今年2月，Twitter博主Greetheonly發(fā)布特斯拉HW 4.0的實物圖片，指出該產(chǎn)品具備至少兩個以太網(wǎng)接口。此前，特斯拉曾向FCC遞交毫米波雷達(dá)相關(guān)文件。該產(chǎn)品采用由6發(fā)射通道、8接收通道組成的射頻芯片組，工作頻率為76-77GHz，業(yè)界普遍推斷該產(chǎn)品為4D毫米波雷達(dá)。MdSesmc

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特斯拉HW 4.0(圖源：Twitter博主Greetheonly)MdSesmc

何為4D毫米波雷達(dá)

所謂“4D毫米波雷達(dá)”，通俗地講，就是與現(xiàn)有的傳統(tǒng)毫米波雷達(dá)相比，其在水平和俯仰方向上的分辨率得到了極大提高，可以在任何光照或天氣條件下，將雷達(dá)的功能從測量距離、速度、水平方位角擴展到涵蓋距離(Range)、方位(Azimuth)、俯仰角(Elevation)和相對速度(Velocity)的測量，顯著增強了雷達(dá)的性能。MdSesmc

如果用數(shù)字加以定量描述，以4D毫米波成像雷達(dá)為例，它可以實現(xiàn)超過300米的探測距離，可以在水平和俯仰方向上達(dá)到小于1度的分辨率，輸出類似激光雷達(dá)的點云。也就是說，4D成像雷達(dá)可以用很高的分辨率去探測物體的距離、速度、水平角度和高度，并通過點云對環(huán)境和目標(biāo)的輪廓進(jìn)行描述并分類，從而滿足L2+ ADAS系統(tǒng)的需求。MdSesmc

當(dāng)然，也只有這樣，它才能夠不僅可以“理解”水平面，還可以“理解”垂直平面，真正把前方探測到的物體輪廓大概描繪出來，從而幫助車輛判斷是在物體“下方”還是“上方”行駛，從而解決傳統(tǒng)毫米波雷達(dá)無法有效識別靜止物體、測量角度誤差范圍較大的問題。MdSesmc

從應(yīng)用場景來看，L1級別目前需要實現(xiàn)自適應(yīng)巡航控制(ACC)或者自動緊急制動(AEB)功能，這樣的系統(tǒng)通常搭載1顆前向長距離雷達(dá)與攝像頭組合，后向功能中的盲區(qū)檢測(BSD)、變道輔助系統(tǒng)(LCA)等功能則需要2顆后角雷達(dá)；到了L2級別，通常需要再額外多加裝兩顆前角雷達(dá)，以實現(xiàn)前向橫穿預(yù)警、帶轉(zhuǎn)向的AEB、自動泊車等功能，并與數(shù)顆攝像頭(≥4)一起實現(xiàn)360度車輛環(huán)視。 MdSesmc

在L2+/L3以上級別，攝像頭(6-8)和雷達(dá)傳感器(5-10)的數(shù)量會進(jìn)一步增多，對傳感器性能的要求也大幅提升。例如在L1、L2級別時，前向雷達(dá)只需具備辨別車輛或行人的能力即可，而到了L3+級別時則需要包括4D成像雷達(dá)在內(nèi)的更高性能的雷達(dá)產(chǎn)品。MdSesmc

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圖源：NXPMdSesmc

持續(xù)向中低端車型滲透

目前雷達(dá)市場有兩大重要變化：一是毫米波雷達(dá)技術(shù)從之前的SiGe轉(zhuǎn)型到RFCMOS，第二個關(guān)鍵變化是24GHz傳感器正被77GHz傳感器取代，這是推動4D毫米波雷達(dá)成本持續(xù)降低的主因。MdSesmc

毫米波雷達(dá)核心元器件包括MMIC、專用處理器和PCB，占BOM比重分別為20%、30%、10%，得益于MMIC芯片工藝的不斷改進(jìn)下，車載毫米波雷達(dá)系統(tǒng)成本已經(jīng)持續(xù)下行至初代工藝對應(yīng)成本的30%。MdSesmc

1990-2007年間，毫米波雷達(dá)主要采用砷化鎵(GaAs)工藝，費用昂貴，多用于高頻高功率應(yīng)用，且由于金屬層少，芯片集成度低，需要大量芯片搭建毫米波射頻前端(7-8顆MMIC/3-4顆BBIC)，導(dǎo)致雷達(dá)模塊體積和價格不具備吸引力；2007-2017年，鍺硅(SiGe)工藝逐漸開始成熟，系統(tǒng)所需射頻芯片數(shù)量大幅下降(2-5顆MMIC/1-2顆BBIC)，雷達(dá)體積也逐漸縮小，推動了毫米波雷達(dá)在汽車ADAS系統(tǒng)上的應(yīng)用。但價格仍然較貴(上百美金)，除了高端車系，SiGe工藝的77GHz產(chǎn)品還是難以滿足大批量應(yīng)用；而從2017年至今，低造價、高集成的CMOS工藝已經(jīng)使雷達(dá)射頻芯片數(shù)量減少到1顆MMIC/1顆BBIC。MdSesmc

