z ponad milionem śmiertelnych ofiar wypadków drogowych na całym świecie, bezpieczeństwo stało się kluczowym celem dla całego przemysłu motoryzacyjnego. W Europie nowy program oceny samochodów (NCAP) zachęca producentów OEM do stosowania zaawansowanych systemów wspomagania kierowcy (ADAS) we wszystkich nowych samochodach poprzez wprowadzenie rygorystycznych wymogów bezpieczeństwa.

pojawiło się wiele aplikacji wspierających cel „zero wypadków”. Jednym z pierwszych był adaptive cruise control (ACC), następnie automatyczne hamowanie awaryjne (AEB) z przodu samochodu, wykrywanie martwego pola (BSD) i Asystent zmiany pasa ruchu (LCA) z tyłu oraz vehicle-exit assist (VEA) i pre-crash warning (PCW) z boku.

od 2018 r.AEB będzie wymogiem w Europie, aby nowe samochody osiągnęły maksymalną ocenę w celu ochrony niechronionych użytkowników dróg, takich jak piesi i rowerzyści. Ten sam trend występuje w USA, gdzie 20 producentów OEM zobowiązało się do standardowego wyposażenia AEB systems w każdym nowym samochodzie do 2022 roku.

większość producentów OEM również patrzy w przyszłość z całkowicie autonomicznymi samochodami, które przesuwają granice pod względem obietnicy bezpieczeństwa. Takie podejście „mobility as a service”, jako alternatywa dla tradycyjnego modelu biznesowego branży motoryzacyjnej, pojawia się głównie w średnich miastach. Firmy takie jak Google i Uber już pracują nad w pełni zautomatyzowanymi samochodami zrobotyzowanymi, które są skierowane na ten rynek.

sensor Collective

we wszystkich tych zastosowaniach technologia wykrywania ma ogromne znaczenie, aby umożliwić 360 stopni. kokon bezpieczeństwa wokół samochodu. Czujniki muszą umożliwiać wykrywanie i klasyfikację obiektów w każdych warunkach pogodowych lub oświetleniowych, a wejścia muszą być bardzo niezawodne, aby zapewnić funkcjonalność o kluczowym znaczeniu dla bezpieczeństwa. W związku z tym pożądane są zarówno redundancja czujnika, jak i fuzja.

połączone wejścia czujników zapewniają dokładniejsze i bardziej wiarygodne informacje na temat otoczenia samochodu, umożliwiając jednostce sterującej podjęcie działań zapobiegawczych lub naprawczych, na przykład ostrzegawczych i dotykowych, lub odpowiednio hamowania awaryjnego i kierowania. Czujniki te obejmują radar, kamery, LiDAR i ultradźwięki. Każdy z nich wnosi do stołu swoje szczególne atuty i ograniczenia.

na radarze

radar z falą milimetrową jest stosowany od ponad dekady w motoryzacji dla samochodów z wyższej półki, choć bardziej w celu zapewnienia komfortu, a tym samym przy ograniczonej objętości. W związku z niedawnym większym naciskiem na bezpieczeństwo, potencjał rynkowy ADAS został rozszerzony również na samochody średniej klasy. Analiza obecnych ADA producentów OEM pokazuje, że radary z falami milimetrowymi są dobrze rozważane i stosowane przez wiele marek-71% dla AEB i 85% dla BSD. Wskazuje to na całkowity rynek modułów radarowych o fali milimetrowej w wysokości 2,2 miliarda dolarów (USA) w 2016 roku.

Po rekomendacji National Highway Traffic Safety Administration (NHTSA) w USA, Toyota jako pierwsza ogłosiła w ubiegłym roku, że w 2018 roku wyposaży 80% swoich samochodów w system AEB. Możemy spodziewać się, że inni producenci OEM zastosują radar dalekiego zasięgu do tego zadania.

inne przypadki zastosowania ADAS do monitorowania tylnych i bocznych samochodów, takie jak BSD, LCA i PCW, przyczynią się do wzrostu rynku radarów bliskiego i średniego zasięgu. Dodatkowe aplikacje, takie jak valet-parking assist i wdrożenie autonomicznych pojazdów poziomów 4 i 5, oczywiście przyczynią się do tego wzrostu. Całkowity rynek modułów radarowych z falami milimetrowymi ma osiągnąć 7,5 miliarda dolarów (USA) w 2022 roku.

rynek radarów jest wspierany przez kompletny łańcuch dostaw z dużą ofertą Tier1 w Europie, USA, Japonii i Chinach, gdzie tempo wzrostu samochodów jest obecnie najwyższe. Duże firmy, takie jak Robert Bosch, Continental, Autoliv, Hella i Denso, dostarczają Moduły radarowe. Na przestrzeni lat powstało kilka generacji produktów. Na przykład Continental jest w piątej generacji radarów dalekiego zasięgu, które wejdą do produkcji w 2019 roku. Obecnie na rynku dostępnych jest około 50 aktywnych referencji produktów.

dostrojone do częstotliwości

od strony technicznej, aplikacje dalekiego zasięgu opierają się na przyjętej na całym świecie częstotliwości 77 GHz. Jednak w przypadku produktów bliskiego i średniego zasięgu istnieje większa różnorodność dzięki modułom zasilanym w częstotliwości 24, 77, a nawet 79 GHz. Do tej pory 24 GHz było bardziej powszechne w zastosowaniach bliskiego zasięgu, ale 79 GHz zyskuje na popularności.

