maailmassa on yli miljoona vuosittaista tieliikennekuolemaa, joten turvallisuudesta on tullut koko autoteollisuuden keskeinen painopiste. Euroopassa New Car Assessment Program (NCAP) kannustaa OEM-valmistajia ottamaan kaikissa uusissa autoissa käyttöön kehittyneet kuljettajaa avustavat järjestelmät (ADAS) tiukkojen turvallisuusvaatimusten avulla.

on syntynyt useita hakemuksia, jotka tukevat nollatapaturmatavoitetta. Yksi ensimmäisistä oli Mukautuva vakionopeudensäädin (ACC), jota seurasivat automaattinen hätäjarrutus (AEB) auton etuosassa, blind-spot detection (BSD) ja lane-change assist (LCA) takana sekä vehicle-exit assist (VEA) ja Pre-crash warning (PCW) kyljessä.

vuodesta 2018 alkaen AEB: n vaatimuksena Euroopassa on, että uusien autojen on saavutettava enimmäisluokitus suojellakseen haavoittuvia tienkäyttäjiä, kuten jalankulkijoita ja pyöräilijöitä. Sama trendi on käynnissä Yhdysvalloissa, jossa 20 OEM-valmistajaa on sitoutunut tekemään AEB Systemsin vakiovarusteeksi kaikissa uusissa autoissa vuoteen 2022 mennessä.

useimmat OEM-valmistajat katsovat myös pidemmälle täysin autonomisilla autoilla, jotka painavat turvallisuuslupauksen rajoja. Tämä lähestymistapa ”mobility as a service”, vaihtoehtona perinteiselle autoteollisuuden liiketoimintamallille, on kehittymässä lähinnä keskikokoisissa kaupungeissa. Googlen ja Uberin kaltaiset yritykset kehittävät jo täysin automatisoituja robottiautoja, jotka tähtäävät näille markkinoille.

Anturikollektiivi

kaikissa näissä sovelluksissa anturitekniikka on erittäin tärkeä 360 asteen mahdollistamiseksi. turvakotelo auton ympärille. Antureiden on mahdollistettava kohteiden havaitseminen ja luokittelu kaikissa sää-tai valaistusolosuhteissa, ja syötteiden on oltava erittäin luotettavia turvallisuuden kannalta kriittisten toimintojen varmistamiseksi. Näin ollen sekä anturin redundanssi että fuusio ovat toivottavia.

yhdistetyt anturitulot tuovat tarkempaa ja luotettavaa tietoa auton ympäristöstä, jolloin ohjausyksikkö voi tehdä ennalta ehkäiseviä tai korjaavia toimia esimerkiksi varoituksella ja haptisella palautteella tai hätäjarrutuksella ja ohjauksella. Näitä sensoreita ovat tutka, kamerat, LiDAR ja ultraääni. Jokainen tuo pöytään omat vahvuutensa ja rajoituksensa.

tutkalla

Millimetriaaltotutkaa on käytetty yli vuosikymmenen ajan autoteollisuudessa kalliisiin autoihin, joskin enemmän mukavuuden takaamiseksi ja siten rajallisella äänenvoimakkuudella. Kun turvallisuuteen on viime aikoina panostettu aiempaa terävämmin, ADAS: n markkinapotentiaali on laajentunut myös keskihintaisiin autoihin. Nykyisten OEM-valmistajien ADAS-standardien analyysi osoittaa, että millimetriaaltotutkat ovat hyvin harkittuja ja käytössä monilla tuotemerkeillä—71 prosenttia AEB: llä ja 85 prosenttia BSD: llä. Tämä viittaa siihen, että millimetriaaltotutkamoduulien kokonaismarkkina oli 2,2 miljardia dollaria (Yhdysvalloissa) vuonna 2016.

