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汽车倒车雷达工作原理及设计规程

 

1前言

汽车倒车雷达系统作为汽车中非常重要的部件,有必要对其设计规程进行适当的标准化,便于相关人员的交流、开发控制,提高开发质量、进度、降低开发成本。

本文主要从倒车雷达系统的工作概述开发流程设计总结三个方面进行基本说明,实际开发需根据具体情况进行调整。鉴于本人专业水平有限,不足之处望各位专家指正。

2倒车雷达系统工作概述

2.1 倒车雷达系统功能

倒车雷达系统通常由倒车雷达主机和雷达传感器、蜂鸣器、显示器组成。显示器通常集成于其他部件中,如音响显示屏、内后视镜等,而不单独设计。通过发射/接收超声波信号,探测汽车后方障碍物距离,用声音提示和显示测量的距离,达到协助驾驶员安全倒车的作用。

雷达传感器

雷达显示集成后视镜

2.2 超声波测距原理

现阶段,绝大部分倒车雷达利用超声波来进行工作。声音是一种波,我们人耳能听到声音的频率范围一般在20Hz~20kHz,超过20KHz 的我们称之为超声波。超声波既然是一种声音,在空气中的传播速度就等于音速(340 米/秒),当其遇到障碍物后,一部分会反弹回来,通过计算发射超声波到接收回波之间的时差及音速,就能算出障碍物的距离。如图所示。

超声波测距原理示意图

图中,用来发射超声波,同时又可以接收回波的电子器件,称之为超声波传感器(sensor),使用的超声波频率,一般为40kHz。超声波传感器采用的是压电元件锆钛化铅,一般称为PZT,这种传感器的特点在于它具有方向性,传感器用蜂鸣器的纸盆为椭圆形,其目的就是传感器的水平方向特性宽,而垂直方向受到限制。

注: 以上所算出的障碍物距离都是指障碍物到传感器的距离。

2.3 传感器的探测角度

传感器发射超声波有一定的角度范围,下图为常用传感器的探测角度。

水平探测角度

垂直探测角度

2.4 影响超声波探测的因素

图中的阴影区域只是传感器发射超声波的覆盖区,而覆盖区内的障碍物是否能被探测到,则与以下因素有关。声波反射示意图如图所示。

反射角 = 入射角 锐角面(凸面)

钝角面(凹面) 垂直面

a) 从物理学的反射原理可知:超声波的反射角等于入射角, 因此,反射波是否能被传感器捕捉,与反射面的角度有关;

b)反射面的大小不同,也会影响反射波的强度;

c)由于障碍物会吸收一部分超声波,反射回去的只是其中一部分,而吸收多少及反射多少,则与障碍物的材质和表面处理有关;疏松、多孔的表面较易吸收音波而导致反射效率较低,不易被侦测;

d)超声波在空气中传输时也会衰减,所以同一个反射面、同样的角度,距离越远,发射和反射的超声波衰减越大,越不易被测到。

以上几点简单的说,就是:角度、大小、表面材质和距离。这些因素综合起来,决定障碍物是否会被探测到。

2.5 探测报警分段及蜂鸣器相应方式

针对中间传感器,蜂鸣器分A、B、C、D四段距离报警;针对两侧传感器,蜂鸣器分A、B两段距离报警。侦测报警分段见图。

侦测报警分段图

蜂鸣器响应方式见图。

蜂鸣器响应方式图

2.6 自检功能相应方式

当打倒档时,倒车雷达系统自动检测功能是否正常。

1)正常启动模式:

当点火接通且变速杆置于倒车档后,蜂鸣器“BI”鸣叫一声,表明整个系统工作正常,进入侦测状态;

2)异常启动模式:

当点火接通且变速杆置于倒车档后,如果一个传感器工作不正常,则蜂鸣器将“BI、BI”鸣叫两声,除异常的传感器不工作外,其他进入侦测状态;如果有两个以上(包含两个)传感器工作不正常,则蜂鸣器将“BI、BI、BI”鸣叫三声后,系统不工作。

注:在以上各启动模式下,自检声为每声响500ms,停500ms,见下图自检时序图。

自检时序图

2.7 正常报警功能相应方式

1)当点火接通且变速杆置于倒车档后,整个系统开始工作:

a)当被侦测物与传感器之间的距离在90厘米~150厘米时,蜂鸣器每声叫75毫秒,停300毫秒;

b)当被侦测物与传感器之间的距离在60厘米~90厘米时,蜂鸣器每声叫75毫秒,停150毫秒;

c)当被侦测物与传感器之间的距离在30厘米~60厘米时,蜂鸣器每声叫75毫秒,停75毫秒;

d)当被侦测物与传感器之间的距离在0厘米~30厘米时,蜂鸣器恒叫。

2)当被侦测物与传感器之间的距离大于150厘米±5厘米时,蜂鸣器将停止鸣叫。

3整车的倒车雷达系统设计

倒车雷达系统设计流程如下:

流程图

3.1确定任务

接收项目组或部门经理下发的设计任务书及项目开发进度,明确倒车雷达系统开发周期、产品开发方式(全新开发、局部改型、现有产品选型)及开发技术目标。

3.2标杆分析

如有标杆车,应进行标准车技术分析,充分了解标杆件的尺寸、结构、材料、功能、性能等技术指标,为设计开发提供借鉴。输出标杆车样件分析报告。

3.3确定倒车雷达系统技术、功能要求

通过对设计任务书的理解,标杆车样件的分析,明确倒车雷达系统的外形、操作方式,确定开发功能和性能目标,输出倒车雷达系统技术功能描述书。可参考以下内容:

