智能汽車電磁兼容硬件在環測試技術研究

張純健 周加康 尤仁杰 楊威娜

（1.長春汽車檢測中心有限責任公司；2.寶馬（中國）服務有限公司）

隨著智能汽車技術的發展及政府政策的支持，無論是老牌傳統車企還是新勢力車企，都將智能汽車的研發制造作為未來的發展重點，紛紛進入這個前景廣闊的領域。汽車整車電磁兼容測試是國家強制性認證測試項目，但目前汽車檢測機構只能對傳統汽車或者智能汽車的傳統部分進行電磁兼容測試。隨著智能汽車技術的發展，L2、L3 級智能汽車相繼量產，越來越多的汽車搭載前方碰撞預警（FCW）、緊急制動（AEB）、車道偏離預警（LDW）及自適應巡航控制（ACC）等功能，在帶來更輕松駕駛體驗的同時，高度自動化系統也引入了新的安全隱患，對智能汽車進行全面的電磁兼容測試已成為我國智能汽車行業發展迫切需要解決的技術難題，電磁兼容測試方法的再次更新也迫在眉睫。因此深入研究智能汽車的FCW、AEB、LDW 及ACC 等系統在電磁環境下的測試技術是提升智能汽車安全性的一個重要內容，具有十分重要的科學、社會及經濟價值。

1 方案總體目標

由于電磁兼容測試需要在無外界電磁干擾的電波暗室中進行，還需同時模擬車輛的正常行駛狀態，所以該測試技術研究的主要難點是如何在電波暗室內激活車輛先進駕駛輔助系統（ADAS）功能和排除試驗室內障礙物對測試的影響。運用先進的測試設備，在現有試驗室的設備基礎上，通過研制輔助測試裝置，激活智能汽車各類ADAS 功能，同時用吸波材料抑制雷達回波模擬系統產生的偽目標，搭建電波暗室環境下智能汽車電磁兼容硬件在環測試平臺，從而實現智能汽車硬件在環的電磁兼容測試。測評方法包括測試條件要求、測試設備要求、測試布置以及測試方法細化。其中，輻射抗擾度測試指標要求不低于GB 34660—2017 標準要求[1]。

2 具體實施方案

2.1 智能汽車FCW、AEB 功能激活與測試

目前，FCW、AEB 的功能基本依靠毫米波雷達和影像辨識模組來實現，毫米波雷達和影像辨識模組的作用原理也不同。毫米波雷達通過雷達天線向外發射毫米波，接受目標反射信號，經過后臺處理，迅速準確地獲取車輛周圍環境的物理信息，例如：車輛與被探測物體之間的相對距離、相對速度、運動方向以及角度等[2]。而影像辨識模組則是通過智能攝像頭，利用所得畫面的像差經過計算判斷來準確辨別行人、車輛等障礙物，與毫米波雷達相比，影像辨識在車道、行人識別準確度等方面有基本的優勢，但作用距離和測距精準度不如毫米波雷達，并且容易受光照、天氣等因素的影響。

比較FCW、AEB 的2 種觸發方式，為了在電波暗室內能更準確激活智能車的這2 種功能，制定電磁兼容抗擾度評定方案。利用自行研發的遠程遙控假人和軌道滑輪系統，控制假人在車輛前方橫向移動，當假人移動到車輛正前方時，車輛識別移動假人從而激活其FCW、AEB 功能，并且在整個測試過程中利用信號發生器-功率放大器以及電磁場發生裝置組成的電磁干擾測試系統持續對被測車輛施加30 V/m 場強，從而驗證FCW、AEB 系統能否承受外界場強干擾穩定激活。該測試方案中引入的輔助測試系統材料均為非金屬，不會對電磁波產生吸收或反射，也保證了場的穩定性，如圖1、圖2 所示。

圖1 整車AEB 電磁兼容抗擾度評定原理圖

圖2 FCW、AEB 電磁兼容抗擾度評定測試圖

2.2 智能汽車LDW 功能激活與測試

車道偏離預警系統是一種汽車駕駛安全輔助系統，該系統旨在幫助駕駛員避免或者減少車道偏離事故。它通過傳感器獲取前方道路信息，結合車輛自身的行駛狀態以及預警時間等相關參數，判斷汽車是否有偏離當前所處車道的趨勢。LDW 系統通過安裝在車內擋風玻璃上的攝像頭，采集分析行車道路線，在判斷車輛即將偏離車道時，立即給駕駛員發出警告（如聲音警報、LED 顯示、座椅或方向盤振動等），提醒駕駛員采取正確的操作措施來防止車道偏離事故的發生[3]。系統原理如圖3 所示，整個報警過程包括攝像頭數據采集、圖像預處理、車道線識別、車道偏離系統報警模型及系統報警[4]。

