2022 年 6 月 7 日，特斯拉向 FCC 聯(lián)邦通訊委員會(huì)提交了毫米波雷達(dá)的相關(guān)材料。

一般而言，在美國(guó)上市的射頻相關(guān)產(chǎn)品，都必須向 FCC 提交第三方測(cè)試材料來(lái)證明其符合美國(guó)的頻譜管制規(guī)則。

這意味著特斯拉不僅沒(méi)有放棄毫米波雷達(dá)，而且親自下場(chǎng)設(shè)計(jì)了一款毫米波雷達(dá)。

實(shí)際上在 1 年前，也就是 2021 年 6 月 3日，特斯拉就提交了一份有關(guān)毫米波雷達(dá)的材料，即 2AEIM-161631，這是一款比較特殊的60GHz-64GHz 的毫米波雷達(dá)。

目前這款毫米波雷達(dá)的用途未知，從材料上看，其主芯片是德州儀器的 IWR6843AOP，可能是駕駛者生命體征監(jiān)測(cè) Driver Vital Monitoring，即監(jiān)測(cè)駕駛員的心跳脈搏。

雖然馬斯克說(shuō)要取消汽車(chē)前向毫米波雷達(dá)，但從特斯拉車(chē)主手冊(cè)的內(nèi)容來(lái)看，毫米波雷達(dá)一直都在，從未取消。

在美國(guó)地區(qū)，2022 年款特斯拉 Model Y 車(chē)主手冊(cè)第 219頁(yè)明確指出：

「Traffic-Aware Cruise Control and Autosteer are unavailable because the radar located in the front bumper area of your vehicle has no or low visibility. Continue to your destination. Your vehicle is OK to drive. Traffic-Aware Cruise Control and Autosteer will remain unavailable as long as the radar lacks adequate visibility. This could be a temporary obstruction caused by factors like snow, ice, dirt, or mud. If the alert is caused by a temporary factor like these, no action might be needed: the condition might clear during your drive.」

可以看出，特斯拉智能駕駛必須要毫米波雷達(dá)配合。

2021 年推出的 Model S Plaid 也是如此：

圖中的【6】就代表毫米波雷達(dá)，和 Model 3 一樣，Model S Plaid 搭載的還是大陸汽車(chē)旗下 ASC 公司的ARS-4B，最遠(yuǎn)有效距離為170 米。這是 2014 年初的產(chǎn)品，性?xún)r(jià)比很高，特斯拉一直在使用。

同期，ASC 還推出了 ARS-4A，有效距離可達(dá)250 米，不過(guò)價(jià)格要高一點(diǎn)。因此大部分車(chē)企都選擇了 ARS-4A。

按照 FCC 慣例，部分資料保密，要到半年后才解除保密限制。

目前 FCC 網(wǎng)站只公開(kāi)了特斯拉毫米波雷達(dá)的檢測(cè)報(bào)告和 Label 標(biāo)簽。

眼下信息有限，只知道其大概參數(shù)，3 線進(jìn)入，功率不低。特斯拉原先的大陸 ARS-4B 的功率輸出僅 52 毫瓦。

特斯拉出現(xiàn)一系列投訴幽靈剎車(chē)的問(wèn)題，其根源不是視覺(jué)系統(tǒng)，實(shí)際可能是毫米波雷達(dá)的問(wèn)題。

毫米波雷達(dá)對(duì)金屬目標(biāo)敏感，特別是人行天橋和路邊的標(biāo)牌，甚至是中央護(hù)欄，特斯拉多次幽靈剎車(chē)，前特斯拉 AI 項(xiàng)目負(fù)責(zé)人——安德烈·卡帕西，曾在演講中描述過(guò)一個(gè)特斯拉因「攝像頭+毫米波雷達(dá)」技術(shù)路線造成「幽靈剎車(chē)」的典型案例：

當(dāng)車(chē)輛即將駛?cè)霕蛳碌臅r(shí)候，毫米波雷達(dá)已經(jīng)檢測(cè)到了「橋」這個(gè)靜態(tài)物體的存在，但是因?yàn)闆](méi)有足夠的分辨率，毫米波雷達(dá)分不清楚這個(gè)物體是橋梁還是汽車(chē)。

