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，讓人們真正體會到了智能駕駛技術(shù)帶來的便利與舒適。據(jù)統(tǒng)計，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搭載智能駕駛模塊。但是，對于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，很容易受到外界的電磁干擾，因此對車內(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誤報警等，這樣不僅會給車內(nèi)乘客帶來非常不好的用車體驗，嚴(yán)重時還會威脅到車內(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候都重要。

1 PDC介紹

當(dāng)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(tǒng)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(guān)聯(lián)：車輛與障礙物距離越近，蜂鳴聲報警頻次越高。當(dāng)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(tǒng)包括超聲波傳感器（發(fā)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(dá)傳感器發(fā)出一串特定頻率的超聲波信號，信號經(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(dá)發(fā)射與接收到超聲波的時間差。

圖1 PDC系統(tǒng)工作原理圖

超聲波雷達(dá)的接收前級是弱小信號，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，大部分驅(qū)動電機(jī)都會工作，此時車輛內(nèi)部或外部都會有很強(qiáng)的電磁輻射，因此在PDC設(shè)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(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，因此需要對該問題進(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(jī)電源線上的同頻干擾所導(dǎo)致（用示波器測量水泵電機(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，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(jìn)行EMC特性分析。同時對實車水泵電機(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(yīng)的零件EMC測試項為磁場發(fā)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(fā)射頻率與限值

表2 磁場抗干擾測試要求

2.2.1 水泵電機(jī)

水泵電機(jī)為騷擾源，因此對水泵電機(jī)進(jìn)行磁場發(fā)射測試，測試結(jié)果見圖3，其中紅色曲線為車廠要求的限值曲線，藍(lán)色曲線為零件實測發(fā)射值。從測試圖可以看出，水泵電機(jī)的磁場發(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)單體零件磁場發(fā)射測試項滿足車廠要求。

圖3 水泵電機(jī)接插件處磁場發(fā)射測試結(jié)果

2.2.2 水泵電機(jī)電源線

查看水泵電機(jī)的實車布線設(shè)計圖，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?？拷仪癙DC傳感器，見圖4。根據(jù)EMC理論及經(jīng)驗，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，因此對其進(jìn)行磁場抗擾度測試，測試結(jié)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(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(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)間歇性誤報警問題的發(fā)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(jié)論，分別對水泵電機(jī)、水泵電機(jī)電源線及前PDC傳感器進(jìn)行針對性整改，再輔以整車問題驗證，最終得出前PDC系統(tǒng)間歇性誤報警問題的解決方案。

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幅值。從示波器上查看水泵電機(jī)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(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(tǒng)間歇性誤報警問題未再出現(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(jī)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(tǒng)間歇性誤報警的問題未再出現(xiàn)，再將搭鐵點改回搭鐵點3，PDC失效問題再次復(fù)現(xiàn)，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(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，然后對其進(jìn)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(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(tǒng)間歇性誤報警的問題未再出現(xiàn)，將銅箔去除，前PDC失效問題再次復(fù)現(xiàn)，因此可證實此措施有效。

表4 磁場抗干擾輻射線圈法測試結(jié)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(fù)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(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(jìn)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(jī)電源口加電容及調(diào)整水泵電機(jī)電源搭鐵點兩個方案只能解決現(xiàn)有PDC誤報警問題，實車上仍然存在其他未知風(fēng)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(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；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(jié)論

系統(tǒng)或整車電磁兼容風(fēng)險評估伴隨在整個車輛開發(fā)周期，從零部件設(shè)計開發(fā)到整車布置設(shè)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(shè)計時，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)計規(guī)范進(jìn)行零件布局布線，就會大幅降低系統(tǒng)或整車電磁兼容失效的風(fēng)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。