于洪峰，王裕鵬，華 典，曹紅艷

（濰柴動(dòng)力股份有限公司，山東 濰坊 261041）

ADAS（Advanced Driver Assistant System，高級(jí)駕駛輔助系統(tǒng)）是利用車載傳感器，感知周圍環(huán)境，進(jìn)行靜、動(dòng)態(tài)物體識(shí)別、偵測(cè)與追蹤等技術(shù)處理來(lái)提高駕駛安全性的技術(shù)，傳感器主要包括攝像頭、雷達(dá)、激光和超聲波，該系統(tǒng)主要包括導(dǎo)航與實(shí)時(shí)交通系統(tǒng)TMC、電子警察系統(tǒng)ISA、車聯(lián)網(wǎng)、自適應(yīng)巡航ACC、車道偏移報(bào)警系統(tǒng)LDWS、車道保持系統(tǒng)LKA、碰撞避免或預(yù)碰撞系統(tǒng)FCW、夜視系統(tǒng)、自適應(yīng)燈光控制、行人保護(hù)系統(tǒng)、自動(dòng)泊車系統(tǒng)AP、交通標(biāo)志識(shí)別TSR、盲點(diǎn)探測(cè)BSD、駕駛員疲勞探測(cè)、下坡控制系統(tǒng)、電動(dòng)汽車報(bào)警系統(tǒng)等。

硬件在環(huán) （HIL）仿真測(cè)試是以實(shí)時(shí)處理器運(yùn)行仿真模型來(lái)模擬受控對(duì)象的運(yùn)行狀態(tài)，通過(guò)I／O接口與被測(cè)的ECU連接，對(duì)被測(cè)ECU進(jìn)行全方面的、系統(tǒng)的測(cè)試。從安全性、可行性和合理的成本上考慮，HIL仿真測(cè)試已經(jīng)成為ECU開(kāi)發(fā)流程中非常重要的一環(huán)，減少了實(shí)車路試的次數(shù)，縮短開(kāi)發(fā)時(shí)間和降低成本的同時(shí)提高ECU的軟件品質(zhì)，降低測(cè)試過(guò)程的風(fēng)險(xiǎn)。

其主要的觀念就是利用一個(gè)實(shí)時(shí)運(yùn)行的仿真平臺(tái)在其上運(yùn)行被控對(duì)象的仿真物理模型，并利用接口板卡的輸入輸出能力，對(duì)于控制器的輸出進(jìn)行一個(gè)控制信號(hào)的獲取，再將所獲取到的信號(hào)輸入到仿真模型中使其產(chǎn)生相對(duì)應(yīng)的反應(yīng)行為，再將這樣的反應(yīng)行為轉(zhuǎn)化為傳感器所輸出的信號(hào)中將其輸出到控制器的輸入管腳，使得整體的系統(tǒng)得到一個(gè)閉環(huán)的響應(yīng)。因此由以上的描述可知，在這樣的系統(tǒng)中有以下的幾點(diǎn)技術(shù)指標(biāo)需要被滿足：①高精度的實(shí)時(shí)仿真物理模型；②高運(yùn)算效率的處理器板卡；③與控制器管腳可匹配的輸入輸出介面板卡；④可制造各種測(cè)試工況的配套板卡與設(shè)備 （如錯(cuò)誤注入模塊等）；⑤診斷與標(biāo)定工具的接口；⑥可進(jìn)行信號(hào)觀測(cè)、標(biāo)定及系統(tǒng)配置的軟件；⑦自動(dòng)化測(cè)試的軟件；⑧可進(jìn)行殘余總線仿真的接口軟硬件能力。

對(duì)ADAS系統(tǒng)進(jìn)行調(diào)試，需要各系統(tǒng)之間正常交互、車輛周圍的環(huán)境可以自由切換模擬，HIL（硬件在環(huán)）測(cè)試是必需設(shè)備，只有HIL可以對(duì)整個(gè)系統(tǒng)進(jìn)行聯(lián)調(diào)測(cè)試，并模擬各種閉環(huán)測(cè)試場(chǎng)景。

在HIL測(cè)試過(guò)程中會(huì)對(duì)ADAS系統(tǒng)進(jìn)行調(diào)整，根據(jù)測(cè)試結(jié)果優(yōu)化ADAS系統(tǒng)架構(gòu)和控制算法，對(duì)于提升ADAS開(kāi)發(fā)設(shè)計(jì)能力十分重要，可以說(shuō)是項(xiàng)目開(kāi)展的關(guān)鍵因素。特別是項(xiàng)目在道路試驗(yàn)階段，現(xiàn)有條件無(wú)法開(kāi)展具有危險(xiǎn)性的試驗(yàn)，HIL測(cè)試是僅有的可以模擬實(shí)車進(jìn)行路試的方法。

1 ADAS傳感器零部件介紹

1.1 ADAS傳感器特點(diǎn)

通常的ADAS傳感器包括聲學(xué)類、光學(xué)類和電磁類3種，傳感器的特征如表1所示。

表1 ADAS傳感器的特征

1.2 毫米波雷達(dá)

