Témata
Reklama

Radarová technologie v automobilech

Automobilový průmysl je v Německu motorem inovace. Podle zprávy Innovationen in der deutschen Wirtschaft (Inovace v německé ekonomice) Fraunhoferova institutu a Centra pro evropský ekonomický výzkum (ZEW) v něm bylo jen v roce 2016 investováno 52,4 miliardy euro - a tento trend neustále roste. Pozornost se zaměřuje na autonomní vozidla. Nový vývoj v této oblasti znamená trvalé změny procesu - a to nejen pro výrobce automobilů. Novým změnám se musí přizpůsobit celý dodavatelský řetězec.

Senzory – srdce autonomních vozidel

Autonomní vozidla vyžadují velké množství informací o okolním prostředí, které běžně zachycuje lidské oko a jsou zpracovávány v mozku. Jejich technickými protějšky jsou senzory, klíčové komponenty autonomních vozidel. Dosud byly vyrobeny miliony radarů pro automobily. Tvoří standardní výbavu luxusních vozidel a používají je asistenční systémy, aby zabránily nehodám a zvýšily jízdní komfort.
Senzory radarů používají většinou kmitočtově modulovanou nosnou vlnu (FMCW). Důsledkem zpoždění šíření signálu a Dopplerova kmitočtového posuvu dokážou senzory měřit a vyhodnotit vzdálenost a radiální rychlost více cílů. V závislosti na vlastnostech antény je také možné změřit a stanovit azimut a dokonce i elevační úhel. Během zpracování signálu vygeneruje elektronika senzorů seznam cílů obsahující změřené pozice a rychlosti objektů spolu s informací o jejich typu (chodec, vozidlo atd.). Tento seznam je nejprve zaslán do elektronické řídicí jednotky (ECU) vozidla, která ho používá k rozhodování o manévrech vozidla v reálném čase. Přesnost a spolehlivost těchto dat jsou mimořádně důležité pro bezpečnost vozidla, jeho pasažérů a dalších účastníků silničního provozu.0

Reklama
Reklama
Reklama
Poloha cílů je nesprávně zjištěna z důvodu chyb měření azimutu. Řídicí systém autonomního vozidla může reagovat fatálním manévrem.

Radom – speciální výzva

Z estetických důvodů nejsou radarové systémy instalovány na vozidle viditelně. Místo toho bývají skryty za emblémem značky na mřížce chladiče a za předním a zadním plastovým nárazníkem. Z těchto emblémů a nárazníků se stávají radomy (radarové kupole). Radomy musejí být považovány za RF komponenty, které ovlivňují výkonnost a přesnost detekce radaru, který je za nimi skrytý. Ztráta RF přenosu v materiálu radomu zeslabuje signál dvakrát, protože signál musí projít materiálem na cestě k cíli a na cestě zpět. Podle zákonů o šíření signálu je výkon přenášeného signálu nepřímo úměrný druhé mocnině vzdálenosti r v každém směru, což znamená, že je během cesty tam a zpět zeslaben o koeficient r-4.

Když například 77GHz radar s výstupním výkonem 3 W a ziskem antény 25 dBi potřebuje detekovat cíl o radarovém příčném řezu (RSC) 10 m² s minimálním detekovatelným signálem –90 dBm, výsledkem bude maximální dosah radaru 109,4 metru – bez radomu. Pokud obousměrný útlum radomu činí 3 dB, dosah radaru je snížen o 16 % na pouhých 92,1 m.

