一種卡車(chē)車(chē)道偏離報(bào)警系統(tǒng)的設(shè)計(jì)應(yīng)用

褚永強(qiáng)，何少斌（安徽江淮汽車(chē)股份有限公司，安徽 合肥 230601）

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一種卡車(chē)車(chē)道偏離報(bào)警系統(tǒng)的設(shè)計(jì)應(yīng)用

褚永強(qiáng)，何少斌
（安徽江淮汽車(chē)股份有限公司，安徽 合肥 230601）

車(chē)道偏離報(bào)警系統(tǒng)（Lane Departure Warning Systems）簡(jiǎn)稱(chēng)LDWS，提供智能的車(chē)道偏離預(yù)警，當(dāng)司機(jī)駕駛的車(chē)輛在無(wú)意識(shí)的情況下偏離車(chē)道后，系統(tǒng)可通過(guò)聲音信號(hào)、光信號(hào)、觸覺(jué)信號(hào)來(lái)傳遞給駕駛員，提醒駕駛員注意前方道路，大大減少了因車(chē)道偏離造成的碰撞事故。文章介紹了一種卡車(chē)LDWS系統(tǒng)的技術(shù)方案研究，技術(shù)方案中包括系統(tǒng)基本原理、系統(tǒng)功能的介紹、系統(tǒng)架構(gòu)、系統(tǒng)的零部件組成以及人機(jī)交互的顯示方案。

LDWS；系統(tǒng)功能；人機(jī)交互

10.16638/j.cnki.1671-7988.2016.08.054

CLC NO.: U469Document Code: AArticle ID: 1671-7988(2016)08-166-04

概述

專(zhuān)家指出，高速公路上約有 50%的汽車(chē)事故是偏離正常行駛的車(chē)道引起的，究其原因主要是駕駛員心神煩亂、注意力不集中或疲勞駕駛。車(chē)道偏離報(bào)警系統(tǒng)（ Lane Departure Warning Systems）簡(jiǎn)稱(chēng)LDWS，提供智能的車(chē)道偏離預(yù)警，在偏離車(chē)道后發(fā)出報(bào)警，為駕駛員提供更多的反應(yīng)時(shí)間，大大減少了因車(chē)道偏離造成的碰撞事故。這是繼安全帶、安全汽囊后在汽車(chē)內(nèi)安裝的又一項(xiàng)安全裝置。

車(chē)道偏離報(bào)警系統(tǒng)可識(shí)別車(chē)輛何時(shí)偏離車(chē)道，并通過(guò)聲音信號(hào)、光信號(hào)、觸覺(jué)信號(hào)來(lái)傳遞給駕駛員，提醒駕駛員注意前方道路。目前可實(shí)現(xiàn)此功能的技術(shù)路線：

（1）基于道路基礎(chǔ)構(gòu)造系統(tǒng)：

基于道路基礎(chǔ)構(gòu)造的車(chē)道偏離警告系統(tǒng)，檢測(cè)車(chē)輛橫向位置，需要對(duì)現(xiàn)有道路進(jìn)行改造。

最典型的道路改造方式就是使用埋在道路下的鐵磁體標(biāo)記（通常為磁鐵或電線）。車(chē)輛傳感器檢測(cè)這些鐵磁信號(hào)，利用信號(hào)的強(qiáng)度計(jì)算車(chē)輛在車(chē)道中的橫向位置。這種方法對(duì)車(chē)輛橫向位置的估計(jì)精度能達(dá)到幾個(gè)厘米，但這種方法最大的缺陷是道路改造耗資巨大。

（2）基于車(chē)輛的前視系統(tǒng)[1]：

該類(lèi)系統(tǒng)主要是利用機(jī)器視覺(jué)或紅外傳感器檢測(cè)車(chē)道標(biāo)識(shí)的位置，基于車(chē)輛的前視系統(tǒng)優(yōu)勢(shì)在于可以利用現(xiàn)有的道路信息。其不利因素就是用來(lái)定位車(chē)輛橫向位置的一些圖像特征點(diǎn)可能被其他車(chē)輛或行人干擾。

