Worldwide Plans for Harmonization of Automotive Radars (Short-Range and Medium-Range) at 77-81 GHz, and Compatibility with Incumbent Users
C/AGT CoC RFA Mr | 02.05.2011 | FRI045110516 | © Robert Bosch GmbH 2011. Alle Rechte vorbehalten, auch bzgl. jeder Verfügung, 1 Verwertung, Reproduktion, Bearbeitung, Weitergabe sowie für den Fall von Schutzrechtsanmeldungen. Automotive Radar Motivation
Motivation and Background information for the need of radar sensors
C/AGT CoC RFA Mr | 02.05.2011 | FRI045110516 | © Robert Bosch GmbH 2011. Alle Rechte vorbehalten, auch bzgl. jeder Verfügung, 2 Verwertung, Reproduktion, Bearbeitung, Weitergabe sowie für den Fall von Schutzrechtsanmeldungen. Predictive Emergency Braking System Scope of Safety Functions – US Accident Data*
Accidents with Fatalities Accidents Accidents with Injuries n = 38,588 Predictive Emergency n = 1,784,588 6% 1% 5% Braking Systems 4% 2% 2% could avoid or mitigate 10% 23% 28% Accidents 45% 20% Electronic Stability Control 3% 4% and 32% 11% Lane Departure 4% Warning Systems resp. could avoid Collision with ... or mitigate parked vehicle 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 …) *sources: NHTSA/NCSA 2006
C/AGT CoC RFA Mr | 02.05.2011 | FRI045110516 | © Robert Bosch GmbH 2011. Alle Rechte vorbehalten, auch bzgl. jeder Verfügung, 3 Verwertung, Reproduktion, Bearbeitung, Weitergabe sowie für den Fall von Schutzrechtsanmeldungen. 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 • acoustic/optical warning only at fixed point • driver monitoring to optimize warning strategy in time • adapted system reaction for stationary objects • limited to good weather and to minimum vehicle speed
Emergency Braking Assist EBA AEB Automatic • includes PCW Emergency • target braking for optimized brake support EBA Braking to avoid collision Emergency Brake PCW Assist Predictive Collision Warning Automatic Emergency Braking AEB
• includes EBA • automatic partial braking • automatic full braking when collision *Remark: For the following investigation an FCW realization is used that would just fulfill the requirements unavoidable 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, 4 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%
30% 31% 32%
20% 20%
10% 11%
Share Share of accidents 4% 2%
0% 0% < 25% 26- 50% 51-75% > 75% ~100%
Ratio of actual braking compared to maximum possible. deceleration2
1 Evaluation based on 1103 rear end crashes in GIDAS. 2 Maximum possible deceleration was determined Source: Bosch Analysis of GIDAS Database (2001-2005) 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, 5 Verwertung, Reproduktion, Bearbeitung, Weitergabe sowie für den Fall von Schutzrechtsanmeldungen. Predictive Emergency Braking System The PEBS function – A detailed view
Brake Acoustic Brake Driver Crash Crash Pre-fill Alert Jerk Brakes Unavoidable
Gray zone Increasing risk Crash imminent Crash avoidable
braking EBA assist driver braking without EBA
automatic emergency braking AEB automatic partial braking
Brake jerk was evaluated to be the most effective driver alert
C/AGT CoC RFA Mr | 02.05.2011 | FRI045110516 | © Robert Bosch GmbH 2011. Alle Rechte vorbehalten, auch bzgl. jeder Verfügung, 6 Verwertung, Reproduktion, Bearbeitung, Weitergabe sowie für den Fall von Schutzrechtsanmeldungen. Predictive Emergency Braking System
Translation to US Boundary Conditions 63%
60% 327,984 crashes with injuries/fatalities, 12% within scope of PEBS* 54% GIDAS 50% GES 1,784,588 crashes with injuries/fatalities, 27% within scope of PEBS* 40% Main Assumption: Driver Behavior 30% basically identical in U.S. and Germany
20% 19%
10% 10% 9%
10% 7%
6%
5%
4%
<1% <1% <1%
3%
2% 2%
1% 1% 1% 1% 1% 1% 1%
Occurrence within scope ofPEBS scopewithin Occurrence 0% 21 25 29 22 26 30 23 27 31 11 Accident GIDAS (German In-Depth Accident Study), http://www.gidas.org/ type Collision with ... * rear-crash accidents caused by passenger cars only, no trucks
parked vehicle stopped vehicle slower vehicle decelerating vehicle intending to… intending to… intending to… turn left (22) turn left (26) turn left (30) (11) go straight (21) go straight (25) go straight (29) turn right (23) turn right (27) turn right (31)
sources: StBA, GIDAS, NHTSA, Year 2006
02.05.2011 | FRI045110516 | © Robert Bosch GmbH 2011. Alle Rechte vorbehalten, auch bzgl. jeder Verfügung, Verwertung, Reproduktion, 7 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 100% at fixed point in time • limited to good weather and to minimum vehicle speed
75% PCW Predictive Collision Warning • warning cascade including brake jerk • driver monitoring to optimize
warning strategy end crashes end - 50%
EBA Emergency Braking Assist • includes PCW
with injuries/fatalitieswith 25% • target braking for optimized
avoided rear avoided brake support to avoid collision 22% 39% 58% 74% 0% AEB Automatic Emergency Braking FCW PCW EBA AEB • includes EBA
Source: Bosch Analysis of GIDAS Database (2001-2005), modeled under idealized conditions • automatic partial braking • automatic full braking when collision * Remark: For this investigation an FCW realization was used that would just fulfill the requirements of the unavoidable NHTSA FCW Conformance Test.
