車道偏離預(yù)警系統(tǒng)原理研究及未來技術(shù)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(tǒng)來進(jìn)一步的減少交通事故率具有重要的實(shí)踐意義，文章從車道偏離系統(tǒng)的工作原理出發(fā)，對(duì)車道偏離系統(tǒng)的原理進(jìn)行了分析，對(duì)應(yīng)用進(jìn)行了闡述，同時(shí)，車道偏離系統(tǒng)的未來發(fā)展進(jìn)行了展望，文章的研究對(duì)車輛車道偏離系統(tǒng)的技術(shù)應(yīng)用擁有重要的意義。關(guān)鍵詞：車道偏離預(yù)警;原理;技術(shù)展望中圖分類號(hào)：X931 ?文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：B ?文章編號(hào)：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(yù)警系統(tǒng)，從定義上說，是通過對(duì)車輛前方道路進(jìn)行圖像感知，并實(shí)時(shí)對(duì)車道線進(jìn)行檢測(cè)，最后通過車道偏離評(píng)價(jià)算法判斷車輛偏離車道程度的系統(tǒng)。該系統(tǒng)作為駕駛輔助系統(tǒng)能在最快的時(shí)間給出預(yù)警，幫助駕駛員對(duì)危險(xiǎn)駕駛情況及時(shí)作出調(diào)整。根據(jù)美國相關(guān)部門的調(diào)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(yù)警系統(tǒng)的原理和應(yīng)用，對(duì)未來車輛行駛安全系數(shù)的提升有著重要的意義與價(jià)值。

1 車道偏離預(yù)警系統(tǒng)原理

如圖1所示，為駕駛員根據(jù)車道偏離預(yù)警系統(tǒng)可以看到的道路預(yù)警情況。車載攝像頭采集車輛前方的道路畫面，該畫面經(jīng)圖像處理芯片進(jìn)行處理，并將結(jié)果傳輸給控制器，控制器通過車道檢測(cè)結(jié)果和車輛當(dāng)前狀態(tài)進(jìn)行判斷，當(dāng)車輛偏離兩側(cè)車道線約5%的距離時(shí)，車道偏離預(yù)警系統(tǒng)會(huì)自動(dòng)啟動(dòng)報(bào)警機(jī)制。

如圖2所示，為卡車的車道偏離預(yù)警系統(tǒng)，它分為“縱向”和“橫向”車道偏離警告兩個(gè)主要功能。在車輛的前置攝像頭結(jié)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(dǎo)致的車道偏離碰撞。

其中，LP表示汽車側(cè)向的位置，即車輛的縱軸線與道路中心線的側(cè)向距離，vy表示汽車的側(cè)向速度，通過計(jì)算最后半秒內(nèi)汽車標(biāo)志線相對(duì)汽車移動(dòng)的距離計(jì)算獲得時(shí)間，其中道路寬度已知且為常量。

2 車道偏離預(yù)警系統(tǒng)工作原理

下面對(duì)車道偏離預(yù)警系統(tǒng)的工作原理進(jìn)行介紹和分析，該預(yù)警系統(tǒng)主要包括攝像頭、傳感器、控制器及報(bào)警器。啟動(dòng)車輛，使車輛正常行駛在既定的車道上，通過車輛前擋風(fēng)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(tǒng)不穩(wěn)定造成的噪聲和誤差，需首先對(duì)采集到的圖像進(jìn)行濾波預(yù)處理。然后對(duì)處理后的圖像進(jìn)行灰度處理、感興趣區(qū)域識(shí)別及車道線的檢測(cè)。最終根據(jù)車輛在當(dāng)前車道的位置參數(shù)，判斷車輛是否偏離車道，如果車輛未偏離車道，則整個(gè)系統(tǒng)進(jìn)行循環(huán)處理采集到的圖像流。若車輛偏離了既定的車道，儀表上會(huì)亮起指示燈，同時(shí)報(bào)警器發(fā)出報(bào)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(yù)警系統(tǒng)只起到安全警示的作用，不會(huì)采取自動(dòng)操作干預(yù)駕駛員，車輛安全行駛的責(zé)任仍由駕駛員承擔(dān)。

3 具體應(yīng)用

車道偏離預(yù)警系統(tǒng)已廣泛應(yīng)用于商用車車型，該系統(tǒng)通過原車 CAN 總線獲得原車車速、左右轉(zhuǎn)向燈信號(hào)，剎車信號(hào)，最終偏離報(bào)警的聲音提示由蜂鳴器實(shí)現(xiàn)。

系統(tǒng)的主要工作及限制條件為：

（1）當(dāng)車輛因駕駛員疏忽、疲勞等原因被動(dòng)偏離車道達(dá)到一定閾值時(shí)，系統(tǒng)能夠自動(dòng)發(fā)出偏離警告;

（2）車輛換道打轉(zhuǎn)向燈或踩剎車的情況下能抑制報(bào)警;

