CN114390158A

CN114390158A - 一种抑制车载视频干扰的方法

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Publication number: CN114390158A
Application number: CN202111563887.1A
Authority: CN
Inventors: 娄旭华; 周洪涛
Original assignee: Zhejiang Zero Run Technology Co Ltd
Current assignee: Zhejiang Zero Run Technology Co Ltd
Priority date: 2021-12-20
Filing date: 2021-12-20
Publication date: 2022-04-22
Anticipated expiration: 2041-12-20

Abstract

本发明公开了一种抑制车载视频干扰的方法，一种抑制车载视频干扰的方法，包括以下步骤：S1，根据整车电气功能及架构需求，确定车载视频制式要求；S2，车载视频制式要求确定后，根据电气架构定义，按照供电方式或者传输方式要求进行分类设计；S3，根据不同的供电方式或者传输方式，作出相应的处理。本发明的方法，将零部件的EMC设计和整车系统级EMC设计结合起来，弥补各自的短板，避免了样车下线后才发现存在视频干扰的问题，本发明大大降低摄像头及摄像头主机单体对抗环路干扰抑制能力的要求，从而降低了开发难度和开发成本。

Description

一种抑制车载视频干扰的方法

技术领域

本发明涉及电动汽车技术领域，尤其是一种抑制车载视频干扰的方法。

背景技术

目前车载视频有基于模拟制式视频和数字制式视频这两种传输方式，不管是基于哪种制式的车载视频，其核心系统均有车载摄像头、传输线、摄像头主机(含显示单元)等单元构成。随着自动驾驶技术的发展，在智能化汽车发展的推动下，车载摄像头的应用越来越广泛和深入，典型的应用如前视单目摄像头、双(三)目摄像头、人脸识别摄像头、环视/盲区摄像头，由以上摄像头配以毫米波雷达组成智能驾驶辅助系统或超声波雷达组成智能泊车系统或喇叭组成疲劳驾驶预警系统，以上系统均基于车载摄像头、传输线、摄像头主机(含显示单元)组成的系统单元可靠稳定的运行，特别是基于车载摄像头组成的智能驾驶辅助系统需要摄像头输入稳定清新的画面作为驾驶判断的依据。

同时，随着汽车的电动化和智能化，汽车搭载越来越多的电子设备，整车的电磁环境也越来越复杂和严峻，对车载摄像头的抗干扰能力也提出了新的要求。车载摄像头与摄像头主机及其他电气设备因存在共同的布线路径往往形成线路之间的线间串扰干扰和地环路干扰，所谓的串扰干扰是两条信号线之间的耦合、信号线之间的互感和互容引起线上的噪声，所谓的地环路干扰是一种较常见的干扰现象,通常发生在通过电缆连接的相距较远的设备之间，其产生的内在原因是设备之间的地线电位差，地线电压导致了地环路电流，由于电路的非平衡性，地环路电流导致对电路造成影响的差模干扰电压。车载摄像头往往布置在车头和车尾以及车身两侧，而主机通常布置在驾驶舱内，这就导致车载摄像头与主机之间的传输线路很长，并且走线时随整车线束一起布置，导致了线间的串扰和地环路干扰。

在零部件层级，目前的车载摄像头在装配到车上之前，为了保证摄像头能正常的工作，减少被干扰。供应商通常会根据主机厂(整车厂)的EMC(电磁兼容)企标要求进行单体的EMC测试验证，单体在进行良好EMC设计的情况下往往也能达到主机厂的要求，在进行各项EMC测试时，画面也能保持稳定清新的输出。更进一步的，在实验室中搭配车载摄像头主机进行EMC测试时，也能满足主机厂的企标要求，这其中采用的技术主要有传输信号屏蔽、摄像头及主机屏蔽和接地处理，还有一点就是实验室进行的EMC测试项目往往是单一维度的考量，跟整车组成的复杂系统存在较大差别。

在整车层级，现有的车载摄像头、传输线以及摄像头主机(含显示单元)组成的车载视频系统在整车的零部件布置及线束布局时，基本上是基于整车的电气架构、总布置工程师及线束工程师的个人经验来对车载视频系统进行布置和布局的。架构工程师往往考虑的是总体功能实现，总布置工程师往往考虑的是空间利用率，线束工程师往往是根据各零部件的接口定义进行布局和走线，另外，从成本上和车身减重等方面考虑，通常会考虑就近搭铁。

