Специализированные материалы повышают производительность ADAS

Обеспечение безопасности пассажиров, пассажиров и пешеходов вынуждает производителей автомобилей и их поставщиков постоянно повышать эффективность и надежность технологий вспомогательного вождения. Но по мере того, как количество функций безопасности и бортовых электронных систем на автомобиль увеличивается, инженеры вынуждены искать альтернативы более легким материалам и большей гибкости конструкции. Sabic разрабатывает материалы, которые способствуют облегчению и замене металла, снижению общей стоимости системы и гибкости конструкции, особенно в отношении радаров.

Радарные системы являются неотъемлемой частью набора датчиков ADAS, который поддерживает такие функции, как адаптивный круиз-контроль (ACC), автономное экстренное торможение (AEB) и предупреждение о лобовом столкновении (FCW). Для радиолокационных датчиков требуются материальные решения, обеспечивающие эффективное экранирование различных компонентов системы от электромагнитных помех (EMI) и свойства поглощения радиолокационных сигналов, чтобы отражения и перекрестные помехи не мешали правильному обнаружению объектов, измерениям расстояния и скорости.

В беседе с EE Times Мартин Сас, ведущий научный сотрудник подразделения Sabic Specialties, подчеркнул, как материалы должны способствовать повышению производительности систем ADAS. В частности, материалы Sabic предлагают экранирование от электромагнитных помех для защиты компонентов схем; устранение перекрестных помех и радиочастотных помех (RFI); включить поглощение радара, чтобы уменьшить влияние отражений на показания датчиков; и обеспечивают хорошую теплопроводность для отвода тепла, превосходные механические свойства и устойчивость к автомобильным химикатам.

Расширенные системы помощи водителю

Будущие автомобильные электронные системы безопасности, основанные на радарах и беспроводной связи, будут во многом зависеть от антенн, эффективных RFIC и компактных электронных схем с низкими потерями. Все материалы, из которых они сделаны, обеспечат ожидаемую производительность. Реализация этих систем требует изготовления соответствующих схемотехнических материалов.

Подразделение Sabic Specialties выделило два основных сегмента автомобильных радарных датчиков. Первый тип - это малый форм-фактор с высоким уровнем интеграции и упором на малое энергопотребление, а также обнаружение и определение дальности в ближнем и среднем диапазоне. Другой тип обеспечивает высокую производительность, точность и точность (высокое угловое разрешение) при обнаружении и дальности на средних и больших расстояниях.

Sas обрисовал в общих чертах, что каждая категория радарных датчиков имеет немного отличающийся набор требований. Решения для обтекателей, включая армированные стекловолокном полибутилентерефталат (PBT), полиэфиримидные (PEI) смолы и вспененные сэндвич-панели, обладают низкими диэлектрическими характеристиками, низким короблением, устойчивостью к высоким температурам и возможностью лазерной сварки.

Он добавил:«Материалы, поглощающие радиочастоты (RF), такие как соединения LNP STAT-KON, могут помочь согласовать передаваемые и принимаемые сигналы, чтобы уменьшить отражения, которые могут привести к ложным срабатываниям. Терморегулирующие материалы LNP KONDUIT от SABIC для отлитых под давлением радиаторов могут снизить вредное тепловыделение, в то время как составы LNP FARADEX обеспечивают внутреннее экранирование от электромагнитных помех в корпусах радарных датчиков. Специальные материалы Sabic могут использоваться в качестве подложек для антенн радара, где они поддерживают такие технологии, как прямое лазерное структурирование (LDS) и селективное электро- или химическое покрытие ».

Автомобильные радарные датчики рассчитаны на два рабочих диапазона частот:24 и 77 ГГц. Первая выделенная полоса пропускания станет слишком узкой для удовлетворения будущих потребностей к 2022 году, но останется доступной. Диапазон 77 ГГц простирается от 76 до 81 ГГц. Радиолокационные датчики с частотой 24 ГГц обычно используются для функций ближнего и среднего радиуса действия. Радиолокационные датчики с частотой 77 ГГц также могут использоваться для обнаружения целей на больших расстояниях.

Важность материала

Радиолокационные датчики основаны на высококачественных материалах с учетом их требований к безопасности. К свойствам, которые следует учитывать при проектировании, относятся диэлектрическая проницаемость, коэффициент рассеяния, вносимые потери, электрическая, термомеханическая стабильность материала и однородность подложки.

