基于多傳感器融合的智能網(wǎng)聯(lián)汽車常見故障診斷

江西應(yīng)用技術(shù)職業(yè)學(xué)院 徐曉宇，邱志卓，劉秋生

近年來，隨著遠(yuǎn)程通信技術(shù)和汽車網(wǎng)絡(luò)技術(shù)的發(fā)展，智能網(wǎng)聯(lián)汽車獲取信息的邊界得到了極大的擴(kuò)展，汽車與X（車、路、行人、云等）之間的信息交換更加暢通，信息共享更加便捷。智能網(wǎng)聯(lián)汽車具有復(fù)雜的環(huán)境感知系統(tǒng)、智能的決策系統(tǒng)及協(xié)同的網(wǎng)絡(luò)控制等功能，實(shí)現(xiàn)車輛安全、高效、舒適、節(jié)能行駛，最終替代人進(jìn)行駕駛，使交通更加便捷高效。

1 智能網(wǎng)聯(lián)汽車具備的常見功能

智能網(wǎng)聯(lián)汽車具備的常見功能主要有：循跡功能，即通過錄制定位地圖，利用組合導(dǎo)航系統(tǒng)完成自動(dòng)循跡功能；路徑規(guī)劃功能，即通過分析障礙物等信息，給出起點(diǎn)終點(diǎn)后，自動(dòng)駕駛處理器給出控制策略并決策行駛軌跡；停障避障功能，即根據(jù)障礙物所在位置和車輛行駛狀態(tài)，當(dāng)遇到障礙物時(shí)，智能網(wǎng)聯(lián)汽車?yán)秒p目攝像頭和超聲波雷達(dá)進(jìn)行自動(dòng)停障和避障，當(dāng)前方出現(xiàn)可以繞行的障礙物時(shí)，車輛通過自動(dòng)駕駛處理器自主規(guī)劃避障策略，繞開障礙物再返回原車道中心繼續(xù)行駛，當(dāng)車輛感知到前方障礙物不可繞行時(shí)，自動(dòng)駕駛處理器規(guī)劃停障策略，障礙物離開后再繼續(xù)行駛；交通信號(hào)燈識(shí)別功能，即利用V2X通訊保證車路協(xié)同，識(shí)別交通信號(hào)燈并執(zhí)行自動(dòng)啟停功能。

2 智能網(wǎng)聯(lián)汽車故障分析

在分析智能網(wǎng)聯(lián)汽車故障時(shí)可以按照分析傳統(tǒng)汽車故障的方法，通過診斷CAN總線讀取故障代碼確定故障模塊，在分析具體故障時(shí)，還需要考慮軟件故障和網(wǎng)絡(luò)通信故障，如智能傳感器的軟件配置問題、自動(dòng)駕駛處理器調(diào)用是否正常等，此外傳感器的標(biāo)定錯(cuò)誤也會(huì)導(dǎo)致智能網(wǎng)聯(lián)汽車無法正常行駛。智能網(wǎng)聯(lián)汽車常見的故障現(xiàn)象有無法正確識(shí)別交通信號(hào)燈、無法正常躲避路障、無法正常躲避行人、無法正常行駛、遇到障礙物無法提前減速等。

在排查智能網(wǎng)聯(lián)汽車相關(guān)故障時(shí)，不僅要通過CAN總線讀取數(shù)據(jù)，還需通過主機(jī)讀取聯(lián)網(wǎng)設(shè)備信息和網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)，這是因?yàn)楹芏嘀匾獋鞲衅鳎ㄈ缂す饫走_(dá)）的數(shù)據(jù)傳輸是通過網(wǎng)線傳輸，需要通過軟件排查相關(guān)故障，因此本文提出采用軟件和硬件相結(jié)合的方式對(duì)智能網(wǎng)聯(lián)汽車的常見故障進(jìn)行診斷，有助于提高故障診斷的效率和準(zhǔn)確性。硬件故障包括傳感器本體故障、線束故障、控制器故障，其中以線束故障最為常見。本文基于百度Apollo系統(tǒng)，軟件故障包含自動(dòng)駕駛處理器調(diào)用傳感器數(shù)據(jù)和發(fā)送指令時(shí)出現(xiàn)的文件丟失或文件內(nèi)容錯(cuò)誤等故障，因?yàn)锳pollo系統(tǒng)是基于Linux系統(tǒng)運(yùn)行，所以需要進(jìn)一步了解Linux系統(tǒng)的工作原理，熟悉其指令系統(tǒng)，從而便于解決軟件故障。