按照毫米波雷達(dá)的工作頻率可以分為：24GHz毫米波雷達(dá)和77GHz毫米波雷達(dá)。毫米波雷達(dá)按照雷達(dá)所能夠探測(cè)到的距離也可以分為3類：短距離雷達(dá)、中距離雷達(dá)和遠(yuǎn)距離雷達(dá)。毫米波雷達(dá)的主要用途分類如表2所示。

表2 毫米波雷達(dá)用途分類

1.3 Camera攝像頭

Camera是廣義的相機(jī)或攝像頭傳感器，根據(jù)類型包括單目、雙目、紅外、魚眼等，主要負(fù)責(zé)對(duì)前方車輛和行人等障礙物的圖像采集以及對(duì)前方信號(hào)燈與交通標(biāo)志標(biāo)線的信息采集。

視覺(jué)傳感器系統(tǒng)是無(wú)人駕駛智能汽車障礙物的識(shí)別以及避障中的重要組成部分，主要由圖像的采集模塊、處理模塊、特征提取模塊等組成。

1.4 激光雷達(dá)

激光掃描雷達(dá)的工作原理是：激光器以逆時(shí)針在水平方向上發(fā)射的激光束完成190°的平面掃描。當(dāng)激光束遇到目標(biāo)障礙物時(shí)，反射回來(lái)激光束被光學(xué)接收系統(tǒng)的探測(cè)器檢測(cè)到，會(huì)轉(zhuǎn)變成一個(gè)電信號(hào)經(jīng)過(guò)濾波和放大之后，輸入到內(nèi)部的數(shù)字信號(hào)處理器，經(jīng)過(guò)處理后輸出到采集程序顯示在計(jì)算機(jī)上。在激光雷達(dá)的實(shí)際應(yīng)用中，掃描周期、角度測(cè)量范圍和角度分辨率以及探測(cè)距離等是主要關(guān)注的量。

1.5 超聲波雷達(dá)

超聲波雷達(dá)是利用傳感器內(nèi)的超聲波發(fā)生器產(chǎn)生40kHz的超聲波，再由接收探頭接收經(jīng)障礙物反射回來(lái)的超聲波，根據(jù)超聲波反射接收的時(shí)間差計(jì)算與障礙物之間的距離。超聲波雷達(dá)成本較低，但探測(cè)距離相對(duì)較短，只有幾米，通常用于泊車系統(tǒng)中，且超聲波雷達(dá)會(huì)受限天氣條件。

2 ADAS HIL測(cè)試設(shè)備組成

2.1 ADAS HIL整體架構(gòu)

ADAS設(shè)備由HIL機(jī)柜、車輛動(dòng)力學(xué)模型、傳感器仿真軟硬件、場(chǎng)景建模工具等組成。ADAS測(cè)試設(shè)備構(gòu)成見(jiàn)表3。ADAS HIL測(cè)試主要包括攝像頭在環(huán)測(cè)試方案和雷達(dá)在環(huán)測(cè)試方案。

作為一個(gè)使用功能相當(dāng)復(fù)雜的民用建筑，其設(shè)計(jì)應(yīng)該充分體現(xiàn)“以人為本”的原則，貫徹“以人為本”的設(shè)計(jì)理念輔以先進(jìn)的信息技術(shù)手段，從交通組織，功能布局以及就醫(yī)環(huán)境入手，整合各種有利的資源和要素，以創(chuàng)新的設(shè)計(jì)手法為社會(huì)大眾提供更舒適、更溫馨、更貼心的醫(yī)療空間。

2.2 視頻暗箱

整個(gè)HIL系統(tǒng)由HIL機(jī)柜、車載雷達(dá)場(chǎng)景生成設(shè)備、視頻暗箱、機(jī)械臺(tái)架、變頻柜 （用于雷達(dá)變頻）、微波暗室（涂有吸波材料）、上位機(jī)電腦等組成。

攝像頭在環(huán)測(cè)試采用視頻暗箱，主要由攝像頭安裝支架、視頻顯示設(shè)備、遮光黑盒、供電系統(tǒng)、線束、內(nèi)部電源等硬件構(gòu)成，視頻黑箱是HIL設(shè)備的組成部分，HIL設(shè)備為黑箱提供所需的視頻信號(hào)，攝像頭供電信號(hào)，通過(guò)總線進(jìn)行信息交互，如圖1所示。

表3 ADAS測(cè)試設(shè)備構(gòu)成

圖1 攝像頭在環(huán)測(cè)試暗箱

2.3 毫米波雷達(dá)模擬器

雷達(dá)在環(huán)測(cè)試的目的是生成真實(shí)雷達(dá)目標(biāo)，并讓真實(shí)的車載雷達(dá)探測(cè)到，HIL可以1ms的速率更新雷達(dá)目標(biāo)屬性，屬性包括距離、速度、雷達(dá)反射面積、角度等。雷達(dá)在環(huán)測(cè)試可以詳細(xì)驗(yàn)證雷達(dá)部件功能。

