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從智能駕駛到自動駕駛，汽車雷達必不可少。而隨著雷達技術(shù)、雷達網(wǎng)絡(luò)和軟件定義汽車（SDV）架構(gòu)的演進和整合，新的變革正在發(fā)生。
傳統(tǒng)架構(gòu)中，雷達和ADAS域控制器、整車電子電氣架構(gòu)的結(jié)合并不緊密。可以說，傳統(tǒng)上的雷達其實是各自為戰(zhàn)，它在架構(gòu)中是獨立和自治的傳感器實體。而隨著汽車新的電子電氣架構(gòu)的誕生和廣泛采用，如何能夠讓雷達傳感器更好地融入或嵌入其中，使得整車電子電氣架構(gòu)的設(shè)計更趨于合理，從而能夠更合理地分配算力、后期更方便地進行軟件定義和升級，成為了創(chuàng)新的關(guān)鍵。
在前不久的CES上，恩智浦半導體（NXP）發(fā)布了28nm RFCMOS雷達單芯片系列，全新的SAF86xx單芯片集成了高性能雷達收發(fā)器、多核雷達處理器和MACsec硬件引擎，可通過汽車以太網(wǎng)實現(xiàn)先進的安全數(shù)據(jù)通信。配合恩智浦的S32高性能處理器、車載網(wǎng)絡(luò)連接和電源管理，這一完整的系統(tǒng)解決方案為實現(xiàn)先進的軟件定義雷達鋪平了道路。
在恩智浦看來，具有軟件定義功能的雷達傳感器連接成龐大網(wǎng)絡(luò)，并在分布式架構(gòu)中使用專用的S32R雷達處理器，可以增強基于雷達的感知能力，為自動駕駛技術(shù)的發(fā)展提供支持。包括360度傳感、更強大的人工智能算法和安全的OTA軟件更新。
軟件定義汽車趨勢下，雷達傳感器網(wǎng)絡(luò)成為趨勢
恩智浦大中華區(qū)汽車電子事業(yè)部ADAS產(chǎn)品市場經(jīng)理楊昌介紹，“在軟件定義汽車架構(gòu)趨勢下，恩智浦必須去思考如何應(yīng)對SDV架構(gòu)下毫米波雷達的發(fā)展。我們提出了一個全新的概念叫分布式雷達傳感器網(wǎng)絡(luò)，也就是將原有的邊緣計算升級為分布式串流計算?！?/p>
從上圖的長距雷達和角雷達發(fā)展演進，可以看到恩智浦是將原有的邊緣計算升級為分布式串流計算。其中，傳感器部分包括了一顆SAF86xx芯片，它有4根發(fā)射鏈路和4根接收鏈路，保留了簡單的MPU，但它并不做完整的信號處理，只做簡單的FFT處理，并將FFT數(shù)據(jù)通過芯片本身的千兆以太網(wǎng)傳輸?shù)絊32R的MPU上做后續(xù)處理。通常，一輛車可能需要約2顆長距雷達和4顆角雷達，一共是6根千兆以太網(wǎng)線連接到S32R MPU上做集中式處理。楊昌解釋說，這樣帶來的好處是軟件可以實現(xiàn)統(tǒng)一管理，相比傳統(tǒng)的邊緣計算方式，更方便進行軟件升級和算法升級。
恩智浦大中華區(qū)汽車電子事業(yè)部市場總監(jiān)翟驍曙表示，“從傳統(tǒng)邊緣計算雷達模塊的自治實體向前演進，發(fā)展成未來的分布式串流傳感器的新架構(gòu)，雷達的前端感知跟后端處理其實可以做物理上的解構(gòu)。前端的雷達傳感器會變得更加簡單，射頻性能進一步提升，但后端數(shù)據(jù)處理的部分會更加趨向于集中在中間的ADAS域控制器，或是一個獨立的雷達域控制器?！?/p>
這樣帶來的好處是，一方面，從整車電子電氣架構(gòu)的角度來講，算力分布會更加合理，同時也提供了更高的靈活性。因為隨著不同雷達技術(shù)的迭代，算力分配可以在OTA時進行動態(tài)調(diào)整，為硬件平臺的壽命延續(xù)做到了盡可能的擴充。另一方面，更多底層的雷達傳感數(shù)據(jù)被集中到中央的雷達域控制器，或是ADAS域控制器上做統(tǒng)一的融合處理，所實現(xiàn)的功能會比原先更加強大。
而要實現(xiàn)上述雷達傳感器網(wǎng)絡(luò)，就需要新一代雷達芯片的支持。翟驍曙介紹說，包括最新發(fā)布的SAF86xx系列，以及新一代S32R41、R45以及將來更新的雷達MPU，共同去實現(xiàn)物理上的支撐，實現(xiàn)新的分布式串流雷達網(wǎng)絡(luò)。
恩智浦擴展第三代RFCMOS雷達平臺
恩智浦在2022年11月份推出了第二代RFCMOS雷達芯片組解決方案，涉及芯片是TEF82xx系列，這顆芯片可以實現(xiàn)300米測距、小于1度的角度分辨率，主要用于雙級聯(lián)和四級聯(lián)，配合的是恩智浦2021年發(fā)布的S32R29 MCU，這是業(yè)界首款16nm MCU。據(jù)介紹，這套芯片組方案已在市面上有零部件廠商在大規(guī)模使用。
