基于Prescan的智能汽車車道偏離預(yù)警系統(tǒng)研究

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摘 要：本論文主要介紹了車道偏離預(yù)警系統(tǒng)的定義和功能，并介紹了車道偏離預(yù)警系統(tǒng)進(jìn)行報(bào)警的區(qū)域;然后運(yùn)用Prescan軟件搭建車道偏離預(yù)警場景，并與Simulink進(jìn)行聯(lián)合仿真，驗(yàn)證車道偏離預(yù)警算法，該算法滿足報(bào)警需求。最后，論文對車道偏離預(yù)警系統(tǒng)地研究進(jìn)行了總結(jié)。

關(guān)鍵詞：Prescan;車道偏離;預(yù)警系統(tǒng)

1 引言

近年來，隨著汽車保有量的持續(xù)增長，道路交通壓力亦變大，因此，如何保證汽車行車安全就顯得尤為重要。車道偏離預(yù)警系統(tǒng)（lane departure warning system ，LDWS）的研究與應(yīng)用為保證駕駛員和行人安全帶來了福音，當(dāng)車輛無意識偏離車道時(shí)，該系統(tǒng)能夠及時(shí)提醒人類駕駛員的注意，在一定程度上減少或避免了交通事故的發(fā)生。

2 車道偏離預(yù)警系統(tǒng)概述

車道偏離預(yù)警系統(tǒng)（LDWS）是基于視頻系統(tǒng)的駕駛員輔助功能，在車輛無意識偏離車道時(shí)來提醒駕駛員。無意識的車道偏離包含兩部分：已經(jīng)發(fā)生的車道偏離和即將發(fā)生的車道偏離。車道偏離預(yù)警系統(tǒng)的開發(fā)應(yīng)用，大大減少了側(cè)向碰撞以及其它相關(guān)事故的發(fā)生。

在車道邊線可見的情況下，車道偏離預(yù)警系統(tǒng)（LDWS）使用攝像頭對車道邊線進(jìn)行檢測，并測量自身車輛與車道兩側(cè)邊緣線的相對距離與方位。當(dāng)攝像頭檢測到自車與車道線距離接近或已偏離行駛車道時(shí)，該系統(tǒng)就會(huì)發(fā)出報(bào)警。

在整車系統(tǒng)中，報(bào)警系統(tǒng)可通過視覺、聲音或觸覺形式體現(xiàn)。LDWS對不同類型（實(shí)線、虛線和點(diǎn)狀線）和顏色（白色、黃色、橙色和藍(lán)色）的道路標(biāo)記線均有效，且LDWS對沒有車道標(biāo)記線的路沿也有效。

3 車道線的識別與報(bào)警

智能汽車車道偏離預(yù)警系統(tǒng)的關(guān)鍵性能包括兩部分：車道線識別性能和車道偏離報(bào)警性能。車道線識別性能根據(jù)控制器輸出的視頻信號和車道線信息進(jìn)行評估;車道偏離預(yù)警需要綜合考慮車輛的速度、狀態(tài)以及車輛相對車道線的位置進(jìn)行評估。如圖1所示為報(bào)警區(qū)域示意圖：

如圖1所示，設(shè)定系統(tǒng)最早報(bào)警線車道線內(nèi)側(cè)，即c線和d線，最晚報(bào)警線為b線和e線。當(dāng)汽車到達(dá)a線或f線時(shí)，撤出報(bào)警。FL為左前輪外緣、FR為右前輪外邊緣。

（1）FL、FR在c-d區(qū)域時(shí)，系統(tǒng)檢測到車道線、無壓線狀態(tài)，車道偏離預(yù)警系統(tǒng)不報(bào)警。

（2）車輛左偏離：

FL進(jìn)入a-c報(bào)警區(qū)域，系統(tǒng)未檢測到BCM發(fā)出的左轉(zhuǎn)向燈信號（即使系統(tǒng)檢測到BCM發(fā)出的右轉(zhuǎn)向燈信號時(shí)），系統(tǒng)以100ms周期向CAN總線持續(xù)發(fā)出車道左偏離報(bào)警信號。

當(dāng)FL不斷向左行駛，壓到或越過a線時(shí)，并且FR處于c-d區(qū)域時(shí)，此時(shí)該系統(tǒng)取消報(bào)警;

若FL繼續(xù)向左偏離至FR駛過b線，系統(tǒng)認(rèn)為駕駛員正在進(jìn)行車輛換道操作過程，此時(shí)不報(bào)警;若FL處于a-c區(qū)域，F(xiàn)R沒有壓過b線，車輛返回至c-d區(qū)域整個(gè)過程中，不報(bào)警。

