 Million Verkehrstoten weltweit ist die Sicherheit zu einem zentralen Thema für die gesamte Automobilindustrie geworden. In Europa ermutigt das New Car Assessment Program (NCAP) die OEMs, fortschrittliche Fahrerassistenzsysteme (ADAS) in allen Neuwagen einzuführen, indem strenge Sicherheitsanforderungen umgesetzt werden.

Viele Anwendungen sind entstanden, um das Null-Unfall-Ziel zu unterstützen. Einer der ersten war die adaptive Geschwindigkeitsregelung (ACC), gefolgt von der automatischen Notbremsung (AEB) an der Vorderseite des Fahrzeugs, der Erkennung des toten Winkels (BSD) und dem Spurwechselassistenten (LCA) am Heck sowie dem Ausstiegsassistenten (VEA) und der Pre-Crash-Warnung (PCW) an der Seite.

Ab 2018 wird AEB in Europa vorgeschrieben, dass Neuwagen die maximale Bewertung erreichen müssen, um gefährdete Verkehrsteilnehmer wie Fußgänger und Radfahrer zu schützen. Der gleiche Trend ist in den USA zu beobachten: 20 OEMs haben sich verpflichtet, AEB-Systeme bis 2022 zur Standardausrüstung in jedem neuen Auto zu machen.

Die meisten OEMs blicken auch mit vollautonomen Autos weiter in die Zukunft, die in Bezug auf das Sicherheitsversprechen an die Grenzen gehen. Dieser Ansatz von „Mobility as a Service“ als Alternative zum traditionellen automobilen Geschäftsmodell zeichnet sich vor allem in mittelgroßen Städten ab. Unternehmen wie Google und Uber arbeiten bereits an vollautomatischen Roboterautos, die auf diesen Markt abzielen.

Sensor Collective

Für all diese Anwendungen ist die Sensortechnologie von großer Bedeutung, um eine 360-Grad-Messung zu ermöglichen. sicherheit kokon um das auto. Sensoren müssen die Erkennung und Klassifizierung von Objekten bei jedem Wetter oder jeder Lichtsituation ermöglichen, und die Eingänge müssen äußerst zuverlässig sein, um sicherheitskritische Funktionen zu gewährleisten. Folglich sind sowohl Sensorredundanz als auch Fusion wünschenswert.

Kombinierte Sensoreingänge liefern genauere und zuverlässigere Informationen über die Fahrzeugumgebung, sodass das Steuergerät vorbeugende oder korrigierende Maßnahmen ergreifen kann, z. B. durch Warnung und haptisches Feedback oder durch Notbremsung und Lenkung. Zu diesen Sensoren gehören Radar, Kameras, LiDAR und Ultraschall. Jeder bringt seine besonderen Stärken und Grenzen auf den Tisch.

Auf dem Radar

Millimeterwellenradar wird seit mehr als einem Jahrzehnt in der Automobilindustrie für High-End-Autos eingesetzt, um jedoch mehr Komfort und damit ein begrenztes Volumen zu gewährleisten. Mit dem jüngsten schärferen Fokus auf Sicherheit wurde das Marktpotenzial für ADAS auch auf Mittelklassewagen ausgeweitet. Eine Analyse der aktuellen ADAS von OEMs zeigt, dass Millimeterwellenradare von vielen Marken gut durchdacht und eingesetzt werden — 71% für AEB und 85% für BSD. Dies deutet auf einen Gesamtmarkt für Millimeterwellenradarmodule von 2,2 Milliarden US-Dollar im Jahr 2016 hin.Nach einer Empfehlung der National Highway Traffic Safety Administration (NHTSA) in den USA gab Toyota im vergangenen Jahr bekannt, dass es 2018 80% seiner Autos mit einem AEB-System ausstatten wird. Wir können erwarten, dass andere OEMs folgen, indem sie Langstreckenradar für diese Aufgabe einsetzen.

