基于CAN總線的虛擬儀表界面車道線繪制方法

魏鋒 左蓓蕾 齊振芳 梁洪 莫維華

【摘? 要】順應當前虛擬儀表與CAN總線融合發展的新趨勢，設計一種基于CAN總線的虛擬儀表界面車道線繪制方法。基于此方法，虛擬儀表可以精確實時地顯示出車輛行車時的車道線，有利于駕駛員掌握車輛的行駛道路狀況，提高行駛安全性，同時提升駕駛體驗感。

【關鍵詞】CAN總線;虛擬儀表;車道線

中圖分類號：U463.7? ? 文獻標識碼：A? ? 文章編號：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

作者簡介

魏鋒（1991—），男，碩士，工程師，主要從事汽車信息娛樂域產品設計與開發工作。

隨著汽車智能化、信息化的發展以及無人駕駛的日趨實用化，汽車用戶對HMI（Human Machine Interface，人機接口）的交互能力提出了更高的要求，虛擬儀表技術也在汽車上應用得愈加廣泛，正逐漸替代傳統的指針式機械儀表[1]。儀表作為車輛運行狀態的顯示終端，是駕駛員與汽車進行信息交流的重要接口和界面，對汽車行駛的安全性和經濟性起著重要作用，駕駛員對儀表所顯示內容的豐富性、準確性、實時性的需求也在日益增高[2]。因此，目前儀表上可顯示的內容越發豐富且智能化，諸如通過智駕雷達感知獲取到的車輛、行人、車道線等目標物的信息，并通過CAN總線傳輸到儀表進行計算分析后將其顯示在儀表界面上，使駕駛員即時了解并掌握車輛的運行狀態，妥善處理各種行駛情況[3]。然而，雖然車輛可通過坐標在儀表上實現顯示，但車輛行駛的車道線的形態存在多種不確定性，車道線檢測往往會受到眩光、遮擋、磨損、道路顏色的細微變化、周圍建筑物的陰影和其它車輛的遮擋及障礙物等的影響[4]，從而降低儀表界面車道線顯示的精確度和準確性。故本文設計一種基于CAN總線的儀表界面車道線繪制方法，該方法可以實時、準確地顯示出車輛當前的行駛道路狀況，且通過二維屏幕顯示出三維道路效果，使駕駛員能夠精準地觀察到道路的動態變化，從而提高行駛安全性以及座艙的科技性。

1? 虛擬儀表顯示技術方案

虛擬儀表又稱全液晶儀表，通過接收車輛其它ECU節點的CAN信號，將CAN信號轉化為數字信號處理后以圖形和文字的形式顯示在LCD屏幕上，可以快速、準確、清晰地顯示指示燈、車速、轉速、里程、報警類等信息[5]。典型的虛擬儀表硬件系統采用主SOC和輔MCU相結合的方案，輔MCU用于接收車輛數據信息，處理后傳輸給主SOC，從而驅動液晶屏LCD顯示相關信息，如圖1所示。

2? 虛擬儀表界面車道線繪制方法

2.1? 界面坐標系與參數說明

基于儀表界面建立二維坐標系，如圖2所示，以本車前保險杠前端面中心作為坐標系原點O，界面Y軸從右至左、界面X軸從下至上皆為由負到正，藍色4條線為車道線。本文將以4條車道線3個車道為例說明該方法。

基于此坐標系，在車道線上取一點p（x，y），x為該點橫坐標，y為該點縱坐標，可得車道線方程如下：

y = A0 + A1 x + （1）

式中：A0——車道線橫向偏移量，根據道路寬度標準，設定車道默認寬度為3.5m，則A0=ADAS_LMDPW×3.5;A1——車道線與X軸夾角的三角函數tan值，即A1=ADAS_ LMHV;A2——車道線曲率，即A2=ADAS_LMC。ADAS_ LMDPW、ADAS_LMHV、ADAS_LMC為CAN信號，參數和CAN信號詳細定義見表1。

