DE102022128020A1

DE102022128020A1 - Polarisationsselektive beschichtungsadditive für sensoranwendungen

Info

Publication number: DE102022128020A1
Application number: DE102022128020.9A
Authority: DE
Inventors: Alebel H. Arage; Michael Dziatczak; Kubilay Sertel
Original assignee: GM Global Technology Operations LLC
Current assignee: GM Global Technology Operations LLC
Priority date: 2022-06-29
Filing date: 2022-10-24
Publication date: 2024-01-04
Also published as: CN117353040A; US20240004059A1

Abstract

Eine Radargehäusekomponente umfassend eine auf einem Substrat angebrachte Beschichtung. Die Beschichtung umfasst ein Bindemittel und eine Vielzahl von nadelförmigen Plättchenpartikeln, die in dem Bindemittel dispergiert sind. Die nadelförmigen Plättchenpartikel weisen eine Länge auf und die Länge von mindestens 30 Volumenprozent der nadelförmigen Plättchenpartikel ist auf einer ersten Achse ausgerichtet. Ein Fahrzeug umfasst eine Radargehäusekomponente und einen Radarsensor, der unter der Radargehäusekomponente angeordnet ist.

Description

EINLEITUNG
Zahlreiche Sensoren werden genutzt, um verschiedene Stufen der automatisierten Fahrassistenz zu erleichtern, von aufgabenspezifischer Fahrassistenz bis hin zum vollständig autonomen Fahren. Zu den Sensoren gehören sowohl aktive Sensoren wie Ultraschallsensoren, Radar und LiDAR als auch passive Sensoren wie Kameras. Einige Sensoren, wie z. B. Radar, können unter verschiedenen Verkleidungen der Fahrzeugkarosserie angeordnet sein, wie z. B. hinter der Stoßfängerverkleidung, der Motorhaube, den Türblechen, den äußeren Zierblenden oder den Kotflügeln.
Die Fahrzeugkarosserieteile und die Sensorgehäuse werden aus verschiedenen Materialien gebildet und mit Lack oder anderen Beschichtungen bedeckt. Einige bisher erwünschte Beschichtungs- und Lackadditive führten durch Reflexion, Dämpfung, Streuung und Phasenverzerrung zu einer Verschlechterung der Radaraufnahmeleistung. Da die Verschlechterung dann Messfehler oder Artefakte im erfassten Radarsignal verursachen kann, dürfen die Additive in ihrer jetzigen Form nicht mehr verwendet werden und die durch die Additive erzeugten visuellen Effekte können nicht mehr erzielt werden.
Während die derzeitigen Beschichtungssysteme für Fahrzeugkarosserieteile ihren vorgesehenen Zweck erfüllen, besteht also ein Bedarf an neuen Beschichtungssystemen für die Verwendung in Verbindung mit Radarsensoren, die sich unter Karosserieteilen befinden.
KURZDARSTELLUNG
Gemäß mehreren Aspekten bezieht sich die vorliegende Offenbarung auf eine Radargehäusekomponente. Die Radargehäusekomponente umfasst ein Substrat und eine auf dem Substrat angebrachte Beschichtung. Die Beschichtung umfasst ein Bindemittel und eine Vielzahl von nadelförmigen Plättchenpartikeln, die in dem Bindemittel dispergiert sind. Die Vielzahl von nadelförmigen Plättchenpartikeln weist eine Länge auf, und die Länge von mindestens 30 Volumenprozent der nadelförmigen Plättchenpartikel ist entlang einer ersten Achse ausgerichtet.
In Aspekten des Obigen weist die Beschichtung eine Metallicoberfläche auf.
In beliebigen der obigen Aspekte liegen die nadelförmigen Plättchenpartikel in einem Bereich von 10 Prozent bis 40 Prozent des Gesamtvolumens des Bindemittels und der nadelförmigen metallischen Plättchenpartikel vor.
In beliebigen der obigen Aspekte weisen die nadelförmigen Plättchenpartikel jeweils eine Breite und eine Dicke auf, und das Verhältnis der durchschnittlichen Länge zur durchschnittlichen Breite liegt im Bereich von 4:1 bis 100:1 und das Verhältnis der durchschnittlichen Breite zur durchschnittlichen Dicke liegt im Bereich von 10:1 bis 1000:1.
In beliebigen der obigen Aspekte sind die nadelförmigen Plättchenpartikel nadelförmige metallische Plättchenpartikel, die eines oder mehrere der Folgenden umfassen: Metallpartikel, Metalllegierungspartikel, Metall-Polymerfolien-Verbundstoffe.
In beliebigen der obigen Aspekte umfassen die Metalle und Metalllegierungen beispielsweise eines oder mehrere der folgenden Metalle: Silber, Zinn, Eisen, Bronze, Kupfer, Silicium, Aluminium, Zink.
In Aspekten des Obigen umfassen die nadelförmigen Plättchenpartikel ferner eines oder mehrere von Graphen, Halbleitern, Glimmerpartikeln, Titanoxid, Strontiumaluminat, Chromoxid, Siliciumdioxid, Eisenoxid, Zinnoxid, Zinndioxid, Eisen(III)-hexacyanoferrat(II), Manganviolett, Ultramarinblau, Ruß und Titandioxid.
In beliebigen der obigen Aspekte umfasst die Radargehäusekomponente auch einen Radarsensor, der hinter der Radargehäusekomponente angeordnet ist und Funkwellen in einem oder mehreren der folgenden Bänder aussendet: 24, 76, 79, 90, 120, 140 und 240 GHz.
In beliebigen der obigen Aspekte ist die Radargehäusekomponente eine der folgenden Komponenten: eine Stoßfängerverkleidung, ein Kühlergrill, ein Emblem, eine Windschutzscheibe, ein Fenster, eine Außenleuchte und eine elektronische Vorrichtung.
