（一）感測器技術：比較
近年來，各種汽車感測器技術應運而生，解決一系列功能問題。但基於攝像頭、鐳射雷達、超聲波或2D雷達感測器的主流解決方案應用均受到固有因素的限制。
攝像頭和鐳射雷達是探測物體和測距的有效方法，通常用於避免碰撞。攝像頭和鐳射雷達提供高解析度成像，並可以跟蹤多個目標，但由於依賴於光學器件，無法穿透固態物體，應用受到限制，且不利的天氣或光照條件也會影響其效能。例如，鏡頭上的灰塵或泥土會嚴重影響其功能。攝像頭和鐳射雷達侵犯隱私、價格昂貴［1］，因此很有可能被更具價效比的技術取代。
超聲波感測器是一種技術含量較低、不具備魯棒性的解決方案，不支援成像或無法跟蹤目標。
另一方面，2D雷達可探測物體位置、方向、距離和速度，是典型的具備魯棒性、可擴充套件的解決方案，可保護隱私。但僅基於幾個發射天線和幾個接收天線，因此其波束受限，只能提供短距離覆蓋，解析度非常低，視野小，且無法生成影象。2D雷達視野有限，主要集中在一個軸上，且其角解析度不高，不足以區分近距離目標。
因道路交通事故造成的車輛乘員和交通弱勢群體死亡人數幾乎持平，製造商選擇的感測器必須符合不斷提高的安全要求，以保護所有道路使用者的生命安全。只有一種感測器技術融合了替代方案的所有優點，而又彌補了缺點。
（二）為什麼4D成像雷達具備所有感測器的優點
4D成像雷達是下一代雷達技術，使車輛具備瞬時自動做出救生決策的必要功能，同時可大幅降低OEM和Tier 1的直接成本和間接成本。
4D成像雷達可實時探測並跟蹤車內外的人員和物體。與傳統雷達解決方案不同，4D成像雷達利用多輸入多輸出（MIMO）天線陣列，感知周圍環境，解析度高。提供3D成像，可跟蹤多個目標。4D成像雷達將第四維的速度，與基於多普勒分析由運動引起的波形畸變而生成的另一維度（即速度）相結合，從而實現運動追蹤。
4D成像MIMO雷達系統測量從每個發射（Tx）天線到目標並返回到每個接收（Rx）天線的飛行時間，處理形成眾多橢圓點的資料。橢圓點陣相交的部分（稱為熱點）就表示在任何特定時刻目標的確切位置。
（三）4D成像雷達技術的三大核心優勢
高解析度
大型天線陣列可同時精確探測並跟蹤多個靜態和/或動態目標。在座艙內，4D成像雷達可檢測乘員，區分兒童和成人，監視其生命體徵並檢測其姿勢和位置。在車外，可以探測並跟蹤其他車輛、障礙物和交通弱勢群體。
高魯棒性
由於不涉及光學器件，4D成像雷達在所有光照和天氣條件下可靠性都非常高。4D成像雷達不需要駕駛員就能可靠地監測目標，例如在座艙內的目標。4D成像雷達還可以探測牆壁和其他物體後面的目標，從而在街道拐角處提供可見性。在ADAS和車輛周圍安全應用方面，這是這一技術的關鍵優勢，例如，在交叉路口避免撞車、地下停車場代客泊車以及黑暗小巷中探測闖入者。
保護隱私
4D成像雷達始終保持隱私，這是整個汽車行業日益關注的問題，尤其是對於乘員不斷變化的計程車或公共交通工具。領先的汽車製造商表示遵守《汽車消費者隱私保護原則》6，使車內攝像頭成為次優選擇。
這些特性使4D成像雷達成為增強汽車安全性的理想技術，提高車輛意識更好地保護乘員。
（四）4D成像雷達：重構艙內感知
人們顯然需要可靠技術（如4D成像雷達）實現更智慧的艙內感知。在全球範圍內，成千上萬的兒童因父母或照料者的疏忽死於汽車中暑。
Euro NCAP將從2023年［2］開始對車內兒童檢測（CPD）進行評分，這是全球倡導防止汽車中暑事件的一大舉措。全世界的立法機構也在制定法規以防止此類悲劇發生。
對於大多數駕駛者而言，艙內安全同樣需要安全帶和安全氣囊。1960年至2012［3］年間，預計安全帶挽救了近330，000條生命；1987年至2017年間，據稱安全氣囊挽救了50，547條生命［4］。
但駕駛員離方向盤更近，受安全氣囊撞擊傷害的風險更大，因為傳統安全氣囊安裝並不考慮身形或姿勢。出於同樣的原因，1990年至2008年間，與安全氣囊有關的死亡人數中，有90％是兒童。這就表明，在保護車內生命安全方面，按身形區分乘員至關重要。許多致傷案例也可直接歸因於“安全帶綜合症”［5］，這表明保護車內生命安全任重道遠。