C/AGT CoC RFA Mr | 02.05.2011 | FRI045110516 | © Robert Bosch GmbH 2011. Alle Rechte vorbehalten, auch bzgl. jeder Verfügung, 8 Verwertung, Reproduktion, Bearbeitung, Weitergabe sowie für den Fall von Schutzrechtsanmeldungen. Predictive Emergency Braking System Average reduction of collision speed (for unavoided accidents) FCW Forward Collision Warning* • acoustic/optical warning only at fixed point in time • limited to good weather and to 100% minimum vehicle speed
PCW Predictive Collision Warning • warning cascade including brake jerk 75% • driver monitoring to optimize
warning strategy
end crashes end -
50% EBA Emergency Braking Assist • includes PCW • target braking for optimized brake support to avoid collision
with injuries/fatalitieswith 25%
AEB Automatic Emergency Braking • includes EBA speed reduction for rear for reductionspeed 12% 21% 28% 47% 0% • automatic partial braking FCW PCW EBA AEB • 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.
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C/AGT CoC RFA Mr | 02.05.2011 | FRI045110516 | © Robert Bosch GmbH 2011. Alle Rechte vorbehalten, auch bzgl. jeder Verfügung, 10 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
C/AGT CoC RFA Mr | 02.05.2011 | FRI045110516 | © Robert Bosch GmbH 2011. Alle Rechte vorbehalten, auch bzgl. jeder Verfügung, 11 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)
C/AGT CoC RFA Mr | 02.05.2011 | FRI045110516 | © Robert Bosch GmbH 2011. Alle Rechte vorbehalten, auch bzgl. jeder Verfügung, 12 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) . 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, 13 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)
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. 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!
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24 GHz NB 24/26 GHz UWB
Cut off Date in EC „2018 + 4“
77 GHz 79 GHz
C/AGT CoC RFA Mr | 02.05.2011 | FRI045110516 | © Robert Bosch GmbH 2011. Alle Rechte vorbehalten, auch bzgl. jeder Verfügung, 16 Verwertung, Reproduktion, Bearbeitung, Weitergabe sowie für den Fall von Schutzrechtsanmeldungen. ITU-R Organization for ITS – Study period 2008 - 12
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C/AGT CoC RFA Mr | 02.05.2011 | FRI045110516 | © Robert Bosch GmbH 2011. Alle Rechte vorbehalten, auch bzgl. jeder Verfügung, 18 Verwertung, Reproduktion, Bearbeitung, Weitergabe sowie für den Fall von Schutzrechtsanmeldungen. ITU-R Organization for ITS – Study period 2008 - 12
WRC input Japan
C/AGT CoC RFA Mr | 02.05.2011 | FRI045110516 | © Robert Bosch GmbH 2011. Alle Rechte vorbehalten, auch bzgl. jeder Verfügung, 19 Verwertung, Reproduktion, Bearbeitung, Weitergabe sowie für den Fall von Schutzrechtsanmeldungen. Technical situation assessment; the key performance indicators
C/AGT CoC RFA Mr | 02.05.2011 | FRI045110516 | © Robert Bosch GmbH 2011. Alle Rechte vorbehalten, auch bzgl. jeder Verfügung, 20 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 79GHz band band Available Bandwidth < 200MHz 5 to 7 GHz 1GHz 4GHz typ. 100 MHz typ. 0.5 to 2 typ. 200 MHz typ. 2 to 3 GHz GHz target separation 150cm 10cm 75 cm 7.5cm capability max. power e.i.r.p. in 20dBm* peak 0dBm/50MHz 55dBm* 55dBm* EU/CEPT (peak) 50/23.5dBm* -41dBm/MHz -3 (RMS) (91)dBm/MHz (RMS) S/N ratio gained# up to 46dB 0dB ≈ 22…42dB1 ≈ 10…42dB2
* measured over the entire bandwidth # compared to 24GHz UWB 1 measured outside the vehicle 2 depending on applied modulation and noise figure of system