在中国专利文献上公开的“面向用户体验的整车级视频系统抗电磁干扰测试装置及评价测试方法”，其公开号为CN108551578A，该发明涉及一种面向用户体验的整车级视频系统抗电磁干扰测试装置及评价测试方法。该测试装置包括控制单元、视频分析系统和电磁干扰发生设备，还包括设置于EMC暗室的车载视频播放设备、摄像头以及视频信号传输模块；所述摄像头采集所述车载视频播放设备所播放的内容，所述摄像头的视频信号输出端连接所述视频信号传输模块输入端，所述视频信号传输模块输出端连接所述视频分析系统输入端，所述视频分析系统输出端连接所述控制单元，所述电磁干扰设备发出电磁波对视频信号的采集及传输进行干扰。该装置结构简单，克服了整车不能使用零部件接口进行视频信号采集的困难，实现了对整车视频系统抗电磁干扰性能的测试。但是该发明未提出具体的防干扰的实施方法。

发明内容

本发明解决了由于现有零部件的EMC设计和整车系统级的EMC设计缺乏结合而引起的车载视频干扰问题，提出一种抑制车载视频干扰的方法，将零部件的EMC设计和整车系统级EMC设计结合起来，弥补各自的短板，避免了样车下线后才发现存在视频干扰的问题，本发明大大降低摄像头及摄像头主机单体对抗环路干扰抑制能力的要求，从而降低了开发难度和开发成本。

为了实现上述目的，本发明采用以下技术方案：一种抑制车载视频干扰的方法，包括以下步骤：

S1，根据整车电气功能及架构需求，确定车载视频制式要求；

S2，车载视频制式要求确定后，根据电气架构定义，按照供电方式或者传输方式要求进行分类设计；

S3，根据不同的供电方式或者传输方式，作出相应的处理。

本发明中，首先确定车载视频是模拟制式视频类型还是数字制式视频类型，在模拟制式视频类型中，由整车电器架构工程师的电器架构定义，以供电方式分为模拟摄像头的电源来自摄像头主机和来自其他设备，在数字制式视频类型中，以传输方式分为同轴单芯和同轴差分，不同的类型选择相应最佳的处理方式，由此来解决整车系统视频出现干扰的问题。

作为优选，所述车载视频制式要求主要分为模拟制式视频类型和数字制式视频类型。本发明中，从车载摄像头的两种视频制式出发，分别以供电方式及传输方式不同来抑制车载视频干扰。

作为优选，所述步骤S2中包括以下步骤：

S21，模拟制式视频类型按照供电方式要求进行分类设计，具体分为模拟摄像头的电源来自摄像头主机和模拟摄像头的电源来自其他设备；

S22，数字制式视频类型按照传输方式要求进行分类设计，具体分为同轴单芯和同轴差分。本发明中，分别以供电方式及传输方式不同来抑制车载视频干扰。

作为优选，不同供电方式相应的处理具体为：当模拟摄像头的电源来自摄像头主机时，摄像头电源地线在设计时做断开处理，使同轴线屏蔽层共同作为电源和信号的回流地线，摄像头及摄像头主机组成的系统为单点接地；当模拟摄像头的电源来自其他设备时，摄像头的电源地线接到摄像头主机，使摄像头信号地和电源地保持等电位。

本发明中，针对模拟制式摄像头，摄像头电源来自其他设备的，将摄像头电源地从原本接其他设备的转接到摄像头主机，同时保持摄像头电源地线与视频同轴线并行布线的特征；摄像头电源来自摄像头主机的，直接采用视频同轴线的屏蔽层承担视频信号和电源的电流回流通路。

作为优选，不同传输方式相应的处理具体为：当传输方式为同轴单芯时，则判断其是否支持电源和信号进行同轴叠加传输，若是，则摄像头及摄像头主机组成的系统为单点接地；若否，则进入步骤S2；当传输方式为同轴差分时，则采用差分对之间进行双绞并且屏蔽处理。