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汽車毫米波雷達(dá)CMOS工藝爆發(fā)期已到(圖源：加特蘭微電子)MdSesmc

中信證券預(yù)計2025年悲觀/中性/樂觀情況下國內(nèi)4D毫米波雷達(dá)市場空間分別為23.2億/30.3億/36.8億元，4D前向雷達(dá)和4D角雷達(dá)在L2級別中的滲透率分別為5%/6%/10%和2%/5%/6%，2030年國內(nèi)4D毫米波雷達(dá)市場空間分別為106.2億/146.1億/150.1億元。MdSesmc

(文中的悲觀/中性/樂觀分別指：4D毫米波雷達(dá)僅滲透至搭載或計劃搭載激光雷達(dá)的車型；4D毫米波雷達(dá)將滲透至搭載智能駕駛域控制器的L2級別車型；4D毫米波雷達(dá)的潛在滲透范圍進(jìn)一步拓展至L2級別所有車型)MdSesmc

另一方面，現(xiàn)階段激光雷達(dá)的產(chǎn)品單價約600-2000美元，采埃孚、大陸集團等tier1 的4D毫米波雷達(dá)約為150-200美元，相比激光雷達(dá)性價比優(yōu)勢顯著。價格方面，由于雷達(dá)獲得國產(chǎn)突破，價格方面也將繼續(xù)走低。中信證券方面預(yù)計2025/2030年4D前向雷達(dá)的單價分別為945/662元，4D角雷達(dá)的單價分別為378/265元；申萬宏源則預(yù)計4D成像雷達(dá)單價有望從1500元下降至1000元。MdSesmc

多種技術(shù)路線并存

目前，4D毫米波雷達(dá)的主要包括級聯(lián)、集成芯片、級聯(lián)+虛擬孔徑成像3種技術(shù)方案：MdSesmc

1）級聯(lián)方案基于成熟的標(biāo)準(zhǔn)雷達(dá)芯片打造，前期開發(fā)難度低，大陸集團、采埃孚、華域汽車等供應(yīng)商均采用此方案。但由于級聯(lián)方案由多顆芯片級聯(lián)而成，產(chǎn)品尺寸較大、功耗較高。另一方面，天線之間存在互相干擾的問題，零部件供應(yīng)商需要解決信噪比較低的問題。MdSesmc

例如恩智浦4D成像雷達(dá)方案就由多顆級聯(lián)TEF82xx雷達(dá)射頻芯片，并結(jié)合S32R45或S32R41雷達(dá)處理器芯片所構(gòu)建，可實現(xiàn)360度環(huán)繞感知，從而滿足L2+級至L5級的自動駕駛需求。該方案最大的亮點在于率先提供了短距、中距、長距三合一的并發(fā)多模雷達(dá)感測，可實現(xiàn)對汽車周圍寬廣視場的同時感測。MdSesmc

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圖源：NXPMdSesmc

2019年，TI推出了自己的毫米波雷達(dá)系統(tǒng)級聯(lián)方案。通過將四個3發(fā)4收的單個MIMO芯片級聯(lián)方案構(gòu)成12發(fā)16收的MIMO雷達(dá)陣列，將雷達(dá)系統(tǒng)的虛擬通道數(shù)從12提升到了192，其水平角度分辨率可達(dá)到1.4°，俯仰角度分辨率可達(dá)到18°的效果。MdSesmc

2）集成芯片方案將多發(fā)多收天線集成在一顆ASIC芯片中，能夠大幅縮小產(chǎn)品體積，但芯片尚未完全成熟，成本較高。根據(jù)Vehicle 數(shù)據(jù)，現(xiàn)階段集成芯片方案的4D 毫米波雷達(dá)單價約為300-400美元，級聯(lián)方案則為150-200美元。MdSesmc

以色列Arbe為該芯片的頭部供應(yīng)商，該公司開發(fā)出了目前最大的48發(fā)48收級聯(lián)雷達(dá)系統(tǒng)方案，其虛擬通道數(shù)可以達(dá)到驚人的2304個。但他們采用的是自研專用處理器，并在其中增加了獨有的雷達(dá)信號處理硬件加速模塊，以更好的解決成像雷達(dá)系統(tǒng)中數(shù)據(jù)高吞吐量的問題。MdSesmc

3）級聯(lián)+虛擬孔徑成像方案級聯(lián)+虛擬孔徑成像方案在標(biāo)準(zhǔn)雷達(dá)芯片的基礎(chǔ)上，借助虛擬孔徑成像算法進(jìn)行相位調(diào)制，使得每根接收天線在不同時間產(chǎn)生不同的相位響應(yīng)，從而將原有物理天線虛擬至十倍甚至數(shù)十倍，角分辨率能夠從10°提升至1°。與級聯(lián)方案相比，該方案使用的芯片數(shù)量更少，有利于縮小產(chǎn)品尺寸，降低產(chǎn)品功耗，但技術(shù)壁壘較高，現(xiàn)有參與者以傲酷和幾何伙伴為主。MdSesmc

