車道保持專利技術(shù)綜述

張華

摘 要： 本文通過對(duì)車道保持領(lǐng)域?qū)＠墨I(xiàn)的收集、標(biāo)引和梳理，分析了該領(lǐng)域車道保持技術(shù)申請(qǐng)情況、主要申請(qǐng)人研發(fā)方向以及技術(shù)分布情況，重點(diǎn)研究了車道保持技術(shù)的發(fā)展路線。

關(guān)鍵詞： 車道保持；專利分析

一、引言

汽車車道保持系統(tǒng)就是駕駛員輔助系統(tǒng)的關(guān)鍵技術(shù)之一。車道保持系統(tǒng)通過車輛傳感器檢測(cè)汽車車道偏離，通過電動(dòng)助力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)施加一定的轉(zhuǎn)向阻力矩，以避免車輛無意中偏離車道。汽車在車道上行駛時(shí)，通過車載攝像頭獲取前方道路圖像，將獲得的圖像傳輸給處理器進(jìn)行車道線檢測(cè)并確定車道線信息，包括車道線的位置和形狀等。車道保持系統(tǒng)控制器根據(jù)圖像處理器的處理結(jié)果以及傳感器采集到的方向盤轉(zhuǎn)角、車速等車輛狀態(tài)信息，來確定車輛與車道線的相對(duì)位置。由于駕駛員注意力不集中而車輛即將要偏離車道時(shí)，控制器根據(jù)車輛狀態(tài)及車道線信息向車道保持系統(tǒng)控制器根發(fā)出控制信號(hào)，在車輛的轉(zhuǎn)向系統(tǒng)上增加一個(gè)與車輛偏離方向相反的力矩，以使汽車駛回道路中心。

二、車道保持專利技術(shù)概況

（1）申請(qǐng)量年度分布

在全球范圍內(nèi)，車道保持專利申請(qǐng)量一直呈上升趨勢(shì)。專利申請(qǐng)起始于上世紀(jì)末，一直到2005年都處于相對(duì)低的水平，申請(qǐng)量較少，可以理解為技術(shù)起步階段；在2005年后，專利申請(qǐng)量有了穩(wěn)步上升，這種上升趨勢(shì)一直到2010年，這期間是車道保持技術(shù)的平穩(wěn)發(fā)展期；在2010-2015年期間，專利申請(qǐng)總量大幅上升，一直持續(xù)到2015年達(dá)到歷史高點(diǎn)。

（2）申請(qǐng)的地域分布

專利申請(qǐng)的地域分布可以反映出企業(yè)的產(chǎn)品市場(chǎng)重心特征。對(duì)車道保持專利申請(qǐng)的所在國家和地區(qū)產(chǎn)權(quán)組織分布進(jìn)行統(tǒng)計(jì)，排名前五位的分別是，韓國、日本、德國、美國和中國，這五個(gè)國家占據(jù)了所有專利申請(qǐng)的近80%，是車道保持最主要的技術(shù)市場(chǎng)。可以看到的是，這五個(gè)國家也是目前全球最大的五個(gè)汽車制造生產(chǎn)地區(qū)，由此可見，車道保持作為汽車技術(shù)的一部分，與汽車產(chǎn)業(yè)密切相關(guān)。

（3）重要申請(qǐng)人統(tǒng)計(jì)分析

日本的日產(chǎn)自動(dòng)車株式會(huì)社位居首位，有152篇；日本的豐田自動(dòng)車株式會(huì)社的申請(qǐng)量位居第二，有141篇；韓國的現(xiàn)代摩比斯株式會(huì)社的申請(qǐng)量位居第三，有100篇。其次，德國的羅伯特·博世有限公司、美國的通用汽車環(huán)球科技運(yùn)作有限責(zé)任公司的申請(qǐng)量緊隨其后，在全球范圍內(nèi)都具備一定的競(jìng)爭(zhēng)實(shí)力?？傮w上來講，這幾家企業(yè)的專利申請(qǐng)量比較接近，技術(shù)實(shí)力相對(duì)均衡。

