基于超聲波環(huán)視融合的高級(jí)泊車輔助系統(tǒng)仿真研究

馬高峰，馬亮，程琳，張雷

（泛亞汽車技術(shù)中心有限公司，上海 200000）

1 系統(tǒng)設(shè)計(jì)方案

基于超聲波環(huán)視融合的高級(jí)泊車輔助系統(tǒng)硬件在環(huán)仿真系統(tǒng)架構(gòu)，整個(gè)系統(tǒng)主要分為三個(gè)部分[1]。第一部分主要由虛擬場(chǎng)景構(gòu)成，虛擬場(chǎng)景主要通過(guò)虛擬場(chǎng)景軟件生成關(guān)于高級(jí)泊車輔助系統(tǒng)需要的3D仿真測(cè)試環(huán)境以及360環(huán)視視頻信號(hào)、虛擬雷達(dá)仿真數(shù)據(jù)，并通過(guò)以太網(wǎng)和HDMI連接線傳送給實(shí)時(shí)機(jī)以及視頻注入設(shè)備；第二部分主要由實(shí)時(shí)機(jī)、視頻圖像注入設(shè)備、雷達(dá)模擬器組成，實(shí)時(shí)機(jī)接受場(chǎng)景軟件的信息，操控視頻注入設(shè)備、超聲波雷達(dá)模擬器、車輛動(dòng)力學(xué)、虛擬ECU等，將雷達(dá)信息、圖像信息、車輛動(dòng)力學(xué)信息、整車其它零部件信息傳送給待測(cè)模塊APA。

該平臺(tái)提供了多種場(chǎng)景顯示方式，用于輔助測(cè)試人員從不同維度評(píng)價(jià)自動(dòng)泊車的完成效果。主控單元實(shí)時(shí)機(jī)通過(guò)控制上位機(jī)，可實(shí)現(xiàn)探測(cè)距離模擬、360環(huán)視視頻注入、仿真場(chǎng)景切換、手動(dòng)/全自動(dòng)化測(cè)試并實(shí)時(shí)記錄測(cè)試數(shù)據(jù)等功能。平臺(tái)同時(shí)集成了自動(dòng)泊車模塊、儀表、收音機(jī)、中控顯示屏、開(kāi)關(guān)等真實(shí)零件，最大程度上還原駕駛員在泊車過(guò)程中的真實(shí)場(chǎng)景。此外，平臺(tái)還包括一個(gè)上位機(jī)操作屏，用于開(kāi)發(fā)測(cè)試人員進(jìn)行測(cè)試場(chǎng)景調(diào)用、參數(shù)修改、泊車效果監(jiān)測(cè)及測(cè)試報(bào)告整理等操作。

2 仿真測(cè)試場(chǎng)景開(kāi)發(fā)

2.1 虛擬場(chǎng)景開(kāi)發(fā)

隨著高級(jí)泊車輔助系統(tǒng)功能越來(lái)越多、應(yīng)用場(chǎng)景越來(lái)越復(fù)雜，判定最終泊車效果的評(píng)判維度越來(lái)越多，因此本文通過(guò)dSPACE 公司ASM場(chǎng)景軟件對(duì)系統(tǒng)的虛擬測(cè)試場(chǎng)景進(jìn)行開(kāi)發(fā)。通過(guò)3DMAX建模并導(dǎo)入ASM環(huán)境生成的3D泊車場(chǎng)景，可模擬整個(gè)停車場(chǎng)的所有物理信息以及視覺(jué)信息，包括地面指示箭頭、多種尺寸車輛、路沿、樹(shù)木、多線形車位、特殊障礙等物體。在虛擬場(chǎng)景中主車安裝的虛擬超聲波雷達(dá)，會(huì)將探測(cè)到的距離信息發(fā)送到主控實(shí)時(shí)機(jī)以及超聲波雷達(dá)模擬器，同時(shí)主車上安裝虛擬360環(huán)視攝像頭，會(huì)將視覺(jué)信息輸入給視頻注入設(shè)備，在整個(gè)系統(tǒng)運(yùn)行過(guò)程中實(shí)現(xiàn)了虛擬場(chǎng)景中的虛擬物理信息以及虛擬視覺(jué)信息的真實(shí)化過(guò)程，從而形成基于超聲波環(huán)視融合的虛擬動(dòng)態(tài)場(chǎng)景。

此外，為了方便測(cè)試過(guò)程中測(cè)試人員隨時(shí)對(duì)場(chǎng)景內(nèi)元素和障礙物車輛進(jìn)行調(diào)整，觀察泊車整個(gè)泊車過(guò)程[2]。本文對(duì)3D仿真場(chǎng)軟件進(jìn)行2D平面轉(zhuǎn)化，形成可視化的2D場(chǎng)景，并且對(duì)場(chǎng)景中的車輛姿態(tài)；泊車線形狀、顏色；障礙物的有無(wú)，均可在一定范圍內(nèi)自定義修改，并可以通過(guò)場(chǎng)景軟件實(shí)時(shí)觀察泊車的整個(gè)過(guò)程，如泊車完成的絕對(duì)位置、與路沿的距離、車身超出車位的比例及車身傾斜程度等。