Gemäß mehreren Aspekten bezieht sich die vorliegende Offenbarung auf ein Fahrzeug. Das Fahrzeug umfasst eine Radargehäusekomponente gemäß einer beliebigen der obigen Ausführungsformen und einen Radarsensor, der unter der Radargehäusekomponente angeordnet ist. Die Radargehäusekomponente umfasst ein Substrat und eine auf dem Substrat angebrachte Beschichtung. Die Beschichtung umfasst ein Bindemittel und eine Vielzahl von nadelförmigen Plättchenpartikeln, die in dem Bindemittel dispergiert sind. Die nadelförmigen Plättchenpartikel weisen eine Länge auf und die Länge von mindestens 30 Volumenprozent der nadelförmigen Plättchenpartikel ist auf einer ersten Achse ausgerichtet.
Gemäß Aspekten des Obigen weist die Beschichtung eine Metallicoberfläche auf.
Gemäß beliebigen der obigen Aspekte ist die Radargehäusekomponente eine der folgenden Komponenten: eine Stoßfängerverkleidung, ein Kühlergrill, ein Emblem, eine Windschutzscheibe, ein Fenster und eine Außenleuchte.
Gemäß beliebigen der obigen Aspekte ist die Radargehäusekomponente eine Stoßfängerverkleidung.
Gemäß den obigen Aspekten ist der Radarsensor mit einer Halterung an der Stoßfängerverkleidung befestigt.
In beliebigen der obigen Aspekte liegen die nadelförmigen Plättchenpartikel in einem Bereich von 10 Prozent bis 40 Prozent des Gesamtvolumens des Bindemittels und der nadelförmigen Plättchenpartikel vor.
Gemäß beliebigen der obigen Aspekte weisen die nadelförmigen Plättchenpartikel jeweils eine Breite und eine Dicke auf, und das Verhältnis der durchschnittlichen Länge zur durchschnittlichen Breite liegt im Bereich von 4:1 bis 100:1 und das Verhältnis der durchschnittlichen Breite zur durchschnittlichen Dicke liegt im Bereich von 10:1 bis 1000:1.
Gemäß beliebigen der obigen Aspekte umfassen die nadelförmigen metallischen Plättchenpartikel eines oder mehrere der Folgenden: Metallpartikel, Metalllegierungspartikel und Metall-Polymerfolie-Verbundstoffe.
Gemäß Aspekten des Obigen umfassen die Metalle und Metalllegierungen beispielsweise eines oder mehrere der folgenden Metalle: Silber, Zinn, Eisen, Bronze, Kupfer, Silicium, Aluminium, Zink.
Gemäß beliebigen der obigen Aspekte umfassen die nadelförmigen Plättchenpartikel ferner eines oder mehrere von Graphen, Halbleitern, Glimmerpartikeln, Titanoxid, Strontiumaluminat, Chromoxid, Siliciumdioxid, Eisenoxid, Zinnoxid, Zinndioxid, Eisen(III)-hexacyanoferrat(II), Manganviolett, Ultramarinblau, Ruß und Titandioxid.
Gemäß Aspekten des Obigen ist die Radargehäusekomponente eine Stoßfängerverkleidung, weist die Beschichtung eine Metallicoberfläche auf, liegen die nadelförmigen metallischen Plättchenpartikel in einem Bereich von 10 Prozent bis 40 Prozent des Gesamtvolumens des Bindemittels und der nadelförmigen metallischen Plättchenpartikel vor und weist die Beschichtung eine erste Permittivität in der ersten Achse auf, die etwa 25 Prozent einer zweiten Permittivität der Beschichtung in einer zweiten Achse beträgt, wobei die zweite Achse senkrecht zu der ersten Achse verläuft.
KURZBESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGEN
Die hier beschriebenen Zeichnungen dienen nur der Veranschaulichung und sollen den Umfang der vorliegenden Offenbarung in keinerlei Weise einschränken.

1A zeigt eine schematische Zeichnung eines Fahrzeugs, gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Offenbarung.
1 B zeigt eine schematische Zeichnung eines Radarsensors, gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Offenbarung.
2A zeigt eine Stoßfängerverkleidung als Radarsensorgehäuse, gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Offenbarung.
2B zeigt eine Nahaufnahme der Stoßfängerverkleidung aus 2A.
2C zeigt eine Nahaufnahme einer Antennenanordnung, gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Offenbarung.
2D zeigt eine Querschnittsansicht einer Stoßfängerverkleidung, gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Offenbarung.
3A zeigt eine Flächeneinheit einer Beschichtung mit tellerförmigen metallischen Plättchenpartikeln.
3B zeigt eine Seitenansicht mehrerer Einheitszellen aus mehreren gestapelten Beschichtungsschichten der Beschichtung von 3A.
3C zeigt eine Vorderansicht mehrerer Einheitszellen der Beschichtung von 3A.
4 zeigt die Auswirkung von tellerförmigen metallischen Plättchenpartikeln auf die Permittivität einer Beschichtung.
5A zeigt eine Karte der Radarerfassungsreichweite für einen Radarsensor ohne eine über dem Radarsensor angeordnete Stoßfängerverkleidung.
5B zeigt eine Karte der Radarerfassungsreichweite für einen Radarsensor mit einer Stoßfängerverkleidung, die tellerförmige metallische Plättchenpartikel in einer auf der Stoßfängerverkleidung angebrachten Beschichtung umfasst.
5C ist ein Diagramm, das den Messfehler der Karte der Erfassungsreichweite von 5B zeigt.
5D ist eine Tabelle, die die Auswirkung der Bereichsverschlechterung im Verhältnis zum Übertragungsverlust zeigt.
6A zeigt eine Flächeneinheit einer Beschichtung mit nadelförmigen metallischen Plättchenpartikeln, gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Offenbarung.
6B zeigt eine Seitenansicht mehrerer Einheitszellen aus mehreren gestapelten Beschichtungsschichten der Beschichtung von 6A, gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Offenbarung.
6C zeigt eine Vorderansicht mehrerer Einheitszellen der Beschichtung von 6A, gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Offenbarung.
7 ist ein Diagramm, das die Auswirkung von nadelförmigen metallischen Plättchenpartikeln auf die Permittivität einer Beschichtung sowohl in einer ersten Achse als auch in einer zweiten Achse, die eine erste Ebene parallel zum elektrischen Feld in der Ebene des Radarsensors definieren, zeigt, gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Offenbarung.