Yhdysvaltain kansallisen Tieliikenneturvallisuushallinnon (NHTSA) suosituksen mukaan Toyota ilmoitti viime vuonna ensimmäisenä, että se varustaa 80 prosenttiin autoistaan AEB-järjestelmän vuonna 2018. Voimme odottaa, että muut OEM-valmistajat seuraavat perässä käyttämällä tähän tehtävään pitkän kantaman tutkaa.

muut ADAS: n käyttötapaukset taka – ja sivuautojen valvontaan, kuten BSD, LCA ja PCW, edistävät lyhyen ja keskialueen tutkamarkkinoiden kasvua. Lisäsovellukset, kuten pysäköintiavustin ja autonomisten ajoneuvotasojen 4 ja 5 käyttöönotto, vaikuttavat luonnollisesti tähän kasvuun. Millimetriaaltotutkamoduulien kokonaismarkkinan ennustetaan nousevan 7,5 miljardiin dollariin vuonna 2022.

tutkamarkkinoita tukee kokonainen toimitusketju, jolla on laaja Tier1-tarjonta Euroopassa, Yhdysvalloissa, Japanissa ja Kiinassa, joissa autojen kasvuvauhti on tällä hetkellä suurinta. Suuret yritykset, kuten Robert Bosch, Continental, Autoliv, Hella ja Denso, toimittavat kaikki tutkamoduuleja. Vuosien varrella on kehitetty useita tuotesukupolvia. Esimerkiksi Continental on viidennessä pitkän kantaman tutkasukupolvessaan, joka tulee tuotantoon vuonna 2019. Nykyään markkinoilla on kaupallisesti saatavilla noin 50 aktiivista tuoteselostetta.

teknisellä puolella taajuutta

vastaavat pitkän kantaman sovellukset perustuvat maailmanlaajuisesti käyttöön otettuun 77 GHz: n taajuuteen. Kuitenkin, lyhyen ja keskialueen tuotteita, on enemmän monimuotoisuutta moduulit powered 24, 77, ja jopa 79 GHz. Toistaiseksi 24 GHz on ollut yleisempi lyhyen kantaman sovelluksissa, mutta 79 GHz on saamassa pitoa.

79 GHz: n taajuus yhdistää paremman muotokertoimen 3X pienempiin antenneihin ja hyötyy laajasta 4 GHz: n (77-81 GHz) taajuusalueesta. Tämä avaa mahdollisuuden korkearesoluutioisille tutkille, jotka ovat kriittisiä autonomisille autoille. Päinvastoin, 24-GHz toiminta ultralaajakaistalla (21,65-26.65 GHz) kielletään Euroopassa vuodesta 2022, jolloin 24 GHz: n käyttö rajoitetaan ISM-kapeakaistaiseksi (24,05-24,25 GHz).

korkean resoluution tutkan kehittäminen on tällä hetkellä kuuma aihe lyhyen kantaman sovelluksissa, samoin 79 GHz: n tutkat. Tutkimuskeskukset, kuten Imec Belgiassa, ovat keskittyneet siihen jo muutaman vuoden ajan, ja merkittävä määrä kahden viime vuoden aikana luotuja startupeja on kohdistanut 79 GHz: n ratkaisulla korkearesoluutioisiin tutkiin. Jopa suuret yritykset, kuten Continental, ovat tarjonneet tätä ratkaisua vaihtoehtona vuoden 2017 puolivälistä lähtien. Lisäksi OEM-valmistajat ovat ottaneet näytteitä 79 GHz: n järjestelmän prototyypeistä kulmatutkia varten; karsintavaiheen pitäisi päättyä ennen vuotta 2020. Näin ennakoimme 79 GHz: n Tutkamarkkinoiden nousevan 2 miljardiin dollariin (USA) vuoteen 2022 mennessä.

hyödyntämällä eri materiaaleja Tutkasiruille

näiden moduulien rakentamiseksi puolijohdeyhtiöt tarjoavat korkean suorituskyvyn millimetriaaltopiirisarjoja sekä 24 GHz: llä että 77 GHz: llä. On syytä huomata, että uusimmat 77 GHz sirut voivat tukea 79 GHz toimintaa.

