Gespecialiseerde materialen versterken de ADAS-prestaties

Het bereiken van de veiligheid van passagiers, inzittenden en voetgangers dwingt autofabrikanten en hun leveranciers om de prestaties en betrouwbaarheid van de technologie voor geassisteerd rijden te blijven verbeteren. Maar naarmate het aantal veiligheidsvoorzieningen en elektronische systemen aan boord per voertuig toeneemt, zijn ingenieurs genoodzaakt op zoek te gaan naar lichtere materiaalalternatieven en meer ontwerpflexibiliteit. Sabic ontwikkelt materialen die lichtgewicht en metaalvervanging, algehele systeemkostenverlagingen en ontwerpflexibiliteit bevorderen, vooral met betrekking tot radar.

Radarsystemen vormen een integraal onderdeel van de ADAS-sensorsuite die functies ondersteunt zoals adaptieve cruisecontrol (ACC), autonoom noodremmen (AEB) en waarschuwing voor aanrijdingen (FCW). Radarsensoren hebben materiaaloplossingen nodig die zorgen voor een effectieve afscherming van verschillende systeemcomponenten door elektromagnetische interferentie (EMI) en absorptie-eigenschappen van radarsignalen om ervoor te zorgen dat reflecties en kruisinterferentie de correcte objectdetectie, afstands- en snelheidsmetingen niet verstoren.

In een gesprek met EE Times benadrukte Martin Sas, hoofdwetenschapper voor Sabic's Specialties-activiteiten, hoe materialen moeten bijdragen aan de prestaties van ADAS-systemen. Met name de materialen van Sabic bieden EMI-afscherming om circuitcomponenten te beschermen; overspraak en radiofrequentie-interferentie (RFI) elimineren; radarabsorptie mogelijk maken om de impact van reflecties op sensormetingen te dempen; en zorgen voor een goede thermische geleidbaarheid voor warmteafvoer, superieure mechanische eigenschappen en weerstand tegen autochemicaliën.

Geavanceerde rijhulpsystemen

Toekomstige elektronische veiligheidssystemen voor auto's op basis van radar en draadloze communicatie zullen sterk afhankelijk zijn van antennes, efficiënte RFIC's en compacte elektronische circuits met weinig verlies. De materialen waarvan ze allemaal zijn gemaakt, helpen de verwachte prestaties mogelijk te maken. De implementatie van deze systemen vereist de vervaardiging van geschikte circuitmaterialen.

De business unit Specialties van Sabic heeft twee belangrijke segmenten van radarsensoren voor auto's benadrukt. Eén type is een kleine vormfactor met een hoge mate van integratie en een focus op laag stroomverbruik en detectie en bereik op korte tot middellange afstand. Het andere type levert hoge prestaties, nauwkeurigheid en betrouwbaarheid (hoge hoekresolutie) bij detectie en bereik op middellange tot lange afstand.

Sas heeft geschetst hoe elke categorie radarsensoren een iets andere reeks vereisten heeft. Oplossingen voor radomes, waaronder glasvezelversterkte polybutyleentereftalaat (PBT)-verbindingen, polyetherimide (PEI)-harsen en sandwichpanelen van schuim, bieden lage diëlektrische prestaties, weinig kromtrekken, hoge temperatuurbestendigheid en laserlasvermogen.

Hij voegde eraan toe:"Radiofrequentie (RF) absorberende materialen zoals LNP STAT-KON-verbindingen kunnen helpen om verzonden en ontvangen signalen te conditioneren om reflecties te verminderen die kunnen leiden tot valse detecties. SABIC's LNP KONDUIT-materialen voor thermisch beheer voor spuitgegoten koellichamen kunnen schadelijke warmteontwikkeling verminderen, terwijl LNP FARADEX-verbindingen inherente EMI-afscherming bieden in behuizingen van radarsensoren. De speciale materialen van Sabic kunnen worden gebruikt als substraat voor radarantennes, waar ze technologieën ondersteunen zoals laser direct structuring (LDS) en selectieve elektro- of stroomloze beplating."

Automotive radarsensoren zijn ontworpen in twee frequentiebanden:24 en 77 GHz. De eerste toegewezen bandbreedte zal tegen 2022 te smal worden om aan toekomstige behoeften te voldoen, maar zal beschikbaar blijven. De 77 GHz-band loopt van 76 tot 81 GHz. 24 GHz-radarsensoren worden doorgaans gebruikt voor korte- en middellangeafstandsfuncties. 77 GHz-radarsensoren kunnen ook worden gebruikt voor het detecteren van doelen op lange afstand.

Het belang van het materiaal

Radarsensoren vertrouwen op hoogwaardige materialen, rekening houdend met hun veiligheidsdoelstellingen. De eigenschappen die een ontwerper in gedachten moet houden zijn diëlektrische constante, dissipatiefactor, invoegverlies, elektrisch-thermisch-mechanische stabiliteit van het materiaal en homogeniteit van het substraat.