本发明中，针对数字制式摄像头，当为同轴单芯的传输方式时，需要进行POC传输技术的判断，当为同轴差分的传输方式时，要采用差分对之间进行双绞并且屏蔽处理，确保系统无环路干扰。

作为优选，在同轴线屏蔽层共同作为电源和信号的回流地线的基础上，使摄像头外壳与车架保持电气隔离。本发明中，若外壳为非金属则无需进行上述步骤。

本发明的有益效果是：

1、本发明结合现有车载视频制式，从零部件单体EMC测试验证及整车布置设计阶段等各自存在的特点出发，避免了零部件单体EMC测试通过，但是整车系统级却存在干扰的情况，同时在整车设计阶段即做到根据摄像头视频制式，由电气输入确认供电方式，从而选择合适的摄像头电源地线端接方式，避免了因布置不合理导致的串扰干扰或环路干扰；

2、本发明在整车线束成本及整车轻量化方面同样有很大的实用价值，特别是当视频同轴线满足摄像头电源功率的情况下，因为能将摄像头的电源地线直接去掉，这样可以减少整车线束布置或搭铁螺栓的使用，从而降低成本和提升轻量化。

附图说明

图1是本发明的流程图；

图2是本发明的车载摄像头及摄像头主机架构图；

图3是本发明环视摄像头及倒车摄像头布置图；

图4是本发明并行导线串扰模型的示意图；

图5是本发明视频传输同轴线的示意图；

图6是本发明PCB板端同轴连接器的示意图；

图7是本发明基于GMSL/FPD Link的POC方案的示意图；

图8是屏蔽双绞线的结构图；

图9是PCB板端信号线屏蔽设计示意图；

其中，200、摄像头主机 201、第一倒车摄像头 202、右后盲区摄像头 203、右环视摄像头 204、右前盲区摄像头 205、前环视摄像头 206、前视双目摄像头 207、人脸识别摄像头 208、左前盲区摄像头 209、左环视摄像头 210、左后盲区摄像头 211、摄像头与摄像头主机进行数据传输的同轴线缆 212、车身 301、右车门 302、车窗电机 303、右车门上的后视镜集成的右环视摄像头 304、供电电源线 305、BCM控制器 306、视频传输同轴线 307、12V蓄电池 308、蓄电池负极与车架的接地线 309、车身横梁与车身的搭铁线 310、车架横梁 311、摄像头主机与车架纵梁的搭铁线 312、环视摄像头拉回至摄像头主机的电源地线313、第二摄像头主机 314、摄像头主机给倒车摄像头提供电源的电源线 315、同轴传输线316、车架纵梁 317、第二倒车摄像头 318、整车线束 319、BCM控制器提供给车窗电机的电源线 320、BCM控制器与车身的搭铁线 321、蓄电池给BCM控制器的供电电源线 401、同轴连接器 402、信号地 403、电源地 501、内层导体 502、绝缘层 503、外层网状导体 504、塑料外皮 601、双绞传输差分线 602、第二绝缘层 603、外层屏蔽层 604、第二塑料外皮 701、信号走线 702、伴线地孔 703、PCB地网络 704、连接器 705、信号与连接器的连接端点 706、信号芯片连接端点。

具体实施方式

实施例：

本实施例提出一种抑制车载视频干扰的方法，参考图1，其为根据本发明的实施方式的整车级抑制车载视频干扰的设计方法流程图，主要包括步骤S101至步骤S702，

在步骤S101中，由整车电气功能和架构需求，确定车载视频制式要求；

步骤S201中，车载视频制式类型其一为模拟制式视频类型；

步骤S202中，车载视频制式类型其二为数字制式视频类型；

步骤S301中，针对模拟制式视频类型，根据整车电气架构工程师的电气架构定义，按照供电方式要求进行分类设计；

步骤S302中，针对数字制式视频类型，采用两种不同的传输方式进行设计；

步骤S401中，供电方式类型其一为摄像头的电源其一来自其他设备(即除摄像头主机之外的其他供电设备)；

步骤S402中，供电方式类型其二为来自摄像头主机；

步骤S403中，传输方式类型其一为同轴单芯；

步骤S404中，传输方式类型其二为同轴差分；

步骤S501中，由步骤S401摄像头电源来自其他设备时，摄像头的电源地线接到摄像头主机；

步骤S502中，由步骤402摄像头电源来自摄像头主机时，摄像头电源地线在设计时即做断开处理；

在步骤S503中，由步骤S403中为同轴单芯传输方式时，则需判断是否支持电源盒信号进行同轴叠加传输，如果判断为是，则进入步骤S603处理，如果判断为否，则进入步骤S301处理