前視系統(tǒng)，由道路和車(chē)輛狀態(tài)感知、車(chē)道偏離評(píng)價(jià)算法和信號(hào)顯示界面三個(gè)基本模塊組成。系統(tǒng)首先通過(guò)狀態(tài)感知模塊感知道路幾何特征和車(chē)輛的動(dòng)態(tài)參數(shù)，然后由車(chē)道偏離評(píng)價(jià)算法對(duì)車(chē)道偏離的可能性進(jìn)行評(píng)價(jià)，必要的時(shí)候通過(guò)信號(hào)顯示界面向駕駛員報(bào)警。

目前主要運(yùn)用的車(chē)道偏離報(bào)警系統(tǒng)都是基于視覺(jué)的車(chē)輛系統(tǒng)，本文的設(shè)計(jì)方案就是基于視覺(jué)的前視系統(tǒng)設(shè)計(jì)的車(chē)道偏離報(bào)警系統(tǒng)。

1、基本原理及系統(tǒng)功能介紹

1.1基本原理

系統(tǒng)使用安裝在前擋風(fēng)玻璃上的的攝像頭，采集道路中的車(chē)道標(biāo)識(shí)線圖像信息，并通過(guò)前期大量的路試試驗(yàn)采集到的道路車(chē)道線信息作為參照和判斷的依據(jù)，經(jīng)過(guò)ECU合適的轉(zhuǎn)換確定出自身車(chē)輛在車(chē)道中的位置和方向信息，然后根據(jù)當(dāng)前的速度、以及偏離車(chē)道線的距離，通過(guò)計(jì)算與軟件內(nèi)假定的預(yù)警模型來(lái)確定在當(dāng)前狀態(tài)下是否有必要進(jìn)行報(bào)警[2]。

1.2系統(tǒng)功能介紹

LDWS系統(tǒng)通過(guò)安裝前擋風(fēng)玻璃內(nèi)側(cè)的攝像頭監(jiān)控前方道路，夜間監(jiān)控大燈光束內(nèi)的道路。監(jiān)控錄像被發(fā)送至中央控制單元，在那里進(jìn)行分析。系統(tǒng)會(huì)識(shí)別出車(chē)道標(biāo)記線，并持續(xù)跟蹤觀察標(biāo)記線的位置，系統(tǒng)能實(shí)現(xiàn)以下功能：

（1）如果探測(cè)到車(chē)輛在無(wú)意識(shí)情況下即將要偏離標(biāo)記線，系統(tǒng)會(huì)通過(guò)儀表內(nèi)指示燈、聲音信號(hào)向司機(jī)發(fā)出警告，同時(shí)儀表上公共顯示屏幕內(nèi)也會(huì)顯示出車(chē)輛偏離的方向，提醒司機(jī)及時(shí)校正車(chē)輛方向；

（2）車(chē)輛偏離車(chē)道，時(shí)如果駕駛者打開(kāi)轉(zhuǎn)向燈，正常進(jìn)行變線行駛，那么系統(tǒng)不會(huì)做出任何提示；而如果駕駛者既沒(méi)有打開(kāi)轉(zhuǎn)向燈，也沒(méi)有主動(dòng)減速、轉(zhuǎn)動(dòng)方向盤(pán)，那么系統(tǒng)就會(huì)使用視覺(jué)、聽(tīng)覺(jué)來(lái)提醒駕駛者潛在的危險(xiǎn)，但提醒不會(huì)直接影響到車(chē)輛的行駛狀態(tài)；

（3）根據(jù)車(chē)速的不同，報(bào)警提醒的時(shí)間也不同，當(dāng)車(chē)速較高時(shí)會(huì)系統(tǒng)會(huì)提前發(fā)出警告，讓駕駛員有足夠的時(shí)間來(lái)校正方向；

（4）車(chē)道偏離報(bào)警系統(tǒng)在車(chē)輛每次上電后自動(dòng)開(kāi)啟，它主要用于高速公路或者郊外的公路行駛，當(dāng)車(chē)速達(dá)到或超過(guò)60km/h時(shí)才被激活；

