基于CAN總線的虛擬儀表界面車(chē)道線繪制方法

魏鋒 左蓓蕾 齊振芳 梁洪 莫維華

【摘? 要】順應(yīng)當(dāng)前虛擬儀表與CAN總線融合發(fā)展的新趨勢(shì)，設(shè)計(jì)一種基于CAN總線的虛擬儀表界面車(chē)道線繪制方法。基于此方法，虛擬儀表可以精確實(shí)時(shí)地顯示出車(chē)輛行車(chē)時(shí)的車(chē)道線，有利于駕駛員掌握車(chē)輛的行駛道路狀況，提高行駛安全性，同時(shí)提升駕駛體驗(yàn)感。

【關(guān)鍵詞】CAN總線;虛擬儀表;車(chē)道線

中圖分類(lèi)號(hào)：U463.7? ? 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A? ? 文章編號(hào)：1003-8639（ 2024 ）05-0059-02

A Method for Drawing Lane Lines in Virtual Instrument Interface Based on CAN Bus

WEI Feng，ZUO Beilei，QI Zhenfang，LIANG Hong，MO Weihua

（Automotive Engineering Research Institute，Guangzhou Automobile Group Co.，Ltd.，Guangzhou 511434，China）

【Abstract】In response to the new trend of the integration of virtual instruments and CAN bus，this article designs a virtual instrument interface lane drawing method based on CAN bus. This method can accurately and real-time display the lane lines of the vehicle during driving，which is beneficial for drivers to grasp the road conditions of the vehicle，improve driving safety，and enhance the driving experience.

【Key words】CAN bus;virtual instrument;lane markings

作者簡(jiǎn)介

魏鋒（1991—），男，碩士，工程師，主要從事汽車(chē)信息娛樂(lè)域產(chǎn)品設(shè)計(jì)與開(kāi)發(fā)工作。

隨著汽車(chē)智能化、信息化的發(fā)展以及無(wú)人駕駛的日趨實(shí)用化，汽車(chē)用戶(hù)對(duì)HMI（Human Machine Interface，人機(jī)接口）的交互能力提出了更高的要求，虛擬儀表技術(shù)也在汽車(chē)上應(yīng)用得愈加廣泛，正逐漸替代傳統(tǒng)的指針式機(jī)械儀表[1]。儀表作為車(chē)輛運(yùn)行狀態(tài)的顯示終端，是駕駛員與汽車(chē)進(jìn)行信息交流的重要接口和界面，對(duì)汽車(chē)行駛的安全性和經(jīng)濟(jì)性起著重要作用，駕駛員對(duì)儀表所顯示內(nèi)容的豐富性、準(zhǔn)確性、實(shí)時(shí)性的需求也在日益增高[2]。因此，目前儀表上可顯示的內(nèi)容越發(fā)豐富且智能化，諸如通過(guò)智駕雷達(dá)感知獲取到的車(chē)輛、行人、車(chē)道線等目標(biāo)物的信息，并通過(guò)CAN總線傳輸?shù)絻x表進(jìn)行計(jì)算分析后將其顯示在儀表界面上，使駕駛員即時(shí)了解并掌握車(chē)輛的運(yùn)行狀態(tài)，妥善處理各種行駛情況[3]。然而，雖然車(chē)輛可通過(guò)坐標(biāo)在儀表上實(shí)現(xiàn)顯示，但車(chē)輛行駛的車(chē)道線的形態(tài)存在多種不確定性，車(chē)道線檢測(cè)往往會(huì)受到眩光、遮擋、磨損、道路顏色的細(xì)微變化、周?chē)ㄖ锏年幱昂推渌?chē)輛的遮擋及障礙物等的影響[4]，從而降低儀表界面車(chē)道線顯示的精確度和準(zhǔn)確性。故本文設(shè)計(jì)一種基于CAN總線的儀表界面車(chē)道線繪制方法，該方法可以實(shí)時(shí)、準(zhǔn)確地顯示出車(chē)輛當(dāng)前的行駛道路狀況，且通過(guò)二維屏幕顯示出三維道路效果，使駕駛員能夠精準(zhǔn)地觀察到道路的動(dòng)態(tài)變化，從而提高行駛安全性以及座艙的科技性。

