Экранирование датчиков ADAS от электромагнитных помех с помощью электропроводящей пены.

Экранирование датчиков ADAS от электромагнитных помех: применение электропроводящей пены в камерах, радарах и лидарах.

Датчики ADAS (Advanced Driver Assistance Systems) лежат в основе интеллектуального вождения и являются одними из самых требовательных компонентов с точки зрения электромагнитной совместимости в автомобильной промышленности. От автомобильных камер и радаров миллиметрового диапазона 77 ГГц до LiDAR — к материалам экранирования от электромагнитных помех предъявляются разные требования.

Электропроводящая пена обеспечивает гибкое решение для заземления, герметизации зазоров и электромагнитного экранирования в этих компактных сенсорных узлах. Основываясь на опыте компании Konlida в проектах по разработке автомобильных датчиков, в этой статье объясняется, где используется электропроводящая пена в датчиках ADAS и как инженеры могут выбрать подходящую структуру и материал.

Внедрение систем ADAS стремительно ускоряется. Системы эволюционировали от простых камер заднего вида до адаптивного круиз-контроля уровня L2 и систем удержания полосы движения, а технологии автоматического вождения уровня L3 уже внедряются в серийное производство. По мере роста автоматизации соответственно возрастают требования к количеству датчиков, чувствительности сигнала и электромагнитной совместимости.

Типичный автомобиль уровня L2+ может включать в себя 8–12 камер, 3–5 радарных датчиков миллиметрового диапазона, 1–2 лидара и около 12 ультразвуковых датчиков . Эти устройства распределены по всему автомобилю и работают в сложных электромагнитных, тепловых и механических условиях. При этом каждый датчик должен избегать помех для других электронных систем.

Решения Konlida на основе проводящей пены используются в модулях автомобильных камер, миллиметровых радарах и проектах LiDAR для поставщиков первого уровня в Китае. Области применения варьируются от миниатюрной всенаправленной проводящей пены для модулей камер до специализированных высокочастотных экранирующих конструкций для радиолокационных систем.

Введение в сам материал см. в [ссылка]. Что такое пенополиуретан для защиты от электромагнитных помех? Полное руководство по пенополиуретану для защиты от электромагнитных помех. .

В данной статье рассматривается роль электропроводящей пены в четырех основных типах датчиков ADAS.

1. Проблемы электромагнитной совместимости датчиков ADAS.

Датчики ADAS работают в иной электромагнитной среде, чем обычная салонная электроника.

Задача 1: Датчики устанавливаются в открытых или частично открытых местах.

Камеры обычно устанавливаются за лобовым стеклом, в передней решетке или вокруг боковых зеркал. Миллиметровый радар часто располагается за передним бампером, а лидар может быть установлен на крыше или передней решетке.

Эти места могут находиться в непосредственной близости от источников сильного шума, таких как системы электропривода и преобразователи постоянного тока. Кроме того, в них наблюдаются более значительные колебания температуры и механическая вибрация.

Проблема 2: Сигналы от датчиков крайне слабые.

Радар миллиметрового диапазона принимает отраженные от окружающих объектов сигналы очень малой мощности. Даже небольшое количество сопутствующего электромагнитного шума может снизить чувствительность обнаружения.

У лидаров аналогичная проблема. Их оптоэлектронные детекторы чувствительны к электрическим помехам, а нежелательная электромагнитная связь может приводить к ошибкам измерений или ложным срабатываниям.

Задача 3: Датчики должны быть изолированы друг от друга.

На одном и том же транспортном средстве одновременно могут работать несколько радарных датчиков. Без достаточной изоляции датчики могут создавать взаимные помехи.

Следовательно, экранирование систем ADAS должно учитывать как внешние помехи, так и внутреннюю перекрестную связь .

Задача 4: Требования к экранированию высокочастотных сигналов становятся все более высокими.

Автомобильные радары эволюционировали от систем, работающих на частоте 24 ГГц, к платформам, работающим на частотах 77 и 79 ГГц . Эти частоты значительно превышают диапазон 3 ГГц, обычно упоминаемый в стандартных спецификациях экранирования.

В результате инженеры не могут полагаться исключительно на данные о низкочастотном экранировании при оценке проводящей пены для радиолокационных применений. Контактное сопротивление, поверхностная проводимость, структура материала, геометрия соединения и вся защитная оболочка — все это влияет на высокочастотные характеристики.

Возможности высокочастотного тестирования Konlida

Лаборатория ЭМС компании Konlida может расширить возможности тестирования эффективности экранирования до 40 ГГц , что позволяет проводить высокочастотную проверку материалов и конструкций для передовых сенсорных приложений.

