梁耀杰，李吉生

（廣西水利電力職業(yè)技術(shù)學(xué)院，廣西 南寧 530023）

0 引言

近年來(lái)，汽車的智能化技術(shù)發(fā)展迅速，人們對(duì)汽車的智能化技術(shù)需求也越來(lái)越高。為了適應(yīng)行業(yè)內(nèi)激烈的市場(chǎng)環(huán)境，智能網(wǎng)聯(lián)汽車也在我國(guó)交通強(qiáng)國(guó)戰(zhàn)略目標(biāo)的背景下快速發(fā)展。共建人車交互、車路協(xié)同、車車協(xié)同系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)智能化共享，將是智能網(wǎng)聯(lián)汽車的發(fā)展目標(biāo)。因此，對(duì)智能網(wǎng)聯(lián)汽車的決策系統(tǒng)具有極大的考驗(yàn)，決策系統(tǒng)的判斷需要采集來(lái)自環(huán)境感知系統(tǒng)的數(shù)據(jù)，環(huán)境感知系統(tǒng)如果在安裝調(diào)試中不按規(guī)范的步驟操作，將有可能會(huì)給智能網(wǎng)聯(lián)汽車帶來(lái)致命的危害，而環(huán)境感知系統(tǒng)的維護(hù)維修技能人才也相對(duì)緊缺。因此，對(duì)智能網(wǎng)聯(lián)汽車環(huán)境感知系統(tǒng)的安裝調(diào)試與故障診斷已成為智能網(wǎng)聯(lián)汽車后市場(chǎng)的關(guān)鍵技術(shù)。

1 環(huán)境感知系統(tǒng)的作用

智能網(wǎng)聯(lián)汽車主要由環(huán)境感知系統(tǒng)、決策系統(tǒng)、執(zhí)行系統(tǒng)三大系統(tǒng)組成。環(huán)境感知系統(tǒng)包括定位傳感器、毫米波雷達(dá)傳感器、激光雷達(dá)傳感器、視覺(jué)傳感器、超聲波雷達(dá)傳感器等傳感器組成。視覺(jué)傳感器主要是以雙目攝像頭、360°全景攝像頭為主；定位傳感器則由組合導(dǎo)航主機(jī)與定位天線等組成[1]。

環(huán)境感知系統(tǒng)猶如智能網(wǎng)聯(lián)汽車的“眼睛”，在智能網(wǎng)聯(lián)中起到十分重要的作用。智能網(wǎng)聯(lián)汽車在自動(dòng)駕駛模式時(shí)，在決策系統(tǒng)的控制下，利用定位傳感器取得衛(wèi)星信號(hào)從而獲得地圖數(shù)據(jù)，實(shí)現(xiàn)規(guī)劃路線的地圖識(shí)別；通過(guò)激光雷達(dá)發(fā)出的激光點(diǎn)云圖來(lái)識(shí)別周圍障礙物輪廓大?。皇褂煤撩撞ɡ走_(dá)與激超聲波雷達(dá)來(lái)監(jiān)測(cè)車輛與障礙物的距離，但由于超聲波雷達(dá)在短距離（3 m 以內(nèi)）的精度較高，且易受到天氣、速度等因素影響時(shí)，產(chǎn)生的誤差較大。因此，超聲波雷達(dá)主要安裝在車輛的四周，用于監(jiān)測(cè)車輛側(cè)方障礙物的距離。而毫米波雷達(dá)一般要求安裝在車輛的前、后方，可以準(zhǔn)確的監(jiān)測(cè)車輛在行駛過(guò)程中與前、后障礙物的距離。視覺(jué)傳感器的主要功能是識(shí)別移動(dòng)的障礙物與紅綠燈。智能網(wǎng)聯(lián)汽車收到以上的信號(hào)后，通過(guò)決策系統(tǒng)進(jìn)行分析，可以準(zhǔn)確地判斷出周圍的環(huán)境情況，然后發(fā)出車輛速度控制、方向控制、制動(dòng)控制等不同的指令來(lái)控制執(zhí)行系統(tǒng)的運(yùn)行。執(zhí)行系統(tǒng)收到?jīng)Q策系統(tǒng)的指令后，實(shí)現(xiàn)智能網(wǎng)聯(lián)汽車自動(dòng)啟停、自動(dòng)駕駛循跡、自動(dòng)緊急制動(dòng)、主動(dòng)避障、交通信號(hào)識(shí)別等功能。

