Testen von Radomen und Stoßfängern in allen Produktphasen – von der Entwicklung bis zur Großserienfertigung

Ihre Anwendung

Radarsysteme in Fahrzeugen emittieren frequenzmodulierte Dauerstrich-Chirpsignale (FMCW) und messen anschließend die Ausbreitungsverzögerung und die Dopplerfrequenzverschiebung des reflektierten Signals. Aus diesen Informationen werden die Abstände zu anderen Objekten (beispielsweise andere Fahrzeuge oder Passanten) und die jeweiligen Radialgeschwindigkeiten berechnet. Aktuelle Radarsensoren messen den Azimut (Winkel in der horizontalen Ebene) zwischen der Fahrtrichtung und einem erkannten Objekt sowie die Elevation (Winkel in der vertikalen Ebene) zwischen dem Fahrzeug und anderen Objekten.

Automotive-Radarsensoren müssen exakt und zuverlässig arbeiten, da die Steuersysteme des Fahrzeugs deren Daten nutzen, um die Umgebung zu analysieren und zu entscheiden, ob beim Fahren eingegriffen werden muss oder nicht. Eine Fehleinschätzung eines Radarsensors von einem Grad zwischen zwei Fahrzeugen mit einem Abstand von 100 m kann zu einer Abweichung von 1,5 m führen und katastrophale Folgen nach sich ziehen.

Aus ästhetischen Gründen werden Radarsensoren üblicherweise hinter einem Fahrzeugemblem oder Stoßfänger installiert. In Bezug auf die Funktion ergeben sich daraus Nachteile, da die Radarsignale Materialien durchdringen müssen und dabei gedämpft werden. Radome und Stoßfänger sind Teil eines hochfrequenten Sensorsystems und können einen immensen negativen Einfluss auf die Detektionsleistung und Genauigkeit ausüben.

Radome und Stoßfänger können das Radarsignal um mehrere dB dämpfen, sodass das Assistenzsystem für autonomes Fahren (ADAS) insgesamt eine geringere Reichweite aufweist oder Schieleffekte am Seitenradar enstehen. Radome und Stoßfänger können auch zu einer Fehlanpassung zwischen Basismaterial und Radarsignal führen. Die Materialeigenschaften von geformten Kunststoffteilen und halbmetallischen Oberflächenbeschichtungen sind oftmals heterogen und erzeugen unvorhersehbare Signalverzerrungen im Empfangssignal, beispielsweise Phasenverzerrungen.

Jedes Jahr werden Millionen von Automotive-Radaren gefertigt und die Automobilhersteller haben begonnen, diese als Serienausstattung in allen Oberklassefahrzeugen zu verbauen. Die Fahrzeuge der Mittelklasse und Einstiegsklasse werden folgen. Radarsensoren sind für das autonome Fahren von entscheidender Bedeutung. Dies gilt auch im Hinblick auf die Fahrzeugsicherheit. Der Bedarf, den Einfluss jedes Stoßfängers und jedes Radoms während der Produktion zu testen, um die Gesamtsicherheit von autonomen Fahrzeugen sicherzustellen, wächst rasant.

Ihre Anforderung

Die Herausforderung bei der Entwicklung und Integration von Radarsensoren liegt darin, ein bestimmtes Leistungsniveau trotz zahlreicher inhärenter, systemimmanenter Unsicherheiten einzuhalten. Jegliche Verringerung der systemimmanenten Unsicherheit ist hilfreich, um die erforderliche Performance zu erzielen. Die Hersteller von Radarsensoren können ihre Produkte kalibrieren. Allerdings sind sich die Entwickler von HF-Systemen darüber im Klaren, dass die Sensorhersteller nicht wissen können, um welchen Typ von Radom oder Stoßfänger es sich handelt, an welchem Ort die Sensoren montiert werden, mit welchem Lack die Radome oder Stoßfänger abgedeckt werden oder welche Materialinhomogenitäten möglicherweise auftreten.

Die Radome/Stoßfänger müssen in Kombination mit dem Sensor vermessen werden, um sicherzustellen, dass alle Systemfunktionen ordnungsgemäß arbeiten. Hersteller von Radomen und Stoßfängern sind für die Tests und Validierung der Eigenschaften ihrer Produkte in allen Phasen verantwortlich, von der anfänglichen Designphase bis hin zur Fertigungslinie. Die Hersteller von Radomen und Stoßfängern benötigen detaillierte, schnelle, robuste und zuverlässige Tests in jeder Phase – insbesondere in der Produktion.

Lösung von Rohde & Schwarz

Die Leistungsfähigkeit von Fahrzeug-Radarsystemen wird immer wichtiger. Aus diesem Grund entwickelte Rohde & Schwarz den R&S®QAR50 Quality Automotive Radome Tester.