Kromě útlumu materiálu hraje ve výkonu radaru významnou roli také odrazivost a homogenita materiálu radomu. Odrazy, například od kovových částic v laku, a RF nepřizpůsobení základního materiálu produkuje rušivé signály uvnitř radomu, tedy v blízkosti senzoru. Tyto rušivé signály jsou přijímány a konvertovány v přijímací části a snižují citlivost radaru. Mnozí výrobci automobilů se snaží tento efekt zmírnit tím, že instalují radom pod určitým úhlem, aby vysílaný radarový signál nebyl odrážen přímo zpět do vstupní části přijímače. Tento přístup podléhá konstrukčním omezením a nesníží parazitní odrazy způsobující ztrátu RF výkonu. Dalším problémem jsou nehomogenity materiálu, například inkluze, rozdílná hustota a různé tloušťky materiálu v trojrozměrném logu značky, rušící odchozí a příchozí signál. Toto zkreslení vede k méně přesnému měření úhlů. Kalibrace senzorů radaru dokáže tento efekt do určité míry minimalizovat, ale nedokáže ho úplně odstranit, protože zkalibrovaný radar může být namontován za radomy od různých výrobců.

Obvyklé uspořádání testu s referenčním zařízením (golden device)

Kalibrace a ověření – příležitost pro dodavatele

Aby bylo možné zajistit spolehlivost radarů a bezpečně implementovat asistenční systémy a koncepce autonomních vozidel, je nezbytně nutné, aby byly radomy a jejich vlastnosti ověřeny. Následná korekce použitých materiálů je nesmírně časově náročná a nákladná – a pro výrobce automobilů tudíž nepřijatelná. Se zvyšující se nezávislostí vozidel vyvstává potřeba vysoce kvalitních radomů, jejichž útlum není pouze minimální, ale rovněž konstantní a podrobně znám. Protože výrobci automobilů chtějí z důvodu časového tlaku zkrátit testování na co nejkratší dobu, dodavatelé, kteří dokážou poskytnout již testované radomy s těmito vlastnostmi a informacemi, mají zřejmou konkurenční výhodu.

Za tímto účelem potřebují dodavatelé spolehlivé a detailní testy výrobků. Výrobci radomů obvykle používají k testování svých výrobků referenční radar (golden device). Ve stacionární instalaci sestávající z reflektorů radaru se provádí měření s různými vzdálenostmi a úhly, s radomem a bez něj. Radom úspěšně projde testem, když zjištěné hodnoty splní specifikované tolerance. Jelikož senzory a řídicí jednotky postupně přebírají větší odpovědnost a roste i složitost samotných radomů, tyto selektivní testy již nejsou dostačující.

Přesnější je metoda využívající jen jeden reflektor a radar a radom umístěný na otočném stole. Měření se opakuje pod různými úhly a výsledky se porovnají s úhly natočení otočného stolu. Čím přesněji lze nastavit otočný stůl a čím více úhlů se otestuje, tím více jsou výsledky vypovídající. Nicméně tato metoda zabere hodně času a není tudíž pro výrobní testy vhodná.

Kvalitní testovací zařízení pro radomy – průkazné testy pro praktické použití

Společnost Rohde & Schwarz vyvinula kvalitní testovací zařízení pro automobilové radomy R&S QAR umožňující testovací postup, který poskytne spolehlivá data a je praktický z hlediska nákladů a rychlosti. Místo referenčního zařízení (golden device) používá velký panel s několika sty vysílacích a přijímacích antén pracujících ve stejném kmitočtovém pásmu jako automobilové radary. Antény zařízení R&S QAR vidí to, co by měl vidět automobilový radar. Díky velké štěrbině měří vzdálenost, azimut a elevaci s mnohem větším rozlišením (v řádu milimetrů). Vysoké rozlišení umožňuje vizualizovat odrazivost jako typ rentgenového obrazu, což umožňuje i laikům okamžitě vyhodnotit kvalitu. Ve druhém kroku analýzy je možné z obrazu vypočítat parametry kvality, což znamená, že předchozí výrobní testy lze nahradit prostým testem vyhověl/nevyhověl. Použití mnoha vysílacích a přijímacích antén umožňuje podrobně otestovat celý radom během několika sekund při jediném průchodu (jednorázová metoda) a eliminovat časově náročné měřicí postupy.

