Датчики и вычислительная мощность ADAS: прогнозы и ожидания

Датчики и вычислительная мощность ADAS: прогнозы и ожидания

Выпуск 21 (6720) от 29 октября 2020 г.
РУБРИКА: АВТОМОБИЛЬНАЯ ЭЛЕКТРОНИКА

Перспективные системы помощи водителю (ADAS) были разработаны на основе сочетаний датчиков и электронных блоков управления (ЭБУ) и уже помогли заметно сократить количество дорожно-транспортных происшествий, своевременно предупреждая водителей о потенциальных проблемах и давая им возможность избежать столкновений. В одном из последних исследований Yole Développement рассматриваются перспективы развития технологий ADAS до 2025–2030 гг.

В настоящее время при обработке данных, генерируемых датчиками радаров и камер, входящих в состав ADAS, главным образом используются вычислительные возможности самой ADAS. Появившиеся недавно более мощные вычислительные ИС позволили увеличить и расширить функционал этих систем. Ряд производителей комплектного оборудования (OEM) начал дополнять датчики камер и радаров датчиками лидаров (рис. 1).



Источник: Yole Développement, 2020

Рисунок 1. Технологическая маршрутная карта развития автомобильных датчиков


Функциональность ADAS изначально охватывала вопросы обеспечения безопасности водителя, пассажиров, самой машины в различных условиях дорожного движения. Теперь она расширяется – ​за счет освоения некоторых функций автоматизированного вождения. Для реализации таких функций требуется большее количество датчиков, большая вычислительная мощность и более сложная архитектура электрической и электронной составляющих автомобиля.


Расширение функциональности ADAS как средство улучшения конъюнктуры рынка

В автомобильной промышленности влияние пандемии COVID‑19 многое изменило – ​в частности, соотношение предложения и спроса. Ожидается, что в 2020 г. производство новых автомобилей сократится по сравнению с 2019 г. на 30%. Правда, как предполагается, неизменной останется стратегия автомобильной промышленности в отношении четырех основных «мегатенденций»: подключаемости транспортных средств к сетям, автономного вождения и расширения применяемости электромобилей, совместного использования, – ​однако скорость реализации этих мегатенденций может измениться из-за кризиса. Главным направлением деятельности OEM по-прежнему останется электрификация транспортных средств, поскольку ограничения и соответствующие штрафы за чрезмерные выбросы CO2 не только останутся в силе, но и будут ужесточаться.

Вторым по важности направлением деятельности OEM станет разработка ADAS, ориентированных на повышение уровня безо-пасности и обеспечение возможностей автономного вождения. Разработка усовершенствованных систем экстренного торможения (advanced emergency braking systems, AEB) – ​отличный шаг к предотвращению лобовых столкновений, но эти системы все еще нуждаются в доработке – ​что было продемонстрировано в октябре 2019 г. в рамках тестирования AEB-систем специалистами Американской автомобильной ассоциации (American Automobile Association, AAA). Все более заметное значение приобретают средства автоматизированного вождения в пробках или на шоссе, позволяющие облегчить процесс вождения. Для OEM это также перспективное направление работ, позволяющее выделиться на рынке.

Для реализации новых функций и расширения возможностей уже существующих потребуются дополнительные датчики, увеличенные вычислительные мощности и новые архитектуры электрической и электронной составляющих автомобилей (рис. 2).



Источник: Yole Développement, 2020

Рисунок 2. Эволюция электрической и электронной составляющих автомобиля (оценка и прогноз)


Традиционно в автомобилях использовались распределенные архитектуры, построенные по принципу «один ЭБУ – ​одна функция». Для обеспечения реализации функций автоматизированного вождения специалистам OEM придется разработать более интеллектуальные ЭБУ или контроллеры функциональных областей (доменов), позволяющие осуществлять одновременную обработку данных, генерируемых несколькими датчиками (рис. 3).



Источник: Yole Développement, 2020

Рисунок 3. Направления слияния данных, обеспечивающих автоматизированное вождение (2020–2030 гг.)

* ACC Stop & Go – адаптивный круиз-контроль, поддерживающий скорость до 160 (210) км/ч с торможением до полной остановки.

После остановки ACC не выключается, а ждет, пока тронется впередистоящее авто. На тормоз жать не нужно, но если прошло больше трех секунд с момента остановки, то для старта надо либо переключить ACC, либо нажать на педаль газа.


Начало тенденции сочетания разных датчиков положили корпорации Audi и Tesla. В случае Audi это было объединение датчиков радаров, камер и лидаров. Чтобы обеспечить слияние получаемых данных, специалисты Audi в сотрудничестве с разработчиками фирмы Aptiv создали контроллер домена zFAS, предназначенный для фронтальных датчиков. Tesla сделала следующий шаг в разработке контроллеров домена, представив собственное аппаратное обеспечение семейства Autopilot. Оно намного сложнее и обладает большей функциональностью – ​в частности поддерживает возможность частого радиообновления ПО (over-the-air, OTA). Инновации, порождаемые подобными функциями, станут ключевым фактором дифференциации (создания конкурентных отличий) ОЕМ-производителей, стремящихся «перезапустить» рынок.


Перспективы рынка датчиков до 2025 г.

Пандемия коронавируса оказала сильное воздействие на производство автомобилей. По оценкам экспертов, потребуется три года для восстановления и выхода производства на докризисный уровень. При этом прогнозируется, что в 2020 г. мировой рынок радаров, камер, лидаров и ADAS с вычислительными возможностями достигнет 8,6 млрд долл. (рис. 4). Почти половина объема придется на радары, уровень продаж камер будет чуть меньше. Доходы от сбыта ADAS с вычислительными возможностями отстанут от уровня продаж камер и радаров в 2,6–2,9 раза. Продажи лидаров ожидаются очень скромными – ​всего 40 млн долл.