częstotliwość 79 GHz łączy lepszy współczynnik kształtu z 3-krotnymi mniejszymi antenami i korzysta z szerokiego pasma częstotliwości 4 GHz (77 do 81 GHz). Otwiera to możliwość korzystania z radaru o wysokiej rozdzielczości, który ma kluczowe znaczenie dla autonomicznych samochodów. Wręcz przeciwnie, praca 24 GHz w ultra-szerokopasmowym paśmie (21,65 do 26.65 GHz) będą zakazane w Europie od 2022 roku, ograniczając użycie 24 GHz do wąskopasmowego ISM (24,05 do 24,25 GHz).

rozwój radarów wysokiej rozdzielczości jest obecnie gorącym tematem dla zastosowań bliskiego zasięgu, podobnie jak radar 79 GHz. Centra badawcze, takie jak Imec w Belgii, koncentrują się na tym od kilku lat, a znaczna liczba startupów utworzonych w ciągu ostatnich dwóch lat skierowała się na radar o wysokiej rozdzielczości z rozwiązaniem 79-GHz. Nawet duże firmy, takie jak Continental, oferują To rozwiązanie jako opcję od połowy 2017 roku. Ponadto producenci OEM pobrali próbki prototypów systemu 79 GHz do radarów narożnych; Faza kwalifikacji powinna zakończyć się przed 2020 r. Przewidujemy zatem, że rynek radarów 79 GHz osiągnie 2 miliardy dolarów (USA) do 2022 roku.

wykorzystując różne materiały do układów radarowych

aby zbudować te moduły, firmy półprzewodnikowe zapewniają wysokiej jakości Chipsety fal milimetrowych w paśmie 24 GHz i 77 GHz. Warto zauważyć, że najnowsze chipy 77-GHz mogą obsługiwać operacje 79-GHz.

historycznie Odtwarzacze takie jak Infineon, NXP, UMS i STMicroelectronics używają głównie technologii krzemowo-germanowej (SiGe) dla obu pasm częstotliwości i niewielkiej ilości arsenku galu (GaAs). Razem dzielą większość rynku chipów według wartości, szacowanej na 165 milionów dolarów (USA) w 2016 r., a oczekuje się, że wzrośnie do 570 milionów dolarów (USA) w 2022 r.

gdy przyjrzymy się na przykład podziałowi kosztów materiałowych najnowszego systemu radarowego firmy Continental, głównym składnikiem kosztów—30%—jest chipset RF. Stanowi to ogromną szansę rynkową dla firm półprzewodnikowych, takich jak NXP.

przy silnej presji na przemysł półprzewodników, aby zintegrować więcej funkcji na chipie, oczekuje się, że miks technologii ulegnie zmianie. Firma Texas Instruments, która weszła na ten rynek w połowie 2017 r., prawdopodobnie bardzo szybko zmieni krajobraz technologiczny dzięki nowej ofercie czujników fal milimetrowych opracowanej w oparciu o standardową technologię RF complementary metal-oxide semiconductor (CMOS). Umożliwia to wysoki poziom integracji na poziomie chipów od czoła radaru do cyfrowego przetwarzania sygnału.

oprócz lepszego współczynnika kształtu, technologia pozwala na większe możliwości obliczeniowe. Umożliwia większe skalowanie kanałów przy zmniejszonych stratach połączeń na płycie, przy ogólnym niższym zużyciu energii i niższych kosztach systemu. Dzięki kaskadowaniu do czterech z tych układów możliwe jest osiągnięcie rozdzielczości kątowej 1,6°.

ten trend integracji toruje drogę do radaru o wysokiej rozdzielczości. NXP prototypuje również zintegrowane rozwiązania chipowe zarówno w technologiach SiGe, jak i RF CMOS.

kolejnym znakiem trakcji rynku radarów jest pozycjonowanie Odlewni krzemu, takich jak GLOBALFOUNDRIES, które obecnie koncentrują się na masowej produkcji aplikacji radarowych do samochodów autonomicznych, z zaawansowanymi węzłami RF CMOS. Jednak, chociaż zawsze ma sens zmniejszanie cyfrowej części komponentu, niekoniecznie ma to miejsce w przypadku pasywnych elementów fal milimetrowych, które nie mogą się tak bardzo kurczyć.

jeśli chodzi o koszty, zastosowanie CMOS zamiast SiGe ma sens w zastosowaniach bliskiego zasięgu, takich jak wykrywanie martwego pola. W tym przypadku systemy all-in-one mogą oferować rozwiązanie 79-GHz, które zastępuje przyszłe zakazane pasmo 24-GHz po niższych kosztach. Jednak w przypadku dużych zakresów zaawansowane węzły RFCMOS miałyby trudności z konkurowaniem z technologią SiGe.

podsumowanie

rynek radarów samochodowych nigdy nie był tak dynamiczny, jak wkraczamy w ekscytującą erę innowacji technologicznych. Nowe możliwości dla radarów wciąż pojawiają się dzięki, na przykład, systemom monitorowania kierowcy vital-sign, monitorowaniu podwozia od ziemi i otwieraniu bagażnika bez użycia rąk. Przemysł obecnie przewiduje możliwość obrazowania radarowego. Nie ma wątpliwości, że ta technologia będzie kluczowa w autonomicznych i zrobotyzowanych samochodach.

mimo to pytania pozostają. Jak będzie wyglądała technologia? Wyścig skalowania kanałów? Połączenie szerokiego pasma z nowatorskim schematem modulacji? Syntetyczne podejście do apertury? W jaki sposób radar będzie zintegrowany z kamerami i Lidarem? Jakie role i funkcje będą pełnić osobno? Grupa firm Yole planuje mieć te pytania na radarze.

Dr Stéphane Elisabeth i Cédric Malaquin są analitykami w Yole Développement.