Des matériaux spécialisés renforcent les performances ADAS

Assurer la sécurité des passagers, des occupants et des piétons oblige les constructeurs automobiles et leurs fournisseurs à continuer d'améliorer les performances et la fiabilité de la technologie de conduite assistée. Mais à mesure que le nombre de dispositifs de sécurité et de systèmes électroniques embarqués par véhicule augmente, les ingénieurs sont obligés de rechercher des alternatives matérielles plus légères et une plus grande flexibilité de conception. Sabic développe des matériaux qui favorisent le remplacement léger et métallique, des réductions globales des coûts du système et une flexibilité de conception, en particulier en ce qui concerne le radar.

Les systèmes radar font partie intégrante de la suite de capteurs ADAS qui prend en charge des fonctionnalités telles que le régulateur de vitesse adaptatif (ACC), le freinage d'urgence autonome (AEB) et l'avertissement de collision avant (FCW). Les capteurs radar nécessitent des solutions matérielles qui fournissent un blindage efficace contre les interférences électromagnétiques (EMI) de divers composants du système et des propriétés d'absorption du signal radar pour garantir que les réflexions et les interférences croisées ne perturbent pas la détection correcte des objets, les mesures de distance et de vitesse.

S'adressant à EE Times, Martin Sas, scientifique principal pour l'activité Spécialités de Sabic, a souligné comment les matériaux doivent contribuer aux performances des systèmes ADAS. En particulier, les matériaux de Sabic offrent un blindage EMI pour protéger les composants des circuits ; éliminer la diaphonie et les interférences radio (RFI) ; permettre à l'absorption radar d'atténuer l'impact des réflexions sur les lectures des capteurs ; et offrent une bonne conductivité thermique pour la dissipation de la chaleur, des propriétés mécaniques supérieures et une résistance aux produits chimiques automobiles.

Systèmes avancés d'aide à la conduite

Les futurs systèmes de sécurité électroniques automobiles basés sur des communications radar et sans fil reposeront fortement sur des antennes, des RFIC efficaces et des circuits électroniques compacts à faibles pertes. Les matériaux dont ils sont tous faits aideront à atteindre les performances attendues. La mise en œuvre de ces systèmes nécessite la fabrication de matériaux de circuits appropriés.

La business unit Spécialités de Sabic a mis en évidence deux segments majeurs de capteurs radars automobiles. Un type est un petit facteur de forme avec un haut niveau d'intégration et un accent sur la détection et la télémétrie à faible puissance et à courte et moyenne portée. L'autre type offre des performances, une précision et une fidélité élevées (résolution angulaire élevée) dans la détection et la télémétrie à moyenne et longue distance.

Sas a expliqué comment chaque catégorie de capteur radar a un ensemble d'exigences légèrement différent. Les solutions pour radômes, y compris les composés de polytéréphtalate de butylène renforcé de fibres de verre (PBT), les résines de polyétherimide (PEI) et les panneaux sandwich en mousse, offrent de faibles performances diélectriques, un faible gauchissement, une résistance aux températures élevées et une capacité de soudage au laser.

Il a ajouté :« Les matériaux absorbant les radiofréquences (RF) tels que les composés LNP STAT-KON peuvent aider à conditionner les signaux transmis et reçus pour atténuer les réflexions pouvant entraîner de fausses détections. Les matériaux de gestion thermique LNP KONDUIT de SABIC pour les dissipateurs thermiques moulés par injection peuvent atténuer l'accumulation de chaleur dommageable, tandis que les composés LNP FARADEX fournissent un blindage EMI inhérent dans les boîtiers de capteurs radar. Les matériaux de spécialité de Sabic peuvent être utilisés comme substrats pour les antennes radar, où ils prennent en charge des technologies telles que la structuration directe au laser (LDS) et le placage électro ou autocatalytique sélectif. »

Les capteurs radars automobiles sont conçus dans deux bandes de fréquences de fonctionnement :24 et 77 GHz. La première bande passante allouée deviendra trop étroite pour répondre aux besoins futurs d'ici 2022, mais continuera d'être disponible. La bande des 77 GHz s'étend de 76 à 81 GHz. Les capteurs radar 24 GHz sont généralement utilisés pour les fonctions à courte et moyenne portée. Les capteurs radar 77 GHz peuvent également être utilisés pour la détection de cibles à longue portée.

L'importance du matériel

Les capteurs radar s'appuient sur des matériaux performants, tenant compte de leurs objectifs de sécurité. Les propriétés qu'un concepteur doit garder à l'esprit sont la constante diélectrique, le facteur de dissipation, la perte d'insertion, la stabilité électrique-thermique-mécanique du matériau et l'homogénéité du substrat.

