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自動駕駛普及提速，PBT材料如何成車載雷達必爭之材？
導讀：高級駕駛輔助系統(Advanced Driver Assistant System，簡稱ADAS)曾經是豪車的專供功能。隨著汽車新四化的發展，特別是自動駕駛L1-L2級別的普及，它在10萬元以上的汽車上越來越受歡迎。
【塑料機械網 熱點關注】高級駕駛輔助系統(Advanced Driver Assistant System，簡稱ADAS)曾經是豪車的專供功能。隨著汽車新四化的發展，特別是自動駕駛L1-L2級別的普及，它在10萬元以上的汽車上越來越受歡迎。
新車都愛“ADAS”
無論是2021年上市的東風風神逸軒MAX，還是2022年即將交付的威馬M7，以及最近索尼在CES 2022 上發布的Vision-S轎車和剛剛上市的廣汽埃安 AION LX PLUS，都搭載了不同規格的ADAS系統。
AION LX Plus配備了6個毫米波雷達、12個超聲波雷達、8個自動駕駛高清攝像頭、4個環視攝像頭以及2個獨立高精定位模塊。（圖片來自廣汽埃安）
ADAS的滲透使用讓更多用戶了解它的功能，如主動緊急制動AEB、車道保持LKA、盲區輔助檢測BSD等。啟用ADAS功能的關鍵離不開各式各樣的車載傳感器——它們在第一時間收集車內外的環境數據，進行靜、動態物體的辨識、偵測與追蹤等技術上的處理，讓駕駛者在最快的時間察覺可能發生的危險，以引起注意和提高駕駛安全性。
PBT為車用雷達安全護航
這些車載傳感器通常包括毫米波雷達、超音波雷達、紅外線雷達、激光雷達、影像傳感器及車輪速傳感器等。如威馬M7據稱是首搭3顆自主變焦高精激光雷達，東風風神逸軒 MAX 系統采用了采埃孚與東風汽車合作的中距雷達，索尼Vision-S轎車周身安裝了近40個檢測傳感器等。
其中，車用雷達內部高頻PCB天線、芯片的可靠性對于ADAS的正常使用來說至關重要。為保護這些內部電子設備不受風吹日曬雨淋，制造商們通常會給車載雷達加一層“金鐘罩”。
這個“金鐘罩”對材料的要求有點挑——除了保護雷達的“內部心臟”，它還需要低介電常數，能夠讓雷達發出的電波充分穿透且狀態穩定。由于雷達體積越來越小，嵌入車標或散熱格柵是常見的事情，這就要求“金鐘罩”能耐熱、耐化學并具有高設計自由度，易于加工。
這些要求聽起來并不復雜，但要在同一種材料上實現就不簡單了。金屬材料難以擔當這個重任?？紤]到成本因素，部分制造商開始采用PBT制造雷達天線罩，為雷達安全使用加固護航。
低翹曲材料提升激光焊接效率
如寶理塑料專用激光焊接品級DURANEX PBT 330LW，該材料具有高激光透過率、低翹曲性、耐水解等特性。
據寶理塑料中國技術中心技術部部長孫竑介紹，目前車輛中應用最普及的毫米波雷達，多采用激光焊接進行加工處理。激光焊接是一種快速高效的汽車焊接工藝，可加快生產速度。塑料部件的激光焊接具有許多優點，包括能夠生產小型化和高度復雜的零件，消除粘合劑和緊固件等耗材。精確牢固的焊接可以保護敏感電子設備免受灰塵和濕氣的影響。
寶理塑料在CHINAPLAS 2021上展示的毫米波雷達。
激光焊接對材料的平面平整度要求特別高，如對雷達的上蓋和下方殼體進行焊接時，要求不能存在縫隙，這就要求材料具備較好的低翹曲性。攝像頭支架多采用膠粘的方式安裝在汽車的前后艙，同樣也需要低翹曲性高平整度的材料。
此外，大部分傳感器安裝在保險桿上，難免會被雨水淋濕，為延長毫米波雷達的使用壽命，外殼材料還需具備耐水解性。
ADAS系統驅動器外殼成PBT重要增長點
除了傳感器，ADAS系統中的驅動器也是PBT材料應用的重要增長點。尤其是驅動器的電子剎車系統(Electrical Parking Braker，簡稱EPB)以及電動轉向系統(Electronic Power Steering，簡稱EPS)。“我們特別關注驅動器中殼體和上蓋。它們正從傳統的超聲波焊接轉向激光焊接，同樣需要低翹曲、耐水解的性能。”孫竑補充道。