功能測(cè)試則是測(cè)試ADAS功能比如ACC、AEB以及其它功能。Miro-sys的ARSG設(shè)備可以仿真前面3個(gè)參數(shù) （距離、速度和雷達(dá)反射截面積）。角度的仿真是通過(guò)機(jī)械方式實(shí)現(xiàn)的，雷達(dá)回波的發(fā)射天線是根據(jù)仿真目標(biāo)車輛的移動(dòng)而精準(zhǔn)定位的。雷達(dá)模擬器結(jié)構(gòu)如圖2所示。

車輛動(dòng)力學(xué)仿真模型由以下部件構(gòu)成：發(fā)動(dòng)機(jī) （基于查表）、動(dòng)力傳動(dòng)系統(tǒng)、車輛動(dòng)力學(xué)、環(huán)境。

其中：發(fā)動(dòng)機(jī)模型包含一個(gè)支持ECU介入的基于table的發(fā)動(dòng)機(jī)模型。該模型可以方便地被全特征的汽油機(jī)或柴油機(jī)模型代替。

動(dòng)力傳動(dòng)模型包括手動(dòng)和自動(dòng)變速器，支持前驅(qū)、后驅(qū)及全驅(qū)。驅(qū)動(dòng)軸建模為彈性元件。

車輛多體系統(tǒng)建模為非線性多體系統(tǒng)，包括基于幾何結(jié)構(gòu)或者基于table的懸架運(yùn)動(dòng)學(xué)和基于table的彈性運(yùn)動(dòng)學(xué)。模型支持車輛的垂向、縱向和橫向動(dòng)力學(xué)。

環(huán)境模型對(duì)道路、駕駛員及駕駛員操作序列進(jìn)行建模。

圖2 雷達(dá)模擬器結(jié)構(gòu)圖

3 基于Camera攝像頭的ADAS算法測(cè)試研究

3.1 視頻暗箱結(jié)構(gòu)

采用定制的攝像頭視頻暗箱，如圖3所示。

攝像頭暗箱構(gòu)成如下。

Part 1：顯示器屏幕，車輛運(yùn)行周圍場(chǎng)景，顯示攝像頭需要采集的畫面。

Part 2：攝像頭支架，可以調(diào)整攝像頭高度及與屏幕距離，保證攝像頭采集的畫面角度與實(shí)際情況一致。

Part 3：Eyewatch，攝像頭的監(jiān)控顯示器。

Part 4：攝像頭與視頻輸出，拍攝Eyewatch的顯示情況，并把圖像傳輸?shù)紺ontrolDesk的監(jiān)控界面上。

圖3 ADAS攝像頭暗箱

3.2 實(shí)時(shí)仿真模型結(jié)構(gòu)

車輛及道路場(chǎng)景模型ASM_Traffic在基礎(chǔ)上進(jìn)行擴(kuò)充，增加了Simulator、攝像頭模型、Spare和BusSysterms，模型基于Matlab／Simulink 搭建，攝像頭模型構(gòu)架如圖4所示。

3.3 HIL測(cè)試界面

ADAS-Camera閉環(huán)HIL的測(cè)試界面主要由場(chǎng)景搭建ModelDesk界面，場(chǎng)景顯示MotionDesk界面和主控界面ControlDesk構(gòu)成。在ModelDesk中建立的Maneuver、Road和Traffic場(chǎng)景會(huì)同步到MotionDesk中顯示，場(chǎng)景顯示界面如圖5所示。

圖4 攝像頭模型架構(gòu)圖

3.4 基于攝像頭的硬件在環(huán)測(cè)試

測(cè)試ADAS-Camera閉環(huán)的功能，Simulator模擬發(fā)動(dòng)機(jī)ECU的CAN通信，與ADAS-Camera組成CAN網(wǎng)絡(luò)。在ADASCamera閉環(huán)測(cè)試之前，先對(duì)Camera進(jìn)行功能測(cè)試。測(cè)試Camera對(duì)視景的識(shí)別功能，主要測(cè)試Camera對(duì)前方車輛、路邊交通標(biāo)識(shí)、行人和車道線的識(shí)別，測(cè)試結(jié)果如圖6～9所示。

ADAS-Camera閉環(huán)測(cè)試包括：自動(dòng)跟車測(cè)試和前車Cut in／Cut out測(cè)試。

4 結(jié)論

1）采用視頻暗箱的方式能夠準(zhǔn)確模擬攝像頭傳感器的感官場(chǎng)景。

2）對(duì)于ADAS HIL測(cè)試設(shè)定合適的測(cè)試用例是測(cè)試的關(guān)鍵。

圖5 場(chǎng)景顯示界面

圖6 前方車輛視景和EyeWatch識(shí)別前車及距離

圖7 交通標(biāo)識(shí)視景和EyeWatch識(shí)別交通標(biāo)識(shí)

圖8 行人視景和EyeWatch識(shí)別行人

圖9 車輛偏離車道線和EyeWatch識(shí)別車道線