3 激光雷達(dá)

當(dāng)智能網(wǎng)聯(lián)汽車出現(xiàn)無法避障或沖撞行人時(shí)，可能是激光雷達(dá)出現(xiàn)故障，需對(duì)激光雷達(dá)的硬件和軟件進(jìn)行故障排除。

3.1 硬件故障

通過CAN總線讀取激光雷達(dá)數(shù)據(jù)，若提示傳感器未連接，需檢查激光雷達(dá)相關(guān)線束，如激光雷達(dá)控制盒的供電線路、激光雷達(dá)網(wǎng)線，若是線束故障，則更換線束，若不是線束故障則有可能是激光雷達(dá)損壞（此時(shí)還需要考慮激光雷達(dá)軟件配置是否出現(xiàn)問題）；若激光雷達(dá)檢測(cè)范圍出現(xiàn)問題，需調(diào)整激光雷達(dá)感知距離的參數(shù)到合理范圍，具體標(biāo)定參數(shù)根據(jù)不同車型和激光雷達(dá)的安裝位置來確定，激光雷達(dá)的另外一個(gè)重要參數(shù)是最大仰角與最小俯角，若設(shè)置不合理也會(huì)出現(xiàn)感知故障，調(diào)整到合理范圍后激光雷達(dá)才能正常工作。

3.2 軟件故障

激光雷達(dá)主要是通過點(diǎn)云數(shù)據(jù)感知周圍事物，硬件設(shè)備安裝好之后還需對(duì)其進(jìn)行標(biāo)定和配置，激光雷達(dá)才可以發(fā)揮作用。在Linux系統(tǒng)下，使用ctrl+alt+t打開終端，輸入/apollo/docker/scripts/dev_into.sh進(jìn)入docker環(huán)境，在docker環(huán)境中輸入cd/home/tmp/ros/share/lslidar_c16_decoder/launch，進(jìn)入/home/tmp/ros/share/lslidar_c16_decoder/launch路徑之下，在命令行執(zhí)行vimlslidar_c16.launch，打開lslidar_c16.launch文件，此時(shí)需要對(duì)激光雷達(dá)的四元數(shù)進(jìn)行正確的標(biāo)定和配置，否則會(huì)出現(xiàn)激光雷達(dá)感知數(shù)據(jù)不準(zhǔn)確，從而影響其正常工作，輸入的四元數(shù)值需要根據(jù)激光雷達(dá)的安裝位置和安裝角度進(jìn)行調(diào)整。

4 組合導(dǎo)航系統(tǒng)

組合導(dǎo)航系統(tǒng)主要起到車輛定位和定向作用。當(dāng)智能網(wǎng)聯(lián)汽車出現(xiàn)車輛在起始位置停止不動(dòng)時(shí)，可能是組合導(dǎo)航系統(tǒng)出現(xiàn)了故障，需對(duì)組合導(dǎo)航系統(tǒng)的硬件和軟件進(jìn)行故障排除。

4.1 硬件故障

組合導(dǎo)航系統(tǒng)的主要硬件是GPS接收機(jī)和天線、組合導(dǎo)航模塊，檢查GPS接收機(jī)和天線的本體是否存在故障、GPS接收機(jī)和天線的線束是否存在故障、組合導(dǎo)航模塊本體是否存在故障等。此外，組合導(dǎo)航系統(tǒng)需要聯(lián)網(wǎng)才能工作，需要用網(wǎng)絡(luò)測(cè)試儀檢測(cè)組合導(dǎo)航系統(tǒng)連接到路由器的網(wǎng)線是否損壞，也可用萬用表對(duì)網(wǎng)線進(jìn)行逐一檢測(cè)。

