Con più di 1 milione di incidenti stradali annui in tutto il mondo, la sicurezza è diventata un obiettivo chiave per l’intera industria automobilistica. In Europa, il New Car Assessment Program (NCAP) incoraggia gli OEM ad adottare sistemi avanzati di assistenza alla guida (ADAS) in tutte le nuove auto implementando severi requisiti di sicurezza.

Sono emerse molte applicazioni a sostegno dell’obiettivo zero incidenti. Uno dei primi era adaptive Cruise control (ACC), seguito da frenata automatica di emergenza (AEB) nella parte anteriore della vettura, blind-spot detection (BSD) e lane-change assist (LCA) nella parte posteriore, e vehicle-exit assist (VEA) e pre-crash warning (PCW) sul lato.

A partire dal 2018, AEB sarà un requisito in Europa per le nuove auto per raggiungere il punteggio massimo al fine di proteggere gli utenti della strada vulnerabili come pedoni e ciclisti. La stessa tendenza si sta verificando negli Stati Uniti con 20 OEM impegnati a rendere AEB systems equipaggiamento standard in qualsiasi nuova auto entro il 2022.

La maggior parte degli OEM sta anche guardando più avanti con auto completamente autonome che spingono i limiti in termini di impegno di sicurezza. Questo approccio di “mobilità come servizio”, in alternativa al tradizionale modello di business automobilistico, sta emergendo soprattutto nelle città di medie dimensioni. Aziende come Google e Uber stanno già lavorando su auto robotiche completamente automatizzate che si rivolgono a questo mercato.

Sensor Collective

Per tutte queste applicazioni, la tecnologia di rilevamento è di grande importanza per consentire un 360 gradi. bozzolo di sicurezza intorno alla macchina. I sensori devono consentire il rilevamento e la classificazione degli oggetti in ogni condizione atmosferica o di illuminazione e gli ingressi devono essere ultra-affidabili per garantire funzionalità critiche per la sicurezza. Di conseguenza, sia la ridondanza del sensore che la fusione sono desiderabili.

Gli ingressi combinati dei sensori forniscono informazioni più accurate e affidabili sull’ambiente circostante dell’auto, consentendo alla centralina di intraprendere azioni preventive o correttive con, ad esempio, avviso e feedback tattile, o frenata di emergenza e sterzo, rispettivamente. Questi sensori includono radar, telecamere, LiDAR e ultrasuoni. Ognuno porta i loro particolari punti di forza e limitazioni al tavolo.

Sul Radar

Radar ad onde millimetriche è stato impiegato per più di un decennio nel settore automobilistico per auto di fascia alta, anche se più per garantire il comfort, e quindi con volume limitato. Con la recente maggiore attenzione alla sicurezza, il potenziale di mercato per ADAS è stato esteso anche alle auto di fascia media. Un’analisi degli attuali ADAS degli OEM rivela che i radar ad onde millimetriche sono ben considerati e impiegati da molte marche: 71% per AEB e 85% per BSD. Ciò indica un mercato totale di moduli radar a onde millimetriche di billion 2,2 miliardi (Stati Uniti) nel 2016.

A seguito di una raccomandazione della National Highway Traffic Safety Administration (NHTSA) negli Stati Uniti, Toyota è stata la prima ad annunciare l’anno scorso che equipaggerà l ‘ 80% delle sue auto con un sistema AEB in 2018. Possiamo aspettarci che altri OEM seguano impiegando radar a lungo raggio per questo compito.

Gli altri casi d’uso ADAS per il monitoraggio posteriore e laterale dell’auto, come BSD, LCA e PCW, contribuiranno alla crescita del mercato dei radar a corto e medio raggio. Applicazioni aggiuntive come il servizio di assistenza al parcheggio e l’implementazione dei livelli di veicoli autonomi 4 e 5 contribuiranno ovviamente a questa crescita. Si prevede che il mercato totale dei moduli radar a onde millimetriche raggiungerà 7 7,5 miliardi (Stati Uniti) nel 2022.

Il mercato dei radar è supportato da una catena di fornitura completa con un’ampia offerta Tier1 in Europa, Stati Uniti, Giappone e Cina, dove il tasso di crescita delle auto è al momento più alto. Grandi aziende, come Robert Bosch, Continental, Autoliv, Hella e Denso, forniscono tutti moduli radar. Diverse generazioni di prodotti sono stati sviluppati nel corso degli anni. Ad esempio, Continental è alla sua quinta generazione di radar a lungo raggio, che entrerà in produzione nel 2019. Oggi sul mercato sono disponibili circa 50 referenze di prodotto attive.

In sintonia con la frequenza

Sul lato tecnico, le applicazioni a lungo raggio si basano sulla frequenza 77 GHz adottata in tutto il mondo. Tuttavia, per i prodotti di gamma corta e media, c’è più diversità con moduli alimentati a 24, 77 e persino 79 GHz. Finora, 24 GHz è stato più comune per le applicazioni a corto raggio, ma 79 GHz sta guadagnando trazione.

