環(huán)境感知系統(tǒng)在智能網(wǎng)聯(lián)汽車上的應用

梁耀杰，李吉生

（廣西水利電力職業(yè)技術學院，廣西 南寧 530023）

0 引言

近年來，汽車的智能化技術發(fā)展迅速，人們對汽車的智能化技術需求也越來越高。為了適應行業(yè)內激烈的市場環(huán)境，智能網(wǎng)聯(lián)汽車也在我國交通強國戰(zhàn)略目標的背景下快速發(fā)展。共建人車交互、車路協(xié)同、車車協(xié)同系統(tǒng)，實現(xiàn)智能化共享，將是智能網(wǎng)聯(lián)汽車的發(fā)展目標。因此，對智能網(wǎng)聯(lián)汽車的決策系統(tǒng)具有極大的考驗，決策系統(tǒng)的判斷需要采集來自環(huán)境感知系統(tǒng)的數(shù)據(jù)，環(huán)境感知系統(tǒng)如果在安裝調試中不按規(guī)范的步驟操作，將有可能會給智能網(wǎng)聯(lián)汽車帶來致命的危害，而環(huán)境感知系統(tǒng)的維護維修技能人才也相對緊缺。因此，對智能網(wǎng)聯(lián)汽車環(huán)境感知系統(tǒng)的安裝調試與故障診斷已成為智能網(wǎng)聯(lián)汽車后市場的關鍵技術。

1 環(huán)境感知系統(tǒng)的作用

智能網(wǎng)聯(lián)汽車主要由環(huán)境感知系統(tǒng)、決策系統(tǒng)、執(zhí)行系統(tǒng)三大系統(tǒng)組成。環(huán)境感知系統(tǒng)包括定位傳感器、毫米波雷達傳感器、激光雷達傳感器、視覺傳感器、超聲波雷達傳感器等傳感器組成。視覺傳感器主要是以雙目攝像頭、360°全景攝像頭為主；定位傳感器則由組合導航主機與定位天線等組成[1]。

環(huán)境感知系統(tǒng)猶如智能網(wǎng)聯(lián)汽車的“眼睛”，在智能網(wǎng)聯(lián)中起到十分重要的作用。智能網(wǎng)聯(lián)汽車在自動駕駛模式時，在決策系統(tǒng)的控制下，利用定位傳感器取得衛(wèi)星信號從而獲得地圖數(shù)據(jù)，實現(xiàn)規(guī)劃路線的地圖識別；通過激光雷達發(fā)出的激光點云圖來識別周圍障礙物輪廓大小；使用毫米波雷達與激超聲波雷達來監(jiān)測車輛與障礙物的距離，但由于超聲波雷達在短距離（3 m 以內）的精度較高，且易受到天氣、速度等因素影響時，產(chǎn)生的誤差較大。因此，超聲波雷達主要安裝在車輛的四周，用于監(jiān)測車輛側方障礙物的距離。而毫米波雷達一般要求安裝在車輛的前、后方，可以準確的監(jiān)測車輛在行駛過程中與前、后障礙物的距離。視覺傳感器的主要功能是識別移動的障礙物與紅綠燈。智能網(wǎng)聯(lián)汽車收到以上的信號后，通過決策系統(tǒng)進行分析，可以準確地判斷出周圍的環(huán)境情況，然后發(fā)出車輛速度控制、方向控制、制動控制等不同的指令來控制執(zhí)行系統(tǒng)的運行。執(zhí)行系統(tǒng)收到?jīng)Q策系統(tǒng)的指令后，實現(xiàn)智能網(wǎng)聯(lián)汽車自動啟停、自動駕駛循跡、自動緊急制動、主動避障、交通信號識別等功能。

2 環(huán)境感知系統(tǒng)的安裝與調試

2.1 組合導航的安裝與調試

2.1.1 組合導航的安裝

在對組合導航進行安裝時，首先要對組合導航進行檢測，檢查其接口無破裂、設備的坐標清晰、外觀的防塵防水等級標簽清晰等，保證其性能良好。為了保證組合導航工作時采集的信息穩(wěn)定可靠，應把組合導航安裝在敞開的位置，防止被其他物體遮擋，組合導航主機中心點與車輛中心線重合；組合導航主機與前、后的定位天線要安裝在同一條水平直線上，做到三點一線，如圖1 所示。