« Plusieurs éléments doivent être pris en compte lors du choix des matériaux pour les capteurs, à commencer par l'emplacement du capteur et la manière dont il sera intégré au véhicule :est-il visible ? Sera-t-il exposé à des impacts environnementaux, notamment chimiques ? Fonctionnera-t-il dans des conditions de température élevée ou basse ? Pour les capteurs radar, il est important de déterminer le niveau acceptable de distorsion du signal, qui guidera les exigences matérielles pour le radôme et l'absorbeur RF. Un autre facteur est la consommation électrique globale, et donc la chaleur générée par chaque étage électronique du capteur radar (unité RF, unité de traitement) », a déclaré Sas.

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Figure 1. Solutions pour les applications de systèmes de capteurs radar. (Source :SABIC)

Un défi majeur réside dans la résolution des capteurs radar et prévoit d'incorporer une architecture d'antenne à entrées multiples et sorties multiples (MIMO) pour créer ce que l'on appelle le «radar d'imagerie». Sabic a souligné que ce projet sera en concurrence directe avec le LiDAR en termes de résolution. Pourtant, sans les faiblesses des capteurs optiques, cela augmentera probablement les exigences sur tous les aspects des propriétés des matériaux.

« Par exemple, il est prévu que le besoin de matériaux diélectriques ultra-faibles pour les radômes avec une permittivité relative proche de celle de l'air puisse offrir des avantages significatifs. Les solutions potentielles incluent les composés LNP Thermocomp de Sabic, les copolymères LNP et les résines Noryl et Ultem, en fonction d'exigences spécifiques telles que les propriétés diélectriques et la résistance à la chaleur », a déclaré Sas.

Il a ajouté :« Les exigences relatives aux matériaux utilisés dans le conditionnement et l'absorption des signaux RF augmenteront en fonction de conceptions et de scénarios spécifiques. Les derniers composés LNP Stat-Kon absorbant les radars de SABIC, à base de polytéréphtalate de butylène (PBT), sont destinés à être intégrés aux radômes fabriqués à partir de matériau PBT. D'autres composés LNP Stat-Kon sont basés sur une résine polyétherimide (PEI) pour résister à des températures de traitement plus élevées, ou sur une résine polycarbonate (PC) pour des applications générales qui nécessitent une durabilité élevée et un équilibre des propriétés physiques. Un large choix de matériaux absorbant les radars peut permettre aux fabricants de concevoir des capteurs optimisés pour la taille du véhicule, l'emplacement des capteurs, la fonction et d'autres variables. »

Un autre défi à prendre en compte est l'augmentation attendue de la puissance de traitement requise pour les unités radar à plus longue portée et à plus haute résolution, qui nécessiteront une gestion thermique importante pour éviter la surchauffe et la protection EMI. D'autres capteurs radar à courte portée seront intégrés de manière transparente dans ou sur d'autres composants et pièces du véhicule.

Sas a souligné que d'autres défis sont liés à l'avenir des unités de contrôle électronique (ECU). Aujourd'hui, une voiture typique peut avoir plus de deux douzaines d'ECU distribués pour des fonctionnalités spécifiques, qui relèvent de deux architectures principales :décentralisée et centralisée. « À l'avenir, la plupart des fonctionnalités pourront être centrées sur des contrôleurs de domaine consolidés. Selon McKinsey, cette consolidation est particulièrement probable pour les piles liées à ADAS. L'industrie s'oriente vers une solution d'ECU de contrôle de domaine pour gérer les multiples aspects de l'ADAS et d'autres actions basées sur l'électronique prises par le véhicule automobile. Les thermoplastiques de spécialité actuels et futurs de SABIC offrent des alternatives intéressantes aux matériaux de capteurs ADAS traditionnels tels que le métal et le verre, en partie parce que leurs propriétés clés peuvent être adaptées aux besoins spécifiques du client et de l'application », a déclaré Sas.

Les exigences de performance de l'antenne et d'autres besoins de conception d'appareils électroniques dans l'industrie automobile guideront le choix des matériaux qui peuvent également être affectés par les exigences de positionnement et de couverture de l'antenne. Les solutions radar détectent les implémentations potentielles pour ADAS. L'intégration aux applications d'intelligence artificielle aide les conducteurs à prendre des décisions de conduite prudentes et à conduire prudemment.

>> Cet article a été initialement publié le notre site partenaire, EE Times.