C/AGT CoC RFA Mr | 02.05.2011 | FRI045110516 | © Robert Bosch GmbH 2011. Alle Rechte vorbehalten, auch bzgl. jeder Verfügung, 21 Verwertung, Reproduktion, Bearbeitung, Weitergabe sowie für den Fall von Schutzrechtsanmeldungen. 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 not possible due to yes no, special ACC possible range limitation band available ACC with Stop & Go limited due to yes yes yes separation performance Precrash and no, not enough yes no, not enough yes Pedestrian precision precision and field of protection view Blind Spot limited performance, yes no yes Monitoring often in combination with LCA Emergency brake no, not enough yes, in combination yes, in combination yes, in combination precision with ACC radar with UWB SRR with ACC radar Lane Change Assist yes no yes yes Parking aid not possible due to yes not appropriate due yes weak object to high power separation
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C/AGT CoC RFA Mr | 02.05.2011 | FRI045110516 | © Robert Bosch GmbH 2011. Alle Rechte vorbehalten, auch bzgl. jeder Verfügung, 23 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 todays safety 81 GHz that covers all applications, system concept Interference free operation (shown partition is only one possible example)
polarization a polarization b 24 GHz SRR 76 77 81 GHz 24 GHz NB next generation 77 GHz LRR safety system layout
79 GHz MRR 79 GHz MRR
77 GHz LRR 77 GHz LRR 24 77 GHz
79 GHz SRR heterogenic approach with different radar systems having different performance, interference risk and application portfolio
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PROs & CONs
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Mutual interference of Automotive Radars
Automotive radar bottleneck consequence frequency band
24 GHz narrowband bandwidth all radars operate with high power in the (24.05 to 24.25 GHz) same, small frequency range => very high interference risk
26 GHz UWB SRR low emission very low emission power => low (24.25 to 29 GHz) power interference risk 77 GHz ACC high power, no standard regarding interference no standard 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
C/AGT CoC RFA Mr | 02.05.2011 | FRI045110516 | © Robert Bosch GmbH 2011. Alle Rechte vorbehalten, auch bzgl. jeder Verfügung, 26 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
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Automotive radar # of other consequence frequency band inband users
24 GHz narrowband very high ISM, no control of the band possible, high (24.05 to 24.25 GHz) interference potential, no protection at all 26 GHz UWB SRR medium primary and co-primary services, with very (24.25 to 29 GHz) 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
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C/AGT CoC RFA Mr | 02.05.2011 | FRI045110516 | © Robert Bosch GmbH 2011. Alle Rechte vorbehalten, auch bzgl. jeder Verfügung, 29 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
=Goal= Detect objects with <20cm resolution at x10m *Interference should be a problem (5x higher resolution) to achieve higher attachment rate
C/AGT CoC RFA Mr | 02.05.2011 | FRI045110516 | © Robert Bosch GmbH 2011. Alle Rechte vorbehalten, auch bzgl. jeder Verfügung, 30 Verwertung, Reproduktion, Bearbeitung, Weitergabe sowie für den Fall von Schutzrechtsanmeldungen. 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
C/AGT CoC RFA Mr | 02.05.2011 | FRI045110516 | © Robert Bosch GmbH 2011. Alle Rechte vorbehalten, auch bzgl. jeder Verfügung, 31 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 ∆V ∆V ∆R ∆R ∆R ∆R
∆ ∆ ∆ ∆ 24 GHz 24/26 GHz 77 GHz 79 GHz Narrow-Band UWB 5 GHz BW 1 GHz BW 4 GHz BW BW 200MHz max
Sensor Performance
Legend:
∆V : Velocity Axis Doppler resolution of object distance is RF frequency dependant Higher RF frequency enables better Doppler resolution ∆ : Angle Axis For a given aperture, the resolution increases with frequency. Angular resolution depends on antenna aperture.