Kvalitní testovací zařízení pro automobilové radomy R&S QAR. Testovaný objekt je namontován na čelní hraně stolu. Modrá jednotka obsahuje vysílač milimetrových vln pro měření přenosu.



Zařízení R&S QAR umožňuje měření jak prostorově vyhodnocené odraznosti, tak propustnosti DUT (testované zařízení). Měření odrazivosti měří energii odraženou materiálem radomu. Ta představuje ztráty zhoršující parametry. Některé části mohou mít vyšší odraznost, a to z různých důvodů – například vadou materiálu, vzduchových inkluzí, nežádoucích interakcí mezi různými vrstvami materiálu nebo nadměrného množství některých materiálových komponent. Tato měřicí metoda poskytuje prostorové vyhodnocení výsledků měření koherentním spojením všech odražených signálů podle amplitudy a fáze. Vizualizace výsledků umožňuje spontánní, kvalitativní a spolehlivé vyhodnocení typu vyhověl/nevyhověl a zároveň kvantitativní zhodnocení odrazivosti DUT.

Testovací radom vyčnívající pouze o 0,5 mm nad povrch základny radomu. I toto malé zvětšení tloušťky vede k nepřizpůsobení na kmitočtu 77 GHz.


Radarový obraz s vysokým rozlišením ukazuje, co uvidí senzor radaru zakrytý tímto testovacím radomem. Úrovně jasu reprezentují odrazivost. Čím je oblast jasnější, tím více odráží radarový signál. Kovové objekty jsou zobrazeny bílou barvou (šrouby ve čtyřech rozích). Zřetelně patrné kontury loga označují vysokou odrazivost a velmi nehomogenní celkový obraz.

Měření přenosu definuje kmitočtové přizpůpsobení a útlum materiálu radomu, které jsou základem stanovení jeho vhodnosti. Zkalibrovaná přenosová jednotka umístěná za DUT proměřuje vybraný kmitočtový rozsah. Přijímací část přijímá signál a umožňuje přesné vyhodnocení kmitočtové odezvy přenosu radomu. Kmitočtová odezva poskytne podrobné informace o přizpůsobení DUT v kmitočtovém pásmu vyhrazeném pro provoz radaru. Tato informace nezávisí na použitém typu signálu radaru a je tedy platná pro všechny typy radarů v měřeném kmitočtovém pásmu, které je možné za radom nainstalovat.

Obraz odrazivosti milimetrových vln s vysokým rozlišením (vlevo) s vybranou oblastí pro analýzu (modrý rámeček) a měřením přenosu/jednosměrným útlumem (vpravo) radomu R&S. Vzhledem k nepřizpůsobení na kmitočtech 76 GHz a 77 GHz není tento radom vhodný pro radary v daném kmitočtovém rozsahu.



Autonomní vozidla vyžadují spolehlivé radary, tzn. musejí bezchybně detekovat okolní objekty. To závisí na kvalitě radaru i na způsobu instalace. Části karoserie vozidla používané jako radomy mohou zhoršit signál natolik, že objekty nebudou vůbec rozpoznány nebo budou špatně určeny jejich polohy. V současnosti musejí tyto díly nejen sloužit svému původnímu účelu, ale musejí mít rovněž definované RF vlastnosti. K ověření těchto vlastností jsou zapotřebí přesné a praktické metody měření. Zařízení R&S QAR od společnosti Rohde & Schwarz nabízí inovativní, unikátní metodu, která přináší za mnohem kratší dobu podrobnější výsledky měření jak pro prostorově vyhodnocenou odraznost RF signálu, tak pro měření přenosu.

Pro výrobce automobilů znamenají další testy větší výdaje a nižší produktivitu, ale pro dodavatele představují nové příležitosti. Mohou totiž testovat požadované díly sami. Tím nejen zvýší své vlastní standardy kvality, ale umožní jim to také zvýšit loajalitu zákazníků, kterým poskytnou prostřednictvím naměřených dat další konkrétní službu.

