เหตุใดตัวเรือน LiDAR ของยานยนต์จึงมีความร้อนมากเกินไป อลูมิเนียมเคลือบ PVDF เป็นวิธีการแก้ปัญหาขั้นสูงสุดหรือไม่?

ยานพาหนะขับเคลื่อนอัตโนมัติ ระบบช่วยเหลือผู้ขับขี่ (ADAS) ระดับ 3+ และโรโบแท็กซี่อาศัย LiDAR (Light Detection and Ranging) ที่ติดตั้งบนหลังคาและกันชนเป็นอย่างมาก เซ็นเซอร์ ทำงานอย่างต่อเนื่องที่ความถี่พัลส์สูง เครื่องยนต์ออปติคัล LiDAR (เลเซอร์ไดโอด, APD และตัวปล่อยขอบ) สร้างภาระความร้อนภายในจำนวนมาก ขณะเดียวกันก็รับการแผ่รังสีแสงอาทิตย์และความร้อนโดยรอบอย่างไม่หยุดยั้ง

การควบคุมปริมาณความร้อน การลดพลังงานแสงเลเซอร์ และการเคลื่อนตัวของตัวรับส่งสัญญาณเป็นโหมดความล้มเหลวอันดับต้นๆ ใน LiDAR ของยานยนต์ แผ่นอะลูมิเนียมเคลือบ PVDF (โพลีไวนิลดีนฟลูออไรด์) ( โลหะผสมซีรีส์ 3000 และ 5000 พร้อมการเคลือบ PVDF เซรามิกที่มีการแผ่รังสีสูง ) มอบโซลูชันทางวิศวกรรมที่แข็งแกร่ง โดยให้รังสีความร้อนที่เหนือกว่า การดูดซับแสงอาทิตย์ต่ำ และการป้องกันการกัดกร่อนที่มีน้ำหนักเบา

สาเหตุที่แท้จริงของ LiDAR ความร้อนสูงเกินไป

หน่วย LiDAR สำหรับยานยนต์ทำงานภายในตัวเครื่องขนาดกะทัดรัดที่ปิดผนึกระดับ IP67/IP69K ซึ่งติดตั้งบนหลังคารถหรือกระจังหน้า:

ตัวดักความร้อนภายใน (กำลัง ASIC สูง/เลเซอร์): เลเซอร์อาร์เรย์ 905 นาโนเมตรหรือ 1550 นาโนเมตรหลายช่องสัญญาณสร้างความร้อนเฉพาะจุดแบบเข้มข้น (20 วัตต์ - 50 วัตต์) อุณหภูมิที่สูงขึ้นทำให้เกิดการเบี่ยงเบนของความยาวคลื่นเลเซอร์ไดโอด ส่งผลให้ระยะการตรวจจับและความแม่นยำของพอยต์คลาวด์ลดลง

ปริมาณรังสีจากแสงอาทิตย์ภายนอก: พลาสติกสีเข้มหรือตัวเรือนแบบหล่อมาตรฐานจะดูดซับพลังงานความร้อนจากแสงอาทิตย์จำนวนมาก (1000 W/m² การแผ่รังสีจากแสงอาทิตย์) ส่งผลให้อุณหภูมิภายในตัวเรือนผ่านขีดจำกัดวิกฤต (>85°C)

การเปรียบเทียบ: โครงสร้างแบบหล่อมาตรฐาน กับ โครงสร้างอะลูมิเนียมเคลือบ PVDF

วัสดุตัวเรือน LiDAR

เมทริกซ์ด้านล่างเปรียบเทียบวัสดุตัวเรือนยานยนต์แบบดั้งเดิมกับแผ่นอลูมิเนียมเคลือบ PVDF สำหรับการกระจายความร้อน LiDAR:

ข้อได้เปรียบหลักระดับมืออาชีพในการกระจายความร้อนของ LiDAR ในยานยนต์

คำถามที่พบบ่อย

คำถามที่ 1:เหตุใดอะลูมิเนียมเปลือยจึงไม่เพียงพอสำหรับการกระจายความร้อนของ LiDAR ในรถยนต์ 

ตอบ: อลูมิเนียมเปลือยมีการปล่อยความร้อนต่ำมาก ( ε γ 0.10 - 0.20 ) ซึ่งหมายความว่าไม่สามารถแผ่ความร้อนออกสู่สิ่งแวดล้อมได้อย่างมีประสิทธิภาพ นอกจากนี้ อลูมิเนียมเปลือยยังดูดซับความร้อนจากแสงอาทิตย์อย่างรวดเร็วและทนทุกข์ทรมานจากการเกิดออกซิเดชันในชั้นบรรยากาศเมื่อเวลาผ่านไป

