Advantages 76 / 79 GHz Automotive Radar
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Advantages 76 / 79 GHz Automotive Radar
Worldwide Plans for Harmonization of Automotive Radars (Short-Range and Medium-Range) at 77-81 GHz, and Compatibility with Incumbent Users 1 C/AGT CoC RFA Mr | 02.05.2011 | FRI045110516 | © Robert Bosch GmbH 2011. Alle Rechte vorbehalten, auch bzgl. jeder Verfügung, Verwertung, Reproduktion, Bearbeitung, Weitergabe sowie für den Fall von Schutzrechtsanmeldungen. Automotive Radar Motivation Motivation and Background information for the need of radar sensors 2 C/AGT CoC RFA Mr | 02.05.2011 | FRI045110516 | © Robert Bosch GmbH 2011. Alle Rechte vorbehalten, auch bzgl. jeder Verfügung, Verwertung, Reproduktion, Bearbeitung, Weitergabe sowie für den Fall von Schutzrechtsanmeldungen. Predictive Emergency Braking System Scope of Safety Functions – US Accident Data* Accidents with Fatalities n = 38,588 6% 1% 5% 2% Accidents with Injuries n = 1,784,588 Accidents Predictive Emergency Braking Systems could avoid or mitigate 4% 2% 23% 10% 45% 20% 11% Collision with ... parked vehicle Accidents Electronic Stability Control and Lane Departure Warning Systems resp. could avoid or mitigate 3% 32% 4% 4% vehicle which turns into or crosses a road vehicle moving ahead or waiting pedestrian vehicle moving laterally in same direction fixed object or vehicle leaving carriageway oncoming vehicle accident of another kind (unknown, not fixed object, animal …) 3 28% C/AGT CoC RFA Mr | 02.05.2011 | FRI045110516 | © Robert Bosch GmbH 2011. Alle Rechte vorbehalten, auch bzgl. jeder Verfügung, Verwertung, Reproduktion, Bearbeitung, Weitergabe sowie für den Fall von Schutzrechtsanmeldungen. *sources: NHTSA/NCSA 2006 Predictive Emergency Braking System PEBS Functions Examined in Benefit Analysis common industry view Predictive Collision Warning PCW Forward Collision Warning* FCW • warning strategy including brake jerk • driver monitoring to optimize warning strategy • adapted system reaction for stationary objects • acoustic/optical warning only at fixed point in time • limited to good weather and to minimum vehicle speed Emergency Braking Assist EBA • includes PCW • target braking for optimized brake support to avoid collision Automatic Emergency Braking AEB • includes EBA • automatic partial braking • automatic full braking when collision unavoidable 4 EBA Emergency Brake Assist AEB Automatic Emergency Braking PCW Predictive Collision Warning *Remark: For the following investigation an FCW realization is used that would just fulfill the requirements of the NHTSA FCW Confirmation Test. C/AGT CoC RFA Mr | 02.05.2011 | FRI045110516 | © Robert Bosch GmbH 2011. Alle Rechte vorbehalten, auch bzgl. jeder Verfügung, Verwertung, Reproduktion, Bearbeitung, Weitergabe sowie für den Fall von Schutzrechtsanmeldungen. Predictive Emergency Braking System Vehicle Deceleration prior to Rear End Crashes1 No Braking Partial Braking Full Braking 40% Share of accidents 30% 32% 31% 20% 20% 10% 11% 2% 0% 0% < 25% 4% 26- 50% 51-75% > 75% ~100% . Ratio of actual braking compared to maximum possible deceleration 2 1 5 Evaluation based on 1103 rear end crashes in GIDAS. Source: Bosch Analysis of GIDAS Database (2001-2005) 2 Maximum possible deceleration was determined based on weather and road condition C/AGT CoC RFA Mr | 02.05.2011 | FRI045110516 | © Robert Bosch GmbH 2011. Alle Rechte vorbehalten, auch bzgl. jeder Verfügung, Verwertung, Reproduktion, Bearbeitung, Weitergabe sowie für den Fall von Schutzrechtsanmeldungen. Predictive Emergency Braking System The PEBS function – A detailed view Brake Pre-fill Acoustic Alert Driver Brakes Brake Jerk Increasing risk Crash avoidable Crash Crash Unavoidable Crash imminent braking assist EBA driver braking without EBA AEB automatic partial braking automatic emergency braking Brake jerk was evaluated to be the most effective driver alert 6 C/AGT CoC RFA Mr | 02.05.2011 | FRI045110516 | © Robert Bosch GmbH 2011. Alle Rechte vorbehalten, auch bzgl. jeder Verfügung, Verwertung, Reproduktion, Bearbeitung, Weitergabe sowie für den Fall von Schutzrechtsanmeldungen. Gray zone Predictive Emergency Braking System 63% 60% 54% GIDAS GES 50% 40% 327,984 crashes with injuries/fatalities, 12% within scope of PEBS* 1,784,588 crashes with injuries/fatalities, 27% within scope of PEBS* Main Assumption: Driver Behavior basically identical in U.S. and Germany Collision with ... 