車道偏離預警系統原理研究及未來技術展望分析

董欣　侯寶杰　李利茹　鄭宇

摘 要：車道的偏離是交通事故的重要誘因，因此，利用車道偏離系統來進一步的減少交通事故率具有重要的實踐意義，文章從車道偏離系統的工作原理出發，對車道偏離系統的原理進行了分析，對應用進行了闡述，同時，車道偏離系統的未來發展進行了展望，文章的研究對車輛車道偏離系統的技術應用擁有重要的意義。關鍵詞：車道偏離預警;原理;技術展望中圖分類號：X931 ?文獻標識碼：B ?文章編號：1671-7988（2020）08-38-03

Abstract： Lane departure is an important cause of traffic accidents. Therefore， it is of great practical significance to use the lane departure system to further reduce the accident rate. This article analyzes the principle of the lane departure system based on the working principle of the lane departure system The application is described， and the future development of the lane departure system is prospected. The research in this article has important significance for the technical application of the lane departure system.Keywords： Lane departure; Principle; Technology outlookCLC NO.： X931 ?Document Code： B ?Article ID： 1671-7988（2020）08-38-03

引言

車道偏離預警系統，從定義上說，是通過對車輛前方道路進行圖像感知，并實時對車道線進行檢測，最后通過車道偏離評價算法判斷車輛偏離車道程度的系統。該系統作為駕駛輔助系統能在最快的時間給出預警，幫助駕駛員對危險駕駛情況及時作出調整。根據美國相關部門的調查，在交通事故中，大約有40%的事故都是由于車輛偏離原有行駛軌道造成的，因此，研究車道偏離預警系統的原理和應用，對未來車輛行駛安全系數的提升有著重要的意義與價值。

1 車道偏離預警系統原理

如圖1所示，為駕駛員根據車道偏離預警系統可以看到的道路預警情況。車載攝像頭采集車輛前方的道路畫面，該畫面經圖像處理芯片進行處理，并將結果傳輸給控制器，控制器通過車道檢測結果和車輛當前狀態進行判斷，當車輛偏離兩側車道線約5%的距離時，車道偏離預警系統會自動啟動報警機制。

如圖2所示，為卡車的車道偏離預警系統，它分為“縱向”和“橫向”車道偏離警告兩個主要功能。在車輛的前置攝像頭結合處，擁有橫向和縱向車道偏離判斷的傳感器，該傳感器是一種視覺傳感器，并且非常靈敏。橫向的視覺傳感器主要用于車道的橫向偏離判斷，縱向的傳感器主要用于判斷因車速太快可能導致的車道偏離碰撞。

其中，LP表示汽車側向的位置，即車輛的縱軸線與道路中心線的側向距離，vy表示汽車的側向速度，通過計算最后半秒內汽車標志線相對汽車移動的距離計算獲得時間，其中道路寬度已知且為常量。

2 車道偏離預警系統工作原理

下面對車道偏離預警系統的工作原理進行介紹和分析，該預警系統主要包括攝像頭、傳感器、控制器及報警器。啟動車輛，使車輛正常行駛在既定的車道上，通過車輛前擋風玻璃上安裝的攝像頭采集車輛正前方的路況圖像信息，鑒于系統不穩定造成的噪聲和誤差，需首先對采集到的圖像進行濾波預處理。然后對處理后的圖像進行灰度處理、感興趣區域識別及車道線的檢測。最終根據車輛在當前車道的位置參數，判斷車輛是否偏離車道，如果車輛未偏離車道，則整個系統進行循環處理采集到的圖像流。若車輛偏離了既定的車道，儀表上會亮起指示燈，同時報警器發出報警提示，直至駕駛員糾正車輛行駛方向。需要注意的是，車道偏離預警系統只起到安全警示的作用，不會采取自動操作干預駕駛員，車輛安全行駛的責任仍由駕駛員承擔。

3 具體應用

車道偏離預警系統已廣泛應用于商用車車型，該系統通過原車 CAN 總線獲得原車車速、左右轉向燈信號，剎車信號，最終偏離報警的聲音提示由蜂鳴器實現。

系統的主要工作及限制條件為：

（1）當車輛因駕駛員疏忽、疲勞等原因被動偏離車道達到一定閾值時，系統能夠自動發出偏離警告;

（2）車輛換道打轉向燈或踩剎車的情況下能抑制報警;

（3）系統在低速（小于啟動車速）情況下處于 standby 狀態，不識別車道。

目前系統在能見度大于1km且車道線清晰的路段，車道線識別率大于96%。但是受攝像頭成像及道路多樣性限制，該系統在如下情況可能出現性能下降：

（1）車道線磨損、或著色不足導致不清晰，此時車道線對比度不足，不能識別;

