王孔龍，鈔永興，肖連飛，韓 超Wang Konglong，Chao Yongxing，Xiao Lianfei，Han Chao

汽車(chē)毫米波雷達(dá)探測(cè)失準(zhǔn)故障分析

王孔龍，鈔永興，肖連飛，韓 超
Wang Konglong，Chao Yongxing，Xiao Lianfei，Han Chao

（北京汽車(chē)股份有限公司汽車(chē)研究院，北京 101300）

毫米波雷達(dá)在汽車(chē)上用于距離探測(cè)，起防撞、輔助變道、障礙物檢測(cè)等輔助駕駛作用，已經(jīng)獲得了越來(lái)越多的應(yīng)用。針對(duì)某車(chē)毫米波雷達(dá)在完成下線(xiàn)檢測(cè)校準(zhǔn)后仍然出現(xiàn)探測(cè)失準(zhǔn)的現(xiàn)象進(jìn)行分析，對(duì)導(dǎo)致雷達(dá)探測(cè)失準(zhǔn)的光學(xué)校準(zhǔn)因素進(jìn)行研究，驗(yàn)證了雷達(dá)自身容許安裝誤差范圍對(duì)探測(cè)失準(zhǔn)的影響。

毫米波雷達(dá)；探測(cè)失準(zhǔn)；下線(xiàn)檢測(cè)；光學(xué)校準(zhǔn)

0 引 言

毫米波指的是波長(zhǎng)介于1～10 mm的電磁波，其波長(zhǎng)短、頻段寬，較為容易實(shí)現(xiàn)窄波束。毫米波雷達(dá)分辨率高，不易受干擾，是測(cè)量被測(cè)物體相對(duì)距離、相對(duì)速度、相對(duì)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(chē)、無(wú)人機(jī)、智能交通等多個(gè)領(lǐng)域開(kāi)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(shì)的越發(fā)顯著，汽車(chē)用毫米波雷達(dá)得到了愈發(fā)廣泛的應(yīng)用，為汽車(chē)智能駕駛提供了巨大發(fā)展空間[1]。

汽車(chē)用毫米波雷達(dá)不僅需要供應(yīng)商對(duì)其進(jìn)行測(cè)試以保障產(chǎn)品的性能和質(zhì)量，汽車(chē)生產(chǎn)廠家也需要評(píng)估汽車(chē)?yán)走_(dá)的技術(shù)指標(biāo)[2]。這就包括毫米波雷達(dá)在車(chē)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(chēng)為下線(xiàn)檢測(cè)校準(zhǔn)。

某車(chē)型在完成毫米波雷達(dá)下線(xiàn)檢測(cè)校準(zhǔn)后，行駛約1 000公里時(shí)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(tái)車(chē)陸續(xù)出現(xiàn)同樣的故障現(xiàn)象。對(duì)這些故障車(chē)輛的毫米波雷達(dá)安裝狀態(tài)進(jìn)行檢查，無(wú)松動(dòng)異常，對(duì)毫米波雷達(dá)安裝部件進(jìn)行檢查，無(wú)破損現(xiàn)象，詢(xún)問(wèn)車(chē)輛使用人員，車(chē)輛無(wú)任何改裝，也沒(méi)有針對(duì)毫米波雷達(dá)進(jìn)行任何拆裝改制操作。對(duì)這些車(chē)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(chē)用毫米波雷達(dá)下線(xiàn)檢測(cè)校準(zhǔn)主要目的是使雷達(dá)軸線(xiàn)與車(chē)輛的行駛軸線(xiàn)盡量重合或者是控制在一個(gè)允許的范圍內(nèi)。但雷達(dá)軸線(xiàn)通過(guò)外觀無(wú)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(xiàn)與雷達(dá)軸線(xiàn)之間的偏差角度在雷達(dá)生產(chǎn)時(shí)已經(jīng)進(jìn)行了測(cè)量并寫(xiě)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(guò)光學(xué)測(cè)量確定雷達(dá)上的校準(zhǔn)鏡軸線(xiàn)與車(chē)輛行駛軸線(xiàn)的偏差，再通過(guò)CAN（Controller Area Network，控制器局域網(wǎng)）網(wǎng)絡(luò)讀取校準(zhǔn)鏡與雷達(dá)軸線(xiàn)的偏差角，通過(guò)計(jì)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(guò)人工調(diào)整安裝在整車(chē)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(shí)現(xiàn)校準(zhǔn)目的。

圖1 汽車(chē)用毫米波雷達(dá)的光學(xué)校準(zhǔn)示意圖

該光學(xué)設(shè)備內(nèi)部結(jié)構(gòu)示意圖如圖2所示，由點(diǎn)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(lái)的光源在幕布上的位置，將此位置作為校準(zhǔn)鏡與車(chē)輛行駛軸線(xiàn)的偏差值輸出給計(jì)算機(jī)進(jìn)行計(jì)算。