25 (11) 22 26 30 23 27 31 GIDAS (German In-Depth Accident Study), http://www.gidas.org/ stopped vehicle intending to… parked vehicle 29 4% 7% 3% 0% 21 11 Accident type * rear-crash accidents caused by passenger cars only, no trucks slower vehicle intending to… turn left (26) (21) go straight (23) turn right turn left (22) go straight turn right decelerating vehicle intending to… turn left (30) (25) go straight (29) (27) turn right (31) sources: StBA, GIDAS, NHTSA, Year 2006 7 1% 1% <1% 1% 2% 1% 2% 1% <1% <1% 1% 1% 6% 5% 10% 10% 20% 9% 19% 30% 10% Occurrence within scope of PEBS Translation to US Boundary Conditions 02.05.2011 | FRI045110516 | © Robert Bosch GmbH 2011. Alle Rechte vorbehalten, auch bzgl. jeder Verfügung, Verwertung, Reproduktion, Bearbeitung, Weitergabe sowie für den Fall von Schutzrechtsanmeldungen. Predictive Emergency Braking System Fraction of Avoided Rear-End Crashes with Injuries/Fatalities FCW Forward Collision Warning* • acoustic/optical warning only at fixed point in time • limited to good weather and to minimum vehicle speed avoided rear-end crashes with injuries/fatalities 100% 75% PCW Predictive Collision Warning • warning cascade including brake jerk • driver monitoring to optimize warning strategy 50% EBA Emergency Braking Assist • includes PCW • target braking for optimized brake support to avoid collision 25% 0% 22% 39% 58% 74% FCW PCW EBA AEB Source: Bosch Analysis of GIDAS Database (2001-2005), modeled under idealized conditions * Remark: For this investigation an FCW realization was used that would just fulfill the requirements of the NHTSA FCW Conformance Test. 8 AEB Automatic Emergency Braking • includes EBA • automatic partial braking • automatic full braking when collision unavoidable C/AGT CoC RFA Mr | 02.05.2011 | FRI045110516 | © Robert Bosch GmbH 2011. Alle Rechte vorbehalten, auch bzgl. jeder Verfügung, Verwertung, Reproduktion, Bearbeitung, Weitergabe sowie für den Fall von Schutzrechtsanmeldungen. Predictive Emergency Braking System Average reduction of collision speed (for unavoided accidents) speed reduction for rear-end crashes with injuries/fatalities 100% FCW Forward Collision Warning* • acoustic/optical warning only at fixed point in time • limited to good weather and to minimum vehicle speed PCW Predictive Collision Warning • warning cascade including brake jerk • driver monitoring to optimize warning strategy 75% 50% EBA Emergency Braking Assist • includes PCW • target braking for optimized brake support to avoid collision 25% 0% 12% 21% 28% 47% FCW PCW EBA AEB AEB Automatic Emergency Braking • includes EBA • automatic partial braking • automatic full braking when collision unavoidable Source: Bosch Analysis of GIDAS Database (2001-2005), modeled under idealized conditions * Remark: For this investigation an FCW realization was used that would just fulfill the requirements of the NHTSA FCW Conformance Test. 9 C/AGT CoC RFA Mr | 02.05.2011 | FRI045110516 | © Robert Bosch GmbH 2011. Alle Rechte vorbehalten, auch bzgl. jeder Verfügung, Verwertung, Reproduktion, Bearbeitung, Weitergabe sowie für den Fall von Schutzrechtsanmeldungen. Status quo; What regulation already exists? 10 C/AGT CoC RFA Mr | 02.05.2011 | FRI045110516 | © Robert Bosch GmbH 2011. Alle Rechte vorbehalten, auch bzgl. jeder Verfügung, Verwertung, Reproduktion, Bearbeitung, Weitergabe sowie für den Fall von Schutzrechtsanmeldungen. Current frequency allocation for 24 GHz Narrowband Pro Worldwide frequency allocation Con Only 200 MHz bandwidth minimum resolution = 1m ISM band no protection from interference from other services MOSARIM (European funded ) project 11 C/AGT CoC RFA Mr | 02.05.2011 | FRI045110516 | © Robert Bosch GmbH 2011. Alle Rechte vorbehalten, auch bzgl. jeder Verfügung, Verwertung, Reproduktion, Bearbeitung, Weitergabe sowie für den Fall von Schutzrechtsanmeldungen. Current frequency allocation for 24/26 GHz UWB Pro Large bandwidth ( good separation) and only few incumbent frequency users Con No allocation in Korea and China, sunset date in Europe („2018+4“, new ECC and EC decision April 2011) Low power (-41.3dBm / MHz) limited range (10-20m) 12 C/AGT CoC RFA Mr | 02.05.2011 | FRI045110516 | © Robert Bosch GmbH 2011. Alle Rechte vorbehalten, auch bzgl. jeder Verfügung, Verwertung, Reproduktion, Bearbeitung, Weitergabe sowie für den Fall von Schutzrechtsanmeldungen. Current frequency allocation status for 79 GHz UWB Pro Large bandwidth ( good separation) and marginal incumbent frequency users Con Allocation currently only in Europe, Australia and Singapore new European funded project to clarify all open issues / world wide regulation (CSA 79 GHz) 13 77.5-78.0 GHz is not yet allocated to „radiolocation“ on ITU