met wereldwijd meer dan 1 miljoen verkeersdoden per jaar is veiligheid een belangrijk aandachtspunt geworden voor de hele automobielindustrie. In Europa moedigt het New Car Assessment Program (NCAP) OEM ’s aan om geavanceerde rijhulpsystemen (ADAS) in alle nieuwe auto’ s aan te nemen door strenge veiligheidseisen in te voeren.

Er zijn vele toepassingen naar voren gekomen om de doelstelling van nul ongevallen te ondersteunen. Een van de eerste was adaptive cruise control (ACC), gevolgd door automatic emergency braking (AEB) aan de voorkant van de auto, dodehoekdetectie (BSD) en lane-change assist (LCA) aan de achterkant, en voertuig-exit assist (VEA) en pre-crash warning (PCW) aan de zijkant.

vanaf 2018 zal AEB in Europa een vereiste zijn voor nieuwe auto ‘ s om het maximale cijfer te halen om kwetsbare weggebruikers zoals voetgangers en fietsers te beschermen. Dezelfde trend doet zich voor in de VS met 20 OEM ‘ s die zich inzetten voor het maken van AEB-systemen standaarduitrusting in elke nieuwe auto in 2022.

De meeste OEM ’s kijken ook verder vooruit met volledig autonome auto’ s die de grenzen van de veiligheidsbelofte verleggen. Deze benadering van “mobiliteit als dienst”, als alternatief voor het traditionele automotive businessmodel, doet zich vooral in middelgrote steden voor. Bedrijven als Google en Uber werken al aan volledig geautomatiseerde robotauto ‘ s die zich richten op deze markt.

Sensorcollectief

voor al deze toepassingen is sensortechnologie van groot belang om een 360 graden mogelijk te maken. veiligheid cocon rond de auto. Sensoren moeten de detectie en classificatie van objecten in elke weer-of lichtconditie mogelijk maken, en de ingangen moeten uiterst betrouwbaar zijn om veiligheidskritieke functionaliteit te garanderen. Bijgevolg zijn zowel sensorredundantie als fusie wenselijk.

gecombineerde sensorinvoer levert nauwkeurigere en betrouwbaardere informatie over de omgeving van de auto, waardoor de regeleenheid preventieve of corrigerende maatregelen kan nemen, bijvoorbeeld met waarschuwings-en haptische feedback, of met noodrem en stuurinrichting. Deze sensoren omvatten radar, camera ‘ s, LiDAR, en ultrasonica. Elk brengt hun specifieke sterke punten en beperkingen op tafel.

Op de Radar

Millimetergolfradar wordt al meer dan een decennium gebruikt in auto ’s voor high-end auto’ s, hoewel meer om comfort te garanderen, en dus met een beperkt volume. Met de recente scherpere focus op veiligheid, is het marktpotentieel voor ADAS ook uitgebreid naar auto ‘ s uit het middensegment. Uit een analyse van de huidige Ada’ s van OEM ‘ s blijkt dat millimetergolfradars goed doordacht zijn en door veel merken worden gebruikt-71% voor AEB en 85% voor BSD. Dit wijst op een totale millimeter-Golf radarmodule markt van $2,2 miljard (VS) in 2016.na een aanbeveling van de National Highway Traffic Safety Administration (NHTSA) in de VS kondigt Toyota vorig jaar voor het eerst aan dat het in 2018 80% van zijn auto ‘ s zal uitrusten met een AEB-systeem. We kunnen verwachten dat andere OEM ‘ s zullen volgen door gebruik te maken van langeafstandsradar voor deze taak.

de andere ADAS-use cases voor monitoring van achter – en zijwagens, zoals BSD, LCA en PCW, zullen bijdragen tot de groei van de markt voor kort-en middenbereikradars. Extra toepassingen zoals valet-parking assist en de invoering van autonome voertuigniveaus 4 en 5 zullen uiteraard bijdragen aan deze groei. De totale millimeter-Golf radarmodule markt wordt voorspeld om te bereiken $7,5 miljard (VS) in 2022.

De radarmarkt wordt ondersteund door een complete toeleveringsketen met een groot Tier1-aanbod in Europa, de VS, Japan en China, waar de groei van auto ‘ s momenteel het hoogst is. Grote bedrijven, zoals Robert Bosch, Continental, Autoliv, Hella en Denso, leveren alle radarmodules. In de loop der jaren zijn verschillende generaties producten ontwikkeld. Continental is bijvoorbeeld in de vijfde generatie langeafstandsradar, die in 2019 in productie zal gaan. Momenteel zijn er ongeveer 50 actieve productreferenties op de markt.

afgestemd op de frequentie

aan de technische kant zijn langeafstandstoepassingen gebaseerd op de wereldwijd vastgestelde 77 GHz-frequentie. Voor korte – en mid-range-producten is er echter meer diversiteit met modules die worden aangedreven op 24, 77 en zelfs 79 GHz. Tot nu toe, 24 GHz is vaker voor korteafstandstoepassingen, maar 79 GHz wint tractie.

