汽車倒車?yán)走_(dá)失效問(wèn)題分析

張 微，劉 喆，汪春華，王子龍

（1.中機(jī)車輛技術(shù)服務(wù)中心，北京 100070；2.中國(guó)汽車技術(shù)研究中心，天津 300300）

汽車倒車?yán)走_(dá)失效問(wèn)題分析

張 微1，劉 喆2，汪春華2，王子龍2

（1.中機(jī)車輛技術(shù)服務(wù)中心，北京 100070；2.中國(guó)汽車技術(shù)研究中心，天津 300300）

結(jié)合電磁兼容3要素，針對(duì)倒車?yán)走_(dá)失效原因進(jìn)行具體分析，對(duì)電磁干擾的干擾源、敏感設(shè)備、傳播路徑進(jìn)行逐一分析，提出有效的解決方案并進(jìn)行驗(yàn)證。

倒車?yán)走_(dá)；車載充電器；電磁干擾

根據(jù)用戶反饋，在使用USB車載充電器連接手機(jī)進(jìn)行充電、車輛處于倒擋狀態(tài)下并靠近后方障礙物時(shí)，倒車?yán)走_(dá)不能正常進(jìn)行報(bào)警。

對(duì)市場(chǎng)上隨機(jī)15款不同品牌型號(hào)的USB車載充電器進(jìn)行了對(duì)比驗(yàn)證，發(fā)現(xiàn)其中7款USB車載充電器能夠引起倒車?yán)走_(dá)失效問(wèn)題，說(shuō)明該現(xiàn)象并非個(gè)例。

汽車倒車?yán)走_(dá)與USB車載充電器并沒(méi)有直接關(guān)聯(lián)，但在產(chǎn)品的正常使用過(guò)程中，卻會(huì)引起電子設(shè)備間的相互干擾。本文從電磁兼容角度進(jìn)行分析研究，提出了一種解決倒車?yán)走_(dá)失效問(wèn)題的可行性方法。

1 倒車?yán)走_(dá)失效問(wèn)題分析

從倒車?yán)走_(dá)失效現(xiàn)象來(lái)看，USB車載充電器工作期間產(chǎn)生的電磁干擾明顯影響了倒車?yán)走_(dá)的正常工作。當(dāng)接入手機(jī)進(jìn)行充電時(shí)，倒車?yán)走_(dá)失效；當(dāng)未接入手機(jī)進(jìn)行充電時(shí)，倒車?yán)走_(dá)則能夠進(jìn)行正常工作。對(duì)其他類型電子產(chǎn)品接入充電時(shí)，同樣產(chǎn)生了類似問(wèn)題。因此，說(shuō)明當(dāng)電子設(shè)備接入U(xiǎn)SB車載充電器時(shí)，USB車載充電器工作產(chǎn)生功率輸出，引起電磁干擾問(wèn)題，從而導(dǎo)致倒車?yán)走_(dá)的功能失效。

2 車載充電器工作機(jī)理

在USB車載充電器連接手機(jī)進(jìn)行充電時(shí)，其作用是將車載蓄電池12 V直流電源轉(zhuǎn)換為5 V直流電源。USB車載充電器中核心部件是DC-DC變換器，將高壓直流電轉(zhuǎn)換為低壓直流電，電路原理如圖1所示。

當(dāng)開(kāi)關(guān)S導(dǎo)通時(shí)，電容C2開(kāi)始充電，輸入電源Ui給負(fù)載RL提供能量，iL增大，電感L儲(chǔ)存的電感能量增加，續(xù)流二極管D不導(dǎo)通；當(dāng)開(kāi)關(guān)S斷開(kāi)時(shí)，電流iL不能突變，通過(guò)續(xù)流二極管D給負(fù)載提供電能，電流iL線性減小。通過(guò)控制開(kāi)關(guān)的導(dǎo)通時(shí)間，即可控制平均輸出電壓的大小。

DC-DC變換器中開(kāi)關(guān)的工作頻率較高，一般在數(shù)十到數(shù)百kHz范圍，容易產(chǎn)生較大的du/dt和di/dt，從而產(chǎn)生較寬的頻譜和諧波成分，引起比較大的干擾信號(hào)。

