Avec plus de 1 million de décès annuels sur les routes dans le monde, la sécurité est devenue un objectif clé pour l’ensemble de l’industrie automobile. En Europe, le Programme d’évaluation des voitures neuves (NCAP) encourage les équipementiers à adopter des systèmes avancés d’aide à la conduite (ADAS) dans toutes les voitures neuves en mettant en œuvre des exigences de sécurité strictes.

De nombreuses applications ont vu le jour pour soutenir l’objectif de zéro accident. L’un des premiers était le régulateur de vitesse adaptatif (ACC), suivi du freinage d’urgence automatique (AEB) à l’avant de la voiture, de la détection des angles morts (BSD) et de l’aide au changement de voie (LCA) à l’arrière, et de l’aide à la sortie du véhicule (VEA) et de l’avertissement avant collision (PCW) sur le côté.

À partir de 2018, l’AEB sera une exigence en Europe pour que les voitures neuves atteignent la cote maximale afin de protéger les usagers de la route vulnérables tels que les piétons et les cyclistes. La même tendance se produit aux États-Unis avec 20 OEM engagés à fabriquer des équipements standard AEB systems dans toute nouvelle voiture d’ici 2022.

La plupart des équipementiers regardent également plus loin avec des voitures entièrement autonomes qui repoussent les limites en termes d’engagement de sécurité. Cette approche de la « mobilité en tant que service », alternative au modèle économique automobile traditionnel, émerge principalement dans les villes moyennes. Des entreprises telles que Google et Uber travaillent déjà sur des voitures robotiques entièrement automatisées qui ciblent ce marché.

Capteur Collectif

Pour toutes ces applications, la technologie de détection est d’une grande importance pour permettre un 360 degrés. cocon de sécurité autour de la voiture. Les capteurs doivent permettre la détection et la classification des objets dans toutes les conditions météorologiques ou d’éclairage, et les entrées doivent être ultra-fiables pour assurer une fonctionnalité critique pour la sécurité. Par conséquent, la redondance des capteurs et la fusion sont souhaitables.

Les entrées de capteurs combinées apportent des informations plus précises et fiables sur l’environnement de la voiture, permettant à l’unité de commande de prendre des mesures préventives ou correctives avec, par exemple, un retour d’avertissement et haptique, ou un freinage d’urgence et une direction, respectivement. Ces capteurs comprennent le radar, les caméras, le LiDAR et les ultrasons. Chacun apporte ses forces et ses limites particulières à la table.

Sur le radar

Le radar à ondes millimétriques est utilisé depuis plus d’une décennie dans l’automobile pour les voitures haut de gamme, mais plus pour assurer le confort, et donc avec un volume limité. Avec l’accent récemment mis sur la sécurité, le potentiel de marché des ADA s’est également étendu aux voitures de milieu de gamme. Une analyse des ADAS actuels des équipementiers révèle que les radars à ondes millimétriques sont bien considérés et utilisés par de nombreuses marques — 71% pour AEB et 85% pour BSD. Cela indique un marché total de modules radar à ondes millimétriques de 2,2 milliards de dollars (États-Unis) en 2016.

Suite à une recommandation de la National Highway Traffic Safety Administration (NHTSA) aux États-Unis, Toyota a été la première à annoncer l’année dernière qu’elle équiperait 80% de ses voitures d’un système AEB en 2018. Nous pouvons nous attendre à ce que d’autres OEM suivent en utilisant un radar à longue portée pour cette tâche.

Les autres cas d’utilisation ADAS pour la surveillance arrière et latérale des voitures, tels que BSD, LCA et PCW, contribueront à la croissance du marché des radars à courte et moyenne portée. Des applications supplémentaires comme l’assistance au voiturier et la mise en place de véhicules autonomes de niveaux 4 et 5 contribueront évidemment à cette croissance. Le marché total des modules radar à ondes millimétriques devrait atteindre 7,5 milliards de dollars (États-Unis) en 2022.

Le marché des radars est soutenu par une chaîne d’approvisionnement complète avec une large offre Tier1 en Europe, aux États-Unis, au Japon et en Chine, où le taux de croissance automobile est le plus élevé actuellement. De grandes entreprises, telles que Robert Bosch, Continental, Autoliv, Hella et Denso, fournissent toutes des modules radar. Plusieurs générations de produits ont été développées au fil des ans. Par exemple, Continental en est à sa cinquième génération de radar à longue portée, qui entrera en production en 2019. Aujourd’hui, environ 50 références de produits actifs sont disponibles dans le commerce sur le marché.

En accord avec la fréquence

Sur le plan technique, les applications à longue portée sont basées sur la fréquence de 77 GHz adoptée dans le monde entier. Cependant, pour les produits de courte et moyenne gamme, il y a plus de diversité avec des modules alimentés à 24, 77 et même 79 GHz. Jusqu’à présent, 24 GHz a été plus courant pour les applications à courte portée, mais 79 GHz gagne du terrain.