4.2 軟件故障

首先檢查RTK賬號(hào)是否為有效賬號(hào)，在/home/apollo-arm目錄下打開命令行，進(jìn)入組合導(dǎo)航設(shè)置界面，確定購(gòu)買的RTK賬號(hào)有效，打開RTK設(shè)置界面，即/apollo/modules/drivers/gnss/conf/文件夾進(jìn)行查看，此外桿臂值（主機(jī)和天線處在正確位置時(shí)，天線到主機(jī)的距離）輸入錯(cuò)誤也會(huì)導(dǎo)致組合導(dǎo)航系統(tǒng)不能正常工作。此外，IP地址配置錯(cuò)誤也會(huì)導(dǎo)致組合導(dǎo)航系統(tǒng)不能正常工作，因此排查到組合導(dǎo)航模塊故障時(shí)不應(yīng)忽視軟件配置錯(cuò)誤導(dǎo)致的一系列問題。

5 雙目攝像頭

雙目攝像頭在晴天時(shí)較為準(zhǔn)確，當(dāng)遇到大雨或霧天時(shí)需要結(jié)合其他傳感器來共同作用，當(dāng)智能網(wǎng)聯(lián)汽車出現(xiàn)無法避障或不能準(zhǔn)確識(shí)別交通信號(hào)燈時(shí)，可能是雙目攝像頭存在故障，需對(duì)雙目攝像頭的硬件和軟件進(jìn)行故障排除。

5.1 硬件故障

雙目攝像頭采用12 V直流供電和網(wǎng)線通訊，首先排查雙目攝像頭的供電線束和電源是否存在故障，然后檢查雙目攝像頭傳輸網(wǎng)線是否存在故障，若前2項(xiàng)檢查均無故障，則檢查雙目攝像頭是否存在本體故障。

5.2 軟件故障

排除硬件故障后，再進(jìn)行軟件故障排查。檢查雙目攝像頭軟件標(biāo)定過程中是否存在參數(shù)輸入錯(cuò)誤，包括標(biāo)定雙目攝像頭時(shí)車輛的擺放位置、車道線的長(zhǎng)度是否符合標(biāo)準(zhǔn)；由于雙目攝像頭數(shù)據(jù)通過網(wǎng)絡(luò)傳輸?shù)阶詣?dòng)駕駛處理器，還需要檢查雙目攝像頭的IP地址；此外由于不同車型雙目攝像頭的安裝位置不同，需要按照實(shí)際數(shù)據(jù)將雙目攝像頭位置的相對(duì)坐標(biāo)進(jìn)行準(zhǔn)確測(cè)量，然后輸入到雙目攝像頭的標(biāo)定軟件中。排除軟件和硬件故障后，可通過Apollo系統(tǒng)界面打開dreamview中的camera、perception按鈕即可出現(xiàn)障礙物信息，若不能出現(xiàn)障礙物信息，則繼續(xù)檢查配置文件是否出現(xiàn)相關(guān)故障。

6 毫米波雷達(dá)

當(dāng)智能網(wǎng)聯(lián)汽車遇到障礙物停止前進(jìn)或不能正常躲避障礙物時(shí)，可能是毫米波雷達(dá)出現(xiàn)了故障，此時(shí)需要立即關(guān)閉自動(dòng)駕駛模式，對(duì)毫米波雷達(dá)的硬件和軟件進(jìn)行故障排除。

6.1 硬件故障

毫米波雷達(dá)普遍采用12 V直流供電和CAN總線通信接口。排除毫米波雷達(dá)硬件故障時(shí)，先檢查毫米波雷達(dá)的供電線束是否存在故障，若正常則繼續(xù)檢查毫米波雷達(dá)CAN總線是否存在故障，若正常則繼續(xù)檢查毫米波雷達(dá)本體是否存在故障。

6.2 軟件故障

毫米波雷達(dá)硬件故障排除后，將毫米波雷達(dá)安裝好，打開百度Apollo系統(tǒng)，輸入指令ctrl+alt+t打開終端，輸入candump can指令查看毫米波雷達(dá)的CAN總線數(shù)據(jù)信息，若正常輸出毫米波雷達(dá)數(shù)據(jù)，則毫米波雷達(dá)軟件硬件故障均已排除。

7 超聲波雷達(dá)