除了降低安全氣囊的危害等持續改善的技術，這種情況幾十年來一直未有改變。當前基於重量的安全帶感測器經常觸發錯誤警報，因為這些感測器無法區分人和重物，而自動安全氣囊也是基於重量的，容易失效，可靠性低。駕駛員及乘客應享有更高的安全標準，這可以透過改善乘員資料（可描述乘員身形和姿勢）來實現。
當前的車內兒童檢測（CPD）主要限於間接感知系統［6］，容易出現誤報等情況。與傳統安全帶提醒系統（SBR）一樣，可靠的實時乘員資料也不支援低端CPD解決方案。有了之前的錯誤警報後，有些系統只覆蓋車輛第二排座位，增加了駕駛員在緊急情況下無視警報的風險。根據歐洲NCAP分類，這些低端解決方案僅能為汽車製造商贏得0。5-1。5分（滿分為4分）。
提供更高水平的車內兒童檢測（CPD）和提高乘客安全性，需要重新評估車內生態系統。目前，汽車製造商不再將安全帶、安全氣囊和其他功能作為單獨的元件考慮，而是將其視為集中式安全裝置的元件，CPD系統安裝在前面和中央位置。
下一代艙內感知技術應用範圍更廣，這對於提供更安全的車內環境至關重要。這些技術包括：
車內兒童檢測(CPD)
基於直接感知，檢測獨自留在車中任何位置的兒童，使用實時乘員資料提高精確分類。
安全帶提醒系統（SBR）
區分坐得很近的乘員，不因沉重的物體或兒童約束系統（CRS）發出誤報。
最佳化安全氣囊部署和動態失效
確定每位乘員的位置、身形和姿勢，並據此調整安全氣囊尺寸。透過離位（Out-of-Position， OOP）檢測功能，也可以避免因前排乘客將腳放在儀表板［7］上而造成的傷害。
預緊器最佳化
使用精確的位置和尺寸資料來減少發生碰撞時的前向力。透過增強負載限制器功能，將乘員胸部的壓力降至最低。
緊急呼叫（eCall）支援
事故發生後向緊急服務發出警報，提供有關乘員人數、分類、呼吸和移動的資料。
入侵者探測
一種低功耗解決方案可感知潛在入侵者在車輛周圍的運動。
但是，艙內環境只是整體安全狀況的一方面。保護行人和騎車人，以及避免與其他車輛發生碰撞，是行業重要的使命。這也是4D成像雷達會成為應用趨勢的另一領域。
（五）ADAS和ARAS：從各個角度增強安全性
高階駕駛輔助系統（ADAS）處於汽車開發的最前沿，但其前身-巡航控制和防抱死制動（ABS）系統已經使用了數十年。
盲點探測（BSD）、變道輔助（LCA）、牽引控制以及車身電子穩定（ESP）等其他系統，都具有相同的作用：透過最大程度減少或消除人為錯誤來提高道路安全性。近年來，這些系統發揮重要作用。與沒有配備ESP的車輛相比，配備ESP的車輛發生致命碰撞的可能性要低25％［8］。
目前，人們普遍認為ADAS是全自動駕駛汽車的基礎。但僅ADAS解決方案［9］就能防止40％的乘用車碰撞事故發生，減少37％的事故受傷人數和29％的事故死亡人數。
目前，基於4D成像雷達的ADAS應用分為四類：
用於停車場的超短距離雷達（uSRR）
用於停車場和城市低速駕駛的短距離雷達（SRR）
用於城市高速駕駛的中距離雷達（MRR）
用於高速公路駕駛和快速路駕駛的長距離雷達（LRR）
為提供全場景所需的效能，ADAS感測器必須提供水平和垂直寬視野。仰角元件對於深度感知以及車輛檢測高度障礙物和高架標牌的能力至關重要。
另一個要求是高解析度：可以探測接近車輛的交通弱勢群體，尤其是在市區和擁擠的停車場中，行人會突然出現在車輛之間，而Scooter則可能出現在車輛的盲區中。
除精確探測之外，最佳ADAS功能還要求感測器區分靜態障礙物，例如，分隔物、路牙和停放的車輛，以及不同型別的交通弱勢群體、行駛中的車輛或其他危險情況。
標準2D雷達不足以應對需要高角度解析度的複雜情況。更先進的鐳射雷達感測器能夠滿足解析度要求，但在黑暗和惡劣天氣條件下會有侷限性，嚴重影響其整體功能。而且，由於價格高昂，鐳射雷達感測器並不總是具備可擴充套件性，因此經濟型車型不能實現基於鐳射雷達的安全性。
4D成像雷達支援uSRR、SRR、MRR和LRR應用。在低速情況下，提供高階泊車輔助等功能；在高速情況下，輔助盲點探測（BSD）、自動緊急制動（AEB）、前後碰撞預警（FCW/RCW）以及前/後方交通穿行提示（FCTA/RCTA）等功能。
