面向汽车数字仪表的倒车辅助系统

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3.0 侯斌 2024-11-19 4 4 2.66MB 55 页 15积分

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摘要

汽车仪表是驾驶员获取车辆信息最直观、方便和安全的平台，是安全驾驶中

必不可少的设备。传统汽车仪表大多使用指针型显示，显示的信息量较少，已经

不能满足现代汽车的信息显示需求。目前，具有低耗能零排放的纯电动汽车越来

越受到重视，纯电动汽车仪表将是汽车仪表发展的必然趋势。而倒车辅助系统作

为汽车仪表的一个组成部分，在实际生活中起着很重要的作用，许多人由于倒车

不当而导致车辆受损甚至会导致人员伤亡。因此在汽车仪表界面中加入倒车辅助

功能将会解决倒车时的难题，帮助驾驶者轻松完成倒车。

本文设计的面向电动汽车数字仪表的倒车辅助系统，系统选择富士通一款面

向汽车数字仪表的 LSI 芯片 MB86R01，优势在于一款单芯片中内置了

ARM926EJ-S 处理器、图形显示控制器 GDC 及其他外围设备接口，在系统功能、

稳定性以及精度等方面都有很大的提升。通过扩展 Flash、DRAM、视频解码芯片可

以轻松实现各种文本内容、动态贴图、向量、固定图片及视频显示。本系统包括两个

界面的显示，一个是电动车仪表界面，界面显示的信息包括车速显示、转速显示、

电池电量、电池温度、总行驶里程显示、单次行驶里程显示、电压电流显示、档位显

示、转向灯显示、车门状态、安全带警告、ABS 警告、电池故障警告、远光灯显示、雾

灯显示、驻车显示。另一个为倒车辅助界面，界面显示包括实时视频图像信息及倒

车辅助线。系统中引入倒车辅助算法，并通过将车辆后方视频图像与倒车辅助线

相融合的方式显示在屏幕上。另外系统采用 CAN 总线通信接收所有来自 ECU 的

信息，使得汽车仪表具有抗干扰性、数据稳定性、结构简单等优势。

本论文的创新点包括：

（1）适应纯电动汽车的发展要求，设计数字仪表显示及倒车辅助于一体的

汽车数字仪表显示系统。通过 CAN 总线，可以根据报文变换相应的显示内容。

（2）系统中引入了倒车辅助算法，将车辆在绝对坐标下模型化，求出运动

学方程，推导出的运动轨迹方程式可以准确预测车辆倒车的行驶路径，可以作为

倒车辅助系统的核心运算基础。

（3）提供了一个矫正视频图像变形的解决方案。GDC 通过视频纹理映射功能

将摄像头拍摄到的变形视频图像作为纹理图像，通过模型进行变换纹理映射，最

终将处理后的图像再附着到视频上，达到矫正图像的功能。

（4）通过 GHC 软件，用户可以根据自己的需求进行调整或进行加减处理，

可以方便地设计和更改图形界面，实现更多的功能。

关键词：MB86R01 倒车辅助　汽车仪表　倒车轨迹 CAN

ABSTRACT

The automobile instrument is the most intuitive access to vehicle information,

convenient and secure platform, is essential to safe driving device. Most of the

traditional automotive instrument display using a pointer type, less the amount of

information displayed, can not meet the needs of the modern car information display. At

present, with low energy consumption and zero discharge of pure electric vehicle has

been paid more and more attention, pure electric automobile instrument will be the

development trend of automobile instrument. The reversing assist system as a part of

the automobile instrument, plays a very important role in real life, many people due to

improper or even reversing damage to the vehicle will cause casualties. So join

reversing auxiliary functions in automotive instrument interface will solve problems

reversing help drivers easily reverse.