1? 虛擬儀表顯示技術(shù)方案

虛擬儀表又稱(chēng)全液晶儀表，通過(guò)接收車(chē)輛其它ECU節(jié)點(diǎn)的CAN信號(hào)，將CAN信號(hào)轉(zhuǎn)化為數(shù)字信號(hào)處理后以圖形和文字的形式顯示在LCD屏幕上，可以快速、準(zhǔn)確、清晰地顯示指示燈、車(chē)速、轉(zhuǎn)速、里程、報(bào)警類(lèi)等信息[5]。典型的虛擬儀表硬件系統(tǒng)采用主SOC和輔MCU相結(jié)合的方案，輔MCU用于接收車(chē)輛數(shù)據(jù)信息，處理后傳輸給主SOC，從而驅(qū)動(dòng)液晶屏LCD顯示相關(guān)信息，如圖1所示。

2? 虛擬儀表界面車(chē)道線繪制方法

2.1? 界面坐標(biāo)系與參數(shù)說(shuō)明

基于儀表界面建立二維坐標(biāo)系，如圖2所示，以本車(chē)前保險(xiǎn)杠前端面中心作為坐標(biāo)系原點(diǎn)O，界面Y軸從右至左、界面X軸從下至上皆為由負(fù)到正，藍(lán)色4條線為車(chē)道線。本文將以4條車(chē)道線3個(gè)車(chē)道為例說(shuō)明該方法。

基于此坐標(biāo)系，在車(chē)道線上取一點(diǎn)p（x，y），x為該點(diǎn)橫坐標(biāo)，y為該點(diǎn)縱坐標(biāo)，可得車(chē)道線方程如下：

y = A0 + A1 x + （1）

式中：A0——車(chē)道線橫向偏移量，根據(jù)道路寬度標(biāo)準(zhǔn)，設(shè)定車(chē)道默認(rèn)寬度為3.5m，則A0=ADAS_LMDPW×3.5;A1——車(chē)道線與X軸夾角的三角函數(shù)tan值，即A1=ADAS_ LMHV;A2——車(chē)道線曲率，即A2=ADAS_LMC。ADAS_ LMDPW、ADAS_LMHV、ADAS_LMC為CAN信號(hào)，參數(shù)和CAN信號(hào)詳細(xì)定義見(jiàn)表1。

2.2? 車(chē)道線動(dòng)態(tài)顯示方法

根據(jù)公式（1）可計(jì)算出車(chē)道線上每一個(gè)點(diǎn)的坐標(biāo)，將這些點(diǎn)連成線，則可在儀表界面繪制出一條完整的車(chē)道線，車(chē)道寬度為固定值，通過(guò)車(chē)道線的平移，則可繪制出道路上所有的車(chē)道線。由于車(chē)輛在實(shí)際行駛中存在變道等駕駛行為，針對(duì)變道行為，本方法通過(guò)本車(chē)在儀表界面中保持坐標(biāo)系中心點(diǎn)不動(dòng)，車(chē)道線動(dòng)態(tài)平移的方式來(lái)實(shí)現(xiàn)。當(dāng)ADAS_LMDPW在0%～100%變化時(shí)，車(chē)道線從右至左線性移動(dòng)，4根車(chē)道線一起移動(dòng)，當(dāng)ADAS_LMDPW=0%，y=0時(shí)，本車(chē)道左側(cè)車(chē)道線與原點(diǎn)O重疊，如圖3所示。當(dāng)ADAS_LMDPW=100%，y=0時(shí)，本車(chē)道右側(cè)車(chē)道線與原點(diǎn)O重疊，如圖4所示。

2.3? 車(chē)道線動(dòng)態(tài)顯示方法的實(shí)現(xiàn)與分析

通過(guò)2.2章節(jié)提出的方法可實(shí)現(xiàn)車(chē)道線的動(dòng)態(tài)顯示，在此基礎(chǔ)上再通過(guò)儀表圖形設(shè)計(jì)軟件和車(chē)道線向車(chē)后移動(dòng)的動(dòng)態(tài)效果即可在儀表界面上實(shí)現(xiàn)車(chē)輛在車(chē)道中行駛的效果。此外，還需建立攝像機(jī)坐標(biāo)系，將構(gòu)建好的3D物體顯示在2D屏幕上。與處于2D空間中的屏幕坐標(biāo)系不同，攝像機(jī)坐標(biāo)系是一種能為駕駛者提供觀測(cè)本車(chē)及周?chē)挛镄畔⒉⑻幱?D空間中的坐標(biāo)系，此坐標(biāo)系應(yīng)定義在攝像機(jī)的屏幕可視范圍。在該坐標(biāo)系中，原點(diǎn)為本車(chē)前保險(xiǎn)杠前端面中心，X軸向前（朝向屏幕內(nèi)或攝像機(jī)方向），Y軸向左，Z軸向上，本文將攝像機(jī)的坐標(biāo)定為（-23， 0，6），如圖5、圖6所示。