2 環(huán)境感知系統(tǒng)的安裝與調(diào)試

2.1 組合導(dǎo)航的安裝與調(diào)試

2.1.1 組合導(dǎo)航的安裝

在對(duì)組合導(dǎo)航進(jìn)行安裝時(shí)，首先要對(duì)組合導(dǎo)航進(jìn)行檢測(cè)，檢查其接口無(wú)破裂、設(shè)備的坐標(biāo)清晰、外觀的防塵防水等級(jí)標(biāo)簽清晰等，保證其性能良好。為了保證組合導(dǎo)航工作時(shí)采集的信息穩(wěn)定可靠，應(yīng)把組合導(dǎo)航安裝在敞開(kāi)的位置，防止被其他物體遮擋，組合導(dǎo)航主機(jī)中心點(diǎn)與車輛中心線重合；組合導(dǎo)航主機(jī)與前、后的定位天線要安裝在同一條水平直線上，做到三點(diǎn)一線，如圖1 所示。

圖1 組合導(dǎo)航安裝位置示意圖

2.1.2 組合導(dǎo)航的調(diào)試

組合導(dǎo)航安裝完畢后，需要進(jìn)行標(biāo)定，標(biāo)定的方法如下：

（1）根據(jù)組合導(dǎo)航的類型，打開(kāi)上位機(jī)軟件，選擇對(duì)應(yīng)的模式。

（2）對(duì)組合導(dǎo)航進(jìn)行天線信號(hào)測(cè)試、姿態(tài)信號(hào)測(cè)試、速度信號(hào)測(cè)試，確認(rèn)定位天線等零部件的線束連接良好。

（3）選擇室外無(wú)建筑物等遮擋的空曠區(qū)域錄制路線[2]，確認(rèn)地圖。

（4）循跡行駛，循跡的軌跡應(yīng)與錄制的路線重合。

2.2 毫米波雷達(dá)的安裝與調(diào)試

2.2.1 毫米波雷達(dá)的安裝

毫米波雷達(dá)在智能網(wǎng)聯(lián)汽車上應(yīng)用主要用于精確的判斷前方車輛障礙物與車輛之間的距離以及速度，能夠?qū)崿F(xiàn)在設(shè)定的距離內(nèi)緊急制動(dòng)、自動(dòng)跟車等主動(dòng)安全的功能。毫米波雷達(dá)在安裝前首先要對(duì)其進(jìn)行品質(zhì)檢測(cè)，檢查毫米波雷達(dá)合格可靠。安裝的步驟如下：

（1）根據(jù)實(shí)際車型的高度，選擇毫米波雷達(dá)安裝位置的高度。

（2）確保毫米波雷達(dá)的橫向水平角正確。根據(jù)不同品牌不同型號(hào)的毫米波雷達(dá)安裝時(shí)，要求的橫向水平角不相同，且安裝在不同位置的橫向水平角也不相同。

（3）正確選擇毫米雷達(dá)的縱向水平角[3]。

2.2.2 毫米波雷達(dá)的調(diào)試

毫米波雷達(dá)的標(biāo)定在一般要求在長(zhǎng)寬距離在16 m × 8 m 以上無(wú)遮擋的空曠區(qū)域，地面要求水平，且地面上應(yīng)無(wú)溝坑或其他的凸起物，空曠區(qū)域內(nèi)除了標(biāo)定時(shí)需要放置的標(biāo)準(zhǔn)反射器外，禁止出現(xiàn)其他物體。反射器擺放位置如圖2 所示。

