Materiais especializados aumentam o desempenho do ADAS

Atingir a segurança dos passageiros, ocupantes e pedestres obriga os fabricantes de automóveis e seus fornecedores a continuar melhorando o desempenho e a confiabilidade da tecnologia de direção assistida. Mas, à medida que aumenta o número de recursos de segurança e sistemas eletrônicos a bordo por veículo, os engenheiros são obrigados a procurar alternativas de materiais mais leves e maior flexibilidade de projeto. A Sabic desenvolve materiais que promovem a substituição de metais leves e metálicos, reduções gerais de custos do sistema e flexibilidade de projeto, especialmente no que diz respeito ao radar.

Os sistemas de radar são parte integrante do conjunto de sensores ADAS que oferece suporte a recursos como controle de cruzeiro adaptativo (ACC), frenagem de emergência autônoma (AEB) e aviso de colisão frontal (FCW). Os sensores de radar requerem soluções de materiais que forneçam blindagem de interferência eletromagnética (EMI) eficaz de vários componentes do sistema e propriedades de absorção de sinal de radar para garantir que reflexos e interferência cruzada não perturbem a detecção correta de objetos, medições de distância e velocidade.

Em declarações ao EE Times, Martin Sas, cientista-chefe do negócio de especialidades da Sabic, destacou como os materiais devem contribuir para o desempenho dos sistemas ADAS. Em particular, os materiais da Sabic oferecem blindagem EMI para proteger os componentes do circuito; elimine cross-talk e interferência de radiofrequência (RFI); permitir a absorção do radar para atenuar o impacto dos reflexos nas leituras do sensor; e fornecem boa condutividade térmica para dissipação de calor, propriedades mecânicas superiores e resistência a produtos químicos automotivos.

Sistemas avançados de assistência ao motorista

Os futuros sistemas de segurança eletrônica automotiva baseados em radar e comunicações sem fio dependerão fortemente de antenas, RFICs eficientes e circuitos eletrônicos compactos de baixa perda. Os materiais de que são feitos ajudarão a possibilitar o desempenho esperado. A implementação desses sistemas requer a fabricação de materiais de circuito apropriados.

A unidade de negócios Specialties da Sabic destacou dois segmentos principais de sensores de radar automotivo. Um tipo é um fator de forma pequeno com um alto nível de integração e foco em baixo consumo de energia e detecção e alcance de curto a médio alcance. O outro tipo oferece alto desempenho, precisão e fidelidade (alta resolução angular) em detecção e alcance de média a longa distância.

Sas descreveu como cada categoria de sensor de radar tem um conjunto de requisitos ligeiramente diferente. Soluções para radomes, incluindo compostos de polibutileno tereftalato (PBT) reforçados com fibra de vidro, resinas de polieterimida (PEI) e painéis sanduíche de espuma, oferecem baixo desempenho dielétrico, baixo empenamento, resistência a alta temperatura e capacidade de soldagem a laser.

Ele acrescentou, “Os materiais que absorvem a radiofrequência (RF), como os compostos LNP STAT-KON, podem ajudar a condicionar os sinais transmitidos e recebidos para mitigar os reflexos que podem resultar em detecções falsas. Os materiais de gerenciamento térmico LNP KONDUIT da SABIC para dissipadores de calor moldados por injeção podem mitigar o acúmulo de calor prejudicial, enquanto os compostos LNP FARADEX fornecem proteção EMI inerente em invólucros de sensores de radar. Os materiais de especialidades da Sabic podem ser usados ​​como substratos para antenas de radar, onde suportam tecnologias como estruturação direta a laser (LDS) e galvanização seletiva ou eletrolítica. ”

Os sensores de radar automotivo são projetados em duas bandas de frequências operacionais:24 e 77 GHz. A primeira largura de banda alocada se tornará muito estreita para atender às necessidades futuras em 2022, mas continuará disponível. A banda de 77 GHz se estende de 76 a 81 GHz. Sensores de radar de 24 GHz são normalmente usados ​​para funções de curto e médio alcance. Sensores de radar de 77 GHz também podem ser usados ​​para detecção de alvos de longo alcance.

