倒车雷达喇叭干扰分析与解决方法.docx
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倒车雷达喇叭干扰分析与解决方法
倒车雷达喇叭等干扰分析与解决方法
一、问题描述:
倒车雷达在按喇叭、开空调及踩油门等情况下出现不必要的误报,影响驾驶员对正常障碍物的判断。
二、问题分析:
倒车雷达在平静无干扰情况下正常工作,而在车子按了喇叭、开空调以及踩油门等情况下出现了误报,由此断定倒车雷达系统肯定是受到了车身其他电子器件的干扰,对于干扰我们分析、测试与验证如下:
在问题分析之前,首先对倒车雷达工作原理做以简单介绍。
倒车雷达系统工作原理如图1示:
图1雷达系统原理图
雷达控制器控制探头发送出58KHZ的方波,发出去的超声波遇到障碍物后反射回来,再次回到探头,在探头内经过简单的滤波与放大后通过选通器件(MUX)进入到放大器一级输入端,在放大器经过一级放大(PGA1)后,通过带通滤波(BPF)再经过二级放大(PGA2),最后经过比较器(Comparator)比较后输入回控制器。
控制器根据发波与回波出现的时间差计算出障碍物的距离。
如果回波信号受到干扰,那么整个系统就会出现工作异常。
我们对雷达正常工作状态和在鸣喇叭、踩油门以及开空调等受到干扰情况下的工作状态做了测试,详细记录如下:
1.雷达正常工作时情况时:
在不加车身干扰(按喇叭、踩油门及开空调等)时,雷达的几个关键波形如下:
1)正常情况下发波波形、放大器二级放大输出信号、回波波形
图2正常情况下发波波形、二级放大输出信号、回波波形
注:
信号1(黄色)代表发波信号,信号2(粉色)代表回波信号、信号3(紫色)代放大器二级输出信号。
2)正常情况下发波波形、阈值、回波波形
图3正常情况下发波波形、阈值信号、回波波形
注:
信号1(黄色)代表发波信号,信号2(粉色)代表回波信号、信号3(紫色)代阈值信号。
以上两图中,发波信号为58KHZ方波,每次发波个数16个,发波信号如图2中的信号1所示,超声波发射后遇到前方障碍物反射回来经过探头电路的简单放大与滤波后,再经过控制器一级放大、带通滤波和二级放大后的波形如图2中的信号3所示,接着进入比较器输入端,比较器阈值电压设定如图3中的信号3所示,当放大后的模拟信号幅值超过阈值线后即会产生回波信号(模拟信号负端电压与阈值比较)。
2.探头本体受到干扰验证
雷达系统工作受到干扰,那么干扰肯定是来自探头本体或是线束。
而探头本体若受到干扰,则可能是车身震动产生的干扰,导致探头工作不正常。
所以首先将探头从保杠上拿下,放置在平木板上固定,在按喇叭,踩油门情况下测试等,误报依然存在。
在加干扰时的测试波形如图4、图5示:
图4 探头放在木板上,加干扰时二级放大信号波形
图5 探头放在木板上,加干扰时回波信号波形
由图4和图5可以看出,虽然将探头从保杠上拿下来,放置平木板上,但是在加干扰时,探头的二级放大输出波形以及回波波形还是变乱,所以依旧会误报。
通过此验证,说明探头本体并未受到干扰,而是来自线束的干扰。
3.线束干扰验证
将探头安装在前保杠和后保杠上不变,雷达探头的线束(信号线和地线)从车身外走,测试发现倒车雷达在加干扰时没有出现误报,测试波形如下图6、图7示:
图6探头安装在保杠上,线束从车身外走,加干扰情况时二级放大波形
图7探头安装在保杠上,线束从车身外走,加干扰时回波波形
由图6和图7可以看出,当探头装在保杠上不变,线束从车身外走时,在加干扰的情况下,探头的二级放大输出信号稳定,回波稳定,说明干扰确实是来自线束。
既然干扰来自线束,那么肯定是地线受到了干扰,或是信号线,也可能是地线和信号线同时受到了干扰,我们又做了进一步验证。
4.信号线从车身外走、地线保持从车身内走不变
把信号线单独拉出来从车身外走,而地线保持不变,在加干扰时测试波形如下图8示:
图8信号线从车身外走,加干扰时二级放大和回波信号
由图8可以看出,信号线从车身外走,而地线保持不变时,干扰还会存在,只是程度相对地线和信号线都从车身内走时要减小了。
所以干扰有部分来自地线。
那么是否说明信号线就没受到干扰呢?
进一步验证如下。
5.地线从车身外走,信号线保持不变
把地线单独拉出来从车身外走,信号线依然采用车身线束不变,加干扰时测试波形如下图9:
图9地线从车身外走,加干扰时二级放大和回波波形
由图9可以看出,地线从车身外走时,干扰也依然存在,程度相对减小。
综合以上测试分析,说明探头本体并没有被车身震动等干扰,而是来自线束端,而线束上的干扰既来自地线也来自信号线。
三、问题对策:
鉴于对干扰的验证,我们得出干扰来自信号线和地线,对于问题的解决,分成从硬件和软件两个方面去解决。
1.硬件对策
硬件方面,根据测试结论干扰有部分来自地线,所以在电源模块做了更多的滤波处理。
即在电源模块加了更多的滤波电容,滤除地线串扰进来的干扰信号。
电源电路最后设计状态如下图10:
图10电源电路
图中可以看出,电源的各级输入、输出都有完整的滤波。
确保了电源的稳定和抗干扰能力。
由于干扰同样有部分来自信号线,所以我们对信号部分也做了完善的处理。
在倒车雷达原理介绍中,滤波器特性对于最终的信号输出至关重要。
经过多次的修改参数我们设计的信号滤波电路如下:
图11信号滤波电路
图11设计电路中,滤波器带通频率在58KZ左右,这可以确保我们需要的信号(回波信号58KHZ)被选通放大,而其他频段的信号则被抑制。
通过对电源和信号两部分电路的特殊处理,系统最后的输出信号波形很稳定,毛刺信号很小。
如图12示:
图12 硬件电路输出波形
但是在加干扰时,还会有部分信号能够被选频放大,加干扰时信号波形如图13:
图13 加干扰时,偶尔出现杂波
为了杜绝误报发生,软件特殊处理如下。
2.软件对策
通过对测试波形观察与总结,软件着重从以下几个方面做了处理。
(1)修改滤波时间:
杂波的回波宽度一般小于100us,所以我们对回波宽度小于100us的杂波进行滤除。
(2)连续两次测量,精准定位障碍物位置,同时排除偶尔出现的杂波:
我们对有效的障碍物连续进行两次测量,如果两次测量的结果都在固定的偏差范围内,则判定障碍物有效,反之,如果两次测量中有一次测量结果与另一次的测量结果偏差较大,则判定此次测量无效。
由于干扰信号是随机的,所以连续两次在同一个位置出现的可能性极小,这样可以很大程度上减少误报。
(3)提高总线频率,加快系统反应时间和减少干扰的处理时间。
2012-11-12
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