（2）強光或淺色路面下黃色車道線，此時灰度圖像車道線對比度差，不能識別;

（3）白天強烈光照下車道線不清晰;

（4）夜晚來車燈光照射攝像頭，車道線不可辨識;

（5）路面存在反光，車道線不可辨識。

對安裝有車道偏離預警系統的車輛，首先需要對產品安裝高度、攝像頭俯仰角、產品離左右輪距、產品離前軸距離等參數進行標定，方可正常使用。

在不同汽車品牌的車道偏離預警系統中，除稱呼不同外，其提醒駕駛員的方式方法都有本質的區別，以上述商用車車型為例，其在偏離車道后，會在儀表盤中亮起預警燈，并在車內發出鳴音來提醒駕駛者，但當遇到雜亂的環境（如開車窗、后方車輛長時間鳴笛），就會有聽不清的提示音，造成安全隱患情。就此問題，一些品牌車型進行了改進，它們的車道偏離預警系統則以方向盤震動的形式警示駕駛員，相比提示音方式更為安全可靠，此外，一些品牌的車型還采用了座椅震動的提醒方式。而還有少數品牌車型則采用自動改變汽車轉向的方式。例如裝配在了一汽大眾CC上的車道偏離預警系統（LDWS），當車輛偏離車道時，系統會指令方向盤以3牛米左右的轉矩自動修正方向。但如果偏航角度過大，車道保持系統無法自動糾正偏航，這時這個功能是個提醒，駕駛員在注意到偏航之后可以手動糾正。其實車道偏離預警系統還有一個好處，那就是它糾正了駕駛員并線不打燈的壞習慣。

從目前的汽車消費市場來看，消費者不僅僅只關心車型的價格，擁有更舒適更豐富的配置才是他們更想要的，車道偏離預警系統作為主動安全中的先進技術之一，未來有望在各級別車型中得到普及，或許在未來一些低端車型上，都能看到這項技術的身影，對于開車自駕游、出差等，長時間對著單調的高速公路，往往會讓人產生疲勞駕駛，生命就在一念之間。對于駕駛者而言，安全性也是在消費選擇時的一個重要考慮因素。

4 車道偏離預警系統技術展望

盡管車道偏離預警系統已經在眾多的汽車上得到了應用，但總體來說，該系統依然有很大的進步和發展空間。目前，該系統應用面臨的最大問題就是系統在運行時會受到天氣和路況的影響。同時，車輛行駛過程中控制器對車道是否偏離的判斷靈敏度也需要進一步的調整，避免過于靈敏或者不夠靈敏對車輛安全行駛造成不利影響。

車道偏離預警系統主要是以汽車的主動安全性出發來進行設計的，盡管目前還存在著靈敏度實用性不足、受外在條件影響大等部分的問題，但不可否認的是，車道偏離預警系統的上市意味著全球進入了一個汽車主動安全的新時期。

5 總結與展望

車道偏離預警系統目前已經應用在了很多汽車上，根據車輛電器功能的發展歷史來看，通過利用車道偏離預警系統可以進一步地減少交通事故，大大提高了駕駛員的行駛安全系數。本文從車道偏離預警系統的產生背景出發，對車道偏離預警系統的原理、標定、運用及未來發展前景等方面進行了分析研究，通過研究結果可以讓更多的使用者直觀清晰地了解車道偏離預警系統的作用與價值。

參考文獻

[1] 鄭歡歡，張雅瓊，白魚秀.車道偏離預警系統關鍵技術設計[J].傳感器與微系統，2019，38（11）：111-113.

[2] 張云龍，劉全周，唐風敏，宋潔.基于Prescan的智能汽車車道偏離預警系統研究[J].時代汽車，2019（17）：29-30.

[3] 安國銀，賴剛，張翼，徐烽，劉季濤.發揮主動安全系統作用提高卡車安全等級[J].商用汽車新聞，2019（36）：10-11.

[4] 曹福來，郭瑞瑞，齊明峻.一種基于hough變換的車道偏離預警模型的研究[J].時代汽車，2019（12）：9-10+13.

[5] 孟妮，山巖.降低車道偏離預警系統誤報率方法研究[J].計算機與數字工程，2019，47（08）：1930-1934.

[6] 高振剛，陳無畏，談東奎，趙林峰，汪洪波.考慮駕駛員操縱失誤的車道偏離輔助人機協同控制[J].機械工程學報，2019，55（16）：91-103.

[7] 鄭磊，周祥祥，鄭望曉.整車車道偏離預警系統虛擬測試方法研究[J].河南科技，2019（20）：22-24.