8 ist ein Diagramm, das die Auswirkung der Morphologie der metallischen Plättchen auf die Verzerrung der Signalamplitude von vom Radarsensor ausgesendeten und erfassten Funkwellen zeigt.
9 ist ein Diagramm, das die Auswirkung der Morphologie der metallischen Plättchen auf die Verzerrung der Signalphase von vom Radarsensor ausgesendeten und erfassten Funkwellen zeigt.

DETAILLIERTE BESCHREIBUNG
Die folgende Beschreibung ist lediglich beispielhaft und soll die vorliegende Offenbarung, Anwendung oder Verwendungen nicht einschränken. Darüber hinaus besteht nicht die Absicht, durch irgendwelche in dem vorhergehenden technischen Gebiet, dem Hintergrund, der Kurzdarstellung oder der folgenden detaillierten Beschreibung vorgelegte ausdrückliche oder implizite Theorien gebunden zu sein. Es versteht sich, dass entsprechende Bezugsziffern in den Zeichnungen überall gleiche oder entsprechende Teile und Merkmale angeben.
Wie hier verwendet, ist der Begriff „Fahrzeug“ nicht auf Kraftfahrzeuge beschränkt. Auch wenn die vorliegende Technologie hier hauptsächlich im Zusammenhang mit Kraftfahrzeugen beschrieben wird, ist die Technologie nicht auf Kraftfahrzeuge beschränkt. Die Konzepte können in einer Vielzahl von Anwendungen verwendet werden, wie z. B. in Verbindung mit Flugzeugen, Wasserfahrzeugen, anderen Fahrzeugen und Komponenten der Unterhaltungs- und Haushaltselektronik, die elektromagnetische Strahlung zu Kommunikations- und anderen Zwecken senden oder empfangen, darunter PCs, Mobiltelefone und andere elektronische Vorrichtungen.
Die vorliegende Offenbarung bezieht sich auf die Verwendung von polarisationsselektiven Beschichtungsadditiven für Sensoranwendungen. Zu den Beschichtungsadditiven gehören metallische Plättchen und andere Plättchen mit nadelförmiger Morphologie für Gehäuse von Radarsensoren. Die Radarsensoren umfassen einen Sender, der Funkwellen im gewünschten Betriebsfrequenzband aussendet, darunter, aber nicht beschränkt auf, das Mikrometer- und Millimeterwellenspektrum, und einen Detektor, der die ausgesendeten Wellen erfasst. Metallische Plättchen sind hier als Plättchen zu verstehen, die ein metallisches Aussehen verleihen, und umfassen zum Beispiel Metallpartikel, Metalllegierungspartikel, Metall-Polymerfolien-Verbundstoffe oder Glimmerpartikel.
1 zeigt ein Fahrzeug 100. Das Fahrzeug 100 umfasst ein Aufnahmesystem 102. Das Aufnahmesystem 102 umfasst eine Vielzahl von Sensoren für funkgestützte Ortung und Abstandsmessung (Radarsensoren) 104. Zusätzliche Sensoren, wie Ultraschallsensoren 106, LiDAR(Laser Identification Detection and Ranging)-Sensoren 108 sowie Kameras 110, können ebenfalls vorhanden sein. Die Radarsensoren 104 sind hinter verschiedenen Komponenten, wie z. B. den Verkleidungen 112, 116, 118, 120, die das Fahrzeug umgeben, montiert. In weiteren Aspekten können die Radarsensoren 104 hinter Kühlergrills, Emblemen, Windschutzscheiben, Fenstern, Außenleuchten usw. angeordnet sein. Die verschiedenen Komponenten können zumindest einen Teil des Gehäuses für die Sensoren bilden. Die Radarsensoren 104, die Ultraschallsensoren 106, die LiDAR(Laser Identification Detection and Ranging)-Sensoren 108 und die Kameras 110 sind mit einem Sensormodul 124 verbunden. Das Sensormodul 124 ist mit einem elektronischen Steuermodul 126 verbunden und in weiteren Aspekten darin integriert. Die Module 124, 126 nutzen die von den verschiedenen Sensoren gelieferten Daten zur Unterstützung des Fahrers.
Die verschiedenen Sensoren 104, 106, 108 umfassen Detektoren, die elektromagnetische Wellen einer oder mehrerer vorgegebener Wellenlängen und Frequenzen erfassen. In vielen Aspekten umfassen diese Sensoren auch Sender, die elektromagnetische Wellen mit einer oder mehreren Frequenzen und Wellenlängen aussenden, die den Frequenzen und Wellenlängen entsprechen, für deren Erfassung der Detektor konfiguriert ist. Radarsensoren 104 werden zur Bestimmung der Entfernung (Bereich), des Winkels und der Radialgeschwindigkeit von reflektierenden Objekten relativ zum Sensor verwendet, indem sie Impulse elektromagnetischer Strahlung (auch bekannt als Funkwellen) übertragen und erfassen. Die ausgesendeten Radarwellen liegen typischerweise in den Mikrometer- und Millimeterwellenbändern bei 24 GHz, 76 GHz, 79 GHz, 140 GHz, 240 GHz und darüber. Ultraschallsensoren messen die Entfernung zu Objekten mit Hilfe von Schallwellen im Frequenzband von 20 KHz bis 40 KHz. LiDAR-Sensoren 108 stützen sich auf optisches Laserlicht, das in Impulsen übertragen wird, um ebenfalls die Entfernung zu Objekten zu bestimmen. Das Laserlicht weist ebenfalls elektromagnetischen Wellen auf, typischerweise Wellenlängen im Bereich von 905 Nanometer bis 1550 Nanometer. 1B zeigt einen Radarsensor 104. Der Radarsensor 104 umfasst einen Detektor 134, einen Sender 132 (auch als Transmitter bezeichnet) und ein Radarmodul 136 mit Sende- und Empfangselektronik sowie, in einigen Aspekten, eine Stromversorgung 138. Im Radarsensor 104 umfassen der Detektor 134 und der Sender 132 jeweils eine Antenne. Ähnliche Komponenten, d. h. Sender, Detektoren, Module und Stromversorgungen, können auch in Ultraschallsensoren und LiDAR-Sensoren zu finden sein.
