輔助泊車系統與DVD通信的設計

徐君飛，李娟娟，周 勇

（奇瑞汽車股份有限公司汽車工程研究總院，安徽 蕪湖 241009）

1 概述

隨著國內汽車保有量的增加，道路兩側的泊車位日趨緊張，對于泊車位的空間利用就顯得很有必要。輔助泊車和自動泊車技術應運而生，輔助泊車利用側雷達進行位置檢測，并運用相關算法對泊車進行推算得出泊車關鍵區域，通過獲取當前車的狀態 （如轉向盤轉向角度、檔位、制動及車速狀態）給駕駛員做轉向換檔等操作，在車靠近前后車時會給出雷達報警及相應的人機界面提示。

一般的輔助泊車系統都具備顯示屏，給出圖形圖像或者文字提示，某些泊車系統會給出聲音提示。不少輔助泊車系統采用集成式設計，即泊車控制器和顯示器集成一體，利用LED燈設計外觀和顯示LCD屏圖像、圖案。在汽車電子設備日益增多的今天，適當地利用現有人機界面是一種很有利的做法，可以減少相關硬件成本和軟件成本投入，可以利用現成的顯示屏如DVD顯示屏和音響作為聲音提示。

在輔助泊車系統中，不僅需要把前后雷達測距發送給DVD顯示，也需要及時把給駕駛員的提示信息如聲音文字、圖像傳遞給DVD。DVD通信協議及人機界面設計顯得十分重要。只有與DVD通信暢通無阻，才能保證泊車過程中駕駛員始終得到輔助泊車控制器的指導，使得泊車更加安全可靠，駕駛員更加省心省力。

2 輔助泊車系統與DVD通信的硬件設計

2.1 輔助泊車系統結構

輔助泊車系統結構框圖見圖1，雷達控制模塊硬件框圖見圖2。

如圖2所示，倒車雷達硬件由以下幾個部分組成：8位處理器，電源供電模塊，超聲波發射驅動模塊，超聲波探頭，信號接收、濾波處理模塊，LIN信號轉換器。

2.2 輔助泊車系統工作過程

系統發射超聲波之前，先對探頭進行充電，使探頭內部電路獲得能量。充電結束后，發射20個58kHz的超聲波，占空比50%；如果探測到障礙物，控制器將很快接收到回波信號。控制模塊通過LIN總線將障礙物的距離和方位信息傳遞給BCM模塊，BCM再通過CAN總線將數據傳輸到DVD顯示。

正常報警和探頭自檢功能定義：系統上電后，模塊首先對探頭進行自檢，系統自檢時間約2s，若系統自檢正常，則進入正常測距模式顯示；若系統一個或多個通道未連接或者發生故障，系統發送故障數據，DVD顯示界面可以按照設定的程序進行顯示，不進入正常測距模式。

2.3 輔助泊車系統與DVD通信

目前常用的通信方式有多種，如異步串行通信SCI，串行外部設備通信接口模塊SPI，內部集成電路總線IIC總線，控制局域網CAN，本地局域網LIN等。本設計中的輔助泊車系統集成雷達功能，避免了需要增加額外的前后雷達控制器，考慮控制及通信的一致性，設計中采用自定義的兩線同步通信方式，其硬件設計如圖3所示。

輔助泊車主MCU采用飛思卡爾MC9S08DZ60，使用該芯片的2個普通IO口即可完成與DVD的一組同步通信。由于雷達協議和文字信息協議具體數據內容有所不同，發送時間有差異 （雷達測距定時發送給DVD和文字信息隨機發送給DVD），因此采用兩組同步通信，即需要MC9S08DZ60的4個IO口。

如圖3所示，D_DAT1和D_CLK1經過三極管及上拉電阻后，其電平由MCU級的5 V轉換成車載的12V。電壓轉換后更有利于同步通信的穩定性和抗干擾性。

3 輔助泊車系統與DVD通信的軟件設計

3.1 通信協議

本設計采用數據線DATA和時鐘線CLK的雙線通信方式，本設計的通信具備工作穩定、抗干擾能力強、靈敏度高，一致性、互換性好，通信協議解析快速簡潔等特點。

本雙線通信方法主要通過定義通信等待時間、通信同步時間、通信中數據字節傳輸的先后、數據位傳輸的先后、數據值定義來實現。DVD通信協議如圖4所示，通信線分數據線和時鐘線，數據傳輸字節高位在前、低位在后。數據字節內低位bit（lsb）在前、高位 （msb）在后。數據DATA在時鐘CLK的下降緣前后各半周期內傳輸，維持一CLK周期 （注：正負半周期各為0.5 ms）。圖4中通信的主要時間定義如表1所示。