（3）車輛右偏離：

同理，F(xiàn)R進(jìn)入d-f報(bào)警區(qū)域，系統(tǒng)未檢測到BCM發(fā)出的右轉(zhuǎn)向燈信號（即使檢測到BCM發(fā)出的左轉(zhuǎn)向燈信號時(shí)），系統(tǒng)以100ms周期向CAN總線持續(xù)發(fā)出圖像及聲音的右偏離報(bào)警信號。

若FR繼續(xù)向右偏離駛出f線、FL處于c-d區(qū)域時(shí)，此時(shí)取消報(bào)警。

若FR不斷向右偏離至FL到達(dá)e線時(shí)，該系統(tǒng)認(rèn)為駕駛員正在完成車輛換道操作，此過程中不進(jìn)行報(bào)警;若FR壓過d-f區(qū)域，F(xiàn)L未超越e線，車輛返回至c-d區(qū)域過程中，不報(bào)警。

如下圖2所示，為車道偏離預(yù)警系統(tǒng)的工作流程圖。從圖中可以看出，該系統(tǒng)在工作時(shí)可以被分為五個(gè)部分：（1）道路圖像采集;（2）圖像預(yù)處理;（3）車道參數(shù)提取;（4）偏離決策;（5）報(bào)警輸出。

4 車道偏離預(yù)警系統(tǒng)的虛擬仿真及測試

由荷蘭TNO公司開發(fā)的Prescan是一款當(dāng)前全球范圍內(nèi)處于領(lǐng)先地位的車輛主動(dòng)安全仿真軟件。Prescan能夠快速且準(zhǔn)確的建立車輛行駛的各種場景，如天氣狀況、光線、車輛行駛的不同速度等，并能與MATLAB/Simulink等應(yīng)用軟件進(jìn)行聯(lián)合仿真。Prescan的主要特點(diǎn)：方便的交通測試場景建模;全面的主動(dòng)安全傳感器模型庫;開放的控制算法/硬件在環(huán)接口;自帶車輛動(dòng)力學(xué)建模和外部接口。

4.1 基于Prescan的仿真場景搭建

首先需要在Prescan的GUI界面搭建車道偏離預(yù)警測試場景，并給測試車輛添加車輛動(dòng)力學(xué)模型和視覺傳感器。在Prescan的3D可視化界面中可以觀察場景的三維效果圖以及車輛行駛效果。搭建場景和3D效果圖如圖3所示：

4.2 仿真算法驗(yàn)證

通過仿真實(shí)驗(yàn)可以觀察控制效果，并且可以根據(jù)控制效果進(jìn)行算法改進(jìn)。將傳感器模型、車輛動(dòng)力學(xué)模型在Prescan的Simulink界面中連成一個(gè)整體。傳感器接收車輛行駛信息，并將信息輸入給控制模型，控制模型對信號進(jìn)行相應(yīng)處理輸出控制信號，控制車輛動(dòng)態(tài)模型的節(jié)氣門、制動(dòng)等，車輛動(dòng)態(tài)模型輸出相應(yīng)的動(dòng)作，如車速或行駛方向的改變等。如圖4所示：

根據(jù)上圖1報(bào)警區(qū)域，兩條車道線之間的區(qū)域?yàn)榉菆?bào)警區(qū)域。在非報(bào)警區(qū)域內(nèi)，車道偏離預(yù)警系統(tǒng)未被激活，不發(fā)出警報(bào);但當(dāng)車輛的左前輪或右前輪接近或者壓到車道線時(shí)，并且轉(zhuǎn)向燈未打開，此時(shí)車道偏離預(yù)警系統(tǒng)被激活并發(fā)出警報(bào)，提示駕駛員有車道偏離的危險(xiǎn)。在聯(lián)合仿真的界面中，報(bào)警界面如圖5所示：

5 結(jié)語

本文針對基于攝像頭實(shí)現(xiàn)的車道偏離預(yù)警系統(tǒng)，分別介紹了車道偏離預(yù)警系統(tǒng)的兩大功能：車道線檢測和偏離報(bào)警。使用Prescan軟件搭建測試環(huán)境，模擬天氣狀況、車道線類型，并在Simulink界面驗(yàn)證車道偏離預(yù)警算法，這套系統(tǒng)可以滿足報(bào)警需求。

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