談汽車毫米波雷達探測失準故障
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摘要：毫米波雷達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用。針對某車毫米波雷達在完成下線檢測校準后仍然出現(xiàn)探測失準的現(xiàn)象進行分析，對導致雷達探測失準的光學校準因素進行研究，驗證了雷達自身容許安裝誤差范圍對探測失準的影響。
關鍵詞：毫米波雷達；探測失準；下線檢測；光學校準
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，早期被應用于軍事領域，隨著雷達技術的發(fā)展和進步，毫米波雷達在汽車、無人機、智能交通等多個領域開始獲得應用，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，汽車用毫米波雷達得到了愈發(fā)廣泛的應用，為汽車智能駕駛提供了巨大發(fā)展空間[1]。汽車用毫米波雷達不僅需要供應商對其進行測試以保障產(chǎn)品的性能和質(zhì)量，汽車生產(chǎn)廠家也需要評估汽車雷達的技術指標[2]。這就包括毫米波雷達在車輛上裝配完成后進行的位置和角度標定，以使其更好地發(fā)揮作用，這稱為下線檢測校準。某車型在完成毫米波雷達下線檢測校準后，行駛約1000公里時突發(fā)毫米波雷達故障，自適應巡航系統(tǒng)不能正常工作，經(jīng)查故障碼為毫米波雷達失準。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安裝狀態(tài)進行檢查，無松動異常，對毫米波雷達安裝部件進行檢查，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進行任何拆裝改制操作。對這些車輛進一步分析，發(fā)現(xiàn)所安裝的雷達為同一批次。
1理論分析
汽車用毫米波雷達下線檢測校準主要目的是使雷達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)。但雷達軸線通過外觀無法直接獲得，因此在雷達外表面安裝有反射鏡，即校準鏡，其軸線與雷達軸線之間的偏差角度在雷達生產(chǎn)時已經(jīng)進行了測量并寫入雷達傳感器，利用光學設備讀取校準鏡的偏差進行角度的調(diào)整和校正。雷達當前常用的光學校準方法如圖1所示，首先通過光學測量確定雷達上的校準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)絡讀取校準鏡與雷達軸線的偏差角，通過計算獲得所需的調(diào)整方向和調(diào)整量并顯示到相關屏幕上，最后通過人工調(diào)整安裝在整車上的校準螺栓，調(diào)整雷達的水平方向和垂直方向，最終實現(xiàn)校準目的。該光學設備內(nèi)部結構示意圖如圖2所示，由點光源、透鏡、幕布以及相機等組成，用于發(fā)射光源到雷達外表面的校準鏡上并記錄反射回來的光源在幕布上的位置，將此位置作為校準鏡與車輛行駛軸線的偏差值輸出給計算機進行計算。在進行光學校準之前，需要確保車輛完成四輪定位并有正確的胎壓，校準時車輛所在的地面與光學設備都處于0°水平。為了提升雷達的探測精度和探測準確度，針對雷達探測角度進行了限制，讓雷達波束在所需要的范圍內(nèi)盡可能達到最大，為了適應車輛姿態(tài)變化對雷達探測角度的影響，雷達在設計開發(fā)階段針對不同的偏差角度進行了適配，使得雷達具備更大的容錯性，從而降低雷達安裝難度。當前常見的雷達容許安裝誤差，在水平方向和垂直方向分別為理論設計角度±3°，該容許誤差不宜過大，否則會降低雷達的探測精度。理論設計角度指的是雷達在設計之初其相對于車輛橫向平面的設計角度，雷達的安裝、校準以及性能匹配等都以該角度為基準。針對轎車雷達的理論設計角度一般為0°；針對SUV雷達的理論設計角度一般為-2°左右，即讓雷達天線表面在整車安裝狀態(tài)偏下，以獲得更大的雷達反射面。雷達的容許安裝誤差一般通過程序?qū)懭肜走_，雷達工作時會不斷檢測其實際角度與容許誤差的差異，當實際角度長時間超出容許誤差時，將會停止雷達工作，并將故障反饋給駕駛員，以避免錯誤的探測結果給車輛駕駛安全帶來影響。故障車為獲得更大的雷達反射面，其雷達理論設計角度為-2°，在進行光學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。將雷達校準鏡的反射光點調(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
對于出現(xiàn)雷達失準的車輛，追查其在做雷達光學校準時候的結果，均符合校正要求。對這些車輛在故障時候的雷達垂直角度進行測量，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°，均滿足雷達容許安裝誤差范圍，即理論設計角度±3°。對故障車輛重新校準后，滿載狀態(tài)下不到半小時，車輛再次報雷達系統(tǒng)失準故障；因此推斷，雷達的垂直角度容許安裝誤差異常。對雷達程序中的垂直角度容許范圍參數(shù)進行排查，發(fā)現(xiàn)其值為0°±3°，當雷達工作時，軟件檢測的垂直角度如果超出-3°～3°范圍就會報故障。而該車型雷達的垂直角度設計值為-2°，其設計容許安裝角度應在-2°±3°范圍內(nèi)，即容許安裝角度應為-5°～1°。通過修正雷達的容許安裝誤差參數(shù)，對出現(xiàn)雷達失準的車輛再進行測試，故障沒有復現(xiàn)。
3結論
雷達容許安裝誤差范圍不宜過小，并且雷達的容許安裝誤差范圍應以理論設計角度為基準，否則會導致諸如雷達系統(tǒng)失準之類故障頻發(fā)。整車懸架系統(tǒng)設計時應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實際工作角度變化進行分析，測試結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
[1]韓寶石，王崢.車載毫米波雷達國內(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