2.2 測(cè)試用例開(kāi)發(fā)

本文基于現(xiàn)有ISO標(biāo)準(zhǔn)及常見(jiàn)車位工況，定義了13類高級(jí)泊車輔助場(chǎng)景，如表1所示。每個(gè)場(chǎng)景定義了車位尺寸傾角、有無(wú)路沿、水平垂直模式、障礙物信息等。同時(shí)，各場(chǎng)景中主車與周邊車輛也有對(duì)應(yīng)的多個(gè)變量，如相對(duì)位置、探測(cè)車位車速、泊車車速、擋位切換次數(shù)等，從而可衍生出更多的測(cè)試工況。

表1 13類高級(jí)泊車輔助場(chǎng)景

3 仿真測(cè)試應(yīng)用及評(píng)測(cè)

3.1 仿真測(cè)試應(yīng)用

本文基于所開(kāi)發(fā)的高級(jí)泊車輔助虛擬場(chǎng)景及測(cè)試工況，針對(duì)某車型的超聲波環(huán)視融合高級(jí)泊車輔助系統(tǒng)搭建了硬件在環(huán)仿真測(cè)試平臺(tái)[3]。平臺(tái)通過(guò)上位機(jī)界面顯示當(dāng)前本車狀態(tài)，泊車軌跡及動(dòng)態(tài)參數(shù)。對(duì)某車型進(jìn)行測(cè)試時(shí)，將平臺(tái)接入整車電子臺(tái)架實(shí)時(shí)測(cè)試儀表導(dǎo)引信息、收音機(jī)提示音等相關(guān)輔助功能的表現(xiàn)，如圖1所示。根據(jù)測(cè)試需求的不同，平臺(tái)可單獨(dú)測(cè)試泊車功能與泊車性能，也可接入整車電子臺(tái)架進(jìn)行整車各模塊的集成測(cè)試。

圖1 上位機(jī)界面與在環(huán)人機(jī)交互模塊

本文通過(guò)配置文件的開(kāi)發(fā)可對(duì)測(cè)試用例與測(cè)試參數(shù)的選擇進(jìn)行校正[4]，如圖1所示。在每一大類下針對(duì)常用測(cè)試工況進(jìn)行細(xì)分，區(qū)分了大車位、標(biāo)準(zhǔn)車位與極小車位，測(cè)試人員可根據(jù)需要單獨(dú)勾選任一測(cè)試工況進(jìn)行測(cè)試。

3.2 測(cè)試設(shè)置與數(shù)據(jù)分析

仿真測(cè)試的數(shù)據(jù)與測(cè)試結(jié)果由軟件自動(dòng)記錄并保存，測(cè)試人員可通過(guò)數(shù)據(jù)回放及報(bào)告完成本次測(cè)試的結(jié)果評(píng)估。

4 結(jié)論

本文通過(guò)分析現(xiàn)有測(cè)試手段存在的痛點(diǎn)，提出了一種超聲波探測(cè)模擬、環(huán)視仿真圖像注入、虛擬場(chǎng)景仿真及整車環(huán)境搭建的測(cè)試方法。通過(guò)理論研究及實(shí)際驗(yàn)證，得到了以下幾點(diǎn)結(jié)論：

（1）仿真測(cè)試手段可在一定程度上對(duì)標(biāo)實(shí)車測(cè)試的結(jié)果，通過(guò)模型在環(huán)、軟硬件在環(huán)及實(shí)車在環(huán)等手段理論上可無(wú)限接近于實(shí)車測(cè)試；

（2）仿真測(cè)試具有實(shí)車測(cè)試不具備的一些優(yōu)點(diǎn)，如系統(tǒng)搭建簡(jiǎn)易、場(chǎng)景變換快速、測(cè)試周期短、安全性高等；

（3）高級(jí)泊車輔助區(qū)別于其他ADAS功能，強(qiáng)調(diào)系統(tǒng)輔助以及使用便利性，因此在滿足功能的前提下，需要確保人機(jī)交互的舒適性及可靠性，仿真測(cè)試在這一環(huán)節(jié)上尤其適合該系統(tǒng)的測(cè)試驗(yàn)證。

同時(shí)，針對(duì)以下兩點(diǎn)，未來(lái)可進(jìn)行進(jìn)一步的研究：

（1）超聲波傳感器由于其機(jī)械波的物理特性，在探測(cè)過(guò)程中容易收到天氣環(huán)境及周邊物體的干擾，需要在傳感器探測(cè)模擬中進(jìn)一步考慮到干擾因素的模擬，如不平地面、低溫天氣、雨天等；

（2）當(dāng)前的仿真測(cè)試場(chǎng)景僅覆蓋到常用工況，需要深入考慮系統(tǒng)在實(shí)際應(yīng)用中可能遇到的復(fù)雜的泊車環(huán)境，同時(shí)積累客戶使用中關(guān)于系統(tǒng)便利性的意見(jiàn)，逐步完善系統(tǒng)測(cè)試的深度和廣度，從而進(jìn)一步提升高級(jí)泊車輔助系統(tǒng)仿真測(cè)試的實(shí)用性。