徐君飛，李娟娟，周 勇

（奇瑞汽車股份有限公司汽車工程研究總院，安徽 蕪湖 241009）

1 概述

隨著國(guó)內(nèi)汽車保有量的增加，道路兩側(cè)的泊車位日趨緊張，對(duì)于泊車位的空間利用就顯得很有必要。輔助泊車和自動(dòng)泊車技術(shù)應(yīng)運(yùn)而生，輔助泊車?yán)脗?cè)雷達(dá)進(jìn)行位置檢測(cè)，并運(yùn)用相關(guān)算法對(duì)泊車進(jìn)行推算得出泊車關(guān)鍵區(qū)域，通過(guò)獲取當(dāng)前車的狀態(tài) （如轉(zhuǎn)向盤(pán)轉(zhuǎn)向角度、檔位、制動(dòng)及車速狀態(tài)）給駕駛員做轉(zhuǎn)向換檔等操作，在車靠近前后車時(shí)會(huì)給出雷達(dá)報(bào)警及相應(yīng)的人機(jī)界面提示。

一般的輔助泊車系統(tǒng)都具備顯示屏，給出圖形圖像或者文字提示，某些泊車系統(tǒng)會(huì)給出聲音提示。不少輔助泊車系統(tǒng)采用集成式設(shè)計(jì)，即泊車控制器和顯示器集成一體，利用LED燈設(shè)計(jì)外觀和顯示LCD屏圖像、圖案。在汽車電子設(shè)備日益增多的今天，適當(dāng)?shù)乩矛F(xiàn)有人機(jī)界面是一種很有利的做法，可以減少相關(guān)硬件成本和軟件成本投入，可以利用現(xiàn)成的顯示屏如DVD顯示屏和音響作為聲音提示。

在輔助泊車系統(tǒng)中，不僅需要把前后雷達(dá)測(cè)距發(fā)送給DVD顯示，也需要及時(shí)把給駕駛員的提示信息如聲音文字、圖像傳遞給DVD。DVD通信協(xié)議及人機(jī)界面設(shè)計(jì)顯得十分重要。只有與DVD通信暢通無(wú)阻，才能保證泊車過(guò)程中駕駛員始終得到輔助泊車控制器的指導(dǎo)，使得泊車更加安全可靠，駕駛員更加省心省力。

2 輔助泊車系統(tǒng)與DVD通信的硬件設(shè)計(jì)

2.1 輔助泊車系統(tǒng)結(jié)構(gòu)

輔助泊車系統(tǒng)結(jié)構(gòu)框圖見(jiàn)圖1，雷達(dá)控制模塊硬件框圖見(jiàn)圖2。

如圖2所示，倒車?yán)走_(dá)硬件由以下幾個(gè)部分組成：8位處理器，電源供電模塊，超聲波發(fā)射驅(qū)動(dòng)模塊，超聲波探頭，信號(hào)接收、濾波處理模塊，LIN信號(hào)轉(zhuǎn)換器。

2.2 輔助泊車系統(tǒng)工作過(guò)程

系統(tǒng)發(fā)射超聲波之前，先對(duì)探頭進(jìn)行充電，使探頭內(nèi)部電路獲得能量。充電結(jié)束后，發(fā)射20個(gè)58kHz的超聲波，占空比50%；如果探測(cè)到障礙物，控制器將很快接收到回波信號(hào)?？刂颇K通過(guò)LIN總線將障礙物的距離和方位信息傳遞給BCM模塊，BCM再通過(guò)CAN總線將數(shù)據(jù)傳輸?shù)紻VD顯示。

正常報(bào)警和探頭自檢功能定義：系統(tǒng)上電后，模塊首先對(duì)探頭進(jìn)行自檢，系統(tǒng)自檢時(shí)間約2s，若系統(tǒng)自檢正常，則進(jìn)入正常測(cè)距模式顯示；若系統(tǒng)一個(gè)或多個(gè)通道未連接或者發(fā)生故障，系統(tǒng)發(fā)送故障數(shù)據(jù)，DVD顯示界面可以按照設(shè)定的程序進(jìn)行顯示，不進(jìn)入正常測(cè)距模式。

2.3 輔助泊車系統(tǒng)與DVD通信

目前常用的通信方式有多種，如異步串行通信SCI，串行外部設(shè)備通信接口模塊SPI，內(nèi)部集成電路總線IIC總線，控制局域網(wǎng)CAN，本地局域網(wǎng)LIN等。本設(shè)計(jì)中的輔助泊車系統(tǒng)集成雷達(dá)功能，避免了需要增加額外的前后雷達(dá)控制器，考慮控制及通信的一致性，設(shè)計(jì)中采用自定義的兩線同步通信方式，其硬件設(shè)計(jì)如圖3所示。