level 77-81 GHz so far „not compatible with RAS “ C/AGT CoC RFA Mr | 02.05.2011 | FRI045110516 | © Robert Bosch GmbH 2011. Alle Rechte vorbehalten, auch bzgl. jeder Verfügung, Verwertung, Reproduktion, Bearbeitung, Weitergabe sowie für den Fall von Schutzrechtsanmeldungen. Worldwide Regulatory Situation - 77 GHz LRR US: in part 15.253 (reduced EIRP while in standstill with +23.5 dBm) EU: European Commission Not an ISM band, but available incl. CEPT countries Australia: in LIPD Class Licence 2000 Canada: in RSS 210 Japan: ARIB STD 48 limited to 500 MHz!! Russia: again available after some comp. studies Brazil: Recommendation 365 China: MRE Category G (XIV) 77 GHz "ACC / Long range radar band" from 76 GHz to 77 GHz is nearly worldwide available with a few national restrictions in operational parameters (e.g. bandwidth, output power) 14 C/AGT CoC RFA Mr | 02.05.2011 | FRI045110516 | © Robert Bosch GmbH 2011. Alle Rechte vorbehalten, auch bzgl. jeder Verfügung, Verwertung, Reproduktion, Bearbeitung, Weitergabe sowie für den Fall von Schutzrechtsanmeldungen. Worldwide Regulatory Situation - 79 GHz UWB US: first negotiations started EU: allowed since 2004 in decision 2004/545/EC Australia: variation to LIPD 2000 in draft version available Singapore: allowed since 2007 in IAD TS UWB Canada: n.a. Japan: HR Radar working group Russia: positive study result! Brazil: n.a. 79 GHz "UWB SRR band" from 77 GHz to 81 GHz is actually available in EU countries, Australia, New Zealand and in Singapore. Lobbying work in some important countries started! 15 C/AGT CoC RFA Mr | 02.05.2011 | FRI045110516 | © Robert Bosch GmbH 2011. Alle Rechte vorbehalten, auch bzgl. jeder Verfügung, Verwertung, Reproduktion, Bearbeitung, Weitergabe sowie für den Fall von Schutzrechtsanmeldungen. Current frequency allocation status - summary 24 GHz NB 24/26 GHz UWB Cut off Date in EC „2018 + 4“ 77 GHz 16 79 GHz C/AGT CoC RFA Mr | 02.05.2011 | FRI045110516 | © Robert Bosch GmbH 2011. Alle Rechte vorbehalten, auch bzgl. jeder Verfügung, Verwertung, Reproduktion, Bearbeitung, Weitergabe sowie für den Fall von Schutzrechtsanmeldungen. ITU-R Organization for ITS – Study period 2008 - 12 17 C/AGT CoC RFA Mr | 02.05.2011 | FRI045110516 | © Robert Bosch GmbH 2011. Alle Rechte vorbehalten, auch bzgl. jeder Verfügung, Verwertung, Reproduktion, Bearbeitung, Weitergabe sowie für den Fall von Schutzrechtsanmeldungen. ITU-R Organization for ITS – Study period 2008 - 12 18 C/AGT CoC RFA Mr | 02.05.2011 | FRI045110516 | © Robert Bosch GmbH 2011. Alle Rechte vorbehalten, auch bzgl. jeder Verfügung, Verwertung, Reproduktion, Bearbeitung, Weitergabe sowie für den Fall von Schutzrechtsanmeldungen. ITU-R Organization for ITS – Study period 2008 - 12 WRC input Japan 19 C/AGT CoC RFA Mr | 02.05.2011 | FRI045110516 | © Robert Bosch GmbH 2011. Alle Rechte vorbehalten, auch bzgl. jeder Verfügung, Verwertung, Reproduktion, Bearbeitung, Weitergabe sowie für den Fall von Schutzrechtsanmeldungen. Technical situation assessment; the key performance indicators 20 C/AGT CoC RFA Mr | 02.05.2011 | FRI045110516 | © Robert Bosch GmbH 2011. Alle Rechte vorbehalten, auch bzgl. jeder Verfügung, Verwertung, Reproduktion, Bearbeitung, Weitergabe sowie für den Fall von Schutzrechtsanmeldungen. Vehicular radar frequencies – the key performance indicators Vehicular radar frequencies – the key performance indicators 24GHz NB 24/26 GHz UWB 77GHz ACC band 79GHz band Available Bandwidth < 200MHz typ. 100 MHz 5 to 7 GHz typ. 0.5 to 2 GHz 1GHz typ. 200 MHz 4GHz typ. 2 to 3 GHz target separation capability 150cm 10cm 75 cm 7.5cm max. power e.i.r.p. in EU/CEPT 20dBm* peak 0dBm/50MHz (peak) -41dBm/MHz (RMS) 55dBm* 50/23.5dBm* 55dBm* -3 (91)dBm/MHz (RMS) S/N ratio gained# up to 46dB 0dB ≈ 22…42dB1 * measured over the entire bandwidth # compared to 24GHz UWB 1 measured outside the vehicle 2 depending on applied modulation and noise figure of system 21 C/AGT CoC RFA Mr | 02.05.2011 | FRI045110516 | © Robert Bosch GmbH 2011. Alle Rechte vorbehalten, auch bzgl. jeder Verfügung, Verwertung, Reproduktion, Bearbeitung, Weitergabe sowie für den Fall von Schutzrechtsanmeldungen. ≈ 10…42dB2 Feasibility overview – what applications are possible? Feasibility overview – what applications are possible? Applications 24GHz NB 24/26 GHz UWB 77GHz ACC band 79GHz band ACC low cost ACC possible not possible due to range limitation yes no, special ACC band available ACC with Stop & Go limited due to separation performance yes yes yes Precrash and Pedestrian protection no, not enough precision yes no, not enough precision