談汽車毫米波雷達(dá)探測失準(zhǔn)故障
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摘要：毫米波雷達(dá)在汽車上用于距離探測，起防撞、輔助變道、障礙物檢測等輔助駕駛作用，已經(jīng)獲得了越來越多的應(yīng)用。針對某車毫米波雷達(dá)在完成下線檢測校準(zhǔn)后仍然出現(xiàn)探測失準(zhǔn)的現(xiàn)象進(jìn)行分析，對導(dǎo)致雷達(dá)探測失準(zhǔn)的光學(xué)校準(zhǔn)因素進(jìn)行研究，驗證了雷達(dá)自身容許安裝誤差范圍對探測失準(zhǔn)的影響。
關(guān)鍵詞：毫米波雷達(dá)；探測失準(zhǔn)；下線檢測；光學(xué)校準(zhǔn)
引言
毫米波指的是波長介于1～10mm的電磁波，其波長短、頻段寬，較為容易實現(xiàn)窄波束。毫米波雷達(dá)分辨率高，不易受干擾，是測量被測物體相對距離、相對速度、相對方位的高精度傳感器，早期被應(yīng)用于軍事領(lǐng)域，隨著雷達(dá)技術(shù)的發(fā)展和進(jìn)步，毫米波雷達(dá)在汽車、無人機(jī)、智能交通等多個領(lǐng)域開始獲得應(yīng)用，隨著安全法規(guī)的提升和智能網(wǎng)聯(lián)趨勢的越發(fā)顯著，汽車用毫米波雷達(dá)得到了愈發(fā)廣泛的應(yīng)用，為汽車智能駕駛提供了巨大發(fā)展空間[1]。汽車用毫米波雷達(dá)不僅需要供應(yīng)商對其進(jìn)行測試以保障產(chǎn)品的性能和質(zhì)量，汽車生產(chǎn)廠家也需要評估汽車?yán)走_(dá)的技術(shù)指標(biāo)[2]。這就包括毫米波雷達(dá)在車輛上裝配完成后進(jìn)行的位置和角度標(biāo)定，以使其更好地發(fā)揮作用，這稱為下線檢測校準(zhǔn)。某車型在完成毫米波雷達(dá)下線檢測校準(zhǔn)后，行駛約1000公里時突發(fā)毫米波雷達(dá)故障，自適應(yīng)巡航系統(tǒng)不能正常工作，經(jīng)查故障碼為毫米波雷達(dá)失準(zhǔn)。隨后有數(shù)臺車陸續(xù)出現(xiàn)同樣的故障現(xiàn)象。對這些故障車輛的毫米波雷達(dá)安裝狀態(tài)進(jìn)行檢查，無松動異常，對毫米波雷達(dá)安裝部件進(jìn)行檢查，無破損現(xiàn)象，詢問車輛使用人員，車輛無任何改裝，也沒有針對毫米波雷達(dá)進(jìn)行任何拆裝改制操作。對這些車輛進(jìn)一步分析，發(fā)現(xiàn)所安裝的雷達(dá)為同一批次。
1理論分析
汽車用毫米波雷達(dá)下線檢測校準(zhǔn)主要目的是使雷達(dá)軸線與車輛的行駛軸線盡量重合或者是控制在一個允許的范圍內(nèi)。但雷達(dá)軸線通過外觀無法直接獲得，因此在雷達(dá)外表面安裝有反射鏡，即校準(zhǔn)鏡，其軸線與雷達(dá)軸線之間的偏差角度在雷達(dá)生產(chǎn)時已經(jīng)進(jìn)行了測量并寫入雷達(dá)傳感器，利用光學(xué)設(shè)備讀取校準(zhǔn)鏡的偏差進(jìn)行角度的調(diào)整和校正。雷達(dá)當(dāng)前常用的光學(xué)校準(zhǔn)方法如圖1所示，首先通過光學(xué)測量確定雷達(dá)上的校準(zhǔn)鏡軸線與車輛行駛軸線的偏差，再通過CAN（ControllerAreaNetwork，控制器局域網(wǎng)）網(wǎng)絡(luò)讀取校準(zhǔn)鏡與雷達(dá)軸線的偏差角，通過計算獲得所需的調(diào)整方向和調(diào)整量并顯示到相關(guān)屏幕上，最后通過人工調(diào)整安裝在整車上的校準(zhǔn)螺栓，調(diào)整雷達(dá)的水平方向和垂直方向，最終實現(xiàn)校準(zhǔn)目的。該光學(xué)設(shè)備內(nèi)部結(jié)構(gòu)示意圖如圖2所示，由點光源、透鏡、幕布以及相機(jī)等組成，用于發(fā)射光源到雷達(dá)外表面的校準(zhǔn)鏡上并記錄反射回來的光源在幕布上的位置，將此位置作為校準(zhǔn)鏡與車輛行駛軸線的偏差值輸出給計算機(jī)進(jìn)行計算。