4D成像雷達技術也非常適用於兩輪車，對於典型特殊高風險道路使用群體的摩托車手來說是個好訊息。根據美國國家公路交通安全管理局（NHTSA），摩托車發生致命事故的可能性是汽車的五倍。為保護摩托車騎車人，高階車手輔助系統（ARAS）主要包括三大功能：
正面碰撞警告
當有明顯的碰撞危險時，該功能既可以探測障礙物，也可以評估潛在撞擊的嚴重性。計算所需的安全距離和路徑，提供即時警告，從而可以實現減速和躲避。
交叉口支援
為保護摩托車騎車人避免在路口發生側面碰撞，並保護人行橫道上的行人，側面感測器與正面感測器配合使用，可探測可能與摩托車碰撞的目標。這些感測器還有助於實現交通穿行提示（CTA）並覆蓋事故多發點，例如道路和隧道入口的狹窄路段。
變道支援
由於盲區存在，換道是任何車輛最危險的操作之一。為實現更安全的車道變更，後向感測器會探測摩托車附近其他車輛的速度和位置，評估風險並警告騎手。
4D成像雷達提供高解析度和寬視角，可完全支援上述所有功能，ADAS和ARAS工程師無需依靠昂貴的技術和複雜的基礎設施。
為儘可能多的車輛配備可靠的感測器便可最大限度的保護生命安全。但傳統行業僅新增安裝感測器支援每個新應用的方法是不切實際、不經濟且不可持續的。
（六）合規性及複雜性的成本
目前，平均每輛車均配備100多個支援安全功能的單功能感測器和ECU，預計到2030年，這一數字將翻番。
部分是由於踏板車Scooter和其他兩輪車的指數級增長普及［10］，這增加了汽車和弱勢道路使用者之間發生碰撞的風險，併產生了對新安全協議的需求。
10年內，電子產品將佔汽車成本的50%，高於目前的30%［11］。因此，汽車製造商和一級供應商的利潤率預計將下降一半［12］。
合規性
滿足日益嚴苛的安全標準所需的總成本已佔到車輛價值的20%，包括每個指定感測器的價格，以及相關的佈線、ECU和功耗。
目前大多數汽車製造商都是按照全球汽車戰略運營的，車企還必須考慮到安全法規的差異所帶來的成本，據計算，在美國和歐盟銷售的所有汽車的成本都超過40億美元［13］。
複雜性
大量相互關聯的系統也增加了設計的複雜性。和任何機器一樣，運動部件越多，故障的可能性就越大。現代汽車的電子生態系統越來越複雜，增加了產品釋出延遲、意外成本甚至達不到規格的風險。
量產（SOP）計劃是一個特別關注的領域。建立和監視新整合SOP非常耗時和昂貴。當多個供應商參與到複雜的整合中時，交叉佈線的機率就會呈指數級增長。
“每個應用一個感測器”的傳統模式加劇了這些問題，不再具有可持續性，導致汽車製造商尋求新的戰略，以確保合規性的同時降低複雜性並降低成本。
（七）新方法
市場上有越來越多的4D成像雷達解決方案，所有這些解決方案都具備高效能和可靠性。許多3D/4D成像雷達解決方案需要晶片串聯，這需要額外的硬體、稍重的外部處理器和較大的外形尺寸，視野有限，價格昂貴。如世界上唯一的單晶片平臺多功能供應商Vayyar能用單個RFIC執行更多功能，降低複雜度及顯著降低成本。
成本效率
：4D成像雷達晶片成本與2D雷達感測器解決方案大致相同，但其附加值巨大：更豐富的資料、更高的精度和更多的功能，同時提供最佳的價效比，降低總體開發成本，降低相關風險，縮短上市時間。
擴充套件性
：汽車製造商能夠透過點雲快速開發和部署新的應用，滿足新的安全要求，而無需額外的SOP程式。
高度整合技術
：在DSP和MCU的支援下，所有的軟體都嵌入到晶片中，並在邊緣進行處理和計算，包括執行先進的雷達演算法。汽車製造商可以更多地關注影象處理和機器學習，而不用在低水平雷達演算法開發上耗費精力。
就單晶片平臺而言，一個感測器能同時支援多種應用，這是由於在富點雲成像上具有超凡的解析度和超寬的視野。此類平臺大大減少了感測器和相關SOP程式的總數量，降低了直接和間接成本，同時支援眾多尖端安全功能。
備註：
［1］http：//www2。cio。com。au/article/658542/self-driving-car-development-stalled-by-chaotic-market-sensor-technology/
