ADAS传感器校准增加维修成本

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越来越多的新车配备了高级驾驶辅助系统(ADAS)。一些最常见的系统包括:

  • 前方碰撞预警
  • 自动紧急制动
  • 自适应巡航控制
  • 车道偏离预警
  • 车道保持辅助
  • 盲点监测
  • 后方横向交通警示
  • 停车辅助/自动泊车
  • 随动转向自适应大灯
  • 大灯自动远光灯激活与调节
图1. 典型的ADAS传感器。激光雷达尚未在量产车辆中使用。(图片来源:德州仪器)

为了完成其工作,ADAS依赖于各种传感器的输入,使系统能够“看到”汽车周围发生的情况。最常见的是摄像头、雷达和超声波传感器。转向传感器也用于帮助确定车辆的行驶方向。一些系统使用单一类型传感器的信息,而其他系统则结合多个传感器的信息——这一过程称为传感器融合——以获得对情况的更准确“视图”。

大多数ADAS传感器都经过非常精确的定位,如果其位置以任何方式受到干扰,都需要进行校准。试想一下,汽车上的传感器即使偏移几分之一英寸甚至一度,在道路上50英尺或更远的地方就会指向一个显著偏离轴线的区域。传感器错位通常是由碰撞引起的——即使是轻微的翼子板弯曲也可能导致ADAS传感器不对齐。然而,作为常规维护工作的副产品,例如更换挡风玻璃、悬架维修或车轮定位,也可能需要进行校准。

在需要时未能校准传感器可能导致错误信息,进而导致ADAS运行不正确或完全不运行。传感器输入故障可能导致:

  • 仪表盘上的指示灯或信息
  • 存储在车辆计算机内存中的诊断故障码(DTC)
  • 方向盘振动
  • 车辆跑偏
  • 转向力增加

诸如此类的问题可能导致驾驶员对汽车提供安全运输的能力失去信心。ADAS故障也可能引发对汽车维修店工作质量的质疑。

传感器类型

最常见的ADAS传感器类型是摄像头、雷达、超声波发射器和转向角传感器。以下是关于每种传感器的更多信息。

前向摄像头传感器

许多车辆配备了前向摄像头传感器。这些传感器通常用于自动紧急制动、自适应巡航控制、车道偏离预警、车道保持辅助以及大灯自动远光灯激活与调节。

图2. 斯巴鲁的ADAS双摄像头系统。(照片来源:斯巴鲁)

由于摄像头是需要能够“看到”道路的光学设备,通常很容易识别汽车是否配备了此类传感器。许多摄像头传感器安装在内后视镜组件内,紧贴挡风玻璃内侧;其他则直接或作为后视镜外壳的一部分固定在车顶内侧。包括斯巴鲁和路虎在内的一些汽车制造商使用两个间隔开的摄像头来改善深度感知。

摄像头传感器中使用的图像传感器与数码相机其他应用中的图像传感器并无太大不同。使ADAS摄像头传感器独特的是集成在组件中的高性能微处理器和先进的数据处理算法。这些组件将摄像头看到的不断变化的模拟图像转换为ADAS可用于控制各种安全关键系统的数字信息。

摄像头传感器通过挡风玻璃“看到”世界,并设计用于特定透过率的光线透过玻璃,且玻璃具有最小的瑕疵和失真。这些方面的任何问题都可能干扰传感器提供准确信息的能力。因此,许多汽车制造商规定,在需要更换带有摄像头传感器的汽车挡风玻璃时,必须使用原厂设备(OEM)挡风玻璃。事实上,一些汽车经销商拒绝在安装了替换挡风玻璃的汽车上校准摄像头传感器。

其他摄像头传感器

一些较新的汽车配备了360度全景摄像头系统,该系统使用车辆前部、后部和侧面的多个小型摄像头来显示车辆周围区域的鸟瞰图。这些摄像头比用于ADAS的摄像头更简单、分辨率更低,尽管它们也需要校准。摄像头通常位于前保险杠或格栅中、侧后视镜下以及后备箱盖或尾门上。控制系统的计算机将多个图像“拼接”在一起,以在仪表盘的信息娱乐屏幕上提供流畅的整体视图。