在步骤S504中，由步骤S403为同轴差分传输方式时，则采用差分对之间进行双绞且屏蔽处理；

在步骤S601中，按照步骤S501处理，其主要目的是要保证摄像头信号地和电源地保持等电位；

在步骤S602中，按照步骤S502处理，摄像头电源地线断开不接，其主要目的是要让同轴线屏蔽层共同作为电源和信号的回流地线；

在步骤S603中，在步骤S503判断中被判断为电源和信号同传(即POC传输技术)的，以及在步骤S602中同轴线屏蔽层共同作为电源和信号地线的，则摄像头及摄像头主机组成的系统为单点接地；

步骤S701，主要目的是消除信号地和电源地之间形成的环路干扰，从而抑制车载视频干扰；

步骤S702，在步骤S602的基础上，保持摄像头外壳与车架保持电气隔离，即禁止摄像头外壳与车架有电气上的导通；

在步骤S703中，根据步骤S603的结果，使得系统无环路干扰，从而抑制车载视频干扰；

步骤S801，解决系统环路干扰之后，还要进行零部件单体防干扰设计，主要是基于原理图和PCB层级的防干扰设计。

为进一步阐明本设计方法，结构本发明的车载摄像头及摄像头主机架构图进行说明，具体参考图2，该系统由10个摄像头及1个摄像头主机构成，包括摄像头主机200、第一倒车摄像头201、右后盲区摄像头202、右环视摄像头203、右前盲区摄像头204、前环视摄像头205、前视双目摄像头206、人脸识别摄像头207、左前盲区摄像头208、左环视摄像头209、左后盲区摄像头210、摄像头与摄像头主机进行数据传输的同轴线缆211和搭载车载摄像头及摄像头主机的车身212。倒车摄像头201、右后盲区摄像头202、右环视摄像头203、前环视摄像头205、左环视摄像头209、左后盲区摄像头210这六个摄像头组成360°环视监控系统，用于整车自动泊车时监控整车四周环境变化；右前盲区摄像头204及右后盲区摄像头202用于车身右转向时监控右边道路环境及行人情况，左前盲区摄像头208及左后盲区摄像头210用于车身左转向时监控左边道路环境及行人情况；前视双目摄像头206用于行车过程中的前方道路及车辆行车状态监控，人脸识别摄像头207用于驾驶员身份验证开启车辆及行车过程中的疲劳驾驶及其他不符合安全驾车行为的提醒。

由于环视摄像头及盲区摄像头在整车上的布置具有一定的对称性，在本实施例中，摄像头采用模拟制式的HDCVI或CVBS摄像头，对应图1中的步骤S201即类型其一为模拟制式视频，参考图3的环视摄像头及倒车摄像头布置图，包括右车门301、右车门上的车窗电机302、右车门上的后视镜集成的右环视摄像头303和供电电源线304，对应于步骤S401中的摄像头电源来自其他设备，包括有安装在车门上的BCM控制器305、连接右车门上的后视镜集成的右环视摄像头303和第二摄像头主机313的视频传输同轴线306、12V蓄电池307、蓄电池负极与车架的接地线308、车身横梁与车身的搭铁线309、车架横梁310、摄像头主机与车架纵梁的搭铁线311和环视摄像头拉回至摄像头主机的电源地线312，对应于步骤S501的摄像头电源地线接摄像头主机，有第二摄像头主机313、摄像头主机给第二倒车摄像头317提供电源的电源线314、屏蔽层既做视频信号传输地又做电源地线的同轴传输线315、车架纵梁316、第二倒车摄像头317、一段具有1.5m以上并排且捆扎的整车线束318，其至少包括视频传输同轴线306、环视摄像头拉回至摄像头主机的电源地线312、BCM控制器305提供给车窗电机302的电源线319、BCM控制器305与车身的搭铁线320以及蓄电池给BCM控制器305的供电电源线321。

