辅助泊车系统与DVD通信的设计

徐君飞，李娟娟，周 勇

（奇瑞汽车股份有限公司汽车工程研究总院，安徽 芜湖 241009）

1 概述

随着国内汽车保有量的增加，道路两侧的泊车位日趋紧张，对于泊车位的空间利用就显得很有必要。辅助泊车和自动泊车技术应运而生，辅助泊车利用侧雷达进行位置检测，并运用相关算法对泊车进行推算得出泊车关键区域，通过获取当前车的状态 （如转向盘转向角度、档位、制动及车速状态）给驾驶员做转向换档等操作，在车靠近前后车时会给出雷达报警及相应的人机界面提示。

一般的辅助泊车系统都具备显示屏，给出图形图像或者文字提示，某些泊车系统会给出声音提示。不少辅助泊车系统采用集成式设计，即泊车控制器和显示器集成一体，利用LED灯设计外观和显示LCD屏图像、图案。在汽车电子设备日益增多的今天，适当地利用现有人机界面是一种很有利的做法，可以减少相关硬件成本和软件成本投入，可以利用现成的显示屏如DVD显示屏和音响作为声音提示。

在辅助泊车系统中，不仅需要把前后雷达测距发送给DVD显示，也需要及时把给驾驶员的提示信息如声音文字、图像传递给DVD。DVD通信协议及人机界面设计显得十分重要。只有与DVD通信畅通无阻，才能保证泊车过程中驾驶员始终得到辅助泊车控制器的指导，使得泊车更加安全可靠，驾驶员更加省心省力。

2 辅助泊车系统与DVD通信的硬件设计

2.1 辅助泊车系统结构

辅助泊车系统结构框图见图1，雷达控制模块硬件框图见图2。

如图2所示，倒车雷达硬件由以下几个部分组成：8位处理器，电源供电模块，超声波发射驱动模块，超声波探头，信号接收、滤波处理模块，LIN信号转换器。

2.2 辅助泊车系统工作过程

系统发射超声波之前，先对探头进行充电，使探头内部电路获得能量。充电结束后，发射20个58kHz的超声波，占空比50%；如果探测到障碍物，控制器将很快接收到回波信号。控制模块通过LIN总线将障碍物的距离和方位信息传递给BCM模块，BCM再通过CAN总线将数据传输到DVD显示。

正常报警和探头自检功能定义：系统上电后，模块首先对探头进行自检，系统自检时间约2s，若系统自检正常，则进入正常测距模式显示；若系统一个或多个通道未连接或者发生故障，系统发送故障数据，DVD显示界面可以按照设定的程序进行显示，不进入正常测距模式。

2.3 辅助泊车系统与DVD通信

目前常用的通信方式有多种，如异步串行通信SCI，串行外部设备通信接口模块SPI，内部集成电路总线IIC总线，控制局域网CAN，本地局域网LIN等。本设计中的辅助泊车系统集成雷达功能，避免了需要增加额外的前后雷达控制器，考虑控制及通信的一致性，设计中采用自定义的两线同步通信方式，其硬件设计如图3所示。

辅助泊车主MCU采用飞思卡尔MC9S08DZ60，使用该芯片的2个普通IO口即可完成与DVD的一组同步通信。由于雷达协议和文字信息协议具体数据内容有所不同，发送时间有差异 （雷达测距定时发送给DVD和文字信息随机发送给DVD），因此采用两组同步通信，即需要MC9S08DZ60的4个IO口。

如图3所示，D_DAT1和D_CLK1经过三极管及上拉电阻后，其电平由MCU级的5 V转换成车载的12V。电压转换后更有利于同步通信的稳定性和抗干扰性。

3 辅助泊车系统与DVD通信的软件设计

3.1 通信协议

本设计采用数据线DATA和时钟线CLK的双线通信方式，本设计的通信具备工作稳定、抗干扰能力强、灵敏度高，一致性、互换性好，通信协议解析快速简洁等特点。

本双线通信方法主要通过定义通信等待时间、通信同步时间、通信中数据字节传输的先后、数据位传输的先后、数据值定义来实现。DVD通信协议如图4所示，通信线分数据线和时钟线，数据传输字节高位在前、低位在后。数据字节内低位bit（lsb）在前、高位 （msb）在后。数据DATA在时钟CLK的下降缘前后各半周期内传输，维持一CLK周期 （注：正负半周期各为0.5 ms）。图4中通信的主要时间定义如表1所示。

