Spezialisierte Materialien verbessern die ADAS-Leistung

Das Erreichen der Sicherheit von Passagieren, Insassen und Fußgängern zwingt Automobilhersteller und ihre Zulieferer, die Leistung und Zuverlässigkeit der assistierten Fahrtechnologie weiter zu verbessern. Da jedoch die Anzahl der Sicherheitsfunktionen und Bordelektroniksysteme pro Fahrzeug zunimmt, sind Ingenieure gezwungen, nach leichteren Materialalternativen und größerer Designflexibilität zu suchen. Sabic entwickelt Materialien, die Leichtbau und Metallersatz, Gesamtsystemkostensenkungen und Designflexibilität, insbesondere in Bezug auf Radar, fördern.

Radarsysteme sind ein integraler Bestandteil der ADAS-Sensorsuite, die Funktionen wie adaptive Geschwindigkeitsregelung (ACC), autonome Notbremsung (AEB) und Vorwärtskollisionswarnung (FCW) unterstützt. Radarsensoren erfordern Materiallösungen, die eine wirksame Abschirmung von verschiedenen Systemkomponenten gegen elektromagnetische Interferenzen (EMI) sowie Absorptionseigenschaften von Radarsignalen bieten, um sicherzustellen, dass Reflexionen und Querinterferenzen die korrekte Objekterkennung, Entfernungs- und Geschwindigkeitsmessungen nicht stören.

In einem Gespräch mit der EE Times hob Martin Sas, leitender Wissenschaftler für das Spezialitätengeschäft von Sabic, hervor, wie Materialien zur Leistung von ADAS-Systemen beitragen müssen. Insbesondere bieten die Materialien von Sabic EMI-Abschirmung zum Schutz von Schaltungskomponenten; Eliminieren von Übersprechen und Hochfrequenzstörungen (RFI); Radarabsorption ermöglichen, um den Einfluss von Reflexionen auf Sensormesswerte zu dämpfen; und bieten eine gute Wärmeleitfähigkeit zur Wärmeableitung, hervorragende mechanische Eigenschaften und Beständigkeit gegen Autochemikalien.

Erweiterte Fahrerassistenzsysteme

Zukünftige elektronische Sicherheitssysteme für Kraftfahrzeuge, die auf Radar und drahtloser Kommunikation basieren, werden stark auf Antennen, effiziente RFICs und verlustarme kompakte elektronische Schaltungen angewiesen sein. Die Materialien, aus denen sie alle bestehen, tragen dazu bei, die erwartete Leistung zu ermöglichen. Die Implementierung dieser Systeme erfordert die Herstellung geeigneter Schaltungsmaterialien.

Der Geschäftsbereich Specialties von Sabic hat zwei Hauptsegmente von Automobil-Radarsensoren hervorgehoben. Ein Typ ist ein kleiner Formfaktor mit einem hohen Integrationsgrad und einem Fokus auf geringer Leistung und Erkennung und Entfernungsmessung im kurzen bis mittleren Bereich. Der andere Typ bietet hohe Leistung, Genauigkeit und Wiedergabetreue (hohe Winkelauflösung) bei der Erkennung und Entfernung von mittleren bis großen Entfernungen.

Sas hat dargelegt, dass jede Kategorie von Radarsensoren leicht unterschiedliche Anforderungen hat. Lösungen für Radome, einschließlich glasfaserverstärkter Polybutylenterephthalat (PBT)-Verbindungen, Polyetherimid (PEI)-Harze und Schaumstoff-Sandwichplatten, bieten eine niedrige dielektrische Leistung, geringen Verzug, Hochtemperaturbeständigkeit und Laserschweißfähigkeit.

Er fügte hinzu:„Hochfrequenz (HF) absorbierende Materialien wie LNP STAT-KON-Verbindungen können dazu beitragen, gesendete und empfangene Signale zu konditionieren, um Reflexionen abzuschwächen, die zu falschen Erkennungen führen können. Die LNP KONDUIT-Wärmemanagementmaterialien von SABIC für spritzgegossene Kühlkörper können schädliche Wärmeentwicklung abschwächen, während LNP FARADEX-Compounds eine inhärente EMI-Abschirmung in Radarsensorgehäusen bieten. Die Spezialmaterialien von Sabic können als Substrate für Radarantennen verwendet werden, wo sie Technologien wie Laserdirektstrukturierung (LDS) und selektives Elektro- oder stromloses Plattieren unterstützen.“

Automobil-Radarsensoren sind in zwei Betriebsfrequenzbändern ausgelegt:24 und 77 GHz. Die erste zugewiesene Bandbreite wird bis 2022 zu eng, um den zukünftigen Bedarf zu decken, wird aber weiterhin verfügbar sein. Das 77-GHz-Band reicht von 76 bis 81 GHz. 24-GHz-Radarsensoren werden typischerweise für Funktionen mit kurzer und mittlerer Reichweite verwendet. 77-GHz-Radarsensoren können auch zur Zielerkennung über große Entfernungen verwendet werden.

Die Bedeutung des Materials

Radarsensoren setzen unter Berücksichtigung ihrer Sicherheitsziele auf Hochleistungsmaterialien. Die Eigenschaften, die ein Designer beachten sollte, sind Dielektrizitätskonstante, Verlustfaktor, Einfügedämpfung, elektrisch-thermisch-mechanische Stabilität des Materials und Homogenität des Substrats.

