輔助泊車系統(tǒng)與DVD通信的設計

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

隨著國內(nèi)汽車保有量的增加，道路兩側的泊車位日趨緊張，對于泊車位的空間利用就顯得很有必要。輔助泊車和自動泊車技術應運而生，輔助泊車利用側雷達進行位置檢測，并運用相關算法對泊車進行推算得出泊車關鍵區(qū)域，通過獲取當前車的狀態(tài) （如轉向盤轉向角度、檔位、制動及車速狀態(tài)）給駕駛員做轉向換檔等操作，在車靠近前后車時會給出雷達報警及相應的人機界面提示。

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)會給出聲音提示。不少輔助泊車系統(tǒng)采用集成式設計，即泊車控制器和顯示器集成一體，利用LED燈設計外觀和顯示LCD屏圖像、圖案。在汽車電子設備日益增多的今天，適當?shù)乩矛F(xiàn)有人機界面是一種很有利的做法，可以減少相關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測距發(fā)送給DVD顯示，也需要及時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)議及人機界面設計顯得十分重要。只有與DVD通信暢通無阻，才能保證泊車過程中駕駛員始終得到輔助泊車控制器的指導，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通信的硬件設計

2.1 輔助泊車系統(tǒng)結構

輔助泊車系統(tǒng)結構框圖見圖1，雷達控制模塊硬件框圖見圖2。

如圖2所示，倒車雷達硬件由以下幾個部分組成：8位處理器，電源供電模塊，超聲波發(fā)射驅(qū)動模塊，超聲波探頭，信號接收、濾波處理模塊，LIN信號轉換器。

2.2 輔助泊車系統(tǒng)工作過程

系統(tǒng)發(fā)射超聲波之前，先對探頭進行充電，使探頭內(nèi)部電路獲得能量。充電結束后，發(fā)射20個58kHz的超聲波，占空比50%；如果探測到障礙物，控制器將很快接收到回波信號?？刂颇K通過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CAN總線將數(shù)據(jù)傳輸?shù)紻VD顯示。

正常報警和探頭自檢功能定義：系統(tǒng)上電后，模塊首先對探頭進行自檢，系統(tǒng)自檢時間約2s，若系統(tǒng)自檢正常，則進入正常測距模式顯示；若系統(tǒng)一個或多個通道未連接或者發(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定的程序進行顯示，不進入正常測距模式。

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。本設計中的輔助泊車系統(tǒng)集成雷達功能，避免了需要增加額外的前后雷達控制器，考慮控制及通信的一致性，設計中采用自定義的兩線同步通信方式，其硬件設計如圖3所示。

輔助泊車主MCU采用飛思卡爾MC9S08DZ60，使用該芯片的2個普通IO口即可完成與DVD的一組同步通信。由于雷達協(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)送時間有差異 （雷達測距定時發(fā)送給DVD和文字信息隨機發(fā)送給DVD），因此采用兩組同步通信，即需要MC9S08DZ60的4個IO口。

如圖3所示，D_DAT1和D_CLK1經(jīng)過三極管及上拉電阻后，其電平由MCU級的5 V轉換成車載的12V。電壓轉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通信的軟件設計

3.1 通信協(xié)議

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

本雙線通信方法主要通過定義通信等待時間、通信同步時間、通信中數(shù)據(jù)字節(jié)傳輸?shù)南群蟆?shù)據(jù)位傳輸?shù)南群?、?shù)據(jù)值定義來實現(xiàn)。DVD通信協(xié)議如圖4所示，通信線分數(shù)據(jù)線和時鐘線，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：正負半周期各為0.5 ms）。圖4中通信的主要時間定義如表1所示。

表1 DVD通信時間定義

輔助泊車過程中對駕駛員發(fā)送操作命令相對主函數(shù)的時間來說是隨機過程，因此一旦需要發(fā)送多個命令時，命令之間存在連續(xù)發(fā)送的情況，DVD作為接收者，其顯示屏和主機芯片是分開的，接收的時間和處理往往出現(xiàn)不同情況，因此T3的等待時間是個可標定時間。一般情況下如果只發(fā)送一個命令，T3只設置3ms即可。

