Con más de 1 millón de muertes anuales en carreteras en todo el mundo, la seguridad se ha convertido en un enfoque clave para toda la industria automotriz. En Europa, el Programa de Evaluación de Automóviles Nuevos (NCAP, por sus siglas en inglés) está alentando a los fabricantes de equipos originales a adoptar sistemas avanzados de asistencia al conductor (ADAS, por sus siglas en inglés) en todos los automóviles nuevos mediante la implementación de estrictos requisitos de seguridad.

Han surgido muchas aplicaciones para apoyar el objetivo de cero accidentes. Uno de los primeros fue el control de crucero adaptativo (ACC), seguido por el frenado de emergencia automático (AEB) en la parte delantera del automóvil, la detección de punto ciego (BSD) y el asistente de cambio de carril (LCA) en la parte trasera, y el asistente de salida del vehículo (VEA) y la advertencia previa al choque (PCW) en el lateral.

A partir de 2018, el AEB será un requisito en Europa para que los coches nuevos alcancen la calificación máxima con el fin de proteger a los usuarios vulnerables de la carretera, como peatones y ciclistas. La misma tendencia se está produciendo en los Estados Unidos, con 20 fabricantes de equipos originales comprometidos con la fabricación de equipos estándar de AEB systems en cualquier automóvil nuevo para 2022.

La mayoría de los fabricantes de equipos originales también están mirando hacia el futuro con automóviles totalmente autónomos que superan los límites en términos del compromiso de seguridad. Este enfoque de» movilidad como servicio», como alternativa al modelo de negocio automotriz tradicional, está surgiendo principalmente en ciudades de tamaño mediano. Empresas como Google y Uber ya están trabajando en autos robóticos totalmente automatizados que se dirigen a este mercado.

Colectivo de sensores

Para todas estas aplicaciones, la tecnología de detección es de gran importancia para habilitar un 360 grados. capullo de seguridad alrededor del coche. Los sensores deben permitir la detección y clasificación de objetos en cualquier condición climática o de iluminación, y las entradas deben ser ultra confiables para garantizar una funcionalidad crítica para la seguridad. En consecuencia, tanto la redundancia del sensor como la fusión son deseables.

Las entradas combinadas de sensores proporcionan información más precisa y fiable sobre el entorno del automóvil, lo que permite a la unidad de control tomar medidas preventivas o correctivas, por ejemplo, con retroalimentación táctil y de advertencia, o frenado y dirección de emergencia, respectivamente. Estos sensores incluyen radar, cámaras, LiDAR y ultrasonidos. Cada uno aporta sus fortalezas y limitaciones particulares a la mesa.

En el radar

El radar de onda milimétrica se ha empleado durante más de una década en automoción para automóviles de alta gama, aunque más para garantizar la comodidad y, por lo tanto, con volumen limitado. Con el reciente enfoque más centrado en la seguridad, el potencial de mercado de ADAS se ha extendido también a los automóviles de gama media. Un análisis de los ADAS de los fabricantes de equipos originales actuales revela que los radares de onda milimétrica están bien considerados y son empleados por muchas marcas: el 71% para AEB y el 85% para BSD. Esto apunta a un mercado total de módulos de radar de onda milimétrica de $2.2 mil millones (EE.UU.) en 2016.

Siguiendo una recomendación de la Administración Nacional de Seguridad del Tráfico en Carreteras (NHTSA) en los Estados Unidos, Toyota fue el primero en anunciar el año pasado que equipará el 80% de sus automóviles con un sistema AEB en 2018. Podemos esperar que otros fabricantes de equipos originales le sigan empleando un radar de largo alcance para esta tarea.

Los otros casos de uso de ADAS para el monitoreo de autos traseros y laterales, como BSD, LCA y PCW, contribuirán al crecimiento del mercado de radares de corto y mediano alcance. Aplicaciones adicionales como la asistencia de aparcacoches y la implementación de vehículos autónomos de nivel 4 y 5, obviamente, contribuirán a este crecimiento. Se prevé que el mercado total de módulos de radar de onda milimétrica alcance los 7 7,5 mil millones (EE.UU.) en 2022.

El mercado de radares está respaldado por una cadena de suministro completa con una gran oferta de Tier1 en Europa, Estados Unidos, Japón y China, donde la tasa de crecimiento de automóviles es más alta en este momento. Las grandes empresas, como Robert Bosch, Continental, Autoliv, Hella y Denso, suministran módulos de radar. A lo largo de los años se han desarrollado varias generaciones de productos. Por ejemplo, Continental está en su quinta generación de radar de largo alcance, que entrará en producción en 2019. Hoy en día, en el mercado hay disponibles comercialmente alrededor de 50 referencias de productos activos.

En sintonía con la frecuencia

En el aspecto técnico, las aplicaciones de largo alcance se basan en la frecuencia de 77 GHz adoptada en todo el mundo. Sin embargo, para productos de gama corta y media, hay más diversidad con módulos alimentados a 24, 77 e incluso 79 GHz. Hasta ahora, 24 GHz ha sido más común para aplicaciones de corto alcance, pero 79 GHz está ganando tracción.