Die anderen ADAS-Anwendungsfälle für die Überwachung von Heck- und Seitenfahrzeugen wie BSD, LCA und PCW werden zum Marktwachstum für Kurz- und Mittelbereichsradare beitragen. Zusätzliche Anwendungen wie Valet-Parking Assist und die Implementierung autonomer Fahrzeugstufen 4 und 5 werden offensichtlich zu diesem Wachstum beitragen. Der gesamte Markt für Millimeterwellenradarmodule wird im Jahr 2022 voraussichtlich 7,5 Milliarden US-Dollar erreichen.

Der Radarmarkt wird durch eine komplette Lieferkette mit einem großen Tier1-Angebot in Europa, den USA, Japan und China unterstützt, wo die Wachstumsrate derzeit am höchsten ist. Große Unternehmen wie Robert Bosch, Continental, Autoliv, Hella und Denso liefern Radarmodule. Im Laufe der Jahre wurden mehrere Produktgenerationen entwickelt. So befindet sich Continental in der fünften Generation des Langstreckenradars, das 2019 in Produktion gehen wird. Heute sind rund 50 aktive Produktreferenzen kommerziell am Markt erhältlich.

Auf die Frequenz abgestimmt

Auf der technischen Seite basieren Langstreckenanwendungen auf der weltweit verbreiteten 77-GHz-Frequenz. Für Produkte der Kurz- und Mittelklasse gibt es jedoch mehr Vielfalt mit Modulen, die mit 24, 77 und sogar 79 GHz betrieben werden. Bisher waren 24 GHz für Anwendungen mit kurzer Reichweite üblicher, aber 79 GHz gewinnen an Zugkraft.

Die 79-GHz-Frequenz kombiniert einen besseren Formfaktor mit 3X kleineren Antennen und profitiert von einem breiten Frequenzband von 4 GHz (77 bis 81 GHz). Dies eröffnet die Möglichkeit für hochauflösendes Radar, das für autonome Autos von entscheidender Bedeutung ist. Im Gegenteil, 24-GHz-Betrieb im Ultrabreitband (21,65 bis 26.65 GHz) wird in Europa ab 2022 verboten und die 24-GHz-Nutzung auf ISM-Schmalband (24,05 bis 24,25 GHz) beschränkt.

Hochauflösende Radarentwicklung ist derzeit ein heißes Thema für Kurzstreckenanwendungen, ebenso wie 79-GHz-Radar. Forschungszentren wie das IMEC in Belgien konzentrieren sich seit einigen Jahren darauf, und eine beträchtliche Anzahl von Startups, die in den letzten zwei Jahren gegründet wurden, haben hochauflösendes Radar mit der 79-GHz-Lösung ins Visier genommen. Selbst große Unternehmen wie Continental bieten diese Lösung seit Mitte 2017 als Option an. Darüber hinaus haben die OEMs 79-GHz-Systemprototypen für das Eckradar bemustert; Die Qualifizierungsphase soll vor 2020 abgeschlossen sein. Wir gehen daher davon aus, dass der 79-GHz-Radarmarkt bis 2022 2 Milliarden US-Dollar erreichen wird.

Nutzung verschiedener Materialien für Radar-Chips

Um diese Module zu bauen, bieten Halbleiterunternehmen Hochleistungs-Millimeterwellen-Chipsätze auf 24 GHz und 77 GHz an. Es ist erwähnenswert, dass die neuesten 77-GHz-Chips 79-GHz-Operationen unterstützen können.In der Vergangenheit verwendeten Unternehmen wie Infineon, NXP, UMS und STMicroelectronics hauptsächlich Silizium-Germanium (SiGe) -Technologie für beide Frequenzbänder und eine kleine Menge Galliumarsenid (GaAs). Zusammen teilen sie den größten Teil des Chipmarktes nach Wert, geschätzt auf $ 165 Millionen (USA) im Jahr 2016 und voraussichtlich auf $ 570 Millionen (USA) im Jahr 2022 wachsen.