Kameras 110 sind eine Untergruppe von Sensoren, die Detektoren umfassen, die optische und infrarote elektromagnetische Wellen erfassen, die von Oberflächen reflektiert oder ausgesendet werden. In Aspekten umfassen die erfassten elektromagnetischen Wellen elektromagnetische Wellen im nah-ultravioletten, sichtbaren und infraroten Spektrum. In Aspekten umfassen die ultravioletten, sichtbaren und infraroten Spektren elektromagnetische Wellen, die eine oder mehrere Wellenlängen im Bereich von 380 Nanometer bis 850 Nanometer aufweisen.
Das Radarmodul 136, das Sensormodul 124 und das elektronische Steuermodul 126 können jeweils eines oder mehrere der Folgenden umfassen: ein Steuergerät, einen Speicher, Schnittstellenschaltungen, Kommunikationsverbindungen und eingebettete Software. Das Steuergerät umfasst in Aspekten einen oder mehrere Mikrocontroller, die eine oder mehrere Zentraleinheiten enthalten, die Verarbeitungsfunktionen ausführen, darunter das Empfangen von Signalen, Ausführen von Anweisungen, Abfragen von Daten und Ausgeben von Signalen. Wenn mehr als ein Steuergerät vorhanden ist, können die Steuergeräte Verarbeitungsfunktionen seriell oder parallel ausführen. Der Speicher kann ein computerlesbares Medium (auch als prozessorlesbares Medium bezeichnet) umfassen, das ein beliebiges nichttransitorisches (z. B. gegenständliches) Medium umfasst, das an der Bereitstellung von Daten (z. B. Anweisungen) beteiligt ist, die von einem Computer (z. B. von einem Prozessor eines Computers) gelesen werden können. Ein solches Medium kann viele Formen annehmen, darunter, aber nicht beschränkt auf, nichtflüchtige Medien und flüchtige Medien. Zu den nichtflüchtigen Medien können beispielsweise optische oder magnetische Festplatten und andere persistente Speicher gehören. Zu den flüchtigen Speichermedien kann beispielsweise ein dynamischer Direktzugriffsspeicher (DRAM) gehören, der in der Regel einen Hauptspeicher bildet. Solche Anweisungen können über ein oder mehrere Übertragungsmedien übertragen werden, darunter Koaxialkabel, Kupferdraht und Glasfaser, einschließlich der Drähte, die einen mit einem Prozessor einer Steuereinheit gekoppelten Systembus ausmachen. Gängige Formen von computerlesbaren Medien umfassen zum Beispiel eine Floppy Disk, eine flexible Diskette, Festplatte, Magnetband, ein beliebiges anderes magnetisches Medium, eine CD-ROM, DVD, ein beliebiges anderes optisches Medium, Lochkarten, Papierstreifen, ein beliebiges anderes physisches Medium mit Lochmustern, ein RAM, ein PROM, ein EPROM, ein FLASH EEPROM, einen beliebigen anderen Speicherchip oder eine beliebige andere Speicherkassette oder ein beliebiges anderes Medium, das ein Computer auslesen kann. Die Schnittstellenschaltungen können verdrahtete oder drahtlose Schnittstellen umfassen, die mit einem lokalen Netzwerk (LAN), dem Internet, einem Weitverkehrsnetz (WAN) oder Kombinationen davon verbunden sind. Die Funktionalität eines jeglichen Moduls der vorliegenden Offenbarung kann auf mehrere Module verteilt werden, die über Schnittstellenschaltungen verbunden sind. Mehrere Module können zum Beispiel einen Lastausgleich ermöglichen. In einem weiteren Beispiel kann ein Server-Modul (auch bekannt als Remote- oder Cloud-Modul) einige Funktionen im Auftrag eines Client-Moduls ausführen.
Die verschiedenen Karosserieteile und andere Komponenten, hinter denen die Radarsensoren 104 angeordnet sind, wie z. B. die Stoßfängerverkleidung 120, schützen die Radarsensoren 104 vor Beschädigung durch Straßenunrat, Diebstahl, Vandalismus usw. Zur Veranschaulichung ist in 2A bis 2D eine Stoßfängerverkleidung 120 mit mehreren Radarsensoren 104 dargestellt, die zumindest teilweise von der Stoßfängerverkleidung 120 umschlossen sind. Auch wenn vier Radarsensoren 104 gezeigt sind, versteht es sich, dass weniger als vier Radarsensoren 104 in der Stoßfängerverkleidung 120 vorhanden sein können, wie z. B. ein bis drei Radarsensoren 104, einschließlich aller darin enthaltenen Werte und Bereiche, oder mehr als vier Radarsensoren 104 vorhanden sein können, wie z. B. fünf bis zehn Radarsensoren 104, einschließlich aller darin enthaltenen Werte und Bereiche. Die Stoßfängerverkleidung 120 kann eine Halterung 130 zum Montieren der Radarsensoren 104 an der Stoßfängerverkleidung 120 umfassen. Die von den Sendern 132 in den Radarsensoren 104 ausgesendeten Funkwellen breiten sich durch die Stoßfängerverkleidung 120 aus, werden von Objekten in der Umgebung des Fahrzeugs 100 reflektiert, kehren zu den Radarsensoren 104 zurück und werden von den Detektoren 134, d. h. einer Anordnung von Empfangsantennen, in den Radarsensoren 104, erfasst, wie in 2C gezeigt.
