一種車載高精定位系統下線檢測方案

蔡之駿，郭元蘇，梁志偉，李 彤，李曉平

（廣東省智能網聯汽車創新中心有限公司，廣州 廣東 511434）

當今社會，隨著智能駕駛技術的發展和車聯網應用的普及，車輛定位精度的要求與日俱增，高精定位功能作為車聯網（Vehicle-to-Everything,V2X）等自動駕駛輔助系統（Advanced Driver Assistance System, ADAS）應用及智能駕駛應用的前置功能，直接決定了相關場景的準確性，已有越來越多的車輛量產時自帶車載高精定位系統。當前車載高精定位系統的主流方案為實時動態（Real Time Kinematics, RTK）+慣性導航系統（簡稱慣導系統）的融合定位，但目前對于產線上如何對車載高精定位功能進行檢測尚無明確方法。因此，本文提出了一種能快速方便地在產線上操作的車載高精定位系統下線檢測方案，能同時覆蓋慣導及RTK的定位功能[1-2]。

本方案中的車載高精定位下線檢測流程分為靜態檢測與動態檢測兩部分，即零部件下線檢測時對車載定位系統的慣導靜態參數進行檢測，在實車下線檢測中對車載定位系統的慣導動態參數及RTK解算狀態進行檢測，從而達到在整個下線檢測環節中覆蓋高精定位全功能檢測的目的，使實車產線能在下線過程中及時發現車載高精定位關鍵功能相關問題，并及時進行問題定位，有效提升其可靠性。注意到 RTK功能只有在對應的RTK賬號激活后才能生效，而RTK賬號激活后即開始收費的實際情況，因此，本方案在實車下線時才激活相關RTK賬號，而非在零部件產線過程中激活，避免提前支付無意義的費用。本方案只需在車輛原有的下線檢測方案中添加若干流程即可實現，操作簡單，易于實現。

1 車載高精定位系統組成

目前主流的車載高精定位系統一般采用帶RTK的衛星定位加慣導系統進行融合定位[3]。其中RTK屬于差分定位，即在固定的位置建立若干固定的觀測站，觀測站也會同時觀測衛星的信號，然后通過觀測量建立誤差的數學模型，再將差分改正數播發給定位終端，用以修正傳統衛星定位過程中由于對流層、電離層等干擾帶來的定位誤差，車載定位終端根據收到的衛星觀測量與差分改正數，通過相應差分算法即可獲得高精度的定位結果，當前最常用的差分算法即為RTK算法，使用雙差模型，可使定位精度達到厘米級，但依賴于網絡信號及衛星信號[4-5]。慣導系統主要由導航計算機與慣性敏感元件組成，前者負責完成導航解算，后者包含陀螺儀和加速度計，其中陀螺儀主要用于輸出方位角及載體角速度等相關信息，計算姿態矩陣，通過該矩陣將加速度計輸出的載體加速度變換到導航坐標系，最后一起進行導航解算獲取載體的位置、姿態和速度等慣導數據[6]，可在衛星信號較弱時提供慣導推算的定位信息，彌補RTK定位依賴衛星信號的缺陷。慣性導航系統與RTK的融合方式根據數據耦合程度的不同，一般可分為松耦合、緊耦合及超緊耦合，其中緊耦合的 RTK+慣導系統的組合方案有抗干擾能力強和動態適應能力佳的優點，能覆蓋大部分ADAS及自動駕駛應用場景的整車高精定位需求，故也被當前量產實車廣泛使用，本文提出的下線檢測方案能完整覆蓋該類車載高精定位系統的必備功能監測。部分車載高精定位系統只使用 RTK定位，也可采用本文提出的下線檢測方案，只需跳過慣導相關的功能檢測即可。

2 下線檢測方案

本文所述的車載高精定位下線檢測方案流程分為靜態檢測流程和動態檢測流程，分別對應零部件產線檢測和整車產線檢測，具體流程如下所述。

2.1 靜態檢測流程

靜態檢測流程，即在原有的零部件產線上，將帶高精定位功能的車載設備（一般為車載TBOX（Telematics Box），也可使用其他類似產品，具體參考不同車型的不同需求與定義）統一在產線上特定平臺靜置，保證平臺表明盡量光整且放置平臺上的慣導模塊有兩個方向軸盡可能水平；根據經驗，車載設備在產線平臺上靜置5～10 s后即可開始檢測高精定位模塊輸出的三軸重力加速度和角速度。檢測流程如圖1所示，產線檢測員通過診斷儀高精定位所在設備發送相應的診斷命令，該設備通過回復該診斷，通過控制器局域網（Controller Area Network, CAN）報文將慣導相關靜態參數發送至診斷儀；也可以通過導出高精定位相關日志進行檢測。檢測員根據響應的CAN報文結果或高精定位日志判斷功能是否正常，如有異常則上報產線。

