智能汽車MCS輻射抗擾試驗方法研究

王建利

(中國第一汽車股份有限公司，吉林長春 130012)

0 引言

自主式駕駛輔助系統(tǒng)(Advanced Driver Assistance Systems，ADAS)是指依靠車載傳感系統(tǒng)進行環(huán)境感知并對駕駛員進行駕駛操作輔助的系統(tǒng)，目前在全球范圍內(nèi)已經(jīng)開始大規(guī)模產(chǎn)業(yè)化[1-2]。多功能前視攝像頭系統(tǒng)(Multi-function front Camera System，MCS)是智能駕駛系統(tǒng)的核心部件之一，可以為駕駛員提供一系列輔助駕駛功能，避免危險情況的發(fā)生。相比毫米波雷達和激光雷達等，攝像頭最大優(yōu)勢在于識別目標類型，能夠非常準確地識別行人、非機動車、機動車或其他障礙物，而且還能識別交通標志的具體內(nèi)容。復(fù)雜電磁環(huán)境下智能汽車ADAS的電磁抗干擾能力，是影響行車安全的重要指標之一[3]。所以，必須對多功能前視攝像頭系統(tǒng)進行輻射抗擾測試，檢測其電磁抗干擾能力。

汽車MCS的輻射抗擾度試驗依據(jù)ISO 11452-2標準要求[4]，在電波暗室內(nèi)進行。在電波暗室內(nèi)，如何搭建一個包含圖像輸入環(huán)境、配套模擬負載箱、監(jiān)測和預(yù)警多個輔助駕駛功能信息的輻射抗擾測試系統(tǒng)，是MCS輻射抗擾測試的難點。本文作者依據(jù)MCS的工作原理，構(gòu)建圖像輸入環(huán)境、模擬負載箱和上位機通信監(jiān)控系統(tǒng)，實現(xiàn)了MCS的輻射抗擾有效測試。

1 MCS工作原理

多功能前視攝像頭系統(tǒng)MCS主要由攝像頭鏡頭、光學(xué)傳感器、MB圖像處理器以及MCU、保護電路、車身控制和人機界面的CAN信號通信組成。MCS的工作原理(如圖1所示)：首先由高清攝像頭采集實際路況圖像信息，通過數(shù)字光學(xué)傳感器將圖像傳給圖像處理器，同時MCU通過CAN總線將控制信號發(fā)送給車身控制系統(tǒng)并將報警信號發(fā)送至人機界面，最終輔助駕駛員安全可靠地控制車輛[5]。

圖1 MCS系統(tǒng)工作原理

2 電氣/電子部件暗室法輻射抗擾試驗要求

標準ISO 11452-2[4]對電子電氣部件的電波暗室法的輻射抗擾試驗進行了相關(guān)要求。暗室法輻射抗擾試驗是在電波暗室內(nèi)將被測樣件暴露于由天線產(chǎn)生的輻射電磁場中進行試驗。電波暗室輻射抗擾試驗一般包括以下設(shè)備：信號發(fā)生器、功率計、功率探頭、功率放大器、雙錐天線、對數(shù)周期天線、喇叭天線、場強探頭、人工電源網(wǎng)絡(luò)及其他控制設(shè)備等。實際測試前需要按照標準要求定期進行場強校準。實際測試時需要按照要求進行被測樣件、被測線束、測試負載及其他輔助設(shè)備的試驗布置。測試分為水平極化和垂直極化兩個方向，需要按照場強校準過程中記錄的前向功率對被測樣件施加干擾信號。暗室法輻射抗擾試驗布置——對數(shù)周期天線如圖2所示。

圖2 暗室法輻射抗擾試驗布置——對數(shù)周期天線

3 MCS輻射抗擾試驗方案

MCS輻射抗擾試驗方案主要包括3部分：圖像輸入環(huán)境、模擬負載箱和上位機通信監(jiān)控系統(tǒng)。

3.1 圖像輸入環(huán)境

多功能攝像頭系統(tǒng)MCS一般安裝在前風(fēng)擋玻璃內(nèi)側(cè)，攝像頭方向朝向車輛前方。高清攝像頭透過風(fēng)擋玻璃，采集路面實際環(huán)境信息。在電波暗室內(nèi)進行MCS輻射抗擾測試。如何模擬MCS在整車狀態(tài)下的安裝結(jié)構(gòu)、位置和角度，保證輸入的環(huán)境信息真實可靠，是亟需解決的難題。