最新推出的第三代RFCMOS雷達，相較于前一代有兩倍的射頻鏈路性能提升。具體而言，SAF86xx單芯片采用與去年發(fā)布的SAF85xx相同的通用架構(gòu)，與上一代40nm或45nm產(chǎn)品相比，其28nm RFCMOS性能在雷達傳感器能力上顯著提升。這款高度集成的雷達SoC預(yù)計能以最高1Gbit/s的速度串流傳輸大量低層級雷達傳感器數(shù)據(jù)，有助于汽車廠商優(yōu)化軟件定義汽車的下一代ADAS分區(qū)，同時支持向新架構(gòu)的平穩(wěn)過渡。此外，OEM還能在汽車的生命周期內(nèi)通過OTA輕松添加新的軟件定義雷達功能。
利用這款新產(chǎn)品，Tier 1供應(yīng)商能構(gòu)建更緊湊、高能效的雷達傳感器。其檢測范圍延伸到300m以外，可對路緣石等小物體以及騎行者和行人等弱勢道路使用者實現(xiàn)更可靠的檢測，為駕駛員和其他道路使用者帶來更為全面高效的安全保障。
新一代雷達單芯片還支持NCAP安全功能，包括緊急制動和盲點檢測。它還支持先進的ADAS和自動駕駛應(yīng)用，包括SAE 2+和3級的高級舒適性功能，例如交通擁堵輔助、高速巡航和停車輔助、前方和后方橫穿交通警告以及橫向和后部防撞。
第三代RFCMOS雷達中還加入了7比特相位旋轉(zhuǎn)器和封裝發(fā)射器(LiP)。據(jù)楊昌介紹，在汽車雷達設(shè)計中，移相器配合RF發(fā)射鏈路，可以實現(xiàn)更復雜的MIMO波形設(shè)計，讓毫米波雷達兼顧遠距離和高分辨率，但這也對后端算力提出了更高的要求?；赟32R4x的雷達處理IP被集成到SAF85xx中，實現(xiàn)了無縫擴展。這其中包含了雷達加速器SPT3.x，可以實現(xiàn)雷達FFT、VMT、峰值檢測，以及數(shù)據(jù)壓縮等常用功能的硬件加速；同時，其整體架構(gòu)與恩智浦4D雷達S32R41、R45保持兼容，確保了較高的軟件可復用率。
LiP封裝是支持3D天線設(shè)計的關(guān)鍵所在。該封裝發(fā)射器通過一個較低成本的FR4 PCB板材直接引入一個3D波導天線，實現(xiàn)了3D的發(fā)射陣列和接收陣列。數(shù)據(jù)顯示，相比傳統(tǒng)平面型貼片天線，3D波導天線有9dB RF性能的提升，可以在降低尺寸的同時大幅提升雷達對物體的感知能力。
恩智浦半導體資深副總裁兼ADAS總經(jīng)理Steffen Spannagel表示：“借助恩智浦全新SAF86xx雷達單芯片系列，OEM可以輕松快速地將其當前的雷達平臺遷移到新的軟件定義汽車架構(gòu)。具有軟件定義功能的雷達傳感器連接成龐大網(wǎng)絡(luò)，并在分布式架構(gòu)中使用專用的S32R雷達處理器，可以增強基于雷達的感知能力，為自動駕駛技術(shù)的發(fā)展提供支持。包括360度傳感、更強大的人工智能算法和安全的OTA軟件更新?！?/p>
軟件定義雷達新趨勢：互聯(lián)、靈活、可升級
軟件定義趨勢下，汽車雷達的功能將越來越豐富，主要表現(xiàn)在：360°傳感器融合、協(xié)同傳感、AI處理以及托管軟件特性等。
以恩智浦汽車雷達平臺為例，翟驍曙介紹，首先通過多顆SAF86xx+S32R系列MPU的組合，形成整車的360°傳感器融合。傳統(tǒng)上，雷達傳感器在邊緣側(cè)已經(jīng)做了大量的雷達處理，向中央處理單元傳輸?shù)男盘柶鋵嵤欠浅３橄蟮模@樣做的好處是網(wǎng)絡(luò)負載較小，但壞處是很多細節(jié)信息已經(jīng)在前端被處理、過濾了。因此在中央處理節(jié)點進行融合時，缺少相對比較底層的信息去形成更加完整的、對于全局的理解。而新架構(gòu)使得更多底層信息被同步到了中央雷達運算節(jié)點，可以做多路雷達數(shù)據(jù)的融合，從而形成整車周邊的點云信息。
第二，分布式孔徑雷達通過多個分散在車輛不同位置的雷達傳感器，再通過軟件的同步與協(xié)調(diào)，可以把多個雷達傳感器等效成更大孔徑的天線。有了這樣的效果以后，就可以進一步提升，實現(xiàn)車輛雷達系統(tǒng)整體分辨率更高、探測距離更遠，從而實現(xiàn)更好的雷達探測效果。
第三，隨著新的人工智能算法加入到雷達后端處理，可以實現(xiàn)更加智能化的功能、更加強大的目標識別、跟蹤能力。也就是說，在傳統(tǒng)機器學習的基礎(chǔ)上，疊加人工智能能力，同樣基礎(chǔ)的雷達信號輸入可以做出更加智能化、更加精確的判斷。但這樣的功能通常是不太可能在邊緣側(cè)完成的，必須要把底層的雷達信號全都集中到中央強大的雷達控制器上才能實現(xiàn)，而這離不開全新雷達平臺的加持。
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