and field of view yes Blind Spot Monitoring limited performance, often in combination with LCA yes no yes Emergency brake no, not enough precision yes, in combination with ACC radar yes, in combination with UWB SRR yes, in combination with ACC radar Lane Change Assist yes no yes yes Parking aid not possible due to weak object separation yes not appropriate due to high power yes 22 C/AGT CoC RFA Mr | 02.05.2011 | FRI045110516 | © Robert Bosch GmbH 2011. Alle Rechte vorbehalten, auch bzgl. jeder Verfügung, Verwertung, Reproduktion, Bearbeitung, Weitergabe sowie für den Fall von Schutzrechtsanmeldungen. Current frequency usage by applications Current frequency usage by applications 23 C/AGT CoC RFA Mr | 02.05.2011 | FRI045110516 | © Robert Bosch GmbH 2011. Alle Rechte vorbehalten, auch bzgl. jeder Verfügung, Verwertung, Reproduktion, Bearbeitung, Weitergabe sowie für den Fall von Schutzrechtsanmeldungen. Safety concepts evolution by next generation frequency usage Safety concepts evolution by next generation frequency usage a common radar sensor source from 76 to 81 GHz that covers all applications, Interference free operation (shown partition is only one possible example) todays safety system concept polarization a 24 GHz NB polarization b 24 GHz SRR 76 77 next generation safety system layout 77 GHz LRR 79 GHz MRR 24 77 GHz heterogenic approach with different radar systems having different performance, interference risk and application portfolio 24 81 GHz 77 GHz LRR 79 GHz MRR 77 GHz LRR 79 GHz SRR C/AGT CoC RFA Mr | 02.05.2011 | FRI045110516 | © Robert Bosch GmbH 2011. Alle Rechte vorbehalten, auch bzgl. jeder Verfügung, Verwertung, Reproduktion, Bearbeitung, Weitergabe sowie für den Fall von Schutzrechtsanmeldungen. The 79 GHz band PROs & CONs 25 C/AGT CoC RFA Mr | 02.05.2011 | FRI045110516 | © Robert Bosch GmbH 2011. Alle Rechte vorbehalten, auch bzgl. jeder Verfügung, Verwertung, Reproduktion, Bearbeitung, Weitergabe sowie für den Fall von Schutzrechtsanmeldungen. 79 GHz Automotive Radar Systems Mutual interference of Automotive Radars Automotive radar frequency band bottleneck consequence 24 GHz narrowband (24.05 to 24.25 GHz) bandwidth all radars operate with high power in the same, small frequency range => very high interference risk 26 GHz UWB SRR (24.25 to 29 GHz) low emission power very low emission power => low interference risk 77 GHz ACC high power, no standard no standard regarding interference mitigation installed or planned 79 GHz SRR none De-facto standard possible because no products in the market and interference free design still possible Goal / Topic of the MOSARIM project to clarify this issue 26 C/AGT CoC RFA Mr | 02.05.2011 | FRI045110516 | © Robert Bosch GmbH 2011. Alle Rechte vorbehalten, auch bzgl. jeder Verfügung, Verwertung, Reproduktion, Bearbeitung, Weitergabe sowie für den Fall von Schutzrechtsanmeldungen. Approach: Application based band segments Possible approach: application based band segments t.b.d. Draft proposal, subject to discussions between stakeholders 27 C/AGT CoC RFA Mr | 02.05.2011 | FRI045110516 | © Robert Bosch GmbH 2011. Alle Rechte vorbehalten, auch bzgl. jeder Verfügung, Verwertung, Reproduktion, Bearbeitung, Weitergabe sowie für den Fall von Schutzrechtsanmeldungen. 79 GHz Automotive Radar Systems Interference Risks from other services Automotive radar frequency band # of other inband users consequence 24 GHz narrowband (24.05 to 24.25 GHz) very high ISM, no control of the band possible, high interference potential, no protection at all 26 GHz UWB SRR (24.25 to 29 GHz) medium primary and co-primary services, with very tough interference protection requirements that limit SRR capability 77 GHz ACC only few actually very low usage of the band, very high vehicular radar emission power allowed, low interference risk by others 79 GHz SRR only few very low interference risk by others due to mainly passive service usage only Goal / Topic of the MOSARIM project to clarify the interference issues 28 C/AGT CoC RFA Mr | 02.05.2011 | FRI045110516 | © Robert Bosch GmbH 2011. Alle Rechte vorbehalten, auch bzgl. jeder Verfügung, Verwertung, Reproduktion, Bearbeitung, Weitergabe sowie für den Fall von Schutzrechtsanmeldungen. Requirements for Radar Sensors 29 C/AGT CoC RFA Mr | 02.05.2011 | FRI045110516 | © Robert Bosch GmbH 2011. Alle Rechte vorbehalten, auch bzgl. jeder Verfügung, Verwertung, Reproduktion, Bearbeitung, Weitergabe sowie für den Fall von Schutzrechtsanmeldungen. High-Resolution technology by 7X-Radar system 1) Investigation for new wide-band radar concept - Higher