Los materiales especializados refuerzan el rendimiento de ADAS

Lograr la seguridad de los pasajeros, ocupantes y peatones obliga a los fabricantes de automóviles y sus proveedores a seguir mejorando el rendimiento y la confiabilidad de la tecnología de conducción asistida. Pero a medida que aumenta el número de funciones de seguridad y sistemas electrónicos a bordo por vehículo, los ingenieros se ven obligados a buscar alternativas de materiales más livianos y una mayor flexibilidad de diseño. Sabic desarrolla materiales que promueven el reemplazo de metales y el peso ligero, reducciones generales de costos del sistema y flexibilidad de diseño, especialmente en lo que respecta al radar.

Los sistemas de radar son una parte integral del conjunto de sensores ADAS que admite características como el control de crucero adaptativo (ACC), el frenado de emergencia autónomo (AEB) y la advertencia de colisión frontal (FCW). Los sensores de radar requieren soluciones de materiales que proporcionen un blindaje eficaz contra interferencias electromagnéticas (EMI) de varios componentes del sistema y propiedades de absorción de señales de radar para garantizar que los reflejos y las interferencias cruzadas no perturben la detección correcta de objetos, las mediciones de distancia y velocidad.

En declaraciones a EE Times, Martin Sas, científico principal del negocio de especialidades de Sabic, destacó cómo los materiales deben contribuir al rendimiento de los sistemas ADAS. En particular, los materiales de Sabic ofrecen blindaje EMI para proteger los componentes del circuito; eliminar interferencias de radiofrecuencia (RFI) y diafonía; permitir la absorción de radar para atenuar el impacto de los reflejos en las lecturas del sensor; y proporcionan una buena conductividad térmica para la disipación de calor, propiedades mecánicas superiores y resistencia a los productos químicos de automoción.

Sistemas avanzados de asistencia al conductor

Los futuros sistemas de seguridad electrónica automotriz basados ​​en radar y comunicaciones inalámbricas dependerán en gran medida de antenas, RFIC eficientes y circuitos electrónicos compactos de bajas pérdidas. Los materiales de los que están hechos ayudarán a lograr el rendimiento esperado. La implementación de estos sistemas requiere la fabricación de materiales de circuito apropiados.

La unidad de negocio Specialties de Sabic ha destacado dos segmentos principales de sensores de radar para automóviles. Un tipo es un factor de forma pequeño con un alto nivel de integración y un enfoque en la detección y el alcance de bajo consumo y de rango corto a medio. El otro tipo ofrece alto rendimiento, precisión y fidelidad (alta resolución angular) en detección y alcance de media y larga distancia.

Sas ha descrito cómo cada categoría de sensor de radar tiene un conjunto de requisitos ligeramente diferente. Las soluciones para radomos, que incluyen compuestos de tereftalato de polibutileno reforzado con fibra de vidrio (PBT), resinas de polieterimida (PEI) y paneles sándwich de espuma, ofrecen un bajo rendimiento dieléctrico, baja deformación, resistencia a altas temperaturas y capacidad de soldadura por láser.

Añadió:“Los materiales absorbentes de radiofrecuencia (RF) como los compuestos LNP STAT-KON pueden ayudar a acondicionar las señales transmitidas y recibidas para mitigar los reflejos que pueden resultar en detecciones falsas. Los materiales de gestión térmica LNP KONDUIT de SABIC para disipadores térmicos moldeados por inyección pueden mitigar la acumulación de calor dañino, mientras que los compuestos LNP FARADEX proporcionan protección EMI inherente en las carcasas de los sensores de radar. Los materiales especiales de Sabic se pueden utilizar como sustratos para antenas de radar, donde son compatibles con tecnologías como estructuración directa por láser (LDS) y electrodeposición selectiva o no electrolítica ".

Los sensores de radar para automóviles están diseñados en dos bandas de frecuencias operativas:24 y 77 GHz. El primer ancho de banda asignado será demasiado estrecho para satisfacer las necesidades futuras en 2022, pero seguirá estando disponible. La banda de 77 GHz se extiende de 76 a 81 GHz. Los sensores de radar de 24 GHz se utilizan normalmente para funciones de corto y medio alcance. Los sensores de radar de 77 GHz también se pueden utilizar para la detección de objetivos de largo alcance.

