一種車(chē)道偏離預(yù)警系統(tǒng)的零部件方案設(shè)計(jì)

孟俊峰

(中國(guó)第一汽車(chē)股份有限公司技術(shù)中心汽車(chē)電子部,吉林長(zhǎng)春 130011)

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一種車(chē)道偏離預(yù)警系統(tǒng)的零部件方案設(shè)計(jì)

孟俊峰

(中國(guó)第一汽車(chē)股份有限公司技術(shù)中心汽車(chē)電子部,吉林長(zhǎng)春 130011)

摘要：隨著人們對(duì)主動(dòng)安全系統(tǒng)的逐步重視，越來(lái)越多的國(guó)外整車(chē)廠已經(jīng)開(kāi)始匹配車(chē)道偏離預(yù)警(LDW)系統(tǒng)，國(guó)內(nèi)整車(chē)廠對(duì)LDW的研究和應(yīng)用則相對(duì)薄弱。近年來(lái)，國(guó)內(nèi)某整車(chē)廠在某個(gè)項(xiàng)目上已經(jīng)開(kāi)始考慮裝配LDW。對(duì)LDW系統(tǒng)的功能進(jìn)行分析，對(duì)LDW控制器的機(jī)械結(jié)構(gòu)、LDW裝飾罩的造型結(jié)構(gòu)及固定在擋風(fēng)玻璃上需要的支架結(jié)構(gòu)進(jìn)行設(shè)計(jì)。

關(guān)鍵詞：車(chē)道偏離預(yù)警；裝飾罩；支架

0引言

目前，汽車(chē)的安全性逐步受到人們更多的關(guān)注，高科技的電子系統(tǒng)在汽車(chē)上的應(yīng)用層出不窮，車(chē)道偏離預(yù)警(LDW)系統(tǒng)就是重要的一例。專(zhuān)家指出，約有50%的汽車(chē)事故是由于車(chē)輛偏離正常行駛的車(chē)道引起的，其原因主要是駕駛員心煩意亂、注意力不集中以及疲勞駕駛。LDW系統(tǒng)就是當(dāng)車(chē)輛以一定的速度行駛時(shí)，如果檢測(cè)到即將發(fā)生無(wú)意識(shí)的偏出車(chē)道的行為，就會(huì)對(duì)駕駛員進(jìn)行報(bào)警提示。

1LDW系統(tǒng)的功能研究

LDW系統(tǒng)應(yīng)該能夠在偏出車(chē)道行為發(fā)生之前就給出有效的報(bào)警，以使駕駛員有時(shí)間及時(shí)糾正駕駛行為。因此，LDW系統(tǒng)不應(yīng)只是完全以車(chē)輛相對(duì)于車(chē)道線的位置和狀態(tài)來(lái)進(jìn)行預(yù)警，還應(yīng)包含駕駛員的駕駛?cè)ハ颉④?chē)輛的前行趨勢(shì)等，以進(jìn)行提前預(yù)警。

如圖1所示，由于LDW是視覺(jué)系統(tǒng)，在設(shè)計(jì)該系統(tǒng)時(shí)，應(yīng)該考慮該系統(tǒng)能在各種條件和工況下都能工作，當(dāng)然，系統(tǒng)的性能和可靠性會(huì)受到這些不同條件和工況的影響。這些條件和工況包括：

(1)路面特征，比如路寬、形狀、彎道、隧道、橋梁等。

(2)標(biāo)志線特征，比如寬度、虛線間隔、顏色等。

(3)交通流量狀況。

(4)天氣情況，比如雨、霧、雪、夜晚、強(qiáng)烈日光等。

在影響系統(tǒng)工作的各種參數(shù)中，系統(tǒng)的可視角度是一個(gè)非常重要的參數(shù)。確定系統(tǒng)的可視角度的要求是諸如典型路面寬度、允許的車(chē)間距離以及前方車(chē)輛的幾何尺寸等。選擇合適的系統(tǒng)可視角度的目標(biāo)是找到既有足夠的視角寬度來(lái)看清路面上所有的車(chē)道線，又能使前方遠(yuǎn)處的目標(biāo)物有足夠的清晰度的平衡點(diǎn)。

LDW系統(tǒng)的性能由兩方面來(lái)定義：精度測(cè)試和統(tǒng)計(jì)測(cè)試。

精度測(cè)試一般在特定的道路或測(cè)試道路上進(jìn)行，用以判定LDW的檢測(cè)精度。

統(tǒng)計(jì)測(cè)試一般在實(shí)際駕駛環(huán)境下進(jìn)行，考察系統(tǒng)的可用性、有效報(bào)警率、誤報(bào)警率等指標(biāo)。