（5）為了排除不必要的干擾，當(dāng)車(chē)輛在市內(nèi)以低于上述規(guī)定的速度行駛時(shí)，系統(tǒng)不進(jìn)行報(bào)警，同時(shí)可以使用安裝在儀表臺(tái)上的指示開(kāi)關(guān)進(jìn)行關(guān)閉。

2、LDWS系統(tǒng)架構(gòu)及零部件構(gòu)成

2.1系統(tǒng)架構(gòu)

系統(tǒng)采用基于J1939的總線協(xié)議通訊方式，系統(tǒng)可通過(guò)CAN 網(wǎng)絡(luò)上獲取車(chē)速、轉(zhuǎn)向燈信號(hào)、雨刮信號(hào)、倒檔等信號(hào)，同時(shí)LDWS通過(guò)CAN網(wǎng)絡(luò)將報(bào)警信號(hào)發(fā)送給儀表，儀表根據(jù)CAN網(wǎng)絡(luò)信號(hào)就會(huì)使用視覺(jué)、聽(tīng)覺(jué)方式來(lái)提醒駕駛者潛在的危險(xiǎn)。

2.2系統(tǒng)零部件構(gòu)成

2.2.1攝像頭及控制器總成

表1　攝像頭及控制器總成關(guān)鍵參數(shù)

系統(tǒng)將前視攝像頭和控制器集成在一起，攝像頭具有752Hx480V有效像素，水平視角最遠(yuǎn)探測(cè)距離能達(dá)到90m，表1是攝像頭及控制器總成的主要性能參數(shù)。

2.2.2攝像頭固定底座

攝像頭固定底座通過(guò)3M膠粘貼在前擋風(fēng)玻璃處，然后可將攝像頭嵌入底座內(nèi)通過(guò)卡扣結(jié)構(gòu)進(jìn)行固定，另攝像頭與固定底座之間有通風(fēng)結(jié)構(gòu)（用來(lái)除鏡頭和玻璃上的霜、霧），攝像頭及固定底座安裝位置應(yīng)滿足以下要求：

①安裝在擋風(fēng)玻璃內(nèi)側(cè)，嚴(yán)禁安裝在任何部件的陰影區(qū)域內(nèi)或者連續(xù)的交叉陰影區(qū)內(nèi)；

②安裝在雨刮刮水良好的區(qū)域（距離雨刮刮刷邊緣的距離不得小于30mm），且只允許一個(gè)雨刮掃過(guò)攝像頭圖像采集區(qū)域；

③安裝在盡可能低的位置，從照相機(jī)到照相機(jī)視野最低位置與路面的交叉線之間的距離必須小于9m；

④照相機(jī)的傾斜角度（視線軸）應(yīng)當(dāng)?shù)陀谒狡矫?，且角度要?.5°；

⑤與車(chē)輛中心線的側(cè)向偏差應(yīng)盡可能的?。ǎ?0cm）為的是避免前方區(qū)域出現(xiàn)監(jiān)測(cè)盲區(qū)；

⑥確保攝像頭周?chē)?52mm的空間用于安裝和拆卸攝像頭。

2.2.3系統(tǒng)開(kāi)關(guān)

系統(tǒng)在中控開(kāi)關(guān)處布置LDWS系統(tǒng)開(kāi)關(guān)，可以根據(jù)司機(jī)需求選擇是否關(guān)閉系統(tǒng)。

3、車(chē)道線的識(shí)別

LDW功能可適應(yīng)于包括中國(guó)、愛(ài)爾蘭、希臘、瑞士、葡萄牙、挪威、法國(guó)高速公路、法國(guó)非高速公路、比利時(shí)、英國(guó)高速公路、英國(guó)的分隔式車(chē)道等不同國(guó)家道路設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)的道路。