“Bij het kiezen van materialen voor sensoren moeten verschillende dingen worden overwogen, te beginnen met de locatie van de sensor en hoe deze in het voertuig wordt geïntegreerd:is deze zichtbaar? Zal het worden blootgesteld aan milieueffecten, inclusief chemicaliën? Zal het werken bij hoge of lage temperaturen? Voor radarsensoren is het belangrijk om het acceptabele niveau van signaalvervorming te bepalen, wat de materiaalvereisten voor de radome en RF-absorber zal bepalen. Een andere factor is het totale stroomverbruik en dus de warmte die wordt gegenereerd door elke elektronische fase van de radarsensor (RF-eenheid, verwerkingseenheid), "zei Sas.

klik voor afbeelding op volledige grootte

Figuur 1. Oplossingen voor toepassingen van radarsensorsystemen. (Bron:SABIC)

Een grote uitdaging zit in de resolutie van radarsensoren en plannen om een ​​multiple-in, multiple-out (MIMO) antenne-architectuur op te nemen om de zogenaamde "imaging-radar" te creëren. Sabic benadrukte dat dit project in resolutie rechtstreeks zal concurreren met de LiDAR. Maar zonder de zwakke punten van de optische sensoren, zal het waarschijnlijk de eisen aan alle aspecten van materiaaleigenschappen verhogen.

"Er wordt bijvoorbeeld verwacht dat de behoefte aan ultralage diëlektrische materialen voor radomes met een relatieve permittiviteit die dicht bij die van lucht ligt, aanzienlijke voordelen kan opleveren. Mogelijke oplossingen zijn Sabic's LNP Thermocomp-verbindingen, LNP-copolymeren en Noryl- en Ultem-harsen, afhankelijk van specifieke vereisten zoals diëlektrische eigenschappen en hittebestendigheid", aldus Sas.

Hij voegde eraan toe:"Vereisten voor materialen die worden gebruikt in RF-signaalconditionering en signaalabsorptie zullen toenemen op basis van specifieke ontwerpen en scenario's. SABIC's nieuwste radarabsorberende LNP Stat-Kon-compounds, op basis van polybutyleentereftalaat (PBT), zijn bedoeld voor integratie met radomes vervaardigd met PBT-materiaal. Andere LNP Stat-Kon-verbindingen zijn gebaseerd op polyetherimide (PEI)-hars om hogere verwerkingstemperaturen te weerstaan, of op polycarbonaat (PC)-hars voor algemene toepassingen die een hoge duurzaamheid en een evenwicht tussen fysieke eigenschappen vereisen. Een brede keuze aan radarabsorberende materialen kan fabrikanten in staat stellen sensoren te ontwerpen die zijn geoptimaliseerd voor voertuiggrootte, sensorlocatie, functie en andere variabelen.”

Een andere uitdaging om te overwegen is de verwachte toename van de verwerkingskracht die nodig is voor radareenheden met een groter bereik en een hogere resolutie, waarvoor een aanzienlijk thermisch beheer nodig is om oververhitting en EMI-bescherming te voorkomen. Andere korteafstandsradarsensoren worden naadloos geïntegreerd in of op andere voertuigcomponenten en onderdelen.

Sas heeft benadrukt dat andere uitdagingen verband houden met de toekomst van elektronische regeleenheden (ECU's). Tegenwoordig kan een typische auto meer dan twee dozijn gedistribueerde ECU's hebben voor specifieke functionaliteit, die onder twee hoofdarchitecturen vallen:gedecentraliseerd en gecentraliseerd. “In de toekomst kan de meeste functionaliteit worden gecentreerd op geconsolideerde domeincontrollers. Volgens McKinsey is deze consolidatie vooral waarschijnlijk voor stacks gerelateerd aan ADAS. De industrie evolueert naar een ECU-oplossing voor domeincontrole om meerdere aspecten van ADAS en andere op elektronica gebaseerde acties van het autovoertuig te beheren. De huidige en toekomstige speciale thermoplasten van SABIC bieden aantrekkelijke alternatieven voor traditionele ADAS-sensormaterialen zoals metaal en glas, deels omdat hun belangrijkste eigenschappen kunnen worden afgestemd op de specifieke behoeften van de klant en de toepassing”, aldus Sas.

De prestatie-eisen van de antenne en andere ontwerpbehoeften van elektronische apparaten in de auto-industrie zullen leidend zijn bij de keuze van materialen die ook kunnen worden beïnvloed door de positionering en dekkingsvereisten van de antenne. Radargebaseerde oplossingen detecteren mogelijke implementaties voor ADAS. Integratie met toepassingen voor kunstmatige intelligentie helpt chauffeurs om veilige rijbeslissingen te nemen en veilig te rijden.

>> Dit artikel is oorspronkelijk gepubliceerd op onze zustersite, EE Times.