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RadarGlass: Unauffällige Integration von Radarsensoren in Frontscheinwerfer

| Redakteur: Michael Eckstein

Voller Durchblick: Lasergeschnittene Mikrostrukturen sollen das Platzieren von Radartechnik direkt auf den Scheinwerfern ermöglichen – auch auf gekrümmten Oberflächen.
Voller Durchblick: Lasergeschnittene Mikrostrukturen sollen das Platzieren von Radartechnik direkt auf den Scheinwerfern ermöglichen – auch auf gekrümmten Oberflächen. (Bild: Fraunhofer ILT)

Mit einer elektrisch leitfähigen Dünnschichtabdeckung lassen sich Radarstrahlen gezielt formen und lenken. Im Verbundprojekt RadarGlass entsteht eine patentierte Technologie für die unauffällige Integration von Radarsensoren in Frontscheinwerfer.

Wichtiger Meilenstein auf dem Weg zum autonomen Fahren: Im Verbundprojekt RadarGlass agierende Partner haben ein Schichtsystem entwickelt, das die Integration von Radarsensoren in PKW-Frontscheinwerfer ermöglicht. Bereits Ende 2018 hatten das Fraunhofer-Institut für Lasertechnik ILT aus Aachen, das Fraunhofer-Institut für Organische Elektronik, Elektronenstrahl- und Plasmatechnik FEP aus Dresden und das Institut für Hochfrequenztechnik IHF der RWTH Aachen die gemeinsam entwickelte Technik patentieren lassen.

Das vollständig autonome Fahrzeug ist eine enorme Herausforderung für die Sensorik, denn sie muss im Prinzip besser hören, sehen und fühlen als der Mensch. Die entsprechenden Sensoren gibt es zwar, doch die Entwickler stehen mit Blick auf die große Anzahl an bereits verbauten Assistenzsystemen stets vor der Frage, wo sie sich am besten platzieren lassen.

Ideal für Radarsensoren ist eine Montage in oder an den Frontscheinwerfen. „Es ist die perfekte Position, denn dort decken sie den Nah- und Fernbereich komplett ab und erlauben auch einen Blick zur Seite“, erklärt Dipl.-Phys. Patrick Gretzki, Wissenschaftler in der Gruppe Mikro- und Nanostrukturierung am Fraunhofer ILT. „Ein weiterer Vorteil ist die Wärmeentwicklung der Scheinwerfer – diese sorgt dafür, dass die Sensoren auch bei widrigen Wetterbedingungen stets frei von Eis und Schnee sind und so einen ungestörten Blick auf die Umgebung haben.“

Beschichtung lenkt den Radarstrahl

Im Projekt RadarGlass untersuchen die Akteure, mit welchem Dünnschichtsystem sich Radarwellen verlustarm steuern lassen, ohne die Beleuchtungsaufgabe des Scheinwerfers einzuschränken. Die drei Institute decken hierfür alle notwendigen Kompetenzen ab – von der Entwicklung eines geeigneten Schichtsystems über die Auslegung der Hochfrequenz-Komponenten bis hin zur präzisen Fertigung mittels Laserstrahlung.

Gemeinsam entwickeln sie eine funktionale, elektrisch leitfähige Dünnschicht für die Innenseite der Schweinwerferabdeckung, mit der sich der Radarstrahl gezielt formen und lenken lässt. Die Schicht kann den Strahl je nach Einsatzart unterschiedlich manipulieren: Um Fußgänger zu erfassen und zu erkennen, wird der Radarstrahl z. B. zur Seite gelenkt. Wie ein Auge lässt sich der Strahl außerdem auf den Nah- oder Fernbereich fokussieren.

Präzise laserbasierte Strukturierung im 10-µm-Bereich

In gemeinsamer Entwicklungsarbeit haben Wissenschaftler ein Schichtsystem entworfen, das die Kriterien für den Scheinwerfer- und den Radar-Einsatz erfüllt. „Eine Anwendung des Verfahrens für die Funktionalisierung von branchentypischen Schweinwerfern ist somit gewährleistet“, sagt Gretzki.

Um den Radarstrahl zu lenken und zu formen, müssen kleine Elemente der Beschichtung präzise strukturiert werden, sodass diese als Antennen für die Radarwellen fungieren können. Dazu haben Mitarbeiter am Fraunhofer ILT einen Laserprozess zum Erzeugen der Antennenelemente entwickelt. Eine Vorstudie zur Strukturierung von Thermoverglasung lieferte die erforderlichen Erfahrungen in diesem Aufgabenfeld. Thermoverglasung blockiert normalerweise hochfrequente Wellen etwa von WLAN oder Mobilfunknetzen. Die gezielte Laserbearbeitung sorgt dafür, dass das Glas selektiv nur ganz bestimmte Frequenzen durchlässt.

Realisierung mit Industriepartnern geplant

Die lasergefertigten Strukturen sind mit einer Auflösung von bis zu 10 µm viel präziser als solche, die mit herkömmlichen Druckverfahren hergestellt wurden. Alternative Verfahren wie die Lithographie sind auf flache oder leicht gekrümmte Flächen beschränkt und lassen sich damit nicht für die komplexen 3D-Oberflächen von Scheinwerferabdeckungen nutzen. Zudem erfordert diese Technik eine aufwendige Prozesskette. Zwei Hindernisse, die durch das neue laserbasierte Verfahren überwunden werden.

Mithilfe von Simulationen entwickeln die RadarGlass-Partner Strukturen für die gezielte Manipulation von Radarwellen im Bereich um 77 GHz. Demonstratoren bestätigen die Funktionalität der Technologie und helfen bei der Entwicklung. „Wir beweisen mit den Demonstratoren, dass wir die Antennen so simulieren, designen und produzieren können, dass sie die gewünschten Eigenschaften erfüllen“, erläutert Gretzki. „Aktuell stellen wir die Lösung Industrievertretern vor, um dann weitere Verwertungsschritte anzugehen.“

In der nächsten Projektphase wollen die Forscher die Lösung in einen realen Scheinwerfer einbauen. RadarGlass wird im Rahmen der Initiative „VIP+“ vom VDI/VDE Innovation + Technik unter dem Kennzeichen 03VP03201 gefördert.

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