特殊材料增强 ADAS 性能

实现乘客、乘员和行人的安全迫使汽车制造商及其供应商不断提高辅助驾驶技术的性能和可靠性。但随着每辆车的安全功能和车载电子系统数量的增加，工程师不得不寻找更轻的材料替代品和更大的设计灵活性。 Sabic 开发的材料可促进轻量化和金属替代、降低整体系统成本和设计灵活性，尤其是在雷达方面。

雷达系统是 ADAS 传感器套件的组成部分，支持自适应巡航控制 (ACC)、自主紧急制动 (AEB) 和前方碰撞警告 (FCW) 等功能。雷达传感器需要能够为各种系统组件提供有效电磁干扰 (EMI) 屏蔽的材料解决方案，以及雷达信号吸收特性，以确保反射和交叉干扰不会干扰正确的物体检测、距离和速度测量。

Sabic 特种业务首席科学家 Martin Sas 在接受 EE Times 采访时强调了材料必须如何为 ADAS 系统的性能做出贡献。特别是，Sabic 的材料提供 EMI 屏蔽以保护电路组件；消除串扰和射频干扰 (RFI)；启用雷达吸收以减弱反射对传感器读数的影响；并提供良好的导热性以散热，优异的机械性能和耐汽车化学品。

先进的驾驶员辅助系统

未来基于雷达和无线通信的汽车电子安全系统将严重依赖天线、高效 RFIC 和低损耗紧凑型电子电路。它们所用的材料将有助于实现预期的性能。这些系统的实现需要制造合适的电路材料。

Sabic 的专业业务部门重点介绍了汽车雷达传感器的两个主要领域。一种类型是具有高集成度的小外形尺寸，专注于低功耗和中短程检测和测距。另一种类型在中远距离检测和测距中提供高性能、准确性和保真度（高角分辨率）。

Sas 概述了每种类型的雷达传感器如何具有一组略有不同的要求。天线罩解决方案，包括玻璃纤维增​​强聚对苯二甲酸丁二醇酯 (PBT) 化合物、聚醚酰亚胺 (PEI) 树脂和泡沫夹芯板，具有低介电性能、低翘曲、耐高温和激光焊接能力。

他补充说：“诸如 LNP STAT-KON 化合物之类的射频 (RF) 吸收材料可以帮助调节传输和接收信号，以减轻可能导致错误检测的反射。 SABIC 用于注塑成型散热器的 LNP KONDUIT 热管理材料可以减轻有害的热量积聚，而 LNP FARADEX 化合物可在雷达传感器外壳中提供固有的 EMI 屏蔽。 Sabic 的特种材料可用作雷达天线的基材，支持激光直接成型 (LDS) 和选择性电镀或化学镀等技术。”

汽车雷达传感器设计为两个工作频段：24 GHz 和 77 GHz。到 2022 年，第一个分配的带宽将变得太窄，无法满足未来的需求，但将继续可用。 77 GHz 频带从 76 GHz 扩展到 81 GHz。 24 GHz 雷达传感器通常用于短程和中程功能。 77GHz雷达传感器也可用于远距离目标检测。

材料的重要性

雷达传感器依赖于高性能材料，同时考虑到其安全目标。设计人员应牢记的特性包括介电常数、损耗因数、插入损耗、材料的电-热-机械稳定性以及基板的均匀性。

“在为传感器选择材料时，应考虑几件事，首先是传感器的位置以及它如何集成到车辆上：它是否可见？它会受到环境影响，包括化学品吗？它会在高温或低温条件下运行吗？对于雷达传感器，确定可接受的信号失真水平非常重要，这将指导天线罩和射频吸收器的材料要求。另一个因素是总功耗，以及每个雷达传感器电子级（RF 单元、处理单元）产生的热量，”Sas 说。

点击查看全尺寸图片

图 1. 雷达传感器系统应用解决方案。 （来源：SABIC）

一个主要挑战是雷达传感器的分辨率，并计划采用多入多出 (MIMO) 天线架构来创建所谓的“成像雷达”。 Sabic 强调，该项目将在分辨率上与 LiDAR 正面竞争。尽管如此，如果没有光学传感器的弱点，它可能会增加对材料特性各个方面的要求。

“例如，预计相对介电常数接近空气的天线罩需要超低介电材料可以带来显着的好处。潜在的解决方案包括 Sabic 的 LNP Thermocomp 化合物、LNP 共聚物以及 Noryl 和 Ultem 树脂，具体取决于介电性能和耐热性等特定要求，”Sas 说。

他补充说：“对用于射频信号调节和信号吸收的材料的要求将根据特定的设计和场景而增加。 SABIC 最新的雷达吸收 LNP Stat-Kon 化合物基于聚对苯二甲酸丁二醇酯 (PBT)，旨在与使用 PBT 材料制造的天线罩集成。其他 LNP Stat-Kon 化合物基于聚醚酰亚胺 (PEI) 树脂，可承受更高的加工温度，或基于聚碳酸酯 (PC) 树脂，用于需要高耐久性和物理性能平衡的一般应用。广泛的雷达吸波材料选择可以让制造商设计出针对车辆尺寸、传感器位置、功能和其他变量进行优化的传感器。”

另一个需要考虑的挑战是更远距离和更高分辨率雷达单元所需的处理能力的预期增加，这将需要大量的热管理以避免过热和 EMI 保护。其他短程雷达传感器将无缝集成到其他车辆零部件中。

Sas 强调，其他挑战与电子控制单元 (ECU) 的未来有关。今天，一辆典型的汽车可以有两打以上的分布式 ECU 来实现特定的功能，这些 ECU 分为两种主要架构：分散式和集中式。 “未来，大多数功能都可以集中在整合的域控制器上。据麦肯锡称，这种整合特别有可能发生在与 ADAS 相关的堆栈中。行业正在转向域控制 ECU 解决方案，以管理 ADAS 的多个方面以及汽车采取的其他基于电子的操作。 SABIC 当前和未来的特种热塑性塑料为金属和玻璃等传统 ADAS 传感器材料提供了极具吸引力的替代品，部分原因是它们的关键特性可以根据客户和应用的特定需求进行调整，”Sas 说。

汽车行业中天线的性能要求和其他电子设备设计需求将指导材料的选择，这些材料也可能受到天线定位和覆盖要求的影响。基于雷达的解决方案可检测 ADAS 的潜在实施。与人工智能应用程序的集成有助于驾驶员做出安全驾驶决策并安全驾驶。

>> 本文最初发表于我们的姊妹网站 EE Times。