La fréquence 79 GHz combine un meilleur facteur de forme avec des antennes 3X plus petites et bénéficie d’une large bande de fréquences de 4 GHz (77 à 81 GHz). Cela ouvre la possibilité d’un radar à haute résolution, essentiel pour les voitures autonomes. Au contraire, un fonctionnement à 24 GHz en bande ultra large (21,65 à 26.65 GHz) sera interdit en Europe à partir de 2022, limitant l’utilisation de 24 GHz à la bande étroite ISM (24,05 à 24,25 GHz).

Le développement de radars à haute résolution est actuellement un sujet brûlant pour les applications à courte portée, tout comme le radar à 79 GHz. Des centres de recherche comme IMEC en Belgique s’y concentrent depuis quelques années, et un nombre important de startups créées ces deux dernières années ont ciblé le radar haute résolution avec la solution 79 GHz. Même de grandes entreprises telles que Continental proposent cette solution en option depuis la mi-2017. En outre, les OEM ont échantillonné des prototypes de systèmes à 79 GHz pour le radar de coin; la phase de qualification devrait se terminer avant 2020. Nous prévoyons ainsi que le marché des radars 79 GHz atteindra 2 milliards de dollars (États-Unis) d’ici 2022.

Tirant parti de Différents matériaux pour les puces radar

Pour construire ces modules, les entreprises de semi-conducteurs fournissent des chipsets à ondes millimétriques hautes performances sur 24 GHz et 77 GHz. Il convient de noter que les dernières puces 77 GHz peuvent prendre en charge les opérations 79 GHz.

Historiquement, des acteurs tels que Infineon, NXP, XT et STMicroelectronics utilisent principalement la technologie du silicium-germanium (SiGe) pour les deux bandes de fréquences, et une petite quantité d’arséniure de gallium (GaAs). Ensemble, ils se partagent la majeure partie du marché des puces en valeur, estimé à 165 millions de dollars (États-Unis) en 2016, et devrait atteindre 570 millions de dollars (États-Unis) en 2022.

Lorsque nous examinons la ventilation des coûts des matériaux du dernier système radar de Continental, par exemple, la composante de coût principale — 30% — est le chipset RF. Cela représente une énorme opportunité de marché pour les sociétés de semi-conducteurs telles que NXP.

Avec une pression intense sur l’industrie des semi-conducteurs pour intégrer plus de fonctions sur la puce, le mix technologique devrait changer. Texas Instruments, qui est entré sur ce marché mi-2017, est susceptible de changer très rapidement le paysage technologique avec un nouveau portefeuille de capteurs à ondes millimétriques développé sur la technologie standard interne RF complementary metal-oxide semiconductor (CMOS). Il permet un haut niveau d’intégration au niveau de la puce, du front radar au traitement numérique du signal.

En plus d’un meilleur facteur de forme, la technologie permet une capacité de calcul plus élevée. Il permet une plus grande mise à l’échelle des canaux avec des pertes d’interconnexion réduites sur la carte et une consommation d’énergie globale plus faible et un coût du système inférieur. En cascade jusqu’à quatre de ces puces, il est possible d’atteindre une résolution angulaire de 1,6°.

Cette tendance à l’intégration ouvre la voie au radar à haute résolution. NXP est également en train de prototyper des solutions de puces intégrées à la fois sur les technologies CMOS SiGe et RF.

Un autre signe de traction du marché radar est le positionnement des fonderies de silicium telles que GLOBALFOUNDRIES, qui vise désormais la production en série d’applications radar pour voitures autonomes, avec leurs nœuds CMOS RF avancés. Cependant, s’il est toujours logique de réduire la partie numérique du composant, ce n’est pas nécessairement le cas pour les composants passifs à ondes millimétriques, qui ne peuvent pas rétrécir autant.

En termes de coût, l’utilisation de CMOS au lieu de SiGe est logique pour les applications à courte portée comme la détection d’angles morts. Dans ce cas, les systèmes tout-en-un pourraient offrir une solution à 79 GHz qui remplace la future bande interdite de 24 GHz à moindre coût. Mais pour les gammes élevées, les nœuds RFCMOS avancés auraient du mal à rivaliser avec la technologie SiGe.

Conclusion

Le marché des radars automobiles n’a jamais été aussi dynamique, alors que nous entrons dans une ère passionnante d’innovation technologique. De nouvelles opportunités pour le radar émergent encore avec, par exemple, les systèmes de surveillance du conducteur à signes vitaux, la surveillance du châssis au sol et l’ouverture du coffre mains libres. L’industrie envisage maintenant l’imagerie radar comme une possibilité. Il ne fait aucun doute que cette technologie sera essentielle dans les voitures autonomes et robotisées.

Pourtant, les questions persistent. À quoi ressemblera la technologie? Une course à l’échelle des canaux? Une combinaison de large bande passante avec un nouveau schéma de modulation? Une approche à ouverture synthétique ? Comment le radar sera-t-il intégré aux caméras et au LiDAR? Quels rôles et fonctions serviront-ils séparément? Le groupe d’entreprises Yole prévoit d’avoir ces questions sur son radar.

Dr Stéphane Elisabeth et Cédric Malaquin sont analystes chez Yole Développement.