∆R : 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 !!!
C/AGT CoC RFA Mr | 02.05.2011 | FRI045110516 | © Robert Bosch GmbH 2011. Alle Rechte vorbehalten, auch bzgl. jeder Verfügung, 32 Verwertung, Reproduktion, Bearbeitung, Weitergabe sowie für den Fall von Schutzrechtsanmeldungen. Advantages 76 / 79 GHz Automotive Radar Systems Sensor Technology Comparison
Next generation solutions
SHORT- LONG- RANGE RANGE LIDAR ULTRASONIC VIDEO RADAR RADAR (24 GH2 UWB) (77 GHz) RANGE MEASUREMENT <2 m ++ - 0 ++ -
RANGE MEASUREMENT 2 to 30 m ++ ++ ++ - -
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
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79 GHz is most likely the long-term solution for automotive due to: high range high spatial resolution high angular resolution higher doppler shift
C/AGT CoC RFA Mr | 02.05.2011 | FRI045110516 | © Robert Bosch GmbH 2011. Alle Rechte vorbehalten, auch bzgl. jeder Verfügung, 34 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.
C/AGT CoC RFA Mr | 02.05.2011 | FRI045110516 | © Robert Bosch GmbH 2011. Alle Rechte vorbehalten, auch bzgl. jeder Verfügung, 35 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 Narrowband, low resolution resolution
C/AGT CoC RFA Mr | 02.05.2011 | FRI045110516 | © Robert Bosch GmbH 2011. Alle Rechte vorbehalten, auch bzgl. jeder Verfügung, 36 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.
C/AGT CoC RFA Mr | 02.05.2011 | FRI045110516 | © Robert Bosch GmbH 2011. Alle Rechte vorbehalten, auch bzgl. jeder Verfügung, 37 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
C/AGT CoC RFA Mr | 02.05.2011 | FRI045110516 | © Robert Bosch GmbH 2011. Alle Rechte vorbehalten, auch bzgl. jeder Verfügung, 38 Verwertung, Reproduktion, Bearbeitung, Weitergabe sowie für den Fall von Schutzrechtsanmeldungen. Advantages 76 / 79 GHz Automotive Radar Systems Target separation capability
B = 250 MHz B = 1250 MHz
Typ. Long Range Radar Bandwidth 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, 39 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 Hella 24 GHz MRR 70x60x30 mm (160m, 45°) 105x90x30 mm (120m, 40°)
77 GHz MRR - 1/3 size of a “typical” 24 GHz sensor at comparable field of view
C/AGT CoC RFA Mr | 02.05.2011 | FRI045110516 | © Robert Bosch GmbH 2011. Alle Rechte vorbehalten, auch bzgl. jeder Verfügung, 40 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
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
Factor 3 times better accuracy in measurement of relative velocity compared to 24 GHz solutions
due to better Doppler resolution at higher carrier frequency (fdoppler ~ 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!
C/AGT CoC RFA Mr | 02.05.2011 | FRI045110516 | © Robert Bosch GmbH 2011. Alle Rechte vorbehalten, auch bzgl. jeder Verfügung, 41 Verwertung, Reproduktion, Bearbeitung, Weitergabe sowie für den Fall von Schutzrechtsanmeldungen. Disadvantages 76 / 79 GHz Bumper loss at 79 GHz bumper material
Radar sensor coating and paint
C/AGT CoC RFA Mr | 02.05.2011 | FRI045110516 | © Robert Bosch GmbH 2011. Alle Rechte vorbehalten, auch bzgl. jeder Verfügung, 42 Verwertung, Reproduktion, Bearbeitung, Weitergabe sowie für den Fall von Schutzrechtsanmeldungen. Disadvantages 76 / 79 GHz Semiconductor technology – are 79 GHz MMICs more expensive?
There are two key cost drivers in the RF front- end: 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 !