A importância do material

Os sensores de radar contam com materiais de alto desempenho, levando em consideração seus objetivos de segurança. As propriedades que um projetista deve ter em mente são constante dielétrica, fator de dissipação, perda de inserção, estabilidade elétrico-térmica-mecânica do material e homogeneidade do substrato.

“Várias coisas devem ser consideradas ao escolher materiais para sensores, começando com a localização do sensor e como ele será integrado ao veículo:é visível? Estará exposto a impactos ambientais, incluindo produtos químicos? Funcionará em condições de alta ou baixa temperatura? Para sensores de radar, é importante determinar o nível aceitável de distorção do sinal, que orientará os requisitos de material para o radome e o absorvedor de RF. Outro fator é o consumo geral de energia e, portanto, o calor gerado por cada estágio eletrônico do sensor de radar (unidade de RF, unidade de processamento) ”, disse Sas.

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Figura 1. Soluções para aplicações de sistemas de sensores de radar. (Fonte:SABIC)

Um grande desafio está na resolução dos sensores de radar e nos planos de incorporar uma arquitetura de antena de entrada múltipla e saída múltipla (MIMO) para criar o chamado "radar de imagem". Sabic enfatizou que este projeto vai competir cara a cara com o LiDAR na resolução. Ainda assim, sem as fraquezas dos sensores ópticos, provavelmente aumentará as demandas em todos os aspectos das propriedades do material.

“Por exemplo, prevê-se que a necessidade de materiais dielétricos ultrabaixo para radomes com permissividade relativa próxima à do ar pode oferecer benefícios significativos. As soluções potenciais incluem compostos LNP Thermocomp da Sabic, copolímeros LNP e resinas Noryl e Ultem, dependendo dos requisitos específicos, como propriedades dielétricas e resistência ao calor ”, disse Sas.

Ele acrescentou:“Os requisitos para materiais usados ​​no condicionamento de sinal de RF e absorção de sinal aumentarão com base em projetos e cenários específicos. Os mais novos compostos LNP Stat-Kon de absorção de radar da SABIC, com base em tereftalato de polibutileno (PBT), são destinados à integração com radomes fabricados com material PBT. Outros compostos LNP Stat-Kon são baseados em resina de polieterimida (PEI) para suportar altas temperaturas de processamento ou em resina de policarbonato (PC) para aplicações gerais que requerem alta durabilidade e equilíbrio de propriedades físicas. Uma ampla escolha de materiais absorventes de radar pode permitir que os fabricantes projetem sensores que são otimizados para o tamanho do veículo, localização do sensor, função e outras variáveis. ”

Outro desafio a ser considerado é o aumento esperado na potência de processamento necessária para unidades de radar de maior alcance e resolução, que exigirão um gerenciamento térmico significativo para evitar superaquecimento e proteção EMI. Outros sensores de radar de curto alcance se tornarão perfeitamente integrados em ou em outros componentes e peças do veículo.

Sas destacou que outros desafios estão relacionados ao futuro das unidades de controle eletrônico (ECUs). Hoje, um carro típico pode ter mais de duas dúzias de ECUs distribuídas para funcionalidades específicas, que se enquadram em duas arquiteturas principais:descentralizada e centralizada. “No futuro, a maioria das funcionalidades pode ser centrada em controladores de domínio consolidados. De acordo com a McKinsey, essa consolidação é especialmente provável para pilhas relacionadas ao ADAS. A indústria está se movendo em direção a uma solução de ECU de controle de domínio para gerenciar vários aspectos do ADAS e outras ações baseadas na eletrônica tomadas pelo veículo automotivo. Os termoplásticos especiais atuais e futuros da SABIC oferecem alternativas atraentes aos materiais de sensores ADAS tradicionais, como metal e vidro, em parte porque suas propriedades principais podem ser ajustadas às necessidades específicas do cliente e da aplicação ”, disse Sas.

Os requisitos de desempenho da antena e outras necessidades de design de dispositivos eletrônicos na indústria automotiva guiarão a escolha dos materiais que também podem ser afetados pelo posicionamento da antena e pelos requisitos de cobertura. Soluções baseadas em radar detectam implementações potenciais para ADAS. A integração com aplicativos de inteligência artificial ajuda os motoristas a tomar decisões de direção seguras e dirigir com segurança.

>> Este artigo foi publicado originalmente em nosso site irmão, EE Times.