This paper design a reversing assist system for electric vehicle digital instrument,

The hardware select a Fujitsu for automobile digital dashboard LSI chip MB86R01, the

advantage of a single-chip which built ARM926EJ-S processor, graphics display

controller GDC and other peripheral equipment, has greatly improved in the aspect of

system function, stability and accuracy. By extending Flash, DRAM, video decoder

chip can easily achieve a variety of text, dynamic textures, vector, fixed images and

video display. The display system includes two interfaces, one is electric car dashboard

interface, interface display information including vehicle speed, rotational speed,

battery, battery temperature, total mileage display, single mileage display, voltage and

current display, gear display, turn lights display, door status, seat belt warning, ABS

warning, battery failure warning, high beam display, fog lights display, parking display.

Another for reversing aid interface, the interface displays information including real-

time video image and reversing guides. Introducing reversing assist algorithm,

combining the rear vehicle video images and the reverse auxiliary line displayed on the

screen. In addition system adopts CAN bus communication receives all messages from

the ECU, makes the car instrument with anti-interference, data stability, simple

structure and other advantages.

The innovation of this paper include:

(1) To adapt to the development requirements of pure electric vehicles, design of

digital instrument display and reversing assist system in one of the electric car digital

instrument display system, through the CAN bus, can display the corresponding

content according to the content of the message transformation.

(2) The reversing assist algorithm is introduced into the system, the vehicle model

under the absolute coordinates, and calculate the kinematics equation, trajectory is

deduced equation can predict the vehicles reversing path, can be a reverse of the core

operation of the reversing assist system.

(3) Provides a correct solution of video image deformation. GDC based video

texture mapping function, the deformation of the video image is captured by a camera

as a texture image, the model is transformed by texture mapping, finally the processed

image will be attached to the video, achieve the function of the corrected image.

(4) Through the GHC software, the user can be adjusted or modified according to

their needs, can easily design and change the graphical interface, to achieve more

functionality.

