毫米波雷达为自动驾驶擦亮“双眼”

来源:电子技术应用ChinaAET发布时间:2022-01-28895浏览

对于未来的汽车，人们总是有着很多的畅想，而全自动驾驶眼前面临的阻碍除了技术方面，还有法规、伦理方面的问题，全自动驾驶离现实还非常遥远。尽管如此，汽车的自动化趋势已经成为必然，过去曾被视为高端附加技术的高级驾驶辅助系统（ADAS）正在成为汽车的标准配置。

ADAS技术应用在车辆中的成本正在逐渐降低，并在众多车型中成为主流。目前已量产车型中，很多智能汽车已经具备了L2+的辅助驾驶功能，可以实现自动泊车、自动导航等。不久前的2022 CES上，不少科技公司和传统供应商为L3级自动驾驶正式落地提供了多样化的解决方案，首款L4级的自动驾驶汽车也有望于2024年面世。

对自动驾驶方案而言，传感器就是车的“眼睛”，目前主流的自动驾驶汽车的“眼睛”有四类：毫米波雷达、激光雷达、超声波雷达、摄像头。他们各有特点，在ADAS的应用普及阶段，多种传感器融合也是未来的趋势，而毫米波雷达将率先成为ADAS系统主力传感器。近年来针对这双“眼睛”的研究可谓是如火如荼，一些领先的企业也已经推出了毫米波雷达解决方案。近期，德州仪器(TI)就在ADAS领域推出了全新的AWR2944车载毫米波雷达传感器及其解决方案，可帮助汽车制造商改进ADAS的物体感应能力。

ADAS设计挑战与趋势

刚过去的2021年被视为中国汽车自动化元年，这一年很多车厂推出了自动驾驶和辅助驾驶的车型，出现百家争鸣、百花齐放的局面。ADAS由三部分组成：

一是感知，通过雷达和传感器技术去感应外围道路的情况；

二是决策，通过处理器对数据的分析，对自动驾驶的决策机制给出控制策略。

三是执行，通过主机控制汽车，完成对车体的控制，规避风险和辅助人员驾驶。

（图源：TI公司）

随着易于实施且具有成本效益的ADAS的普及，汽车安全性和便利性功能将更主流、更实惠。德州仪器 (TI) 中国区汽车事业部总经理蔡征指出，自动驾驶给车企带来了新机遇，同时也带来了新的挑战，包括国家法规、功能安全要求、车型上市时间，以及为了实现自动、辅助驾驶所付出的成本，这些决定了这款汽车能否在市场上得到认可和关注。

针对ADAS领域的趋势，蔡征指出以下三大方向将主导和推进ADAS领域未来的发展：

一是相关法规，有新车评价规程(NCAP)、联合国第79号条例等，对自动驾驶的方向和碰撞情况提出了更高的要求，这些要求会推动ADAS技术不断进步。

二是汽车的架构，好的汽车架构能够复用，从而大大加快迭代速度，同时降低成本。

三是新兴传感技术在自动驾驶领域中不断推广和应用，如77GHz毫米波雷达和60GHz毫米波雷达在DMS和自动辅助泊车上大量的使用，这也是TI推出AWR2944的重要原因。

TI的ADAS布局

经过在自动、辅助驾驶领域十余年的耕耘，TI的产品涵盖了自动驾驶的各个领域，通过子系统级别的设计可以让客户和Tier 1更快地设计出符合法规和自身系统要求的产品。

蔡征介绍，TI针对ADAS系统相关的产品有三大种类：

一是感知，包括毫米波雷达，通过毫米波雷达技术可以将车外和车内驾驶员的情况数字化，传递给处理器。

二是处理，TI的处理器经历了TDA2x、TDA4x等迭代，在汽车处理器产品上已经积累了10年以上的经验。

三是通讯，随着感知能力的不断提升，对数据吞吐量的要求也不断增加，涉及到从传感器端以高速的信号链路传递给处理器的过程。TI提供了加串/解串产品，能够最大程度上满足自动驾驶系统对于数据吞吐量不断提高的需求。