De 79 GHz-frequentie combineert een betere vormfactor met 3X kleinere antennes en profiteert van een brede frequentieband van 4 GHz (77 tot 81 GHz). Dit opent de mogelijkheid voor hoge resolutie radar, die van cruciaal belang is voor autonome auto ‘ s. Integendeel, 24-GHz-werking in ultra-breedband (21,65 tot 26.65 GHz) zal vanaf 2022 verboden zijn in Europa, waardoor het gebruik van 24 GHz beperkt wordt tot ISM smalband (24,05 tot 24,25 GHz).

ontwikkeling van radars met hoge resolutie is momenteel een hot topic voor korteafstandstoepassingen, net als 79 GHz radar. Onderzoekscentra zoals imec in België richten zich al een paar jaar op IT, en een aanzienlijk aantal startups die de afgelopen twee jaar zijn opgericht, richten zich op hoge-resolutie radar met de 79-GHz oplossing. Zelfs grote bedrijven zoals Continental bieden deze oplossing sinds midden 2017 als optie aan. Bovendien hebben OEM ‘ s 79-GHz-systeemprototypes voor hoekradar bemonsterd; de kwalificatiefase moet vóór 2020 zijn afgerond. We verwachten dus dat de 79-GHz-radarmarkt in 2022 $2 miljard (VS) zal bereiken.

gebruikmakend van verschillende materialen voor Radarchips

om deze modules te bouwen, leveren halfgeleiderbedrijven high-performance millimeter-wave chipsets op zowel 24 GHz als 77 GHz. Het is vermeldenswaard dat de nieuwste 77-GHz-chips 79-GHz-operaties kunnen ondersteunen.

historisch gezien gebruiken spelers als Infineon, NXP, UMS en STMicroelectronics voornamelijk silicium-germanium (SiGe) technologie voor beide frequentiebanden en een kleine hoeveelheid galliumarsenide (gaas). Samen delen ze het grootste deel van de chipmarkt in waarde, geschat op $165 miljoen (VS) in 2016, en verwacht te groeien tot $570 miljoen (VS) in 2022.

wanneer we kijken naar de materiaalkosten uitsplitsing van het nieuwste radarsysteem van Continental, bijvoorbeeld, de belangrijkste kostencomponent—30%—is de RF-chipset. Dit is een enorme marktkans voor halfgeleiderbedrijven zoals NXP.

met intense druk op de halfgeleiderindustrie om meer functies op de chip te integreren, zal de technologiemix naar verwachting veranderen. Texas Instruments, die deze markt medio 2017 is ingegaan, zal waarschijnlijk het technologielandschap zeer snel veranderen met een nieuwe millimeter-wave sensing portfolio ontwikkeld op standaard in-house RF complementary metal-oxide semiconductor (CMOS) technologie. Het maakt een hoge mate van integratie op het chipniveau mogelijk van de radar front-end tot de digitale signaalverwerking.

naast een betere vormfactor zorgt de technologie voor een hogere rekencapaciteit. Het maakt meer kanaalschaling mogelijk met minder interconnectverliezen op het bord, en tegen een over het algemeen lager stroomverbruik en lagere systeemkosten. Door tot vier van deze chips te cascaden, is het mogelijk om een hoekresolutie van 1,6°te bereiken.

deze integratietrend maakt de weg vrij voor radar met hoge resolutie. NXP is ook prototyping geïntegreerde chip oplossingen zowel op SiGe en RF CMOS technologieën.

een ander teken van tractie op de radarmarkt is de positionering van siliciumgieterijen zoals GLOBALFOUNDRIES, die nu gericht is op massaproductie van radartoepassingen voor autonome auto ‘ s, met hun geavanceerde RF CMOS-knooppunten. Hoewel het altijd zinvol is om het digitale deel van de component te verkleinen, is het niet noodzakelijk het geval voor passieve componenten met millimetergolven, die niet zo sterk kunnen krimpen.

in termen van kosten is het gebruik van CMOS in plaats van SiGe zinvol voor toepassingen met een kort bereik zoals dodehoekdetectie. In dit geval zouden all-in-one-systemen een 79-GHz-oplossing kunnen bieden die de toekomstige verboden 24-GHz-band tegen lagere kosten vervangt. Maar voor hoge bereiken, geavanceerde rfcmos nodes zou moeite hebben om te concurreren met de sige-technologie.

conclusie

de markt voor automotive radars is nog nooit zo dynamisch geweest, nu we een spannend tijdperk van technologische innovatie ingaan. Er ontstaan nog steeds nieuwe mogelijkheden voor radar, bijvoorbeeld met vitale bestuurdersmonitoringsystemen, chassis-grondmonitoring en hands-free trunk opening. De industrie ziet nu radarbeelden als een mogelijkheid. Er is geen twijfel dat deze technologie zal de sleutel in autonome en robotische auto ‘ s.

nog steeds blijven vragen bestaan. Hoe zal de technologie eruit zien? Een kanaalrace? Een combinatie van brede bandbreedte met een nieuw modulatieschema? Een synthetische opening benadering? Hoe wordt radar geïntegreerd met camera ‘ s en LiDAR? Welke rollen en functies zullen zij afzonderlijk dienen? De Yole groep van bedrijven is van plan om deze vragen op de radar te hebben.Dr. Stéphane Elisabeth en Cédric Malaquin zijn analisten bij Yole Développement.