Важно отличать это от прямого тестирования на частоте 77 ГГц: само по себе тестирование на частоте 40 ГГц не является измерением на частоте 77 ГГц. Вместо этого оно предоставляет полезные данные для высокочастотной характеристики и предварительной проверки, которые могут помочь в проектировании радиолокационной защиты и выборе материалов.

2. Электропроводящая пена в четырех вариантах применения датчиков ADAS.

Применение 1: Модули автомобильных камер

Наиболее широко используемый датчик ADAS

Камеры — одни из самых многочисленных датчиков в современных автомобилях. К областям применения относятся камеры заднего вида, фронтальные камеры для системы автоматического экстренного торможения (AEB), камеры кругового обзора и камеры системы мониторинга водителя (DMS).

Модуль камеры может содержать:

• CMOS-датчики изображения
• чипы ISP
• Сериализаторы
• Схемы управления питанием
• Высокоскоростные сигнальные интерфейсы

Аналоговые сигналы, генерируемые датчиками изображения, могут быть очень чувствительны к электрическим помехам. В то же время видеосигналы, передаваемые по коаксиальным кабелям или экранированным витым парам, требуют соответствующего заземления и экранирования.

Там, где используется проводящая пена

Почему всенаправленная проводящая пена хорошо подходит для модулей камер

Модули камер чрезвычайно компактны. Доступное пространство для защитной прокладки может составлять всего 0,5–2 мм .

Всенаправленная проводящая пена обеспечивает проводящие пути в направлениях X, Y и Z. Это позволяет осуществлять низкоимпедансный электрический контакт с относительно небольшим сжатием, минимизируя при этом механическое напряжение на оптическом узле.

Для получения более подробной информации об этой конструкции см. Прокладка из проводящей пены с всенаправленным током против стандартной прокладки из проводящей пены .

В нескольких проектах по созданию автомобильных камер компания Konlida рекомендовала использовать тонкий всенаправленный проводящий пенопласт, обычно толщиной около 0,5–1 мм , между металлическим корпусом камеры и монтажным кронштейном.

Данная конфигурация обеспечивает электрическое заземление без чрезмерного механического напряжения на оптическую систему. При необходимости обеспечения электрических характеристик на более высоких частотах можно также рассмотреть использование всенаправленного поролона с серебряным покрытием.

Применение 2: Миллиметровый радар

Новая задача для высокочастотного экранирования

Радар миллиметрового диапазона является ключевым датчиком системы помощи водителю (ADAS) для:

• Адаптивный круиз-контроль (АКК)
• Автоматическое экстренное торможение (АЭБ)
• Система обнаружения слепых зон (BSD)
• Система предупреждения о фронтальном столкновении (FCW)

Автомобильные радарные системы все чаще работают на частотах приблизительно 77 ГГц и 79 ГГц .

Радиолокационная антенна излучает и принимает электромагнитные волны на очень высоких частотах. На этих частотах конструкция экранирования становится особенно чувствительной к электрической непрерывности, геометрии соединения, качеству контакта и свойствам материала.

Типичные области применения проводящей пены

Выбор материалов на высоких частотах

Для применения радара на частоте 77 ГГц требуется нечто большее, чем просто стандартная спецификация экранирования низкочастотных сигналов.

Проводящий слой, поверхностная проводимость, контактное сопротивление, поведение при сжатии и механическая стабильность — все эти факторы влияют на экранирующие свойства. Позолоченная проводящая пена может обладать преимуществами в проводимости и коррозионной стойкости по сравнению с некоторыми никелированными конструкциями.

Для подробного сравнения токопроводящих пенопокрытий см. Позолоченная, никелированная и луженая пена для электромагнитной совместимости .

В лаборатории ЭМС компании Konlida можно проводить тестирование эффективности экранирования до 40 ГГц для высокочастотной характеризации материалов. Для радиолокационных систем, работающих на частоте 77 ГГц, эти данные могут быть объединены с моделированием, специфичным для конкретного применения, и проверкой на системном уровне для обоснования выбора материалов.

Приложение 3: Лидар

Балансировка оптических и электромагнитных характеристик

В системах автоматизированного вождения уровня L3 и выше роль лидара возрастает. Он излучает лазерные импульсы и измеряет время возврата для определения расстояния до объекта, что требует высокоточной оптической и электронной обработки сигналов.

Внутри системы LiDAR фотодетекторы APD или SPAD могут быть чувствительны к электрическим помехам. Электромагнитные помехи могут влиять на целостность сигнала и способствовать возникновению ошибок измерения.