這時(shí)候就需要視覺(jué)感知來(lái)告訴系統(tǒng)：這個(gè)靜態(tài)的物體到底是什么。

但由于關(guān)聯(lián)了毫米波雷達(dá)的原因，攝像頭在對(duì)前方物體各項(xiàng)參數(shù)的測(cè)量中都沒(méi)有發(fā)揮足夠的精度。

如果前方恰好有一輛緩慢減速的汽車(chē)（但不足以造成剎車(chē)），系統(tǒng)就會(huì)將視覺(jué)系統(tǒng)報(bào)告的「減速車(chē)輛」和雷達(dá)報(bào)告的「靜態(tài)物體」相關(guān)聯(lián)，從而導(dǎo)致不必要的剎車(chē)事件。

大部分毫米波雷達(dá)都過(guò)濾了靜態(tài)目標(biāo)，避免出現(xiàn)幽靈剎車(chē)。但特斯拉用的 ARS-4B本來(lái)是設(shè)計(jì)工業(yè)領(lǐng)域用的，沒(méi)有過(guò)濾靜態(tài)目標(biāo)。

再有一個(gè)，特斯拉為了美觀，把毫米波雷達(dá)隱藏在保險(xiǎn)杠內(nèi)，如果是高品質(zhì)的毫米波雷達(dá)，這個(gè)影響還不算太大，但 ARS-4B 是大陸汽車(chē)最低端的毫米波雷達(dá)，性能本來(lái)就差，隱藏后更差。

解決辦法很簡(jiǎn)單：不是去掉毫米波雷達(dá)，而是更換為 4D 毫米波雷達(dá)。

因?yàn)橐曈X(jué)系統(tǒng)容易漏檢，過(guò)濾了靜態(tài)目標(biāo)的毫米波雷達(dá)，也容易漏檢。

L3 與 L2 自動(dòng)駕駛的本質(zhì)區(qū)別就是，前者盡量避免漏檢，后者允許漏檢。

毫米波雷達(dá)在測(cè)距測(cè)速方面，準(zhǔn)確度遠(yuǎn)高于視覺(jué)系統(tǒng)，可靠性更高，是無(wú)法取代的存在。

特斯拉一向膽子大，即便如此，也不敢取消毫米波雷達(dá)。

大陸汽車(chē)的 ARS540 和博世第五代毫米波雷達(dá)，是目前唯二的 4D 毫米波雷達(dá)，性能完美。

但缺點(diǎn)也有，一個(gè)是價(jià)格太高。

要知道，大陸的 ARS4A 和 ARS4B 價(jià)格差不超過(guò) 50 美元。

其次是，這兩個(gè) 4D 毫米波雷達(dá)有個(gè)缺點(diǎn)，就是背部隆起，造成高度太高。

如果車(chē)輛造型還未定型，還可以為毫米波雷達(dá)找到安裝位置，這也就是說(shuō) 4D 毫米波雷達(dá)只能為新車(chē)服務(wù)。

目前性能最好的 4D 毫米波雷達(dá)：大陸汽車(chē)的 ARS540，背部有大凸起

于是，特斯拉只能親自下場(chǎng)，自己做毫米波雷達(dá)。

4D 成像毫米波雷達(dá)的技術(shù)門(mén)檻實(shí)際很低，這主要是德州儀器的功勞。

德州儀器在 2016 年底推出基于 CMOS 工藝的高集成度77GHz 毫米波雷達(dá)芯片——適用于中短距場(chǎng)景的AWR1642系列，將前端 MMIC RF、DSP 和 MCU 三個(gè)模塊集成在一個(gè) 77GHz 毫米波雷達(dá)SoC 芯片上，顯著降低了毫米波雷達(dá)成本，大幅拉低了車(chē)載毫米波雷達(dá)的硬件開(kāi)發(fā)難度。

針對(duì)近距離場(chǎng)景，TI 打造了集成度更高的天線片上集成（AoP）芯片，將天線集成在芯片里，將難度最高的平面印刷天線集成其中，毫米波雷達(dá)價(jià)格被拉低到百元級(jí)別。

