一種車道偏離預警系統的零部件方案設計

孟俊峰

(中國第一汽車股份有限公司技術中心汽車電子部,吉林長春 130011)

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一種車道偏離預警系統的零部件方案設計

孟俊峰

(中國第一汽車股份有限公司技術中心汽車電子部,吉林長春 130011)

摘要：隨著人們對主動安全系統的逐步重視，越來越多的國外整車廠已經開始匹配車道偏離預警(LDW)系統，國內整車廠對LDW的研究和應用則相對薄弱。近年來，國內某整車廠在某個項目上已經開始考慮裝配LDW。對LDW系統的功能進行分析，對LDW控制器的機械結構、LDW裝飾罩的造型結構及固定在擋風玻璃上需要的支架結構進行設計。

關鍵詞：車道偏離預警；裝飾罩；支架

0引言

目前，汽車的安全性逐步受到人們更多的關注，高科技的電子系統在汽車上的應用層出不窮，車道偏離預警(LDW)系統就是重要的一例。專家指出，約有50%的汽車事故是由于車輛偏離正常行駛的車道引起的，其原因主要是駕駛員心煩意亂、注意力不集中以及疲勞駕駛。LDW系統就是當車輛以一定的速度行駛時，如果檢測到即將發生無意識的偏出車道的行為，就會對駕駛員進行報警提示。

1LDW系統的功能研究

LDW系統應該能夠在偏出車道行為發生之前就給出有效的報警，以使駕駛員有時間及時糾正駕駛行為。因此，LDW系統不應只是完全以車輛相對于車道線的位置和狀態來進行預警，還應包含駕駛員的駕駛去向、車輛的前行趨勢等，以進行提前預警。

如圖1所示，由于LDW是視覺系統，在設計該系統時，應該考慮該系統能在各種條件和工況下都能工作，當然，系統的性能和可靠性會受到這些不同條件和工況的影響。這些條件和工況包括：

(1)路面特征，比如路寬、形狀、彎道、隧道、橋梁等。

(2)標志線特征，比如寬度、虛線間隔、顏色等。

(3)交通流量狀況。

(4)天氣情況，比如雨、霧、雪、夜晚、強烈日光等。

在影響系統工作的各種參數中，系統的可視角度是一個非常重要的參數。確定系統的可視角度的要求是諸如典型路面寬度、允許的車間距離以及前方車輛的幾何尺寸等。選擇合適的系統可視角度的目標是找到既有足夠的視角寬度來看清路面上所有的車道線，又能使前方遠處的目標物有足夠的清晰度的平衡點。

LDW系統的性能由兩方面來定義：精度測試和統計測試。

精度測試一般在特定的道路或測試道路上進行，用以判定LDW的檢測精度。

統計測試一般在實際駕駛環境下進行，考察系統的可用性、有效報警率、誤報警率等指標。

(1)LDW系統的使用環境

LDW系統主要針對的是高速駕駛行為，而不是城市街道的低速駕駛行為。

LDW系統具有雨、雪、霧、強日照等惡劣天氣的適應性，但是，完全覆蓋道路和路面標志線的雪天以及能見度低的暴雨、濃霧天氣不計在內。

LDW系統具有對點狀、線狀、各種顏色、殘破等車道線的適應性。

(2)LDW系統的報警輸入條件

LDW系統應該能區分駕駛員的無意識偏出車道行為和主動變道駕駛行為,系統不能直接檢測駕駛員是否在集中精力駕駛，而是根據車道標志的檢測結果、追蹤結果以及車輛本身的信息來間接判別是主動越過車道還是無意識滑出車道。

其報警需要具備的輸入條件為：①沒有轉向燈信號；②車輛的速度高于限制；③車輛的偏航角變化率低于限制；④駕駛員轉向盤變化率低于限制。

當滿足以上條件時，系統會通過如下方式進行報警：①蜂鳴器鳴響；②儀表盤上的LED指示燈亮；③區分左方、右方的車道偏出，分別進行報警。

LDW系統功能框圖見圖2。

2LDW的控制器、裝飾罩及支架結構設計

LDW系統的性能與機械安裝精度(3個方向的位置尺寸、3個方向的偏轉角度)密切相關。安裝精度受到車身、風擋玻璃、支架、LDW控制器外殼等各個環節的加工和安裝精度影響。

LDW控制器與攝像頭集成在一個硬件模塊中，使用一個支架來支撐該模塊，并附著在前擋風玻璃內側，同時在控制器外部扣上裝飾罩。為了保證整車要求的內飾件及玻璃黑帶的美觀程度，例如該裝飾罩外觀必須相對整車等Y軸對稱及保證玻璃黑帶盡量小等，文中提出一種LDW控制器、支架及裝飾罩的設計方案。