國內(nèi)多家供應(yīng)商展開布局

南京隼眼科技目前通過單芯片就可以實現(xiàn)高達(dá)300米的探測距離和優(yōu)于0.1度的角精度。而在5H交通雷達(dá)(即全息感知、超高智能、超精、超分辨和超距離)方面，實現(xiàn)了超過1500米的檢測能力，角精度優(yōu)于0.1度，角分辨率優(yōu)于0.6度，可以同時覆蓋10-14個車道，代表了業(yè)內(nèi)領(lǐng)先水平。MdSesmc

經(jīng)緯恒潤基于Arbe雷達(dá)芯片組開發(fā)的4D毫米波雷達(dá)，具有48路發(fā)射和48路接收通道，探測距離達(dá)350m，并可實現(xiàn)方位向1°和俯仰向1.5°的真實孔徑分辨率，能夠滿足L2+及以上級別智能駕駛系統(tǒng)的需求。公司已于2022年11月向Arbe 訂購34 萬個雷達(dá)芯片組，計劃應(yīng)用于2023年和2024年的4D毫米波雷達(dá)量產(chǎn)產(chǎn)品。MdSesmc

威孚高科同樣基于Arbe雷達(dá)芯片組開發(fā)集成芯片方案的4D毫米波雷達(dá)產(chǎn)品。公司官網(wǎng)顯示，公司于2021年實現(xiàn)4D毫米波雷達(dá)的首批原型樣件試制和交付，目前處于技術(shù)研發(fā)和市場應(yīng)用快速發(fā)展階段，并已獲得干線物流項目定點。MdSesmc

華域汽車擁有2大產(chǎn)品系列：LRR30兩片級聯(lián)成像雷達(dá)和4片級聯(lián)成像雷達(dá)LRR40，可以達(dá)到350米的距離，水平和俯仰實現(xiàn)1度和2度的分辨率，F(xiàn)OV可以進(jìn)一步擴展到±75度，盲區(qū)可以進(jìn)一步縮小。MdSesmc

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華域4D雷達(dá)產(chǎn)品MdSesmc

保隆科技規(guī)劃了24發(fā)12收和48發(fā)48收兩款4D毫米波雷達(dá)，正處于開發(fā)測試階段。上述產(chǎn)品的最遠(yuǎn)探測距離達(dá)300m，水平/垂直視場角分別為110°/30°，并可實現(xiàn)方位向1°和俯仰向1.6°的真實孔徑分辨率。MdSesmc

為升科開發(fā)的高角度分辨率雷達(dá)可得到小于1度的水平角分辨率，以及小于2度的垂直角分辨率，通過角分辨率的提升，使得雷達(dá)偵測距離大于300米、輸出數(shù)據(jù)速率達(dá)到20FPS，并使雷達(dá)每秒提供8萬個點云。MdSesmc

不要只關(guān)注數(shù)量

2022年乃至今后幾年內(nèi)，汽車毫米波雷達(dá)數(shù)量的增加肯定是不爭的事實。但有業(yè)內(nèi)專家指出，毫米波雷達(dá)即便發(fā)展到4D雷達(dá)或4片級聯(lián)雷達(dá)，也還遠(yuǎn)遠(yuǎn)沒有走到所能達(dá)到的盡頭。比如過去雷達(dá)最大的缺點是分辨率不足，現(xiàn)在通過更多芯片級聯(lián)將分辨率提升到足夠高的程度后，發(fā)現(xiàn)更突出的問題是動態(tài)范圍不足。MdSesmc

另一方面，從當(dāng)前的發(fā)展趨勢來看，毫米波雷達(dá)除了應(yīng)用于自動駕駛上，也在快速地向大交通、智能交通演進(jìn)。這就必然涉及到車路協(xié)同，即“聰明的車”和“智慧的路”的協(xié)同，但協(xié)同的方式將呈現(xiàn)多樣化，既有通信，未來也有可能通過感知實現(xiàn)。MdSesmc

除了數(shù)量增加之外，車載毫米波雷達(dá)還需要思考的問題包括：如何繼續(xù)提升其在探測距離、距離分辨率、角度分辨率(包括俯仰方向)、檢測和區(qū)分小目標(biāo)等方面的能力？如何實現(xiàn)相同性能條件下更低的功耗？如何在中短距離雷達(dá)應(yīng)用中實現(xiàn)射頻前端和雷達(dá)處理器，甚至是天線與芯片封裝的集成，用來進(jìn)一步降低系統(tǒng)成本，方便系統(tǒng)設(shè)計和應(yīng)用？如何利用AI和深度學(xué)習(xí)進(jìn)一步提高毫米波雷達(dá)自主學(xué)習(xí)、自我演進(jìn)的能力？等等。MdSesmc

但“行則將至”。盡管自動駕駛級別不同，市場也有很多細(xì)分，不存在一刀切的傳感器市場，然而毋庸置疑的是，以毫米波雷達(dá)、攝像頭和激光雷達(dá)為代表的傳感器已經(jīng)成為自動駕駛的靈魂所在，它們正在迎來一個快速的發(fā)展和迭代周期。MdSesmc

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