Механические лидарные системы также создают дополнительную проблему: движущиеся или вращающиеся компоненты вызывают непрерывную вибрацию и механическое движение.

Типичные области применения проводящей пены

Три особых требования к LiDAR

1. Не препятствуйте прохождению оптического сигнала.

Проводящая пена должна располагаться вне оптического тракта и вдали от критически важных оптических поверхностей.

2. Устойчивость к вибрации и усталости.

Механические лидарные системы могут непрерывно работать в условиях вибрации. Конструкция прокладки должна обеспечивать стабильный электрический контакт без чрезмерного износа или необратимой деформации.

3. Контроль загрязнения твердыми частицами.

Оптические компоненты требуют строгой чистоты. Экранирующие материалы должны минимизировать образование частиц и загрязнение посторонними веществами.

Проводящие пеноматериалы Konlida могут производиться в чистых помещениях класса 1000 , что помогает контролировать риски образования частиц и загрязнений в оптических датчиках.

Применение 4: Ультразвуковые датчики

Ультразвуковые датчики широко используются для обнаружения препятствий на коротких расстояниях, в том числе для автоматической парковки и помощи при движении в слепой зоне.

Их рабочая частота, как правило, значительно ниже, чем у радаров миллиметрового диапазона, часто составляя около 40–58 кГц .

Хотя сами ультразвуковые датчики, как правило, не представляют собой сложную задачу экранирования от высокочастотных помех, их расположение на бампере может привести к воздействию помех от систем электропривода и другой автомобильной электроники.

Основные области применения проводящей пены:

• заземление корпуса датчика
• Экранирование разъемов и проводки
• Герметизация зазоров между проводящими компонентами.

Требования к экранированию могут быть менее строгими, чем у радаров, но при этом по-прежнему важны долговечность, термостойкость, вибростойкость и стабильность контактов в течение длительного времени, характерные для автомобильной промышленности.

3. Требования к проводящей пене в зависимости от типа датчика ADAS

Выбор подходящей электропроводящей пены зависит не только от эффективности экранирования. Инженеры должны учитывать рабочую частоту, доступное пространство для сжатия, вибрацию, чистоту и оптические ограничения.

Эти диапазоны частот следует рассматривать скорее как эталонные значения для применения и проверки, а не как универсальные предельные значения для материалов . Фактические экранирующие свойства зависят от всей прокладки, корпуса, пути заземления, частоты, геометрии и метода испытаний.

4. Почему стоит выбрать Konlida для экранирования датчиков ADAS от электромагнитных помех?

1. Широкий ассортимент проводящих пенопластов.

Датчики ADAS предъявляют различные механические и электрические требования. Компания Konlida предлагает несколько типов проводящих пеноматериалов, в том числе:

• Всенаправленная проводящая пена для компактных модулей камер
• Позолоченная пена FOF и SMT для применения в радиолокационных системах.
• Пенополиуретан FOF нестандартной формы для корпусов лидаров
• Проводящие тканевые структуры для экранирования сигналов и разъемов.

Широкий ассортимент продукции позволяет клиентам объединить различные потребности в экранировании у одного поставщика.

2. Высокочастотные испытания на электромагнитную совместимость

Лаборатория ЭМС компании Konlida может расширить диапазон тестирования эффективности экранирования до 40 ГГц , обеспечивая высокочастотную характеризацию для передовой автомобильной электроники.

Для радиолокационных приложений, работающих на частоте 77 ГГц, данные на частоте 40 ГГц следует рассматривать как вспомогательную проверку, а не как прямую сертификацию или измерение на частоте 77 ГГц.

3. Производство в чистых помещениях класса 1000.

Модули камер и лидаров могут быть чувствительны к частицам и загрязнениям. Производство в чистых помещениях помогает снизить риски, связанные с посторонними материалами, и поддерживает применение оптических датчиков.

4. Собственная разработка материалов.

Компания Konlida разрабатывает специализированные проводящие материалы, в том числе сверхтонкую проводящую ткань толщиной до 0,016 мм и посеребренную всенаправленную проводящую пену.

Эти материалы позволяют создавать все более компактные конструкции датчиков в условиях ограниченных возможностей экранирования и доступного пространства для установки.

5. Автомобильное качество и серийное производство.

Компания Konlida эксплуатирует 30 линий по производству токопроводящей пены с суточной производительностью около 2 миллионов изделий .

Компания имеет сертификаты IATF 16949, ISO 13485 и ISO 9001 , подтверждающие соответствие требованиям автомобильной и электронной промышленности.

Быстрое прототипирование может быть завершено всего за 4 часа , что помогает инженерным командам ускорить проверку конструкции и разработку продукта.