對(duì)目標(biāo)車型的倒車?yán)走_(dá)控制器電源端電壓波形進(jìn)行采集，圖2分別是不充電和使用手機(jī)充電狀態(tài)下倒車?yán)走_(dá)輸入端電壓波形。

從圖2對(duì)比可以看出，USB車載充電器在工作時(shí)，倒車?yán)走_(dá)模塊的電源輸入受到了明顯的電壓干擾，并且主要的干擾頻率在300 kHz左右，幅值約為0.5 V，同時(shí)伴隨有更高頻的騷擾。

圖1 DC-DC變換器原理圖

圖2 倒車?yán)走_(dá)電源端電壓波形

3 倒車?yán)走_(dá)分析

倒車?yán)走_(dá)由3部分組成，包括超聲波傳感器、倒車?yán)走_(dá)控制器和顯示器。當(dāng)車輛切換到倒擋狀態(tài)時(shí)，倒車?yán)走_(dá)控制器通過(guò)車尾探頭發(fā)射超聲波，遇到障礙物后形成回波信號(hào)，通過(guò)傳感器接收輸入到控制器，經(jīng)數(shù)據(jù)處理發(fā)出相應(yīng)的報(bào)警信號(hào)。

倒車?yán)走_(dá)的傳感器為收發(fā)一體式超聲波傳感器，采用三線制，包括電源線、信號(hào)線和搭鐵線。電源線、信號(hào)線通過(guò)轉(zhuǎn)向盤(pán)下側(cè)的倒車?yán)走_(dá)控制器引出，沿副駕駛前側(cè)及車身右側(cè)到達(dá)車尾處倒車?yán)走_(dá)傳感器，單根線束長(zhǎng)度均在3m以上。同時(shí)，倒車?yán)走_(dá)傳感器搭鐵線采用就近搭鐵的處理方式，直接連接至車身后部?jī)蓚?cè)搭鐵點(diǎn)。

4 電磁干擾耦合路徑

車載充電器產(chǎn)生的干擾主要由DC-DC開(kāi)關(guān)電源引起。一般來(lái)說(shuō)，開(kāi)關(guān)電源中主要存在的干擾形式是傳導(dǎo)干擾和近場(chǎng)輻射干擾，以傳導(dǎo)干擾為主，有共模和差模2種形式。差模（DM）干擾噪聲主要由di/dt引起，通過(guò)寄生電感，電阻在火線和零線之間的回路中傳播，在2根線之間產(chǎn)生電流，不與搭鐵線構(gòu)成回路。共模（CM）干擾噪聲主要由du/dt引起，通過(guò)PCB的雜散電容在兩條電源線與搭鐵線的回路中傳播，干擾侵入線路和搭鐵之間。

首先，從電源網(wǎng)絡(luò)角度分析，車載充電器通過(guò)BCM模塊從IG1處取電，如圖3所示。倒車?yán)走_(dá)模塊從IG2取電，如圖4所示。IG1電源為車輛ON擋狀態(tài)下激活，IG2電源需要在車輛倒擋狀態(tài)下才能激活。因此，倒車?yán)走_(dá)模塊和車載充電器不屬于同一個(gè)電源網(wǎng)絡(luò)。

圖3 車載充電器電源網(wǎng)絡(luò)圖

圖4 倒車?yán)走_(dá)模塊電源網(wǎng)絡(luò)圖

其次，從搭鐵點(diǎn)角度分析，USB車載充電器搭鐵點(diǎn)在靠近前左車門(mén)內(nèi)側(cè)，倒車?yán)走_(dá)控制器搭鐵點(diǎn)在靠近前右車門(mén)內(nèi)側(cè)，而倒車傳感器搭鐵在后艙內(nèi)部?jī)蓚?cè)，均不存在共同的搭鐵點(diǎn)。同時(shí)，USB車載充電器在加入用電設(shè)備（例如手機(jī)）時(shí)，不影響搭鐵網(wǎng)絡(luò)的分布。

