作者 | 七七沫沫
小編 | 不吃豬頭肉
自動(dòng)泊車輔助系統(tǒng)（APA）是現(xiàn)代汽車智能駕駛技術(shù)的重要組成部分，該系統(tǒng)使得車輛能夠在沒(méi)有任何人為干預(yù)的情況下，自動(dòng)完成泊車過(guò)程。具體來(lái)說(shuō)，APA系統(tǒng)在泊車過(guò)程中通過(guò)布置在車輛周圍的傳感器（環(huán)視攝像頭、超聲波雷達(dá)等）完成對(duì)有效車位以及障礙物的感知識(shí)別，再進(jìn)行泊車路徑的規(guī)劃、車輛運(yùn)動(dòng)的控制，從而完成泊車的工作。本文將重點(diǎn)介紹超聲波雷達(dá)在APA自動(dòng)泊車功能中的應(yīng)用以及HiL測(cè)試環(huán)境中的仿真方法。APA自動(dòng)泊車中超聲波雷達(dá)的應(yīng)用
在自動(dòng)泊車的應(yīng)用場(chǎng)景中，一般需要在車輛周圍布置12顆超聲波雷達(dá)以完成全自動(dòng)泊車的功能。相比于毫米波雷達(dá)或其他形式的雷達(dá)，超聲波雷達(dá)具備制造成本低、安裝方便、后期易維護(hù)等諸多優(yōu)點(diǎn)。

超聲波雷達(dá)主要分為兩種類型，一種是安裝在前后保險(xiǎn)杠用于檢測(cè)障礙物的短距雷達(dá)，探測(cè)距離一般為15~250cm，這類傳感器被稱為PDC傳感器。另一種安裝在車輛側(cè)面，用于探測(cè)停車位長(zhǎng)度的傳感器，探測(cè)距離一般為30~500cm，這類傳感器被稱為PLA傳感器 。PDC和PLA主要的分布如下圖所示。

在實(shí)際的自動(dòng)泊車應(yīng)用場(chǎng)景中，超聲波擁有多種工作模式，如自發(fā)自收（Direct Echoes）模式以及復(fù)雜的多發(fā)多收（Cross Echoes）工作模式。在自發(fā)自收的工作模式中，超聲波雷達(dá)通過(guò)聲波的飛行時(shí)間（TOF）即可計(jì)算車輛與障礙物之間的距離，這種模式原理相對(duì)簡(jiǎn)單，但不能獲得障礙物的二維坐標(biāo)，即無(wú)法獲取障礙物相對(duì)于主車的空間位置。而多發(fā)多收的工作模式通過(guò)將多個(gè)超聲波雷達(dá)作為聲波的接收器，可以更好地獲取障礙物相對(duì)于主車的空間位置，但是計(jì)算也將更為復(fù)雜。

超聲波雷達(dá)測(cè)距原理及APA泊車流程

在車輛進(jìn)行泊車時(shí)，超聲波雷達(dá)可實(shí)時(shí)計(jì)算并輸出車輛與周圍障礙物的距離。控制器軟件通過(guò)對(duì)超聲波數(shù)據(jù)處理擬合出周圍障礙物的輪廓、形狀，相對(duì)位置等。以水平車位的泊車場(chǎng)景舉例，駕駛員激活車輛APA自動(dòng)泊車功能，車輛保持低速前進(jìn)，結(jié)合超聲波的感知融合數(shù)據(jù)，APA系統(tǒng)將識(shí)別可泊入的車位，駕駛員使能后，車輛將進(jìn)入下一步路徑規(guī)劃、車輛控制等必要環(huán)節(jié)直到車輛泊入車位成功并退出APA自動(dòng)泊車功能，如下圖為整個(gè)APA自動(dòng)泊車流程。

超聲波雷達(dá)的基本仿真方法了解了超聲波雷達(dá)的基本工作原理以及車輛布局后，需要關(guān)注的一些重要參數(shù)：

測(cè)量范圍：超聲波雷達(dá)最遠(yuǎn)探測(cè)距離；

FOV：超聲波雷達(dá)水平視角范圍，垂直視角范圍。

雷達(dá)工作頻率：工作頻率對(duì)超聲波的擴(kuò)散、背景噪聲、反射損失有影響，一般超聲波雷達(dá)的工作頻率在40kHz左右。

在HiL的仿真環(huán)境中，對(duì)超聲波雷達(dá)的仿真需要借助專業(yè)的場(chǎng)景仿真軟件（VTD）以及總線仿真實(shí)驗(yàn)管理軟件（CANoe），在VTD中需要正確配置仿真的超聲波雷達(dá)的各個(gè)參數(shù)，包括雷達(dá)的車輛安裝位置、超聲波雷達(dá)的最遠(yuǎn)探測(cè)距離、FOV視角等等。在總線仿真試驗(yàn)管理軟件中需要明確超聲波使用的通信協(xié)議、發(fā)送頻率、波特率等。