Ferner umfasst, wie in 2D gezeigt, die Stoßfängerverkleidung 120 ein Substrat 140 und mehrere Beschichtungen, die auf dem Substrat 140 angebracht sind. Die Beschichtungen verleihen dem Substrat 140 eine Metallicoberfläche. Der Radarsensor 104 ist darunter im Inneren der Stoßfängerverkleidung 120 montiert. Zwischen dem Radarsensor 104 und der Rückseite 122 des Substrats 140 ist ein Luftspalt 128 vorhanden. Die Beschichtungen umfassen eine oder mehrere der Folgenden: eine Grundierungsschicht 142, eine oder mehrere Lackschichten 144 und eine Deckschicht 146. In Aspekten wird das Substrat 140 aus einem oder mehreren der folgenden Materialien gebildet: Thermoplastische Polymermaterialien, duroplastische Polymere, faserverstärkte Verbundstoffe, aus entweder thermoplastischen oder duroplastischen Polymeren gebildete Schäume, thermoplastische Elastomere usw. Zu den faserverstärkten Verbundwerkstoffen gehören z. B. Glasfasern in Epoxidharz oder Kohlenstofffasern in Epoxidharz. Die Grundierungsschicht 142 umfasst beispielsweise ein Urethanpolymer und stellt eine Haftschicht für den Lack 144 und das Substrat 140 bereit. Der Lack 144 umfasst ein oder mehrere Additive, darunter Pigmente, wie z. B. metallische Plättchen, in einem Bindemittel und verleiht dem Substrat 140 Farbe und Oberflächeneffekte. Die Deckschicht 146 umfasst zum Beispiel ein Urethan- oder ein Acrylpolymer und schützt den Lack 144. Oft ist es wünschenswert, die Stoßfängerverkleidung 120 oder andere Komponenten wie Kühlergrills, Embleme, Windschutzscheiben, Fenster, Außenleuchten usw. mit einer Metallicoberfläche zu versehen, um das optische Erscheinungsbild, die Farbskala, den Glanz und die Transluzenz der Verkleidung zu verbessern.
Während das Substrat 140 und die Beschichtungsbindemittel eine relativ niedrige elektrische Permittivität aufweisen, welche von den Radarsensoren 104 ausgestrahlte elektromagnetische Wellen kaum behindert, hat sich gezeigt, dass metallischen Plättchen, die im Lack verwendet werden und eine tellerförmige Morphologie, d. h. relativ kreisförmige (Silberdollar) oder polygonale Geometrien, aufweisen, aufgrund der elektromagnetischen Reflexionseigenschaften von Metallen die Funktionalität der Radarsensoren 104 stören. 3A, 3B und 3C zeigen eine Beschichtung mit tellerförmigen metallischen Plättchen 150, die in einem Bindemittel 148 dispergiert sind. Die einzelnen tellerförmigen metallischen Plättchen 150 weisen ein Verhältnis von durchschnittlicher Länge 152 zu durchschnittlicher Breite 154 von annähernd 1:1 auf, wie z. B. im Bereich von 2:1 bis 1:2, und das Verhältnis von durchschnittlicher Breite 154 zu durchschnittlicher Dicke 156 (siehe 3A) nähert sich 10:1 bis 1000:1 an. Einzelne Partikel der tellerförmigen metallischen Plättchen 150 können einander in einer Beschichtungsschicht 160, 160n überlagern. Das silberdollarähnliche metallischen Plättchen weist insbesondere eine relative Permittivität in der Ebene, d. h. eine Permittivität in der ersten Ebene, von mehr als 10 auf, was sich negativ auf die von den Radarsensoren 104 gesammelten Messwerte auswirkt.
4 ist ein Diagramm 400, das den Unterschied zwischen der relativen Permittivität in der Ebene 404 und aus der Ebene heraus 406 für die Lackschicht zeigt, die mit dem Additiv aus tellerförmigen Aluminiummetallplättchen 150 in einem Bindemittel 148 hergestellt wurde. Im gezeigten Aspekt liegen die tellerförmigen metallischen Aluminiumplättchen 150 für eine gegebene Flächeneinheit 158 mit 20 Volumenprozent des Gesamtvolumens des Bindemittels 148 vor. Auf der Grundlage von elektromagnetischen (EM) Simulationsmodellen wurden Analysen über ein Spektrum von Funkfrequenzen von 40 GHz bis 140 GHz durchgeführt. Unter Bezugnahme auf die Permittivitätskurve 402 des Bindemittels ist zu erkennen, dass die metallischen Plättchen 150 im Bindemittel 148 in dem vom Radar eine erhebliche Permittivität 404 in einer ersten Ebene aufweisen, die in einer Ebene mit dem elektrischen Feld liegt (gezeigt als x-y-Ebene, d. h. eine erste Ebene, die durch eine erste Achse x und eine zweite Achse y definiert ist). Andererseits gibt die Kurve 406 der relativen Permittivität an, dass die relative Permittivität aus der Ebene heraus in einer dritten Achse z, der Ausbreitungsrichtung des Radarsensorsignals, niedriger ist als die relative Permittivität in der Ebene und näher an der Permittivität des Bindemittels liegt, die in der Kurve 402 zu sehen ist. Dementsprechend versteht sich, dass die relative Permittivität, die die metallischen Plättchen 150 aufweisen, stark anisotrop ist und in der Ebene eine relativ höhere Permittivität als aus der Ebene heraus aufweist. Dies gilt für beide Achsen, die das elektrische Feld in der Ebene definieren.