(1)LDW系統(tǒng)的使用環(huán)境

LDW系統(tǒng)主要針對(duì)的是高速駕駛行為，而不是城市街道的低速駕駛行為。

LDW系統(tǒng)具有雨、雪、霧、強(qiáng)日照等惡劣天氣的適應(yīng)性，但是，完全覆蓋道路和路面標(biāo)志線的雪天以及能見(jiàn)度低的暴雨、濃霧天氣不計(jì)在內(nèi)。

LDW系統(tǒng)具有對(duì)點(diǎn)狀、線狀、各種顏色、殘破等車(chē)道線的適應(yīng)性。

(2)LDW系統(tǒng)的報(bào)警輸入條件

LDW系統(tǒng)應(yīng)該能區(qū)分駕駛員的無(wú)意識(shí)偏出車(chē)道行為和主動(dòng)變道駕駛行為,系統(tǒng)不能直接檢測(cè)駕駛員是否在集中精力駕駛，而是根據(jù)車(chē)道標(biāo)志的檢測(cè)結(jié)果、追蹤結(jié)果以及車(chē)輛本身的信息來(lái)間接判別是主動(dòng)越過(guò)車(chē)道還是無(wú)意識(shí)滑出車(chē)道。

其報(bào)警需要具備的輸入條件為：①?zèng)]有轉(zhuǎn)向燈信號(hào)；②車(chē)輛的速度高于限制；③車(chē)輛的偏航角變化率低于限制；④駕駛員轉(zhuǎn)向盤(pán)變化率低于限制。

當(dāng)滿(mǎn)足以上條件時(shí)，系統(tǒng)會(huì)通過(guò)如下方式進(jìn)行報(bào)警：①蜂鳴器鳴響；②儀表盤(pán)上的LED指示燈亮；③區(qū)分左方、右方的車(chē)道偏出，分別進(jìn)行報(bào)警。

LDW系統(tǒng)功能框圖見(jiàn)圖2。

2LDW的控制器、裝飾罩及支架結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)

LDW系統(tǒng)的性能與機(jī)械安裝精度(3個(gè)方向的位置尺寸、3個(gè)方向的偏轉(zhuǎn)角度)密切相關(guān)。安裝精度受到車(chē)身、風(fēng)擋玻璃、支架、LDW控制器外殼等各個(gè)環(huán)節(jié)的加工和安裝精度影響。

LDW控制器與攝像頭集成在一個(gè)硬件模塊中，使用一個(gè)支架來(lái)支撐該模塊，并附著在前擋風(fēng)玻璃內(nèi)側(cè)，同時(shí)在控制器外部扣上裝飾罩。為了保證整車(chē)要求的內(nèi)飾件及玻璃黑帶的美觀程度，例如該裝飾罩外觀必須相對(duì)整車(chē)等Y軸對(duì)稱(chēng)及保證玻璃黑帶盡量小等，文中提出一種LDW控制器、支架及裝飾罩的設(shè)計(jì)方案。

2.1LDW控制器結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)

攝像頭必須安裝在偏離車(chē)輛縱向中心線±150 mm內(nèi)，且在前擋風(fēng)玻璃雨刮所能覆蓋的范圍內(nèi)。攝像頭的安裝角度目標(biāo)值要求為θroll=θpan=θtilt=0°。在產(chǎn)線上，攝像頭的安裝角度公差必須滿(mǎn)足以下要求：縱向旋轉(zhuǎn)角Δθroll=±1.0°；左右偏轉(zhuǎn)角Δθpan=±1.5°；俯仰角Δθtilt=±1.5°。

LDW控制器結(jié)構(gòu)示意圖如圖3所示。控制器基本尺寸約為：157 mm×110 mm×28 mm?！鹬甘玖丝刂破靼惭b在支架上的2處固定點(diǎn)。安裝時(shí)，采用M3×8的螺釘固定，擰緊力矩為2 N·m。

2.2LDW支架結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)

該支架選用的材料是鋁合金A380。

○處為固定控制器用的M3×6.8的螺紋孔。LDW支架與裝飾罩固定的設(shè)計(jì)方案目前采用的是5個(gè)卡扣和2個(gè)限位柱固定的方案，如圖4所示。

設(shè)計(jì)要求：

(1)為保證LDW系統(tǒng)的性能，支架在擋風(fēng)玻璃上的安裝公差要求在每個(gè)方向控制在±1 mm的范圍內(nèi)。

(2)支架使用膠水粘貼在擋風(fēng)玻璃上，膠水的凝固時(shí)間為室溫下24 h，膠水粘結(jié)力強(qiáng)度要求為每平方厘米上需承受4～5 N的力。