«При выборе материалов для датчиков следует учитывать несколько вещей, начиная с местоположения датчика и того, как он будет интегрирован в автомобиль:виден ли он? Будет ли он подвергаться воздействию окружающей среды, в том числе химическим веществам? Будет ли он работать в условиях высоких или низких температур? Для радарных датчиков важно определить приемлемый уровень искажения сигнала, который будет определять требования к материалам обтекателя и радиопоглотителя. Другой фактор - это общее энергопотребление и, следовательно, тепло, выделяемое каждым каскадом электроники радарного датчика (ВЧ блоком, блоком обработки) », - сказал Сас.

щелкните, чтобы увидеть полноразмерное изображение

Рис. 1. Решения для приложений радарных сенсорных систем. (Источник:SABIC)

Основная проблема заключается в разрешающей способности радарных датчиков и планах по внедрению архитектуры антенны с множеством входов и выходов (MIMO) для создания так называемого «радара формирования изображений». Сабич подчеркнул, что этот проект будет лицом к лицу конкурировать с LiDAR по разрешающей способности. Тем не менее, без слабых мест оптических датчиков, это, вероятно, повысит требования ко всем аспектам свойств материалов.

«Например, ожидается, что потребность в материалах со сверхнизкой диэлектрической проницаемостью для обтекателей с относительной диэлектрической проницаемостью, близкой к диэлектрической проницаемости воздуха, может принести значительные выгоды. Возможные решения включают компаунды LNP Thermocomp от Sabic, сополимеры LNP и смолы Noryl и Ultem, в зависимости от конкретных требований, таких как диэлектрические свойства и термостойкость », - сказал Сас.

Он добавил:«Требования к материалам, используемым для формирования и поглощения радиочастотных сигналов, будут увеличиваться в зависимости от конкретных конструкций и сценариев. Новейшие радиопоглощающие компаунды LNP Stat-Kon компании SABIC на основе полибутилентерефталата (PBT) предназначены для интеграции с обтекателями, изготовленными из материала PBT. Другие компаунды LNP Stat-Kon основаны на полиэфиримидной (PEI) смоле для выдерживания более высоких температур обработки или на поликарбонатной (PC) смоле для общих применений, требующих высокой прочности и баланса физических свойств. Широкий выбор радиопоглощающих материалов может позволить производителям разрабатывать датчики, оптимизированные для размера транспортного средства, местоположения датчика, функции и других переменных ».

Еще одна проблема, которую следует учитывать, - это ожидаемое увеличение вычислительной мощности, требуемой для радаров с большей дальностью и более высоким разрешением, что потребует значительного управления температурой во избежание перегрева и защиты от электромагнитных помех. Другие радарные датчики ближнего действия будут легко интегрированы в другие компоненты и детали автомобиля.

Компания Sas подчеркнула, что с будущим электронных блоков управления (ЭБУ) связаны и другие проблемы. Сегодня типичный автомобиль может иметь более двух десятков распределенных ЭБУ для определенных функций, которые подпадают под две основные архитектуры:децентрализованную и централизованную. «В будущем большая часть функций может быть сосредоточена на консолидированных контроллерах домена. Согласно McKinsey, такая консолидация особенно вероятна для стеков, связанных с ADAS. Промышленность движется к решению ECU управления доменом для управления множеством аспектов ADAS и других основанных на электронике действий, предпринимаемых автомобилем. «Текущие и будущие специальные термопласты SABIC предлагают привлекательные альтернативы традиционным материалам датчиков ADAS, таким как металл и стекло, отчасти потому, что их ключевые свойства могут быть настроены в соответствии с конкретными потребностями клиента и приложения», - сказал Сас.

Требования к характеристикам антенны и другие потребности в конструкции электронных устройств в автомобильной промышленности будут определять выбор материалов, на которые также могут повлиять требования к размещению антенны и требованиям к зоне покрытия. Решения на основе радаров обнаруживают потенциальные возможности внедрения ADAS. Интеграция с приложениями искусственного интеллекта помогает водителям принимать безопасные решения при вождении и безопасно управлять автомобилем.

>> Эта статья была первоначально опубликована на наш дочерний сайт EE Times.