Использование новейших материалов ведет к повышению производительности ADAS

Использование новейших материалов ведет к повышению производительности ADAS

Выпуск 25(6724) от 24 декабря 2020 г.
РУБРИКА: АВТОМОБИЛЬНАЯ ЭЛЕКТРОНИКА

Необходимость обеспечить безопасность пассажиров и пешеходов вынуждает производителей автомобилей и поставщиков комплектующих постоянно повышать эффективность и надежность технологий помощи водителю. По мере того как число функций безопасности и бортовых электронных систем в автомобиле увеличивается, разработчики вынуждены искать альтернативные материалы, позволяющие создавать более легкие и гибкие конструкции.

Радарные системы – ​неотъемлемая часть набора датчиков перспективных систем помощи водителю (ADAS), реализующих такие функции, как адаптивный круиз-контроль (adaptive cruise control, ACC), автономное экстренное торможение, предупреждение о лобовом столкновении и т. п. Для изготовления радиолокационных датчиков нужны материалы, обеспечивающие эффективное экранирование различных компонентов системы от электромагнитных помех, чтобы отражения и перекрестные помехи не мешали правильному обнаружению объектов, измерениям расстояния и скорости. Кроме того, такие материалы должны обеспечивать хорошую теплопроводность для рассеивания тепла, необходимые механические свойства и устойчивость к автомобильным химикатам. Фирма SABIC – ​одна из компаний, которые занимаются разработкой и модифицированием материалов для ADAS, способствующих повышению производительности этих систем.


Перспективные системы помощи водителю

Автомобильные электронные системы безопасности следующих поколений, основанные на радарах и беспроводной связи, будут во многом зависеть от антенн, эффективных РЧ ИС и компактных электронных схем с низкими потерями. Все материалы, из которых они сделаны, должны будут обеспечивать ожидаемую производительность. Реализация этих систем требует изготовления соответствующих схемотехнических материалов.

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

Каждая категория радарных датчиков имеет отличающийся набор требований. Решения для обтекателей, включая соединения полибутилентерефталата, армированные стекловолокном, полиэфиримидные смолы и сэндвич-панели из вспененных материалов, обеспечивают низкие диэлектрические характеристики, низкое коробление, устойчивость к высоким температурам и возможность лазерной сварки.

Материалы, поглощающие радиочастотные волны, такие как компаунды Stat-Kon, могут помочь согласовать передаваемые и принимаемые сигналы, уменьшить отражения, способные привести к ложным срабатываниям. Терморегулирующие материалы LNP Konduit для литых под давлением радиаторов уменьшают нежелательное тепловыделение, а составы LNP Faradex обеспечивают внутреннее экранирование от электромагнитных помех в корпусах радарных датчиков. Специальные материалы SABIC могут использоваться в качестве подложек для антенн радара (см. рисунок).



Решения для приложений радарных сенсорных систем


Датчики автомобильных радаров разработаны для двух диапазонов рабочих частот: 24 и 77 ГГц. Первая выделенная полоса пропускания к 2022 г. станет слишком узкой для удовлетворения всех потребностей, но по-прежнему будет доступна. Радиолокационные датчики с частотой 24 ГГц обычно используются для функций ближнего и среднего радиуса действия. Диапазон 77 ГГц простирается от 76 до 81 ГГц. Радиолокационные датчики с частотой 77 ГГц также могут использоваться для обнаружения целей на больших расстояниях.


Значение свойств материалов

Для изготовления радиолокационных датчиков требуются высококачественные материалы, в том числе с точки зрения безопасности. К свойствам, которые должен учитывать проектировщик, относятся диэлектрическая проницаемость, коэффициент рассеяния, вносимые потери, электрическая, термомеханическая стабильность материала и однородность подложки.

При выборе материалов для датчиков следует учитывать несколько факторов, включая местоположение датчика и то, как он будет интегрирован в автомобиль – ​т. е. будет ли он виден, будет ли подвергаться воздействию окружающей среды (включая химические вещества), работать в условиях высоких или низких температур. Кроме того, для радарных датчиков важно определить допустимый уровень искажения сигнала – ​он будет определять требования к материалам обтекателя и радиопоглотителя. Другой фактор – ​общее энергопотребление и, следовательно, тепло, выделяемое каждой ступенью электроники радарного датчика (РЧ-блок, блок обработки).

