車輛前泊車輔助系統(tǒng)間歇性誤報(bào)警問題研究

徐 磊

（同濟(jì)大學(xué)汽車學(xué)院，上海 201804）

隨著智能駕駛技術(shù)的快速發(fā)展，越來越多的車載新技術(shù)應(yīng)運(yùn)而生，例如HUD抬頭顯示、ACC自適應(yīng)巡航、360環(huán)視和PDC泊車輔助控制等，這些技術(shù)在一定程度上解放了駕駛員的大腦和雙手，讓人們真正體會(huì)到了智能駕駛技術(shù)帶來的便利與舒適。據(jù)統(tǒng)計(jì)，95%以上的車輛制造商都具備了智能駕駛技術(shù)，在未來幾年，幾乎所有車輛都將會(huì)搭載智能駕駛模塊。但是，對(duì)于360環(huán)視攝像頭、PDC泊車輔助控制傳感器等模塊，其傳輸?shù)亩际悄M信號(hào)，很容易受到外界的電磁干擾，因此對(duì)車內(nèi)的電磁環(huán)境要求非常高。而隨著車載新模塊和新零件的不斷增加，很多零件會(huì)在有限的整車布置空間內(nèi)盡可能地靠近，這就導(dǎo)致車內(nèi)電磁環(huán)境變得更加復(fù)雜。此時(shí)若忽略了騷擾源與敏感體的安全布置距離，就有很大可能出現(xiàn)敏感體零件無法正常工作的情況，例如360環(huán)視界面出現(xiàn)水波紋、PDC誤報(bào)警等，這樣不僅會(huì)給車內(nèi)乘客帶來非常不好的用車體驗(yàn)，嚴(yán)重時(shí)還會(huì)威脅到車內(nèi)乘客的生命安全，因此，提高零件及整車的電磁兼容性能比以前任何時(shí)候都重要。

1 PDC介紹

當(dāng)駕駛員停車或低速行駛時(shí)，PDC將通過前超聲波傳感器檢測(cè)車輛前方的障礙物，一旦檢測(cè)到障礙物，系統(tǒng)將通過聲音和可視距離顯示警告駕駛員。聲音報(bào)警的蜂鳴聲間隔頻次與車輛到障礙物的距離相關(guān)聯(lián)：車輛與障礙物距離越近，蜂鳴聲報(bào)警頻次越高。當(dāng)駕駛員倒車時(shí)，PDC將通過后超聲波傳感器檢測(cè)車輛后方的障礙物。

PDC系統(tǒng)包括超聲波傳感器（發(fā)射與接收）、信號(hào)控制與處理模塊、報(bào)警及其輔助模塊等。它的工作原理主要是：控制器控制超聲波雷達(dá)傳感器發(fā)出一串特定頻率的超聲波信號(hào)，信號(hào)經(jīng)前方障礙物反射回來由雷達(dá)傳感器接收，見圖1；此時(shí)通過PDC信號(hào)控制與處理模塊運(yùn)算獲得兩者的時(shí)間差值，并利用公式（×）/2計(jì)算距離，為車輛與障礙物之間的距離，為超聲波在空氣中的傳播速度，為超聲波雷達(dá)發(fā)射與接收到超聲波的時(shí)間差。

圖1 PDC系統(tǒng)工作原理圖

超聲波雷達(dá)的接收前級(jí)是弱小信號(hào)，很容易受到車內(nèi)或外界復(fù)雜電磁環(huán)境的干擾，而汽車在工作時(shí)，大部分驅(qū)動(dòng)電機(jī)都會(huì)工作，此時(shí)車輛內(nèi)部或外部都會(huì)有很強(qiáng)的電磁輻射，因此在PDC設(shè)計(jì)或安裝時(shí)都需要考慮抗干擾問題。

2 前PDC實(shí)車間歇性誤報(bào)警失效案例

2.1 問題描述

車輛在低速行駛時(shí)（20km/h以下），車輛前PDC間歇性發(fā)出警示音，提醒駕駛員前方有障礙物，而下車檢查并未發(fā)現(xiàn)車輛前方存在任何障礙物，因此被定為誤報(bào)警。該問題的發(fā)生讓駕駛員無法做出正確的判斷，嚴(yán)重影響到用戶的用車體驗(yàn)，因此需要對(duì)該問題進(jìn)行排查和解決。

