Verkehr

Materialcharakterisierung für AUTOMOTIVE RADAR

Moderne Fahrerassistenzsysteme bedürfen einer Vielzahl an Sensoren, um zum einen die Sicherheit zu erhöhen und zum anderen den Komfort zu steigern. Besonders das automatisierte Fahren greift zur Umfelderkennung auf optischen Systeme, Lidar­sensorik, Infrarot und last not least die Radarsensorik zurück.

Ein Stoßfängerteil aus Kunststoff und der quadratische Ausschnitt, der zur messtechnischen Charaktierisierung seiner Eigenschaften verwendet wurde (alle Bemaßungsangaben in mm).  Messtechnischer Aufbau zur Vermessung und Charaktierisierung von Kunststoffteilen.
© SMP Deutschland GmbH

Ein Stoßfängerteil aus Kunststoff und der quadratische Ausschnitt, der zur messtechnischen Charaktierisierung seiner Eigenschaften verwendet wurde (alle Bemaßungsangaben in mm). Messtechnischer Aufbau zur Vermessung und Charaktierisierung von Kunststoffteilen.

Messtechnischer Aufbau zur Vermessung und Charaktierisierung von Kunststoffteilen.
© Fraunhofer FHR/Bellhäuser

Messtechnischer Aufbau zur Vermessung und Charaktierisierung von Kunststoffteilen.

Radar als wesentliche Sensorkomponente

Aufgrund seiner besonderen Eigenschaften hinsichtlich der Robustheit gegenüber Witterungseinflüssen und seiner tageszeitlichen Unabhängigkeit sowie der zuverlässigen Charakterisierung der Ziele bleibt Radar eine unverzichtbare Konstante im Sensorverbund. Insbesondere im Vergleich zum optischen und Infrarot-Spektrum zeigen Millimeterwellen eine gute Durchdringung bei Regen, Schneefall, Nebel oder Rauch. Meist erfolgt die Integration des Radars am Fahrzeug im Stoßfänger. Damit kommt dem Verständnis der Transmissions- und Absorptionseigenschaften der verwendeten Materialien eine wesentliche Bedeutung zu, um die Leistungsfähigkeit des Radarsensors auch am Einbauort zu gewährleisten.

Das Fraunhofer FHR hat sich in der jüngsten Vergangenheit in mehreren Projekten intensiv mit dieser Thematik auseinandergesetzt und gemeinsam mit Zulieferfirmen, OEMs und Messgeräteherstellern Methoden zur geeigneten Materialcharakterisierung entwickelt. Dabei wurden unter anderem verschiedene planare ein- und mehrschichtige Kunststoffproben von Stoßfängern im Bereich 75-85 GHz hinsichtlich ihrer komplexen Dielektrizitätszahl (Permittivität) vermessen. Aber nicht nur das Kunststoffmaterial an sich sondern auch deren geometrische Eigenschaften wie zum Beispiel die Krümmungsradien beeinflussen die Radarsignale. Dazu wurden gezielt planare Proben mit Proben unterschiedlicher Krümmungsradien verglichen und untersucht. Bei der Untersuchung des Einflusses einer Lackierung oder Primer Schicht auf die Transmissions- und Reflexionseigenschaften der Proben zeigte sich, dass sich beide Größen durch Zugabe einer Deckschicht signifikant verschlechtern können. Des Weiteren wurden mit einer Chromfolie beschichtete Kunststoffproben (einseitige und beidseitige Beschichtung) untersucht. Dazu wurden Messungen mit und ohne Folie durchgeführt, um quantitative Aussagen zu treffen. Die Messergebnisse haben gezeigt, dass die Chromfolie einen sehr starken Einfluss auf die Transmissionsverluste haben kann.

 

Charakterisierung von Fahrzeug-Emblemen

Embleme fungieren als wesentliches Identifikationsmerkmal und stellen eine unverzichtbare Komponente des Automobilherstellers dar. Da sich der Einbauort von Fernbereichsradaren (Long range Radaren (LLR)) meist zentral im Kühlergrill hinter dem Einbauort des Emblems befindet, besteht besonderes Interesse an den hochfrequenztechnischen Charakteristika des Emblems, welche das Radar als eine Art zweites Radom schützt, aber die transmittierten Radarsignale auch negativ beeinflussen kann.

In einem gemeinsamen Projekt mit der Firma Hyundai Mobis wurde die Charakterisierung verschiedenster Embleme durchgeführt. Diese geschah einerseits messtechnisch und anderseits durch geeignete Berechnungsmethoden und die Entwicklung softwaregestützter elektromagnetischer Simulationstools. Diese erlauben es in Abhängigkeit der geometrischen Gegebenheiten und unter Kenntnis der elektromagnetischen Eigenschaften der Materialen ein optimiertes Design durchzuführen, um letzten Endes eine für das Radar bestmögliche Performance zu erzielen.

 

Fazit

Der vermehrte Einsatz von Radaren im Fahrzeug und deren Integration am Einbauort stellt viele Material- und Automobilhersteller vor die Herausforderung Materialien hinsichtlich ihrer elektromagnetischen Eigenschaften zu charakterisieren.

Dank des umfangreichen Know-hows in puncto der experimentell-messtechnischen Materialcharakterisierung zusammen mit dem elektromagnetisch-physikalischen Verständnisses des Ausbreitungsverhaltens in inhomogenen Kunststoffmaterialien und durch Lackschichten konnte das Fraunhofer FHR wesentlich zum Verständnis, zur quantitativen Erfassung des Absorptions- und Transmissionsverhaltens verschiedenster Materialien sowie zum optimierten Design von Emblemen beitragen.