Растущая степень интеграции антенн связи в транспортных средствах создает множество проблем. Ввиду ограниченности пространства (и постоянного ужесточения требований к занимаемому пространству) первоочередной задачей становится отработка и ослабление радиочастотных шумов с целью снижения уровня помех при передаче данных и измерениях.

Основная проблема заключается в разрешающей способности радарных датчиков, а также во внедрении антенной архитектуры с множеством входов и выходов (архитектура MIMO) для создания так называемого «визуализирующего радара» (imaging radar). Подобные радары будут способны конкурировать по разрешающей способности непосредственно с лидарами. Соответственно, требования ко всем аспектам свойств материалов еще повысятся.

Так, предполагается, что значительные выгоды может принести использование в обтекателях (систем, датчиков) материалов со сверхнизкой диэлектрической проницаемостью, близкой к значению диэлектрической проницаемости воздуха. В зависимости от конкретных требований, таких как диэлектрические свойства и термостойкость, SABIC может предложить такие материалы, как компаунды LNP Thermocomp, сополимеры LNP, смолы Noryl и Ultem.

Требования к материалам, используемым при формировании и поглощении радиочас-тотных сигналов, будут повышаться в зависимости от конкретных конструкций и сценариев. Так, новейшие радиопоглощающие компаунды LNP Stat-Kon компании SABIC на основе полибутилентерефталата предназначены для интеграции с обтекателями, изготовленными из материала PBT. Другие компаунды, например LNP Stat-Kon на основе полиэфиримидной смолы (для высокотемпературных применений) или на основе поликарбонатной смолы (для общих применений), могут использоваться в применениях, требующих высокой прочности и баланса физических свойств. Широкий выбор радиопоглощающих материалов позволяет производителям разрабатывать датчики, оптимизированные под конкретные размеры транспортного средства, местоположение конкретного датчика (рядом с источником тепла, вибрации и т. п.), целевую функцию и др.

Еще одна проблема, которую следует учитывать, – ​это ожидаемое увеличение вычислительной мощности, требуемой для радаров с большей дальностью действия и с более высоким разрешением. При этом станут необходимыми возможность управлять режимом теплоотвода во избежание перегрева и защита от электромагнитных помех.

Специалисты фирмы SABIC подчеркивают, что с перспективными электронными блоками управления (ЭБУ) связаны и другие проблемы. Сегодня типичный автомобиль может иметь более 20 распределенных ЭБУ для реализации определенных функций, характеризующихся децентрализованной или централизованной архитектурой. В будущем большая часть функциональности может быть сосредоточена на консолидированных контроллерах домена. Согласно данным исследовательской фирмы McKinsey, такая консолидация особенно вероятна для приборов, связанных с ADAS. Промышленность движется к созданию решений ЭБУ, способных управлять целой областью различных аспектов деятельности ADAS и других электронных систем автомобиля. Требования к характеристикам и расположению антенны, а также конструкциям других электронных устройств в автомобильной промышленности и материалам их покрытий будут определять выбор материалов. Современные и перспективные специальные термопластичные материалы SABIC представляют собой привлекательные альтернативы традиционным материалам датчиков ADAS, таким как металл и стекло. Отчасти это обусловлено тем, что их ключевые свойства могут быть настроены в соответствии с конкретными потребностями клиента и приложения.


Di Paolo Emilio Maurizio. Circuit Materials Improve ADAS Performance. EE Times magazine, November 30, 2020: https://www.eetimes.com/circuit-materials-improve-adas-performance/#


ЧИТАЙТЕ ТАКЖЕ

Выпуск 24/25 (6748/6749) от 23 декабря 2021 г. г.
Выпуск 23(6747) от 25 ноября 2021 г. г.
Выпуск 18(6742) от 16 сентября 2021 г. г.
Выпуск 17(6741) от 02 сентября 2021 г. г.