更进一步地，由于BCM控制器305按照线束工程师正常的设计，会直接采用接近搭铁的原则，即BCM控制器305的电源负极就近接车身的地，而BCM控制器305的电源则来自蓄电池，当车窗电机302正常运行时，其工作电流流向为蓄电池、BCM控制器、车窗电机正极、车窗电机负极、BCM控制器、BCM与车身的搭铁线、车身，最后回到蓄电池负极，因为BCM控制器采用了就近搭铁的原则，所以整个工作电流环路是很大的。特别地，当车窗电机运行或堵转时，其产生的传导干扰噪声将沿着BCM控制器提供给车窗电机的电源线319传递到BCM控制器305，然后传递到蓄电池给BCM控制器的供电电源线321上，由于视频传输同轴线306和环视摄像头拉回至摄像头主机的电源地线312跟蓄电池给BCM控制器的供电电源线321是并排且捆扎保持较长距离布置的，通常在1.5m以上。

而根据两并行导线之间串扰模型，将存在互感串扰公式和互容串扰公式，分别为：

其中L_m为两根导线之间的互感系数，C_m为两根导线之间的互容系数，互感系数和互容系数跟两根导致之间的距离和并行长度有关，一般地，两根导线距离越近，并行长度越长耦合程度会越明显，因此串扰程度也会越强。

表示因互感引起的被串扰导线上的噪声电平，

为干扰导线上引起的电流变化速度，

表示因互容引起的被串扰导线上的噪声电平，

为干扰导线上引起的电压变化速度，本实例中引起的干扰噪声源系车窗电机，该电机为电流驱动型，工作电平保持12V，因此该车窗电机运行时产生的串扰耦合采用互感串扰公式。

更进一步地，在本实施例中，蓄电池给BCM控制器的供电电源线321为引起串扰干扰的噪声源，视频传输同轴线306和环视摄像头拉回至摄像头主机的电源地线312均为被串扰导线，在本发明中，步骤S501中将摄像头电源地线拉回摄像头主机，其主要的目的是要保持环视摄像头拉回至摄像头主机的电源地线312与视频传输同轴线306与蓄电池给BCM控制器的供电电源线321保持并行布置，并且并行布置的长度要相当，并且要使视频传输同轴线306到蓄电池给BCM控制器的供电电源线321与环视摄像头拉回至摄像头主机的电源地线312到蓄电池给BCM控制器的供电电源线321的距离相当，即L_m(321，312)＝L_m(321,306)。这样可以保证蓄电池给BCM控制器的供电电源线321对环视摄像头拉回至摄像头主机的电源地线312和视频传输同轴线306有同样强度的串扰干扰，即V_noise(321，312)＝V_noise(321,306)，从而使摄像头信号地和电源地保持等电位，消除地环路干扰。其串扰干扰模型可参考图4。

当摄像头的电源来自摄像头主机时，即第二倒车摄像头317的电源来自第二摄像头主机313时，为倒车摄像头提供电源的是摄像头主机给倒车摄像头提供电源的电源线314，同轴传输线315同时作为信号参考地和电源参考地，其组成结构如图5所示，包括内层导体505，用于传递视频信号，绝缘层502和外层网状导体503，共同作为信号地和电源地，起到信号和电源的地回流路径，以及塑料外皮504。同时在第二倒车摄像头317端和摄像头主机端均配置PCB板端的同轴连接器401，参考图6，同轴连接器401至少存在3个引脚，其引脚1连接视频信号，其引脚G1连接摄像头电源地403，其引脚G0连接摄像头信号地402，同时在第二倒车摄像头317端和摄像头主机端313的PCB板上将信号地402和电源地403进行短接，此时第二倒车摄像头317和摄像头主机313及车架纵梁316构成一个单点接地的系统，该系统不存在环路干扰。

