一種車載高精定位系統(tǒng)下線檢測(cè)方案

蔡之駿，郭元蘇，梁志偉，李 彤，李曉平

（廣東省智能網(wǎng)聯(lián)汽車創(chuàng)新中心有限公司，廣州 廣東 511434）

當(dāng)今社會(huì)，隨著智能駕駛技術(shù)的發(fā)展和車聯(lián)網(wǎng)應(yīng)用的普及，車輛定位精度的要求與日俱增，高精定位功能作為車聯(lián)網(wǎng)（Vehicle-to-Everything,V2X）等自動(dòng)駕駛輔助系統(tǒng)（Advanced Driver Assistance System, ADAS）應(yīng)用及智能駕駛應(yīng)用的前置功能，直接決定了相關(guān)場(chǎng)景的準(zhǔn)確性，已有越來(lái)越多的車輛量產(chǎn)時(shí)自帶車載高精定位系統(tǒng)。當(dāng)前車載高精定位系統(tǒng)的主流方案為實(shí)時(shí)動(dòng)態(tài)（Real Time Kinematics, RTK）+慣性導(dǎo)航系統(tǒng)（簡(jiǎn)稱慣導(dǎo)系統(tǒng)）的融合定位，但目前對(duì)于產(chǎn)線上如何對(duì)車載高精定位功能進(jìn)行檢測(cè)尚無(wú)明確方法。因此，本文提出了一種能快速方便地在產(chǎn)線上操作的車載高精定位系統(tǒng)下線檢測(cè)方案，能同時(shí)覆蓋慣導(dǎo)及RTK的定位功能[1-2]。

本方案中的車載高精定位下線檢測(cè)流程分為靜態(tài)檢測(cè)與動(dòng)態(tài)檢測(cè)兩部分，即零部件下線檢測(cè)時(shí)對(duì)車載定位系統(tǒng)的慣導(dǎo)靜態(tài)參數(shù)進(jìn)行檢測(cè)，在實(shí)車下線檢測(cè)中對(duì)車載定位系統(tǒng)的慣導(dǎo)動(dòng)態(tài)參數(shù)及RTK解算狀態(tài)進(jìn)行檢測(cè)，從而達(dá)到在整個(gè)下線檢測(cè)環(huán)節(jié)中覆蓋高精定位全功能檢測(cè)的目的，使實(shí)車產(chǎn)線能在下線過(guò)程中及時(shí)發(fā)現(xiàn)車載高精定位關(guān)鍵功能相關(guān)問(wèn)題，并及時(shí)進(jìn)行問(wèn)題定位，有效提升其可靠性。注意到 RTK功能只有在對(duì)應(yīng)的RTK賬號(hào)激活后才能生效，而RTK賬號(hào)激活后即開(kāi)始收費(fèi)的實(shí)際情況，因此，本方案在實(shí)車下線時(shí)才激活相關(guān)RTK賬號(hào)，而非在零部件產(chǎn)線過(guò)程中激活，避免提前支付無(wú)意義的費(fèi)用。本方案只需在車輛原有的下線檢測(cè)方案中添加若干流程即可實(shí)現(xiàn)，操作簡(jiǎn)單，易于實(shí)現(xiàn)。