前向雷达传感器

自适应巡航控制、前方碰撞预警和自动紧急制动是最常与前向雷达传感器关联的ADAS。车辆上使用的毫米波雷达传感器发射高频无线电信号,该信号从物体反射并返回传感器。接收返回信号所需的时间用于计算汽车与物体的距离。

图3. 这张“透视”图像显示了雷达传感器如何可以放置在格栅中坚固塑料盖后面。(照片来源:梅赛德斯-奔驰)

雷达传感器通常安装在前保险杠或格栅内或后面。在少数情况下,雷达传感器安装在后视镜前方的前置摄像头外壳中。无线电波可以穿透玻璃和塑料保险杠盖或格栅材料,传感器通常有一个盖子保护其免受石块和其他道路碎片的伤害。虽然许多雷达传感器安装在中央,但其他则偏移到汽车的一侧,这会影响校准过程。

由于它们有时是隐藏的,确定车辆是否配备雷达传感器可能比识别摄像头传感器的存在更困难。如果外部视觉检查未显示传感器的存在,打开发动机盖可能会发现一个。另一种方法是检查车内的自适应巡航控制开关(通常在方向盘上)或自动紧急制动和/或自适应巡航控制系统的警告灯,该灯在汽车首次启动时作为测试点亮。

其他雷达传感器

一些后方碰撞预警和盲点监测系统使用安装在侧后视镜下、后保险杠盖后面甚至尾灯中的小型雷达传感器。安装在保险杠和尾灯上的传感器还可以在您驶出停车位时提供后方横向交通警示。

为避免潜在干扰,大多数汽车制造商不允许在雷达传感器前方的保险杠盖区域进行维修。他们还建议仅使用OEM盖子,以确保所用材料不会干扰传感器信号。过厚的保险杠盖漆在某些车辆上也可能是个问题,汽车制造商不建议在雷达传感器附近的任何地方放置保险杠贴纸。

超声波传感器

超声波传感器主要用于停车辅助和自动泊车系统。这些传感器安装在前部和/或后部保险杠盖中,它们使用反射的高频声波(类似于雷达的方式)来检测车辆附近的人员、汽车和其他物体。汽车侧面的此类传感器用于某些自动泊车系统,并可作为盲点监测系统中的附加传感器。

图4. 轮拱开口边缘的超声波传感器。(图片来源:维基百科,Basotxerri,CC BY-SA 4.0)

ADAS超声波传感器不需要校准。然而,它们设计用于在保险杠盖或其他任何安装位置的精确定位。因此,一些汽车制造商不批准使用可能变形或缺少适当位置预钻孔用于安装传感器的售后市场、翻新或回收车身部件。虽然大多数超声波传感器传播对称的圆形声波模式,但有些产生不对称的椭圆形模式,这要求它们以特定方向安装才能正常工作。

转向角传感器

转向角传感器用于车道偏离预警、车道保持和自适应大灯ADAS。它们提供的信息也用于其他与安全和性能相关的系统,例如电子稳定控制和自适应悬架。这些传感器通常集成在转向柱中,测量方向盘的旋转程度。

传感器校准

每当传感器的瞄准线以任何方式受到干扰时,就需要进行ADAS传感器校准。这可能发生在碰撞期间,即使是轻微的翼子板弯曲,或者是常规维护工作的副产品,例如更换挡风玻璃、悬架维修或车轮定位。每当传感器或其安装支架被拆卸和更换、轮胎尺寸发生变化、前安全气囊展开并偏转挡风玻璃,或在安装有传感器支架的车顶上进行维修时,也需要进行校准。最后,当汽车计算机内存中存在相关DTC或汽车制造商发布技术服务公告,指示在其他维修过程中进行校准时,也需要进行传感器校准。

更换和校准传感器通常是碰撞后维修的一部分。汽车制造商现在建议车身修理厂在开始维修前对每辆车进行全面的诊断分析,然后在工作完成后再次进行。这将有助于车身修理厂在开始工作前更好地了解任何问题的范围,然后确认所有问题都已解决,ADAS传感器校准已完成,并且在将汽车返还给客户之前,车辆控制系统通信正常。

图5. 一款多功能售后汽车诊断扫描工具。(图片来源:encliquetable)

