車輛前泊車輔助系統間歇性誤報警問題研究

徐 磊

（同濟大學汽車學院，上海 201804）

隨著智能駕駛技術的快速發展，越來越多的車載新技術應運而生，例如HUD抬頭顯示、ACC自適應巡航、360環視和PDC泊車輔助控制等，這些技術在一定程度上解放了駕駛員的大腦和雙手，讓人們真正體會到了智能駕駛技術帶來的便利與舒適。據統計，95%以上的車輛制造商都具備了智能駕駛技術，在未來幾年，幾乎所有車輛都將會搭載智能駕駛模塊。但是，對于360環視攝像頭、PDC泊車輔助控制傳感器等模塊，其傳輸的都是模擬信號，很容易受到外界的電磁干擾，因此對車內的電磁環境要求非常高。而隨著車載新模塊和新零件的不斷增加，很多零件會在有限的整車布置空間內盡可能地靠近，這就導致車內電磁環境變得更加復雜。此時若忽略了騷擾源與敏感體的安全布置距離，就有很大可能出現敏感體零件無法正常工作的情況，例如360環視界面出現水波紋、PDC誤報警等，這樣不僅會給車內乘客帶來非常不好的用車體驗，嚴重時還會威脅到車內乘客的生命安全，因此，提高零件及整車的電磁兼容性能比以前任何時候都重要。

1 PDC介紹

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

PDC系統包括超聲波傳感器（發射與接收）、信號控制與處理模塊、報警及其輔助模塊等。它的工作原理主要是：控制器控制超聲波雷達傳感器發出一串特定頻率的超聲波信號，信號經前方障礙物反射回來由雷達傳感器接收，見圖1；此時通過PDC信號控制與處理模塊運算獲得兩者的時間差值，并利用公式（×）/2計算距離，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，為超聲波雷達發射與接收到超聲波的時間差。

圖1 PDC系統工作原理圖

超聲波雷達的接收前級是弱小信號，很容易受到車內或外界復雜電磁環境的干擾，而汽車在工作時，大部分驅動電機都會工作，此時車輛內部或外部都會有很強的電磁輻射，因此在PDC設計或安裝時都需要考慮抗干擾問題。

2 前PDC實車間歇性誤報警失效案例

2.1 問題描述

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

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探頭等輔助工具探測驗證，最終鎖定前PDC間歇性誤報警問題是由于水泵電機電源線上的同頻干擾所導致（用示波器測量水泵電機電源線，顯示電源線上有頻率為46kHz左右幅值450mV的周期性信號，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，即對騷擾源、騷擾路徑及敏感體進行EMC特性分析。同時對實車水泵電機與PDC傳感器的布局布線進行檢查，最后根據分析檢查結果進行針對性整改。

圖2 電源線上信號波形

前PDC失效頻率在48kHz左右，參考車廠零件管控要求，所對應的零件EMC測試項為磁場發射（20Hz～200kHz）及磁場抗擾度（15Hz～150kHz）兩項測試，見表1、表2。

表1 磁場發射頻率與限值

表2 磁場抗干擾測試要求

2.2.1 水泵電機

水泵電機為騷擾源，因此對水泵電機進行磁場發射測試，測試結果見圖3，其中紅色曲線為車廠要求的限值曲線，藍色曲線為零件實測發射值。從測試圖可以看出，水泵電機的磁場發射值均在車廠要求的限值線以下（參考表1），說明水泵電機單體零件磁場發射測試項滿足車廠要求。

圖3 水泵電機接插件處磁場發射測試結果

2.2.2 水泵電機電源線

查看水泵電機的實車布線設計圖，發現水泵電機的電源走線環路面積非常大，并且非常靠近右前PDC傳感器，見圖4。根據EMC理論及經驗，騷擾零件的走線環路越大，越靠近敏感體零件就越容易產生EMC問題，由此可得，水泵電機的電源線布線不合理。

圖4 前艙水泵電機與右前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，因此對其進行磁場抗擾度測試，測試結果見表3。從表中可以看出，前PDC傳感器在Level1測試條件下出現失效，而根據車廠的企標要求（表2），此零件屬于Region II零件，因此在Level 1測試條件下不允許出現任何失效，即前PDC傳感器單體零件磁場抗擾度測試項不滿足車廠要求。

表3 磁場抗干擾輻射線圈法測試結果

通過以上分析可得，在EMC三要素中，水泵電機單體零件滿足車廠要求，水泵電機電源線布線不合理，前PDC傳感器不滿足車廠要求，后兩者都可能導致前PDC系統間歇性誤報警問題的發生。

2.3 整改方案制定與實施

通過問題排查分析所得出的結論，分別對水泵電機、水泵電機電源線及前PDC傳感器進行針對性整改，再輔以整車問題驗證，最終得出前PDC系統間歇性誤報警問題的解決方案。

2.3.1 水泵電機整改

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

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或整車電磁兼容風險控制的重要措施。在實車其他原始條件保持不變的情況下，將水泵電機的電源線搭鐵點由搭鐵點3改為搭鐵點1（圖4和圖7），此后前PDC系統間歇性誤報警的問題未再出現，再將搭鐵點改回搭鐵點3，PDC失效問題再次復現，由此可證實此措施有效。

圖7 搭鐵點3改為搭鐵點1的電流回路示意圖

2.3.3 前PDC傳感器整改

由于PDC傳感器內部含有磁敏感器件，非常容易受到外界或車內電磁環境的干擾。從此前分析來看，前PDC誤報警是由于其受到水泵電機電源線上的空間耦合干擾所導致，而增強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，然后對其進行零件磁場抗擾度測試，驗證其抗干擾能力是否有提升。通過零件測試結果發現，零件性能得到明顯改善，可以滿足車廠要求的磁場抗擾度Level2的測試要求，如表4所示。在實車其他原始條件保持不變的情況下，用銅箔包裹前PDC傳感器的非探測部分，此時前PDC系統間歇性誤報警的問題未再出現，將銅箔去除，前PDC失效問題再次復現，因此可證實此措施有效。

表4 磁場抗干擾輻射線圈法測試結果

2.4 實車解決方案實際可行性分析及選擇

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

表5 解決方案實際可行性評估表

由表5可得，在水泵電機電源口加電容及調整水泵電機電源搭鐵點兩個方案只能解決現有PDC誤報警問題，實車上仍然存在其他未知風險；而在PDC傳感器非探測部分增加屏蔽罩的方案，不僅能解決其被水泵電機干擾的問題，而且還能從根本上降低其被車內其他潛在騷擾源干擾的風險；因此，給前PDC傳感器增加屏蔽罩被選為解決其間歇性誤報警問題的最實際且可行的方案。

3 結論

系統或整車電磁兼容風險評估伴隨在整個車輛開發周期，從零部件設計開發到整車布置設計，再到后期實車測試驗證等，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計時，將敏感類零件布置在盡可能遠離騷擾零件的位置。

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路盡可能的小。

車輛制造商只要嚴格參照企標要求管控零件開發，嚴格參照整車設計規范進行零件布局布線，就會大幅降低系統或整車電磁兼容失效的風險，降低后期整車整改費用，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。