Resolution / Isolation capability - More precise Distance / Angle detection capability - Required frequency range / band *existing radar systems with 100-200MHz can„t have such high isolation capability 2) Investigation for new wide-band radar systems - Measurement / Characterization of transmission - Countermeasures for potential interference *Interference should be a problem to achieve higher attachment rate 30 C/AGT CoC RFA Mr | 02.05.2011 | FRI045110516 | © Robert Bosch GmbH 2011. Alle Rechte vorbehalten, auch bzgl. jeder Verfügung, Verwertung, Reproduktion, Bearbeitung, Weitergabe sowie für den Fall von Schutzrechtsanmeldungen. =Goal= Detect objects with <20cm resolution at x10m (5x higher resolution) Motivation for higher frequencies • small antennas most suitable for car integration • high absolute bandwidth available enabling high separation in distance High bandwidth for robust and precise radar measurements 31 C/AGT CoC RFA Mr | 02.05.2011 | FRI045110516 | © Robert Bosch GmbH 2011. Alle Rechte vorbehalten, auch bzgl. jeder Verfügung, Verwertung, Reproduktion, Bearbeitung, Weitergabe sowie für den Fall von Schutzrechtsanmeldungen. Advantages 76 / 79 GHz Automotive Radar Systems Advantages 76 / 79 GHz Radar Sensors ∆V ∆V ∆R ∆ 24 GHz Narrow-Band BW 200MHz max ∆V ∆R ∆V ∆R ∆ 24/26 GHz UWB 5 GHz BW ∆R ∆ ∆ 77 GHz 1 GHz BW 79 GHz 4 GHz BW Sensor Performance Legend: ∆V : Velocity Axis ∆ : Angle Axis ∆R Doppler resolution of object distance is RF frequency dependant Higher RF frequency enables better Doppler resolution For a given aperture, the resolution increases with frequency. Angular resolution depends on antenna aperture. : Range Axis The smaller the cubic the better the radar performance The smaller the cubic, the better is the overall performance 79 GHz outperforms all other frequency operation ranges !!! 32 C/AGT CoC RFA Mr | 02.05.2011 | FRI045110516 | © Robert Bosch GmbH 2011. Alle Rechte vorbehalten, auch bzgl. jeder Verfügung, Verwertung, Reproduktion, Bearbeitung, Weitergabe sowie für den Fall von Schutzrechtsanmeldungen. Advantages 76 / 79 GHz Automotive Radar Systems Sensor Technology Comparison Next generation solutions SHORTRANGE RADAR (24 GH2 UWB) LONGRANGE RADAR (77 GHz) RANGE MEASUREMENT <2 m ++ RANGE MEASUREMENT 2 to 30 m LIDAR ULTRASONIC VIDEO - 0 ++ - ++ ++ ++ - - RANGE MEASUREMENT 30 to 100 m - ++ + -- - ANGLE MEASUREMENT <10 DEGREES + + ++ - ++ ANGLE MEASUREMENT >30 DEGREES 0 - ++ 0 ++ ANGULAR RESOLUTION 0 0 ++ - ++ DIRECT VELOCITY MEASUREMENT ++ ++ -- 0 -- OPERATION in RAIN ++ + - 0 0 OPERATION in FOG or SNOW ++ ++ - + - BLOCKAGE (DIRT on SENSOR) ++ ++ 0 + -- OPERATION at NIGHT ++ ++ ++ ++ -- IDEALLY SUITED - FEASIBLE, ONLY WITH LARGE EFFORT + GOOD PERFORMANCE -- IMPOSSIBLE 0 POSSIBLE, MODEST PERFORMANCE ++ 33 C/AGT CoC RFA Mr | 02.05.2011 | FRI045110516 | © Robert Bosch GmbH 2011. Alle Rechte vorbehalten, auch bzgl. jeder Verfügung, Verwertung, Reproduktion, Bearbeitung, Weitergabe sowie für den Fall von Schutzrechtsanmeldungen. Advantages 76 / 79 GHz Automotive Radar Systems 79 GHz is most likely the long-term solution for automotive due to: high range high spatial resolution high angular resolution higher doppler shift 34 C/AGT CoC RFA Mr | 02.05.2011 | FRI045110516 | © Robert Bosch GmbH 2011. Alle Rechte vorbehalten, auch bzgl. jeder Verfügung, Verwertung, Reproduktion, Bearbeitung, Weitergabe sowie für den Fall von Schutzrechtsanmeldungen. Advantages 76 / 79 GHz Automotive Radar Systems UWB- Improvements for object tracking Only a high resolution system is capable of reliable object tracking, i.e. predict the further path of the obstacle. This is essential to forecast a crash. A low resolution system does not allow a reliable judgement whether an object will crash into the car or not. Predictability even deteriorates with multiple objects in field of view. 35 C/AGT CoC RFA Mr | 02.05.2011 | FRI045110516 | © Robert Bosch GmbH 2011. Alle Rechte vorbehalten, auch bzgl. jeder Verfügung, Verwertung, Reproduktion, Bearbeitung, Weitergabe sowie für den Fall von Schutzrechtsanmeldungen. Advantages 76 / 79 GHz Automotive Radar Systems Bandwidth and spatial resolution Situation: „small obstacle in front of a big obstacle“. A system with low resolution will not see an object in front of a wall Wideband, high resolution 36 Narrowband, low resolution C/AGT CoC RFA Mr | 02.05.2011 | FRI045110516 | © Robert Bosch GmbH 2011. Alle Rechte vorbehalten, auch bzgl. jeder Verfügung, Verwertung, Reproduktion, Bearbeitung, Weitergabe sowie für den Fall von Schutzrechtsanmeldungen. Advantages 76 / 