5. Краткое руководство по выбору токопроводящей пены для датчиков ADAS

6. Часто задаваемые вопросы о проводящей пене ADAS

В1: Может ли проводящая пена эффективно экранировать радар миллиметрового диапазона 77 ГГц?

Это зависит от всей конструкции экранирования. Стандартные характеристики проводящей пены часто основаны на условиях испытаний на более низких частотах, поэтому применение радара на частоте 77 ГГц не следует оценивать только по показателю 3 ГГц.

Высокочастотная проводимость, покрытие, контактное сопротивление, геометрия прокладки, конструкция корпуса и качество заземления — все это влияет на конечный результат. Лабораторный тест на частоте 40 ГГц может дать полезную высокочастотную характеристику, но его не следует представлять как прямое измерение на частоте 77 ГГц.

В2: Почему для модулей камер предпочтительнее использовать всенаправленную проводящую пену?

Модули камер имеют крайне ограниченное пространство для установки, часто менее 1 мм.

Всенаправленная проводящая пена способна устанавливать электрический контакт при относительно небольшом сжатии, снижая механическую нагрузку на оптические компоненты. Это делает её подходящей для компактных сборок, где необходимо сохранять оптическую юстировку.

Вопрос 3: Можно ли использовать проводящую пену в механизме вращения лидара?

Да, при условии, что структура пенопласта рассчитана на соответствующие механические условия.

При проектировании подвижных компонентов инженерам следует учитывать износостойкость, усталость при сжатии и долговременную электрическую стабильность. Можно использовать структуры на основе силиконового сердечника или специально разработанную всенаправленную проводящую пену, при этом механическая конструкция должна предотвращать чрезмерное трение при вращении пены.

В4: Чем отличается проводящая пена ADAS от обычных автомобильных уплотнительных прокладок, предотвращающих электромагнитные помехи?

В системах ADAS, как правило, больше внимания уделяется следующим аспектам:

• Высокочастотная характеристика
• Крайне ограниченное пространство для установки.
• Низкая сила сжатия
• Оптическая чистота
• Вибростойкость
• Циклирование температуры
• Устойчивость к солевому туману и воздействию окружающей среды

Требования к экранированию автомобильных печатных плат см. в соответствующем разделе. Прокладки для экранирования печатных плат в автомобилях: почему автомобилям нужны специальные материалы. .

В5: Какой опыт работы с проектами ADAS имеет компания Konlida?

Проводящие пеноматериалы компании Konlida используются в модулях камер, миллиметровых радарах и проектах LiDAR для нескольких ведущих поставщиков в Китае.

Ее инженерная команда может оказать поддержку на всех этапах процесса, начиная с выбора материалов и проектирования конструкции прокладки и заканчивая разработкой прототипа и проверкой электромагнитной совместимости.

О Конлиде

Компания Suzhou Konlida Precision Electronics Co., Ltd. была основана в 2006 году и специализируется на разработке и производстве материалов для электромагнитного экранирования и терморегулирования.

Производственные возможности

• Производственные мощности площадью 45 000 м²
• 30 линий по производству проводящей пены
• 12 ротационных вырубных машин
• Суточная производительность составляет приблизительно 2 миллиона единиц.
• Собственное автоматизированное оборудование для упаковки и формовки четвертого поколения.
• Сертификаты IATF 16949, ISO 13485 и ISO 9001
• Производство в чистых помещениях класса 1000.

Технические возможности

• Почти 20 лет опыта в области экранирования от электромагнитных помех.
• Лабораторные испытания на электромагнитную совместимость (ЭМС) до 40 ГГц.
• Сверхтонкая проводящая ткань собственной разработки, толщиной до 0,016 мм.
• Посеребренная всенаправленная проводящая пена
• Быстрое прототипирование всего за 4 часа.
• Опыт работы на производстве с участием нескольких ведущих поставщиков автомобильной промышленности.

Для применения в системах ADAS в проектах по созданию камер, миллиметровых радаров и лидаров использовались всенаправленная проводящая пена Konlida, позолоченная пена FOF/SMT и пена FOF нестандартной формы .

Изучите решения Konlida на основе проводящей пены для датчиков ADAS или ознакомьтесь с проектами компании в области автомобильной электроники, чтобы понять, как различные экранирующие структуры подбираются в соответствии с конкретными требованиями датчиков.

Ищете подходящий электропроводящий пеноматериал для датчика ADAS? Обратитесь в компанию Konlida за помощью в подборе материала, разработке нестандартных прокладок, прототипировании и проверке электромагнитной совместимости.