表1 DVD通信時間定義

輔助泊車過程中對駕駛員發送操作命令相對主函數的時間來說是隨機過程，因此一旦需要發送多個命令時，命令之間存在連續發送的情況，DVD作為接收者，其顯示屏和主機芯片是分開的，接收的時間和處理往往出現不同情況，因此T3的等待時間是個可標定時間。一般情況下如果只發送一個命令，T3只設置3ms即可。

通信協議中數據傳輸的主要內容與輔助泊車過程中需要的提示有關。主要分為：工作狀態提示，文字提示，轉向盤圖形提示，雷達提示。

輔助泊車工作狀態分為默認模式、前后雷達模式和輔助泊車模式。

文字提示區主要為：尋找泊車位，向左打滿轉向盤，向右打滿轉向盤，請保持轉向盤角度低速行駛，速度過快，違規操作切換至工作狀態，請掛前進檔，請掛倒后檔，制動，注意側距，與車位平行等文字及聲音提示。

轉向盤提示區主要為左／右打轉向盤的動態圖案提示。轉向盤中間位數字提示，給出輔助泊車移動過程中的關鍵停車點的移動距離提示。

雷達提示和一般車的雷達報警功能保持一致。

3.2 通信軟件流程設計

在輔助泊車控制器和DVD的通信過程中，用到了大量的時間，如果直接在主循環中使用相關時間標識來進行通信設計，會影響程序的可觀、可讀以及程序的執行效率。在本設計中，通信的設計分為兩部分：一是數據的賦值過程，在主函數中隨著程序運轉的狀態進行賦值；二是通信本身的執行在中斷中進行。

在輔助泊車控制器中使用TPM2的定時器作為時基，時間為100μs，所有通信都用狀態機來執行，其中，通信時鐘線的半周期時間0.5 ms直接用定時器的時間來運行。凡是涉及時間的直接在定時器中斷中運行即可。

如圖5、圖6所示，通信的傳輸過程主要分為3個內容：傳輸內容的確定也即通信數據賦值和通信長度確定 （是否是連續多個命令，幾個命令），開啟狀態機 （對狀態機進行設置使之進入狀態機，設置傳輸數據及使能狀態同步和時間設置），狀態機運行。其中傳輸內容和開啟狀態機在主循環和函數中進行，而狀態機本身則在定時器中斷中運行。

3.3 通信代碼設計

通信的代碼設計中采用結構體加狀態機的方式，所用結構體如下所示。結構體中的val為通信數據的值，數據傳輸時用位移動bit-shift方式進行，對于等待時間，是可以調節的，因此新增了一個等待時間，增加程序調整的靈活度。

4 人機界面和實例應用簡介

人機界面如圖7所示，人機界面分兩部分：動態圖案部分和提示信息及狀態部分。

1）動態圖案部分為一個轉向盤，左側閃爍表明左打轉向盤，右側閃爍表明右打轉向盤，上側字母D閃爍表明掛前進檔，下側字母R閃爍表明掛倒后檔，中間為泊車關鍵停車點的位移提示。

2）提示信息及狀態部分，從左到右依次為輔助泊車故障狀態，泊車狀態，前后雷達狀態，中間為文字提示區并會伴隨聲音。小車標志為雷達報警提示，最右側為當前DVD系統時間。

圖7中為實際測試效果，提示為向左打轉向盤圖案閃爍，伴隨聲音提示，文字動態提示。

在實際的整車開發中，可以在儀表顯示屏上顯示車與障礙物的距離，同時可伴有報警聲提示駕駛員，如圖8所示。如果再配有動態輔助線功能 （后部再配一個攝像頭），實車顯示將如圖9（顯示在DVD屏上）所示，一般紅色區域①區可設置為50~100cm，黃色區域②區為100~150 cm，綠色區域③區為150~250cm （該參數僅供參考）。

5 結論

本文設計的DVD通信已經裝車運行，試驗證明，輔助泊車控制器和DVD通信穩定，人機界面友好，增加了泊車的安全性和駕駛趣味性。

［1］朱自勤.傳感器與檢測技術［M］.北京：機械工業出版社，2006.

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［3］Ron Patton，著.張小松，王鈺，曹躍，譯.軟件測試［M］.北京：機械工業出版社，2006.

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