因此，USB車載充電器產(chǎn)生的電磁干擾無(wú)法直接通過(guò)電源、搭鐵對(duì)倒車?yán)走_(dá)系統(tǒng)進(jìn)行傳導(dǎo)干擾，但傳導(dǎo)干擾還存在3種間接的耦合途徑。

1）公共電源內(nèi)阻產(chǎn)生的電阻傳導(dǎo)耦合：由于12 V蓄電池自身內(nèi)阻Zs的存在，當(dāng)干擾電流通過(guò)時(shí)，在Zs上形成干擾電壓，從而USB車載充電器產(chǎn)生的電磁干擾可疊加在倒車?yán)走_(dá)電源上，形成共電源耦合干擾。如圖5所示。

2）公共搭鐵線阻抗產(chǎn)生的電阻傳導(dǎo)耦合：同樣，當(dāng)干擾電流通過(guò)金屬車身搭鐵時(shí)，通過(guò)車身共搭鐵阻抗Zg，會(huì)將干擾疊加在倒車?yán)走_(dá)的搭鐵上，形成共搭鐵耦合干擾。如圖6所示。

3）公共線路阻抗產(chǎn)生的電阻傳導(dǎo)耦合：車載充電器和倒車?yán)走_(dá)模塊之間存在公共線路，通過(guò)BCM內(nèi)部PCB走線間寄生參數(shù)的耦合，也能夠?qū)⒏蓴_傳播給倒車?yán)走_(dá)模塊。

另外，USB車載充電器產(chǎn)生的近場(chǎng)輻射也能夠通過(guò)空間耦合對(duì)倒車?yán)走_(dá)進(jìn)行干擾。由于倒車?yán)走_(dá)控制器與倒車?yán)走_(dá)傳感器之間的走線過(guò)長(zhǎng)，電源線、搭鐵線以及金屬車身搭鐵，3者形成一個(gè)面積較大的共模回路，近場(chǎng)的電磁輻射干擾極容易通過(guò)大面積回路耦合到線路中，對(duì)倒車?yán)走_(dá)系統(tǒng)產(chǎn)生干擾。

圖5 共電源阻抗耦合

圖6 共搭鐵阻抗耦合

5 解決辦法

通過(guò)對(duì)電磁干擾耦合路徑的分析，從傳導(dǎo)干擾和輻射干擾2方面進(jìn)行處理，主要解決倒車?yán)走_(dá)控制器電源受干擾問(wèn)題和信號(hào)線受干擾問(wèn)題。

從圖2中，倒車?yán)走_(dá)控制器電源受到明顯的干擾，其主要干擾集中在300 kHz以上，因此采用二階LC低通濾波器對(duì)電源上的干擾進(jìn)行抑制。根據(jù)截止頻率計(jì)算公式

取電感值為33μH，電容值1nF，設(shè)計(jì)截止頻率為277 kHz。

將濾波器串聯(lián)在靠近倒車?yán)走_(dá)控制器一側(cè)的電源線上，如圖7所示。

為了對(duì)比LC濾波器的抑制效果，進(jìn)行了傳導(dǎo)發(fā)射測(cè)試對(duì)比，將電源人工網(wǎng)絡(luò)串入倒車?yán)走_(dá)電源線，用接收機(jī)測(cè)量倒車?yán)走_(dá)電源端口的頻譜，如圖8所示。

圖7 倒車?yán)走_(dá)控制器電源濾波器

圖8 倒車?yán)走_(dá)電源線傳導(dǎo)發(fā)射結(jié)果對(duì)比

圖8中淺藍(lán)色線代表接入手機(jī)充電引起倒車?yán)走_(dá)失效狀態(tài)，紫色線代表不接手機(jī)充電狀態(tài)，深藍(lán)色線代表倒車?yán)走_(dá)電源端口接入LC濾波器后接入手機(jī)充電狀態(tài)。從圖8中可以看出，接入手機(jī)進(jìn)行充電時(shí)，倒車?yán)走_(dá)電源端口存在較強(qiáng)的低頻電磁干擾，從150 kHz到20 MHz都存在明顯的尖峰，最高達(dá)110 dBμV。對(duì)比增加LC濾波器后的結(jié)果，低頻段的電磁干擾得到明顯抑制。