ADAS传感器校准是一个通常复杂且耗时的精密过程。一些传感器可以在修理厂内校准,其他则需要驾驶车辆,许多传感器需要两种程序。所需时间可能从15分钟到一小时或更长时间不等,具体取决于特定的校准要求。当需要时,这些额外的工时会增加维修成本。

车间准备

由于面临的挑战,目前许多汽车修理厂和挡风玻璃安装商在需要ADAS传感器校准时会将汽车送到经销商处。希望执行传感器校准的独立服务提供商必须大量投资于以下必要工具:

  • 服务信息,描述校准给定年份、品牌和型号车辆上ADAS传感器所需的设备和程序。这些信息可能在售后市场获得,但有时必须从汽车制造商处获取。ADAS传感器校准要求可以通过执行OEM校准要求研究或使用OEM服务信息链接来确定。这两种选择都会给维修店带来成本。
  • 支持ADAS传感器校准的汽车计算机扫描工具。原厂扫描工具可以处理特定汽车制造商所有车辆和传感器所需的操作。售后市场扫描工具的能力差异很大,但某些设备将与许多不同汽车制造商的某些车辆和传感器配合使用。也有专门为ADAS传感器对准设计的特殊工具,但与售后市场扫描工具一样,车辆覆盖范围各不相同。
  • 一个大型、平坦的室内铺砌区域,具有无眩光照明,并且背景没有可能干扰校准的杂乱物品(摄像头传感器)和金属物体(雷达传感器)。例如,本田规定汽车前方需要一个宽13英尺、高5英尺、延伸至少23英尺的开放区域。雷克萨斯雷达校准过程(在室外进行)需要汽车前方至少长32英尺、宽45英尺的大型开放道路。
  • 车轮定位架。许多汽车制造商要求或建议在ADAS传感器校准之前进行四轮定位。这确保了车辆的推力线——一条沿汽车纵向绘制的假想中线——在方向盘居中时指向道路正前方。然后ADAS传感器被校准以与推力线对齐。现在可用的车轮定位设备具有内置的ADAS校准功能,尽管可能仍然需要静态和/或动态瞄准过程(见下文)。
图6. 一款专用于ADAS摄像头传感器校准的工具。(图片来源:Pilkington)
车辆准备

在校准ADAS传感器之前,必须按照汽车制造商的规格准备车辆。一些常见要求包括:

• 车内或后备箱内无不必要的重物
• 轮胎充气至推荐压力
• 车辆前后行驶高度符合规格
• 油箱加满
• 摄像头传感器前方的挡风玻璃清洁(如适用)
• 雷达传感器的保护盖已移除(如适用)
• 已完成四轮定位(如适用)
校准方法

ADAS校准有两种形式:静态和动态。下面提供了这些过程的一般描述,但具体程序因车辆品牌和型号而异。在所有情况下,都必须严格遵循汽车制造商规定的程序和说明。

店内校准(静态)

静态传感器校准始于建立车辆的推力线。汽车制造商规定了各种手动测量方法和特殊工具来执行这部分过程。在许多情况下,工具附着或与前轮和后轮轮毂对齐。激光投射器通常集成在工具中以确保完美对齐。

接下来,一个或多个特殊瞄准靶标被放置在相对于推力线和传感器的精确位置。靶标必须处于指定高度,并且许多设计用于与特殊的可调安装架一起使用。当传感器偏离汽车中心轴线时,靶标也必须相应偏移。虽然至少有一款车辆使用放置在发动机盖上的靶标,但大多数靶标位置距离车辆10到20英尺。

摄像头瞄准靶标通常是黑白图案图像,可以购买,或者在某些情况下可以从服务信息网站下载。已下载的靶标可能需要使用复印机调整大小。对于某些车辆,靶标必须以特定方式照明以确保正确校准。

图7. 典型的ADAS摄像头瞄准靶标 – VAG指大众/奥迪集团。(图片来源:TEXA)

雷达靶标可能具有与摄像头相似的图案,但包括将无线电波反射回传感器的金属元件。另一种类型的雷达靶标是金属锥体,其开口端朝向车辆放置,以将无线电波反射回传感器。

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