當(dāng)智能網(wǎng)聯(lián)汽車附近存在障礙物時(shí)，車輛立即停止，不能正常避障行駛，此時(shí)需對(duì)超聲波雷達(dá)的硬件和軟件進(jìn)行故障排除。

7.1 硬件故障

超聲波雷達(dá)的距離參數(shù)是智能網(wǎng)聯(lián)汽車行駛過程中觸發(fā)近距離緊急制動(dòng)的關(guān)鍵參數(shù)，超聲波雷達(dá)普遍采用12 V直流供電和CAN總線接口。檢查超聲波雷達(dá)硬件故障時(shí)，先檢查超聲波雷達(dá)的供電線束是否存在故障，若正常則繼續(xù)檢查超聲波雷達(dá)CAN總線是否存在故障，若正常則繼續(xù)檢查超聲波雷達(dá)模塊是否存在故障，若正常則檢查超聲波雷達(dá)本體是否存在故障。

7.2 軟件故障

超聲波雷達(dá)硬件故障排除后，將超聲波雷達(dá)安裝好，打開百度Apollo系統(tǒng)，使用ctrl+alt+t打開終端，輸入candump can指令，查看超聲波雷達(dá)CAN總線數(shù)據(jù)是否正常輸出。此外，還需注意超聲波雷達(dá)軟件配置中檢測(cè)范圍參數(shù)是否合理，一般超聲波雷達(dá)的檢測(cè)范圍為0.25 m～5 m，檢測(cè)范圍設(shè)置太小會(huì)導(dǎo)致超聲波雷達(dá)檢測(cè)不靈敏，檢測(cè)范圍設(shè)置過大則會(huì)導(dǎo)致車輛異常停障。

8 自動(dòng)駕駛處理器

當(dāng)出現(xiàn)智能網(wǎng)聯(lián)汽車無法正常自動(dòng)行駛時(shí)，排除了相關(guān)傳感器故障后，需要進(jìn)一步排查所有傳感器的相關(guān)信號(hào)是否及時(shí)準(zhǔn)確地傳送到自動(dòng)駕駛處理器，需對(duì)自動(dòng)駕駛處理器的硬件和軟件進(jìn)行故障排除。

8.1 硬件故障

自動(dòng)駕駛處理器接收相關(guān)傳感器的各種信息（包括雙目攝像頭的圖像信息，以及超聲波雷達(dá)、毫米波雷達(dá)和激光雷達(dá)掃描到的障礙物信息），根據(jù)自動(dòng)駕駛處理器的算法，做出分析并進(jìn)行決策，執(zhí)行相應(yīng)的駕駛操作，其中有一部分信息是由底盤CAN總線進(jìn)行信息傳輸，因此在分析故障時(shí)需要考慮多方面的因素和參數(shù)影響。首先檢查自動(dòng)駕駛處理器網(wǎng)線、CAN總線是否存在故障，最后排查自動(dòng)駕駛處理器本體是否存在故障。

8.2 軟件故障

自動(dòng)駕駛處理器正常工作需要通過指令檢查地圖制作并將地圖數(shù)據(jù)都布置完成后，將車輛開至起點(diǎn)位置，使車輛朝向行駛方向，在Dreamview 界面依次啟動(dòng)相關(guān)傳感器、模塊及自動(dòng)駕駛功能。若某個(gè)模塊不能正常啟動(dòng)，需先排查相關(guān)傳感器及線束是否存在故障，再檢查自動(dòng)駕駛相關(guān)文件內(nèi)部配置是否正確、是否存在缺失。

9 結(jié)語

本文在智能網(wǎng)聯(lián)汽車故障診斷過程中忽略了傳統(tǒng)汽車的相關(guān)故障，有時(shí)底盤故障也會(huì)導(dǎo)致上述故障現(xiàn)象的發(fā)生，此外同一故障現(xiàn)象也可能是由單個(gè)或多個(gè)傳感器故障導(dǎo)致，這將進(jìn)一步增加故障診斷的難度。因此，診斷者除了需要具備傳統(tǒng)汽車的相關(guān)知識(shí)，還需要掌握智能網(wǎng)聯(lián)汽車及Apollo系統(tǒng)的工作原理，才能提升故障診斷的效率和準(zhǔn)確性。