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自动驾驶普及提速,或将带动车载雷达PBT材料需求上涨

高级驾驶辅助系统(Advanced Driver Assistant System,简称ADAS)曾经是豪车的专供功能。随着汽车新四化的发展,特别是自动驾驶L1-L2级别的普及,它在10万元以上的汽车上越来越受欢迎。


新车都爱“ADAS”

无论是2021年上市的东风风神逸轩MAX,还是2022年即将交付的威马M7,以及最近索尼在CES 2022 上全球首发的Vision-S轿车和刚刚上市的广汽埃安 AION LX PLUS,都搭载了不同规格的ADAS系统。


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AION LX Plus配备了6个毫米波雷达、12个超声波雷达、8个自动驾驶高清摄像头、4个环视摄像头以及2个独立高精定位模块。(图片来自广汽埃安)


ADAS的渗透使用让更多用户了解它的功能,如主动紧急制动AEB、车道保持LKA、盲区辅助检测BSD等。启用ADAS功能的关键离不开各式各样的车载传感器——它们在第一时间收集车内外的环境数据,进行静、动态物体的辨识、侦测与追踪等技术上的处理,让驾驶者在最快的时间察觉可能发生的危险,以引起注意和提高驾驶安全性。


PBT为车用雷达安全护航


这些车载传感器通常包括毫米波雷达、超音波雷达、红外线雷达、激光雷达、影像传感器及车轮速传感器等。如威马M7据称是全球首搭3颗自主变焦高精激光雷达,东风风神逸轩 MAX 系统采用了采埃孚与东风汽车合作的中距雷达,索尼Vision-S轿车周身安装了近40个检测传感器等。


其中,车用雷达内部高频PCB天线、芯片的可靠性对于ADAS的正常使用来说至关重要。为保护这些内部电子设备不受风吹日晒雨淋,制造商们通常会给车载雷达加一层“金钟罩”。


这个“金钟罩”对材料的要求有点挑——除了保护雷达的“内部心脏”,它还需要低介电常数,能够让雷达发出的电波充分穿透且状态稳定。由于雷达体积越来越小,嵌入车标或散热格栅是常见的事情,这就要求“金钟罩”能耐热、耐化学并具有高设计自由度,易于加工。


这些要求听起来并不复杂,但要在同一种材料上实现就不简单了。金属材料难以担当这个重任。考虑到成本因素,部分制造商开始采用PBT制造雷达天线罩,为雷达安全使用加固护航。


低翘曲材料提升激光焊接效率


如宝理塑料专用激光焊接品级DURANEX PBT 330LW,该材料具有高激光透过率、低翘曲性、耐水解等特性。


据宝理塑料中国技术中心技术部部长孙竑介绍,目前车辆中应用最普及的毫米波雷达,多采用激光焊接进行加工处理。激光焊接是一种快速高效的汽车焊接工艺,可加快生产速度。塑料部件的激光焊接具有许多优点,包括能够生产小型化和高度复杂的零件,消除粘合剂和紧固件等耗材。精确牢固的焊接可以保护敏感电子设备免受灰尘和湿气的影响。

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宝理塑料在CHINAPLAS 2021上展示的毫米波雷达。


激光焊接对材料的平面平整度要求特别高,如对雷达的上盖和下方壳体进行焊接时,要求不能存在缝隙,这就要求材料具备较好的低翘曲性。摄像头支架多采用胶粘的方式安装在汽车的前后舱,同样也需要低翘曲性高平整度的材料。


此外,大部分传感器安装在保险杆上,难免会被雨水淋湿,为延长毫米波雷达的使用寿命,外壳材料还需具备耐水解性。


ADAS系统驱动器外壳成PBT重要增长点


除了传感器,ADAS系统中的驱动器也是PBT材料应用的重要增长点。尤其是驱动器的电子刹车系统(Electrical Parking Braker,简称EPB)以及电动转向系统(Electronic Power Steering,简称EPS)。“我们特别关注驱动器中壳体和上盖。它们正从传统的超声波焊接转向激光焊接,同样需要低翘曲、耐水解的性能。”孙竑补充道。