圖1 組合導航安裝位置示意圖

2.1.2 組合導航的調試

組合導航安裝完畢后，需要進行標定，標定的方法如下：

（1）根據(jù)組合導航的類型，打開上位機軟件，選擇對應的模式。

（2）對組合導航進行天線信號測試、姿態(tài)信號測試、速度信號測試，確認定位天線等零部件的線束連接良好。

（3）選擇室外無建筑物等遮擋的空曠區(qū)域錄制路線[2]，確認地圖。

（4）循跡行駛，循跡的軌跡應與錄制的路線重合。

2.2 毫米波雷達的安裝與調試

2.2.1 毫米波雷達的安裝

毫米波雷達在智能網(wǎng)聯(lián)汽車上應用主要用于精確的判斷前方車輛障礙物與車輛之間的距離以及速度，能夠實現(xiàn)在設定的距離內緊急制動、自動跟車等主動安全的功能。毫米波雷達在安裝前首先要對其進行品質檢測，檢查毫米波雷達合格可靠。安裝的步驟如下：

（1）根據(jù)實際車型的高度，選擇毫米波雷達安裝位置的高度。

（2）確保毫米波雷達的橫向水平角正確。根據(jù)不同品牌不同型號的毫米波雷達安裝時，要求的橫向水平角不相同，且安裝在不同位置的橫向水平角也不相同。

（3）正確選擇毫米雷達的縱向水平角[3]。

2.2.2 毫米波雷達的調試

毫米波雷達的標定在一般要求在長寬距離在16 m × 8 m 以上無遮擋的空曠區(qū)域，地面要求水平，且地面上應無溝坑或其他的凸起物，空曠區(qū)域內除了標定時需要放置的標準反射器外，禁止出現(xiàn)其他物體。反射器擺放位置如圖2 所示。

圖2 反射器擺放的位置

標定的流程如下：

（1）反射器垂直于車輛5 m 的位置，調整角反射器高度，使其中心與毫米波雷達中心離地高度一致，如圖3 所示。

圖3 反射器高度

（2）使用重錘線取雷達天線罩面中心的兩個投影點，兩個投影點和反射器與車輛之間的距離線處于垂直的狀態(tài)。

（3）將CAN 分析儀USB 端接到電腦上，另一端接到雷達CAN 總線上，打開標定毫米波雷達的上位機軟件，按照車型設計的要求與提示輸入相應的參數(shù)后，標定完成后，系統(tǒng)會有提示。

2.3 激光雷達的安裝與調試

2.3.1 激光雷達的安裝

在安裝前需要激光雷達確認其表面平整、光潔、色澤均勻、無裂紋、無劃痕、外殼防水防塵等級等。進行品質檢測激光雷達子安裝時需要進行水平角調整、俯仰角調整以及方向角校正。

2.3.2 激光雷達的調試

激光雷達通過內部的激光發(fā)射組件快速旋轉的同時發(fā)射高頻率激光束，對外界環(huán)境進行持續(xù)性的掃描，經(jīng)過測量距離的算法，提供三維空間點云數(shù)據(jù)及物體反射率，能識別周圍的人和物體，為定位、導航、避障等提供保障。

在激光雷達安裝完畢后，還需對它的點云成像系統(tǒng)進行相應的測試。首先要檢查激光雷達的激光線束與視場角是否缺失，測試步驟如下：

（1）連接激光雷達的主線束。

（2）連接電源線。

（3）連接數(shù)據(jù)線。

（4）根據(jù)激光雷達的廠家標準，修改IP 參數(shù)。

（5）利用與激光雷達集成一致的軟件系統(tǒng)，打開軟件生成點云，如圖4 所示。

圖4 激光雷達的點云圖

3 環(huán)境感知系統(tǒng)的故障診斷

3.1 毫米波雷達的故障診斷

當毫米雷達出現(xiàn)故障時，智能網(wǎng)聯(lián)汽車會出現(xiàn)無法在安全的距離實現(xiàn)緊急制動停車功能，會導致車輛撞上障礙物，因此需要對毫米波雷達的相關控制線路與系統(tǒng)進行檢測，毫米波雷達的控制原理如圖5 所示。