圖3 車道偏離報警系統原理框圖

為了在電波暗室內激活整車LDW 系統，制定電磁兼容抗擾度評定方案，如圖4 所示。

圖4 AEV 智能攝像頭功能觸發EMS 測試方案布置圖

利用自行研發的道路影像復現系統，將錄制好的道路影像通過投影裝置背投到大屏幕上，然后與實車聯動調試，車輛在轉轂上運行，攝像頭準確識別當前道路環境中的車道線，在電波暗室中激活車輛LDW 系統，并且在整個測試過程中利用電磁干擾測試系統持續對被測車輛施加30 V/m 場強，從而驗證LDW 系統能否承受外界場強干擾穩定激活，如圖5、圖6 所示。

圖5 LDW 系統電磁兼容抗擾度評定測試圖

圖6 LDW 系統激活狀態儀表指示燈

本方案中的道路影像，既可以用實際道路錄制影像，也可以用仿真軟件Prescan 來制作，如圖7 所示。這2 種方式獲得的道路影像都可以穩定激活車輛LDW系統。

圖7 Prescan 軟件制作的道路場景

但需要注意的是屏幕中的車道線寬度一定要通過以下方式計算得到，如公式（1）和圖8 所示。

圖8 實際道路寬度與投影道路寬度的對應關系

式中：Wx——屏幕中道路影像的車道寬度；

W——實際路面車道寬度3.5 m；

h——攝像頭距離屏幕中道路影像下邊沿的垂直距離；

H——攝像頭距離試驗室地面距離。

h 和H 均為試驗中實際測量值，通過上式即可求出屏幕中道路影像的車道寬度Wx。調整屏幕中道路影像的車道寬，這樣就可以準確激活車輛的LDW 系統，從而進行電磁兼容抗擾度評定。這里需要說明的是道路影響中車道寬的計算在整個環境布置過程中為非常重要的一環，道路影像一定程度的不合比例會使得激活的效率降低，無法長時間穩定激活，也就不具備進行電磁兼容測試的條件了。

此外，為了防止投影裝置在電磁環境下被干擾，將其擺放在抗擾天線的正下方，其電磁場強度相對較弱，經過反復驗證，投影裝置在該位置工作穩定，未受到場強干擾影響，如果其他試驗室不能保證裝置的穩定性，可以考慮制作屏蔽箱防止投影儀因受到電磁干擾而引起功能失效。

2.3 智能汽車ACC 功能激活與驗證

自適應巡航控制(ACC)是一個允許車輛巡航控制系統通過調整速度以適應交通狀況的汽車功能。ACC不但具有自動巡航的全部功能，還可以通過車載雷達等傳感器監測汽車前方的道路交通環境。一旦發現當前行駛車道的前方有其它前行車輛時，將根據本車與前車之間的相對距離及相對速度等信息，通過控制汽車的油門和剎車對車輛進行縱向速度控制，使本車與前車保持合適的安全間距[5]。

由車載雷達工作原理可知，車載雷達主要通過反射波與發射波的時間差及頻移實現對障礙物距離和相對速度的判定[6]。在電波暗室內，由于電磁干擾測試系統（主要是抗擾天線）及電波暗室屏蔽體的存在，車輛前方沒有足夠大的空間，所以不能通過滑軌和假車前后移動的方式來調整目標車輛的距離，與此同時車載雷達往往會判定這前方有障礙物，車輛甚至都無法跑起來。為了解決這個問題，在電波暗室內引入了新的輔助測試系統：雷達回波模擬測試系統，接收車載雷達發射的信號并加以處理，回波反射至車載雷達，通過調節反射波與發射波的時間差及頻移模擬目標車輛與試驗車輛的距離速度變化。試驗車輛在轉轂上運行，車速隨模擬目標車輛的相對位置改變而自動調整，在電波暗室內激活ACC 系統，并且在整個測試過程中利用電磁干擾測試系統持續對被測車輛施加30 V/m 場強，從而驗證ACC 系統能否承受外界場強干擾穩定激活。具體測試布置如圖9 所示。在對被測車輛施加電磁干擾過程中，從儀表中可以看到，車輛準確識別虛擬目標車輛，車速會隨目標車輛進行實時變化，穩定激活ACC功能，如圖10 所示。

圖9 ACC 電磁兼容抗擾度評定測試圖

圖10 AEV 系統激活狀態儀表指示燈

3 結論

文章在研究電磁環境條件下智能汽車環境感知系統的電磁兼容測試技術，主要方法及思路是通過輔助測試設備搭建測試環境，使得智能車能在電波暗室內激活相關ADAS 功能（主要包含智能汽車的前方碰撞預警（FCW）、緊急制動（AEB）、車道偏離預警（LDW）及自適應巡航控制（ACC）等功能），在此狀態下對智能車進行相關電磁兼容試驗。主要介紹了通過搭建遠程遙控假人和軌道滑輪系統、道路影像復現系統、雷達目標模擬系統輔助測試系統以配合電波暗室轉轂形成智能汽車電磁兼容硬件在環模擬測試平臺的過程。

隨著汽車科技的不斷發展，越來越多的電子產品被應用到車輛上，智能汽車技術的不斷更新，也迫使電磁兼容測試方法的再次更新，后續還將繼續深入研究，借助國內外資源，通過技術交流不斷充實研究內容，進一步完善智能汽車電磁兼容硬件在環測試評價技術，最終建立完善的智能汽車電磁兼容測試評價體系。