車道保持輔助系統(tǒng)專利技術(shù)綜述

陳桂銀

摘 要： 車道保持輔助系統(tǒng)是典型的駕駛員輔助駕駛系統(tǒng)之一，它針對(duì)駕駛員注意力分散而未控制車輛致使車輛偏離車道而設(shè)計(jì)，保證車輛在車道內(nèi)安全行駛。本文首先簡(jiǎn)要介紹了車道保持輔助系統(tǒng)及相關(guān)特點(diǎn)，在此基礎(chǔ)上分析了車道保持輔助系統(tǒng)的全球的專利情況。

關(guān)鍵詞： 車道保持輔助系統(tǒng)；信息傳感技術(shù)；預(yù)警算法；主動(dòng)控制

一、前言

隨著中國(guó)汽車行業(yè)的快速發(fā)展，汽車保有量不斷增加，交通事故總量也在不斷攀升，根據(jù)公安部交通管理局的2013年事故統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)，93.12%的交通事故是由于機(jī)動(dòng)車駕駛員的不當(dāng)行為造成。所以，減少因駕駛員的不當(dāng)操作引發(fā)的事故是必須面對(duì)且急需解決的[1]。

車道保持輔助系統(tǒng)作為駕駛員輔助系統(tǒng)的重要一部分，往往放置于開(kāi)發(fā)前期，通過(guò)車道保持技術(shù)實(shí)現(xiàn)駕駛員的輔助逐步向無(wú)人駕駛邁進(jìn)。采用智能的駕駛員輔助系統(tǒng)控制能大大降低交通事故的發(fā)生率，提高車輛的形式安全及道路交通的運(yùn)輸能力[2]。

二、車道保持輔助系統(tǒng)技術(shù)介紹

（一）、車道保持輔助系統(tǒng)技術(shù)

車道保持輔助系統(tǒng)一般由圖像采集裝置、ECU、預(yù)警裝置、主動(dòng)控制執(zhí)行機(jī)構(gòu)和車載電腦五部分組成，圖像采集裝置獲取車道邊界線信息并傳遞給ECU，ECU綜合車速信號(hào)、轉(zhuǎn)向燈信號(hào)、轉(zhuǎn)向盤轉(zhuǎn)角信號(hào)和力矩信號(hào)燈車輛狀態(tài)信號(hào)判斷車輛是否有偏離車道的危險(xiǎn)。如果有偏離車道的危險(xiǎn)，ECU則向預(yù)警裝置發(fā)送指令，預(yù)警執(zhí)行機(jī)構(gòu)向駕駛員發(fā)送預(yù)警信號(hào)；如果預(yù)警一定時(shí)間后車輛仍存在偏離車道的危險(xiǎn)，ECU則會(huì)向執(zhí)行機(jī)構(gòu)發(fā)送指令，在駕駛員干預(yù)的情況下主動(dòng)控制車輛回歸原車道，車道保持輔助系統(tǒng)基本結(jié)構(gòu)如下圖1所示：

（二）、車道保持輔助系統(tǒng)技術(shù)發(fā)展

日本汽車企業(yè)在車道保持輔助系統(tǒng)方面的研究起步較早，三菱汽車公司是最早進(jìn)行車道保持輔助系統(tǒng)研發(fā)的汽車企業(yè)之一，其在1999年成功將車道保持輔助系統(tǒng)安裝在一款模型車上，該系統(tǒng)具有兩個(gè)特點(diǎn)：一是除視覺(jué)和聽(tīng)覺(jué)預(yù)警裝置還采用觸覺(jué)預(yù)警裝置，通過(guò)轉(zhuǎn)向盤振動(dòng)向駕駛員發(fā)送警告信號(hào)；二是車道保持系統(tǒng)除提供預(yù)警外，如果預(yù)警未引起駕駛員注意，車道保持系統(tǒng)會(huì)主動(dòng)控制車輛。