„Bei der Materialauswahl für Sensoren sind mehrere Dinge zu beachten, angefangen bei der Position des Sensors bis hin zur Integration in das Fahrzeug:Ist er sichtbar? Wird es Umwelteinflüssen, einschließlich Chemikalien, ausgesetzt sein? Funktioniert es bei hohen oder niedrigen Temperaturen? Bei Radarsensoren ist es wichtig, den akzeptablen Grad der Signalverzerrung zu bestimmen, der die Materialanforderungen für das Radom und den HF-Absorber bestimmt. Ein weiterer Faktor ist der Gesamtstromverbrauch und damit die von jeder Radarsensor-Elektronikstufe (HF-Einheit, Verarbeitungseinheit) erzeugte Wärme“, sagte Sas.

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Abbildung 1. Lösungen für Radarsensorsystemanwendungen. (Quelle:SABIC)

Eine große Herausforderung liegt in der Auflösung von Radarsensoren und es ist geplant, eine Multiple-In-Multiple-Out-Antennenarchitektur (MIMO) zu integrieren, um das sogenannte „imaging Radar“ zu schaffen. Sabic betonte, dass dieses Projekt in der Auflösung Kopf-an-Kopf mit dem LiDAR konkurrieren wird. Ohne die Schwächen der optischen Sensoren wird es jedoch wahrscheinlich die Anforderungen an alle Aspekte der Materialeigenschaften erhöhen.

„Zum Beispiel wird erwartet, dass der Bedarf an Materialien mit ultraniedriger Dielektrizitätskonstante für Radome mit einer relativen Permittivität nahe der von Luft erhebliche Vorteile bringen kann. Mögliche Lösungen umfassen die LNP Thermocomp-Compounds, LNP-Copolymere sowie Noryl- und Ultem-Harze von Sabic, abhängig von spezifischen Anforderungen wie dielektrischen Eigenschaften und Hitzebeständigkeit“, sagte Sas.

Er fügte hinzu:„Die Anforderungen an Materialien, die bei der HF-Signalkonditionierung und Signalabsorption verwendet werden, werden je nach Design und Szenarien steigen. Die neuesten radarabsorbierenden LNP Stat-Kon-Compounds von SABIC auf Basis von Polybutylenterephthalat (PBT) sind für die Integration in Radome vorgesehen, die aus PBT-Material hergestellt werden. Andere LNP Stat-Kon Compounds basieren auf Polyetherimid (PEI)-Harz, um höheren Verarbeitungstemperaturen standzuhalten, oder auf Polycarbonat (PC)-Harz für allgemeine Anwendungen, die eine hohe Haltbarkeit und ausgewogene physikalische Eigenschaften erfordern. Eine breite Auswahl an Radar absorbierenden Materialien ermöglicht es Herstellern, Sensoren zu entwickeln, die für Fahrzeuggröße, Sensorposition, Funktion und andere Variablen optimiert sind.“

Eine weitere zu berücksichtigende Herausforderung ist die erwartete Erhöhung der Verarbeitungsleistung, die für Radareinheiten mit größerer Reichweite und höherer Auflösung erforderlich ist, die ein erhebliches Wärmemanagement erfordern, um Überhitzung und EMI-Schutz zu vermeiden. Andere Nahbereichsradarsensoren werden nahtlos in oder auf andere Fahrzeugkomponenten und -teile integriert.

Sas hat hervorgehoben, dass andere Herausforderungen im Zusammenhang mit der Zukunft der elektronischen Steuereinheiten (ECUs) stehen. Heutzutage kann ein typisches Auto über mehr als zwei Dutzend verteilte Steuergeräte für spezifische Funktionen verfügen, die unter zwei Hauptarchitekturen fallen:dezentral und zentral. „Zukünftig können die meisten Funktionen auf konsolidierten Domänencontrollern zentriert werden. Laut McKinsey ist diese Konsolidierung besonders wahrscheinlich für Stacks im Zusammenhang mit ADAS. Die Branche bewegt sich in Richtung einer Domänensteuerungs-ECU-Lösung, um mehrere Aspekte von ADAS und anderen elektronikbasierten Aktionen des Autofahrzeugs zu verwalten. Die aktuellen und zukünftigen Spezialthermoplaste von SABIC bieten attraktive Alternativen zu herkömmlichen ADAS-Sensormaterialien wie Metall und Glas, auch weil ihre Schlüsseleigenschaften auf die spezifischen Bedürfnisse des Kunden und der Anwendung abgestimmt werden können“, sagte Sas.

Die Leistungsanforderungen der Antenne und andere Designanforderungen für elektronische Geräte in der Automobilindustrie werden die Wahl der Materialien bestimmen, die auch durch die Antennenpositionierungs- und Abdeckungsanforderungen beeinflusst werden können. Radarbasierte Lösungen erkennen mögliche Implementierungen für ADAS. Die Integration mit Anwendungen der künstlichen Intelligenz hilft Fahrern, sichere Fahrentscheidungen zu treffen und sicher zu fahren.

>> Dieser Artikel wurde ursprünglich veröffentlicht am unsere Schwesterseite EE Times.