Es wird nun auf 5A und 5B Bezug genommen, die ein Anschauungsbeispiel für die Auswirkungen von tellerförmigen metallischen Plättchen 150 bei der Verwendung in Radargehäusen liefern. 5A zeigt eine Karte der Radarerfassungsreichweite, gemessen bei einer Betriebsfrequenz von 76,5 GHz ohne Vorhandensein einer lackierten Stoßfängerverkleidung 120. 5B zeigt eine Karte der Radarerfassungsreichweite, gemessen bei einer Betriebsfrequenz von 76,5 GHz, einschließlich eines Segments einer Stoßfängerverkleidung über dem Radarsensor 104. Das Segment der Stoßfängerverkleidung umfasst tellerförmige metallische Aluminiumplättchen 150 als Pigment in der Lackbeschichtung. Die tellerförmigen metallischen Aluminiumplättchen 150 weisen eine durchschnittliche Länge von 17 Mikrometern, eine durchschnittliche Breite von 17 Mikrometern und eine durchschnittliche Dicke von 0,5 Mikrometern auf, und die tellerförmigen metallischen Aluminiumplättchen 150 liegen mit 20 Volumenprozent am Gesamtvolumen des Bindemittels und der metallischen Aluminiumplättchen vor. Wie gezeigt, erzeugt die Stoßfängerverkleidung mit den tellerförmigen metallischen Aluminiumplättchen 150 einen erheblichen Gesamtübertragungsverlust und eine Verzerrung der Radar-Funkwellen, wenn die Funkwellen vom Radarsensor 104 durch die Stoßfängerverkleidung 120 ausgesendet werden und wenn die Funkwellen durch die Stoßfängerverkleidung 120 zum Radarsensor 104 zurückkehren. Die Funkwellenverzerrung führt zu einem Gesamtfehler der Signalankunftsrichtung über Azimutwinkel (oder horizontale Winkel) von -50 Grad über 0 Grad bis 50 Grad für die Verzerrungskarte von 5B, wie in 5C gezeigt. Die Funkwellenverzerrung führt zu einem Gesamtfehler der Signalankunftsrichtung über Azimutwinkel (oder horizontale Winkel) von -50 Grad über 0 Grad bis 50 Grad für die Verzerrungskarte von 5B, wie in 5C gezeigt. Der Gesamtübertragungsverlust der Funkwelle führt zu einer reduzierten Karte der Radaraufnahmereichweite, wie in 5B gezeigt.
Es wurde festgestellt, dass Beschichtungen mit in einem Bindemittel dispergierten Plättchen, wie z. B. metallischen Plättchen, auf den verschiedenen Radargehäusekomponenten eingesetzt werden können, indem man polarisationsselektive Additive mitverwendet, die eine nadelförmige Morphologie aufweisen, was die Permittivität in mindestens einer Achse in der Ebene des elektrischen Feldes reduziert. Unter polarisationsselektiven Additiven sind hier Additive zu verstehen, die ausgesendete Funkwellen in einer ersten Achse begrenzen und die Funkwellen in einer zweiten Achse passieren lassen, was eine erste Ebene definiert, die in einer Ebene mit dem elektrischen Feld der Funkwellen liegt. 6A bis 6C zeigen eine Beschichtung mit polarisationsselektiven Plättchen 250, die eine nadelförmige Morphologie aufweisen, was die Verwendung von Beschichtungen mit metallischen Plättchen für Anwendungen bei Radarsensorgehäusen ermöglicht.
Man dispergiert Partikel der nadelförmigen Plättchen 250 in einem Bindemittel 248, wie z. B. in dem Lack 144, der Deckschicht 146 oder sogar dem Substrat 140, in einem Volumenprozentanteil im Bereich von 10 Prozent bis 40 Prozent des Gesamtvolumens des Bindemittels 248 und der nadelförmigen Plättchenpartikel 250 für eine gegebene Flächeneinheit 258, einschließlich aller darin enthaltenen Werte und Bereiche. In Aspekten ist das Bindemittel 248 ein thermoplastisches oder duroplastisches Polymer, einschließlich eines oder mehrerer der folgenden Polymere: Acryl, Polyester und Polyurethan. Die einzelnen nadelförmigen Plättchenpartikel 250 weisen ein Verhältnis von durchschnittlicher Länge 252 zu durchschnittlicher Breite 254 von 5:1 oder mehr, wie z. B. in einem Bereich von 5:1 bis 100:1, auf, einschließlich aller darin enthaltenen Werte und Bereiche. Unter Länge wird hier die längste Abmessung verstanden, die das Plättchen aufweist, und unter Dicke die kleinste Abmessung, die das Plättchen aufweist. Ferner weisen die nadelförmigen Plättchenpartikel 250 eine durchschnittliche Dicke 256 auf, die ein Bruchteil der Breite 254 ist, wobei das Verhältnis von durchschnittlicher Breite 254 zu durchschnittlicher Dicke 256 im Bereich von 20:1 bis 1000:1 liegt, einschließlich aller darin enthaltenen Werte und Bereiche. In Aspekten liegt die Länge der nadelförmigen Plättchenpartikel 250 im Bereich von 5 Mikrometer bis 100 Mikrometer, einschließlich aller Werte und Bereiche darin, die Breite der nadelförmigen metallischen Plättchenpartikel 250 liegt im Bereich von 1 Mikrometer bis 20 Mikrometer, einschließlich aller Werte und Bereiche darin, und die Dicke der nadelförmigen Plättchenpartikel 250 liegt im Bereich von 0,1 Mikrometer bis 5 Mikrometer, einschließlich aller Werte und Bereiche darin.
In Aspekten umfassen die nadelförmigen Plättchenpartikel 250 metallische Plättchen, die eines oder mehrere der Folgenden umfassen: Metallpartikel, Metalllegierungspartikel und Metall-Polymerfolien-Verbundstoffe. Die Metalle und Metalllegierungen umfassen beispielsweise eines oder mehrere der folgenden Metalle Silber, Zinn, Eisen, Bronze, Kupfer, Silicium, Aluminium, Zink. Zu den Metall-Polymerfolien-Substraten gehören z. B. ein- oder beidseitig metallisierte Polymerfolien, die anschließend zerkleinert werden. In weiteren Aspekten können die nadelförmigen Plättchenpartikel 250 Pigmente umfassen, die vorhanden sein und die Erzeugung einer Metallicoberfläche erleichtern können und zum Beispiel Graphen, Halbleiter, Glimmerpartikel, Titanoxid, Strontiumaluminat, Chromoxid, Siliciumdioxid, Eisenoxid, Zinnoxid, Zinndioxid, Eisen(III)-hexacyanoferrat(II), Manganviolett, Ultramarinblau, Ruß, Titandioxid usw. umfassen.