［2］https：//europe。autonews。com/automakers/child-detection-safety-technology-may-get-mandate
［3］https：//www。nhtsa。gov/seat-belts/seat-belts-save-lives#：~：text=A%20NHTSA%20study%20of%20lives，assemblies%2C%20and%20electronic%20stability%20control
［4］https：//www。nhtsa。gov/equipment/air-bags#：~：text=From%201987%20to%202017%2C%20frontal，your%20first%20line%20of%20defense
［5］https：//www。sciencedirect。com/science/article/pii/S2210261216000262
［6］https：//www。consumerreports。org/car-safety/auto-industry-agrees-to-put-rear-seat-reminder-systems-in-most-new-carsby-2025/
［7］https：//www。autoblog。com/2020/01/27/x-ray-injuries-feet-on-car-dashboard/？guccounter=1#：~：text=If%20you%20ride%20with%20your，So%3A%20Seatbelt%20on。&text=of%20their%20car。，Airbags%20deploy%20between%20100%20%26%20220%20MPH。，knees%20through%20your%20eye%20sockets。
［8］https：//ec。europa。eu/transport/road_safety/specialist/knowledge/esave/esafety_measures_known_safety_effects/electronic_stability_control_en
［9］https：//aaafoundation。org/potential-reduction-in-crashes-injuries-and-deaths-from-large-scale-deployment-of-advanced-driverassistance-systems/
［10］https：//www。bloomberg。com/news/articles/2020-08-27/how-big-was-2019-s-scooter-boom-and-what-s-next#：~：text=Scoot-er%20ridership%20increased%20from%2038。5，36。5%20million%20to%2040%20million
［11］https：//www。statista。com/statistics/277931/automotive-electronics-cost-as-a-share-of-total-car-cost-worldwide/
［12］https：//www。automotivemanufacturingsolutions。com/suppliers/tearing-profits-apart-how-tier-1-automotive-suppliers-can-miti-gate-shrinking-margins/39815。article
［13］https：//www。cargroup。org/wp-content/uploads/2017/02/Potential-Cost-Savings-and-Additional-Benefits-of-Conver-gence-of-Safety-Regulations-between-the-United-States-and-the-European-Union。pdf