2.2? 車道線動態顯示方法

根據公式（1）可計算出車道線上每一個點的坐標，將這些點連成線，則可在儀表界面繪制出一條完整的車道線，車道寬度為固定值，通過車道線的平移，則可繪制出道路上所有的車道線。由于車輛在實際行駛中存在變道等駕駛行為，針對變道行為，本方法通過本車在儀表界面中保持坐標系中心點不動，車道線動態平移的方式來實現。當ADAS_LMDPW在0%～100%變化時，車道線從右至左線性移動，4根車道線一起移動，當ADAS_LMDPW=0%，y=0時，本車道左側車道線與原點O重疊，如圖3所示。當ADAS_LMDPW=100%，y=0時，本車道右側車道線與原點O重疊，如圖4所示。

2.3? 車道線動態顯示方法的實現與分析

通過2.2章節提出的方法可實現車道線的動態顯示，在此基礎上再通過儀表圖形設計軟件和車道線向車后移動的動態效果即可在儀表界面上實現車輛在車道中行駛的效果。此外，還需建立攝像機坐標系，將構建好的3D物體顯示在2D屏幕上。與處于2D空間中的屏幕坐標系不同，攝像機坐標系是一種能為駕駛者提供觀測本車及周圍事物信息并處于3D空間中的坐標系，此坐標系應定義在攝像機的屏幕可視范圍。在該坐標系中，原點為本車前保險杠前端面中心，X軸向前（朝向屏幕內或攝像機方向），Y軸向左，Z軸向上，本文將攝像機的坐標定為（-23， 0，6），如圖5、圖6所示。

通過仿真軟件模擬整車CAN信號向儀表發送CAN信號，可以模擬實現汽車在道路上運行的場景。首先，隨機發送表2中的3個CAN信號值;其次，當X軸坐標值設為100時，則可通過公式（1）計算出本車車道左側車道線上該點y坐標值，即y=3.5×0.7-0.007×100-0.5×0.00156×1002=-6.05，最后，通過給x賦值范圍為0～200的整數，則可得到車道線所有點的坐標，即可繪制出一條完整的車道線，再通過復制平移的方式，則可得到所有的車道線，如圖7所示。CAN信號值為周期性信號，通過信號的周期性發送并繪制出車道線，即可實現車輛變道動態行駛等場景。基于此，儀表能夠實時讀取車道參數并將其顯示在液晶儀表界面中，顯示內容準確、無卡頓跳變現象，從而實現逼真的車輛行駛道路場景并以此提高駕駛者在虛擬場景中的沉浸感。

3? 結論

隨著全液晶虛擬儀表的智能化發展，為滿足儀表顯示元素的豐富性、精確性、實時性要求，本文基于CAN總線提出了一種虛擬儀表界面車道線繪制方法。該方法根據軟硬件的迭代不斷完善，已在相關車型儀表上進行了實際應用，并取得了較為理想的應用效果。

綜上所述，基于CAN總線的虛擬儀表界面車道線繪制方法不僅順應了智能駕駛領域車輛前進軌跡的規劃，并為駕駛員提供了車輛行駛的道路實況，從而極大地提高了車輛行駛的安全性，同時也為智能駕駛和無人駕駛領域的開拓性和適應性提供了可靠的方法支撐。

參考文獻：

[1] 楊輝華，楊二闖，張衛東，等. 基于多核Cortex-A9的汽車三維全液晶儀表研究[J]. 電視技術，2018，42（1）：57-62.

[2] 袁秀珍. 純電動汽車虛擬儀表的設計與實現分析[J]. 電子世界，2020（20）：16-17.

[3] 湯春球，曾豪杰，鄧飛宇. 基于ARM和QNX的電動汽車虛擬儀表系統設計[J]. 數字制造科學，2021，19（3）：223-226.

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

[5] 湯東興. 基于i.MX6和S32K的汽車虛擬儀表系統研究與實現[D]. 重慶：重慶大學，2020.

（編輯? 楊凱麟）

收稿日期：2023-11-20