Die nadelförmigen Plättchenpartikel 250 sind im Bindemittel 248 so ausgerichtet, dass die größte Querschnittsfläche im Allgemeinen parallel zu einer ersten Ebene orientiert ist, die durch eine erste Achse x und eine zweite Achse y definiert ist und in der Ebene des elektrischen Feldes des Radars liegt, und die Dicke 256 der nadelförmigen metallischen Plättchenpartikel 250 ist im elektrischen Feld aus der Ebene heraus, oder in Richtung der dritten Achse z, der Signalausbreitungsrichtung des Radarsensors, ausgerichtet, wie gezeigt. Außerdem ist die Länge 252 von mindestens 30 Prozent der nadelförmigen Additivpartikel 250 in der zweiten Achse y der elektrischen Ebene im Feld orientiert, einschließlich aller Werte und Bereiche von 30 Prozent bis 100 Prozent, 50 Prozent bis 100 Prozent usw.
Die Ausrichtung der nadelförmigen Plättchenpartikel 250 im Bindemittel 248 im elektrischen Feld in der Ebene der ausgesendeten Funkwellen führt zur Selektivität der Polarisation. Das heißt, dass die nadelförmigen Plättchenpartikel 250 im Bindemittel 248 eine relativ niedrige Permittivität im elektrischen Feld der interessierenden Polarisation, d. h. in einer ersten Achse x senkrecht zur zweiten Achse y der Ausrichtung der nadelförmigen metallischen Plättchenpartikel, und eine relativ höhere Permittivität im elektrischen Feld der weniger interessierenden Polarisation, d. h. in der Kreuzpolarisationsrichtung oder der zweiten Achse y, die auch die Achse der Ausrichtung der nadelförmigen metallischen Partikel ist, aufweisen, wie in 6C dargestellt. Die relative Permittivität in der interessierenden Polarisationsrichtung kann etwa 25 Prozent der relativen Permittivität in der Kreuzpolarisationsrichtung in der Ebene mit dem elektrischen Feld betragen. In noch weiteren Aspekten können, wenn mehrere Schichten 260, 260n der nadelförmigen Additivpartikel 250 in einem Bindemittel 248 vorhanden sind, die nadelförmigen Additivpartikel 250 in den gestapelten Schichten 260, 260n aus der Ebene heraus, in z-Richtung, orientiert sein.
7 bis 9 liefern Anschauungsbeispiele, die beispielhaften Charakter haben und den Umfang der vorliegenden Offenbarung in keinerlei Weise einschränken sollen. 7 liefert ein Diagramm 700, das die relative Permittivität eines in den obigen Beispielen verwendeten Segments einer Stoßfängerverkleidung mit nadelförmigen Aluminiumplättchen, die in einer Menge von 20 Volumenprozent des Bindemittels vorliegen, im Vergleich zu einer Stoßfängerverkleidung ohne nadelförmige Aluminiumplättchen zeigt. Auf der Grundlage von elektromagnetischen (EM) Simulationsmodellen wurden Analysen über ein Spektrum von Funkfrequenzen von 40 bis 140 GHz durchgeführt. Mit Bezug auf die Kurve 702 der relativen Permittivität ist, da die nadelförmigen metallischen Plättchen entlang ihrer Länge in y-Richtung ausgerichtet sind, die Permittivitätskomponente in der Ebene in der ersten Richtung, der x-Richtung, erheblich reduziert auf ein Niveau der Permittivität des Bindemittels, Permittivitätskurve 704, und die Permittivitätskomponente in der Ebene in einer zweiten Achse, der y-Richtung, bleibt relativ hoch, wie die Permittivitätskurve 706 zeigt. Die Permittivitätskurve 708 zeigt, dass die Permittivität aus der Ebene heraus relativ niedrig und nahe an der des Bindemittels sowie die gleiche wie die Permittivität der tellerförmigen metallischen Aluminiumplättchen 150 bleibt, da sich die Dicke in der Z-Achse, der Ausbreitungsrichtung des Radarsignals, nicht geändert hat.
Jetzt mit Bezug auf 8 zeigt das Diagramm 800 die Auswirkung der Permittivität auf die Amplitudenverzerrung des Übertragungssignals für die tellerförmige Morphologie von Aluminiumplättchen und die nadelförmige Morphologie von Aluminiumplättchen über Azimutwinkel von -90 Grad über 0 Grad bis 90 Grad. Sowohl die Additive mit tellerförmiger als auch die mit nadelförmige Morphologie umfassten Aluminium, das in einem herkömmlichen Bindemittel dispergiert war. Ferner wurden die EM-Simulationen durch Aussenden einer Funkfrequenz von 76,5 GHz durchgeführt. Wie gezeigt, ist der Verlust des Übertragungssignals bei den tellerförmigen Aluminiumplättchenpartikeln, der in der Kurve 802 dargestellt ist, größer als bei den nadelförmigen Aluminiumplättchen, der in der Kurve 804 dargestellt ist. Bei der Signalamplitudenkurve 802 ist, wenn die reflektierten Funkwellen von 0 Grad abweichen, mit den tellerförmigen Partikeln aus Aluminiumplättchen ein zunehmender Signalverlust zu erkennen. Ein derartiger Verlust kann zu einer Reduzierung der Aufnahmeempfindlichkeit führen, wie in 5D angegeben, und zu einem Anstieg der Fehlalarmrate, bei der das System Objekte als vorhanden identifiziert, die nicht vorhanden sind. Der Verlust für die nadelförmigen Aluminiumplättchenpartikel, den die Kurve 804 zeigt, ist klein und bleibt über die Azimutwinkel hinweg relativ konstant, was den Verlust der Radaraufnahmereichweite erheblich verbessert. Wie in 5D gezeigt, kann ein Gesamtübertragungsverlust von 10 Dezibel zu einer Verschlechterung der Karte der Radaraufnahmereichweite um 44 Prozent führen, ein Gesamtübertragungsverlust von 5 Dezibel kann zu einer Verschlechterung der Karte der Radaraufnahmereichweite um 25,5 Prozent führen, ein Gesamtübertragungsverlust von 3 Dezibel kann zu einer Verschlechterung der Karte der Radaraufnahmereichweite um 16,5 Prozent führen und ein Gesamtübertragungsverlust von 2 Dezibel kann zu einer Verschlechterung der Karte der Radaraufnahmereichweite um 11,8 Prozent führen.