Wenn wir uns die Materialkostenaufschlüsselung des neuesten Radarsystems von Continental ansehen, zum Beispiel, Die Hauptkostenkomponente — 30% — ist der HF-Chipsatz. Dies stellt eine enorme Marktchance für Halbleiterunternehmen wie NXP dar.

Angesichts des starken Drucks auf die Halbleiterindustrie, mehr Funktionen auf dem Chip zu integrieren, wird sich der Technologiemix voraussichtlich ändern. Texas Instruments, das Mitte 2017 in diesen Markt eingetreten ist, wird die Technologielandschaft mit einem neuen Millimeterwellen-Sensing-Portfolio, das auf der hauseigenen Hochfrequenz-CMOS-Technologie (Complementary Metal-Oxide Semiconductor) basiert, wahrscheinlich sehr schnell verändern. Es ermöglicht einen hohen Integrationsgrad auf Chipebene vom Radar-Frontend bis zur digitalen Signalverarbeitung.

Zusätzlich zu einem besseren Formfaktor ermöglicht die Technologie eine höhere Rechenleistung. Es ermöglicht mehr Kanalskalierung mit reduzierten Verbindungsverlusten auf der Platine und bei insgesamt geringerem Stromverbrauch und niedrigeren Systemkosten. Durch die Kaskadierung von bis zu vier dieser Chips kann eine Winkelauflösung von 1,6° erreicht werden.

Dieser Integrationstrend ebnet den Weg zum hochauflösenden Radar. NXP entwickelt auch Prototypen für integrierte Chiplösungen sowohl auf SiGe- als auch auf RF-CMOS-Technologien.Ein weiteres Zeichen für die Traktion des Radarmarktes ist die Positionierung von Siliziumgießereien wie GLOBALFOUNDRIES, die jetzt mit ihren fortschrittlichen RF-CMOS-Knoten auf die Massenproduktion von Radaranwendungen für autonome Autos abzielen. Obwohl es immer sinnvoll ist, den digitalen Teil der Komponente zu verkleinern, ist dies bei passiven Millimeterwellen-Komponenten, die nicht so stark schrumpfen können, nicht unbedingt der Fall.

In Bezug auf die Kosten ist die Verwendung von CMOS anstelle von SiGe für Anwendungen mit kurzer Reichweite wie die Erkennung des Toten Winkels sinnvoll. In diesem Fall könnten All-in-One-Systeme eine 79-GHz-Lösung bieten, die das zukünftige verbotene 24-GHz-Band zu geringeren Kosten ersetzt. Für hohe Reichweiten hätten fortschrittliche RFCMOS-Knoten jedoch Schwierigkeiten, mit der SiGe-Technologie zu konkurrieren.

Fazit

Der Automobilradarmarkt war noch nie so dynamisch, da wir in eine aufregende Ära technologischer Innovation eintreten. Neue Möglichkeiten für Radar entstehen immer noch, zum Beispiel mit Vitalzeichen-Fahrerüberwachungssystemen, Chassis-to-Ground-Überwachung und freihändiger Kofferraumöffnung. Die Industrie stellt sich jetzt die Radarbildgebung als Möglichkeit vor. Es besteht kein Zweifel, dass diese Technologie der Schlüssel für autonome und Roboterautos sein wird.

Dennoch bleiben Fragen bestehen. Wie wird die Technologie aussehen? Ein Kanalskalierungsrennen? Eine Kombination aus großer Bandbreite mit einem neuartigen Modulationsschema? Ein Ansatz mit synthetischer Apertur? Wie wird Radar mit Kameras und LiDAR integriert? Welche Rollen und Funktionen werden sie separat erfüllen? Die Yole-Unternehmensgruppe plant, diese Fragen auf ihrem Radar zu haben.

Dr. Stéphane Elisabeth und Cédric Malaquin sind Analysten bei Yole Développement.