특수 재료로 ADAS 성능 강화

승객, 탑승자 및 보행자의 안전을 확보하기 위해 자동차 제조업체와 공급업체는 보조 운전 기술의 성능과 안정성을 지속적으로 개선해야 합니다. 그러나 차량당 안전 기능과 온보드 전자 시스템의 수가 증가함에 따라 엔지니어는 더 가벼운 소재 대안과 더 나은 설계 유연성을 찾아야 합니다. Sabic은 특히 레이더와 관련하여 경량 및 금속 대체, 전체 시스템 비용 절감 및 설계 유연성을 촉진하는 재료를 개발합니다.

레이더 시스템은 적응형 순항 제어(ACC), 자율 비상 제동(AEB) 및 전방 충돌 경고(FCW)와 같은 기능을 지원하는 ADAS 센서 제품군의 필수 부분입니다. 레이더 센서에는 다양한 시스템 구성 요소의 효과적인 EMI(전자기 간섭) 차폐를 제공하는 재료 솔루션과 반사 및 교차 간섭이 올바른 물체 감지, 거리 및 속도 측정을 방해하지 않도록 하는 레이더 신호 흡수 특성이 필요합니다.

EE Times와의 인터뷰에서 Sabic의 Specialties 비즈니스 수석 과학자인 Martin Sas는 재료가 ADAS 시스템의 성능에 어떻게 기여해야 하는지 강조했습니다. 특히 Sabic의 재료는 회로 구성 요소를 보호하기 위해 EMI 차폐를 제공합니다. 혼선 및 무선 주파수 간섭(RFI)을 제거합니다. 센서 판독값에 대한 반사의 영향을 감쇠하기 위해 레이더 흡수를 활성화합니다. 열 발산, 우수한 기계적 특성 및 자동차 화학 물질에 대한 내성을 위한 우수한 열 전도성을 제공합니다.

고급 운전자 지원 시스템

레이더 및 무선 통신을 기반으로 하는 미래의 자동차 전자 안전 시스템은 안테나, 효율적인 RFIC 및 저손실 소형 전자 회로에 크게 의존할 것입니다. 그것들이 모두 만들어진 재료는 예상되는 성능을 가능하게 하는 데 도움이 될 것입니다. 이러한 시스템을 구현하려면 적절한 회로 재료를 제조해야 합니다.

Sabic의 Specialties 사업부는 자동차 레이더 센서의 두 가지 주요 부문을 강조했습니다. 한 가지 유형은 높은 수준의 통합과 저전력 및 단거리에서 중거리 감지 및 범위에 중점을 둔 소형 폼 팩터입니다. 다른 유형은 중장거리 감지 및 범위 지정에서 고성능, 정확도 및 충실도(높은 각도 분해능)를 제공합니다.

Sas는 레이더 센서의 각 범주가 어떻게 약간 다른 요구 사항 집합을 가지고 있는지 설명했습니다. 유리 섬유 강화 폴리부틸렌 테레프탈레이트(PBT) 화합물, 폴리에테르이미드(PEI) 수지 및 폼 샌드위치 패널을 포함한 레이돔용 솔루션은 낮은 유전 성능, 낮은 뒤틀림, 고온 저항 및 레이저 용접 기능을 제공합니다.

그는 "LNP STAT-KON 화합물과 같은 무선 주파수(RF) 흡수 재료는 잘못된 감지를 초래할 수 있는 반사를 완화하기 위해 송수신된 신호를 조절하는 데 도움이 될 수 있습니다. 사출 성형 방열판용 SABIC의 LNP KONDUIT 열 관리 재료는 손상되는 열 축적을 완화할 수 있는 반면 LNP FARADEX 화합물은 레이더 센서 하우징에 고유한 EMI 차폐를 제공합니다. Sabic의 특수 소재는 레이저 직접 구조화(LDS) 및 선택적 전기 또는 무전해 도금과 같은 기술을 지원하는 레이더 안테나의 기판으로 사용할 수 있습니다.”

자동차 레이더 센서는 24GHz 및 77GHz의 두 가지 작동 주파수 대역으로 설계되었습니다. 첫 번째 할당된 대역폭은 2022년까지 미래의 요구 사항을 충족하기에는 너무 좁아지지만 계속 사용할 수 있습니다. 77GHz 대역은 76GHz에서 81GHz로 확장됩니다. 24GHz 레이더 센서는 일반적으로 단거리 및 중거리 기능에 사용됩니다. 77GHz 레이더 센서는 장거리 표적 탐지에도 사용할 수 있습니다.

자료의 중요성

레이더 센서는 안전 목표를 고려하여 고성능 재료에 의존합니다. 설계자가 염두에 두어야 할 속성은 유전상수, 유전 손실 계수, 삽입 손실, 재료의 전기-열-기계적 안정성 및 기판의 균질성입니다.