整個(gè)的仿真鏈路中，VTD通過(guò)內(nèi)置的完美傳感器或其他精度更高的自定義開(kāi)發(fā)模型將各個(gè)超聲波雷達(dá)探測(cè)到的與障礙物最近的距離打包成UDP，發(fā)送至CANoe進(jìn)行數(shù)據(jù)解析及總線仿真，如下圖所示，VTD實(shí)時(shí)發(fā)送12組雷達(dá)輸出的UDP數(shù)據(jù)，通過(guò)這種方式，可以有效簡(jiǎn)化傳輸鏈路，同時(shí)也能提高整個(gè)仿真的性能。當(dāng)然，根據(jù)不同的仿真需求，可修改組包數(shù)據(jù)的結(jié)構(gòu)，將障礙物的三維坐標(biāo)、ID、屬性等進(jìn)行輸出，通過(guò)獲取不同的數(shù)據(jù)，結(jié)合CANoe可進(jìn)行更多種類的APA自動(dòng)泊車測(cè)試與驗(yàn)證。

CANoe支持多種總線仿真能力，結(jié)合Vector硬件如VN1640、VN1670、VN5650及其他傳感器通信設(shè)備，可以為控制器提供CAN/CAN FD、TCP/UDP、SOME/IP、DSI3等多種協(xié)議支持，同時(shí)軟件提供VN硬件配置窗口，以便用戶方便管理仿真系統(tǒng)中的VN接口盒。

北匯信息的APA仿真功能技術(shù)方案

北匯信息在已交付的項(xiàng)目中完成了多種超聲波仿真測(cè)試方案的實(shí)施落地。針對(duì)SOME/IP、CAN/CAN FD總線的超聲波雷達(dá)仿真，CANoe結(jié)合VN1670、VN5650或其他通信接口盒，可為控制器提供精度更高、報(bào)文發(fā)送周期更穩(wěn)定、故障注入類型豐富的總線仿真平臺(tái)。

DSI3總線協(xié)議具備主從式一對(duì)多的異步單線電流電壓型通信、自動(dòng)分配ID、異步通信、低成本、抗干擾強(qiáng)、支持多種數(shù)據(jù)格式傳輸?shù)葍?yōu)點(diǎn)，非常適用汽車功能安全等應(yīng)用場(chǎng)景。

通過(guò)CANoe與VTD聯(lián)合后，將仿真的超聲波探測(cè)的障礙物距離輸出至CANoe，CANoe將距離數(shù)據(jù)處理成符合要求的飛行時(shí)間數(shù)據(jù)格式并發(fā)送至DSI3通信設(shè)備，DSI3通信設(shè)備通過(guò)信號(hào)轉(zhuǎn)換，將仿真的超聲波數(shù)據(jù)發(fā)送至被測(cè)控制器，完成控制器的12路超聲波數(shù)據(jù)仿真。

在VTD中使用完美傳感器探測(cè)車輛周圍障礙物的情況下，通常由于完美傳感器障礙物檢測(cè)特性，會(huì)存在一定的距離誤差，完美傳感器的仿真方案并不能對(duì)毫米級(jí)別的距離做出反應(yīng)，為了彌補(bǔ)這部分的誤差，需要做更多的額外算法來(lái)修正誤差。這不僅占用了更多的計(jì)算資源，并且處理之后的結(jié)果也不一定能完美的修正誤差。如下圖。

北匯信息為此提供了一套以光線追蹤原理進(jìn)行測(cè)距的超聲波模型，相比使用12路的完美傳感器，光線追蹤的傳感器模型能夠提供毫米甚至微米級(jí)別的距離檢測(cè)，并且將12路的傳感器模型整合成一個(gè)光線追蹤的超聲波模型，極大地簡(jiǎn)化了工程的傳感器布置，以及提高仿真的效率。模型的運(yùn)行環(huán)境需要 NVIDIA CUDA環(huán)境的支持，支持配置超聲波雷達(dá)的最遠(yuǎn)探測(cè)距離、FOV、安裝位置等等，仿真頻率等，如下為光線追蹤原理圖。

總結(jié)
APA自動(dòng)泊車功能作為智能駕駛中重要的一環(huán)，在應(yīng)對(duì)日益錯(cuò)綜復(fù)雜的泊車環(huán)境時(shí)， HiL測(cè)試可以通過(guò)虛擬化仿真手段，加速APA功能開(kāi)發(fā)及測(cè)試驗(yàn)證，減少APA實(shí)車測(cè)試驗(yàn)證成本，可通過(guò)搭建更多復(fù)雜、豐富的泊車場(chǎng)景來(lái)驗(yàn)證APA功能的測(cè)試覆蓋度。
北匯信息在智能駕駛MiL/SiL/HiL/ViL測(cè)試中擁有諸多成功的方案與實(shí)施經(jīng)驗(yàn)，在持續(xù)的項(xiàng)目開(kāi)發(fā)中，北匯信息也致力于新方案的技術(shù)驗(yàn)證與實(shí)施，為中國(guó)智能網(wǎng)聯(lián)汽車發(fā)展貢獻(xiàn)自己的力量。