2.2 問題排查分析

從整車零件布局圖、前PDC傳感器安裝和走線位置判斷，騷擾源大概率來自車輛前艙。再通過頻譜儀及近場(chǎng)探頭等輔助工具探測(cè)驗(yàn)證，最終鎖定前PDC間歇性誤報(bào)警問題是由于水泵電機(jī)電源線上的同頻干擾所導(dǎo)致（用示波器測(cè)量水泵電機(jī)電源線，顯示電源線上有頻率為46kHz左右幅值450mV的周期性信號(hào)，如圖2所示，而本車輛PDC傳感器的工作頻率為48kHz）。問題排查從電磁兼容（EMC）三要素入手，即對(duì)騷擾源、騷擾路徑及敏感體進(jìn)行EMC特性分析。同時(shí)對(duì)實(shí)車水泵電機(jī)與PDC傳感器的布局布線進(jìn)行檢查，最后根據(jù)分析檢查結(jié)果進(jìn)行針對(duì)性整改。

圖2 電源線上信號(hào)波形

前PDC失效頻率在48kHz左右，參考車廠零件管控要求，所對(duì)應(yīng)的零件EMC測(cè)試項(xiàng)為磁場(chǎng)發(fā)射（20Hz～200kHz）及磁場(chǎng)抗擾度（15Hz～150kHz）兩項(xiàng)測(cè)試，見表1、表2。

表1 磁場(chǎng)發(fā)射頻率與限值

表2 磁場(chǎng)抗干擾測(cè)試要求

2.2.1 水泵電機(jī)

水泵電機(jī)為騷擾源，因此對(duì)水泵電機(jī)進(jìn)行磁場(chǎng)發(fā)射測(cè)試，測(cè)試結(jié)果見圖3，其中紅色曲線為車廠要求的限值曲線，藍(lán)色曲線為零件實(shí)測(cè)發(fā)射值。從測(cè)試圖可以看出，水泵電機(jī)的磁場(chǎng)發(fā)射值均在車廠要求的限值線以下（參考表1），說明水泵電機(jī)單體零件磁場(chǎng)發(fā)射測(cè)試項(xiàng)滿足車廠要求。

圖3 水泵電機(jī)接插件處磁場(chǎng)發(fā)射測(cè)試結(jié)果

2.2.2 水泵電機(jī)電源線

查看水泵電機(jī)的實(shí)車布線設(shè)計(jì)圖，發(fā)現(xiàn)水泵電機(jī)的電源走線環(huán)路面積非常大，并且非常靠近右前PDC傳感器，見圖4。根據(jù)EMC理論及經(jīng)驗(yàn)，騷擾零件的走線環(huán)路越大，越靠近敏感體零件就越容易產(chǎn)生EMC問題，由此可得，水泵電機(jī)的電源線布線不合理。

圖4 前艙水泵電機(jī)與右前PDC傳感器布局走線圖

2.2.3 前PDC傳感器

前PDC傳感器為受干擾零件，因此對(duì)其進(jìn)行磁場(chǎng)抗擾度測(cè)試，測(cè)試結(jié)果見表3。從表中可以看出，前PDC傳感器在Level1測(cè)試條件下出現(xiàn)失效，而根據(jù)車廠的企標(biāo)要求（表2），此零件屬于Region II零件，因此在Level 1測(cè)試條件下不允許出現(xiàn)任何失效，即前PDC傳感器單體零件磁場(chǎng)抗擾度測(cè)試項(xiàng)不滿足車廠要求。

表3 磁場(chǎng)抗干擾輻射線圈法測(cè)試結(jié)果

通過以上分析可得，在EMC三要素中，水泵電機(jī)單體零件滿足車廠要求，水泵電機(jī)電源線布線不合理，前PDC傳感器不滿足車廠要求，后兩者都可能導(dǎo)致前PDC系統(tǒng)間歇性誤報(bào)警問題的發(fā)生。

2.3 整改方案制定與實(shí)施

通過問題排查分析所得出的結(jié)論，分別對(duì)水泵電機(jī)、水泵電機(jī)電源線及前PDC傳感器進(jìn)行針對(duì)性整改，再輔以整車問題驗(yàn)證，最終得出前PDC系統(tǒng)間歇性誤報(bào)警問題的解決方案。

2.3.1 水泵電機(jī)整改

水泵電機(jī)雖在零件層面滿足車廠企標(biāo)要求，但其作為騷擾源，需嘗試從源頭降低騷擾信號(hào)幅值。從示波器上查看水泵電機(jī)電源線上的騷擾信號(hào)初始幅值在114mV左右，因失效頻率低，故在其他實(shí)車原始條件保持不變的情況下，在水泵電機(jī)電源線與搭鐵線之間增加1000μF電容，用以穩(wěn)壓消除雜波的作用，見圖5，此時(shí)示波器顯示騷擾信號(hào)的幅值由450mV降至85mV，見圖6，此后前PDC系統(tǒng)間歇性誤報(bào)警問題未再出現(xiàn)，再將電容移除，PDC失效問題再次復(fù)現(xiàn)，因此可證實(shí)此措施有效。

