Радиолокационные системы играют решающую роль в современных системах помощи водителю и будущих автономных транспортных средствах. Эти системы должны быть точными, чтобы обеспечивать необходимую функциональность и безопасность. Компания Autoliv использует программное обеспечение Ansys HFSS для моделирования электромагнитного поля, оценки альтернативных сценариев интеграции радарных систем на ранних этапах разработки своих автомобилей, помимо этого программное решение применяется для создания надежной системы и минимизации дорогостоящих изменений в конструкции.
Разработка конструкции радарных систем выполняется на ранних этапах проектирования транспортного средства, еще до того, как прототип транспортного средства будет доступен для тестирования. Если инженеры допускают ошибки в конструкции, процесс разработки придется повторить. Допущенные ошибки приведут к финансовым потерям (около 1 миллиона долларов) и задержкам выпуска автомобиля в серийное производство.
Autoliv, мировой лидер в области автомобильных систем безопасности, избегает эти затраты, используя программное решение Ansys HFSS. Программный пакет электромагнитного анализа используется для прогнозирования того, как различные близлежащие компоненты будут влиять на диаграммы направленности радарных систем. HFSS позволяет проверить конструкцию задолго до создания рабочего прототипа.
Например, многие современные автомобили оснащены системами обнаружения слепых зон, в которых используются радиолокационные датчики, монтированные в заднюю часть автомобиля, бампер или пластиковую панель. Для отслеживания объектов в слепой зоне, на боковых зеркалах автомобиля располагаются специальные датчики со световыми индикаторами, которые загораются и предупреждают водителя об опасности. Многие современные автомобили также имеют радиолокационный датчик в середине переднего бампера для предупреждения о лобовом столкновении. Датчик срабатывает, при обнаружении транспортного средства или объекта, которые водитель может ударить если не замедлит скорость. На полностью автономных транспортных средствах присутствуют различные радиолокационные системы, установленные за облицовкой бампера и другими панелями кузова.
В радиолокационных системах используется передатчик, излучающий короткий электромагнитный импульс. После каждого импульса передатчик выключается, а приемник принимает отраженные от ближайших объектов сигналы. Электромагнитное излучение, излучаемое радиолокационным датчиком, может искажаться объектами, через которые должно проходить излучение. Другие близлежащие объекты могут создавать отражения, мешающие работе приемника. При встраивании радиолокационного датчика в автомобиль инженеры должны расположить радиосистему систему так, чтобы панель и монтажные элементы не уменьшали точность работы беспроводного устройства.
Геометрия бампера часто бывает сложной, поскольку она должна соответствовать множеству целей, включая долговечность, безопасность, эстетику и технологичность. Небольшое изменение положения датчика может привести к неточности данных. Компания Autoliv должна гарантировать работоспособность автомобильной радиолокационной системы, хотя компания не может влиять на выбор материала, типа краски и геометрию бампера.
/ Влияние дизайна конструкции на точность работы радара
Компания Autoliv подключается к работе создания нового автомобиля еще на этапе создания дизайна, определяя наилучшее положение датчиков в конструкции. Если во время тестирования инженеры Autoliv обнаружат, что расположение датчика или геометрия кронштейна мешает радару выполнять свои главные функции, то дизайн отправляется на доработку. Обнаружение ошибок на раннем этапе проектирования позволяет мировым автопроизводителям экономить несколько миллионов долларов ежегодно. Помимо сокращения финансовых затрат можно сокращать и временные. Своевременное реагирование на конструкторские ошибки ускоряет процесс вывода нового автомобиля на рынок от 8 до 12 недель.
/ Моделирование производительности радара на автомобиле
Autoliv применяет Ansys HFSS для проведения инженерных расчетов и оценки конструкций. Процесс моделирования начинается с получения физических образцов материалов кронштейна и лицевой панели для определения их электрических свойств, которые требуются для точного электромагнитного моделирования с использованием волноводных или квазиоптических методов. Измеренные электрические свойства включают диэлектрическую проницаемость и тангенс угла потерь панели, слоя краски и элементов крепления.
Инженеры используют CAD-файлы от автопроизводителя, которые содержат подробную геометрию элементов крепления, панели и других близлежащих компонентов. Ansys SpaceClaim используется для перевода и подготовки САПР, импорта геометрии в HFSS, а также улучшения построения сетки. Лишние соединительные элементы обрезаются в имитационной модели, для того чтобы уменьшить затраты вычислительных ресурсов и сохранить точность электродинамических расчетов. Инженеры Autoliv выбирают из специализированной библиотеки необходимую радиолокационную систему и помещают ее в сборку имитационной модели в качестве первоначального проекта. Затем инженеры присваивают измеренные электрические свойства панели, краски и элементов крепления соответствующим объектам в модели.
/ Обеспечение требований к точности
Далее полученные результаты моделирования обрабатываются в Ansys HFSS и экспортируются в программный пакет MATLAB, который имитирует алгоритм, используемый датчиком радара для оценки его характеристик, включая соотношение сигнал/шум, углы обзора, смещение и неоднозначность показателей пеленгации. Это позволяет инженерам определять максимальное расстояние, на котором радар может обнаружить объект с заданной эффективной площадью рассеяния (ЭПР) при заданном азимутальном угле, например встречное движение мотоцикла на соседней полосе на расстоянии 30 метров.
Если прогнозируемые характеристики не соответствуют минимальным требованиям, геометрии изделия отправляется на доработку. На данном этапе идет полностью переработка дизайна конструкции или идет просто перемещение радара, затем процесс моделирования повторяется вновь. Геометрия панели также может измениться в процессе проектирования, но когда происходят изменения, инженеры Autoliv получают новую геометрию, снова запускают моделирование и, при необходимости, изменяют конечную конструкцию.
Интеграция радиолокационного датчика в транспортное средство, обеспечение высокого уровня точности и соблюдение требований безопасности, является сложной задачей. Инженеры Autoliv используют программное обеспечение Ansys HFSS для моделирования электромагнитного поля во многих своих радиолокационных системах. Моделирование в HFSS помогает инженерам рассчитывать наиболее эффективную конструкцию, которая позволит существенно увеличить дальность действия и точность радиолокационной системы.
