孫運(yùn)璽，谷原野，節(jié)忠海，孫 云，黃春鵬，孫久龍

（一汽轎車(chē)股份有限公司，吉林 長(zhǎng)春 130000）

高級(jí)駕駛輔助系統(tǒng)目前已經(jīng)普遍應(yīng)用于乘用車(chē)，并逐步變?yōu)槌擞密?chē)的標(biāo)準(zhǔn)配置，其中半自動(dòng)泊車(chē)系統(tǒng)是高級(jí)駕駛輔助系統(tǒng)的一個(gè)重要功能。泊車(chē)系統(tǒng)可部分替代駕駛員觀察和判斷，能夠輔助駕駛員快速、準(zhǔn)確、定位車(chē)位，整個(gè)泊車(chē)的過(guò)程中，駕駛員只需要按照系統(tǒng)的指示操作即可，并能夠按照系統(tǒng)指示安全、方便泊入或泊出車(chē)位，提高了泊車(chē)的方便性，減少泊車(chē)事故。泊車(chē)系統(tǒng)控制算法較為復(fù)雜，需要采集多路雷達(dá)的數(shù)據(jù)信息，判斷障礙物及車(chē)位信息，結(jié)合實(shí)際車(chē)速，并與EPS、TCU、IC等控制器協(xié)同控制實(shí)現(xiàn)泊車(chē)操作。研發(fā)過(guò)程中控制器的算法開(kāi)發(fā)不是很完備，存在軟件漏洞和策略錯(cuò)誤等情況，并且泊車(chē)系統(tǒng)涉及到駕駛安全，因此在實(shí)車(chē)驗(yàn)證之前，必須在實(shí)驗(yàn)室進(jìn)行仿真測(cè)試，對(duì)泊車(chē)系統(tǒng)的控制策略進(jìn)行充分的測(cè)試，降低實(shí)車(chē)測(cè)試的風(fēng)險(xiǎn)［1］。

1 半自動(dòng)泊車(chē)系統(tǒng)

本文中所述的半自動(dòng)泊車(chē)系統(tǒng)由控制器、短距和長(zhǎng)距超聲波雷達(dá)構(gòu)成，通過(guò)超聲波測(cè)量道路兩側(cè)的車(chē)位長(zhǎng)度，選定適合的車(chē)位后，系統(tǒng)計(jì)算倒車(chē)軌跡并自動(dòng)控制車(chē)輛的轉(zhuǎn)向系統(tǒng)，將車(chē)輛停靠在選定的車(chē)位中，駕駛員只需按照儀表的聲音或圖像提示控制車(chē)輛的擋位切換、油門(mén)及制動(dòng)踏板。半自動(dòng)泊車(chē)功能由水平泊入、垂直泊入、水平泊出3個(gè)子功能組成［2］，泊入時(shí)分為車(chē)位搜索、泊車(chē)引導(dǎo)2個(gè)階段；泊出時(shí)只有泊車(chē)引導(dǎo)階段。聲音警示及系統(tǒng)操作提示通過(guò)儀表來(lái)實(shí)現(xiàn)，轉(zhuǎn)向操作與EPS控制器配合完成，換擋操作由TCU控制器配合完成。

半自動(dòng)泊車(chē)系統(tǒng)共包括12個(gè)雷達(dá)傳感器，如圖1所示，其中前4個(gè)和后4個(gè)為短距超聲波雷達(dá)，主要探測(cè)前后距離，探測(cè)距離短；車(chē)輛兩側(cè)各有2個(gè)長(zhǎng)距超聲波雷達(dá)，探測(cè)距離長(zhǎng)。根據(jù)超聲波測(cè)距原理，控制器輪詢(xún)各傳感器發(fā)射和回波的時(shí)間差，內(nèi)部經(jīng)過(guò)濾波和運(yùn)算，計(jì)算出實(shí)際可探測(cè)到的車(chē)位。

圖1 半自動(dòng)泊車(chē)系統(tǒng)構(gòu)成

2 自動(dòng)化測(cè)試應(yīng)用

2.1 自動(dòng)化系統(tǒng)搭建

實(shí)驗(yàn)室仿真測(cè)試系統(tǒng)主要由實(shí)時(shí)仿真系統(tǒng)、試驗(yàn)管理系統(tǒng)、顯示系統(tǒng)構(gòu)成，其系統(tǒng)搭建示意如圖2所示。其中實(shí)時(shí)仿真系統(tǒng)是自動(dòng)化測(cè)試系統(tǒng)的核心，能夠運(yùn)行車(chē)輛動(dòng)力學(xué)模型和交通場(chǎng)景模型［3］，可以正確模擬真實(shí)的車(chē)輛及其動(dòng)力系統(tǒng)工作過(guò)程和車(chē)輛的運(yùn)行外部環(huán)境 （交通場(chǎng)景、交通標(biāo)志、建筑物等）。試驗(yàn)管理系統(tǒng)由上位機(jī)和運(yùn)行于上位機(jī)的試驗(yàn)管理軟件組成，通過(guò)以太網(wǎng)線連接至實(shí)時(shí)仿真計(jì)算機(jī)，從而實(shí)現(xiàn)對(duì)系統(tǒng)的總體控制。通過(guò)試驗(yàn)管理軟件，可以實(shí)現(xiàn)模型設(shè)置編譯下載、模型運(yùn)行監(jiān)控、讀取車(chē)輛實(shí)時(shí)信息、在線調(diào)參和對(duì)整個(gè)仿真平臺(tái)進(jìn)行配置管理的功能。顯示系統(tǒng)用來(lái)顯示動(dòng)畫(huà)場(chǎng)景，實(shí)現(xiàn)人-機(jī)互動(dòng)，提升虛擬駕駛體驗(yàn)。