Key Word ：MB86R01, reversing assist system ，automobile

instrument，backing track, CAN

中文摘要

ABSTRACT

第一章绪论......................................................1

1.1 课题研究的目的及意义........................................1

1.2 国内外的研究现状............................................2

1.2.1 倒车辅助系统研究现状....................................2

1.2.2 汽车仪表研究现状........................................3

1.3 本论文研究的主要工作及组织结构..............................4

第二章相关技术背景...............................................5

2.1 倒车运动轨迹方程式..........................................5

2.2 倒车轨迹分析................................................7

2.3 误差分析与解决方法..........................................8

2.4 本章小结....................................................9

第三章系统硬件方案设计..........................................10

3.1 系统总体设计...............................................10

3.2 嵌入式微处理器的选择.......................................10

3.3 Flash Memory 模块..........................................13

3.4 DDR2 SDRAM 模块............................................14

3.5 电源模块...................................................15

3.6 LCD 接口设计...............................................16

3.7 CAN 通讯接口电路设计.......................................17

3.8 视频显示模块设计...........................................19

3.9 本章小结...................................................23

第四章基于MB86R01 的数字仪表及倒车辅助系统的控制原理及实现......24

4.1 MB86R01 的图形显示控制原理.................................24

4.2 MB86R01 的视频控制.........................................27

4.2.1 画线...................................................28

4.2.2 视频缩小处理...........................................31

4.2.3 视频放大处理...........................................32

4.2.4 视频图形矫正...........................................34

4.3 数字仪表及倒车辅助系统的图形界面设计.......................36

4.3.1 仪表界面信息设计.......................................36

4.3.2 倒车辅助界面信息设计...................................37

4.4 本章小结...................................................37

第五章系统软件设计..............................................38

5.1 CAN 协议制定...............................................38

5.2 数字仪表及倒车辅助系统的软件架构...........................42

5.2.1 系统整体框图...........................................42

5.2.2 汽车仪表页面...........................................43

5.2.3 倒车辅助页面...........................................45

5.3 本章小结...................................................46

第六章总结与展望................................................47

6.1 总结.......................................................47

6.2 展望.......................................................48

参考文献.........................................................49

第一章绪论

1.1 课题研究的目的及意义

对于许多驾驶者来说，路边停车往往是最尴尬的事情。往往会出现类似于切

入角度不对而导致车辆无法进入车位，要不然就是无法得知车辆与外在环境的关

系，因而导致事故的发生。不过随着汽车行业的快速发展，嵌入式系统已经被广

泛地运用于车用电子。图形化汽车仪表必然会取代现有的汽车仪表，提供驾驶者

更多的行车信息。例如：汽车行车速率、引擎转速、行车里程数、引擎温度警报、电

池电量、排档位置等。另外，图形化汽车仪表也可以提供更多的补充数据。例如：

车外温度指示、车外温度指示、收音机播放器、简易图形导航系统、引擎温度限制、

倒车画面等。换言之，图形化汽车仪表是一种行车资讯整合及显示的即时嵌入式

系统，它必须即时接收车内各控制系统传送的资讯，整合分析之后即时显示于仪

表界面。

本论文研究的目的，采用富士通公司专门为汽车电子开发推出的一款智能芯

片MB86R01，设计和开发一个智能美观实用且符合功能需要的电动汽车数字仪表。

富士通的 MB86R01 芯片是集成了 ARM 公司的CPU（ARM926EJ-S）和富士通的

GDC（MB86296）的 SOC，较以往使用单片机作为系统控制核心的仪表相比，许

多方面都有很大的提升。而且使用 MB86R01 芯片也可以使系统简单化，成本低，

功耗小，而且对于汽车仪表盘上的信息都可以进行完美显示。对于电动汽车仪表

显示来说这款芯片是一个很好的选择。

目前，具有低耗能零排放的纯电动汽车越来越受到重视，纯电动汽车仪表将

是汽车仪表发展的必然趋势。由于我国汽车仪表发展慢起步慢，在产品的技术水

平、仪表的外观设计方面都落后于外国水平。而纯电动汽车仪表就要给驾驶者显示

更多的资讯和信息，而这些信息在传统汽车仪表中都是无法实现的。因此设计一

款电动汽车数字仪表是很有必要的。

倒车辅助界面是通过摄像头取得外在的环境信息，搭配车辆的倒车辅助线，

不但可以随时更新当前的资讯去修正轨迹，也可以预测出下一时刻车辆的所在位

置，加强了数据的准确性。另外倒车辅助系统主要是由倒车摄像机去取得所需停

车位置的信息，其必须将所取得的影像资讯去作分析。包括车辆与停车位之间的

距离，还有对于摄像机镜头的修正。因为镜头可能会有各种因素造成影像的变形，

要清楚显示车辆后方的障碍物与物体，而又轻易的判断障碍物的距离。因此开发

出一种加入车辆运动轨迹预测功能的倒车辅助系统是很有必要的。

1.2 国内外的研究现状

1.2.1 倒车辅助系统研究现状

倒车辅助系统[1]是汽车辅助系统中的重要部分，系统会用两种方式来告知驾

驶员车辆后方以及障碍物的情况，分别为报警方式和摄像头显示的方式。目前，

随着倒车辅助系统产品的不断更新与升级，市面上的产品大致分为以下几种：

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摘要：

摘要汽车仪表是驾驶员获取车辆信息最直观、方便和安全的平台，是安全驾驶中必不可少的设备。传统汽车仪表大多使用指针型显示，显示的信息量较少，已经不能满足现代汽车的信息显示需求。目前，具有低耗能零排放的纯电动汽车越来越受到重视，纯电动汽车仪表将是汽车仪表发展的必然趋势。而倒车辅助系统作为汽车仪表的一个组成部分，在实际生活中起着很重要的作用，许多人由于倒车不当而导致车辆受损甚至会导致人员伤亡。因此在汽车仪表界面中加入倒车辅助功能将会解决倒车时的难题，帮助驾驶者轻松完成倒车。本文设计的面向电动汽车数字仪表的倒车辅助系统，系统选择富士通一款面向汽车数字仪表的LSI芯片MB86R01，优势在于一款单芯片中内...

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