目前车载摄像头的数字视频传输方案主要基于GMSL或FPD Link，是车载摄像头和处理器之间的主要传输链路方案，通过屏蔽双绞线或同轴电缆实现数字视频传输。当采用同轴电缆时传输时，不管是采用GMSL或FPD link方案均支持POC方案，即支持视频和电源同步传输，POC方案如图7所示，其中J11为同轴连接器，D14为ESD防护器件，为防止视频信号受到静电的干扰，C145为隔直电容，将视频信号和直流电平的电源进行隔离，磁珠FB9、电感L10、电感L9、电阻R86、电阻R84等组成POC滤波电路，该滤波电路可提供低中高不同频段的滤波带宽，以满足视频信号、控制信号及电源的传输，同时达到防止电源上的噪声引入到信号上，为信号提供一个相对干净的直流偏置电压。因此，基于POC方案的GMSL或FPD Link数字视频组成的摄像头和摄像头主机组成的系统为单点接地系统，不存在环路干扰。

此外，基于GMSL或FPD Link方案的数字视频传输系统，除了上述描述的POC方案外，还可以支持屏蔽双绞线进行传输，参考图8，其中包括双绞传输差分线601，第二绝缘层602，外层屏蔽层603，第二塑料外皮604。此时，摄像头电源可以来自摄像头主机也可以来自其他设备，因为采用屏蔽双绞线进行传输时，其差分信号属于紧耦合状态，根据差分信号的工作原理，再外加对差分线进行屏蔽处理，可抵消系统在整车布置上引起的环路干扰。

更进一步地，在完成以上原理图层级的防干扰设计之后，在PCB板端进行防干扰设计，参考图9，PCB叠层至少为4层，信号走内层，与信号相邻的两层铺地网络，并且沿信号线走线方向，每隔50～100mil打地过孔，在信号从连接器到芯片端整个路径上形成屏蔽结构，701为信号走线，702为伴线地孔，其特征是间隔50～100mil，703为PCB的地网络，704为连接器，705为信号与连接器的连接端点，706为信号芯片的连接端点，图示仅为PCB板端防干扰设计实施的其中一例。

本发明的方法，解决了以往摄像头和摄像头主机单体通过EMC测试，但是在整车系统级视频出现干扰的问题，并且从车载摄像头的两种视频制式出发，分别以供电方式及传输方式不同来抑制车载视频干扰。针对模拟试制摄像头，摄像头电源来自其他设备的，将摄像头电源地从原本接其他设备的转接到摄像头主机，同时保持摄像头电源地线与视频同轴线并行布线的特征。针对模拟制式摄像头，摄像头电源来自摄像头主机的，直接采用视频同轴线的屏蔽层承担视频信号和电源的电流回流通路。

上述实施例是对本发明的进一步阐述和说明，以便于理解，并不是对本发明的任何限制，凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims

1.一种抑制车载视频干扰的方法，其特征在于，包括以下步骤：

S3，根据不同的供电方式或者传输方式，作出相应的处理。

2.根据权利要求1所述的一种抑制车载视频干扰的方法，其特征在于，所述车载视频制式要求主要分为模拟制式视频类型和数字制式视频类型。

3.根据权利要求1所述的一种抑制车载视频干扰的方法，其特征在于，所述步骤S2中包括以下步骤：

S22，数字制式视频类型按照传输方式要求进行分类设计，具体分为同轴单芯和同轴差分。

4.根据权利要求1所述的一种抑制车载视频干扰的方法，其特征在于，不同供电方式相应的处理具体为：当模拟摄像头的电源来自摄像头主机时，摄像头电源地线在设计时做断开处理，使同轴线屏蔽层共同作为电源和信号的回流地线，摄像头及摄像头主机组成的系统为单点接地；当模拟摄像头的电源来自其他设备时，摄像头的电源地线接到摄像头主机，使摄像头信号地和电源地保持等电位。

5.根据权利要求1所述的一种抑制车载视频干扰的方法，其特征在于，不同传输方式相应的处理具体为：当传输方式为同轴单芯时，则判断其是否支持电源和信号进行同轴叠加传输，若是，则摄像头及摄像头主机组成的系统为单点接地；若否，则进入步骤S2；当传输方式为同轴差分时，则采用差分对之间进行双绞并且屏蔽处理。

6.根据权利要求4所述的一种抑制车载视频干扰的方法，其特征在于，在同轴线屏蔽层共同作为电源和信号的回流地线的基础上，使摄像头外壳与车架保持电气隔离。