另外，通過(guò)測(cè)試發(fā)現(xiàn)倒車?yán)走_(dá)傳感器信號(hào)線受到了電磁干擾，如圖9所示。圖9中黃色曲線為傳感器信號(hào)線電壓波形，存在許多毛刺，電壓波形明顯失真。

圖9 倒車?yán)走_(dá)電源線傳導(dǎo)發(fā)射結(jié)果對(duì)比

空間中電磁干擾容易耦合到大面積共模回路中，因此應(yīng)減小因倒車?yán)走_(dá)線束過(guò)長(zhǎng)引起的環(huán)路面積較大的共模回路。通過(guò)將倒車?yán)走_(dá)傳感器的搭鐵點(diǎn)改至倒車?yán)走_(dá)控制器搭鐵點(diǎn)，同時(shí)將搭鐵線與信號(hào)線進(jìn)行雙絞，保證共模回路面積盡可能減小，最大程度降低信號(hào)線受近場(chǎng)空間輻射的耦合干擾。通過(guò)線束處理后，信號(hào)線電壓波形如圖10所示，毛刺現(xiàn)象明顯消失。

圖10 倒車?yán)走_(dá)電源線傳導(dǎo)發(fā)射結(jié)果對(duì)比

通過(guò)倒車?yán)走_(dá)控制器的電源增加濾波，以及倒車?yán)走_(dá)傳感器搭鐵線處理。對(duì)7款引起倒車?yán)走_(dá)失效的USB車載充電器進(jìn)行重新測(cè)試，均未發(fā)現(xiàn)倒車?yán)走_(dá)失效現(xiàn)象。

6 結(jié)束語(yǔ)

本文對(duì)USB車載充電器引起的倒車?yán)走_(dá)失效問(wèn)題進(jìn)行研究，結(jié)合干擾源、敏感設(shè)備、傳播路徑等電磁兼容3要素角度進(jìn)行分析，并針對(duì)問(wèn)題提出了有效的解決辦法。

同時(shí)，各類車載用電設(shè)備普遍存在不同品牌間的品質(zhì)優(yōu)劣問(wèn)題，用戶在選購(gòu)時(shí)應(yīng)選擇有品質(zhì)保障的產(chǎn)品，避免類似品質(zhì)較差的電子設(shè)備對(duì)汽車電子系統(tǒng)產(chǎn)生電磁干擾，影響車輛功能安全。

［1］ 馮云庚，王艷秋.淺談倒車?yán)走_(dá)工作原理［J］.汽車電器，2011（3）：18-20.

［2］ 高京.車載倒車?yán)走_(dá)傳感器失效問(wèn)題分析及解決措施［J］.汽車電器，2015（4）：36-39.

［3］ 喬海波.車用DC/DC變換器主電路及其電磁兼容性研究［D］.上海：同濟(jì)大學(xué)，2008.

（編輯 凌 波）

Analysis to Car Reversing Radar Failure

ZHANG Wei1，LIU Zhe2，WANG Chun-hua2，WANG Zi-long2
（1. China Vehicle Technology Service Center，Beijing 100070，China；2. China Automotive Technology & Research Center，Tianjin 300300，China）

Combining the three elements of electromagnetic compatibility， the interference sources，sensitive equipment and propagation path of the electromagnetic interference are analyzed. An effective solution is proposed and validated.

reversing radar； vehicle power adapter； electromagnetic interference

U469.696

A

1003-8639（2017）05-0069-03

2017-03-10

張微（1966-），女，北京人，高級(jí)工程師，碩士，主要從事行業(yè)規(guī)劃設(shè)計(jì)、工廠認(rèn)證，汽車性能開(kāi)發(fā)管理服務(wù)工作；劉喆（1990-），男，河北咸寧人，工程師，碩士，主要從事汽車電子EMC測(cè)試與研究。