值得注意的是,电动转向系统多安装在贴近路面的汽车底盘。冬天下雪时,路面经常会使用融雪剂。当汽车在路面上行驶时,含有氯化钠的雪水会溅泼到底盘PES传感器的外壳上。这容易腐蚀电动转向系统的金属部件,使其生锈并产生碱性物质。当传感器外壳处于碱性环境时,外壳的PBT材料容易水解。因此应用在底盘传感器外壳的PBT材料还需具备耐碱性。


目前,宝理已推出针对底盘传感器外壳应用的耐碱性532AR PBT牌号。该牌号在欧系车、日系车的底盘如EPS、加速度传感器、角速度传感器等均有所应用。


巧用材料实现结构减薄降本


根据Precedence Research的市场研究报告,全球ADAS系统市场规模将从2019年的323亿美元,以11.7%的年复合增长率快速发展,到2027年有望实现1420亿美元。


尽管市场前景可期,但成本依然是ADAS普及应用的阻力之一。“只要雷达或是摄像头的成本不降下来,整个ADAS的成本也难以下调,将使ADAS的普及应用受限。”孙竑说。“这就要求材料供应商需要提供低成本、高质量的材料,提供结构和设计上的优化,尽可能将传感器壳体做小做薄,并满足结构和功能要求。”


在与车企合作的过程中,部分车企由于未能充分了解壳体材料性能,通常从安全角度出发,将传感器的壳体设计得比较厚。孙竑认为可以充分利用材料性能,借助CAE的拓扑优化,将传感器壳体结构减薄降本。


雷达天线罩PBT材料供应以海外企业为主


除了宝理塑料,沙特基础工业公司(SABIC)、东丽株式会社等企业也已推出了针对ADAS雷达外壳应用的PBT材料。


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如SABIC LNP™ 热电偶™ WFC06I和WFC06IXP化合物为新款玻璃纤维增强聚对苯二甲酸丁二醇酯(PBT)牌号,具有非常低的损耗因数(Df)和介电常数(Dk),有助于支持高频雷达信号的传输。它们同样具有超低翘曲度,可方便设计师创造出新的、更薄的外壳,以改善信号传输。


另外一款LNP THERMOCOMP WFC06I复合物用于雷达前盖,其激光传输率超过60%。用户可以使用其宽激光窗口和低激光功率来潜在地提高产率。目前部分国内头部企业已经完成SABIC材料的评估和装车路测,并在国内主流汽车品牌中实现了量产。


东丽工业株式会社新研发的PBT树脂,在保持了PBT原有的尺寸稳定性和加工成型性的同时,在高频毫米波段,其介电损耗降低约40%。


据了解,东丽采用高分子聚合技术实现新型高分子结构,抑制高频范围内高分子运动,开发出了这款低介电损耗PBT树脂,介电损耗为0.006。


东丽表示,该产品将极大提升5G基站、自动驾驶的车载高速传输连接器、通信模块以及毫米波雷达等性能。目前已开始供样,在满足5G通信材料的需求的同时,推动其在以先进的驾驶辅助系统(ADAS)和自动驾驶为代表的智能交通系统(ITS)领域的应用。


此外,杜邦公司、塞拉尼斯、普立万、巴斯夫、朗盛、三菱化学、LG化学、帝斯曼以及国内的长春化学、仪征化纤、康辉石化、蓝山屯河等化工企业也是PBT材料的主要供应商。


业内人士表示,车载雷达对PBT的材料性能要求较高,目前PBT在车载雷达方面的应用主要以国际化工企业供货为主。


ADAS渗透率加速,PBT材料需求同步上涨


在2021年末的广州车展上,长安汽车阿维塔、北汽极狐、广汽埃安、长城沙龙等品牌均有搭载激光雷达的车型亮相,单车搭载的激光雷达数量也超过以往。随着5G 的逐步落地,ADAS各功能渗透率正在加速提升。中国汽车工业协会此前测算,2020年中国ADAS主要功能市场规模达844亿元(人民币,下同),同比增长19.3%,到2025年市场规模有望达到2250亿元。


在ADAS系统中,一辆汽车大约搭载4-6个雷达,每个雷达PBT用量在50g左右。ADAS的放量增长,也将带来PBT材料的需求同步上涨,你准备好了吗?


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