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适用于ADAS零部件的材料、技术介绍 ~传感器篇~


适用于ADAS零部件的材料、技术介绍 ~传感器篇~



1. 前言

在上一篇报道中,我们提到为实现Autonomous(自动驾驶),ADAS(Advanced Driver-Assistance Systems;先进驾驶辅助系统)的零部件有所增加,并围绕本公司产品DURANEX® PBT,介绍了承担驾驶操作功能的电动执行器以及By wire system化所需的树脂特性。

本次为传感器篇,我们将着眼于图1中的雷达和摄像头支架,介绍其零部件的特点、材料要求和技术动向。


图1 : 工程塑料、超级工程塑料所适用的自动驾驶相关零部件


2. 适用于雷达零部件的材料介绍
2-1 要求电波穿透性的材料

雷达是照射目标物体并检测反射电波,以测量与目标物体间距离和方向的装置。汽车上搭载了检测相对长距离的Long Range Radar(以下写作LRR,前方、77GHz毫米波)和检测短距离的Short Range RADAR(以下写作SRR,后方、24GHz准毫米波)。在功能方面,LRR负责监控前方行驶的车辆等。而SRR则用于监控容易成为司机视野死角的后方行驶车辆,以及倒车时告知是否有车辆从左右后方接近等的系统。

雷达由天线基板和包裹它的框体组成。该框体起着保护内置物品的盖子和盒子的作用,同时还承担着类似透过电波的透镜的作用。因而经常被称为雷达天线罩。所以对于雷达天线罩所使用的树脂而言,使用频带上的电波透过率是很重要的参数。从这个角度来看,需要低介电常数且电波透过率稳定的材料。而且通常吸水会导致电波特性发生变化,所以吸水率也是重要的参数之一。

目前为止,市场基于介电特性的角度会选择使用SPS、PEI,而基于低吸水、耐化学性的角度,会使用PPS。现在随着雷达的普及,很多制造商尝试通过PBT与制造工艺的组合来降低成本,并制造出各种型号。


图2 : 雷达框体要求的特性

2-2 吸湿引起电波透过性的变化

在前一段对于使用介电体进行的雷达评估中提到,电波透过性因介电体特性而异,且非常重要。图3展示了常用的电波透过性评估方法自由空间法(S参数法)的一般见解。在图4中展示了吸湿处理前后电波透过性S21的变化。

图4显示,相较实线所示的吸湿处理前的状态,虚线所示的吸湿处理后的电波透过性S21有所下降,即电波透过性发生恶化。另外还可以发现,吸水对于DURAFIDE® PPS 1140A6的影响较小,而对于DURANEX 330HR则相对较大。因此,预计今后PBT也会需要更低的介电特性和低吸水性。本公司也将继续研究PBT开发材料。



● 关于电磁波屏蔽(一般见解)
扩展自Feldtkeller的公式 |S11|2+|S21|2=1
图3 : S参数法的解说

|Sij| 20log10|Sij|
1 0dB
1/√2 -3dB
1/10 -20dB
1/100 -40dB
1/1000 -60dB
图4 : 吸水前后电波透过性的比较

2-3 要求电磁波屏蔽性的材料

雷达可能会由于从安装部位到保险杠内侧反射的电波泄漏到路面等,而误检测到计划外的电波。为了防止这种情况的发生,需要屏蔽不需要的反射波,市场上可以看到一些采用安装电磁波屏蔽罩来加以应对的案例。因此,如果使雷达支架本身具有电磁波屏蔽性,则可以将电磁波屏蔽罩和雷达支架的功能一体化。

一般而言,电磁波屏蔽机理分为反射损失、吸收损失和多重反射损失这3种。但是多重反射损失很小,因此本章会将其忽略。首先介绍反射损失,反射损失可以使用导体来发现。下面介绍本公司的导电品级夺钢®/ DURACON® POM CH-10、EB-10和DURANEX 7300E的电磁波屏蔽性。

电磁波屏蔽性的测量方法采用上述的自由空间法(S参数法)。图5比较了77GHz下各品级的电波透过性S21和电波反射性S11。这里需要注意的是,S21为负值,说明导电品级夺钢 CH-10的电波透过性S21(dB)非常小。在上一章2-2中展示了S21的值越接近0,透过性越大,但是在导电性品级中,S21负的幅度越大=电波透过性越低=电磁波屏蔽性优良。在图6中,根据图3中Feldtkeller的公式(|S11|2+|S21|2=1),展示了电磁波的能量损失比例。设入射时为1,和吸收损失(图6左)反射损失(图6右)的比例如图所示。结合图5来看,夺钢 EB-10和DURANEX 7300E虽然电磁波屏蔽性不如CH-10,但在屏蔽性的详细数据方面,可以看出吸收损失的比率(图6左)有所上升,根据材料不同,电磁波屏蔽性的特点也有所不同。