值得注意的是，電動轉向系統多安裝在貼近路面的汽車底盤。冬天下雪時，路面經常會使用融雪劑。當汽車在路面上行駛時，含有氯化鈉的雪水會濺潑到底盤PES傳感器的外殼上。這容易腐蝕電動轉向系統的金屬部件，使其生銹并產生堿性物質。當傳感器外殼處于堿性環境時，外殼的PBT材料容易水解。因此應用在底盤傳感器外殼的PBT材料還需具備耐堿性。
目前，寶理已推出針對底盤傳感器外殼應用的耐堿性532AR PBT牌號。該牌號在歐系車、日系車的底盤如EPS、加速度傳感器、角速度傳感器等均有所應用。
巧用材料實現結構減薄降本
根據Precedence Research的市場研究報告，全球ADAS系統市場規模將從2019年的323億美元，以11.7%的年復合增長率快速發展，到2027年有望實現1420億美元。
盡管市場前景可期，但成本依然是ADAS普及應用的阻力之一。“只要雷達或是攝像頭的成本不降下來，整個ADAS的成本也難以下調，將使ADAS的普及應用受限。”孫竑說。“這就要求材料供應商需要提供低成本、高質量的材料，提供結構和設計上的優化，盡可能將傳感器殼體做小做薄，并滿足結構和功能要求。”
在與車企合作的過程中，部分車企由于未能充分了解殼體材料性能，通常從安全角度出發，將傳感器的殼體設計得比較厚。孫竑認為可以充分利用材料性能，借助CAE的拓撲優化，將傳感器殼體結構減薄降本。
雷達天線罩PBT材料供應以海外企業為主
除了寶理塑料，沙特基礎工業公司(SABIC)、東麗株式會社等企業也已推出了針對ADAS雷達外殼應用的PBT材料。
如SABIC LNP™ 熱電偶™ WFC06I和WFC06IXP化合物為新款玻璃纖維增強聚對苯二甲酸丁二醇酯(PBT)牌號，具有非常低的損耗因數(Df)和介電常數(Dk)，有助于支持高頻雷達信號的傳輸。它們同樣具有超低翹曲度，可方便設計師創造出新的、更薄的外殼，以改善信號傳輸。
另外一款LNP THERMOCOMP WFC06I復合物用于雷達前蓋，其激光傳輸率超過60%。用戶可以使用其寬激光窗口和低激光功率來潛在地提高產率。目前部分國內頭部企業已經完成SABIC材料的評估和裝車路測，并在國內主流汽車品牌中實現了量產。
東麗工業株式會社新研發的PBT樹脂，在保持了PBT原有的尺寸穩定性和加工成型性的同時，在高頻毫米波段，其介電損耗降低約40%。
據了解，東麗采用高分子聚合技術實現新型高分子結構，抑制高頻范圍內高分子運動，開發出了這款低介電損耗PBT樹脂，介電損耗為0.006。
東麗表示，該產品將極大提升5G基站、自動駕駛的車載高速傳輸連接器、通信模塊以及毫米波雷達等性能。目前已開始供樣，在滿足5G通信材料的需求的同時，推動其在以先進的駕駛輔助系統(ADAS)和自動駕駛為代表的智能交通系統(ITS)領域的應用。
此外，杜邦公司、塞拉尼斯、普立萬、巴斯夫、朗盛、三菱化學、LG化學、帝斯曼以及國內的長春化學、儀征化纖、康輝石化、藍山屯河等化工企業也是PBT材料的主要供應商。
業內人士表示，車載雷達對PBT的材料性能要求較高，目前PBT在車載雷達方面的應用主要以國際化工企業供貨為主。
ADAS滲透率加速，PBT材料需求同步上漲
在2021年末的廣州車展上，長安汽車阿維塔、北汽極狐、廣汽埃安、長城沙龍等品牌均有搭載激光雷達的車型亮相，單車搭載的激光雷達數量也超過以往。隨著5G 的逐步落地，ADAS各功能滲透率正在加速提升。中國汽車工業協會此前測算，2020年中國ADAS主要功能市場規模達844億元(人民幣，下同)，同比增長19.3%，到2025年市場規模有望達到2250億元。
在ADAS系統中，一輛汽車大約搭載4-6個雷達，每個雷達PBT用量在50g左右。ADAS的放量增長，也將帶來PBT材料的需求同步上漲，你準備好了嗎？
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