輔助泊車主MCU采用飛思卡爾MC9S08DZ60，使用該芯片的2個(gè)普通IO口即可完成與DVD的一組同步通信。由于雷達(dá)協(xié)議和文字信息協(xié)議具體數(shù)據(jù)內(nèi)容有所不同，發(fā)送時(shí)間有差異 （雷達(dá)測(cè)距定時(shí)發(fā)送給DVD和文字信息隨機(jī)發(fā)送給DVD），因此采用兩組同步通信，即需要MC9S08DZ60的4個(gè)IO口。

如圖3所示，D_DAT1和D_CLK1經(jīng)過(guò)三極管及上拉電阻后，其電平由MCU級(jí)的5 V轉(zhuǎn)換成車載的12V。電壓轉(zhuǎn)換后更有利于同步通信的穩(wěn)定性和抗干擾性。

3 輔助泊車系統(tǒng)與DVD通信的軟件設(shè)計(jì)

3.1 通信協(xié)議

本設(shè)計(jì)采用數(shù)據(jù)線DATA和時(shí)鐘線CLK的雙線通信方式，本設(shè)計(jì)的通信具備工作穩(wěn)定、抗干擾能力強(qiáng)、靈敏度高，一致性、互換性好，通信協(xié)議解析快速簡(jiǎn)潔等特點(diǎn)。

本雙線通信方法主要通過(guò)定義通信等待時(shí)間、通信同步時(shí)間、通信中數(shù)據(jù)字節(jié)傳輸?shù)南群?、?shù)據(jù)位傳輸?shù)南群?、?shù)據(jù)值定義來(lái)實(shí)現(xiàn)。DVD通信協(xié)議如圖4所示，通信線分?jǐn)?shù)據(jù)線和時(shí)鐘線，數(shù)據(jù)傳輸字節(jié)高位在前、低位在后。數(shù)據(jù)字節(jié)內(nèi)低位bit（lsb）在前、高位 （msb）在后。數(shù)據(jù)DATA在時(shí)鐘CLK的下降緣前后各半周期內(nèi)傳輸，維持一CLK周期 （注：正負(fù)半周期各為0.5 ms）。圖4中通信的主要時(shí)間定義如表1所示。

表1 DVD通信時(shí)間定義

輔助泊車過(guò)程中對(duì)駕駛員發(fā)送操作命令相對(duì)主函數(shù)的時(shí)間來(lái)說(shuō)是隨機(jī)過(guò)程，因此一旦需要發(fā)送多個(gè)命令時(shí)，命令之間存在連續(xù)發(fā)送的情況，DVD作為接收者，其顯示屏和主機(jī)芯片是分開(kāi)的，接收的時(shí)間和處理往往出現(xiàn)不同情況，因此T3的等待時(shí)間是個(gè)可標(biāo)定時(shí)間。一般情況下如果只發(fā)送一個(gè)命令，T3只設(shè)置3ms即可。

通信協(xié)議中數(shù)據(jù)傳輸?shù)闹饕獌?nèi)容與輔助泊車過(guò)程中需要的提示有關(guān)。主要分為：工作狀態(tài)提示，文字提示，轉(zhuǎn)向盤(pán)圖形提示，雷達(dá)提示。

輔助泊車工作狀態(tài)分為默認(rèn)模式、前后雷達(dá)模式和輔助泊車模式。

文字提示區(qū)主要為：尋找泊車位，向左打滿轉(zhuǎn)向盤(pán)，向右打滿轉(zhuǎn)向盤(pán)，請(qǐng)保持轉(zhuǎn)向盤(pán)角度低速行駛，速度過(guò)快，違規(guī)操作切換至工作狀態(tài)，請(qǐng)掛前進(jìn)檔，請(qǐng)掛倒后檔，制動(dòng)，注意側(cè)距，與車位平行等文字及聲音提示。

轉(zhuǎn)向盤(pán)提示區(qū)主要為左／右打轉(zhuǎn)向盤(pán)的動(dòng)態(tài)圖案提示。轉(zhuǎn)向盤(pán)中間位數(shù)字提示，給出輔助泊車移動(dòng)過(guò)程中的關(guān)鍵停車點(diǎn)的移動(dòng)距離提示。

雷達(dá)提示和一般車的雷達(dá)報(bào)警功能保持一致。

3.2 通信軟件流程設(shè)計(jì)