圖2 反射器擺放的位置

標(biāo)定的流程如下：

（1）反射器垂直于車輛5 m 的位置，調(diào)整角反射器高度，使其中心與毫米波雷達(dá)中心離地高度一致，如圖3 所示。

圖3 反射器高度

（2）使用重錘線取雷達(dá)天線罩面中心的兩個(gè)投影點(diǎn)，兩個(gè)投影點(diǎn)和反射器與車輛之間的距離線處于垂直的狀態(tài)。

（3）將CAN 分析儀USB 端接到電腦上，另一端接到雷達(dá)CAN 總線上，打開(kāi)標(biāo)定毫米波雷達(dá)的上位機(jī)軟件，按照車型設(shè)計(jì)的要求與提示輸入相應(yīng)的參數(shù)后，標(biāo)定完成后，系統(tǒng)會(huì)有提示。

2.3 激光雷達(dá)的安裝與調(diào)試

2.3.1 激光雷達(dá)的安裝

在安裝前需要激光雷達(dá)確認(rèn)其表面平整、光潔、色澤均勻、無(wú)裂紋、無(wú)劃痕、外殼防水防塵等級(jí)等。進(jìn)行品質(zhì)檢測(cè)激光雷達(dá)子安裝時(shí)需要進(jìn)行水平角調(diào)整、俯仰角調(diào)整以及方向角校正。

2.3.2 激光雷達(dá)的調(diào)試

激光雷達(dá)通過(guò)內(nèi)部的激光發(fā)射組件快速旋轉(zhuǎn)的同時(shí)發(fā)射高頻率激光束，對(duì)外界環(huán)境進(jìn)行持續(xù)性的掃描，經(jīng)過(guò)測(cè)量距離的算法，提供三維空間點(diǎn)云數(shù)據(jù)及物體反射率，能識(shí)別周圍的人和物體，為定位、導(dǎo)航、避障等提供保障。

在激光雷達(dá)安裝完畢后，還需對(duì)它的點(diǎn)云成像系統(tǒng)進(jìn)行相應(yīng)的測(cè)試。首先要檢查激光雷達(dá)的激光線束與視場(chǎng)角是否缺失，測(cè)試步驟如下：

（1）連接激光雷達(dá)的主線束。

（2）連接電源線。

（3）連接數(shù)據(jù)線。

（4）根據(jù)激光雷達(dá)的廠家標(biāo)準(zhǔn)，修改IP 參數(shù)。

（5）利用與激光雷達(dá)集成一致的軟件系統(tǒng)，打開(kāi)軟件生成點(diǎn)云，如圖4 所示。

圖4 激光雷達(dá)的點(diǎn)云圖

3 環(huán)境感知系統(tǒng)的故障診斷

3.1 毫米波雷達(dá)的故障診斷

當(dāng)毫米雷達(dá)出現(xiàn)故障時(shí)，智能網(wǎng)聯(lián)汽車會(huì)出現(xiàn)無(wú)法在安全的距離實(shí)現(xiàn)緊急制動(dòng)停車功能，會(huì)導(dǎo)致車輛撞上障礙物，因此需要對(duì)毫米波雷達(dá)的相關(guān)控制線路與系統(tǒng)進(jìn)行檢測(cè)，毫米波雷達(dá)的控制原理如圖5 所示。

圖5 毫米波雷達(dá)的控制原理

其故障診斷如下：

（1）檢查毫米波雷達(dá)的電源，如電源異常，則檢查電源線的線路；如果電源正常則進(jìn)入下一步。

（2）因毫米波雷達(dá)使用的CAN 總線傳輸信號(hào)，因此需要使用示波器檢測(cè)毫米波雷達(dá)的波形信號(hào)，如波形異常，則對(duì)CAN 總線的線路進(jìn)行檢測(cè)；如CAN 總線的線束異常，則修復(fù)線路；如CAN 總線線路正常，則更換毫米波雷達(dá)；如毫米波雷達(dá)的信號(hào)正常，則進(jìn)入下一步。

（3）對(duì)毫米波雷達(dá)進(jìn)行重新標(biāo)定；如標(biāo)定后，故障依然存在，則對(duì)毫米波雷達(dá)的上位機(jī)軟件程序進(jìn)行檢查[4]。

3.2 智能網(wǎng)聯(lián)汽車無(wú)法避障故障診斷

一臺(tái)智能網(wǎng)聯(lián)無(wú)人配送車，更換激光雷達(dá)后，承接把物資配送到某小區(qū)的任務(wù)時(shí)，在途中經(jīng)過(guò)窄小路段時(shí)，遇到障礙物無(wú)法實(shí)現(xiàn)避障功能，只能實(shí)現(xiàn)緊急停車，最終導(dǎo)致物資未能在規(guī)定的時(shí)間內(nèi)配送到指定的目的地。