คำถามที่ 2:การเคลือบ PVDF ช่วยลดอุณหภูมิ LiDAR ภายใต้แสงแดดโดยตรงได้อย่างไร

ตอบ: การเคลือบ PVDF ได้รับการผสมสูตรด้วยเม็ดสีเซรามิกพิเศษที่สะท้อนพลังงานแสงอาทิตย์ช่วงอินฟราเรดใกล้ (NIR) ( a ₛ < 0.25 ) ในขณะเดียวกันก็เพิ่มการปล่อยความร้อนสูงสุด ( ε > 0.90 ) ของความร้อนภายในเครื่องยนต์ไปพร้อม กัน

คำถามที่ 3: การปั๊มหรือการวาดแบบลึกจะทำให้การเคลือบ PVDF บนแผ่นอลูมิเนียมแตกหรือไม่

ตอบ: ไม่ การเคลือบคอยล์ PVDF อุตสาหกรรมใช้เมทริกซ์ฟลูออโรโพลีเมอร์ยืดหยุ่น ซึ่งออกแบบมาเพื่อทนต่อการโค้งงอที่แน่นหนา ( รัศมีการโค้งงอ 1T  ถึง 2T  ) โดยไม่แตกร้าว หลุดลอก หรือสูญเสียการยึดเกาะ

คำถามที่ 4:อลูมิเนียมเคลือบ PVDF เปรียบเทียบกับอลูมิเนียมอโนไดซ์สำหรับเปลือก LiDAR อย่างไร

ตอบ: ในขณะที่การทำอโนไดซ์จะเพิ่มการแผ่รังสีของพื้นผิว พื้นผิวอะโนไดซ์แบบเปลือยจะมีการสะท้อนความร้อนจากแสงอาทิตย์จำกัด และอาจได้รับผลกระทบจากรังสียูวีหรือคราบสารเคมีจากน้ำยาล้างรถที่เป็นด่าง การเคลือบ PVDF ให้ความเฉื่อยทางเคมีที่เหนือกว่า ทนต่อรังสียูวี และการสะท้อนแสงอาทิตย์ NIR แบบกำหนดเอง

คำถามที่ 5:ตัวเรือนอะลูมิเนียมเคลือบ PVDF สามารถใช้กับระบบ LiDAR ระบายความร้อนด้วยของเหลวได้หรือไม่

ก. ใช่. พื้นผิวอะลูมิเนียมมีค่าการนำความร้อนจำนวนมาก (160−200 W/m⋅K) สำหรับการสัมผัสโดยตรงกับแผ่นเย็นภายใน ในขณะที่ชั้น PVDF ด้านนอกช่วยเพิ่มการระบายความร้อนแบบพาสซีฟในอากาศให้สูงสุด

บทสรุป

แผ่นอะลูมิเนียมเคลือบ PVDF ให้การตรึงความร้อนประสิทธิภาพสูงสำหรับตัวเรือน LiDAR ของยานยนต์ โดยผสมผสานการสะท้อนแสงอาทิตย์ในระดับสูง การระบายความร้อนด้วยการแผ่รังสีแบบพาสซีฟ และความทนทานต่อสภาพอากาศของยานยนต์ในระยะยาว

เพื่อเพิ่มประสิทธิภาพการเลือกวัสดุสำหรับการออกแบบตัวเรือน LiDAR ของยานยนต์:

ระบุอลูมิเนียมเคลือบ PVDF ที่มีการแผ่รังสีสูง ( ε > 0.90): แผ่นโลหะผสมอลูมิเนียมควบคุม 3003-H14 หรือ 5052-H32 ที่เคลือบด้วยสีทับหน้า PVDF แบบสะท้อนแสงอาทิตย์ (25μm - 35μm)

ตรวจสอบเกณฑ์การดูดซับพลังงานแสงอาทิตย์ (aₛ < 0.25): ตรวจสอบให้แน่ใจว่าซัพพลายเออร์การเคลือบจัดทำรายงานการสะท้อนสเปกตรัมเพื่อยืนยันการสะท้อนของ NIR สูงในช่วง 700 นาโนเมตร - 2500 นาโนเมตร

รัศมีโค้งงอของการตรวจสอบปั๊ม (1T - 2T): บังคับใช้มาตรฐานการยึดเกาะของการเคลือบคอยล์ที่เข้มงวด (ASTM D3359 cross-hatch 5B) เพื่อให้แน่ใจว่าการเคลือบจะหลุดเป็นศูนย์ในระหว่างการปั๊มตัวเรือนแบบอัตโนมัติ