在輔助泊車控制器和DVD的通信過(guò)程中，用到了大量的時(shí)間，如果直接在主循環(huán)中使用相關(guān)時(shí)間標(biāo)識(shí)來(lái)進(jìn)行通信設(shè)計(jì)，會(huì)影響程序的可觀、可讀以及程序的執(zhí)行效率。在本設(shè)計(jì)中，通信的設(shè)計(jì)分為兩部分：一是數(shù)據(jù)的賦值過(guò)程，在主函數(shù)中隨著程序運(yùn)轉(zhuǎn)的狀態(tài)進(jìn)行賦值；二是通信本身的執(zhí)行在中斷中進(jìn)行。

在輔助泊車控制器中使用TPM2的定時(shí)器作為時(shí)基，時(shí)間為100μs，所有通信都用狀態(tài)機(jī)來(lái)執(zhí)行，其中，通信時(shí)鐘線的半周期時(shí)間0.5 ms直接用定時(shí)器的時(shí)間來(lái)運(yùn)行。凡是涉及時(shí)間的直接在定時(shí)器中斷中運(yùn)行即可。

如圖5、圖6所示，通信的傳輸過(guò)程主要分為3個(gè)內(nèi)容：傳輸內(nèi)容的確定也即通信數(shù)據(jù)賦值和通信長(zhǎng)度確定 （是否是連續(xù)多個(gè)命令，幾個(gè)命令），開(kāi)啟狀態(tài)機(jī) （對(duì)狀態(tài)機(jī)進(jìn)行設(shè)置使之進(jìn)入狀態(tài)機(jī)，設(shè)置傳輸數(shù)據(jù)及使能狀態(tài)同步和時(shí)間設(shè)置），狀態(tài)機(jī)運(yùn)行。其中傳輸內(nèi)容和開(kāi)啟狀態(tài)機(jī)在主循環(huán)和函數(shù)中進(jìn)行，而狀態(tài)機(jī)本身則在定時(shí)器中斷中運(yùn)行。

3.3 通信代碼設(shè)計(jì)

通信的代碼設(shè)計(jì)中采用結(jié)構(gòu)體加狀態(tài)機(jī)的方式，所用結(jié)構(gòu)體如下所示。結(jié)構(gòu)體中的val為通信數(shù)據(jù)的值，數(shù)據(jù)傳輸時(shí)用位移動(dòng)bit-shift方式進(jìn)行，對(duì)于等待時(shí)間，是可以調(diào)節(jié)的，因此新增了一個(gè)等待時(shí)間，增加程序調(diào)整的靈活度。

4 人機(jī)界面和實(shí)例應(yīng)用簡(jiǎn)介

人機(jī)界面如圖7所示，人機(jī)界面分兩部分：動(dòng)態(tài)圖案部分和提示信息及狀態(tài)部分。

1）動(dòng)態(tài)圖案部分為一個(gè)轉(zhuǎn)向盤(pán)，左側(cè)閃爍表明左打轉(zhuǎn)向盤(pán)，右側(cè)閃爍表明右打轉(zhuǎn)向盤(pán)，上側(cè)字母D閃爍表明掛前進(jìn)檔，下側(cè)字母R閃爍表明掛倒后檔，中間為泊車關(guān)鍵停車點(diǎn)的位移提示。

2）提示信息及狀態(tài)部分，從左到右依次為輔助泊車故障狀態(tài)，泊車狀態(tài)，前后雷達(dá)狀態(tài)，中間為文字提示區(qū)并會(huì)伴隨聲音。小車標(biāo)志為雷達(dá)報(bào)警提示，最右側(cè)為當(dāng)前DVD系統(tǒng)時(shí)間。

圖7中為實(shí)際測(cè)試效果，提示為向左打轉(zhuǎn)向盤(pán)圖案閃爍，伴隨聲音提示，文字動(dòng)態(tài)提示。

在實(shí)際的整車開(kāi)發(fā)中，可以在儀表顯示屏上顯示車與障礙物的距離，同時(shí)可伴有報(bào)警聲提示駕駛員，如圖8所示。如果再配有動(dòng)態(tài)輔助線功能 （后部再配一個(gè)攝像頭），實(shí)車顯示將如圖9（顯示在DVD屏上）所示，一般紅色區(qū)域①區(qū)可設(shè)置為50~100cm，黃色區(qū)域②區(qū)為100~150 cm，綠色區(qū)域③區(qū)為150~250cm （該參數(shù)僅供參考）。

5 結(jié)論

本文設(shè)計(jì)的DVD通信已經(jīng)裝車運(yùn)行，試驗(yàn)證明，輔助泊車控制器和DVD通信穩(wěn)定，人機(jī)界面友好，增加了泊車的安全性和駕駛?cè)の缎浴?/p>

［1］朱自勤.傳感器與檢測(cè)技術(shù)［M］.北京：機(jī)械工業(yè)出版社，2006.

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