基于超聲波環視融合的高級泊車輔助系統仿真研究

馬高峰，馬亮，程琳，張雷

（泛亞汽車技術中心有限公司，上海 200000）

1 系統設計方案

基于超聲波環視融合的高級泊車輔助系統硬件在環仿真系統架構，整個系統主要分為三個部分[1]。第一部分主要由虛擬場景構成，虛擬場景主要通過虛擬場景軟件生成關于高級泊車輔助系統需要的3D仿真測試環境以及360環視視頻信號、虛擬雷達仿真數據，并通過以太網和HDMI連接線傳送給實時機以及視頻注入設備；第二部分主要由實時機、視頻圖像注入設備、雷達模擬器組成，實時機接受場景軟件的信息，操控視頻注入設備、超聲波雷達模擬器、車輛動力學、虛擬ECU等，將雷達信息、圖像信息、車輛動力學信息、整車其它零部件信息傳送給待測模塊APA。

該平臺提供了多種場景顯示方式，用于輔助測試人員從不同維度評價自動泊車的完成效果。主控單元實時機通過控制上位機，可實現探測距離模擬、360環視視頻注入、仿真場景切換、手動/全自動化測試并實時記錄測試數據等功能。平臺同時集成了自動泊車模塊、儀表、收音機、中控顯示屏、開關等真實零件，最大程度上還原駕駛員在泊車過程中的真實場景。此外，平臺還包括一個上位機操作屏，用于開發測試人員進行測試場景調用、參數修改、泊車效果監測及測試報告整理等操作。

2 仿真測試場景開發

2.1 虛擬場景開發

隨著高級泊車輔助系統功能越來越多、應用場景越來越復雜，判定最終泊車效果的評判維度越來越多，因此本文通過dSPACE 公司ASM場景軟件對系統的虛擬測試場景進行開發。通過3DMAX建模并導入ASM環境生成的3D泊車場景，可模擬整個停車場的所有物理信息以及視覺信息，包括地面指示箭頭、多種尺寸車輛、路沿、樹木、多線形車位、特殊障礙等物體。在虛擬場景中主車安裝的虛擬超聲波雷達，會將探測到的距離信息發送到主控實時機以及超聲波雷達模擬器，同時主車上安裝虛擬360環視攝像頭，會將視覺信息輸入給視頻注入設備，在整個系統運行過程中實現了虛擬場景中的虛擬物理信息以及虛擬視覺信息的真實化過程，從而形成基于超聲波環視融合的虛擬動態場景。

此外，為了方便測試過程中測試人員隨時對場景內元素和障礙物車輛進行調整，觀察泊車整個泊車過程[2]。本文對3D仿真場軟件進行2D平面轉化，形成可視化的2D場景，并且對場景中的車輛姿態；泊車線形狀、顏色；障礙物的有無，均可在一定范圍內自定義修改，并可以通過場景軟件實時觀察泊車的整個過程，如泊車完成的絕對位置、與路沿的距離、車身超出車位的比例及車身傾斜程度等。

2.2 測試用例開發

本文基于現有ISO標準及常見車位工況，定義了13類高級泊車輔助場景，如表1所示。每個場景定義了車位尺寸傾角、有無路沿、水平垂直模式、障礙物信息等。同時，各場景中主車與周邊車輛也有對應的多個變量，如相對位置、探測車位車速、泊車車速、擋位切換次數等，從而可衍生出更多的測試工況。

表1 13類高級泊車輔助場景

3 仿真測試應用及評測

3.1 仿真測試應用

本文基于所開發的高級泊車輔助虛擬場景及測試工況，針對某車型的超聲波環視融合高級泊車輔助系統搭建了硬件在環仿真測試平臺[3]。平臺通過上位機界面顯示當前本車狀態，泊車軌跡及動態參數。對某車型進行測試時，將平臺接入整車電子臺架實時測試儀表導引信息、收音機提示音等相關輔助功能的表現，如圖1所示。根據測試需求的不同，平臺可單獨測試泊車功能與泊車性能，也可接入整車電子臺架進行整車各模塊的集成測試。

圖1 上位機界面與在環人機交互模塊

本文通過配置文件的開發可對測試用例與測試參數的選擇進行校正[4]，如圖1所示。在每一大類下針對常用測試工況進行細分，區分了大車位、標準車位與極小車位，測試人員可根據需要單獨勾選任一測試工況進行測試。

3.2 測試設置與數據分析

仿真測試的數據與測試結果由軟件自動記錄并保存，測試人員可通過數據回放及報告完成本次測試的結果評估。

4 結論

本文通過分析現有測試手段存在的痛點，提出了一種超聲波探測模擬、環視仿真圖像注入、虛擬場景仿真及整車環境搭建的測試方法。通過理論研究及實際驗證，得到了以下幾點結論：

（1）仿真測試手段可在一定程度上對標實車測試的結果，通過模型在環、軟硬件在環及實車在環等手段理論上可無限接近于實車測試；

（2）仿真測試具有實車測試不具備的一些優點，如系統搭建簡易、場景變換快速、測試周期短、安全性高等；

（3）高級泊車輔助區別于其他ADAS功能，強調系統輔助以及使用便利性，因此在滿足功能的前提下，需要確保人機交互的舒適性及可靠性，仿真測試在這一環節上尤其適合該系統的測試驗證。

同時，針對以下兩點，未來可進行進一步的研究：

（1）超聲波傳感器由于其機械波的物理特性，在探測過程中容易收到天氣環境及周邊物體的干擾，需要在傳感器探測模擬中進一步考慮到干擾因素的模擬，如不平地面、低溫天氣、雨天等；

（2）當前的仿真測試場景僅覆蓋到常用工況，需要深入考慮系統在實際應用中可能遇到的復雜的泊車環境，同時積累客戶使用中關于系統便利性的意見，逐步完善系統測試的深度和廣度，從而進一步提升高級泊車輔助系統仿真測試的實用性。