圖2 自動(dòng)化系統(tǒng)搭建示意圖

半自動(dòng)泊車(chē)控制器通過(guò)超聲波傳感器發(fā)送超聲波，同時(shí)接收反射后的超聲波判斷障礙物的位置。實(shí)驗(yàn)室仿真系統(tǒng)的難點(diǎn)在于仿真超聲波信號(hào)，也是本實(shí)驗(yàn)室測(cè)試仿真系統(tǒng)搭建的關(guān)鍵。超聲波回波模擬設(shè)備采用真實(shí)的超聲波傳感器與一個(gè)聲音換能器一起布置，障礙物的距離信息由車(chē)輛動(dòng)力學(xué)仿真軟件通過(guò)硬件IO板卡發(fā)送到聲音換能器中，聲音換能器形成的超聲波由超聲波傳感器傳遞到自動(dòng)泊車(chē)控制單元中，即可模擬障礙物的距離信息。

2.2 自動(dòng)化測(cè)試執(zhí)行

實(shí)驗(yàn)室仿真測(cè)試的關(guān)鍵在于測(cè)試工況的開(kāi)發(fā)，測(cè)試工況以ISO國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)以及控制器的開(kāi)發(fā)要求為基礎(chǔ)，覆蓋泊車(chē)的基本功能、泊車(chē)過(guò)程中出現(xiàn)故障后控制策略驗(yàn)證以及泊車(chē)系統(tǒng)與整車(chē)其他控制器之間的交互功能，驗(yàn)證泊車(chē)系統(tǒng)是否符合主機(jī)廠的規(guī)定以及安全性的要求，其中故障注入類(lèi)的測(cè)試及各種極限工況的測(cè)試尤為重要，也是仿真測(cè)試的重點(diǎn)，下面舉例說(shuō)明仿真測(cè)試的執(zhí)行過(guò)程［4］。

2.2.1 測(cè)試用例1：PAC水平泊入測(cè)試

測(cè)試工況：水平車(chē)位長(zhǎng)度6.8m，本車(chē)以速度10 km／h尋車(chē)位，車(chē)位找到后開(kāi)始進(jìn)行泊入和泊出驗(yàn)證。

測(cè)試過(guò)程：①設(shè)置車(chē)位和目標(biāo)車(chē)輛位置；②本車(chē)以10 km／h尋車(chē)；③尋到車(chē)位后本車(chē)開(kāi)始進(jìn)行泊入和泊出操作。

測(cè)試結(jié)果：車(chē)輛可以泊入到指定車(chē)位，泊出功能激活后本車(chē)可以泊出到指定位置。水平泊入泊出信號(hào)顯示如圖3所示。水平泊入泊出界面顯示如圖4所示。

2.2.2 測(cè)試用例2：POC泊出過(guò)程中出現(xiàn)方向盤(pán)轉(zhuǎn)角信號(hào)失效故障

測(cè)試工況：水平車(chē)位長(zhǎng)度6.8m，本車(chē)以速度10 km／h尋車(chē)位，車(chē)位找到后開(kāi)始進(jìn)行泊入操作，提示等待轉(zhuǎn)向過(guò)程中出現(xiàn)方向盤(pán)轉(zhuǎn)角信號(hào)失效。

圖3 水平泊入泊出信號(hào)顯示

圖4 水平泊入泊出界面顯示

測(cè)試過(guò)程：①設(shè)置車(chē)位和目標(biāo)車(chē)輛位置；②本車(chē)以10 km／h尋車(chē)；③尋到車(chē)位后本車(chē)開(kāi)始進(jìn)行泊入和泊出操作；④泊出過(guò)程在提示“等待轉(zhuǎn)向”過(guò)程中出現(xiàn)轉(zhuǎn)向盤(pán)轉(zhuǎn)角信號(hào)失效／超時(shí)故障。

測(cè)試結(jié)果：泊車(chē)退出，并給出提示信息。POC泊出過(guò)程中轉(zhuǎn)角信號(hào)失效顯示如圖5所示，泊車(chē)退出顯示如圖6所示。

通過(guò)實(shí)際測(cè)試驗(yàn)證，本試驗(yàn)仿真系統(tǒng)在泊車(chē)過(guò)程中的故障注入測(cè)試及雨雪天氣等故障狀態(tài)或極限工況的仿真測(cè)試非常方便，測(cè)試工況相對(duì)于實(shí)車(chē)測(cè)試具有可重復(fù)性和復(fù)現(xiàn)性，對(duì)于控制器泊車(chē)算法的測(cè)試驗(yàn)證比較充分，對(duì)進(jìn)入實(shí)車(chē)測(cè)試的安全性提供有利保障。

3 結(jié)論

圖5 POC泊出過(guò)程中轉(zhuǎn)角信號(hào)失效顯示

本文詳細(xì)闡述了半自動(dòng)泊車(chē)系統(tǒng)的工作原理，并介紹了實(shí)驗(yàn)室仿真測(cè)試系統(tǒng)的搭建原理及測(cè)試方法，實(shí)驗(yàn)室仿真測(cè)試能夠快速發(fā)現(xiàn)整車(chē)電氣在開(kāi)發(fā)過(guò)程中出現(xiàn)的故障現(xiàn)象和極限工況，針對(duì)自動(dòng)泊車(chē)復(fù)雜的控制策略和泊車(chē)算法，體現(xiàn)了明顯的測(cè)試效果和優(yōu)勢(shì)，在實(shí)車(chē)測(cè)試前進(jìn)行充分的驗(yàn)證，有效降低實(shí)車(chē)測(cè)試的風(fēng)險(xiǎn)，保證了整車(chē)的泊車(chē)功能和性能。

圖6 泊車(chē)退出顯示