79 GHz Automotive Radar Systems Bandwidth and spatial resolution Spatial Resolution and the effects on Pre-Crash functions Close obstacle pass-by Crash on test objects Only high resolution radar can distinguish between close obstacle pass-by and collision with low false alarm rate. 37 C/AGT CoC RFA Mr | 02.05.2011 | FRI045110516 | © Robert Bosch GmbH 2011. Alle Rechte vorbehalten, auch bzgl. jeder Verfügung, Verwertung, Reproduktion, Bearbeitung, Weitergabe sowie für den Fall von Schutzrechtsanmeldungen. Advantages 76 / 79 GHz Automotive Radar Systems Bandwidth and spatial resolution High separation is required to analyse the complex car environment and to distinguish between different objects Precise object trajectory and location is needed for prediction of further object movement and correct interpretation of the road scenario A low resolution will result in unreliable forecasts and false alarms Low resolution systems will miss small objects in front of a big one High separation is physically linked to high bandwidth High separation is essential for more sophisticated safety applications 38 C/AGT CoC RFA Mr | 02.05.2011 | FRI045110516 | © Robert Bosch GmbH 2011. Alle Rechte vorbehalten, auch bzgl. jeder Verfügung, Verwertung, Reproduktion, Bearbeitung, Weitergabe sowie für den Fall von Schutzrechtsanmeldungen. Advantages 76 / 79 GHz Automotive Radar Systems Target separation capability B = 250 MHz Typ. Long Range Radar Bandwidth 39 B = 1250 MHz Typ. Short Range Radar Bandwidth C/AGT CoC RFA Mr | 02.05.2011 | FRI045110516 | © Robert Bosch GmbH 2011. Alle Rechte vorbehalten, auch bzgl. jeder Verfügung, Verwertung, Reproduktion, Bearbeitung, Weitergabe sowie für den Fall von Schutzrechtsanmeldungen. Comparison: 77 GHz vs. 24 GHz Mid Range Radar Size comparison: 77 GHz (BOSCH) vs. 24 GHz (Hella) 77 GHz MRR 70x60x30 mm (160m, 45°) Hella 24 GHz MRR 105x90x30 mm (120m, 40°) 77 GHz MRR - 1/3 size of a “typical” 24 GHz sensor at comparable field of view 40 C/AGT CoC RFA Mr | 02.05.2011 | FRI045110516 | © Robert Bosch GmbH 2011. Alle Rechte vorbehalten, auch bzgl. jeder Verfügung, Verwertung, Reproduktion, Bearbeitung, Weitergabe sowie für den Fall von Schutzrechtsanmeldungen. 76 GHz and 79 GHz Automotive Radar Systems Summary: Advantages of 76 / 79 GHz Radar Sensors Factor 5 times better object separation by distance compared to 24 GHz narrow band solutions Factor 3 times better accuracy in measurement of relative velocity compared to 24 GHz solutions due to higher useable bandwidth of 1000 MHz -4000MHz vs. typical available bandwidth of 200 MHz for 24 GHz ISM sensors Separation capability ~ occupied bandwidth due to better Doppler resolution at higher carrier frequency (f doppler ~ fcarrier) Factor 1/3 smaller size of antenna structure compared to 24GHz for equal field of view (sensor opening angle / detection range) due to direct coupling of wavelength to antenna dimensions! 41 C/AGT CoC RFA Mr | 02.05.2011 | FRI045110516 | © Robert Bosch GmbH 2011. Alle Rechte vorbehalten, auch bzgl. jeder Verfügung, Verwertung, Reproduktion, Bearbeitung, Weitergabe sowie für den Fall von Schutzrechtsanmeldungen. Disadvantages 76 / 79 GHz Bumper loss at 79 GHz bumper material coating and paint 42 C/AGT CoC RFA Mr | 02.05.2011 | FRI045110516 | © Robert Bosch GmbH 2011. Alle Rechte vorbehalten, auch bzgl. jeder Verfügung, Verwertung, Reproduktion, Bearbeitung, Weitergabe sowie für den Fall von Schutzrechtsanmeldungen. Radar sensor Disadvantages 76 / 79 GHz Semiconductor technology – are 79 GHz MMICs more expensive? There are two key cost drivers in the RF frontend: 1) Availability and cost of the MMICs 2) Assembly and manufacturing process The “scaling” factors: 1) Die size ~ 1/frequency (only 1/3 ofmaterial) 2) GaAs -> SiGe -> RFCMOS roadmap The economic factors: 1) Worldwide market -> large volume 2) Large volume -> cheaper Global 79 GHz rulemaking can solve the chicken-egg challenge ! 43 C/AGT CoC RFA Mr | 02.05.2011 | FRI045110516 | © Robert Bosch GmbH 2011. Alle Rechte vorbehalten, auch bzgl. jeder Verfügung, Verwertung, Reproduktion, Bearbeitung, Weitergabe sowie für den Fall von Schutzrechtsanmeldungen. Technical information 44 C/AGT CoC RFA Mr | 02.05.2011 | FRI045110516 | © Robert Bosch GmbH 2011. Alle Rechte vorbehalten, auch bzgl. jeder Verfügung, Verwertung, Reproduktion, Bearbeitung, Weitergabe sowie für den Fall von Schutzrechtsanmeldungen. Technical info 3rd Gen. Bosch Long Range Radar Sensor (LRR3) Performance data (compared to second generation) Field of View: 30° (16°) Range: 0.5…250m (1.5 …200m) Object separation By distance: <0.75m (2m) By velocity: 0.6m/s (1.2 m/s) By angle: ~4° (none) Technology: 76 GHz Silicon Germanium MMIC (world‟s first) Flexray communication (optional) Package advantages (one of the smallest) Lead free technology Status: SOP in 05/2009 45 C/AGT CoC RFA Mr | 02.05.2011 | FRI045110516 | © Robert Bosch GmbH 2011. Alle Rechte vorbehalten, auch bzgl. jeder Verfügung, Verwertung, Reproduktion, Bearbeitung, Weitergabe sowie für den Fall von Schutzrechtsanmeldungen. 