1 車載高精定位系統(tǒng)組成

目前主流的車載高精定位系統(tǒng)一般采用帶RTK的衛(wèi)星定位加慣導(dǎo)系統(tǒng)進(jìn)行融合定位[3]。其中RTK屬于差分定位，即在固定的位置建立若干固定的觀測(cè)站，觀測(cè)站也會(huì)同時(shí)觀測(cè)衛(wèi)星的信號(hào)，然后通過(guò)觀測(cè)量建立誤差的數(shù)學(xué)模型，再將差分改正數(shù)播發(fā)給定位終端，用以修正傳統(tǒng)衛(wèi)星定位過(guò)程中由于對(duì)流層、電離層等干擾帶來(lái)的定位誤差，車載定位終端根據(jù)收到的衛(wèi)星觀測(cè)量與差分改正數(shù)，通過(guò)相應(yīng)差分算法即可獲得高精度的定位結(jié)果，當(dāng)前最常用的差分算法即為RTK算法，使用雙差模型，可使定位精度達(dá)到厘米級(jí)，但依賴于網(wǎng)絡(luò)信號(hào)及衛(wèi)星信號(hào)[4-5]。慣導(dǎo)系統(tǒng)主要由導(dǎo)航計(jì)算機(jī)與慣性敏感元件組成，前者負(fù)責(zé)完成導(dǎo)航解算，后者包含陀螺儀和加速度計(jì)，其中陀螺儀主要用于輸出方位角及載體角速度等相關(guān)信息，計(jì)算姿態(tài)矩陣，通過(guò)該矩陣將加速度計(jì)輸出的載體加速度變換到導(dǎo)航坐標(biāo)系，最后一起進(jìn)行導(dǎo)航解算獲取載體的位置、姿態(tài)和速度等慣導(dǎo)數(shù)據(jù)[6]，可在衛(wèi)星信號(hào)較弱時(shí)提供慣導(dǎo)推算的定位信息，彌補(bǔ)RTK定位依賴衛(wèi)星信號(hào)的缺陷。慣性導(dǎo)航系統(tǒng)與RTK的融合方式根據(jù)數(shù)據(jù)耦合程度的不同，一般可分為松耦合、緊耦合及超緊耦合，其中緊耦合的 RTK+慣導(dǎo)系統(tǒng)的組合方案有抗干擾能力強(qiáng)和動(dòng)態(tài)適應(yīng)能力佳的優(yōu)點(diǎn)，能覆蓋大部分ADAS及自動(dòng)駕駛應(yīng)用場(chǎng)景的整車高精定位需求，故也被當(dāng)前量產(chǎn)實(shí)車廣泛使用，本文提出的下線檢測(cè)方案能完整覆蓋該類車載高精定位系統(tǒng)的必備功能監(jiān)測(cè)。部分車載高精定位系統(tǒng)只使用 RTK定位，也可采用本文提出的下線檢測(cè)方案，只需跳過(guò)慣導(dǎo)相關(guān)的功能檢測(cè)即可。

2 下線檢測(cè)方案

本文所述的車載高精定位下線檢測(cè)方案流程分為靜態(tài)檢測(cè)流程和動(dòng)態(tài)檢測(cè)流程，分別對(duì)應(yīng)零部件產(chǎn)線檢測(cè)和整車產(chǎn)線檢測(cè)，具體流程如下所述。

2.1 靜態(tài)檢測(cè)流程

靜態(tài)檢測(cè)流程，即在原有的零部件產(chǎn)線上，將帶高精定位功能的車載設(shè)備（一般為車載TBOX（Telematics Box），也可使用其他類似產(chǎn)品，具體參考不同車型的不同需求與定義）統(tǒng)一在產(chǎn)線上特定平臺(tái)靜置，保證平臺(tái)表明盡量光整且放置平臺(tái)上的慣導(dǎo)模塊有兩個(gè)方向軸盡可能水平；根據(jù)經(jīng)驗(yàn)，車載設(shè)備在產(chǎn)線平臺(tái)上靜置5～10 s后即可開(kāi)始檢測(cè)高精定位模塊輸出的三軸重力加速度和角速度。檢測(cè)流程如圖1所示，產(chǎn)線檢測(cè)員通過(guò)診斷儀高精定位所在設(shè)備發(fā)送相應(yīng)的診斷命令，該設(shè)備通過(guò)回復(fù)該診斷，通過(guò)控制器局域網(wǎng)（Controller Area Network, CAN）報(bào)文將慣導(dǎo)相關(guān)靜態(tài)參數(shù)發(fā)送至診斷儀；也可以通過(guò)導(dǎo)出高精定位相關(guān)日志進(jìn)行檢測(cè)。檢測(cè)員根據(jù)響應(yīng)的CAN報(bào)文結(jié)果或高精定位日志判斷功能是否正常，如有異常則上報(bào)產(chǎn)線。