與日系汽車企業(yè)相比，歐美汽車企業(yè)在這方面的研究起步稍晚。美國(guó)福特汽車公司在其2012年推出的福特探險(xiǎn)者、Fusion、林肯MKS上都裝配車道保持輔助系統(tǒng)，它不僅能處理圖像信息和識(shí)別車道線，還能識(shí)別車輛和行人、控制大燈等，有助于實(shí)現(xiàn)整車集成控制降低控制器冗余度。

我國(guó)在車道保持輔助系統(tǒng)的研發(fā)和商用領(lǐng)域起步較晚，隨著汽車市場(chǎng)不斷成熟車輛主動(dòng)安全主件引起廣泛關(guān)注，車道保持輔助系統(tǒng)將會(huì)不斷增加。廈門金龍公司是國(guó)內(nèi)汽車領(lǐng)域最早進(jìn)行車道偏移預(yù)警系統(tǒng)自主研發(fā)的企業(yè)之一，金龍客車于2013年推出的一種車載計(jì)算機(jī)信息系統(tǒng)KL-988包括車道偏移預(yù)警系統(tǒng)，車輛安裝此車載計(jì)算機(jī)信息系統(tǒng)以接受車輛狀態(tài)信號(hào)例如車速、轉(zhuǎn)向盤轉(zhuǎn)角和轉(zhuǎn)矩、制動(dòng)踏板開(kāi)度和制動(dòng)力等。

三、車道保持輔助系統(tǒng)專利情況分析

（一）、申請(qǐng)量趨勢(shì)分析

截止2016年11月，在德溫特DWPI數(shù)據(jù)庫(kù)中檢索到涉及車道保持輔助系統(tǒng)的全球?qū)＠暾?qǐng)共計(jì)2480項(xiàng)。圖2示出了車道保持輔助系統(tǒng)技術(shù)全球?qū)＠暾?qǐng)發(fā)展趨勢(shì)，全球車道保持輔助系統(tǒng)技術(shù)的發(fā)展大致經(jīng)歷了以下三個(gè)主要階段：

1. 技術(shù)萌芽期（1997年-2002年）：1997年豐田公司提出了關(guān)于車道偏離防止裝置的申請(qǐng)，屬于最早的車道保持輔助系統(tǒng)的申請(qǐng)之一。通過(guò)檢測(cè)器檢測(cè)到車輛偏離車道后，通過(guò)控制器控制車輛轉(zhuǎn)角使車輛回到車道。該階段屬于車道保持輔助系統(tǒng)技術(shù)的初期，各年申請(qǐng)量維持在一個(gè)較低的水準(zhǔn)，而且發(fā)展速度也較慢，未形成規(guī)模效應(yīng)。。

2. 高速發(fā)展期（2003年-2014年）：隨著汽車的普及，消費(fèi)者安全意識(shí)在不斷提升，對(duì)車輛主動(dòng)安全性的要求也越來(lái)越高，汽車智能化越來(lái)越受到重視，各大廠家也投入大量人力物力進(jìn)行車道保持輔助系統(tǒng)的研發(fā)，于此同時(shí)，許多申請(qǐng)人也進(jìn)行了大量的專利申請(qǐng)，其增長(zhǎng)幅度明顯，專利申請(qǐng)量與申請(qǐng)人的數(shù)量都呈快速增加態(tài)勢(shì)。

3. 成熟發(fā)展期（2014年至今）：這一階段的專利申請(qǐng)數(shù)量有所回落，申請(qǐng)人數(shù)量基本保持穩(wěn)定，主要是因?yàn)榈诙A段的發(fā)展勢(shì)頭有所緩解，相關(guān)技術(shù)漸趨成熟，進(jìn)行車道保持輔助系統(tǒng)的競(jìng)爭(zhēng)格局基本形成。該時(shí)期中國(guó)專利申請(qǐng)數(shù)量也有較大的增長(zhǎng)，有追趕國(guó)外同行之勢(shì)。

