汽车倒车雷达失效问题分析

张 微，刘 喆，汪春华，王子龙

（1.中机车辆技术服务中心，北京 100070；2.中国汽车技术研究中心，天津 300300）

汽车倒车雷达失效问题分析

张 微1，刘 喆2，汪春华2，王子龙2

（1.中机车辆技术服务中心，北京 100070；2.中国汽车技术研究中心，天津 300300）

结合电磁兼容3要素，针对倒车雷达失效原因进行具体分析，对电磁干扰的干扰源、敏感设备、传播路径进行逐一分析，提出有效的解决方案并进行验证。

倒车雷达；车载充电器；电磁干扰

根据用户反馈，在使用USB车载充电器连接手机进行充电、车辆处于倒挡状态下并靠近后方障碍物时，倒车雷达不能正常进行报警。

对市场上随机15款不同品牌型号的USB车载充电器进行了对比验证，发现其中7款USB车载充电器能够引起倒车雷达失效问题，说明该现象并非个例。

汽车倒车雷达与USB车载充电器并没有直接关联，但在产品的正常使用过程中，却会引起电子设备间的相互干扰。本文从电磁兼容角度进行分析研究，提出了一种解决倒车雷达失效问题的可行性方法。

1 倒车雷达失效问题分析

从倒车雷达失效现象来看，USB车载充电器工作期间产生的电磁干扰明显影响了倒车雷达的正常工作。当接入手机进行充电时，倒车雷达失效；当未接入手机进行充电时，倒车雷达则能够进行正常工作。对其他类型电子产品接入充电时，同样产生了类似问题。因此，说明当电子设备接入USB车载充电器时，USB车载充电器工作产生功率输出，引起电磁干扰问题，从而导致倒车雷达的功能失效。

2 车载充电器工作机理

在USB车载充电器连接手机进行充电时，其作用是将车载蓄电池12 V直流电源转换为5 V直流电源。USB车载充电器中核心部件是DC-DC变换器，将高压直流电转换为低压直流电，电路原理如图1所示。

当开关S导通时，电容C2开始充电，输入电源Ui给负载RL提供能量，iL增大，电感L储存的电感能量增加，续流二极管D不导通；当开关S断开时，电流iL不能突变，通过续流二极管D给负载提供电能，电流iL线性减小。通过控制开关的导通时间，即可控制平均输出电压的大小。

DC-DC变换器中开关的工作频率较高，一般在数十到数百kHz范围，容易产生较大的du/dt和di/dt，从而产生较宽的频谱和谐波成分，引起比较大的干扰信号。

对目标车型的倒车雷达控制器电源端电压波形进行采集，图2分别是不充电和使用手机充电状态下倒车雷达输入端电压波形。

从图2对比可以看出，USB车载充电器在工作时，倒车雷达模块的电源输入受到了明显的电压干扰，并且主要的干扰频率在300 kHz左右，幅值约为0.5 V，同时伴随有更高频的骚扰。

图1 DC-DC变换器原理图

图2 倒车雷达电源端电压波形

3 倒车雷达分析

倒车雷达由3部分组成，包括超声波传感器、倒车雷达控制器和显示器。当车辆切换到倒挡状态时，倒车雷达控制器通过车尾探头发射超声波，遇到障碍物后形成回波信号，通过传感器接收输入到控制器，经数据处理发出相应的报警信号。

倒车雷达的传感器为收发一体式超声波传感器，采用三线制，包括电源线、信号线和搭铁线。电源线、信号线通过转向盘下侧的倒车雷达控制器引出，沿副驾驶前侧及车身右侧到达车尾处倒车雷达传感器，单根线束长度均在3m以上。同时，倒车雷达传感器搭铁线采用就近搭铁的处理方式，直接连接至车身后部两侧搭铁点。

4 电磁干扰耦合路径

车载充电器产生的干扰主要由DC-DC开关电源引起。一般来说，开关电源中主要存在的干扰形式是传导干扰和近场辐射干扰，以传导干扰为主，有共模和差模2种形式。差模（DM）干扰噪声主要由di/dt引起，通过寄生电感，电阻在火线和零线之间的回路中传播，在2根线之间产生电流，不与搭铁线构成回路。共模（CM）干扰噪声主要由du/dt引起，通过PCB的杂散电容在两条电源线与搭铁线的回路中传播，干扰侵入线路和搭铁之间。

首先，从电源网络角度分析，车载充电器通过BCM模块从IG1处取电，如图3所示。倒车雷达模块从IG2取电，如图4所示。IG1电源为车辆ON挡状态下激活，IG2电源需要在车辆倒挡状态下才能激活。因此，倒车雷达模块和车载充电器不属于同一个电源网络。

图3 车载充电器电源网络图

图4 倒车雷达模块电源网络图

其次，从搭铁点角度分析，USB车载充电器搭铁点在靠近前左车门内侧，倒车雷达控制器搭铁点在靠近前右车门内侧，而倒车传感器搭铁在后舱内部两侧，均不存在共同的搭铁点。同时，USB车载充电器在加入用电设备（例如手机）时，不影响搭铁网络的分布。