“센서 재료를 선택할 때 센서의 위치와 차량에 통합되는 방식부터 시작하여 몇 가지 사항을 고려해야 합니다. 눈에 보이는가? 화학 물질을 포함한 환경 영향에 노출됩니까? 고온 또는 저온 조건에서 작동합니까? 레이더 센서의 경우 허용 가능한 신호 왜곡 수준을 결정하는 것이 중요하며 이는 레이돔 및 RF 흡수 장치에 대한 재료 요구 사항을 안내합니다. 또 다른 요인은 전체 전력 소비로 인해 각 레이더 센서 전자 장치 단계(RF 장치, 처리 장치)에서 발생하는 열입니다.”라고 Sas는 말했습니다.

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그림 1. 레이더 센서 시스템 애플리케이션용 솔루션. (출처:SABIC)

주요 과제는 레이더 센서의 해상도이며 MIMO(다중 입력, 다중 출력) 안테나 아키텍처를 통합하여 소위 "이미징 레이더"를 만들 계획입니다. Sabic은 이 프로젝트가 해결 방법에서 LiDAR와 정면으로 경쟁할 것이라고 강조했습니다. 그러나 광학 센서의 약점이 없으면 재료 특성의 모든 측면에 대한 요구가 증가할 것입니다.

“예를 들어, 상대 유전율이 공기에 가까운 레이돔용 초저 유전 물질의 필요성은 상당한 이점을 제공할 수 있을 것으로 예상됩니다. 잠재적인 솔루션에는 유전 특성 및 내열성과 같은 특정 요구 사항에 따라 Sabic의 LNP Thermocomp 화합물, LNP 공중합체, Noryl 및 Ultem 수지가 포함됩니다.”라고 Sas는 말했습니다.

그는 “RF 신호 컨디셔닝 및 신호 흡수에 사용되는 재료에 대한 요구 사항은 특정 설계 및 시나리오에 따라 증가할 것입니다. 폴리부틸렌 테레프탈레이트(PBT)를 기반으로 하는 SABIC의 최신 레이더 흡수 LNP Stat-Kon 화합물은 PBT 재료를 사용하여 제조된 레이돔과 통합하기 위한 것입니다. 다른 LNP Stat-Kon 컴파운드는 더 높은 가공 온도를 견디기 위해 폴리에테르이미드(PEI) 수지를 기반으로 하고, 높은 내구성과 물성의 균형이 요구되는 일반 용도를 위해 폴리카보네이트(PC) 수지를 기반으로 합니다. 다양한 레이더 흡수 재료를 통해 제조업체는 차량 크기, 센서 위치, 기능 및 기타 변수에 최적화된 센서를 설계할 수 있습니다.”

고려해야 할 또 다른 과제는 과열 및 EMI 보호를 피하기 위해 상당한 열 관리가 필요한 더 긴 범위 및 고해상도 레이더 장치에 필요한 처리 능력의 예상 증가입니다. 다른 단거리 레이더 센서는 다른 차량 구성 요소 및 부품에 원활하게 통합됩니다.

Sas는 전자 제어 장치(ECU)의 미래와 관련된 다른 과제도 강조했습니다. 오늘날 일반적인 자동차에는 특정 기능을 위해 24개 이상의 분산 ECU가 있을 수 있으며, 이는 분산 및 중앙 집중식의 두 가지 주요 아키텍처에 해당합니다. “미래에는 대부분의 기능이 통합 도메인 컨트롤러에 집중될 수 있습니다. McKinsey에 따르면 이러한 통합은 특히 ADAS와 관련된 스택에서 발생할 가능성이 높습니다. 업계는 ADAS의 여러 측면과 자동차가 취하는 기타 전자 기반 작업을 관리하기 위해 도메인 제어 ECU 솔루션으로 이동하고 있습니다. SABIC의 현재 및 미래의 특수 열가소성 플라스틱은 금속 및 유리와 같은 기존 ADAS 센서 재료에 대한 매력적인 대안을 제공합니다. 그 이유는 부분적으로 이들의 주요 속성이 고객 및 애플리케이션의 특정 요구에 맞춰 조정할 수 있기 때문입니다.”라고 Sas는 말했습니다.

자동차 산업에서 안테나의 성능 요구 사항 및 기타 전자 장치 설계 요구 사항은 안테나 위치 및 적용 범위 요구 사항의 영향을 받을 수 있는 재료 선택을 안내할 것입니다. 레이더 기반 솔루션은 ADAS의 잠재적 구현을 ​​감지합니다. 인공 지능 애플리케이션과의 통합은 운전자가 안전한 운전 결정을 내리고 안전하게 운전하는 데 도움이 됩니다.

>> 이 기사는 원래 다음 날짜에 게시되었습니다. 자매 사이트인 EE Times.