（二）、申請(qǐng)人分析

從全球?qū)＠暾?qǐng)主要申請(qǐng)人排名情況來(lái)看，主要申請(qǐng)人為日產(chǎn)、豐田、博世、現(xiàn)代、富士重工業(yè)、電裝、通用、奧迪，可以看出申請(qǐng)人均為規(guī)模較大的公司，且大部分為日企，僅兩家德企和一家美企，這與日本作為智能車行業(yè)申請(qǐng)量大國(guó)相適應(yīng)。前八個(gè)主要申請(qǐng)人中未出現(xiàn)中國(guó)申請(qǐng)人，原因可能是國(guó)內(nèi)的汽車行業(yè)起步較晚，在智能車技術(shù)方面更是如此，與國(guó)外大型企業(yè)相比，缺少相應(yīng)智能車的研發(fā)實(shí)力，仍然處于摸索階段，并沒(méi)有投入大量人力物力進(jìn)行相關(guān)專利申請(qǐng)與布局，從統(tǒng)計(jì)的整體申請(qǐng)人的情況來(lái)看，中國(guó)內(nèi)的申請(qǐng)人的數(shù)量不少，但密集度很低，未能出現(xiàn)申請(qǐng)量較多的國(guó)內(nèi)申請(qǐng)人。

（三）、技術(shù)主題分析

智能車車道保持輔助系統(tǒng)技術(shù)關(guān)鍵技術(shù)包括信息傳感技術(shù)、預(yù)警算法和主動(dòng)控制三個(gè)方面。

1. 信息傳感技術(shù)。

信息傳感技術(shù)精度直接影響車道線識(shí)別結(jié)果，車道識(shí)別的方法多種多樣，車道保持輔助系統(tǒng)有使用視覺(jué)傳感技術(shù)識(shí)別車道，也有使用雷達(dá)監(jiān)測(cè)車道，還有采用GPS技術(shù)進(jìn)行識(shí)別的。

2. 預(yù)警算法

在預(yù)警算法方面，單一算法使用范圍有限導(dǎo)致車道保持輔助系統(tǒng)的誤警率比較高，部分駕駛員行車中甚至選擇關(guān)閉車道報(bào)警輔助系統(tǒng)。應(yīng)用范圍較廣的預(yù)警算法有跨道時(shí)間（TLC）算法、未來(lái)偏移距離（FOD）算法和車輛當(dāng)前位置（CCP）算法以及對(duì)這三種算法的改進(jìn)。

3. 主動(dòng)控制

車道保持輔助系統(tǒng)的主動(dòng)控制執(zhí)行機(jī)構(gòu)大致分為轉(zhuǎn)向系統(tǒng)和制動(dòng)系統(tǒng)兩類，基于轉(zhuǎn)向系統(tǒng)的車道保持輔助系統(tǒng)包括基于EPS的車道保持輔助系統(tǒng)和基于線控轉(zhuǎn)向系統(tǒng)SBW的車道保持輔助系統(tǒng)，原理是利用電機(jī)控制轉(zhuǎn)向器以改變車輪運(yùn)動(dòng)方向；基于制動(dòng)系統(tǒng)的車道保持輔助系統(tǒng)則控制左右車輪制動(dòng)力矩產(chǎn)生差動(dòng)制動(dòng)來(lái)控制車輛運(yùn)動(dòng)狀態(tài)。

四、總結(jié)

從車道保持輔助系統(tǒng)技術(shù)發(fā)展來(lái)看，日本的日產(chǎn)、豐田、富士、電裝，德國(guó)的博世、奧迪和美國(guó)的通用等幾個(gè)大的企業(yè)，引領(lǐng)整個(gè)行業(yè)的發(fā)展，我國(guó)在這方面起步較晚，研究也不夠深入，仍有很多難題需要攻克，才能夠縮短與行業(yè)領(lǐng)先水平的差距。

參考文獻(xiàn)

[1]方文平. 基于BP神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的車道保持控制仿真研究[D]，吉林大學(xué)碩士學(xué)位論文，2009.

[2]陳慧，徐建波. 智能汽車技術(shù)發(fā)展趨勢(shì).中國(guó)集成電路. 2014：65～70.