TI的ADAS

产品类别（图源：TI公司）

TI在ADAS技术上所提供的产品包括毫米波雷达传感器、基于ARM的处理器、高速信号处理传输的产品，以及针对所有产品的PMIC (Power Management IC)电源管理解决方案，可给整车系统提供完整的电源管理子系统设计。

TI第二代单芯片方案AWR2944

感知是自动驾驶中至关重要的一环，如果汽车的这双感知的“眼睛”不清楚，相当于人类司机的散光、近视、色盲……自然无法安全驾驶。随着自动驾驶对系统要求的不断提升，对于感知的精度和准确度也提出更高的要求。

2020年12月，TI推出了第二代前级芯片AWR2243，在业界得到了很高的好评度。TI近期推出的AWR2944是其毫米波产品中第二代单芯片方案，将提升车辆在快速物体检测、盲点监控以及高效的转弯和拐角导航等方面的性能，为汽车制造商实现无碰撞驾驶体验的愿景铺平了道路。

AWR2944高性能单芯片解决方案（图源：TI公司）

与目前的雷达传感器相比，尺寸减小了 30%；集成四个发送器，分辨率提升 33%，可使车辆更清晰地探测障碍物并避免碰撞；在AWR2944内部集成了硬件加速单元，提供基于多普勒分多址技术(DDMA)的信号处理能力，可在比之前距离远 40% 的范围内感知迎面驶来的车辆；RF综合性能也有了提升，相比AWR2243提升了50%。

AWR2944还增加了片上内存，适合更多的高级算法的应用。加上芯片内部用于数据压缩的硬件引擎，可以对原始数据进行压缩，进而提高可访问的片内内存。

AWR2944也是符合AEC-Q100认证的芯片，符合ASIL-B级要求。

德州仪器 (TI) 中国区嵌入式产品系统与应用总监蒋宏表示，TI对AWR2944芯片寄予厚望，希望能够给国内客户的角雷达和前向雷达的性能升级带来帮助。AWR2944也非常适合将来L3、L4级别的自动驾驶系统，一些案例中，L3以上可能有8个雷达或者更多前角雷达，另外驾驶舱内有一些其他的应用，AWR2944也能满足系统需要。TI还有60GHz的毫米波雷达产品可以用于智能座舱，对驾驶员的体征检测、手势识别也是TI重要的发展领域。

一个产品或技术的普及往往需要在性能和成本上找到合适的平衡点，现在很多车上的传感器是5R1V（即5个毫米波雷达、1个视觉传感器），以后可能是8R甚至更高。随着车上的传感器越来越多，如何满足车厂对性价比方面的要求？蒋宏表示，在TI的传感器里采用RFCMOS做高集成，带来的优势就是高性价比，因为可以用单片解决以前用三个子系统组成的毫米波传感器。

针对传感器融合的趋势，除了毫米波雷达，TI还有TDA2x和TDA4x等汽车处理器，TI的毫米波雷达和TDA4x是一个很好的组合。此外，TI还有很多电源管理芯片，以及信号、数据传输方面的器件，可以给提供全套的解决方案。

据蒋宏介绍，AWR2243目前已经量产了，AWR2944是AWR294x家族的产品之一，未来会有更多不同配置的版本推出，且都是引脚对引脚兼容的产品。毫米波雷达是TI的重点发展方向，TI正在规划第三代毫米波雷达，随着开发进展的深入，未来将会带来更多新产品及应用。

自动驾驶的普及将对整个社会带来深远的影响，安全的自动、辅助驾驶能够改善城市交通，大大提升出行效率和行驶体验。联合国第79号条例的新机动车辆安全要求和更新的新车评价规程(NCAP)标准生效后，汽车制造商必须改进转向系统，从而支持高级驾驶辅助和自动驾驶功能。希望通过产业上下游共同努力，自动驾驶行业能更快更好地发展，切实为乘客带去更多的安全，成为马路上的保护伞，争取努力一步步向“零事故”目标迈进。