一種卡車車道偏離報警系統的設計應用

褚永強，何少斌（安徽江淮汽車股份有限公司，安徽 合肥 230601）

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一種卡車車道偏離報警系統的設計應用

褚永強，何少斌
（安徽江淮汽車股份有限公司，安徽 合肥 230601）

車道偏離報警系統（Lane Departure Warning Systems）簡稱LDWS，提供智能的車道偏離預警，當司機駕駛的車輛在無意識的情況下偏離車道后，系統可通過聲音信號、光信號、觸覺信號來傳遞給駕駛員，提醒駕駛員注意前方道路，大大減少了因車道偏離造成的碰撞事故。文章介紹了一種卡車LDWS系統的技術方案研究，技術方案中包括系統基本原理、系統功能的介紹、系統架構、系統的零部件組成以及人機交互的顯示方案。

LDWS；系統功能；人機交互

10.16638/j.cnki.1671-7988.2016.08.054

CLC NO.: U469Document Code: AArticle ID: 1671-7988(2016)08-166-04

概述

專家指出，高速公路上約有 50%的汽車事故是偏離正常行駛的車道引起的，究其原因主要是駕駛員心神煩亂、注意力不集中或疲勞駕駛。車道偏離報警系統（ Lane Departure Warning Systems）簡稱LDWS，提供智能的車道偏離預警，在偏離車道后發出報警，為駕駛員提供更多的反應時間，大大減少了因車道偏離造成的碰撞事故。這是繼安全帶、安全汽囊后在汽車內安裝的又一項安全裝置。

車道偏離報警系統可識別車輛何時偏離車道，并通過聲音信號、光信號、觸覺信號來傳遞給駕駛員，提醒駕駛員注意前方道路。目前可實現此功能的技術路線：

（1）基于道路基礎構造系統：

基于道路基礎構造的車道偏離警告系統，檢測車輛橫向位置，需要對現有道路進行改造。

最典型的道路改造方式就是使用埋在道路下的鐵磁體標記（通常為磁鐵或電線）。車輛傳感器檢測這些鐵磁信號，利用信號的強度計算車輛在車道中的橫向位置。這種方法對車輛橫向位置的估計精度能達到幾個厘米，但這種方法最大的缺陷是道路改造耗資巨大。

（2）基于車輛的前視系統[1]：

該類系統主要是利用機器視覺或紅外傳感器檢測車道標識的位置，基于車輛的前視系統優勢在于可以利用現有的道路信息。其不利因素就是用來定位車輛橫向位置的一些圖像特征點可能被其他車輛或行人干擾。

前視系統，由道路和車輛狀態感知、車道偏離評價算法和信號顯示界面三個基本模塊組成。系統首先通過狀態感知模塊感知道路幾何特征和車輛的動態參數，然后由車道偏離評價算法對車道偏離的可能性進行評價，必要的時候通過信號顯示界面向駕駛員報警。

目前主要運用的車道偏離報警系統都是基于視覺的車輛系統，本文的設計方案就是基于視覺的前視系統設計的車道偏離報警系統。

1、基本原理及系統功能介紹

1.1基本原理

系統使用安裝在前擋風玻璃上的的攝像頭，采集道路中的車道標識線圖像信息，并通過前期大量的路試試驗采集到的道路車道線信息作為參照和判斷的依據，經過ECU合適的轉換確定出自身車輛在車道中的位置和方向信息，然后根據當前的速度、以及偏離車道線的距離，通過計算與軟件內假定的預警模型來確定在當前狀態下是否有必要進行報警[2]。

1.2系統功能介紹

LDWS系統通過安裝前擋風玻璃內側的攝像頭監控前方道路，夜間監控大燈光束內的道路。監控錄像被發送至中央控制單元，在那里進行分析。系統會識別出車道標記線，并持續跟蹤觀察標記線的位置，系統能實現以下功能：

（1）如果探測到車輛在無意識情況下即將要偏離標記線，系統會通過儀表內指示燈、聲音信號向司機發出警告，同時儀表上公共顯示屏幕內也會顯示出車輛偏離的方向，提醒司機及時校正車輛方向；

（2）車輛偏離車道，時如果駕駛者打開轉向燈，正常進行變線行駛，那么系統不會做出任何提示；而如果駕駛者既沒有打開轉向燈，也沒有主動減速、轉動方向盤，那么系統就會使用視覺、聽覺來提醒駕駛者潛在的危險，但提醒不會直接影響到車輛的行駛狀態；