Источник: Yole Développement, 2020

Рисунок 4. Прогноз структуры рынка ADAS на 2020–2025 гг.


Благодаря высокому уровню оснащенности автомобилей радарами и камерами связанные с ними доходы от продаж по окончании пандемии быстро восстановятся. Так, по прогнозам, продажи радаров в 2021 г. превысят уровень 2019 г., а в 2025-м достигнут 9,1 млрд долл. При этом среднегодовые темпы прироста в сложных процентах (CAGR) за период 2020–2025 гг. составят 19%. Выручка от продаж камер в 2021 г. также превысит выручку 2019-го и в 2025-м достигнет 8,1 млрд долл. при CAGR=18%. Доходы поставщиков ADAS с вычислительными возможностями в 2025 г. вырастут до 3,5 млрд долл. при CAGR в 22%. Продажи лидаров сегодня весьма ограничены, поскольку только один OEM внедряет датчики этого типа в качестве опции в некоторые из своих автомобилей, но ожидается, что в ближайшие годы его примеру последуют и другие автомобильные OEM, такие как BMW и Volvo. Правда, применение лидаров будет по-прежнему ограничено автомобилями класса люкс, соответственно, продажи этих приборов в 2025 г. составят всего 1,7 млрд долл. при CAGR=113%.

Ожидается, что в обозримой перспективе на рынке датчиков ADAS по-прежнему будут лидировать датчики радаров и камер. Это обусловлено несколькими причинами. Радары и камеры уже хорошо интегрированы в автомобиль, и эта интеграция не влияет на внешний вид. Добавление новых датчиков радаров и камер не представляет сложности для разработчиков, в отличие от лидаров – ​это довольно громоздкие и сложные приборы, и большинству OEM и поставщиков первого уровня по-прежнему не хватает опыта их интеграции, а для уменьшения габаритов лидаров необходима их доработка. Тем временем радарные технологии до сих пор совершенствуются: в 2021 г. ожидается появление радаров с визуализацией изображений – ​такие приборы позволят лучше обнаруживать и классифицировать объекты. То же касается фронтальных камер ADAS и связанных с ними систем обработки изображений. Новейшие микросхемы позволяют перейти от моно- к трифокальным системам, обеспечивая автоматическое вождение на выделенных дорогах, таких как автотрассы (рис. 5).



Источник: Yole Développement, 2020

Рисунок 5. Маршрутная карта освоения автоматизированного вождения


Совершенствование датчиков

Сегодня радары и камеры представляют собой основные датчики, используемые OEM-поставщиками для аппаратной поддержки функций безопасности и автоматизированного вождения. Предполагается, что уровень насыщенности ADAS монокамерами будет расти – ​если в 2020 г. они применяются в 51% реализуемых ADAS, то в 2025 г. этот показатель увеличится до 85%. Данный тип камер – ​многоцелевой, он используется в массово выпускаемых автомобилях в системах автоматического аварийного торможения (AEB), а также для поддержки других функций, таких как помощник удержания полосы движения (lane keeping assist, LKA) и распознавание дорожных знаков (traffic sign recognition, TSR). В большинстве автомобилей новейших моделей, например Tesla, для поддержки расширенных функций автоматизированного вождения в ADAS применяются фронтальные тройные камеры (блоки из трех камер с разными диафрагмами).

Датчики радаров идут в ногу со временем, их технологии постоянно совершенствуются. Начиная с 2019 г. применяются 3D-радары с улучшенным вертикальным полем зрения, что позволяет определять высоту транспортного средства. Как ожидается, в 2021 г. появятся визуализирующие радары, способные генерировать четырехмерное облако точек, для обработки которого в целях создания более детальной картины будут использоваться искусственный интеллект и глубокое обучение.

Что касается лидаров, то сейчас большинство их производителей переходят от макромеханической сенсорики к сенсорике с использованием MEMS и флэш-памяти. Одна из проблем – ​интеграция лидаров в автомобиль. Существующий способ интеграции в решетки – ​далеко не идеальное решение. OEM и поставщики первого уровня стремятся создать лидары, которые могут быть расположены в фарах или за лобовым стеклом, для чего потребуются дополнительные НИОКР, нацеленные на уменьшение габаритов лидаров и их интеграцию. Еще одна проблема лидаров – ​необходимость обработки больших объемов генерируемых данных. Четкое распознавание и классификация объектов на дороге, таких как пешеходы, велосипедисты, автомобили или любые другие потенциальные опасности, требуют высокой вычислительной мощности – ​более 25×1012 операций в секунду (Tops). Наконец, лидары примерно в 10 раз дороже монокамер ADAS – ​т. е. для широкого внедрения датчиков лидаров в ADAS наряду с уменьшением размеров потребуется снижение стоимости.


Singer Pete, Boulay Pierrick. Sensing and Computing for ADAS Vehicles: Forecasts and Expectations. Semiconductor Digest, September 21, 2020: www.semiconductor-digest.com/2020/09/21/sensing-and-computing-for-adas-vehicles-forecasts-and-expectations/


ЧИТАЙТЕ ТАКЖЕ

Выпуск 24/25 (6748/6749) от 23 декабря 2021 г. г.
Выпуск 23(6747) от 25 ноября 2021 г. г.
Выпуск 18(6742) от 16 сентября 2021 г. г.
Выпуск 17(6741) от 02 сентября 2021 г. г.