Das ARS 540 (Advanced Radar Sensorsystem) soll nach Angaben von Continental und Xilinx das „erste serienreife 4D Imaging Radarsystem der Automobilindustrie“ sein. 4D Imaging Radar bestimmt den Ort eines Objekts in Bezug auf Reichweite, Azimut, Höhe und per Doppler auch relative Geschwindigkeit, um detaillierte Informationen über die Fahrzeugumgebung zu liefern.

Willard Tu, Senior Director Automotive bei Xilinx

Willard Tu (Xilinx): „Der Teil mit der programmierbaren Logik innerhalb der Zync-Bausteine ist OTA-upgradable, also über die Luftschnittstelle reprogrammierbar. Wir nennen das OTA Silicon.“ Xilinx

Von bisherigen KFZ-Radarsystemen, die nur Geschwindigkeit und Azimut erfassen, konnten diese Informationen nicht bereitgestellt werden. Bereits mehrere Leitkunden in den USA und in Europa arbeiten auf den SOP von Fahrzeugen mit integriertem ARS 540 hin, betonte Willard Tu, Senior Director, Global Automotive Lead bei Xilinx im Gespräch mit all-electronics.de. Xilinx liefert nämlich die Mpsoc-Plattform Zynq Ultrascale +, auf der nicht nur die komplexe Signalverarbeitung des 4D-Radars abläuft. Die Xilinx-Lösung biete „die hohe Leistung und die  fortschrittlichen DSP-Fähigkeiten, die wir zur Realisierung des ARS540 benötigen, kombiniert mit Adaptierbarkeit und einer branchenführenden Auswahl an Netzwerk-Schnittstellen, die ein breites Spektrum an Antennendaten bei extrem hohen Gesamtübertragungsraten verarbeiten können”, hebt Willard Tu hervor.

4D-Radar ARS540

Continentals ARS540 ist ein 137 mm x 90 mm x 39 mm großes 4D Imaging Radarsystem mit hoher Auflösung bei einer Reichweite von 300 Metern. Der Tier-1 hatte erstmals im Umfeld der CES 2018 über sein neues Premiumprodukt gesprochen und will es Mitte 2021 in Serie bringen. Das Sichtfeld von ±60° ermöglicht Tracking zur präzisen, durch mehrere Hypothesen gestützten Vorhersage während der Fahrt – und das ist entscheidend zur Bewältigung komplexer Verkehrsfluss-Szenarien, wie die Detektion von Staus unter Brücken. Bei einer Brücke mit 6,50 m Durchfahrtshöhe erkenne der für das automatisierte Fahren konzipierte Radarsensor beispielsweise bereits aus 300 m Entfernung die korrekte Durchfahrtshöhe und auch die Höhe eines Tunnels sei sehr verlässlich aus der Ferne bestimmbar, berichtet Willard Tu aus der Erprobungspraxis. Zudem ließen sich mit dem ARS540 „viele False-Positive-Zustände vermeiden“.  Auch für eine autonome Notbremsung bei querendem Verkehr an Kreuzungen sowie die Erkennung (motorisierter) Zweiradfahrer ist der Öffnungswinkel von ±60° erforderlich.

Zusätzlich ermöglicht das im Bereich 76 bis 77 GHz arbeitende ARS540-System dank seiner horizontalen und vertikalen Auflösung die Erkennung potenziell gefährlicher Objekte auf der Fahrbahn, so dass eine entsprechende Reaktion frühzeitig eingeleitet werden kann. Aber auch Bordsteine und Fahrradfahrer ließen sich jetzt mit exakt detektieren und weiterverfolgen – jeweils alle 60 ms neu. Continental zufolge weist das ARS540, das bei 12 V Versorgungsspannung 23 W aufnimmt und im Temperaturbereich -40 bis +85 °C arbeitet, die „höchste Verfügbarkeit aller ADAS-Technologien“ auf.

Zynq Ultrascale+ als Herzstück

Das Xilinx Automotive (XA) Zynq UltraScale+ MPSoC, so die Eigenschreibweise des Unternehmens, „ist eine adaptierbare Plattform, die es Continentals 4D Imaging Radar ermöglicht, systemneutral mit der jeweils vorliegenden Sensor-Plattform-Konfiguration zu arbeiten und sich der vom OEM vorgegebenen Spezifikation anzupassen“, erläutert Willard Tu. „Die Parallelverarbeitung in der programmierbaren Logik des Bausteins erzielt eine optimale Performance und ermöglicht die vollständig unabhängigen, jedoch simultanen Verarbeitungs-Pipelines, die von entscheidender Bedeutung für die 4-D Sensoreigenschaften des ARS540 sind.“ Die zahlreichen DSP-Slices zur digitalen Signalverarbeitung ermöglichen dabei die Hardware-Beschleunigung von Radar-Sensor-Eingangssignalen in Echtzeit. Weil das ARS540 per 192 Kanäle mit Beam Forming nutzt, sei „20 mal mehr Datenverarbeitung erforderlich als früher“, führt Willard Tu weiter aus.

FPGAs, die Preisfrage und OTA Silicon

Chips mit integrierten FPGAs sind zwar hochflexibel, aber nicht immer die preisgünstigste Lösung auf der Stückliste. Deshalb kam es in der Vergangenheit des öfteren vor, dass in den Prototypen zwar programmierbare Logik ordnungsgemäß ihre Aufgabe erledigten, beim SOP dann allerdings ein preisgünstigeres SoC zum Einsatz kam. Diese Gefahr sieht Willard Tu beim ARS 540 nicht: „Unsere Produkte erfüllen auch die Preisvorgaben für die Massenproduktion. Die Entwicklungskosten sind derart hoch, dass es sich nicht lohnt, ein System zu überarbeiten, wenn es erst einmal in Produktion ist“ – und Continental werde ja mit dem Zync-Baustein in Produktion gehen, denn die Vorteile der FPGA-basierten Lösung überwiegten: „Der Teil mit der programmierbaren Logik innerhalb der Zync-Bausteine ist OTA-upgradable, also über die Luftschnittstelle reprogrammierbar. Wir nennen das OTA Silicon.“ Damit lässt sich nicht nur die Software sondern auch ein Teil der Hardware per OTA neu programmieren – und diese Lösung hat durchaus viel Charme.