因此，USB车载充电器产生的电磁干扰无法直接通过电源、搭铁对倒车雷达系统进行传导干扰，但传导干扰还存在3种间接的耦合途径。

1）公共电源内阻产生的电阻传导耦合：由于12 V蓄电池自身内阻Zs的存在，当干扰电流通过时，在Zs上形成干扰电压，从而USB车载充电器产生的电磁干扰可叠加在倒车雷达电源上，形成共电源耦合干扰。如图5所示。

2）公共搭铁线阻抗产生的电阻传导耦合：同样，当干扰电流通过金属车身搭铁时，通过车身共搭铁阻抗Zg，会将干扰叠加在倒车雷达的搭铁上，形成共搭铁耦合干扰。如图6所示。

3）公共线路阻抗产生的电阻传导耦合：车载充电器和倒车雷达模块之间存在公共线路，通过BCM内部PCB走线间寄生参数的耦合，也能够将干扰传播给倒车雷达模块。

另外，USB车载充电器产生的近场辐射也能够通过空间耦合对倒车雷达进行干扰。由于倒车雷达控制器与倒车雷达传感器之间的走线过长，电源线、搭铁线以及金属车身搭铁，3者形成一个面积较大的共模回路，近场的电磁辐射干扰极容易通过大面积回路耦合到线路中，对倒车雷达系统产生干扰。

图5 共电源阻抗耦合

图6 共搭铁阻抗耦合

5 解决办法

通过对电磁干扰耦合路径的分析，从传导干扰和辐射干扰2方面进行处理，主要解决倒车雷达控制器电源受干扰问题和信号线受干扰问题。

从图2中，倒车雷达控制器电源受到明显的干扰，其主要干扰集中在300 kHz以上，因此采用二阶LC低通滤波器对电源上的干扰进行抑制。根据截止频率计算公式

取电感值为33μH，电容值1nF，设计截止频率为277 kHz。

将滤波器串联在靠近倒车雷达控制器一侧的电源线上，如图7所示。

为了对比LC滤波器的抑制效果，进行了传导发射测试对比，将电源人工网络串入倒车雷达电源线，用接收机测量倒车雷达电源端口的频谱，如图8所示。

图7 倒车雷达控制器电源滤波器

图8 倒车雷达电源线传导发射结果对比

图8中浅蓝色线代表接入手机充电引起倒车雷达失效状态，紫色线代表不接手机充电状态，深蓝色线代表倒车雷达电源端口接入LC滤波器后接入手机充电状态。从图8中可以看出，接入手机进行充电时，倒车雷达电源端口存在较强的低频电磁干扰，从150 kHz到20 MHz都存在明显的尖峰，最高达110 dBμV。对比增加LC滤波器后的结果，低频段的电磁干扰得到明显抑制。

另外，通过测试发现倒车雷达传感器信号线受到了电磁干扰，如图9所示。图9中黄色曲线为传感器信号线电压波形，存在许多毛刺，电压波形明显失真。

图9 倒车雷达电源线传导发射结果对比

空间中电磁干扰容易耦合到大面积共模回路中，因此应减小因倒车雷达线束过长引起的环路面积较大的共模回路。通过将倒车雷达传感器的搭铁点改至倒车雷达控制器搭铁点，同时将搭铁线与信号线进行双绞，保证共模回路面积尽可能减小，最大程度降低信号线受近场空间辐射的耦合干扰。通过线束处理后，信号线电压波形如图10所示，毛刺现象明显消失。

图10 倒车雷达电源线传导发射结果对比

通过倒车雷达控制器的电源增加滤波，以及倒车雷达传感器搭铁线处理。对7款引起倒车雷达失效的USB车载充电器进行重新测试，均未发现倒车雷达失效现象。

6 结束语

本文对USB车载充电器引起的倒车雷达失效问题进行研究，结合干扰源、敏感设备、传播路径等电磁兼容3要素角度进行分析，并针对问题提出了有效的解决办法。

同时，各类车载用电设备普遍存在不同品牌间的品质优劣问题，用户在选购时应选择有品质保障的产品，避免类似品质较差的电子设备对汽车电子系统产生电磁干扰，影响车辆功能安全。

［1］ 冯云庚，王艳秋.浅谈倒车雷达工作原理［J］.汽车电器，2011（3）：18-20.

［2］ 高京.车载倒车雷达传感器失效问题分析及解决措施［J］.汽车电器，2015（4）：36-39.

［3］ 乔海波.车用DC/DC变换器主电路及其电磁兼容性研究［D］.上海：同济大学，2008.

（编辑 凌 波）

Analysis to Car Reversing Radar Failure

ZHANG Wei1，LIU Zhe2，WANG Chun-hua2，WANG Zi-long2
（1. China Vehicle Technology Service Center，Beijing 100070，China；2. China Automotive Technology & Research Center，Tianjin 300300，China）

Combining the three elements of electromagnetic compatibility， the interference sources，sensitive equipment and propagation path of the electromagnetic interference are analyzed. An effective solution is proposed and validated.

reversing radar； vehicle power adapter； electromagnetic interference

U469.696

A

1003-8639（2017）05-0069-03

2017-03-10

张微（1966-），女，北京人，高级工程师，硕士，主要从事行业规划设计、工厂认证，汽车性能开发管理服务工作；刘喆（1990-），男，河北咸宁人，工程师，硕士，主要从事汽车电子EMC测试与研究。