1. 首页
  2. 互联网

马斯克低头,特斯拉重拾毫米波雷达

2022年6月7日,特斯拉向FCC联邦通信委员会提交了毫米波雷达的相关材料。

一般来说,在美国上市的射频相关产品必须向FCC提交第三方测试材料,证明其符合美国的频谱监管规则。

这意味着特斯拉不仅没有放弃毫米波雷达,还亲自设计了毫米波雷达。

其实在一年前的2021年6月3日,特斯拉就提交了一份关于毫米波雷达的材料,即2AEIM-161631,这是一款60GHz-64GHz的特种毫米波雷达。

目前,这种毫米波雷达的用途不明。从材料厂商的角度来说,它的主芯片是德州仪器的IWR6843AOP,可能是驾驶员生命监测,也就是监测驾驶员的心跳和脉搏。

马斯克低头,特斯拉重拾毫米波雷达

虽然马斯克表示要取消汽车的前向毫米波雷达,但是从特斯拉车主手册的内容来看,毫米波雷达一直都在,从来没有取消过。

在美国,2022年特斯拉Model Y的车主手册明确写着:

「交通感知巡航控制和Autosteer不可用,因为位于车辆前保险杠区域的雷达没有能见度或能见度很低。继续前往目的地。你的车可以开。只要雷达获得足够的能见度,交通感知巡航控制和自动转向将保持不可用。这可能是由雪、冰、泥土或泥浆等因素造成的暂时阻塞。如果警报是由类似这样的临时因素引起的,则可能不需要采取任何措施:这种情况可能会在行驶过程中消失。」

由此可见,特斯拉智能驾驶必须配合毫米波雷达。

2021年推出的Model S格纹也是如此:

图中的[6]代表毫米波雷达。Model S格子和Model 3一样,配备了大陆汽车旗下ASC公司的ARS-4B,最大有效距离170米。这是2014年初的产品,性价比很高。特斯拉一直在用。

同时,ASC还推出了ARS-4A,有效距离为250米,但价格较高。因此,大多数车企都选择了ARS-4A。

按照FCC的惯例,有些信息是保密的,保密限制要半年后才能解除。

目前FCC网站只公开了特斯拉毫米波雷达的测试报告和标签标注。

目前资料有限,只知道大概的参数,3线进入功率不低。特斯拉原装大陆ARS-4B的功率输出只有52毫瓦。

特斯拉有一系列关于幽灵刹车的投诉,根源不是视觉系统,实际上是毫米波雷达。

毫米波雷达对金属目标很敏感,尤其是人行天桥和路边标志,甚至中央护栏。特斯拉做过很多幽灵刹车。特斯拉AI项目负责人安德烈·卡帕西(Andrei Capassi)曾在演讲中描述了一个由“摄像头+毫米波雷达”的技术路线导致特斯拉“幽灵刹车”的典型案例:

当车辆即将进入桥下时,毫米波雷达已经探测到静态物体“桥”的存在,但由于没有足够的分辨率,毫米波雷达无法分辨这个物体是桥还是车。

这时候就需要视觉来告诉系统这个静态的物体是什么了。

但由于毫米波雷达的原因,相机在测量前方物体参数时没有充分发挥精度。

如果前方恰好有汽车减速(但不足以引起制动),系统会将视觉系统报告的“减速车辆”与雷达报告的“静态物体”相关联,从而导致不必要的制动事件。

大多数毫米波雷达会过滤静态目标,以避免鬼制动。但是特斯拉用的ARS-4B本来就是设计行业用的,没有过滤静态目标。

还有一个,特斯拉为了美观,把毫米波雷达藏在保险杠里。如果是高质量的毫米波雷达,不会有太大影响,但是ARS-4B是大陆车最低端的毫米波雷达,性能本来就差,藏起来之后更差。

解决办法很简单:不要去掉毫米波雷达,用4D毫米波雷达代替它。

因为视觉系统容易漏检,过滤静态目标的毫米波雷达也容易漏检。

L3和L2自动驾驶的本质区别在于,前者试图避免脱离路肩,而后者允许漏检。

毫米波雷达在测距和测速方面的精度和可靠性是不可替代的,远高于视觉系统。

特斯拉一直很大胆。即便如此,他也不敢取消毫米波雷达。

中国的ARS540和Bosch是仅有的性能完美的4D毫米波雷达。

但是也有缺点,一个是价格太高。

要知道,ARS4A和ARS4B在mainland China的差价不超过50美元。

其次,这两款4D毫米波雷达都有一个缺点,就是背部凸起,导致高度过高。

如果车辆外形还没有定型,毫米波雷达的安装位置是可以找到的,这意味着4D毫米波雷达只能服务于新车。

目前性能最好的4D毫米波雷达:大陆汽车公司的ARS540,背面有一个大凸点。

结果特斯拉只能亲自出马,自己做毫米波雷达。

4D成像毫米波雷达的技术门槛其实很低,这主要得益于德州仪器。

2016年底,德州仪器推出了基于CMOS工艺的高集成度77GHz毫米波雷达芯片——适用于中短距离场景的AWR1642系列。前端MMIC射频、DSP和MCU模块集成在一块77GHz毫米波雷达SoC芯片上,显著降低了毫米波雷达的成本,大大降低了车载毫米波雷达的硬件开发难度。