LDW可識(shí)別下圖中標(biāo)識(shí)出的所有類(lèi)型的車(chē)道標(biāo)記：

4、報(bào)警策略與控制邏輯

系統(tǒng)采集道路中的車(chē)道標(biāo)識(shí)線圖像信息，經(jīng)過(guò)ECU合適的轉(zhuǎn)換確定出自身車(chē)輛在車(chē)道中的位置和方向信息，然后根據(jù)當(dāng)前的速度、以及偏離車(chē)道線的距離，通過(guò)計(jì)算與軟件內(nèi)假定的預(yù)警模型來(lái)確定在當(dāng)前狀態(tài)下是否有必要進(jìn)行報(bào)警，根據(jù)車(chē)速的不同，報(bào)警提醒的時(shí)間也不同，當(dāng)車(chē)速較高時(shí)會(huì)系統(tǒng)會(huì)提前發(fā)出警告，讓駕駛員有足夠的時(shí)間來(lái)校正方向。

5、人機(jī)交互及報(bào)警、顯示方案

系統(tǒng)通過(guò)儀表內(nèi)指示燈、LCD屏顯示以及儀表內(nèi)蜂鳴器進(jìn)行報(bào)警來(lái)提示司機(jī)。

5.1報(bào)警類(lèi)型

5.2報(bào)警邏輯表

表2　系統(tǒng)報(bào)警方案邏輯表

5.3報(bào)警時(shí)間定義

當(dāng)車(chē)輛偏離車(chē)道線時(shí)，為了能夠給司機(jī)提供易于辨別的報(bào)警時(shí)間，報(bào)警時(shí)間應(yīng)選取最短時(shí)間（1s）和最長(zhǎng)時(shí)間（3s），報(bào)警示例見(jiàn)下圖：

6、總結(jié)

本文闡述了LDW系統(tǒng)的基本原理、系統(tǒng)功能、系統(tǒng)構(gòu)架、控制邏輯和布置要求等，該設(shè)計(jì)方案可有效實(shí)現(xiàn)LDWS功能，并且設(shè)計(jì)方案能滿足ISO 17361、ECE R130等LDWS相關(guān)法規(guī)要求。LDWS系統(tǒng)在車(chē)輛上電后自動(dòng)開(kāi)啟，司機(jī)不需要任何多余操作，后臺(tái)實(shí)時(shí)用運(yùn)行檢測(cè)車(chē)輛在車(chē)道線中行駛狀態(tài)，系統(tǒng)簡(jiǎn)單、方便，為司機(jī)提供安全報(bào)警的同時(shí)，也能培養(yǎng)司機(jī)良好的駕駛習(xí)慣，相信隨著汽車(chē)電子的發(fā)展，LDWS系統(tǒng)會(huì)廣泛的應(yīng)用在車(chē)輛上。

[1]呂柯巖,朱名,楊迪.單目視覺(jué)車(chē)道偏離預(yù)警系統(tǒng)的開(kāi)發(fā)[J].計(jì)數(shù)機(jī)應(yīng)用，2012.32（S2）：196-198.

[2]王榮本，余天洪，郭烈.基于機(jī)器視覺(jué)的車(chē)道偏離預(yù)警系統(tǒng)研究綜述[J].北京：汽車(chē)工程，2005,27（4）：463-466.

Lane Departure Warning Systems design for truck

Chu Yongqiang,He Shaobin
（Anhui Jianghuai Automotive Co.,Ltd.,Anhui Hefei 230601）

Lane Departure Warning Systems is short for LDWS.The LDWS can provide optical,audible,haptic warning to the driver when there has been no purposeful demand to crosses over the lane marking.This system can notice the driver to drive carefully on the road to avoid traffic accident.This article introduce one kind of LDWS system solution design,including functional introduction ,system architecture,components design and HMI solution.

LDWS; Functional; HMI

U469

A

1671-7988（2016）08-166-04

褚永強(qiáng)（1990.5-），男，電器設(shè)計(jì)工程師，就職于安徽江淮汽車(chē)股份有限公司，從事駕駛技術(shù)輔助系統(tǒng)，ADAS。