圖1 靜態(tài)檢測(cè)流程示意圖

具體檢測(cè)內(nèi)容及步驟如下：

1）靜態(tài)放置時(shí)的慣導(dǎo)三軸重力加速度。以圖2所示坐標(biāo)為例，慣導(dǎo)模塊輸出的三軸重力加速度[7]（G值）應(yīng)分別為IMU_G_x=0，IMU_G_y=0，IMU_G_z=-g，其中g(shù)為當(dāng)?shù)刂亓铀俣鹊闹?；考慮到誤差影響，水平靜止情況下，Z軸G值范圍可選 -1g±0.08g，X、Y軸 0g±0.08g（可根據(jù)產(chǎn)品實(shí)際情況調(diào)整允許的誤差范圍）。下線檢測(cè)時(shí)，該三軸重力加速度由高精定位所在設(shè)備設(shè)置成周期性（10 Hz，經(jīng)驗(yàn)參數(shù)，可根據(jù)實(shí)際情況調(diào)整）輸出，檢測(cè)員下線檢測(cè)時(shí)通過(guò)診斷儀向高精定位所在設(shè)備發(fā)送診斷指令，從設(shè)備響應(yīng)的CAN報(bào)文上獲取對(duì)應(yīng)的三軸重力加速度G值，如果設(shè)備沒(méi)有及時(shí)響應(yīng)或者響應(yīng)的三軸重力加速度不在誤差允許范圍內(nèi)則直接判斷檢測(cè)未通過(guò)，可通過(guò)診斷儀設(shè)備腳本實(shí)現(xiàn)自動(dòng)化檢測(cè)。

圖2 慣導(dǎo)靜置示意圖[7]

2）靜態(tài)放置時(shí)的慣導(dǎo)三軸角速度：慣導(dǎo)靜置時(shí)，其三軸角速度輸出應(yīng)都為0，考慮到誤差影響，靜置時(shí)三軸允許的角速度上范圍均為 IMU_GYRO_x=（0±1）（°/s）， IMU_GYRO_y= （0±1）（°/s），IMU_GYRO_z=（0±1）（°/s）（可根據(jù)產(chǎn)品實(shí)際情況調(diào)整允許的誤差范圍）。與慣導(dǎo)三軸重力加速度類似，三軸角速度也在下線檢測(cè)時(shí)由高精定位所在設(shè)備設(shè)置成周期性（10 Hz，經(jīng)驗(yàn)參數(shù)，可根據(jù)實(shí)際情況調(diào)整）輸出，檢測(cè)員下線檢測(cè)時(shí)通過(guò)診斷儀向高精定位所在設(shè)備發(fā)送診斷指令，從設(shè)備響應(yīng)的 CAN報(bào)文上獲取對(duì)應(yīng)的三軸角速度，如果設(shè)備沒(méi)有及時(shí)響應(yīng)或者響應(yīng)的三軸角速度不在誤差允許范圍內(nèi)則直接判斷檢測(cè)未通過(guò)，可通過(guò)診斷儀設(shè)備腳本實(shí)現(xiàn)自動(dòng)化檢測(cè)。

2.2 動(dòng)態(tài)檢測(cè)流程

動(dòng)態(tài)檢測(cè)安排在實(shí)車產(chǎn)線檢測(cè)中，需要整車動(dòng)態(tài)行駛進(jìn)行檢測(cè)，流程如圖3所示。此時(shí)整車零部件已檢測(cè)且安裝完畢，RTK賬戶可以激活，檢測(cè)員駕駛實(shí)車在廠區(qū)內(nèi)室外空曠場(chǎng)地中以不低于30 km/h的車速行駛15～20 min即可檢測(cè)慣導(dǎo)動(dòng)態(tài)參數(shù)（慣導(dǎo)車速信號(hào)和慣導(dǎo)狀態(tài)標(biāo)識(shí)）與RTK功能狀態(tài)（RTK解算狀態(tài)[8]及錯(cuò)誤碼）：檢測(cè)員開(kāi)啟高精定位檢測(cè)模式，高精定位相關(guān)設(shè)備將慣導(dǎo)動(dòng)態(tài)參數(shù)及RTK功能狀態(tài)一起周期性輸出到車機(jī)顯示屏或者云端，檢測(cè)員行駛過(guò)程中既可實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)，也可用腳本自動(dòng)監(jiān)測(cè)輸出的相關(guān)狀態(tài)，如有異常能立即發(fā)現(xiàn)并上報(bào)產(chǎn)線。若車輛行駛檢測(cè)結(jié)束后無(wú)異常則繼續(xù)執(zhí)行其他的下線流程。具體檢測(cè)內(nèi)容及步驟如下所述：