针对近距离场景,TI内置了集成度更高的片上天线(AoP)芯片,将天线集成到芯片中,将最难的平面印刷天线集成到其中,从而将毫米波雷达的价格降到百元级别。

相对于其他雷达芯片厂商,TI芯片开发比较笨,底层软件开发完整,工具链好用。任何一个入行两年的射频工程师,基本都可以一个人搞定一个毫米波雷达设计。

这催生了一大批初创的毫米波雷达公司。

但时间久了,TI发现毫米波雷达芯片组几乎被恩智浦和英飞凌垄断的市场格局并没有改变,于是TI另辟蹊径,力推4D成像毫米波雷达概念:

基本上2018年底会提供基于AWR2243的4个级联的4D毫米波雷达的完整设计方案,包括最难的天线,还会考虑嵌入式4单元串馈贴片天线。

算法部分提供了MATLAB MIMO和波束形成两种选择,就像交钥匙工程一样,使得4D成像毫米波雷达没有技术门槛。

与此同时,大陆作为毫米波雷达的霸主,也在研发4D成像毫米波雷达。其实在2015年,大陆就预见到传统的3D(即速度、距离、方位,这些都是传统毫米波雷达提供的数据)毫米波雷达已经走到了尽头。

ARS540的研发始于2016年。最初的设计是使用两片恩智浦的S32R274,但这带来了一些问题。S32R274的两片导致PCB面积过大,而汽车雷达希望尽量小。同时,前端传感器融合需要相对较高的带宽。mainland China最初的设计是用MIPI CSI3,带宽14.88Gbps,比我们常用的MIPI CSI2要好,而S32R274是MIPI。

然而,支持MIPI CSI3的芯片很少。另外,mainland China希望ADC的精度更高,这样高分辨率才会实用,两个芯片的时钟同步就麻烦了。最后,mainland China决定使用Xilinx的Zynq UltraScale+ RFSoC系列FPGA。

Xilinx的Zynq UltraScale+ RFSoC系列FPGA专为射频领域设计,内含超高精度ADC和DAC。有两个等级的12位和14位选项,最多16个ADC或DAC。

一般考虑到ASIC的成本,ADC和DAC的配置不会那么豪华。S32R274只有四个12位ADC,采样速率只有10Msps。

在被FPGA取代后,恩智浦也开始研发用于4D成像毫米波雷达的芯片组。

2020年12月,恩智浦推出S32R45 4D成像毫米波雷达信号处理器和TEF82xx收发器,为4D成像毫米波雷达的芯片组增加了一个选项。未来英飞凌和模拟器都有可能推出相关芯片组。

ARS540采用4片级联的形式,连接4片恩智浦77GHz毫米波雷达收发机(MMIC)MR3003,每片Mr 3003 3发4收,4片12发16收。

目前绝大多数毫米波雷达采用单片收发机,通常只有3个发射机和4个接收机,也就是只有12个虚拟通道,而ARS540有192个虚拟通道,大大提高了分辨率。可以称之为图像雷达。

TI的方案也是如此,只不过AWR2243代替了MR3003,TDA2x代替了FPGA。

除了德国大陆车,中国乃至全世界的4D成像毫米波雷达基本都是TI基级联方案,为了低成本两级级联,为了性能四级级联。

以色列初创公司Vayyar开发了自己的关键收发器芯片,即华为的12发射器24接收器4D成像毫米波雷达。据知情人士透露,是自研芯片。它应该是四个收发器的级联,具有三个发射器和六个接收器,但也可能是六个来自德州仪器(ti)的AWR1642的级联,具有两个发射器和四个接收器。

我们来看德州仪器的方案,提供了一套完整的电路图:

德州仪器4D成像毫米波雷达开发板框架图

德州仪器的4D成像毫米波雷达内置4单元串馈贴片天线,采用业界最高品质的Rogers RO3003 PTFE载板。

可以看出德州仪器在距离和分辨率上做了妥协。

ARS540是唯一能真正测量目标高度的毫米波雷达,也就是其垂直分辨率仰角比较高,达到2.3,远高于德州仪器方案。毕竟mainland China自己设计天线,有20多年的经验,MR3003真的很强。

从这个角度来说,ARS540应该还是世界上唯一的4D毫米波雷达。

当然,如果不使用德州仪器的嵌入式天线,自己设计的话,可能会更好,但是需要很长的R&D周期,还要购买上千万人民币的R&D设备设施。创业公司肯定不会在固定资产上投入那么多。

ARS540的高度测量

成像毫米波雷达的成像是什么样的?

上图摘自德州仪器的开发板说明书。这是距离车辆1.5米处自行车和行人的毫米波雷达图像。如果是普通的3发4收单片3D毫米波雷达,恐怕单车只能探测到一个点,甚至探测不到。

即使是成像毫米波雷达,行人也只是一个小光点,普通雷达探测不到。这是因为金属反射电磁波的性能远高于人体。

显然,成像毫米波雷达不能和激光雷达成像相提并论。

至于博世的第五代毫米波雷达,目前没有详细信息,但肯定是4D雷达,性能可能不会比大陆车的ARS540差。它的带宽是76.065-76.932 GHz,将近900MHz,ARS540还是500MHz。

博世的缺点可能是功耗太高,射频输出功率达到惊人的5495毫瓦,整体功耗估计在20-40瓦。ARS540的RF输出功率为1143 MW。

特斯拉的三条线合计356毫瓦,所以推测特斯拉应该是在有效距离上做了妥协。

今年12月4日,FCC将公布特斯拉毫米波雷达的内部拆解照片、元器件甚至电路图。

本文来自投稿,不代表梦无畏立场,如若转载,请注明出处:https://www.jiaidc.com/56750.html

发表评论

您的电子邮箱地址不会被公开。 必填项已用*标注

联系我们

111-111-111

在线咨询:

邮件:info@111.com

工作时间:周一至周五,9:00-18:30,节假日休息