故障原理分析，智能網(wǎng)聯(lián)汽車在自動(dòng)駕駛的模式下，在路上遇到障礙物時(shí)，可以實(shí)現(xiàn)繞開(kāi)障礙物繼續(xù)行駛的功能，如圖6 所示。

圖6 車輛避障

如果無(wú)法實(shí)現(xiàn)避障，應(yīng)首先對(duì)智能網(wǎng)聯(lián)汽車的激光雷達(dá)進(jìn)行檢測(cè)。激光雷達(dá)檢測(cè)的步驟如下：

（1）檢車激光雷達(dá)的表面是否破裂、是否光滑，如不符合規(guī)定，則更換激光雷達(dá)；如正常，則進(jìn)行下一步。

（2）因激光雷達(dá)在正常工作的狀態(tài)下，其內(nèi)部電機(jī)會(huì)持續(xù)運(yùn)轉(zhuǎn)，會(huì)產(chǎn)生震動(dòng)，因此在給激光雷達(dá)通電后，用手觸摸激光雷達(dá)的頂部應(yīng)有明顯的震動(dòng)感；如無(wú)震動(dòng)感，則檢查激光雷達(dá)的電源，如確認(rèn)激光雷達(dá)電壓無(wú)異常，則更換激光雷達(dá)；如有震動(dòng)感，則對(duì)激光雷達(dá)的信號(hào)線束進(jìn)行檢測(cè)；如信號(hào)線束無(wú)異常，則進(jìn)行下一步。

（3）對(duì)激光雷達(dá)進(jìn)行點(diǎn)云測(cè)試，生成的點(diǎn)云圖如圖7 所示。

圖7 實(shí)測(cè)點(diǎn)云圖

通過(guò)實(shí)測(cè)的云圖可知，結(jié)合激光的標(biāo)準(zhǔn)參數(shù)，該激光雷達(dá)時(shí)16 線的激光雷達(dá)，符合要求。但明顯發(fā)現(xiàn)，點(diǎn)云圖左邊無(wú)點(diǎn)云生成，只有二分之一的區(qū)域生成的點(diǎn)云圖，初步考慮是激光雷達(dá)的視場(chǎng)角數(shù)據(jù)不符合要求所致。

接著打開(kāi)該雷達(dá)該車的上位機(jī)系統(tǒng)，檢查激光雷達(dá)的視場(chǎng)角，只有180°，正常情況下應(yīng)該是360°才符合要求，而實(shí)際檢測(cè)出來(lái)的點(diǎn)云圖圖6 也只有180°，最后，通過(guò)上位機(jī)系統(tǒng)把該激光雷達(dá)的視場(chǎng)角調(diào)整至360°后[5]，如圖8 所示。

圖8 360°視場(chǎng)角生成的點(diǎn)云圖

最后，再次啟動(dòng)車輛調(diào)至自動(dòng)駕駛模式進(jìn)行路試，車輛能成功避開(kāi)障礙物，故障排除。

4 結(jié)語(yǔ)

智能網(wǎng)聯(lián)汽車是高度的融合了汽車、通信、網(wǎng)絡(luò)等跨技術(shù)領(lǐng)域的新一代汽車。環(huán)境感知系統(tǒng)在智能網(wǎng)聯(lián)汽車上的應(yīng)用主要是安裝調(diào)試與故障診斷，同時(shí)這也是掌握智能網(wǎng)聯(lián)汽車技術(shù)的基礎(chǔ)。因此，掌握環(huán)境感知系統(tǒng)在智能網(wǎng)聯(lián)汽車上的應(yīng)用，可以有利于保證智能網(wǎng)聯(lián)汽車在行駛過(guò)程中的安全穩(wěn)定，為智能網(wǎng)聯(lián)汽車的發(fā)展提供優(yōu)質(zhì)的售后服務(wù)，這更是我們汽車從業(yè)人員需要擁有的職業(yè)道德。