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

輔助泊車工作狀態(tài)分為默認模式、前后雷達模式和輔助泊車模式。

文字提示區(qū)主要為：尋找泊車位，向左打滿轉向盤，向右打滿轉向盤，請保持轉向盤角度低速行駛，速度過快，違規(guī)操作切換至工作狀態(tài)，請掛前進檔，請掛倒后檔，制動，注意側距，與車位平行等文字及聲音提示。

轉向盤提示區(qū)主要為左／右打轉向盤的動態(tài)圖案提示。轉向盤中間位數(shù)字提示，給出輔助泊車移動過程中的關鍵停車點的移動距離提示。

雷達提示和一般車的雷達報警功能保持一致。

3.2 通信軟件流程設計

在輔助泊車控制器和DVD的通信過程中，用到了大量的時間，如果直接在主循環(huán)中使用相關時間標識來進行通信設計，會影響程序的可觀、可讀以及程序的執(zhí)行效率。在本設計中，通信的設計分為兩部分：一是數(shù)據(jù)的賦值過程，在主函數(shù)中隨著程序運轉的狀態(tài)進行賦值；二是通信本身的執(zhí)行在中斷中進行。

在輔助泊車控制器中使用TPM2的定時器作為時基，時間為100μs，所有通信都用狀態(tài)機來執(zhí)行，其中，通信時鐘線的半周期時間0.5 ms直接用定時器的時間來運行。凡是涉及時間的直接在定時器中斷中運行即可。

如圖5、圖6所示，通信的傳輸過程主要分為3個內(nèi)容：傳輸內(nèi)容的確定也即通信數(shù)據(jù)賦值和通信長度確定 （是否是連續(xù)多個命令，幾個命令），開啟狀態(tài)機 （對狀態(tài)機進行設置使之進入狀態(tài)機，設置傳輸數(shù)據(jù)及使能狀態(tài)同步和時間設置），狀態(tài)機運行。其中傳輸內(nèi)容和開啟狀態(tài)機在主循環(huán)和函數(shù)中進行，而狀態(tài)機本身則在定時器中斷中運行。

3.3 通信代碼設計

通信的代碼設計中采用結構體加狀態(tài)機的方式，所用結構體如下所示。結構體中的val為通信數(shù)據(jù)的值，數(shù)據(jù)傳輸時用位移動bit-shift方式進行，對于等待時間，是可以調(diào)節(jié)的，因此新增了一個等待時間，增加程序調(diào)整的靈活度。

4 人機界面和實例應用簡介

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

1）動態(tài)圖案部分為一個轉向盤，左側閃爍表明左打轉向盤，右側閃爍表明右打轉向盤，上側字母D閃爍表明掛前進檔，下側字母R閃爍表明掛倒后檔，中間為泊車關鍵停車點的位移提示。

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)，前后雷達狀態(tài)，中間為文字提示區(qū)并會伴隨聲音。小車標志為雷達報警提示，最右側為當前DVD系統(tǒng)時間。

圖7中為實際測試效果，提示為向左打轉向盤圖案閃爍，伴隨聲音提示，文字動態(tài)提示。

在實際的整車開發(fā)中，可以在儀表顯示屏上顯示車與障礙物的距離，同時可伴有報警聲提示駕駛員，如圖8所示。如果再配有動態(tài)輔助線功能 （后部再配一個攝像頭），實車顯示將如圖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 結論

本文設計的DVD通信已經(jīng)裝車運行，試驗證明，輔助泊車控制器和DVD通信穩(wěn)定，人機界面友好，增加了泊車的安全性和駕駛趣味性。

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

［2］趙繼文.傳感器與應用電路設計［M］.北京：科學出版社，2002.

［3］Ron Patton，著.張小松，王鈺，曹躍，譯.軟件測試［M］.北京：機械工業(yè)出版社，2006.

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