通過(guò)仿真軟件模擬整車(chē)CAN信號(hào)向儀表發(fā)送CAN信號(hào)，可以模擬實(shí)現(xiàn)汽車(chē)在道路上運(yùn)行的場(chǎng)景。首先，隨機(jī)發(fā)送表2中的3個(gè)CAN信號(hào)值;其次，當(dāng)X軸坐標(biāo)值設(shè)為100時(shí)，則可通過(guò)公式（1）計(jì)算出本車(chē)車(chē)道左側(cè)車(chē)道線上該點(diǎn)y坐標(biāo)值，即y=3.5×0.7-0.007×100-0.5×0.00156×1002=-6.05，最后，通過(guò)給x賦值范圍為0～200的整數(shù)，則可得到車(chē)道線所有點(diǎn)的坐標(biāo)，即可繪制出一條完整的車(chē)道線，再通過(guò)復(fù)制平移的方式，則可得到所有的車(chē)道線，如圖7所示。CAN信號(hào)值為周期性信號(hào)，通過(guò)信號(hào)的周期性發(fā)送并繪制出車(chē)道線，即可實(shí)現(xiàn)車(chē)輛變道動(dòng)態(tài)行駛等場(chǎng)景。基于此，儀表能夠?qū)崟r(shí)讀取車(chē)道參數(shù)并將其顯示在液晶儀表界面中，顯示內(nèi)容準(zhǔn)確、無(wú)卡頓跳變現(xiàn)象，從而實(shí)現(xiàn)逼真的車(chē)輛行駛道路場(chǎng)景并以此提高駕駛者在虛擬場(chǎng)景中的沉浸感。

3? 結(jié)論

隨著全液晶虛擬儀表的智能化發(fā)展，為滿(mǎn)足儀表顯示元素的豐富性、精確性、實(shí)時(shí)性要求，本文基于CAN總線提出了一種虛擬儀表界面車(chē)道線繪制方法。該方法根據(jù)軟硬件的迭代不斷完善，已在相關(guān)車(chē)型儀表上進(jìn)行了實(shí)際應(yīng)用，并取得了較為理想的應(yīng)用效果。

綜上所述，基于CAN總線的虛擬儀表界面車(chē)道線繪制方法不僅順應(yīng)了智能駕駛領(lǐng)域車(chē)輛前進(jìn)軌跡的規(guī)劃，并為駕駛員提供了車(chē)輛行駛的道路實(shí)況，從而極大地提高了車(chē)輛行駛的安全性，同時(shí)也為智能駕駛和無(wú)人駕駛領(lǐng)域的開(kāi)拓性和適應(yīng)性提供了可靠的方法支撐。

參考文獻(xiàn)：

[1] 楊輝華，楊二闖，張衛(wèi)東，等. 基于多核Cortex-A9的汽車(chē)三維全液晶儀表研究[J]. 電視技術(shù)，2018，42（1）：57-62.

[2] 袁秀珍. 純電動(dòng)汽車(chē)虛擬儀表的設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)分析[J]. 電子世界，2020（20）：16-17.

[3] 湯春球，曾豪杰，鄧飛宇. 基于ARM和QNX的電動(dòng)汽車(chē)虛擬儀表系統(tǒng)設(shè)計(jì)[J]. 數(shù)字制造科學(xué)，2021，19（3）：223-226.

[4] 武志斐，李守彪. 基于實(shí)例分割的車(chē)道線檢測(cè)算法[J]. 汽車(chē)工程，2023，45（2）：263-272.

[5] 湯東興. 基于i.MX6和S32K的汽車(chē)虛擬儀表系統(tǒng)研究與實(shí)現(xiàn)[D]. 重慶：重慶大學(xué)，2020.

（編輯? 楊凱麟）

收稿日期：2023-11-20