C/AGT CoC RFA Mr | 02.05.2011 | FRI045110516 | © Robert Bosch GmbH 2011. Alle Rechte vorbehalten, auch bzgl. jeder Verfügung, 43 Verwertung, Reproduktion, Bearbeitung, Weitergabe sowie für den Fall von Schutzrechtsanmeldungen. Technical information
C/AGT CoC RFA Mr | 02.05.2011 | FRI045110516 | © Robert Bosch GmbH 2011. Alle Rechte vorbehalten, auch bzgl. jeder Verfügung, 44 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: 74 x 77 x 58 mm (L x W x H) 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
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RF-module ECU-PCB
SiGe-MMICs: WAU Flash Power Supplies VBatt 77 GHz VCO/Mixer 19 GHz GND integrated to DRO RAM Heater Switch one chip Lens/Radom
CAN CAN1-H 130MHz Driver Floatingpoint CAN1-L System- Connector CAN CAN2-H Controller AMP PLL ASIC CAN2-L Safety Controller µC ADC CTRL
Flexray Flexray Controller Driver Radar - ASIC (optional)
Power consumption: < 4W
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100 160,6
50 Metal carrier 20,4°C Car connector RF Module
ECU-PCB
Backside metal cover
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SiGe MMIC Top (Monolithic Microwave Integrated Circuit)
Bottom
4 Patch Antennas
Board to board Radar-ASIC connector CF630
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7.8 sqmm
1.2 sqmm
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Generic
Infineon
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distance 0.5 … 250 m FoV 30° @ 30 m Double-LRR
SiGe MMIC Mixer modification distance 0.5 … 250 m FoV 60° @ 30 m WVR (Wide View Radar)
Lens modification distance 0.5 … 200 m FoV 50° @ 30 m
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ECU Planar Planar Antenna • Power Supply
Array • Modulation Control Radar Transceiver • Baseband Amplifier • ADC / DAC TX RX • Microcontroller/DSP/FPGA • Monitoring • CAN / FlexRay –COM Housing: Thermal management, • EMC circuitry (ESD, Rev. electromagnetic/environmental shielding Voltage,..)
C/AGT CoC RFA Mr | 02.05.2011 | FRI045110516 | © Robert Bosch GmbH 2011. Alle Rechte vorbehalten, auch bzgl. jeder Verfügung, 54 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 3rd 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 Heat Sink and shielding Width: 60 mm Depth: 30 mm Power-PCB
Base with integrated connector
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, 55 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
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Field of View 200 180 Range: 160 ~160m 140 120 FOV: MRRfront 100 45° (70°)
80 Distancem in 60 40 20
0 -60 -50 -40 -30 -20 -10 0 10 20 30 40 50 60 Lateral Distance in m
150 Range: 130 ~120m 110
90 FOV: 75° MRRrear 70
Distancem in 50
30
10
-10 -60 -50 -40 -30 -20 -10 0 10 20 30 40 50 60 Lateral Distance in m
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Competitors 24GHz "narrow 24GHz UWB 77GHz ACC 79GHz SRR band" band 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 yes no no no (SMS/InnoSent)
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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) ? Opel/GM some US support no (Lidar ?) ?
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 ?
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Lexus IS Honda Legend SOP 2006 Audi A4 ACC sensor inside a car (EU) SOP 2005 SOP 2007 Mercedes GL Class SOP 2006 Cadillac STS SOP 2005 Honda CRV Audi Q7 SOP 2007 BMW 6 Series SOP 2006 SOP 2004 Lexus GS SOP 2005 Ford Mondeo Renault VelSatis Mercedes R Class SOP 2007 SOP 2003 BMW 5 SOP 2006 Mercedes E Class Series VW Passat Jaguar XKR SOP 2002 SOP 2004 SOP 2005 Jaguar XK Mercedes CL SOP 2006 Ford S-Max Jaguar S-Type Fiat Stilo Chrysler 300C Mercedes S Class SOP 2000 Mercedes SL Maybach SOP 2007 SOP 2003 SOP 2004 SOP 1999 SOP 2001 SOP 2002 Lexus LS SOP 2005 Volvo S80 SOP 2006
1999 2000 2001 2002 2003 2004 2005 2006 2007 2008
BMW 7 Nissan Primera VW Phaeton Audi A8 Jaguar XJ Cadillac XLR VW Touareg Ford Galaxy Audi Q5 Series SOP 2001 SOP 2002 SOP 2003 SOP 2004 SOP 2005 SOP 2006 SOP 2007 SOP 2000
BMW 3 Series Mercedes CLK Lancia Thesis MB M Class Volvo V70 SOP 2005 Volvo XC60 Class SOP 2004 SOP 2006 SOP 2007 SOP 2002
Audi A6 Range Rover Sport Audi A5 Toyota Avensis SOP 2006 SOP 2005 SOP 2007 * Only 1st Model/Platform SOP; follower models not included
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