圖3 動(dòng)態(tài)檢測(cè)流程示意圖

1）慣導(dǎo)動(dòng)態(tài)參數(shù)，包括慣導(dǎo)車速信號(hào)與慣導(dǎo)狀態(tài)標(biāo)識(shí)。前者用于識(shí)別慣導(dǎo)獲取的車速是否正確，后者用于判斷高精定位模塊的慣導(dǎo)功能是否能在車輛正常行駛后完成自校準(zhǔn)功能，如果車載定位系統(tǒng)的慣導(dǎo)系統(tǒng)無(wú)法正常完成自校準(zhǔn)，即無(wú)法進(jìn)入慣導(dǎo)模式，則慣導(dǎo)狀態(tài)標(biāo)識(shí)會(huì)顯示相關(guān)慣導(dǎo)異常信息。測(cè)試方法為下線檢測(cè)模式下，高精定位相關(guān)設(shè)備將上述慣導(dǎo)動(dòng)態(tài)參數(shù)周期性（10 Hz，經(jīng)驗(yàn)參數(shù)，可根據(jù)實(shí)際情況調(diào)整）發(fā)送至車機(jī)顯示屏或者上傳到云端，檢測(cè)員在行駛中對(duì)其進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)，保證車輛在車速≥30 km/h狀態(tài)下行駛，監(jiān)測(cè)整車定位是否能在產(chǎn)品需求規(guī)定時(shí)間范圍內(nèi)（一般為5 min內(nèi)）進(jìn)入慣導(dǎo)模式并在整個(gè)下線動(dòng)態(tài)檢測(cè)行駛過(guò)程中一直保持該模式，則判斷檢測(cè)通過(guò)，否則檢測(cè)不過(guò)并將相關(guān)參數(shù)反饋給開(kāi)發(fā)人員以定位問(wèn)題。

2）RTK功能狀態(tài)：包括RTK解算狀態(tài)及高精定位相關(guān)錯(cuò)誤碼。前者可在美國(guó)國(guó)家海洋電子協(xié)會(huì)（National Marine Electronics Association,NMEA）標(biāo)準(zhǔn)[9]語(yǔ)句中獲取，即在“GGA語(yǔ)句第<6>”字段，fix quality等于0時(shí)表示定位無(wú)效，1表示單點(diǎn)解，2表示差分解，3表示 PPS（Per Protocol Set）無(wú)效，4表示固定解，5表示浮點(diǎn)解，6表示估算狀態(tài)，其中1/2/4/5狀態(tài)均為RTK解算狀態(tài)，2/4/5表示RTK解算成功，若長(zhǎng)時(shí)間處于單點(diǎn)解則表示RTK未生效（原因可能是網(wǎng)絡(luò)無(wú)法連接、RTK賬號(hào)認(rèn)證不通過(guò)等），判定為檢測(cè)不通過(guò)。錯(cuò)誤碼為產(chǎn)品自定義的數(shù)字，一般有正常狀態(tài)，網(wǎng)絡(luò)異常，RTK認(rèn)證失敗，GGA數(shù)據(jù)無(wú)效等錯(cuò)誤狀態(tài)。與慣導(dǎo)動(dòng)態(tài)參數(shù)檢測(cè)類似，下檢測(cè)模式下，高精定位相關(guān)設(shè)備將上述RTK功能狀態(tài)參數(shù)周期性（10 Hz，經(jīng)驗(yàn)參數(shù)，可根據(jù)實(shí)際情況調(diào)整）發(fā)送至車機(jī)顯示屏或者上傳到云端，檢測(cè)員在行駛中對(duì)其進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)，如果設(shè)備能在產(chǎn)品需求指定時(shí)間范圍內(nèi)（一般為開(kāi)闊場(chǎng)地下30 s內(nèi)）進(jìn)入RTK正常解算狀態(tài)（fix quality為2/4/5）并能在開(kāi)闊場(chǎng)地全程保持正常解算狀態(tài)且無(wú)表示異常的錯(cuò)誤碼，則判斷RTK檢測(cè)通過(guò)；否則檢測(cè)不通過(guò)，并將相關(guān)參數(shù)反饋給開(kāi)發(fā)人員以定位問(wèn)題。

3 結(jié)論

本文提出一種車載高精定位系統(tǒng)下線檢測(cè)方案，只需在原有的實(shí)車下線檢測(cè)流程中添加若干工序即可實(shí)現(xiàn)，易于操作和實(shí)施。該方案提出的下線檢測(cè)流程已在實(shí)車量產(chǎn)中通過(guò)驗(yàn)證，能覆蓋車載高精定位全部關(guān)鍵功能檢測(cè)及潛在功能問(wèn)題排查，可有效提升車載高精定位功能的可靠性。