2.1LDW控制器結構設計

攝像頭必須安裝在偏離車輛縱向中心線±150 mm內，且在前擋風玻璃雨刮所能覆蓋的范圍內。攝像頭的安裝角度目標值要求為θroll=θpan=θtilt=0°。在產線上，攝像頭的安裝角度公差必須滿足以下要求：縱向旋轉角Δθroll=±1.0°；左右偏轉角Δθpan=±1.5°；俯仰角Δθtilt=±1.5°。

LDW控制器結構示意圖如圖3所示。控制器基本尺寸約為：157 mm×110 mm×28 mm?！鹬甘玖丝刂破靼惭b在支架上的2處固定點。安裝時，采用M3×8的螺釘固定，擰緊力矩為2 N·m。

2.2LDW支架結構設計

該支架選用的材料是鋁合金A380。

○處為固定控制器用的M3×6.8的螺紋孔。LDW支架與裝飾罩固定的設計方案目前采用的是5個卡扣和2個限位柱固定的方案，如圖4所示。

設計要求：

(1)為保證LDW系統的性能，支架在擋風玻璃上的安裝公差要求在每個方向控制在±1 mm的范圍內。

(2)支架使用膠水粘貼在擋風玻璃上，膠水的凝固時間為室溫下24 h，膠水粘結力強度要求為每平方厘米上需承受4～5 N的力。

(3)支架粘接在擋風玻璃上并組裝上LDW控制器后的沖擊試驗要求如下：

沖擊波形：半正弦波；

加速度：100g；

沖擊時間：6 ms；

試驗溫度和數量：25、85、-40 ℃每個溫度下6個樣件；

沖擊方向：X，Y，Z軸。

要求試驗后產品必須完整，無松動、裂紋和飛散。

2.3LDW裝飾罩結構設計

裝飾罩的材料選擇PC+ASA，密度為(1.15～1.17)g/cm3(按標準JF03-1001)。裝飾罩材料厚2.5 mm，加強筋的厚度1.5 mm。

密封墊選用黑色的EPDM泡沫，密度為70 kg/m3，規格為150 mm×3 mm×1.5 mm。密封墊粘接說明：每100 mm上施加4.9 N力的條件下，密封墊不應脫落。

該裝飾罩總成的檢測區域如圖5所示，按JF03-1007檢測，檢測項目見表1，監測點坐標見表2。

零件表面必須平整，不允許有流線、縮孔、裂紋和類似的缺陷，對于背面(JF03-1007中規定的不可見面)的階差和毛刺應滿足極限樣件的標準要求。

圖6中□指示的為LDW裝飾罩與LDW支架固定用的5個卡扣和2個限位柱。

2.4LDW在整車上的安裝

在總裝安裝前，擋風玻璃廠家使用膠水將支架粘接在擋風玻璃上總成供貨。

總裝的裝配過程如下所示(僅針對裝配LDW的過程)：

(1)首先將車身線束及支架總成的插接件A與LDW控制器的插接器B連接。

(2)使用2個十字槽盤頭螺釘Q214038將LDW控制器固定在擋風玻璃上的LDW支架相應位置上。

(3)將LDW裝飾罩固定在擋風玻璃上的LDW支架上。

裝配示意圖見圖7。安裝后的整體效果圖見圖8、圖9。

3結論

車道偏離預警系統使車輛安全行駛向前邁出了一大步。在今后的發展中，車道偏離預警系統將更多地作為整合功能投入商業應用，各汽車制造商紛紛開發出整合車道偏離的安全系統并應用到自己的汽車產品中。通過文中的研究，對LDW系統的功能有了初步的了解，并設計出一種滿足整車要求的LDW控制器結構及固定LDW的支架、外部裝飾罩結構。

參考文獻:

【1】東華.車道偏離預警系統[J].電子產品世界，2005(7):71-72.

【2】董因平.高速汽車車道偏離預警系統研究[J].長春理工大學學報，2004,27(1):48-50.

Component Design for Lane Departure Warning System

MENG Junfeng

(China FAW Group Corporation R & D Center, Changchun Jilin 130011,China)

Keywords:Lane departure warning; Decorative cover; Bracket

Abstract:With more attention to the active safety system, more and more foreign OEMs have matched the lane departure warning (LDW) system. The domestic OEMs are relative weak about the research and application of LDW. In recent years, some company has assembled the LDW in a project. The function of LDW system was analyzed. The design schemes about the LDW controller mechanical structure, the LDW decorative cover structure and the bracket structure fixed on the windshield were provided.

收稿日期：2015-12-16

作者簡介：孟俊峰(1982—)，男，碩士，工程師,研究方向為電控系統設計開發。E-mail:amjunfeng@126.com。

中圖分類號:U461.99

文獻標志碼：A

文章編號：1674-1986(2016)03-027-04