historiallisesti Infineonin, NXP: n, UMS: n ja STMicroelectronicsin kaltaiset soittajat käyttävät pääasiassa pii-germanium (SiGe) – tekniikkaa molemmille taajuuskaistoille sekä pientä määrää galliumarsenidia (GaAs). Yhdessä ne jakavat suurimman osan sirumarkkinoista arvon mukaan, arviolta 165 miljoonaa dollaria (USA) vuonna 2016, ja sen odotetaan kasvavan 570 miljoonaan dollariin (USA) vuonna 2022.

kun tarkastellaan Continentalin uusimman tutkajärjestelmän materiaalikustannuserittelyä, esimerkiksi suurin kustannuskomponentti—30%—on RF-piirisarja. Tämä on valtava markkinamahdollisuus puolijohdeyhtiöille, kuten NXP: lle.

puolijohdeteollisuuteen kohdistuu voimakas paine integroida enemmän toimintoja siruun, joten teknologiayhdistelmän odotetaan muuttuvan. Texas Instruments, joka tuli markkinoille vuoden 2017 puolivälissä, todennäköisesti muuttaa teknologiamaisemaa hyvin nopeasti uudella millimetri-aallon tunnistavalla portfoliolla, joka on kehitetty standard in-house RF complementary metal-oxide semiconductor (CMOS)-tekniikalla. Se mahdollistaa korkeatasoisen integraation sirutasolla tutkan etupäästä digitaaliseen signaalinkäsittelyyn.

paremman muotokertoimen lisäksi tekniikka mahdollistaa korkeamman laskentakyvyn. Se mahdollistaa enemmän kanavan skaalaus vähentää interconnect tappiot aluksella, ja kaiken kaikkiaan pienempi virrankulutus ja alhaisemmat järjestelmän kustannukset. Ryöppäämällä jopa neljä näistä siruista, on mahdollista saavuttaa 1,6°: n Kulmaresoluutio.

tämä integraatiosuuntaus tasoittaa tietä korkearesoluutioisille tutkille. NXP prototyyppaa myös integroituja siruratkaisuja sekä SiGe-että RF CMOS-teknologioilla.

toinen merkki tutkamarkkinoiden vetävyydestä on piivalimoiden kuten GlobalFoundriesin paikannus, joka tähtää nyt autonomisten autojen tutkasovellusten massatuotantoon kehittyneillä RF CMOS-solmuillaan. Kuitenkin, vaikka se on aina järkevää skaalata alas digitaalisen osan komponentti, se ei välttämättä pidä paikkaansa millimetriaalto passiivisia komponentteja, jotka eivät voi kutistua niin paljon.

kustannuksiltaan CMOS: n käyttö SiGe: n sijaan on järkevää lyhyen kantaman sovelluksissa, kuten katvealueen tunnistuksessa. Tällöin all-in-one-järjestelmät voisivat tarjota 79 GHz: n ratkaisun, joka korvaa tulevaisuudessa kielletyn 24 GHz: n taajuusalueen halvemmalla. Mutta korkeat alueet, kehittyneet rfcmos solmut olisi vaikea kilpailla SiGe tekniikka.

johtopäätös

autojen tutkamarkkinat eivät ole koskaan olleet näin dynaamiset, kun siirrytään jännittävään teknologisten innovaatioiden aikakauteen. Uusia mahdollisuuksia tutkille on vielä syntymässä muun muassa vital-merkkisten kuljettajien valvontajärjestelmien, alustasta maahan-valvonnan ja handsfree-tavaratilan avaamisen myötä. Alan yritykset visioivat tutkakuvausta nyt mahdollisuudeksi. Tämä teknologia on epäilemättä avainasemassa autonomisissa ja robottiautoissa.

kysymykset viipyvät edelleen. Miltä teknologia näyttää? Kanavakilpailu? Laajan kaistanleveyden ja uudenlaisen modulointijärjestelmän yhdistelmä? Synteettinen aukko? Miten tutka integroidaan kameroihin ja Lidariin? Mitä rooleja ja tehtäviä ne erikseen palvelevat? Yole-konserni aikoo pitää nämä kysymykset tutkassaan.

tohtori Stéphane Elisabeth ja Cédric Malaquin toimivat analyytikkoina Yole Développementissa.