為了解決該問題，采用模擬實車狀態(tài)的工裝安裝固定MCS樣件，主要包括：圖像輸入工裝(如圖3所示)、增倍鏡和目標輸入圖像。增倍鏡在攝像頭前方附近位置，安裝在藍色MCS定位結(jié)構(gòu)中，用于放大攝像頭倍數(shù)，模擬實車路況距離。工裝的棕色部分用于安裝紙質(zhì)的目標輸入圖像，攝像頭的正前方，模擬實際路面狀況。圖像輸入工裝用于固定目標輸入圖像、被測樣件MCS和增倍鏡，便于改變測試方向等測試布置。為了不影響電磁兼容測試結(jié)果，工裝材料均為木質(zhì)和塑料等非金屬材質(zhì)，滿足電磁兼容測試要求。

圖3 圖像輸入環(huán)境

3.2 模擬負載箱

依據(jù)輻射抗擾試驗標準要求，多功能前視攝像頭系統(tǒng)進行試驗時需要設(shè)計配套的模擬負載箱，用于控制被測樣件和外接設(shè)備。MCS的模擬負載箱主要包括：控制開關(guān)，CAN總線接口，供電線路，如圖4所示?？刂崎_關(guān)用于控制切換MCS工作模式，進入或退出工作狀態(tài)。CAN總線接口一方面用于MCS和車身控制系統(tǒng)間的控制信號通信，另一方面用于MCS和人機界面之間的報警信號通信，還可以用于喚醒MCS進入工作狀態(tài)。供電線路用于給MCS供電。

圖4 模擬負載箱原理

3.3 上位機通信監(jiān)控系統(tǒng)

由于MCS工作時，攝像頭會采集和識別目標輸入圖像信息，需要采用上位機軟件監(jiān)控通信信息，以判定MCS在輻射抗擾試驗過程中是否工作正常。以圖3中的目標輸入圖像為例，上位機通信系統(tǒng)監(jiān)控信息可以分為兩部分：MCS目標圖像處理及狀態(tài)監(jiān)測，MCS與駕駛輔助系統(tǒng)CAN通信監(jiān)測。目標圖像處理及狀態(tài)監(jiān)測：左側(cè)車道線，右側(cè)車道線，目標車輛縱向距離，標識牌類型，圖像處理器工作狀態(tài)，供電電壓，MCU工作狀態(tài)，圖像處理器與攝像頭同步信號；MCS與駕駛輔助系統(tǒng)CAN通信監(jiān)測：ACC系統(tǒng)、AEB系統(tǒng)、FWD系統(tǒng)和LDW系統(tǒng)等駕駛輔助系統(tǒng)的CAN總線通信信息。上位機通信監(jiān)控主界面如圖5所示。

圖5 上位機通信監(jiān)控主界面

4 工程驗證

選擇恒潤科技研發(fā)的某款MCS產(chǎn)品進行輻射抗擾試驗方案的工程驗證。首先，在半電波暗室內(nèi)，依據(jù)標準ISO 11452-2進行輻射抗擾試驗設(shè)備的布置。其次，選擇了要求更為嚴酷的某企業(yè)標準測試場強(見圖6)，以模擬實際復(fù)雜電磁環(huán)境的強電磁干擾。最后，通過圖像輸入環(huán)境、模擬負載箱和上位機CAN總線監(jiān)控搭建MCS輻射抗擾試驗臺架(見圖7)。在實際的輻射抗擾試驗過程中，上位機監(jiān)控顯示無異常，試驗結(jié)果合格。表明該款MCS具備良好的輻射抗擾度性能，滿足某企業(yè)標準要求。

圖6 某企業(yè)標準要求的電磁限值

圖7 MCS輻射抗擾試驗布置

5 總結(jié)

隨著汽車智能網(wǎng)聯(lián)技術(shù)的發(fā)展，越來越多的車輛配備了多功能前視攝像頭系統(tǒng)，實現(xiàn)智能駕駛輔助功能。本文作者針對MCS的零部件輻射抗擾試驗的目標輸入環(huán)境，模擬負載箱和上位機通信監(jiān)控系統(tǒng)等問題，進行了方案設(shè)計，并在電波暗室內(nèi)實現(xiàn)了MCS輻射抗擾有效測試。文中的MCS輻射抗擾測試方案，也可以應(yīng)用到其他ADAS攝像頭系統(tǒng)的輻射抗擾測試中。