La frecuencia de 79 GHz combina un mejor factor de forma con 3 antenas más pequeñas y se beneficia de una amplia banda de frecuencia de 4 GHz (77 a 81 GHz). Esto abre la oportunidad para el radar de alta resolución, que es crítico para los automóviles autónomos. Por el contrario, operación de 24 GHz en banda ultraancha (21,65 a 26.65 GHz) estará prohibido en Europa a partir de 2022, restringiendo el uso de 24 GHz a la banda estrecha ISM (24,05 a 24,25 GHz).

El desarrollo de radar de alta resolución es actualmente un tema candente para aplicaciones de corto alcance, al igual que el radar de 79 GHz. Centros de investigación como IMEC en Bélgica se han centrado en él durante algunos años, y un número significativo de nuevas empresas creadas en los últimos dos años se han centrado en el radar de alta resolución con la solución de 79 GHz. Incluso grandes empresas como Continental han ofrecido esta solución como opción desde mediados de 2017. Además, los fabricantes de equipos originales han estado muestreando prototipos de sistemas de 79 GHz para radar de esquina; la fase de calificación debe terminar antes de 2020. Por lo tanto, anticipamos que el mercado de radares de 79 GHz alcanzará los 2 2 mil millones (EE.UU.) para 2022.

Aprovechando diferentes materiales para Chips de Radar

Para construir estos módulos, las compañías de semiconductores proporcionan conjuntos de chips de onda milimétrica de alto rendimiento en 24 GHz y 77 GHz. Vale la pena señalar que los últimos chips de 77 GHz pueden admitir operaciones de 79 GHz.

Históricamente, los reproductores como Infineon, NXP, UMS y STMicroelectronics utilizan principalmente la tecnología de silicio-germanio (SiGe) para ambas bandas de frecuencia y una pequeña cantidad de arseniuro de galio (GaAs). Juntos comparten la mayor parte del mercado de chips por valor, estimado en 1 165 millones (EE.UU.) en 2016, y se espera que crezca a 5 570 millones (EE. UU.) en 2022.

Cuando observamos el desglose del costo de material del último sistema de radar de Continental, por ejemplo, el componente de costo principal, el 30%, es el chipset RF. Esto representa una gran oportunidad de mercado para empresas de semiconductores como NXP.

Con la intensa presión sobre la industria de semiconductores para integrar más funciones en el chip, se espera que la combinación de tecnología cambie. Texas Instruments, que entró en este mercado a mediados de 2017, es probable que cambie el panorama tecnológico muy rápidamente con una nueva cartera de sensores de ondas milimétricas desarrollada con tecnología interna estándar de semiconductores de óxido metálico complementario (CMOS) de RF. Permite un alto nivel de integración a nivel de chip desde el extremo frontal del radar hasta el procesamiento digital de la señal.

Además de un mejor factor de forma, la tecnología permite una mayor capacidad computacional. Permite un mayor escalado de canales con pérdidas de interconexión reducidas en la placa, y con un consumo de energía general más bajo y un costo del sistema más bajo. Al conectar en cascada hasta cuatro de estos chips, es posible alcanzar una resolución angular de 1,6°.

Esta tendencia de integración está allanando el camino al radar de alta resolución. NXP también está creando prototipos de soluciones de chips integrados tanto en tecnologías SiGe como RF CMOS.

Otro signo de tracción en el mercado de radar es el posicionamiento de fundiciones de silicio como GLOBALFOUNDRIES, que ahora se dirige a la producción en masa de aplicaciones de radar para automóviles autónomos, con sus nodos CMOS de RF avanzados. Sin embargo, si bien siempre tiene sentido reducir la parte digital del componente, no es necesariamente el caso de los componentes pasivos de onda milimétrica, que no pueden encogerse tanto.

En términos de costo, el uso de CMOS en lugar de SiGe tiene sentido para aplicaciones de corto alcance como la detección de puntos ciegos. En este caso, los sistemas todo en uno podrían ofrecer una solución de 79 GHz que sustituya a la futura banda prohibida de 24 GHz a un costo menor. Pero para rangos altos, los nodos RFCMOS avanzados tendrían dificultades para competir con la tecnología SiGe.

Conclusión

El mercado de radares de automoción nunca ha sido tan dinámico, ya que entramos en una emocionante era de innovación tecnológica. Todavía están surgiendo nuevas oportunidades para el radar con, por ejemplo, sistemas de monitoreo de señales vitales para el conductor, monitoreo del chasis al suelo y apertura del maletero con manos libres. La industria ahora está imaginando imágenes de radar como una posibilidad. No hay duda de que esta tecnología será clave en los coches autónomos y robóticos.

Aún quedan preguntas. ¿Cómo será la tecnología? ¿Una carrera de escalado de canales? ¿Una combinación de ancho de banda amplio con un novedoso esquema de modulación? ¿Una aproximación de apertura sintética? ¿Cómo se integrará el radar con las cámaras y el LiDAR? ¿Qué roles y funciones desempeñarán por separado? El Grupo de Empresas Yole planea tener estas preguntas en su radar.

El Dr. Stéphane Elisabeth y Cédric Malaquin son analistas de Yole Développement.