（3）系統(tǒng)在低速（小于啟動(dòng)車速）情況下處于 standby 狀態(tài)，不識(shí)別車道。

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

（1）車道線磨損、或著色不足導(dǎo)致不清晰，此時(shí)車道線對(duì)比度不足，不能識(shí)別;

（2）強(qiáng)光或淺色路面下黃色車道線，此時(shí)灰度圖像車道線對(duì)比度差，不能識(shí)別;

（3）白天強(qiáng)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(shí);

（5）路面存在反光，車道線不可辨識(shí)。

對(duì)安裝有車道偏離預(yù)警系統(tǒng)的車輛，首先需要對(duì)產(chǎn)品安裝高度、攝像頭俯仰角、產(chǎn)品離左右輪距、產(chǎn)品離前軸距離等參數(shù)進(jìn)行標(biāo)定，方可正常使用。

在不同汽車品牌的車道偏離預(yù)警系統(tǒng)中，除稱呼不同外，其提醒駕駛員的方式方法都有本質(zhì)的區(qū)別，以上述商用車車型為例，其在偏離車道后，會(huì)在儀表盤中亮起預(yù)警燈，并在車內(nèi)發(fā)出鳴音來提醒駕駛者，但當(dāng)遇到雜亂的環(huán)境（如開車窗、后方車輛長時(shí)間鳴笛），就會(huì)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(jìn)行了改進(jìn)，它們的車道偏離預(yù)警系統(tǒng)則以方向盤震動(dòng)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(dòng)的提醒方式。而還有少數(shù)品牌車型則采用自動(dòng)改變汽車轉(zhuǎn)向的方式。例如裝配在了一汽大眾CC上的車道偏離預(yù)警系統(tǒng)（LDWS），當(dāng)車輛偏離車道時(shí)，系統(tǒng)會(huì)指令方向盤以3牛米左右的轉(zhuǎn)矩自動(dòng)修正方向。但如果偏航角度過大，車道保持系統(tǒng)無法自動(dòng)糾正偏航，這時(shí)這個(gè)功能是個(gè)提醒，駕駛員在注意到偏航之后可以手動(dòng)糾正。其實(shí)車道偏離預(yù)警系統(tǒng)還有一個(gè)好處，那就是它糾正了駕駛員并線不打燈的壞習(xí)慣。

從目前的汽車消費(fèi)市場(chǎng)來看，消費(fèi)者不僅僅只關(guān)心車型的價(jià)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(yù)警系統(tǒng)作為主動(dòng)安全中的先進(jìn)技術(shù)之一，未來有望在各級(jí)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(xiàng)技術(shù)的身影，對(duì)于開車自駕游、出差等，長時(shí)間對(duì)著單調(diào)的高速公路，往往會(huì)讓人產(chǎn)生疲勞駕駛，生命就在一念之間。對(duì)于駕駛者而言，安全性也是在消費(fèi)選擇時(shí)的一個(gè)重要考慮因素。

4 車道偏離預(yù)警系統(tǒng)技術(shù)展望

盡管車道偏離預(yù)警系統(tǒng)已經(jīng)在眾多的汽車上得到了應(yīng)用，但總體來說，該系統(tǒng)依然有很大的進(jìn)步和發(fā)展空間。目前，該系統(tǒng)應(yīng)用面臨的最大問題就是系統(tǒng)在運(yùn)行時(shí)會(huì)受到天氣和路況的影響。同時(shí)，車輛行駛過程中控制器對(duì)車道是否偏離的判斷靈敏度也需要進(jìn)一步的調(diào)整，避免過于靈敏或者不夠靈敏對(duì)車輛安全行駛造成不利影響。

車道偏離預(yù)警系統(tǒng)主要是以汽車的主動(dòng)安全性出發(fā)來進(jìn)行設(shè)計(jì)的，盡管目前還存在著靈敏度實(shí)用性不足、受外在條件影響大等部分的問題，但不可否認(rèn)的是，車道偏離預(yù)警系統(tǒng)的上市意味著全球進(jìn)入了一個(gè)汽車主動(dòng)安全的新時(shí)期。

5 總結(jié)與展望

車道偏離預(yù)警系統(tǒng)目前已經(jīng)應(yīng)用在了很多汽車上，根據(jù)車輛電器功能的發(fā)展歷史來看，通過利用車道偏離預(yù)警系統(tǒng)可以進(jìn)一步地減少交通事故，大大提高了駕駛員的行駛安全系數(shù)。本文從車道偏離預(yù)警系統(tǒng)的產(chǎn)生背景出發(fā)，對(duì)車道偏離預(yù)警系統(tǒng)的原理、標(biāo)定、運(yùn)用及未來發(fā)展前景等方面進(jìn)行了分析研究，通過研究結(jié)果可以讓更多的使用者直觀清晰地了解車道偏離預(yù)警系統(tǒng)的作用與價(jià)值。

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