La importancia del material

Los sensores de radar se basan en materiales de alto rendimiento, teniendo en cuenta sus objetivos de seguridad. Las propiedades que un diseñador debe tener en cuenta son la constante dieléctrica, el factor de disipación, la pérdida de inserción, la estabilidad eléctrico-térmica-mecánica del material y la homogeneidad del sustrato.

“Se deben considerar varias cosas al elegir los materiales para los sensores, comenzando con la ubicación del sensor y cómo se integrará en el vehículo:¿Es visible? ¿Estará expuesto a impactos ambientales, incluidos productos químicos? ¿Funcionará en condiciones de alta o baja temperatura? Para los sensores de radar, es importante determinar el nivel aceptable de distorsión de la señal, que guiará los requisitos de material para el radomo y el absorbedor de RF. Otro factor es el consumo total de energía y, por lo tanto, el calor generado por cada etapa electrónica del sensor de radar (unidad de RF, unidad de procesamiento) ”, dijo Sas.

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Figura 1. Soluciones para aplicaciones de sistemas de sensores de radar. (Fuente:SABIC)

Un desafío importante es la resolución de los sensores de radar y los planes para incorporar una arquitectura de antena de múltiples entradas y múltiples salidas (MIMO) para crear el llamado "radar de imágenes". Sabic enfatizó que este proyecto competirá cara a cara con el LiDAR en resolución. Aún así, sin las debilidades de los sensores ópticos, probablemente aumentará la demanda en todos los aspectos de las propiedades del material.

“Por ejemplo, se prevé que la necesidad de materiales dieléctricos ultrabajos para radomos con permitividad relativa cercana a la del aire puede generar beneficios significativos. Las posibles soluciones incluyen los compuestos LNP Thermocomp de Sabic, los copolímeros de LNP y las resinas Noryl y Ultem, según los requisitos específicos, como las propiedades dieléctricas y la resistencia al calor ”, dijo Sas.

Añadió:“Los requisitos para los materiales utilizados en el acondicionamiento de señales de RF y la absorción de señales aumentarán según los diseños y escenarios específicos. Los compuestos LNP Stat-Kon absorbentes de radar más nuevos de SABIC, basados ​​en tereftalato de polibutileno (PBT), están diseñados para integrarse con radomos fabricados con material PBT. Otros compuestos LNP Stat-Kon se basan en resina de polieterimida (PEI) para resistir temperaturas de procesamiento más altas, o en resina de policarbonato (PC) para aplicaciones generales que requieren una alta durabilidad y un equilibrio de propiedades físicas. Una amplia variedad de materiales absorbentes de radar puede permitir a los fabricantes diseñar sensores optimizados para el tamaño del vehículo, la ubicación del sensor, la función y otras variables ”.

Otro desafío a considerar es el aumento esperado en la potencia de procesamiento requerida para unidades de radar de mayor alcance y resolución, que requerirán una gestión térmica significativa para evitar el sobrecalentamiento y la protección EMI. Otros sensores de radar de corto alcance se integrarán sin problemas en otros componentes y piezas del vehículo.

Sas ha destacado que otros desafíos están relacionados con el futuro de las unidades de control electrónico (ECU). Hoy en día, un automóvil típico puede tener más de dos docenas de ECU distribuidas para funciones específicas, que se dividen en dos arquitecturas principales:descentralizada y centralizada. “En el futuro, la mayor parte de la funcionalidad se puede centrar en controladores de dominio consolidados. Según McKinsey, esta consolidación es especialmente probable para las pilas relacionadas con ADAS. La industria se está moviendo hacia una solución de ECU de control de dominio para administrar múltiples aspectos de ADAS y otras acciones basadas en la electrónica tomadas por el vehículo. Los termoplásticos especiales actuales y futuros de SABIC ofrecen alternativas atractivas a los materiales tradicionales de los sensores ADAS, como el metal y el vidrio, en parte porque sus propiedades clave se pueden ajustar a las necesidades específicas del cliente y la aplicación ", dijo Sas.

Los requisitos de rendimiento de la antena y otras necesidades de diseño de dispositivos electrónicos en la industria automotriz guiarán la elección de materiales que también pueden verse afectados por los requisitos de cobertura y posicionamiento de la antena. Las soluciones basadas en radar detectan posibles implementaciones para ADAS. La integración con aplicaciones de inteligencia artificial ayuda a los conductores a tomar decisiones de conducción seguras y a conducir de forma segura.

>> Este artículo se publicó originalmente el nuestro sitio hermano, EE Times.