Der R&S®QAR50 eignet sich ideal zur genauen Bestimmung der Qualität von Radomen und Stoßfängern im Automotive-Radar-Frequenzbereich in jeder Produktphase von F&E bis zu Fertigungsendkontrollen. Er nutzt Hunderte von Empfangs- und Sendeantennen, um Materialien, Radome und Stoßfänger schnell zu charakterisieren. Die Mikrowellenbildgebung mit elektronischer Fokussierung ermöglicht eine flexiblere Positionierung des Messobjekts. Mit seinen beiden Clustern und den anpassbaren Frequenzbändern ist der R&S®QAR50 in der Lage, die Einweg-Transmissionsdämpfung, die Reflexion auf beiden Seiten sowie die Transmissionsphase in einem Messzyklus von vier Sekunden zu messen. Die Ergebnisse lassen sich direkt mit Freiraummessungen eines Vektornetzwerkanalysators vergleichen.

Messaufbau

Präzise und reproduzierbare Reflexions- und Transmissionsmessungen hängen von einer exakten Positionierung ab. Die meisten Messtechnikaufbauten bieten nur begrenzten Platz zwischen den Messobjekten sowie den Sende- und Empfangsantennen. Bei sperrigen Front- und Heckstoßfängern steht oftmals nicht ausreichend Platz zur Verfügung. Der R&S®QAR50 bietet eine Aufnahmefläche von 990 mm zwischen den Clustern, sodass sich ein Radom oder Stoßfänger einfach manuell oder automatisch platzieren lässt. Abhängig vom Aufbau der Fertigungslinie und den Anforderungen kann der R&S®QAR aufrecht in einer C- oder U-Form integriert und betrieben werden. Dies ermöglicht eine flexible Positionierung, vereinfacht die Handhabung und minimiert die Integrationsanforderungen.

Trotz des großen Aufnahmevolumens weist der R&S®QAR50 lediglich Abmessungen von 310 mm × 1420 mm × 970 mm auf und passt somit in die meisten Prüfstände. Rohde & Schwarz bietet zusammen mit seinem Partner Löhnert Elektronik eine einsatzfertige Lösung. Die PC-basierte Mess- und Automatisierungssoftware Löhnert Instant Scripting RunTime (LisRT V3) des Systemherstellers kann den Prüfstand in Kombination mit einer SPS von Siemens steuern. Im Standalone-Modus lässt sich der R&S®QAR50 mit SCPI-Befehlen steuern, ohne dass zusätzliche Kosten anfallen.

Konfiguration des Messgeräts

Die beiden Cluster im R&S®QAR50 messen die Einweg-Transmissionsdämpfung und die Reflexion auf beiden Seiten im Frequenzbereich zwischen den Bändern 76 GHz bis 77 GHz sowie 76 GHz bis 81 GHz in einem Sweep.

Vor den Fertigungsendkontrollen von Radomen und Stoßfängern ist es wichtig, Kenntnis über die Homogenität der Teile zu haben. Der R&S®QAR50 kann mit einer zusätzlichen Phasenmasken-Option zur Messung der Transmissionsphase ausgestattet werden. Somit lässt sich die Homogenität von Radomen und Stoßfängern ohne jegliche mechanische Bewegungen analysieren.

Die Geometrie und die Kanten der Radome können ebenfalls einen beträchtlichen Einfluss auf das Radarsignal haben. Dank Mikrowellentechnik ist der R&S®QAR50 in der Lage, eine hochauflösende Reflexionsabbildung darzustellen, um Anomalien rasch zu erkennen. Zudem wird der Montageaufbau eindeutig sichtbar, sodass eine schnelle und korrekte Messobjektpositionierung möglich wird.

Sind die Radome und Stoßfänger in der Serienprüfung, bietet die effiziente Benutzeroberfläche all die nötigen Informationen auf einen Blick. Mit der vereinfachten Menünavigation können selbst Neulinge auf dem Gebiet der HF-Technik das Gerät bedienen. Das Gerät stellt die numerischen Reflexionswerte sowie die Transmissionsmessungen dar und liefert Informationen über die Messobjektpositionierung. Somit lassen sich die Werte einfach ablesen und interpretieren. Zudem eignet sich das Gerät ideal für Endkontrollen.

Einige OEM definieren anspruchsvollere Anforderungsspezifikationen für ihre Endkontrollen. Mit der Option R&S®QAR50-K10 lässt sich die Frequenz für beide Bänder auf den Bereich von 72 GHz bis 82 GHz erweitern, sodass der Frequenzgang von Reflexion und Transmissionsdämpfung offengelegt wird. Damit kann die korrekte Frequenzanpassung für das Material detektiert und die Materialstärke nach Bedarf angepasst werden. In der Produktion ermöglicht das Reflexionsminimum eine rasche Erkennung von Inhomogenitäten und Fluktuationen bei den Messobjekten.