(3)支架粘接在擋風(fēng)玻璃上并組裝上LDW控制器后的沖擊試驗(yàn)要求如下：

沖擊波形：半正弦波；

加速度：100g；

沖擊時(shí)間：6 ms；

試驗(yàn)溫度和數(shù)量：25、85、-40 ℃每個(gè)溫度下6個(gè)樣件；

沖擊方向：X，Y，Z軸。

要求試驗(yàn)后產(chǎn)品必須完整，無(wú)松動(dòng)、裂紋和飛散。

2.3LDW裝飾罩結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)

裝飾罩的材料選擇PC+ASA，密度為(1.15～1.17)g/cm3(按標(biāo)準(zhǔn)JF03-1001)。裝飾罩材料厚2.5 mm，加強(qiáng)筋的厚度1.5 mm。

密封墊選用黑色的EPDM泡沫，密度為70 kg/m3，規(guī)格為150 mm×3 mm×1.5 mm。密封墊粘接說(shuō)明：每100 mm上施加4.9 N力的條件下，密封墊不應(yīng)脫落。

該裝飾罩總成的檢測(cè)區(qū)域如圖5所示，按JF03-1007檢測(cè)，檢測(cè)項(xiàng)目見(jiàn)表1，監(jiān)測(cè)點(diǎn)坐標(biāo)見(jiàn)表2。

零件表面必須平整，不允許有流線、縮孔、裂紋和類(lèi)似的缺陷，對(duì)于背面(JF03-1007中規(guī)定的不可見(jiàn)面)的階差和毛刺應(yīng)滿(mǎn)足極限樣件的標(biāo)準(zhǔn)要求。

圖6中□指示的為L(zhǎng)DW裝飾罩與LDW支架固定用的5個(gè)卡扣和2個(gè)限位柱。

2.4LDW在整車(chē)上的安裝

在總裝安裝前，擋風(fēng)玻璃廠家使用膠水將支架粘接在擋風(fēng)玻璃上總成供貨。

總裝的裝配過(guò)程如下所示(僅針對(duì)裝配LDW的過(guò)程)：

(1)首先將車(chē)身線束及支架總成的插接件A與LDW控制器的插接器B連接。

(2)使用2個(gè)十字槽盤(pán)頭螺釘Q214038將LDW控制器固定在擋風(fēng)玻璃上的LDW支架相應(yīng)位置上。

(3)將LDW裝飾罩固定在擋風(fēng)玻璃上的LDW支架上。

裝配示意圖見(jiàn)圖7。安裝后的整體效果圖見(jiàn)圖8、圖9。

3結(jié)論

車(chē)道偏離預(yù)警系統(tǒng)使車(chē)輛安全行駛向前邁出了一大步。在今后的發(fā)展中，車(chē)道偏離預(yù)警系統(tǒng)將更多地作為整合功能投入商業(yè)應(yīng)用，各汽車(chē)制造商紛紛開(kāi)發(fā)出整合車(chē)道偏離的安全系統(tǒng)并應(yīng)用到自己的汽車(chē)產(chǎn)品中。通過(guò)文中的研究，對(duì)LDW系統(tǒng)的功能有了初步的了解，并設(shè)計(jì)出一種滿(mǎn)足整車(chē)要求的LDW控制器結(jié)構(gòu)及固定LDW的支架、外部裝飾罩結(jié)構(gòu)。

參考文獻(xiàn):

【1】東華.車(chē)道偏離預(yù)警系統(tǒng)[J].電子產(chǎn)品世界，2005(7):71-72.

【2】董因平.高速汽車(chē)車(chē)道偏離預(yù)警系統(tǒng)研究[J].長(zhǎng)春理工大學(xué)學(xué)報(bào)，2004,27(1):48-50.

Component Design for Lane Departure Warning System

MENG Junfeng

(China FAW Group Corporation R & D Center, Changchun Jilin 130011,China)

Keywords:Lane departure warning; Decorative cover; Bracket

Abstract:With more attention to the active safety system, more and more foreign OEMs have matched the lane departure warning (LDW) system. The domestic OEMs are relative weak about the research and application of LDW. In recent years, some company has assembled the LDW in a project. The function of LDW system was analyzed. The design schemes about the LDW controller mechanical structure, the LDW decorative cover structure and the bracket structure fixed on the windshield were provided.

收稿日期：2015-12-16

作者簡(jiǎn)介：孟俊峰(1982—)，男，碩士，工程師,研究方向?yàn)殡娍叵到y(tǒng)設(shè)計(jì)開(kāi)發(fā)。E-mail:amjunfeng@126.com。

中圖分類(lèi)號(hào):U461.99

文獻(xiàn)標(biāo)志碼：A

文章編號(hào)：1674-1986(2016)03-027-04