Bosch Radar - ein großer Wachstumsmarkt

Dr. Frank Melzer, Bosch: »Man kann immer noch mehr Informationen aus den Radarsystemen herausholen. Aber es wird stets einen Kompromiss zwischen Erkennungsleistung und Abwärme geben, plus der Tatsache, dass es sich hier um Großserienprodukte handelt, bei denen auch die Kosten entscheidend sind.«
Dr. Frank Melzer, Bosch: »Man kann immer noch mehr Informationen aus den Radarsystemen herausholen. Aber es wird stets einen Kompromiss zwischen Erkennungsleistung und Abwärme geben, plus der Tatsache, dass es sich hier um Großserienprodukte handelt, bei denen auch die Kosten entscheidend sind.«

»Radar ist einer der am stärksten wachsenden Bereiche für Bosch«, erklärt Dr. Frank Melzer, Leiter des Produktbereichs Fahrerassistenzsysteme bei Bosch. Das Unternehmen bietet Radarsysteme ausschließlich auf Basis von 77 GHz und sieht sich damit bestens positioniert.

»Wir hatten anfänglich auch 24 GHz geprüft und dabei festgestellt, dass diese Frequenz zu viele Einschränkungen aufweist. Deshalb haben wir von Anfang an auf 77 GHz gesetzt«, erklärt Melzer weiter. So sei 77 GHz nahezu weltweit für Radaranwendungen im Automobilbereich verwendbar, weise mit bis zu 1 GHz eine hohe nutzbare HF-Bandbreite auf, und ab 2018 dürfe 24 GHz in Europa sowieso nur noch im ISM-Schmalbandbereich verwendet werden.  

Dass 24 GHz trotz dieser Nachteile überhaupt für Radaranwendungen im Fahrzeug zum Einsatz kam, begründet Dr. Werner Uhler, Produktmanager Fahrerassistenzsysteme bei Bosch, damit, dass die Technologie dank der Verwendung in anderen Applikationen schon zur Verfügung stand. »Außerdem waren 77-GHz-Systeme anfänglich signifikant teurer. Aber von Anfang an war klar, dass das 77-GHz-Band für die Automobilindustrie genutzt werden kann. Deshalb setzt mittlerweile die gesamte Industrie auf diese Frequenz.« Laut seiner Aussage gibt es weltweit nur noch vereinzelte Länder wie Indien, Vietnam oder Laos, die sich noch nicht auf die 77-GHz-Frequenz festgelegt haben. »Aber die werden noch nachziehen«, so Uhler weiter.

77-GHz-Systeme haben gegenüber 24-GHz-Ansätzen noch weitere Vorteile. So zeichnen sie sich dank einer HF-Bandbreite von 1 GHz durch eine um Faktoren höhere Trennfähigkeit von Objekten aus. Auch die räumliche Auflösung und der Dopplereffekt sind höher. Melzer spricht beim Dopplereffekt, also der Frequenzverschiebung zwischen gesendetem und reflektiertem Signal, von Faktoren zwischen 3 und 5, was eine deutlich höhere Genauigkeit bei der Geschwindigkeitsmessung ermöglicht. Darüber hinaus lassen sich mit 77 GHz sowohl Short-Range- als auch Mid-Range- und Long-Range-Radar-Anwendungen realisieren. »Das ist heute schon in Serie«, sagt Uhler und erklärt weiter: »Eine adaptive Abstands- und Geschwindigkeitsregelung als auch heute geforderte Sicherheitsfunktionen wie die automatische Notbremsung lassen sich hervorragend mit 77 GHz umsetzen.«

Bei 79-GHz-Radarsystemen (77 bis 81 GHz) kommen dank der Bandbreite von 4 GHz die bereits für 77 GHz beschriebenen Vorteile noch deutlicher zum Tragen: bessere Unterscheidung von Objekten und höhere räumliche Auflösung in der Abstandsmessung. Hinzu kommt, dass bei 79-GHz-Systemen bei gegebener maximaler Sensorbaugröße die Winkelauflösung höher ist, ein Punkt der beispielsweise für die Fußgängererkennung von hoher Bedeutung ist. Melzer fasst zusammen: »Mit 77 bis 81 GHz als Frequenzbereich und der damit verbundenen Bandbreite ist also eine deutlich bessere Unterscheidung von Objekten möglich. Damit lassen sich beispielsweise Nahbereichsfunktionen wie Abstandswarner und automatisches Einparken besser realisieren, und es ist eine genauere Interpretation der Daten im urbanen Umfeld möglich.« An der Umsetzung von 79-GHz-Systemen wird bereits gearbeitet, entsprechende Radarsensoren gibt es schon. Aber eine Bandbreite von 4 GHz stellt hohe Anforderungen an die Antennen. Dafür müssen die im automobilen Bereich existierenden Antennen weiterentwickelt werden. Das gilt auch für die breitbandige Modulation. Auch hier bedarf es noch neuer Lösungen.

Anbieter von Schlüsselkomponenten sind bereits im Markt aktiv, und auch aus der Forschung gibt es Erfolgsmeldungen. So präsentierte das belgische Forschungszentrum Imec auf der diesjährigen ISSCC in San Francisco den ersten 79-GHz-Radartransmitter auf Basis einer digitalen 28-nm-CMOS-Technologie. »Mit 79 GHz sind ganz neue Anwendungen für Radarsensoren möglich«, erklärt Uhler abschließend.

Wo geht die Reise hin?
 
Darüber hinaus werden die Weiterentwicklungen aber noch von anderen Faktoren getrieben. So betont Melzer beispielsweise, dass »es sich bei Radar um eine Volumenanwendung im Fahrzeug handelt. Deshalb sind natürlich die Kosten ein wichtiges Thema.« Hinzu komme auch, dass neben Leistungsfaktoren wie Genauigkeit, Winkel und Auflösung ebenso z.B. Sensorgröße und Fahrzeug-Integrierbarkeit verbessert werden müssen. Melzer: »Daneben ist es aber auch wichtig, die Verlustleistung zu verringern.« Dass Radar andere Systeme komplett verdrängen wird, ist unwahrscheinlich. Denn selbst ein 79-GHz-System ist keine eierlegende Wollmilchsau, die alle Anforderungen abdecken kann. Uhler: »Jede Technologie hat ihre physikalisch bedingten Grenzen, kein System kann alles.« Egal ob kamerabasierte Systeme, Infrarot, Radar oder auch Lidar: Jedes System hat seine eigenen Schwächen. Melzer abschließend: »Für Redundanzzwecke werden also immer verschiedene Systeme zum Einsatz kommen. Kein System wird ein anderes verdrängen, sie werden sich vielmehr ergänzen.«

Abkürzungen : Klassische Radaranwendungen

ACC (Adaptive Cruise Control) adaptive Abstands- und Geschwindigkeitsregelung
FCW (Forward Collision Warning) Kollisionswarnsystem
CMS (Collision Mitigation System) Bremsassistent
AEB-VRU (Automatic Emergency Braking – Vulnerable Road User) automatische Notbremsung auf ungeschützte Verkehrsteilnehmer
BSD ( Blind Spot Detection) Totwinkelassistent
LCA (Lane Change Assistance) Spurwechselassistent
RCTA (Rear Cross Traffic Alert) rückwärtige Querverkehrswarnung