相比其他雷達(dá)芯片廠商，TI 芯片開(kāi)發(fā)具有傻瓜式的特點(diǎn)，底層軟件開(kāi)發(fā)很完備，工具鏈也很容易上手，任何一個(gè)入行兩年的射頻工程師基本都可以單獨(dú)搞定一個(gè)毫米波雷達(dá)設(shè)計(jì)。

這也就催生了數(shù)量眾多的初創(chuàng)毫米波雷達(dá)企業(yè)。

然而時(shí)間長(zhǎng)了，TI 發(fā)現(xiàn)，NXP 和英飛凌幾乎壟斷的毫米波雷達(dá)芯片組市場(chǎng)格局并未有改變，于是 TI 另辟蹊徑，力推 4D 成像毫米波雷達(dá)概念：

• 基本上在 2018 年底就提供基于 AWR2243 的 4 片級(jí)聯(lián) 4D 毫米波雷達(dá)全套設(shè)計(jì)方案，包括最難搞定的天線也考慮在內(nèi)，內(nèi)嵌4-element series-fed patch 天線。

• 算法部分則提供MATLAB MIMO 和 beamforming 兩種選擇，就像交鑰匙工程，讓 4D 成像毫米波雷達(dá)沒(méi)有技術(shù)門(mén)檻。

與此同時(shí)，作為毫米波雷達(dá)霸主的大陸，也在研發(fā) 4D 成像毫米波雷達(dá)，實(shí)際在 2015 年大陸就預(yù)感到傳統(tǒng) 3D（即速度、距離和方位角，這是傳統(tǒng)毫米波雷達(dá)提供的數(shù)據(jù)）毫米波雷達(dá)已經(jīng)走到盡頭。

ARS540 的研發(fā)工作起始于 2016 年，最初的設(shè)計(jì)是使用 NXP 的 S32R274 ，但這帶來(lái)一些問(wèn)題，兩片 S32R274 導(dǎo)致 PCB 面積太大，而汽車(chē)?yán)走_(dá)是希望盡量小體積，同時(shí)前端的傳感器融合需要比較高的帶寬，大陸最初的設(shè)計(jì)是使用 MIPI CSI3，其帶寬為14.88Gbps，比我們常用的 MIPI CSI2 更好，而 S32R274 是MIPI CSI2。

但是支持 MIPI CSI3 的芯片很少。此外大陸希望 ADC 的精度更高，這樣高度分辨率才足以實(shí)用，并且兩片芯片的時(shí)鐘同步等工作也比較麻煩，最終大陸決定使用 Xilinx 的Zynq UltraScale+ RFSoC 系列 FPGA。

Xilinx 的 Zynq UltraScale+ RFSoC 系列 FPGA 專(zhuān)用射頻領(lǐng)域設(shè)計(jì)，內(nèi)部包含超高精度 ADC 和 DAC，有 12、14 比特兩個(gè)檔次選擇，最多 16 個(gè)ADC 或 DAC。

通常 ASIC 考慮成本，ADC 和 DAC 的配置都不會(huì)如此豪華，S32R274 里只有 4 個(gè) 12 比特 ADC，取樣率只有10Msps。

在被 FPGA 取代后，NXP 也開(kāi)始抓緊研發(fā)針對(duì) 4D 成像毫米波雷達(dá)芯片組的工作。

2020 年 12 月，NXP 推出 S32R45 4D 成像毫米波雷達(dá)信號(hào)處理器和 TEF82xx 收發(fā)器，為 4D 成像毫米波雷達(dá)芯片組增加了一個(gè)選擇項(xiàng)，未來(lái)英飛凌和模擬器件也很有可能推出相關(guān)的芯片組。

ARS540 采用 4 片級(jí)聯(lián)的形式，將 4 片 NXP 的 77GHz 毫米波雷達(dá)收發(fā)器（即 MMIC）MR3003 級(jí)聯(lián)，每個(gè) MR3003 是 3 發(fā) 4 收，4 片就是 12 發(fā) 16 收。

目前絕大多數(shù)毫米波雷達(dá)都是采用單片收發(fā)器，通常只有 3 發(fā) 4 收，也就是只有 12 個(gè)虛擬通道，而 ARS540 是 192 個(gè)虛擬通道，分辨率大大提高。可以稱(chēng)之為圖像雷達(dá)。