74 x 77 x 58 mm (L x W x H) Technical info Block – Diagram LRR3 ECU-PCB RF-module SiGe-MMICs: WAU 77 GHz VCO/Mixer integrated to one chip 19 GHz DRO RAM 130MHz Floatingpoint AMP PLL CAN Controller µC ADC Power Supplies VBatt GND Heater Switch Lens/Radom CAN1-H CAN Driver CAN1-L SystemASIC Connector Flash CAN2-H CAN2-L Safety Controller CTRL Radar - ASIC Flexray Controller Flexray Driver (optional) Power consumption: < 4W 46 C/AGT CoC RFA Mr | 02.05.2011 | FRI045110516 | © Robert Bosch GmbH 2011. Alle Rechte vorbehalten, auch bzgl. jeder Verfügung, Verwertung, Reproduktion, Bearbeitung, Weitergabe sowie für den Fall von Schutzrechtsanmeldungen. Technical info Mechanical Assembly LRR3 47 C/AGT CoC RFA Mr | 02.05.2011 | FRI045110516 | © Robert Bosch GmbH 2011. Alle Rechte vorbehalten, auch bzgl. jeder Verfügung, Verwertung, Reproduktion, Bearbeitung, Weitergabe sowie für den Fall von Schutzrechtsanmeldungen. Technical info 163,2°C 150 Lens / heating 145,9 100 160,6 50 Metal carrier 20,4°C Car connector RF Module ECU-PCB Backside metal cover 48 C/AGT CoC RFA Mr | 02.05.2011 | FRI045110516 | © Robert Bosch GmbH 2011. Alle Rechte vorbehalten, auch bzgl. jeder Verfügung, Verwertung, Reproduktion, Bearbeitung, Weitergabe sowie für den Fall von Schutzrechtsanmeldungen. Technical info RF-Frontend Top SiGe MMIC (Monolithic Microwave Integrated Circuit) Bottom 4 Patch Antennas Board to board connector 49 C/AGT CoC RFA Mr | 02.05.2011 | FRI045110516 | © Robert Bosch GmbH 2011. Alle Rechte vorbehalten, auch bzgl. jeder Verfügung, Verwertung, Reproduktion, Bearbeitung, Weitergabe sowie für den Fall von Schutzrechtsanmeldungen. Radar-ASIC CF630 Technical info SiGe – technology inside LRR3 7.8 sqmm 1.2 sqmm 50 C/AGT CoC RFA Mr | 02.05.2011 | FRI045110516 | © Robert Bosch GmbH 2011. Alle Rechte vorbehalten, auch bzgl. jeder Verfügung, Verwertung, Reproduktion, Bearbeitung, Weitergabe sowie für den Fall von Schutzrechtsanmeldungen. Technical info SiGe Technology Roadmap Generic Infineon 51 C/AGT CoC RFA Mr | 02.05.2011 | FRI045110516 | © Robert Bosch GmbH 2011. Alle Rechte vorbehalten, auch bzgl. jeder Verfügung, Verwertung, Reproduktion, Bearbeitung, Weitergabe sowie für den Fall von Schutzrechtsanmeldungen. Technical info Sensor Platform LRR3 (standard) distance FoV 0.5 … 250 m 30° @ 30 m distance FoV 0.5 … 250 m 60° @ 30 m distance FoV 0.5 … 200 m 50° @ 30 m Double-LRR SiGe MMIC Mixer modification WVR (Wide View Radar) Lens modification 52 C/AGT CoC RFA Mr | 02.05.2011 | FRI045110516 | © Robert Bosch GmbH 2011. Alle Rechte vorbehalten, auch bzgl. jeder Verfügung, Verwertung, Reproduktion, Bearbeitung, Weitergabe sowie für den Fall von Schutzrechtsanmeldungen. Comparison: 77 GHz vs. 24 GHz Mid Range Radar 77/79 GHz Mid Range Radar 53 C/AGT CoC RFA Mr | 02.05.2011 | FRI045110516 | © Robert Bosch GmbH 2011. Alle Rechte vorbehalten, auch bzgl. jeder Verfügung, Verwertung, Reproduktion, Bearbeitung, Weitergabe sowie für den Fall von Schutzrechtsanmeldungen. Technical info Top Level Diagram of a Radar Unit: Vbatt Planar Antenna Array Radar Transceiver TX RX Housing: Thermal management, electromagnetic/environmental shielding 54 CAN ECU • Power Supply • Modulation Control • Baseband Amplifier • ADC / DAC • Microcontroller/DSP/FPGA • Monitoring • CAN / FlexRay –COM • EMC circuitry (ESD, Rev. Voltage,..) C/AGT CoC RFA Mr | 02.05.2011 | FRI045110516 | © Robert Bosch GmbH 2011. Alle Rechte vorbehalten, auch bzgl. jeder Verfügung, Verwertung, Reproduktion, Bearbeitung, Weitergabe sowie für den Fall von Schutzrechtsanmeldungen. Technical info Mid Range Radar MRR Technical Concept Based on three generations of well proven automotive radar know-how High level of synergy with BOSCH 3 rd generation of Long Range Radar - same frequency band 76-77GHz, same bandwidth 500MHz - FMCW modulation - SiGe MMIC technology but: with cost effective packaging - re-use of proven LRR3 submodules and ASICs Radome RF-PCB with planar antenna on board Dimensions: Length: 70 mm Width: 60 mm Depth: 30 mm Heat Sink and shielding Power-PCB Base with integrated connector 55 All abbreviations