半自动泊车系统实验室仿真测试

孙运玺，谷原野，节忠海，孙 云，黄春鹏，孙久龙

（一汽轿车股份有限公司，吉林 长春 130000）

高级驾驶辅助系统目前已经普遍应用于乘用车，并逐步变为乘用车的标准配置，其中半自动泊车系统是高级驾驶辅助系统的一个重要功能。泊车系统可部分替代驾驶员观察和判断，能够辅助驾驶员快速、准确、定位车位，整个泊车的过程中，驾驶员只需要按照系统的指示操作即可，并能够按照系统指示安全、方便泊入或泊出车位，提高了泊车的方便性，减少泊车事故。泊车系统控制算法较为复杂，需要采集多路雷达的数据信息，判断障碍物及车位信息，结合实际车速，并与EPS、TCU、IC等控制器协同控制实现泊车操作。研发过程中控制器的算法开发不是很完备，存在软件漏洞和策略错误等情况，并且泊车系统涉及到驾驶安全，因此在实车验证之前，必须在实验室进行仿真测试，对泊车系统的控制策略进行充分的测试，降低实车测试的风险［1］。

1 半自动泊车系统

本文中所述的半自动泊车系统由控制器、短距和长距超声波雷达构成，通过超声波测量道路两侧的车位长度，选定适合的车位后，系统计算倒车轨迹并自动控制车辆的转向系统，将车辆停靠在选定的车位中，驾驶员只需按照仪表的声音或图像提示控制车辆的挡位切换、油门及制动踏板。半自动泊车功能由水平泊入、垂直泊入、水平泊出3个子功能组成［2］，泊入时分为车位搜索、泊车引导2个阶段；泊出时只有泊车引导阶段。声音警示及系统操作提示通过仪表来实现，转向操作与EPS控制器配合完成，换挡操作由TCU控制器配合完成。

半自动泊车系统共包括12个雷达传感器，如图1所示，其中前4个和后4个为短距超声波雷达，主要探测前后距离，探测距离短；车辆两侧各有2个长距超声波雷达，探测距离长。根据超声波测距原理，控制器轮询各传感器发射和回波的时间差，内部经过滤波和运算，计算出实际可探测到的车位。

图1 半自动泊车系统构成

2 自动化测试应用

2.1 自动化系统搭建

实验室仿真测试系统主要由实时仿真系统、试验管理系统、显示系统构成，其系统搭建示意如图2所示。其中实时仿真系统是自动化测试系统的核心，能够运行车辆动力学模型和交通场景模型［3］，可以正确模拟真实的车辆及其动力系统工作过程和车辆的运行外部环境 （交通场景、交通标志、建筑物等）。试验管理系统由上位机和运行于上位机的试验管理软件组成，通过以太网线连接至实时仿真计算机，从而实现对系统的总体控制。通过试验管理软件，可以实现模型设置编译下载、模型运行监控、读取车辆实时信息、在线调参和对整个仿真平台进行配置管理的功能。显示系统用来显示动画场景，实现人-机互动，提升虚拟驾驶体验。

图2 自动化系统搭建示意图

半自动泊车控制器通过超声波传感器发送超声波，同时接收反射后的超声波判断障碍物的位置。实验室仿真系统的难点在于仿真超声波信号，也是本实验室测试仿真系统搭建的关键。超声波回波模拟设备采用真实的超声波传感器与一个声音换能器一起布置，障碍物的距离信息由车辆动力学仿真软件通过硬件IO板卡发送到声音换能器中，声音换能器形成的超声波由超声波传感器传递到自动泊车控制单元中，即可模拟障碍物的距离信息。

2.2 自动化测试执行

实验室仿真测试的关键在于测试工况的开发，测试工况以ISO国际标准以及控制器的开发要求为基础，覆盖泊车的基本功能、泊车过程中出现故障后控制策略验证以及泊车系统与整车其他控制器之间的交互功能，验证泊车系统是否符合主机厂的规定以及安全性的要求，其中故障注入类的测试及各种极限工况的测试尤为重要，也是仿真测试的重点，下面举例说明仿真测试的执行过程［4］。

2.2.1 测试用例1：PAC水平泊入测试

测试工况：水平车位长度6.8m，本车以速度10 km／h寻车位，车位找到后开始进行泊入和泊出验证。

测试过程：①设置车位和目标车辆位置；②本车以10 km／h寻车；③寻到车位后本车开始进行泊入和泊出操作。

测试结果：车辆可以泊入到指定车位，泊出功能激活后本车可以泊出到指定位置。水平泊入泊出信号显示如图3所示。水平泊入泊出界面显示如图4所示。

2.2.2 测试用例2：POC泊出过程中出现方向盘转角信号失效故障

测试工况：水平车位长度6.8m，本车以速度10 km／h寻车位，车位找到后开始进行泊入操作，提示等待转向过程中出现方向盘转角信号失效。

图3 水平泊入泊出信号显示

图4 水平泊入泊出界面显示

测试过程：①设置车位和目标车辆位置；②本车以10 km／h寻车；③寻到车位后本车开始进行泊入和泊出操作；④泊出过程在提示“等待转向”过程中出现转向盘转角信号失效／超时故障。

测试结果：泊车退出，并给出提示信息。POC泊出过程中转角信号失效显示如图5所示，泊车退出显示如图6所示。

通过实际测试验证，本试验仿真系统在泊车过程中的故障注入测试及雨雪天气等故障状态或极限工况的仿真测试非常方便，测试工况相对于实车测试具有可重复性和复现性，对于控制器泊车算法的测试验证比较充分，对进入实车测试的安全性提供有利保障。

3 结论

图5 POC泊出过程中转角信号失效显示

本文详细阐述了半自动泊车系统的工作原理，并介绍了实验室仿真测试系统的搭建原理及测试方法，实验室仿真测试能够快速发现整车电气在开发过程中出现的故障现象和极限工况，针对自动泊车复杂的控制策略和泊车算法，体现了明显的测试效果和优势，在实车测试前进行充分的验证，有效降低实车测试的风险，保证了整车的泊车功能和性能。

图6 泊车退出显示