在進(jìn)行光學(xué)校準(zhǔn)之前，需要確保車輛完成四輪定位并有正確的胎壓，校準(zhǔn)時車輛所在的地面與光學(xué)設(shè)備都處于0°水平。為了提升雷達(dá)的探測精度和探測準(zhǔn)確度，針對雷達(dá)探測角度進(jìn)行了限制，讓雷達(dá)波束在所需要的范圍內(nèi)盡可能達(dá)到最大，為了適應(yīng)車輛姿態(tài)變化對雷達(dá)探測角度的影響，雷達(dá)在設(shè)計開發(fā)階段針對不同的偏差角度進(jìn)行了適配，使得雷達(dá)具備更大的容錯性，從而降低雷達(dá)安裝難度。當(dāng)前常見的雷達(dá)容許安裝誤差，在水平方向和垂直方向分別為理論設(shè)計角度±3°，該容許誤差不宜過大，否則會降低雷達(dá)的探測精度。理論設(shè)計角度指的是雷達(dá)在設(shè)計之初其相對于車輛橫向平面的設(shè)計角度，雷達(dá)的安裝、校準(zhǔn)以及性能匹配等都以該角度為基準(zhǔn)。針對轎車?yán)走_(dá)的理論設(shè)計角度一般為0°；針對SUV雷達(dá)的理論設(shè)計角度一般為-2°左右，即讓雷達(dá)天線表面在整車安裝狀態(tài)偏下，以獲得更大的雷達(dá)反射面。雷達(dá)的容許安裝誤差一般通過程序?qū)懭肜走_(dá)，雷達(dá)工作時會不斷檢測其實際角度與容許誤差的差異，當(dāng)實際角度長時間超出容許誤差時，將會停止雷達(dá)工作，并將故障反饋給駕駛員，以避免錯誤的探測結(jié)果給車輛駕駛安全帶來影響。故障車為獲得更大的雷達(dá)反射面，其雷達(dá)理論設(shè)計角度為-2°，在進(jìn)行光學(xué)校正時反射回幕布上的光點基本都處于幕布下方，校正范圍控制在±0.2°，理論上的校正合格范圍如圖3所示。將雷達(dá)校準(zhǔn)鏡的反射光點調(diào)整到位于投影幕布下方4°±0.4°范圍，則雷達(dá)位置位于整車裝配位置-2°±0.2°，此時校正合格，車輛予以放行。
2故障分析改進(jìn)
對于出現(xiàn)雷達(dá)失準(zhǔn)的車輛，追查其在做雷達(dá)光學(xué)校準(zhǔn)時候的結(jié)果，均符合校正要求。對這些車輛在故障時候的雷達(dá)垂直角度進(jìn)行測量，空載狀態(tài)下該垂直角度基本處于-2.9°～-2.7°，車輛滿載以后垂直角度略微超過-3.0°，均滿足雷達(dá)容許安裝誤差范圍，即理論設(shè)計角度±3°。對故障車輛重新校準(zhǔn)后，滿載狀態(tài)下不到半小時，車輛再次報雷達(dá)系統(tǒng)失準(zhǔn)故障；因此推斷，雷達(dá)的垂直角度容許安裝誤差異常。對雷達(dá)程序中的垂直角度容許范圍參數(shù)進(jìn)行排查，發(fā)現(xiàn)其值為0°±3°，當(dāng)雷達(dá)工作時，軟件檢測的垂直角度如果超出-3°～3°范圍就會報故障。而該車型雷達(dá)的垂直角度設(shè)計值為-2°，其設(shè)計容許安裝角度應(yīng)在-2°±3°范圍內(nèi)，即容許安裝角度應(yīng)為-5°～1°。通過修正雷達(dá)的容許安裝誤差參數(shù)，對出現(xiàn)雷達(dá)失準(zhǔn)的車輛再進(jìn)行測試，故障沒有復(fù)現(xiàn)。
3結(jié)論
雷達(dá)容許安裝誤差范圍不宜過小，并且雷達(dá)的容許安裝誤差范圍應(yīng)以理論設(shè)計角度為基準(zhǔn)，否則會導(dǎo)致諸如雷達(dá)系統(tǒng)失準(zhǔn)之類故障頻發(fā)。整車懸架系統(tǒng)設(shè)計時應(yīng)充分考慮車輛在不同載荷狀態(tài)下的車輛俯仰角變化，確保雷達(dá)工作時的水平角度和垂直角度所在的實際角度保持在雷達(dá)容許安裝誤差范圍之內(nèi)。研究中未對因胎壓變化和不同路面水平度造成雷達(dá)實際工作角度變化進(jìn)行分析，測試結(jié)果和理論分析對于類似問題的解決有一定參考和借鑒意義。
參考文獻(xiàn)
[1]韓寶石，王崢.車載毫米波雷達(dá)國內(nèi)外發(fā)展現(xiàn)狀綜述[J].數(shù)字通信世界，2019（9）：15-16.
[2]葉常青.汽車毫米波雷達(dá)測試分析與研究[J].信息通信，2019（7）：98-99.
作者：王孔龍 鈔永興 肖連飛 韓超 單位：北京汽車股份有限公司汽車研究院
