車道保持輔助系統專利技術綜述

陳桂銀

摘 要： 車道保持輔助系統是典型的駕駛員輔助駕駛系統之一，它針對駕駛員注意力分散而未控制車輛致使車輛偏離車道而設計，保證車輛在車道內安全行駛。本文首先簡要介紹了車道保持輔助系統及相關特點，在此基礎上分析了車道保持輔助系統的全球的專利情況。

關鍵詞： 車道保持輔助系統；信息傳感技術；預警算法；主動控制

一、前言

隨著中國汽車行業的快速發展，汽車保有量不斷增加，交通事故總量也在不斷攀升，根據公安部交通管理局的2013年事故統計數據，93.12%的交通事故是由于機動車駕駛員的不當行為造成。所以，減少因駕駛員的不當操作引發的事故是必須面對且急需解決的[1]。

車道保持輔助系統作為駕駛員輔助系統的重要一部分，往往放置于開發前期，通過車道保持技術實現駕駛員的輔助逐步向無人駕駛邁進。采用智能的駕駛員輔助系統控制能大大降低交通事故的發生率，提高車輛的形式安全及道路交通的運輸能力[2]。

二、車道保持輔助系統技術介紹

（一）、車道保持輔助系統技術

車道保持輔助系統一般由圖像采集裝置、ECU、預警裝置、主動控制執行機構和車載電腦五部分組成，圖像采集裝置獲取車道邊界線信息并傳遞給ECU，ECU綜合車速信號、轉向燈信號、轉向盤轉角信號和力矩信號燈車輛狀態信號判斷車輛是否有偏離車道的危險。如果有偏離車道的危險，ECU則向預警裝置發送指令，預警執行機構向駕駛員發送預警信號；如果預警一定時間后車輛仍存在偏離車道的危險，ECU則會向執行機構發送指令，在駕駛員干預的情況下主動控制車輛回歸原車道，車道保持輔助系統基本結構如下圖1所示：

（二）、車道保持輔助系統技術發展

日本汽車企業在車道保持輔助系統方面的研究起步較早，三菱汽車公司是最早進行車道保持輔助系統研發的汽車企業之一，其在1999年成功將車道保持輔助系統安裝在一款模型車上，該系統具有兩個特點：一是除視覺和聽覺預警裝置還采用觸覺預警裝置，通過轉向盤振動向駕駛員發送警告信號；二是車道保持系統除提供預警外，如果預警未引起駕駛員注意，車道保持系統會主動控制車輛。

與日系汽車企業相比，歐美汽車企業在這方面的研究起步稍晚。美國福特汽車公司在其2012年推出的福特探險者、Fusion、林肯MKS上都裝配車道保持輔助系統，它不僅能處理圖像信息和識別車道線，還能識別車輛和行人、控制大燈等，有助于實現整車集成控制降低控制器冗余度。

我國在車道保持輔助系統的研發和商用領域起步較晚，隨著汽車市場不斷成熟車輛主動安全主件引起廣泛關注，車道保持輔助系統將會不斷增加。廈門金龍公司是國內汽車領域最早進行車道偏移預警系統自主研發的企業之一，金龍客車于2013年推出的一種車載計算機信息系統KL-988包括車道偏移預警系統，車輛安裝此車載計算機信息系統以接受車輛狀態信號例如車速、轉向盤轉角和轉矩、制動踏板開度和制動力等。

三、車道保持輔助系統專利情況分析

（一）、申請量趨勢分析

截止2016年11月，在德溫特DWPI數據庫中檢索到涉及車道保持輔助系統的全球專利申請共計2480項。圖2示出了車道保持輔助系統技術全球專利申請發展趨勢，全球車道保持輔助系統技術的發展大致經歷了以下三個主要階段：

1. 技術萌芽期（1997年-2002年）：1997年豐田公司提出了關于車道偏離防止裝置的申請，屬于最早的車道保持輔助系統的申請之一。通過檢測器檢測到車輛偏離車道后，通過控制器控制車輛轉角使車輛回到車道。該階段屬于車道保持輔助系統技術的初期，各年申請量維持在一個較低的水準，而且發展速度也較慢，未形成規模效應。。

2. 高速發展期（2003年-2014年）：隨著汽車的普及，消費者安全意識在不斷提升，對車輛主動安全性的要求也越來越高，汽車智能化越來越受到重視，各大廠家也投入大量人力物力進行車道保持輔助系統的研發，于此同時，許多申請人也進行了大量的專利申請，其增長幅度明顯，專利申請量與申請人的數量都呈快速增加態勢。

3. 成熟發展期（2014年至今）：這一階段的專利申請數量有所回落，申請人數量基本保持穩定，主要是因為第二階段的發展勢頭有所緩解，相關技術漸趨成熟，進行車道保持輔助系統的競爭格局基本形成。該時期中國專利申請數量也有較大的增長，有追趕國外同行之勢。

（二）、申請人分析

從全球專利申請主要申請人排名情況來看，主要申請人為日產、豐田、博世、現代、富士重工業、電裝、通用、奧迪，可以看出申請人均為規模較大的公司，且大部分為日企，僅兩家德企和一家美企，這與日本作為智能車行業申請量大國相適應。前八個主要申請人中未出現中國申請人，原因可能是國內的汽車行業起步較晚，在智能車技術方面更是如此，與國外大型企業相比，缺少相應智能車的研發實力，仍然處于摸索階段，并沒有投入大量人力物力進行相關專利申請與布局，從統計的整體申請人的情況來看，中國內的申請人的數量不少，但密集度很低，未能出現申請量較多的國內申請人。

（三）、技術主題分析

智能車車道保持輔助系統技術關鍵技術包括信息傳感技術、預警算法和主動控制三個方面。

1. 信息傳感技術。

信息傳感技術精度直接影響車道線識別結果，車道識別的方法多種多樣，車道保持輔助系統有使用視覺傳感技術識別車道，也有使用雷達監測車道，還有采用GPS技術進行識別的。

2. 預警算法

在預警算法方面，單一算法使用范圍有限導致車道保持輔助系統的誤警率比較高，部分駕駛員行車中甚至選擇關閉車道報警輔助系統。應用范圍較廣的預警算法有跨道時間（TLC）算法、未來偏移距離（FOD）算法和車輛當前位置（CCP）算法以及對這三種算法的改進。

3. 主動控制

車道保持輔助系統的主動控制執行機構大致分為轉向系統和制動系統兩類，基于轉向系統的車道保持輔助系統包括基于EPS的車道保持輔助系統和基于線控轉向系統SBW的車道保持輔助系統，原理是利用電機控制轉向器以改變車輪運動方向；基于制動系統的車道保持輔助系統則控制左右車輪制動力矩產生差動制動來控制車輛運動狀態。

四、總結

從車道保持輔助系統技術發展來看，日本的日產、豐田、富士、電裝，德國的博世、奧迪和美國的通用等幾個大的企業，引領整個行業的發展，我國在這方面起步較晚，研究也不夠深入，仍有很多難題需要攻克，才能夠縮短與行業領先水平的差距。

參考文獻

[1]方文平. 基于BP神經網絡的車道保持控制仿真研究[D]，吉林大學碩士學位論文，2009.

[2]陳慧，徐建波. 智能汽車技術發展趨勢.中國集成電路. 2014：65～70.