三、車道保持專利技術(shù)發(fā)展路線

（1）車道保持技術(shù)的誕生

早在1999年，三菱自動(dòng)車株式會(huì)社提出了一種用于汽車的車道保持控制設(shè)備（公開號(hào)：JPH1196497A），這是最早提出的車道保持系統(tǒng)。根據(jù)車輛相對(duì)行車道中心線的橫向位移量控制駕駛轉(zhuǎn)矩，以在回到車輛正行駛的行車道的中心位置的方向上產(chǎn)生偏航力矩，從而防止車輛在偏離行車道的情形下使車輛保持在行車道中行駛。

（2）基于消除駕駛員與乘客不適的改進(jìn)

2005年，日產(chǎn)自動(dòng)車株式會(huì)社公開了一種車輛的車道防偏設(shè)備（公開號(hào)：JP2005178743A），該設(shè)備能夠不管車輛的車道偏離狀態(tài)，執(zhí)行防偏控制，而不會(huì)使駕駛員體驗(yàn)到車輛動(dòng)態(tài)性能方面的不舒適變化。在能夠執(zhí)行避免車輛偏離行駛車道的防偏控制的機(jī)動(dòng)車道防偏設(shè)備中，控制單元包括在車輛存在偏離車道的趨勢(shì)的情況下，響應(yīng)車輛的轉(zhuǎn)彎狀態(tài)，計(jì)算防偏控制的轉(zhuǎn)向控制分配量和防偏控制的制動(dòng)力控制分配量的防偏控制分配量計(jì)算部分。

2007年，日產(chǎn)自動(dòng)車株式會(huì)社公開了一種車道偏離防止控制裝置及方法（公開號(hào)：JP2007296920A），其設(shè)計(jì)為使車道偏離防止控制適應(yīng)乘客的控制感。車道偏離防止裝置包括：控制部分，其構(gòu)造成執(zhí)行防止車輛偏離車道的車道偏離防止控制，并且利用預(yù)定結(jié)束參數(shù)結(jié)束車道偏離防止控制；車輛狀態(tài)檢測(cè)部分，其構(gòu)造成至少檢測(cè)在車道偏離防止控制開始時(shí)或者開始之后的車輛狀態(tài)；以及控制結(jié)束參數(shù)修正部分，其構(gòu)造成根據(jù)車輛狀態(tài)檢測(cè)部分所檢測(cè)的車輛狀態(tài)修正預(yù)定結(jié)束參數(shù)。

（3）基于自動(dòng)轉(zhuǎn)向的改進(jìn)

2011年，日產(chǎn)自動(dòng)車株式會(huì)社公開了一種車道偏離防止系統(tǒng)（公開號(hào)：CN101965282A），具有用于探測(cè)駕駛車道的探測(cè)器和確定主車輛是否具有從探測(cè)器所探測(cè)的駕駛車道偏離的趨勢(shì)的判斷裝置。當(dāng)判斷裝置判斷存在偏離趨勢(shì)時(shí)，計(jì)算沿著避免偏離方向上的目標(biāo)橫擺力矩，并且同時(shí)，當(dāng)為主車輛預(yù)測(cè)的估計(jì)橫向加速度小于閾值時(shí)，該閾值可以基于為主車輛預(yù)測(cè)的估計(jì)減速度來提供，通過減小所計(jì)算的目標(biāo)橫擺力矩來校正它。而且，車道偏離防止系統(tǒng)可以具有控制器，該控制器根據(jù)用橫擺力矩計(jì)算裝置計(jì)算的目標(biāo)橫擺力矩，在主車輛的左/右車輪之間施加不同的制動(dòng)力。

2013年，福特全球技術(shù)公司公開了一種用于機(jī)動(dòng)車輛的車道保持方法，方法包括：確定機(jī)動(dòng)車輛相對(duì)于目標(biāo)車道中心線的橫向偏差和偏差角；利用橫向偏差和偏差角計(jì)算參考軌跡，以使機(jī)動(dòng)車輛遵循參考軌跡而回到目標(biāo)車道中心線；利用參考軌跡的曲率和機(jī)動(dòng)車輛的縱向速度確定參考偏航率；將機(jī)動(dòng)車輛的實(shí)際偏航率與參考偏航率進(jìn)行比較，以確定控制偏差；將轉(zhuǎn)向輸入施加到機(jī)動(dòng)車輛的轉(zhuǎn)向系統(tǒng)，以使控制偏差最小化。