within this presentation used for simplification purpose C/AGT CoC RFA Mr | 02.05.2011 | FRI045110516 | © Robert Bosch GmbH 2011. Alle Rechte vorbehalten, auch bzgl. jeder Verfügung, Verwertung, Reproduktion, Bearbeitung, Weitergabe sowie für den Fall von Schutzrechtsanmeldungen. Technical info Radome RF-PCB with planar antenna on board Heat Sink and shielding Power-PCB Base with integrated connector 56 C/AGT CoC RFA Mr | 02.05.2011 | FRI045110516 | © Robert Bosch GmbH 2011. Alle Rechte vorbehalten, auch bzgl. jeder Verfügung, Verwertung, Reproduktion, Bearbeitung, Weitergabe sowie für den Fall von Schutzrechtsanmeldungen. Technical info Mid Range Radar – front / rear variants Field of View 200 Range: ~160m 180 160 MRRfront Distance in m 140 FOV: 45° (70°) 120 100 80 60 40 20 0 -60 -50 -40 -30 -20 -10 0 10 20 30 40 50 60 Lateral Distance in m 150 Range: ~120m 130 MRRrear Distance in m 110 FOV: 75° 90 70 50 30 10 -10 -60 -50 -40 -30 -20 -10 0 10 20 Lateral Distance in m 57 C/AGT CoC RFA Mr | 02.05.2011 | FRI045110516 | © Robert Bosch GmbH 2011. Alle Rechte vorbehalten, auch bzgl. jeder Verfügung, Verwertung, Reproduktion, Bearbeitung, Weitergabe sowie für den Fall von Schutzrechtsanmeldungen. 30 40 50 60 Situation assessment Who is doing what? 59 C/AGT CoC RFA Mr | 02.05.2011 | FRI045110516 | © Robert Bosch GmbH 2011. Alle Rechte vorbehalten, auch bzgl. jeder Verfügung, Verwertung, Reproduktion, Bearbeitung, Weitergabe sowie für den Fall von Schutzrechtsanmeldungen. Who is doing what? Activities of Tier 1 suppliers in the different frequency ranges Competitors 24GHz "narrow band" 24GHz UWB 77GHz ACC band 79GHz SRR band Autoliv no yes no no Continental yes yes yes yes Bosch no no yes yes Valeo(Raytheon) yes no no no Delphi no yes yes no TRW(Autocruise) yes no yes yes Hella (SMS/InnoSent) yes no no no 60 C/AGT CoC RFA Mr | 02.05.2011 | FRI045110516 | © Robert Bosch GmbH 2011. Alle Rechte vorbehalten, auch bzgl. jeder Verfügung, Verwertung, Reproduktion, Bearbeitung, Weitergabe sowie für den Fall von Schutzrechtsanmeldungen. Who is doing what? Activities of OEMs in the different frequency ranges Manufacturer 24GHz NB 24GHz UWB 77GHz ACC band 79GHz SRR band Audi yes (Q7) no support yes ? BMW yes (PL6) yes yes support Daimler no yes (S/E class) yes support Fiat ? ? yes ? Ford in favor Backup in US yes ? Honda ? ? yes ? Mazda yes yes no ? Nissan ? ? yes (also Lidar) ? some US support no (Lidar ?) ? Opel/GM 61 PSA yes (ARTIV) no support no support Renault in favor no support no support Toyota ? ? yes ? Volvo/Jaguar yes (LCA) ? yes ? VW in favor no support yes ? C/AGT CoC RFA Mr | 02.05.2011 | FRI045110516 | © Robert Bosch GmbH 2011. Alle Rechte vorbehalten, auch bzgl. jeder Verfügung, Verwertung, Reproduktion, Bearbeitung, Weitergabe sowie für den Fall von Schutzrechtsanmeldungen. Who is doing what? ACC sensor inside a car (EU) Cadillac STS SOP 2005 BMW 6 Series SOP 2004 Jaguar XKR Mercedes S Class SOP 1999 1999 Mercedes CL SOP 2000 2000 BMW 7 Series SOP 2000 Mercedes SL SOP 2001 Mercedes E Class SOP 2002 Maybach SOP 2002 Renault VelSatis SOP 2003 BMW 5 Series SOP 2004 Jaguar S-Type SOP 2003 Fiat Stilo SOP 2004 2001 2002 2003 2004 Nissan Primera SOP 2001 VW Phaeton SOP 2002 Audi A8 SOP 2003 Jaguar XJ SOP 2004 Mercedes CLK Class SOP 2002 Honda Legend SOP 2006 Lexus IS SOP 2005 Lancia Thesis SOP 2004 Mercedes GL Class SOP 2006 Audi Q7 SOP 2006 Lexus GS SOP 2005 Mercedes R Class SOP 2006 Honda CRV SOP 2007 Ford Mondeo SOP 2007 VW Passat SOP 2005 Jaguar XK SOP 2006 Lexus LS SOP 2005 Ford S-Max SOP 2007 Chrysler 300C 2007 2008 Volvo S80 SOP 2006 2005 2006 Cadillac XLR SOP 2005 VW Touareg SOP 2006 Ford Galaxy SOP 2007 Audi Q5 BMW 3 Series SOP 2005 MB M Class SOP 2006 Volvo V70 SOP 2007 Volvo XC60 Audi A5 SOP 2007 Toyota Avensis Audi A6 Range Rover Sport SOP 2006 SOP 2005 * Only 1st Model/Platform SOP; follower models not included 62 Audi A4 SOP 2007 C/AGT CoC RFA Mr | 02.05.2011 | FRI045110516 | © Robert Bosch GmbH 2011. Alle Rechte vorbehalten, auch bzgl. jeder Verfügung, Verwertung, Reproduktion, Bearbeitung, Weitergabe sowie für den Fall von Schutzrechtsanmeldungen. Dr.-Ing. Michael Mahler Robert Bosch GmbH External Affairs, Governmental and Political Relations Frequency Affairs (C/AGT) Postfach 10 60 50 70049 Stuttgart GERMANY www.bosch.com +49 (0)711 811 47863 +49 (0)151 14290544 [email protected] 63 C/AGT CoC RFA Mr | 02.05.2011 | FRI045110516 | © Robert Bosch GmbH 2011. Alle Rechte vorbehalten, auch bzgl. jeder Verfügung, Verwertung, Reproduktion, Bearbeitung, Weitergabe sowie für den Fall von Schutzrechtsanmeldungen.