Messergebnisse

Dank seiner leistungsstarken Rechenhardware ist der R&S®QAR50 in der Lage, große Datenmengen in kurzer Zeit zu verarbeiten. Die gewonnenen Bilder und Frequenzdiagramme stehen innerhalb von Sekunden zur Verfügung. Abhängig von den gewählten Parametern und gespeicherten Daten sind extrem schnelle Messzeiten von weniger als vier Sekunden möglich. Damit eignet sich der R&S®QAR50 ideal für Fertigungslinien mit hohem Durchsatz.

Präzision, Zuverlässigkeit und Robustheit der Geräte sind für die Messtechnik bei Serienprüfungen von entscheidender Bedeutung. Reflexionen haben einen besonders großen Einfluss auf die Qualität von Radomen und Stoßfängern. Präzision ist somit unverzichtbar. Der R&S®QAR50 ist der einzige Endkontrollen-Tester, der die Reflexion direkt misst und die Berechnungen nicht auf Informationen zu Transmissionsphase und -dämpfung (die ungenau sein können) gründet. Mit zeitbeschränkten Messungen werden optimierte Produkte und eine gleichbleibende Qualität im Fertigungsprozess sichergestellt.

Rohde & Schwarz ist der einzige Anbieter, der eine akkreditierte Freiraummessung/-charakterisierung durchführt, um äußerst genaue und reproduzierbare Messergebnisse sicherzustellen. Die R&S®QAR50-Z44 Verifikationsplatten ermöglichen die Verifizierung von Transmissionsdämpfungs- und Reflexionsmessungen gemäß nationalen und internationalen Standards.

Protokolle lassen sich schnell und einfach als .csv (einschließlich aller numerischen Werte im .csv-Format), .json/.xml (einschließlich aller numerischen Werte im .csv-Format), .png (alle aktivierten Abbildungen), .mat (einschließlich aller Abbildungsmatrizen und/oder rekonstruierten Volumina) auf ein USB-Gerät oder über SCPI in das Netzwerk speichern.

Gerätewartung

Eine einwandfreie Wartung der Geräte ist unverzichtbar und bei Endkontrollen von entscheidender Bedeutung, da nur so ein hoher Durchsatz über einen längeren Nutzungszeitraum sichergestellt werden kann. Um ungeplante Wartungsarbeiten zu minimieren, wurde besonders Wert darauf gelegt, die Zahl beweglicher Teile innerhalb des R&S®QAR50 auf ein Minimum zu beschränken. Somit wird der Verschleiß reduziert, gleichzeitig werden die Stillstandszeiten und Wartungskosten so niedrig wie möglich gehalten.

Um robuste und zuverlässige Ergebnisse sowie eine adäquate Performance innerhalb der gesetzten Grenzen sicherzustellen, muss die Messtechnik regelmäßig kalibriert werden. Bei der Kalibrierung von Standardmesstechnik muss diese üblicherweise abgebaut und für ein spezielles Kalibrierverfahren mit Kalibrierkits vorbereitet werden. Dies ist zeitaufwendig und erfordert besondere Fähigkeiten. Der R&S®QAR50 nutzt integrierte, kugelförmige Reflektoren, um auf Anhieb eine Selbstkalibrierung an Ort und Stelle durchzuführen. Somit sind die Kalibrierverfahren selbst für Personen ohne jegliche HF-Kenntnisse schnell und praktikabel realisierbar.

Exaktheit und Zuverlässigkeit von sicherheitskritischen Daten

Assistenzsysteme für autonomes Fahren benötigen Zugriff auf zuverlässige, qualitativ hochwertige Daten von zahlreichen Radarsensoren, um Objekte in der Umgebung zu detektieren. Aufgrund der inhomogenen Materialeigenschaften haben Radome und Stoßfänger großen Einfluss auf die Qualität und Zuverlässigkeit dieser Daten im HF-Signalpfad.

Das Testen und Anpassen der Radom- und Stoßfängereigenschaften nach der Installation in einem Fahrzeug ist zu komplex, kostspielig und zeitaufwendig. Hersteller müssen die HF-Performance jedes Radoms und Stoßfängers testen und validieren, bevor diese in einem Fahrzeug verbaut werden.

Der R&S®QAR50 eignet sich ideal zur genauen Bestimmung der Qualität von Radomen und Stoßfängern im Automotive-Radar-Frequenzbereich in allen Produktphasen, insbesondere bei der Fertigungsendkontrolle. Er bietet ausreichend Platz auch für sperrige Stoßfänger und ermöglicht räumlich aufgelöste Messungen zur Bewertung der Homogenität von Design-Emblemen. Das innovative Hardwarekonzept erlaubt sehr kurze Messzeiten, das modulare Softwarekonzept kann an die spezifischen Anforderungen angepasst werden. Der R&S®QAR50 bietet schnelle und genaue Radom- und Stoßfängertests zu einem sehr attraktiven Preis.