圖1 靜態檢測流程示意圖

具體檢測內容及步驟如下：

1）靜態放置時的慣導三軸重力加速度。以圖2所示坐標為例，慣導模塊輸出的三軸重力加速度[7]（G值）應分別為IMU_G_x=0，IMU_G_y=0，IMU_G_z=-g，其中g為當地重力加速度的值；考慮到誤差影響，水平靜止情況下，Z軸G值范圍可選 -1g±0.08g，X、Y軸 0g±0.08g（可根據產品實際情況調整允許的誤差范圍）。下線檢測時，該三軸重力加速度由高精定位所在設備設置成周期性（10 Hz，經驗參數，可根據實際情況調整）輸出，檢測員下線檢測時通過診斷儀向高精定位所在設備發送診斷指令，從設備響應的CAN報文上獲取對應的三軸重力加速度G值，如果設備沒有及時響應或者響應的三軸重力加速度不在誤差允許范圍內則直接判斷檢測未通過，可通過診斷儀設備腳本實現自動化檢測。

圖2 慣導靜置示意圖[7]

2）靜態放置時的慣導三軸角速度：慣導靜置時，其三軸角速度輸出應都為0，考慮到誤差影響，靜置時三軸允許的角速度上范圍均為 IMU_GYRO_x=（0±1）（°/s）， IMU_GYRO_y= （0±1）（°/s），IMU_GYRO_z=（0±1）（°/s）（可根據產品實際情況調整允許的誤差范圍）。與慣導三軸重力加速度類似，三軸角速度也在下線檢測時由高精定位所在設備設置成周期性（10 Hz，經驗參數，可根據實際情況調整）輸出，檢測員下線檢測時通過診斷儀向高精定位所在設備發送診斷指令，從設備響應的 CAN報文上獲取對應的三軸角速度，如果設備沒有及時響應或者響應的三軸角速度不在誤差允許范圍內則直接判斷檢測未通過，可通過診斷儀設備腳本實現自動化檢測。

2.2 動態檢測流程

動態檢測安排在實車產線檢測中，需要整車動態行駛進行檢測，流程如圖3所示。此時整車零部件已檢測且安裝完畢，RTK賬戶可以激活，檢測員駕駛實車在廠區內室外空曠場地中以不低于30 km/h的車速行駛15～20 min即可檢測慣導動態參數（慣導車速信號和慣導狀態標識）與RTK功能狀態（RTK解算狀態[8]及錯誤碼）：檢測員開啟高精定位檢測模式，高精定位相關設備將慣導動態參數及RTK功能狀態一起周期性輸出到車機顯示屏或者云端，檢測員行駛過程中既可實時監測，也可用腳本自動監測輸出的相關狀態，如有異常能立即發現并上報產線。若車輛行駛檢測結束后無異常則繼續執行其他的下線流程。具體檢測內容及步驟如下所述：

圖3 動態檢測流程示意圖

1）慣導動態參數，包括慣導車速信號與慣導狀態標識。前者用于識別慣導獲取的車速是否正確，后者用于判斷高精定位模塊的慣導功能是否能在車輛正常行駛后完成自校準功能，如果車載定位系統的慣導系統無法正常完成自校準，即無法進入慣導模式，則慣導狀態標識會顯示相關慣導異常信息。測試方法為下線檢測模式下，高精定位相關設備將上述慣導動態參數周期性（10 Hz，經驗參數，可根據實際情況調整）發送至車機顯示屏或者上傳到云端，檢測員在行駛中對其進行實時監測，保證車輛在車速≥30 km/h狀態下行駛，監測整車定位是否能在產品需求規定時間范圍內（一般為5 min內）進入慣導模式并在整個下線動態檢測行駛過程中一直保持該模式，則判斷檢測通過，否則檢測不過并將相關參數反饋給開發人員以定位問題。

2）RTK功能狀態：包括RTK解算狀態及高精定位相關錯誤碼。前者可在美國國家海洋電子協會（National Marine Electronics Association,NMEA）標準[9]語句中獲取，即在“GGA語句第<6>”字段，fix quality等于0時表示定位無效，1表示單點解，2表示差分解，3表示 PPS（Per Protocol Set）無效，4表示固定解，5表示浮點解，6表示估算狀態，其中1/2/4/5狀態均為RTK解算狀態，2/4/5表示RTK解算成功，若長時間處于單點解則表示RTK未生效（原因可能是網絡無法連接、RTK賬號認證不通過等），判定為檢測不通過。錯誤碼為產品自定義的數字，一般有正常狀態，網絡異常，RTK認證失敗，GGA數據無效等錯誤狀態。與慣導動態參數檢測類似，下檢測模式下，高精定位相關設備將上述RTK功能狀態參數周期性（10 Hz，經驗參數，可根據實際情況調整）發送至車機顯示屏或者上傳到云端，檢測員在行駛中對其進行實時監測，如果設備能在產品需求指定時間范圍內（一般為開闊場地下30 s內）進入RTK正常解算狀態（fix quality為2/4/5）并能在開闊場地全程保持正常解算狀態且無表示異常的錯誤碼，則判斷RTK檢測通過；否則檢測不通過，并將相關參數反饋給開發人員以定位問題。

3 結論

本文提出一種車載高精定位系統下線檢測方案，只需在原有的實車下線檢測流程中添加若干工序即可實現，易于操作和實施。該方案提出的下線檢測流程已在實車量產中通過驗證，能覆蓋車載高精定位全部關鍵功能檢測及潛在功能問題排查，可有效提升車載高精定位功能的可靠性。