圖5 毫米波雷達的控制原理

其故障診斷如下：

（1）檢查毫米波雷達的電源，如電源異常，則檢查電源線的線路；如果電源正常則進入下一步。

（2）因毫米波雷達使用的CAN 總線傳輸信號，因此需要使用示波器檢測毫米波雷達的波形信號，如波形異常，則對CAN 總線的線路進行檢測；如CAN 總線的線束異常，則修復線路；如CAN 總線線路正常，則更換毫米波雷達；如毫米波雷達的信號正常，則進入下一步。

（3）對毫米波雷達進行重新標定；如標定后，故障依然存在，則對毫米波雷達的上位機軟件程序進行檢查[4]。

3.2 智能網(wǎng)聯(lián)汽車無法避障故障診斷

一臺智能網(wǎng)聯(lián)無人配送車，更換激光雷達后，承接把物資配送到某小區(qū)的任務時，在途中經(jīng)過窄小路段時，遇到障礙物無法實現(xiàn)避障功能，只能實現(xiàn)緊急停車，最終導致物資未能在規(guī)定的時間內配送到指定的目的地。

故障原理分析，智能網(wǎng)聯(lián)汽車在自動駕駛的模式下，在路上遇到障礙物時，可以實現(xiàn)繞開障礙物繼續(xù)行駛的功能，如圖6 所示。

圖6 車輛避障

如果無法實現(xiàn)避障，應首先對智能網(wǎng)聯(lián)汽車的激光雷達進行檢測。激光雷達檢測的步驟如下：

（1）檢車激光雷達的表面是否破裂、是否光滑，如不符合規(guī)定，則更換激光雷達；如正常，則進行下一步。

（2）因激光雷達在正常工作的狀態(tài)下，其內部電機會持續(xù)運轉，會產(chǎn)生震動，因此在給激光雷達通電后，用手觸摸激光雷達的頂部應有明顯的震動感；如無震動感，則檢查激光雷達的電源，如確認激光雷達電壓無異常，則更換激光雷達；如有震動感，則對激光雷達的信號線束進行檢測；如信號線束無異常，則進行下一步。

（3）對激光雷達進行點云測試，生成的點云圖如圖7 所示。

圖7 實測點云圖

通過實測的云圖可知，結合激光的標準參數(shù)，該激光雷達時16 線的激光雷達，符合要求。但明顯發(fā)現(xiàn)，點云圖左邊無點云生成，只有二分之一的區(qū)域生成的點云圖，初步考慮是激光雷達的視場角數(shù)據(jù)不符合要求所致。

接著打開該雷達該車的上位機系統(tǒng)，檢查激光雷達的視場角，只有180°，正常情況下應該是360°才符合要求，而實際檢測出來的點云圖圖6 也只有180°，最后，通過上位機系統(tǒng)把該激光雷達的視場角調整至360°后[5]，如圖8 所示。

圖8 360°視場角生成的點云圖

最后，再次啟動車輛調至自動駕駛模式進行路試，車輛能成功避開障礙物，故障排除。

4 結語

智能網(wǎng)聯(lián)汽車是高度的融合了汽車、通信、網(wǎng)絡等跨技術領域的新一代汽車。環(huán)境感知系統(tǒng)在智能網(wǎng)聯(lián)汽車上的應用主要是安裝調試與故障診斷，同時這也是掌握智能網(wǎng)聯(lián)汽車技術的基礎。因此，掌握環(huán)境感知系統(tǒng)在智能網(wǎng)聯(lián)汽車上的應用，可以有利于保證智能網(wǎng)聯(lián)汽車在行駛過程中的安全穩(wěn)定，為智能網(wǎng)聯(lián)汽車的發(fā)展提供優(yōu)質的售后服務，這更是我們汽車從業(yè)人員需要擁有的職業(yè)道德。