表1 DVD通信时间定义

辅助泊车过程中对驾驶员发送操作命令相对主函数的时间来说是随机过程，因此一旦需要发送多个命令时，命令之间存在连续发送的情况，DVD作为接收者，其显示屏和主机芯片是分开的，接收的时间和处理往往出现不同情况，因此T3的等待时间是个可标定时间。一般情况下如果只发送一个命令，T3只设置3ms即可。

通信协议中数据传输的主要内容与辅助泊车过程中需要的提示有关。主要分为：工作状态提示，文字提示，转向盘图形提示，雷达提示。

辅助泊车工作状态分为默认模式、前后雷达模式和辅助泊车模式。

文字提示区主要为：寻找泊车位，向左打满转向盘，向右打满转向盘，请保持转向盘角度低速行驶，速度过快，违规操作切换至工作状态，请挂前进档，请挂倒后档，制动，注意侧距，与车位平行等文字及声音提示。

转向盘提示区主要为左／右打转向盘的动态图案提示。转向盘中间位数字提示，给出辅助泊车移动过程中的关键停车点的移动距离提示。

雷达提示和一般车的雷达报警功能保持一致。

3.2 通信软件流程设计

在辅助泊车控制器和DVD的通信过程中，用到了大量的时间，如果直接在主循环中使用相关时间标识来进行通信设计，会影响程序的可观、可读以及程序的执行效率。在本设计中，通信的设计分为两部分：一是数据的赋值过程，在主函数中随着程序运转的状态进行赋值；二是通信本身的执行在中断中进行。

在辅助泊车控制器中使用TPM2的定时器作为时基，时间为100μs，所有通信都用状态机来执行，其中，通信时钟线的半周期时间0.5 ms直接用定时器的时间来运行。凡是涉及时间的直接在定时器中断中运行即可。

如图5、图6所示，通信的传输过程主要分为3个内容：传输内容的确定也即通信数据赋值和通信长度确定 （是否是连续多个命令，几个命令），开启状态机 （对状态机进行设置使之进入状态机，设置传输数据及使能状态同步和时间设置），状态机运行。其中传输内容和开启状态机在主循环和函数中进行，而状态机本身则在定时器中断中运行。

3.3 通信代码设计

通信的代码设计中采用结构体加状态机的方式，所用结构体如下所示。结构体中的val为通信数据的值，数据传输时用位移动bit-shift方式进行，对于等待时间，是可以调节的，因此新增了一个等待时间，增加程序调整的灵活度。

4 人机界面和实例应用简介

人机界面如图7所示，人机界面分两部分：动态图案部分和提示信息及状态部分。

1）动态图案部分为一个转向盘，左侧闪烁表明左打转向盘，右侧闪烁表明右打转向盘，上侧字母D闪烁表明挂前进档，下侧字母R闪烁表明挂倒后档，中间为泊车关键停车点的位移提示。

2）提示信息及状态部分，从左到右依次为辅助泊车故障状态，泊车状态，前后雷达状态，中间为文字提示区并会伴随声音。小车标志为雷达报警提示，最右侧为当前DVD系统时间。

图7中为实际测试效果，提示为向左打转向盘图案闪烁，伴随声音提示，文字动态提示。

在实际的整车开发中，可以在仪表显示屏上显示车与障碍物的距离，同时可伴有报警声提示驾驶员，如图8所示。如果再配有动态辅助线功能 （后部再配一个摄像头），实车显示将如图9（显示在DVD屏上）所示，一般红色区域①区可设置为50~100cm，黄色区域②区为100~150 cm，绿色区域③区为150~250cm （该参数仅供参考）。

5 结论

本文设计的DVD通信已经装车运行，试验证明，辅助泊车控制器和DVD通信稳定，人机界面友好，增加了泊车的安全性和驾驶趣味性。

［1］朱自勤.传感器与检测技术［M］.北京：机械工业出版社，2006.

［2］赵继文.传感器与应用电路设计［M］.北京：科学出版社，2002.

［3］Ron Patton，著.张小松，王钰，曹跃，译.软件测试［M］.北京：机械工业出版社，2006.

［4］张帆.软件开发技术［M］.北京：机械工业出版社，2009.