（4）基于車道識(shí)別的改進(jìn)

2007年，本田技研工業(yè)株式會(huì)社公開了一種車輛用行駛劃分線識(shí)別裝置（公開號(hào)：CN1954350A），具備：檢測(cè)車輛行駛速度的速度檢測(cè)裝置；圖像選擇裝置，其以由圖像合成裝置合成的拍攝圖像中任意的拍攝圖像的拍攝時(shí)刻為基準(zhǔn)，將相隔對(duì)任意的拍攝圖像根據(jù)由所述速度檢測(cè)裝置檢測(cè)的行駛速度而決定的時(shí)間間隔，在過去拍攝的至少一個(gè)拍攝圖像作為要與所述任意的拍攝圖像合成的拍攝圖像進(jìn)行選擇。

2010年，日本電氣株式會(huì)社公開了一種基于圖像來識(shí)別車道的車道識(shí)別系統(tǒng)（公開號(hào)：CN101911122A），合成鳥瞰圖像創(chuàng)建模塊通過連接通過將在多個(gè)不同的時(shí)間拍攝的原始圖像的對(duì)應(yīng)局部區(qū)域轉(zhuǎn)換成鳥瞰圖像而獲得的多個(gè)鳥瞰圖像，創(chuàng)建合成鳥瞰圖像；候選車道線提取模塊通過使用所述原始圖像或者由原始圖像創(chuàng)建的所述鳥瞰圖像以及合成鳥瞰圖像的信息來檢測(cè)候選車道線；車道線位置估計(jì)模塊基于所述候選車道線的信息來估計(jì)車道線位置。

四、重要申請(qǐng)人專利技術(shù)分析

豐田自動(dòng)車株式會(huì)社是世界一流的汽車制造商，其在中國申請(qǐng)了大量的關(guān)于汽車領(lǐng)域的專利，具體到車道保持方面的有52件，分別關(guān)于基于消除駕駛員與乘客不適的改進(jìn)、車道識(shí)別技術(shù)以及自動(dòng)轉(zhuǎn)向技術(shù)。豐田自動(dòng)車株式會(huì)社的申請(qǐng)量高居首位，由此可見其在該領(lǐng)域具有超強(qiáng)的研發(fā)能力和大規(guī)模的專利布局，為該領(lǐng)域的龍頭企業(yè)。

現(xiàn)代摩比斯株式會(huì)社是排名世界前八的汽車零部件供應(yīng)商?，F(xiàn)代摩比斯株式會(huì)社在車道保持領(lǐng)域進(jìn)入中國的時(shí)間較晚，其在2013年才開始提交申請(qǐng)，但其在短短三年間提交了34件專利申請(qǐng)，主要集中在車道識(shí)別技術(shù)以及自動(dòng)轉(zhuǎn)向技術(shù)方面。

日產(chǎn)自動(dòng)車株式會(huì)社是一家大型汽車制造商。其主要研發(fā)方向集中在消除駕駛員與乘客不適的改進(jìn)、及自動(dòng)轉(zhuǎn)向技術(shù)方向?？梢娙债a(chǎn)自動(dòng)車株式會(huì)社對(duì)車道保持技術(shù)的關(guān)注度非常高，投入了長期持續(xù)的研發(fā)資源，也獲得了非常豐富的研發(fā)成果。

五、結(jié)語

本文以專利視角對(duì)車道保持技術(shù)進(jìn)行分析和整理，重點(diǎn)關(guān)注了車道保持技術(shù)的發(fā)展路線以及主要申請(qǐng)人的研發(fā)側(cè)重等信息，對(duì)于了解車道保持技術(shù)的發(fā)展具有很大幫助?！?/p>

參考文獻(xiàn)

[1] 秦洪懋 基于駕駛行為的車道偏離預(yù)警系統(tǒng). [江蘇大學(xué)博士學(xué)位論文]. 江蘇：江蘇大學(xué)，2014.