9 enthält ein Diagramm 900, das die Auswirkung der Phasenverzerrung des Radarsignals aufgrund der Verwendung tellerförmiger und nadelförmiger Plättchenmorphologie über Azimutwinkel von -90 Grad über 0 Grad bis 90 Grad zeigt. Sowohl die Additive mit tellerförmiger als auch die mit nadelförmige Morphologie umfassten Aluminium, das in einem herkömmlichen Bindemittel dispergiert war.
Ferner wurden die Simulationen durch Aussenden einer Funkfrequenz von 76,5 GHz durchgeführt. Wie man sieht, wiesen die tellerförmigen Aluminiumplättchen eine größere Signalphasenverzerrung von null Grad auf, wie durch die in der Kurve 902 dargestellt, als die durch die Kurve 904 dargestellten nadelförmigen Aluminiumplättchen. Signalphasenverzerrung kann zu einem ungenauen Radarzielwinkel-Messwert führen, wie in 5C angegeben.
Die hier beschriebenen Beschichtungsadditive und Beschichtungen bieten mehrere Vorteile. Zu diesen Vorteilen gehört die Möglichkeit, einen hohen Anteil an metallischen Plättchen bei Lacken zu verwenden, die auf Komponenten für Gehäuse für Radarsensoren verwendet werden. Zu weiteren Vorteilen gehören die Reduzierung des Gesamtsignalübertragungsverlustes und der Verzerrungen in den erfassten Radar-Funkwellen, die andernfalls zu einer Verschlechterung der Karte der Radaraufnahmereichweite, Zunahme von Messfehlern und Fehlalarmen, d. h. zu einer Fehlerfassung (oder Nicht-Identifizierung von im Verkehr befindlichen Objekten, Identifizierung von im Verkehr nicht vorhandenen Objekten, falschen Identifizierung der Fahrzeugposition in Bezug auf Verkehrsströme sowie anderen Messproblemen (oder Artefakten) führen können.
Die Beschreibung der vorliegenden Offenbarung ist lediglich beispielhafter Natur, und Abwandlungen, die nicht vom Kern der vorliegenden Offenbarung abweichen, sollen in den Umfang der vorliegenden Offenbarung fallen. Solche Abwandlungen sind nicht als Abweichung von dem Geist und Umfang der vorliegenden Offenbarung aufzufassen.

Claims

Radargehäusekomponente, die Folgendes umfasst: ein Substrat; eine auf dem Substrat angebrachte Beschichtung, wobei die Beschichtung ein Bindemittel umfasst, und eine Vielzahl von nadelförmigen Plättchenpartikeln, die in dem Bindemittel dispergiert sind, wobei die Vielzahl von nadelförmigen Plättchenpartikeln eine Länge aufweist, und die Länge von mindestens 30 Volumenprozent der nadelförmigen Plättchenpartikel entlang einer ersten Achse ausgerichtet ist.
Radargehäusekomponente nach Anspruch 1, wobei die Beschichtung eine Metallicoberfläche aufweist.
Radargehäusekomponente nach Anspruch 2, wobei die nadelförmigen Plättchenpartikel in einem Bereich von 10 Prozent bis 40 Prozent des Gesamtvolumens des Bindemittels und der nadelförmigen metallischen Plättchenpartikel vorliegen.
Radargehäusekomponente nach Anspruch 3, wobei die nadelförmigen Plättchenpartikel jeweils eine Breite und eine Dicke aufweisen, und das Verhältnis der durchschnittlichen Länge zur durchschnittlichen Breite im Bereich von 4:1 bis 100:1 liegt und das Verhältnis der durchschnittlichen Breite zur durchschnittlichen Dicke im Bereich von 10:1 bis 1000:1 liegt.
Radargehäusekomponente nach Anspruch 4, wobei die nadelförmigen Plättchenpartikel nadelförmige metallische Plättchenpartikel sind, die eines oder mehrere der Folgenden umfassen: Metallpartikel, Metalllegierungspartikel, Metall-Polymerfolien-Verbundstoffe.
Radargehäusekomponente nach Anspruch 5, wobei die Metalle und Metalllegierungen beispielsweise eines oder mehrere der folgenden Metalle umfassen: Silber, Zinn, Eisen, Bronze, Kupfer, Silicium, Aluminium, Zink.
Radargehäusekomponente nach Anspruch 1, wobei die nadelförmigen Plättchenpartikel eines oder mehrere von Graphen, Halbleitern, Glimmerpartikeln, Titanoxid, Strontiumaluminat, Chromoxid, Siliciumdioxid, Eisenoxid, Zinnoxid, Zinndioxid, Eisen(III)-hexacyanoferrat(II), Manganviolett, Ultramarinblau, Ruß und Titandioxid umfassen.
Radargehäusekomponente nach Anspruch 1, ferner umfassend einen Radarsensor, der hinter der Radargehäusekomponente angeordnet ist und Funkwellen in einem oder mehreren der folgenden Bänder aussendet: 24, 76, 79, 90, 120, 140 und 240 GHz.
Radargehäusekomponente nach Anspruch 8, wobei die Radargehäusekomponente eine der folgenden Komponenten ist: eine Stoßfängerverkleidung, ein Kühlergrill, ein Emblem, eine Windschutzscheibe, ein Fenster, eine Außenleuchte und eine elektronische Vorrichtung.
Fahrzeug, umfassend: eine Radargehäusekomponente; und einen Radarsensor, der unter der Radargehäusekomponente angeordnet ist, wobei die Radargehäusekomponente Folgendes umfasst: ein Substrat, und eine auf dem Substrat angebrachte Beschichtung, wobei die Beschichtung ein Bindemittel umfasst, und eine Vielzahl von nadelförmigen Plättchenpartikeln, die in dem Bindemittel dispergiert sind, wobei die nadelförmigen Plättchenpartikel eine Länge aufweisen und die Länge von mindestens 30 Volumenprozent der nadelförmigen Plättchenpartikel auf einer ersten Achse ausgerichtet ist.