La frequenza a 79 GHz combina un fattore di forma migliore con antenne 3X più piccole e beneficia di un’ampia banda di frequenza di 4 GHz (da 77 a 81 GHz). Ciò apre l’opportunità per il radar ad alta risoluzione, che è fondamentale per le auto autonome. Al contrario, il funzionamento a 24 GHz in banda ultra-larga (21.65 a 26.65 GHz) sarà vietato in Europa a partire dal 2022, limitando l’utilizzo a 24 GHz a banda stretta ISM (da 24,05 a 24,25 GHz).

Lo sviluppo di radar ad alta risoluzione è attualmente un tema caldo per le applicazioni a corto raggio, così come il radar a 79 GHz. Centri di ricerca come IMEC in Belgio si sono concentrati su di esso per alcuni anni e un numero significativo di startup create negli ultimi due anni ha preso di mira radar ad alta risoluzione con la soluzione a 79 GHz. Anche grandi aziende come Continental hanno offerto questa soluzione come opzione dalla metà di 2017. Inoltre, gli OEM hanno campionato prototipi di sistemi a 79 GHz per radar d’angolo; la fase di qualificazione dovrebbe terminare prima del 2020. Prevediamo quindi che il mercato dei radar a 79 GHz raggiungerà $2 miliardi (Stati Uniti) entro il 2022.

Sfruttando diversi materiali per i chip Radar

Per costruire questi moduli, le aziende di semiconduttori forniscono chipset ad alte prestazioni ad onde millimetriche su entrambi i 24 GHz e 77 GHz. Vale la pena notare che gli ultimi chip a 77 GHz possono supportare operazioni a 79 GHz.

Storicamente, giocatori come Infineon, NXP, XT e STMicroelectronics utilizzano principalmente la tecnologia SIGE (silicio-germanio) per entrambe le bande di frequenza e una piccola quantità di arseniuro di gallio (GaAs). Insieme condividono la maggior parte del mercato dei chip per valore, stimato a $165 milioni (Stati Uniti) in 2016, e dovrebbe crescere a $570 milioni (Stati Uniti) in 2022.

Quando guardiamo la ripartizione dei costi del materiale dell’ultimo sistema radar di Continental, ad esempio, il componente di costo principale—30%—è il chipset RF. Ciò rappresenta un’enorme opportunità di mercato per le aziende di semiconduttori come NXP.

Con un’intensa pressione sull’industria dei semiconduttori per integrare più funzioni sul chip, il mix tecnologico dovrebbe cambiare. Texas Instruments, che è entrato in questo mercato a metà del 2017, è probabile che cambi il panorama tecnologico molto rapidamente con un nuovo portafoglio di sensori a onde millimetriche sviluppato sulla tecnologia CMOS (Complementary Metal-oxide Semiconductor) standard in-house RF. Consente un elevato livello di integrazione a livello di chip dal front-end radar all’elaborazione del segnale digitale.

Oltre a un fattore di forma migliore, la tecnologia consente una maggiore capacità computazionale. Consente una maggiore scalabilità dei canali con perdite di interconnessione ridotte sulla scheda e un consumo energetico complessivo inferiore e costi di sistema inferiori. Collegando a cascata fino a quattro di questi chip, è possibile raggiungere una risoluzione angolare di 1,6°.

Questa tendenza di integrazione sta aprendo la strada al radar ad alta risoluzione. NXP inoltre sta prototipando le soluzioni integrate del chip sia sulle tecnologie di CMOS di rf che di SiGe.

Un altro segno di trazione del mercato radar è il posizionamento di fonderie di silicio come GLOBALFOUNDRIES, che ora sta prendendo di mira la produzione di massa di applicazioni radar per auto autonome, con i loro nodi CMOS RF avanzati. Tuttavia, mentre ha sempre senso ridimensionare la parte digitale del componente, non è necessariamente il caso dei componenti passivi ad onde millimetriche, che non possono ridursi tanto.

In termini di costi, l’uso di CMOS invece di SiGe ha senso per applicazioni a corto raggio come il rilevamento di punti ciechi. In questo caso, i sistemi all-in-one potrebbero offrire una soluzione a 79 GHz che sostituisce la futura banda proibita a 24 GHz a un costo inferiore. Ma per gamme elevate, i nodi RFCMOS avanzati avrebbero difficoltà a competere con la tecnologia SiGe.

Conclusione

Il mercato radar automobilistico non è mai stato così dinamico, mentre entriamo in un’era entusiasmante di innovazione tecnologica. Nuove opportunità per il radar stanno ancora emergendo con, ad esempio, sistemi di monitoraggio del conducente del segno vitale, monitoraggio da telaio a terra e apertura del bagagliaio a mani libere. L’industria sta ora immaginando l’imaging radar come una possibilità. Non c’è dubbio che questa tecnologia sarà fondamentale nelle auto autonome e robotiche.

Ancora, le domande indugiano. Come sarà la tecnologia? Una gara di ridimensionamento del canale? Una combinazione di ampia larghezza di banda con un nuovo schema di modulazione? Un approccio ad apertura sintetica? Come sarà integrato radar con telecamere e LiDAR? Quali ruoli e funzioni serviranno separatamente? Il Gruppo di società Yole prevede di avere queste domande sul suo radar.

Dr. Stéphane Elisabeth e Cédric Malaquin sono analisti di Yole Développement.