圖2 光學(xué)設(shè)備內(nèi)部結(jié)構(gòu)示意圖

在進(jìn)行光學(xué)校準(zhǔn)之前，需要確保車(chē)輛完成四輪定位并有正確的胎壓，校準(zhǔn)時(shí)車(chē)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(cè)精度和探測(cè)準(zhǔn)確度，針對(duì)雷達(dá)探測(cè)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(chē)輛姿態(tài)變化對(duì)雷達(dá)探測(cè)角度的影響，雷達(dá)在設(shè)計(jì)開(kāi)發(fā)階段針對(duì)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(cuò)性，從而降低雷達(dá)安裝難度。當(dāng)前常見(jiàn)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(jì)角度±3°，該容許誤差不宜過(guò)大，否則會(huì)降低雷達(dá)的探測(cè)精度。理論設(shè)計(jì)角度指的是雷達(dá)在設(shè)計(jì)之初其相對(duì)于車(chē)輛橫向平面的設(shè)計(jì)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(duì)轎車(chē)?yán)走_(dá)的理論設(shè)計(jì)角度一般為0°；針對(duì)SUV雷達(dá)的理論設(shè)計(jì)角度一般為-2°左右，即讓雷達(dá)天線(xiàn)表面在整車(chē)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(guò)程序?qū)懭肜走_(dá)，雷達(dá)工作時(shí)會(huì)不斷檢測(cè)其實(shí)際角度與容許誤差的差異，當(dāng)實(shí)際角度長(zhǎng)時(shí)間超出容許誤差時(shí)，將會(huì)停止雷達(dá)工作，并將故障反饋給駕駛員，以避免錯(cuò)誤的探測(cè)結(jié)果給車(chē)輛駕駛安全帶來(lái)影響。

故障車(chē)為獲得更大的雷達(dá)反射面，其雷達(dá)理論設(shè)計(jì)角度為-2°，在進(jìn)行光學(xué)校正時(shí)反射回幕布上的光點(diǎn)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(diǎn)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(chē)裝配位置-2°±0.2°，此時(shí)校正合格，車(chē)輛予以放行。

圖3 故障車(chē)?yán)走_(dá)理論校正合格范圍

2 故障分析改進(jìn)

對(duì)于出現(xiàn)雷達(dá)失準(zhǔn)的車(chē)輛，追查其在做雷達(dá)光學(xué)校準(zhǔn)時(shí)候的結(jié)果，均符合校正要求。對(duì)這些車(chē)輛在故障時(shí)候的雷達(dá)垂直角度進(jìn)行測(cè)量，空載狀態(tài)下該垂直角度基本處于-2.9°～-2.7°，車(chē)輛滿(mǎn)載以后垂直角度略微超過(guò)-3.0°，均滿(mǎn)足雷達(dá)容許安裝誤差范圍，即理論設(shè)計(jì)角度±3°。

對(duì)故障車(chē)輛重新校準(zhǔn)后，滿(mǎn)載狀態(tài)下不到半小時(shí)，車(chē)輛再次報(bào)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(duì)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(shí)，軟件檢測(cè)的垂直角度如果超出-3°～3°范圍就會(huì)報(bào)故障。而該車(chē)型雷達(dá)的垂直角度設(shè)計(jì)值為-2°，其設(shè)計(jì)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(guò)修正雷達(dá)的容許安裝誤差參數(shù)，對(duì)出現(xiàn)雷達(dá)失準(zhǔn)的車(chē)輛再進(jìn)行測(cè)試，故障沒(méi)有復(fù)現(xiàn)。

3 結(jié) 論

雷達(dá)容許安裝誤差范圍不宜過(guò)小，并且雷達(dá)的容許安裝誤差范圍應(yīng)以理論設(shè)計(jì)角度為基準(zhǔn)，否則會(huì)導(dǎo)致諸如雷達(dá)系統(tǒng)失準(zhǔn)之類(lèi)故障頻發(fā)。

整車(chē)懸架系統(tǒng)設(shè)計(jì)時(shí)應(yīng)充分考慮車(chē)輛在不同載荷狀態(tài)下的車(chē)輛俯仰角變化，確保雷達(dá)工作時(shí)的水平角度和垂直角度所在的實(shí)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(duì)因胎壓變化和不同路面水平度造成雷達(dá)實(shí)際工作角度變化進(jìn)行分析，測(cè)試結(jié)果和理論分析對(duì)于類(lèi)似問(wèn)題的解決有一定參考和借鑒意義。

[1]韓寶石，王崢.車(chē)載毫米波雷達(dá)國(guó)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(chē)毫米波雷達(dá)測(cè)試分析與研究[J]. 信息通信，2019（7）：98-99.

2020-08-21

U463.6

A

10.14175/j.issn.1002-4581.2020.06.011

1002-4581（2020）06-0042-03