Geschwindigkeitswarnsysteme, Kollisionswarn- und Schutzsysteme, Einparkhilfen, Spurwechselunterstützung, Fußgänger- und Radfahrererkennung und so weiter und so weiter. Moderne Autos sind vollgestopft mit Sensoren, die das Autofahren sicherer und bequemer machen sollen. Und es werden immer mehr. Insbesondere im Hinblick auf selbstfahrende Autos steigt die Anzahl von Sensorsystemen weiter. Der Platz, an denen solche Systeme untergebracht werden können, bleibt allerdings gleich. Also sind neue Lösungen nötig, um all diese verschiedenen Sensoren zu integrieren.
Im Rahmen des kürzlich abgeschlossenen Projekts „RadarGlass“ hat das Fraunhofer-Institut für Organische Elektronik, Elektronenstrahl- und Plasmatechnik FEP nun gemeinsam mit Partnern Radarsensoren entwickelt, die in die Frontscheinwerfer eines Autos integriert werden können. Dadurch sind sie vor Störungen durch Schnee, Eis und Regen geschützt und die äußere Fahrzeughülle wird nicht beeinträchtigt. So müssen sich Designer künftiger Autogenerationen nicht den Kopf zerbrechen, wo am Fahrzeug sie zusätzliche Sensoraufbauten anbringen können.
Scheinwerfer bleibt trotzdem Scheinwerfer
Die Wissenschaftler untersuchten zu Beginn des Projekts, wie sich Radarwellen verlustarm steuern lassen, ohne dass sie gleichzeitig die Funktion des Scheinwerfers einschränken. Dazu entwickelten sie eine dünne transparente funktionale Beschichtung für eine im Scheinwerfer angebrachte Baugruppe. Mit dieser können die Radarstrahlen gezielt geformt und gelenkt werden. Die Beschichtung könne die Strahlausbreitung je nach Einsatzart unterschiedlich manipulieren, erklären sie: „Um zum Beispiel Fußgänger zu erfassen und zu erkennen, werden die Radarstrahlen zur Seite gelenkt.“ Die Strahlausformung kann dabei wie ein Auge auf den Nah- oder Fernbereich angepasst werden. Um die Ausbreitung der Radarstrahlen zu lenken und zu formen, müssten kleine Bereiche der Beschichtung mittels Laser präzise strukturiert werden, so dass diese als Antennen für die Radarwellen fungieren können.
„Im Rahmen des Projektes haben wir ein Dünnschichtsystem entwickelt, dass im sichtbaren Bereich nahezu transparent ist und zudem auch hochfrequente Wellen formen kann“, beschreibt Dr. Manuela Junghähnel, Projektleiterin am Fraunhofer FEP. „Der Herstellungsprozess ist so weit optimiert, dass die Beschichtung die Farbe der Lichtquelle unverändert lässt und Temperaturschwankungen zwischen -30 °C und +120 °C standhält.“
Laut Aussagen der Forscher ist ein Demonstrator für den Fernbereich ausgelegt, mit dem sich „das Radar mit einer Verstärkung von 20 dBi (Antennengewinn) in einer kleinen Strahlbreite von 5° in Fahrtrichtung bündeln lässt“. So seien Hindernisse bis zu 300 m Entfernung erfassbar.
Vielfältige Einsatzmöglichkeiten
Neben Einsatzmöglichkeiten in der Automobil- und Automobilzulieferindustrie streben die Entwickler des neuen Systems auch Lizenzvereinbarungen und Kooperationsprojekte mit der Industrie an. Auf diese Weise sollen die Radarsensoren in Serienproduktion gehen können. Außerdem erwarten die Wissenschaftler „vielfältige Impulse“ aus dem aktuellen Entwicklungstrend zu autonomen Fahrzeugen.
Neben dem Fraunhofer FEP sind das Institut für Hochfrequenztechnik der RWTH Aachen und das Fraunhofer-Institut für Lasertechnik ILT am Projekt „RadarGlass“ beteiligt. Dabei simulierten die Experten des Instituts für Hochfrequenztechnik der RWTH Aachen das Antennenlayout und überprüften dieses durch Messungen im 76 GHz – 81 GHz Band, um die Eignung und Leistungsfähigkeit des Radarreflektors zu bestimmen. Die Forscher am Fraunhofer ILT entwickelten einen „hochpräzisen Laserabtragprozess zur Strukturierung der Antennenelemente auf der Beschichtung“.
Das Projekt wurde vom Bundesministerium für Bildung und Forschung BMBF gefördert.