Rohde & Schwarz

Andreas Reil, Dr. Steffen Heuel

nevena.rasic@publitek.com

https://www.rohde-schwarz.com/us/home_48230.html

Reklama
Související články
Svět mobility se mění

Společnost Schaeffler představila optimalizované pohony se spalovacími motory, které přispívají k dosažení klimatických cílů, jež plynou z Pařížské klimatické dohody. Další novinkou v jejím portfoliu jsou elektromotory dotažené do stavu připravenosti na sériovou výrobu.

Střídavě stejnosměrné názory na elektromobilitu, 5. díl: Typy nabíjení a jejich specifika

V minulém díle jsme jako jednu z problematických stránek bateriových elektrických vozů uvedli relativně nízkou specifickou energii, tedy poměr uložené energie a hmotnosti akumulátorů. Dospěli jsme k tomu závěru, že aby byl hypotetický přechod na elektromobilitu skutečně účelný z hlediska snížení emisí CO2, nebudou moci mezi poptávané vlastnosti automobilů patřit vysoký výkon a na něj vázaný komfortní dojezd. Současné problémy s malým dojezdem elektromobilů lze částečně řešit budováním nabíjecí infrastruktury. Možnostem dobíjení bateriových elektrických vozů, jako i jeho problematickým stránkám, se budeme věnovat v tomto díle.

Střídavě stejnosměrné názory na elektromobilitu, 4. díl: Jaké jsou limity lithiových baterií

Stěžejní součást bateriových elektrických vozidel představuje trakční baterie, soustava navzájem propojených sekundárních (nabíjecích) galvanických článků, které v podobě chemické energie akumulují tu elektrickou, již z baterie získává elektromotor. Protože se jako jedna z nevýhod elektrických vozidel oproti těm konvenčním uvádí poměr uložené energie a hmotnosti akumulátorů, tedy jejich relativně nízká specifická energie, zaměříme se v tomto díle našeho seriálu právě na ni, představíme si některé možnosti jejího navýšení a zmapujeme důsledky, jaké může pro mobilitu mít.

Související články
Střídavě stejnosměrné názory na elektromobilitu, 1. díl: Proč elektromobily? Kontroverzní debata

Eletromobilita se postupně stává realitou. Přestože se názory na ni významně liší, faktem je, že se stane součástí našich životů (do jaké míry, to se ještě uvidí). Co všechno přechod na elektromobilitu ovlivní a jakým způsobem, se pokusíme nastínit v tomto desetidílném seriálu, který jsme připravili ve spolupráci a pod odborným dohledem profesora Jana Macka a inženýra Josefa Morkuse z Ústavu automobilů, spalovacích motorů a kolejových vozidel na FS ČVUT v Praze a spolu s dalšími odborníky. Jednotlivé příspěvky představí různé úhly pohledu na hromadné zavádění elektromobilů, jeho možné důsledky a technologické, ekonomické, ekologické, ale i politické dopady pro Českou republiku.

Reklama
Reklama
Reklama
Reklama
Související články
Praktický výzkum nám dělá svět lepším

Prof. Ing. Milan Gregor, PhD. se narodil v Prievidzi a dětství prožil v Necpaloch. Zde u příležitosti oslav 600. výročí první písemné zmínky byl v roce 2015 oceněn Cenou primátorky Prievidzy za mimořádné zásluhy v rozvoji hospodářství, vědy a techniky a šíření dobrého jména Slovenské republiky v zahraničí.

Inovační centrum Eaton rozšiřuje svoje řady

Od června loňského roku sídlí v pořadí již páté inovační centrum nadnárodní společnosti Eaton v nové budově v Roztokách u Prahy. V současné době si s inovacemi v oblasti energetických systémů láme hlavu osmdesát zaměstnanců. A protože být inovativní znamená být konkurenceschopný, projektů přibývá a s nimi i potřeba postupně naplnit kapacitu inovačního centra, která činí 300 zaměstnanců. Udělali jsme rozhovor s manažerem týmu Vehicle Powertrain Luďkem Janíkem, který přibližuje, jak se v inovačním centru pracuje a jaké kolegy by do týmu potřebovali.

