车载驾驶辅助系统电磁防护技术研究

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车载驾驶辅助系统是通过安装在汽车上的多种传感装置,在驾驶过程中感知周围环境动态信息,进行静、动态物体的辨识、侦测与追踪等技术上的处理,从而能够让驾驶者提早察觉安全隐患的主动安全技术。随着汽车信息化智能化的不断发展,车载驾驶辅助系统已经成为保障车辆驾驶安全中的重要环节,与此同时,系统受到的复杂电磁环境干扰问题也在日益显著。一方面车辆内部越来越多的电子设备对车载驾驶辅助系统的干扰情况愈发严重,另一方面不断发展的人为强电磁脉冲对车载驾驶辅助系统的安全性提出了严峻的挑战。研究车载驾驶辅助系统电磁防护技术,对车辆驾驶安全有着积极的意义和价值。本文以车载驾驶辅助系统传感设备、传导线束及中控单元三部分为研究对象,分析了车载驾驶辅助系统的电磁耦合机理;研究了传感设备中24GHz毫米波雷达的防护方法,设计了十字、方形、圆形三种孔径的带通频率选择表面及能量选择表面,分别验证了辐射特性和屏蔽效能;分析了传导线束间的串扰及在强电磁脉冲辐照下线束耦合受扰情况,验证了通过给线束增加屏蔽层的方法可以有效降低传导线束间的串扰及辐照耦合干扰;分析了中控单元散热孔、光学视窗的电磁防护方法。通过对车载驾驶辅助系统薄弱环节的电磁防护,可以有效提高系统在复杂电磁环境下的稳定性。具体研究内容如下:(1)车载驾驶辅助系统传感设备电磁防护技术。重点从车载24GHz毫米波雷达入手,按照其结构、特性、材质,完成微带贴片阵列天线、天线罩及雷达壳体的建模。设计了十字、方形、圆形三种孔径的带通频率选择表面,分析了三种结构频率选择表面的辐射特性,其中十字孔径频率选择表面能够保证在24GHz频带的通过性,同时对工作频段外的强电磁脉冲有效防护。在三种结构的频率选择表面基础上通过跨接PIN二极管设计能量选择表面,分析了三种结构分别跨接4、8、16个PIN二极管时的辐射特性,验证了当强电磁脉冲超过安全阈值时,能量选择表面通过谐振频率搬移实现对强电磁脉冲防护的功能。(2)车载驾驶辅助系统传导线束电磁防护技术。通过建立车载驾驶辅助系统传导线束在整车电磁环境下的仿真模型,仿真分析了驾驶辅助系统传导线束间的串扰情况及在HEMP辐照下线束耦合受扰情况。通过仿真双导线间的距离、夹角、耦合长度等变量对导线间串扰影响规律,对减小驾驶辅助系统传导线束间串扰提出参考。通过调整传导线束间布局可以一定程度上减小线束间串扰。为了进一步减小线束间串扰,将容易受到串扰影响的单线、双绞线、超五类双绞线线束进行了屏蔽处理。增加屏蔽层后的线缆串扰情况明显下降,最严重的串扰电压峰峰值最高不到9×10-6v,几乎可以忽略不计。通过仿真不同入射角度及不同极化方向的HEMP入射情况下驾驶辅助系统传导线束的耦合干扰信号,得出入射角度、电场极化方向会对线束耦合干扰产生很大影响,在线束布局时不应忽略这方面的考虑。屏蔽是强电磁脉冲防护最有效手段,通过对单线、双绞线、超五类双绞线进行屏蔽处理,线束的耦合干扰电压明显降低,说明该防护措施取得了良好的屏蔽效果。(3)车载驾驶辅助系统中控单元电磁防护技术。根据中控单元的实际尺寸、材料进行三维建模,重点分析散热孔、光学视窗等薄弱环节的电磁防护方法。从散热孔大小、周期距离两个方面研究散热孔与电磁泄漏之间的关系,可以通过减小单个散热孔面积、增大散热孔周期距离的方式,有效降低散热孔引起的电磁泄漏问题。针对光学视窗,可以采用金属栅格与导电薄膜两种方式对光学视窗就行电磁防护,相较于普通光学视窗,在保证良好透光率的同时,能够有效提高电磁防护能力。贡献与创新性如下:(1)提出了基于频率选择表面及能量选择表面的车载24GHz毫米波雷达强电磁脉冲防护技术。设计了十字、方形、圆形三种孔径的带通频率选择表面及能量选择表面,提高了毫米波雷达的电磁防护能力。(2)提出了减小车载驾驶辅助系统传导线束间串扰及强电磁脉冲辐照下传导线束耦合干扰的技术方法。验证了通过优化线缆布局和增加线缆屏蔽的方式可以有效降低线缆间串扰及辐照耦合干扰。
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