倒车雷达侦测范围:设计传感器数量越多,侦测的范围越大,盲区越小,设计时应从经济性、外观、侦测盲区和装配可行性出发,选择合适的传感器数量,并根据车型确定合适的传感器探测角度。

倒车雷达系统方案:超声波倒车传感器的系统方案主要有模拟式、数字式等。数字式又分为四线式及两线式方案。数字两线式,同时将供电、发射、接收信号共用一条传输线。优化线束使用量,大幅度减少车体线束及接插件使用量,使其连接更加优化,产品抗干扰性和互换性很好,在电路设计、元器件使用、软件处理等方面的技术含量也最高,为行业内最优方案。

雷达探头

3.4确定产品构成明细

通过对设计任务书的理解,标杆车样件的分析,配置表的要求 ,倒车雷达系统预计的设计功能,明确倒车雷达系统的结构,根据整车明细表要求输出倒车雷达系统产品明细表。

3.5识别产品特殊特性

根据产品明细表和技术功能描述书,通过分析点烟器各个技术特性对消费者、法规、及系统功能的影响,识别出倒车雷达系统产品特殊的技术特性,便于制造、检验中重点控制。输出特殊特性清单。

3.6编制系统失效模式及后果分析表

对倒车雷达系统构成项目的功能、失效模式、失效后果、严重度、失效原因、失效机理、频度、现行预防设计控制措施、现行探测设计控制措施、探测度进行充分识别分析,计算风险顺序数据,根据严重度及风险顺序数给出具体的建议措施,并明确责任人和完成日期,并对建议措施的实施结果进行根据,统计风险降低情况。

3.7倒车雷达系统技术方案评审

雷达传感器

将倒车雷达系统技术功能描述书交由总布置、造型等相关人员进行评审。确定设计是否合理可行,是否能满足整车功能要求、整车布置及造型要求。根据评审报告修订技术描述书和明细表。

3.8签订技术开发协议

根据供应商管理部门确定的合格供应商清单,签订技术开发协议,明确双方的具体开发职责、进度、交付物及保密要求。

3.9开发进度跟踪

供应商应提供详细的开发计划进度表,设计工程师应根据项目开发计划要求,核对开发进度的符合性,并对开发进展进行监控。

3.10倒车雷达系统三维建模

供应商提供三维数据,设计工程师进行总布置、造型要求对三维数据进行确认,供应商应对三维数据的工艺可行性进行分析保证。双方确认无误后供应商按照三维数据进行手工样件的开发。

3.9.1 倒车雷达主机建模

a) 确定主机紧固件的型号,在满足安装强度的前提下,优先选择企业标准件;

b) 确定其固定方式,安装点布局要合理,并保证其牢固可靠。安装位置优先考虑后组合灯附近,以便于线束布置及走向;

c) 根据设计方案进行建模,或由供应商处获得选定量产件数模;

d) 建模时注意考虑工艺成形的要求;

e) 交由厂家进行生产可行性分析,确定最终产品数模。

3.9.2 传感器、蜂鸣器建模

倒车显示

按照系统方案,进行建模或由供应商处获得量产件数模。

3.11确定设计验证计划

供应商在手工样件提交前应提交详细的倒车雷达系统设计验证计划,并经设计工程师确认。设计验证计划应明确检验项目、标准要求、检验机构、检验或试验设备、检验周期、抽样数量及样本容量。必要时候需提供试验标准规范。电磁辐射抗扰性能应满足GB 18655的相关要求;电磁骚扰性能应满足GB/T 17619的相关要求。

3.12试制样件提交

供应商按照项目开发计划提交规定数量的倒车雷达系统样件,并附带尺寸、材料、性能测试合格报告。

3.13装车验证

倒车雷达系统设计工程师跟踪点烟器的安装方便性,外观符合性、功能试验结果,记录相关问题,涉及到供应商的问题及时反馈给供应商进行整改。

3.14二维图确认

供应商按照经过试装确认后的要求,修改三维数据,并输出二维图纸,包含电气原理图,并经过涉及工程师进行确认。二维图纸应明确产品的技术要求。

3.15下发开模指令

设计工程师根据项目开发进度,及倒车雷达系统开发成熟度,下发开模指令(附带最终版数模),供应商按照开模指令的要求开展正式的工装设备的开发。

3.16工装样件提交

供应商按照开发进度提交工装样件,此工装样件可以不是按照量产节拍要求进行生产的。

3.17工装样件确认

设计工程师按照设计验证计划要求对倒车雷达系统进行测量、测试,必要时候进行整车或台架测试,包括性能和环境试验,对发现的不合格及时反馈给供应商整改。

3.18小批量试装

倒车显示屏

供应商按照既定的时间节点提供工装样件进行装车验证,工程师对装车过程中出现的问题进行汇总并及时反馈给供应商进行数模和模具的修改。此次提供的工装样件应是按照正常量产节拍用正式工装连续生产的样件,验证批量生产能力。

3.19批量试装

供应商按照既定的时间节点再次提供工装样件进行装车验证,工程师对装车过程中出现的问题进行汇总并及时反馈给供应商进行数模和模具的修改。此次提供的工装样件应是按照正常量产节拍用正式工装连续生产的样件。

3.20生产件认可

经过批量试装验证没有问题后,供应商应提交零件提交保证书及附带的资料,经过整车生产厂设计工程师、质量工程师确认批准后进行批量供货。

3.21量产

经过2次批量生产验证,产品及过程符合量产条件后,供应商按照既定时间节点批量供货。

倒车显示

4编写设计小结

设计任务完成后,遥控、中控系统开发负责人编写设计小结,内容包括:

a) 设计任务来源;

b) 设计目标要求;

c) 设计方案论证;

d) 设计、试制过程简述,主要解决的问题;

e) 试验结果与评价;

f) 持续改进建议。

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