（3）根據車速的不同，報警提醒的時間也不同，當車速較高時會系統會提前發出警告，讓駕駛員有足夠的時間來校正方向；

（4）車道偏離報警系統在車輛每次上電后自動開啟，它主要用于高速公路或者郊外的公路行駛，當車速達到或超過60km/h時才被激活；

（5）為了排除不必要的干擾，當車輛在市內以低于上述規定的速度行駛時，系統不進行報警，同時可以使用安裝在儀表臺上的指示開關進行關閉。

2、LDWS系統架構及零部件構成

2.1系統架構

系統采用基于J1939的總線協議通訊方式，系統可通過CAN 網絡上獲取車速、轉向燈信號、雨刮信號、倒檔等信號，同時LDWS通過CAN網絡將報警信號發送給儀表，儀表根據CAN網絡信號就會使用視覺、聽覺方式來提醒駕駛者潛在的危險。

2.2系統零部件構成

2.2.1攝像頭及控制器總成

表1　攝像頭及控制器總成關鍵參數

系統將前視攝像頭和控制器集成在一起，攝像頭具有752Hx480V有效像素，水平視角最遠探測距離能達到90m，表1是攝像頭及控制器總成的主要性能參數。

2.2.2攝像頭固定底座

攝像頭固定底座通過3M膠粘貼在前擋風玻璃處，然后可將攝像頭嵌入底座內通過卡扣結構進行固定，另攝像頭與固定底座之間有通風結構（用來除鏡頭和玻璃上的霜、霧），攝像頭及固定底座安裝位置應滿足以下要求：

①安裝在擋風玻璃內側，嚴禁安裝在任何部件的陰影區域內或者連續的交叉陰影區內；

②安裝在雨刮刮水良好的區域（距離雨刮刮刷邊緣的距離不得小于30mm），且只允許一個雨刮掃過攝像頭圖像采集區域；

③安裝在盡可能低的位置，從照相機到照相機視野最低位置與路面的交叉線之間的距離必須小于9m；

④照相機的傾斜角度（視線軸）應當低于水平平面，且角度要≤9.5°；

⑤與車輛中心線的側向偏差應盡可能的小（＜10cm）為的是避免前方區域出現監測盲區；

⑥確保攝像頭周圍有152mm的空間用于安裝和拆卸攝像頭。

2.2.3系統開關

系統在中控開關處布置LDWS系統開關，可以根據司機需求選擇是否關閉系統。

3、車道線的識別

LDW功能可適應于包括中國、愛爾蘭、希臘、瑞士、葡萄牙、挪威、法國高速公路、法國非高速公路、比利時、英國高速公路、英國的分隔式車道等不同國家道路設計標準的道路。

LDW可識別下圖中標識出的所有類型的車道標記：

4、報警策略與控制邏輯

系統采集道路中的車道標識線圖像信息，經過ECU合適的轉換確定出自身車輛在車道中的位置和方向信息，然后根據當前的速度、以及偏離車道線的距離，通過計算與軟件內假定的預警模型來確定在當前狀態下是否有必要進行報警，根據車速的不同，報警提醒的時間也不同，當車速較高時會系統會提前發出警告，讓駕駛員有足夠的時間來校正方向。

5、人機交互及報警、顯示方案

系統通過儀表內指示燈、LCD屏顯示以及儀表內蜂鳴器進行報警來提示司機。

5.1報警類型

5.2報警邏輯表

表2　系統報警方案邏輯表

5.3報警時間定義

當車輛偏離車道線時，為了能夠給司機提供易于辨別的報警時間，報警時間應選取最短時間（1s）和最長時間（3s），報警示例見下圖：

6、總結

本文闡述了LDW系統的基本原理、系統功能、系統構架、控制邏輯和布置要求等，該設計方案可有效實現LDWS功能，并且設計方案能滿足ISO 17361、ECE R130等LDWS相關法規要求。LDWS系統在車輛上電后自動開啟，司機不需要任何多余操作，后臺實時用運行檢測車輛在車道線中行駛狀態，系統簡單、方便，為司機提供安全報警的同時，也能培養司機良好的駕駛習慣，相信隨著汽車電子的發展，LDWS系統會廣泛的應用在車輛上。

[1]呂柯巖,朱名,楊迪.單目視覺車道偏離預警系統的開發[J].計數機應用，2012.32（S2）：196-198.

[2]王榮本，余天洪，郭烈.基于機器視覺的車道偏離預警系統研究綜述[J].北京：汽車工程，2005,27（4）：463-466.

Lane Departure Warning Systems design for truck

Chu Yongqiang,He Shaobin
（Anhui Jianghuai Automotive Co.,Ltd.,Anhui Hefei 230601）

Lane Departure Warning Systems is short for LDWS.The LDWS can provide optical,audible,haptic warning to the driver when there has been no purposeful demand to crosses over the lane marking.This system can notice the driver to drive carefully on the road to avoid traffic accident.This article introduce one kind of LDWS system solution design,including functional introduction ,system architecture,components design and HMI solution.

LDWS; Functional; HMI

U469

A

1671-7988（2016）08-166-04

褚永強（1990.5-），男，電器設計工程師，就職于安徽江淮汽車股份有限公司，從事駕駛技術輔助系統，ADAS。