TI 的方案也是如此，只是用 AWR2243代替 MR3003，用 TDA2x 代替 FPGA。

除德國(guó)大陸汽車(chē)，中國(guó)乃至全球的 4D 成像毫米波雷達(dá)基本都是基于 TI 的級(jí)聯(lián)方案，有追求低成本的 2 片級(jí)聯(lián)，有追求性能的 4 片級(jí)聯(lián)。

來(lái)自以色列初創(chuàng)公司 Vayyar 自己開(kāi)發(fā)關(guān)鍵的收發(fā)器芯片，華為的 12 發(fā) 24 收 4D 成像毫米波雷達(dá)，據(jù)知情人士表示，是采用自研的芯片，應(yīng)該是 4 片 3 發(fā) 6 收的收發(fā)器級(jí)聯(lián)而成，但也有可能是德州儀器的 AWR1642 六片級(jí)聯(lián)而成，AWR1642 是 2 發(fā) 4 收。

我們來(lái)看德州儀器的方案，德州儀器提供全套電路圖：

德州儀器 4D 成像毫米波雷達(dá)開(kāi)發(fā)板框架圖

德州儀器 4D 成像毫米波雷達(dá)內(nèi)嵌4-element series-fed patch 天線，采用業(yè)內(nèi)品質(zhì)最高的Rogers RO3003 PTFE 載板。

可以看出，德州儀器在距離和分辨率之間做了妥協(xié)。

ARS540 是唯一具備能夠真正測(cè)量目標(biāo)高度的毫米波雷達(dá)，也就是其垂直分辨率 Elevation 比較高，達(dá)到 2.3°，遠(yuǎn)高于德州儀器方案，畢竟大陸是自己設(shè)計(jì)天線，擁有超過(guò) 20 年的經(jīng)驗(yàn)，且 MR3003 也確實(shí)比較強(qiáng)。

從這個(gè)角度講，ARS540 到目前應(yīng)該還是全球唯二 4D 毫米波雷達(dá)。

當(dāng)然，如果不用德州儀器的內(nèi)嵌天線，自己?jiǎn)为?dú)設(shè)計(jì)，可能會(huì)好一點(diǎn)，但會(huì)付出很長(zhǎng)的研發(fā)周期，購(gòu)置上千萬(wàn)人民幣的研發(fā)設(shè)備和設(shè)施，初創(chuàng)公司肯定不會(huì)這么大手筆投資固定資產(chǎn)。

ARS540 的高度測(cè)量

成像毫米波雷達(dá)的成像是什么樣的？

上圖是取自德州儀器的開(kāi)發(fā)板說(shuō)明書(shū)，這是自行車(chē)和行人離車(chē)輛 1.5 米距離時(shí)的毫米波雷達(dá)成像圖，如果是普通的 3 發(fā) 4 收單片 3D 毫米波雷達(dá)，自行車(chē)恐怕只能檢測(cè)到一個(gè)點(diǎn)，甚至檢測(cè)不到。

即便是成像毫米波雷達(dá)，行人也只是一個(gè)小點(diǎn)，普通雷達(dá)則完全檢測(cè)不到，這是因?yàn)榻饘俜瓷潆姶挪ǖ男阅苓h(yuǎn)比人體要高。

顯然成像毫米波雷達(dá)無(wú)法和激光雷達(dá)成像相提并論。

至于博世的五代毫米波雷達(dá)，目前還未有詳細(xì)資料，但是肯定是 4D 雷達(dá)，性能可能不次于大陸汽車(chē)的 ARS540，其帶寬為 76.065-76.932 GHz，近 900MHz，ARS540 還是 500MHz。

博世的缺點(diǎn)可能是功耗太高，射頻輸出功率達(dá)到驚人的 5495 毫瓦，整體功耗估計(jì)有 20-40 瓦。ARS540 的射頻輸出功率是 1143 毫瓦。

特斯拉三條線合計(jì)是 356 毫瓦，以此推測(cè)，特斯拉應(yīng)該在有效距離上做了妥協(xié)。

到今年 12 月 4 日，F(xiàn)CC 將公布特斯拉毫米波雷達(dá)內(nèi)部拆解照片和零部件構(gòu)成，甚至是電路圖。

屆時(shí)我會(huì)第一時(shí)間告訴大家，敬請(qǐng)期待。

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