图5 : 使用自由空间法(S参数法)在77GHz下对电波透过性的比较

图6 : 使用自由空间法(S参数法)在77GHz下电磁波屏蔽机理的详情

综上所述,通过将这些材料用于雷达支架,可以对防止误检测有所贡献。本公司也会继续研究提高电磁波屏蔽性的PBT开发材料。



3. 车载传感摄像头支架消光技术的介绍
3-1 适用于车载前方传感摄像头的材料介绍

车载前方传感摄像头通过支架与后视镜背面的挡风玻璃粘结在一起。支架起到了平时固定摄像头的作用,所以通常偏好低翘曲、高刚性的材料。下面介绍本公司具有低翘曲性的材料DURANEX 733LD和7407。图7比较了DURANEX 733LD和7407的平板翘曲变形性。与一般玻璃纤维增强品级DURANEX 3300相比,可以看出两品级的翘曲变形得到了改良。另一方面,如表1所示,根据刚性指标“弯曲弹性模量”,可以看出两品级均保持了刚性。


图6 : DURANEX® PBT 733LD和7407低翘曲度的比较

表1 : DURANEX® PBT的机械物理特性

项目

单位

试验方法

3300

733LD

7407

标准 低翘曲
耐水解
超低翘曲
 一般特性     PBT-GF30 PBT+SAN-GF30 PBT+PC-(GF+GS)40
 密度 g/cm3 ISO 1183 1.53 1.46 1.57
 吸水率
(23℃、浸泡24hr、1mmt)
% ISO 62 0.1 0.2 0.1

 拉伸强度

MPa ISO 527-1,2 140 139 117
 拉伸断裂应变 % ISO 527-1,2 2.2 2 2.5
 弯曲强度 MPa ISO 178 220 180 180
 弯曲弹性模量 MPa ISO 178

9,030

9,000 9,500
 简支梁冲击强度
(带缺口、23℃)
kJ/m2 ISO 179/1eA 10.5 7.6 8.8
 负荷变形温度(1.8MPa) ISO 75-1,2 213 195 200


3-2 车载前方传感摄像头支架的工艺介绍

车载前方传感摄像头支架要求光学区域不能有噪音(散射光)进入。应对措施一般是在摄像头镜头前方的遮光罩部位加上涂层或无纺布,以降低光泽度。但是这些工艺在繁杂的工序和成本方面可以说存在问题。另一方面,虽然可以通过皮纹处理来消光,但是一般认为在质保方面有待商榷。出于上述原因,下面介绍一种替代工艺“激光处理消光技术”。本公司参照市场流通品的光泽度(0.5~1.5)和漆黑度(L值20~32),研究了激光处理条件。照片1展示实际制作样品的外观(DURANEX 3300),照片2展示激光处理的示意图。表2还显示了实际制作样品的光泽度和漆黑度(L值)。研究结果显示,在激光处理条件C和D下,可以展现出良好的光泽度和漆黑度。今后我们将进行长期耐久性的调查,探索缩短处理时间的条件。



表2 : 光泽度和L值(漆黑度)

激光处理条件 光泽度(60°) L值
A 7.1 18
B 4.1 17
C 1.2 16
D 0.1 14
照片1 : 激光处理过的平板  

照片2 : 激光照射示意图(格子状)


4. 结语

本次我们在适用于ADAS传感器零部件的文章中,介绍了雷达天线罩和雷达支架的材料趋势。此外还介绍了表面光泽度的工艺“激光处理法”。今后我们将继续作为工程塑料专业制造商,致力于开发符合市场需求的材料和工艺。



【相关信息】

 • 适用于ADAS零部件的材料、技术介绍 ~执行器零部件、通讯设备篇~




 物性目录:

 本文所述 :
  夺钢®/ DURACON® POM
  ▼CH-10
  DURANEX® PBT
  ▼330HR  ▼733LD  ▼3300
  ▼7300E  ▼7407
  DURAFIDE® PPS
  ▼1140A6
 本文没述的导电品级 :
 夺钢®/ DURACON® POM
  ▼CH-20  ▼CH-15
  DURAFIDE® PPS
  ▼2130A1

 联系方法:

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<参考文献>
总务省电波利用网站 频率分配计划


2021/01/12