Minimalizace rizik v rozváděčích

Vysoké teploty představují vážné riziko pro rozváděče, ale především pro lidi v jejich okolí. V případě poruchy též mohou způsobit výpadky napájení. Nový typ diagnostického systému pro nízkonapěťové rozváděče umožňuje riziko minimalizovat. Nyní může být teplota v kritických místech uvnitř rozváděče sledována nepřetržitě a efektivně.

Chytré chlazení s menším množstvím chladiva

Firma Rittal svou novou řadou chillerů Blue e s rozsahem chladicího výkonu od 11 do 25 kW významně zdokonalila svou nabídku technologie chlazení pro obráběcí stroje a rozváděče. Tím, že nová řada chillerů používá o 40 % menší náplň chladiva, stává se významným příspěvkem k ochraně životního prostředí. Uživatelé zároveň profitují z přesné regulace teploty, zjednodušeného provozu a instalace, jakož i z nových bezpečnostních funkcí. K dispozici jsou rovněž předkonfigurované sady volitelného příslušenství.

Inovace ve srážení hran velkých ozubených kol

Chamfer Contour Milling skýtá výrobcům velkých ozubených kol pro nákladní automobily flexibilní a hospodárný proces pro jejich stále důležitější operace zkosení hran / odstraňování otřepů.

Plováčkové průtokoměry na olej

Výrobou přístrojů pro polní instrumentaci se dlouhodobě a úspěšně zabývá celosvětově působící společnost Kobold Messring. Do jejího hlavního programu patří průtokoměry, teploměry, hladinoměry a tlakoměry.

Chytré stroje přivádějí továrny k životu

Bezpečné balicí stroje připojené k Ethernetu zvyšují produktivitu, zlepšují flexibilitu, snižují komplexnost konstrukce a řeší problémy pracovníků v provozu.

Malé velké změny - čidla pro pneumatické válce

Historicky prošla magnetická čidla pro snímání poloh pneumatických válců zajímavým vývojem. Jsou stále menší, výkonnější, levnější a ještě déle vydrží.

Požadavky na lisy a nástroje při výrobě převodovek

Stoupající požadavky na redukci CO2 ve výfukových plynech automobilů vedly k jejich narůstající hybridizaci a elektrifikaci. Z těchto důvodů se výrazně zvyšují nároky na plechové díly nejenom v konstrukci karoserií osobních automobilů, ale také v jejich pohonech. Jsou to především požadavky na kvalitu a rozměrovou přesnost. Zvyšuje se komplexnost těchto dílů, a proto také nabývají na významu nároky na tvářecí stroje a nástroje.

Lepení ve výrobě karoserie

Lepení patří k velmi dynamicky se rozvíjejícím odvětvím spojování materiálů. Jeho rozvoj v automobilovém průmyslu je dán komplexními požadavky na karoserii, vývojem nových materiálů a jejich povrchových úprav i zvyšujícími nároky na užitné vlastnosti skeletu vozu. Vnitřní i vnější konstrukce moderních vozidel tvoří celá řada speciálních kovových i nekovových materiálů a plastů, které je nutné fixovat a u nichž konvenční technologie spojování již nedostačují.

Reklama
Předplatné MM

Dostáváte vydání MM Průmyslového spektra občasně zdarma na základě vaší registrace? Nejste ještě členem naší velké strojařské rodiny? Změňte to a staňte se naším stálým čtenářem. 

Proč jsme nejlepší?

  • Autoři článků jsou špičkoví praktici a akademici 
  • Vysoký podíl redakčního obsahu
  • Úzká provázanost printového a on-line obsahu ve špičkové platformě

a mnoho dalších benefitů.

... již 25 let zkušeností s odbornou novinařinou

      Předplatit