圖5 電容安裝位置

圖6 增加電容后電源線雜波幅值降為85mV

2.3.2 水泵電機(jī)電源線整改

從電磁兼容三要素來看，騷擾路徑是電磁干擾形成的必備條件之一，因此從路徑上阻斷或降低騷擾源是系統(tǒng)或整車電磁兼容風(fēng)險(xiǎn)控制的重要措施。在實(shí)車其他原始條件保持不變的情況下，將水泵電機(jī)的電源線搭鐵點(diǎn)由搭鐵點(diǎn)3改為搭鐵點(diǎn)1（圖4和圖7），此后前PDC系統(tǒng)間歇性誤報(bào)警的問題未再出現(xiàn)，再將搭鐵點(diǎn)改回搭鐵點(diǎn)3，PDC失效問題再次復(fù)現(xiàn)，由此可證實(shí)此措施有效。

圖7 搭鐵點(diǎn)3改為搭鐵點(diǎn)1的電流回路示意圖

2.3.3 前PDC傳感器整改

由于PDC傳感器內(nèi)部含有磁敏感器件，非常容易受到外界或車內(nèi)電磁環(huán)境的干擾。從此前分析來看，前PDC誤報(bào)警是由于其受到水泵電機(jī)電源線上的空間耦合干擾所導(dǎo)致，而增強(qiáng)零件的屏蔽性能是解決空間耦合干擾的最有效且最快速的措施之一。用銅箔將前PDC傳感器包裹，然后對(duì)其進(jìn)行零件磁場(chǎng)抗擾度測(cè)試，驗(yàn)證其抗干擾能力是否有提升。通過零件測(cè)試結(jié)果發(fā)現(xiàn)，零件性能得到明顯改善，可以滿足車廠要求的磁場(chǎng)抗擾度Level2的測(cè)試要求，如表4所示。在實(shí)車其他原始條件保持不變的情況下，用銅箔包裹前PDC傳感器的非探測(cè)部分，此時(shí)前PDC系統(tǒng)間歇性誤報(bào)警的問題未再出現(xiàn)，將銅箔去除，前PDC失效問題再次復(fù)現(xiàn)，因此可證實(shí)此措施有效。

表4 磁場(chǎng)抗干擾輻射線圈法測(cè)試結(jié)果

2.4 實(shí)車解決方案實(shí)際可行性分析及選擇

通過零件整改及實(shí)車反復(fù)驗(yàn)證得出，能夠解決前PDC間歇性誤報(bào)警問題的方案共3種：①在水泵電機(jī)電源線與搭鐵線之間增加1000μF電容；②將水泵電機(jī)電源搭鐵點(diǎn)更改搭鐵點(diǎn)1；③在前PDC傳感器非探測(cè)部分增加屏蔽罩。但最終方案選取時(shí)，還需進(jìn)行實(shí)際可行性分析，詳見表5。

表5 解決方案實(shí)際可行性評(píng)估表

由表5可得，在水泵電機(jī)電源口加電容及調(diào)整水泵電機(jī)電源搭鐵點(diǎn)兩個(gè)方案只能解決現(xiàn)有PDC誤報(bào)警問題，實(shí)車上仍然存在其他未知風(fēng)險(xiǎn)；而在PDC傳感器非探測(cè)部分增加屏蔽罩的方案，不僅能解決其被水泵電機(jī)干擾的問題，而且還能從根本上降低其被車內(nèi)其他潛在騷擾源干擾的風(fēng)險(xiǎn)；因此，給前PDC傳感器增加屏蔽罩被選為解決其間歇性誤報(bào)警問題的最實(shí)際且可行的方案。

3 結(jié)論

系統(tǒng)或整車電磁兼容風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估伴隨在整個(gè)車輛開發(fā)周期，從零部件設(shè)計(jì)開發(fā)到整車布置設(shè)計(jì)，再到后期實(shí)車測(cè)試驗(yàn)證等，因此車輛制造商在保證零件電磁兼容性能滿足車廠要求的前提下，還要遵循以下原則。

1）前期零件布局布線設(shè)計(jì)時(shí)，將敏感類零件布置在盡可能遠(yuǎn)離騷擾零件的位置。

2）盡量做到騷擾類零件與敏感體零件既不共搭鐵也不共電源。

3）保證所有零件在整車上的走線環(huán)路盡可能的小。

車輛制造商只要嚴(yán)格參照企標(biāo)要求管控零件開發(fā)，嚴(yán)格參照整車設(shè)計(jì)規(guī)范進(jìn)行零件布局布線，就會(huì)大幅降低系統(tǒng)或整車電磁兼容失效的風(fēng)險(xiǎn)，降低后期整車整改費(fèi)用，提高車輛的安全性與舒適性，最終讓乘客擁有良好的用車體驗(yàn)。