趙維偉，耿瑞東，陳曦

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

一種商用車車道偏離預(yù)警系統(tǒng)報(bào)警方案優(yōu)化設(shè)計(jì)

趙維偉，耿瑞東，陳曦

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

隨著車輛主動(dòng)安全系統(tǒng)匹配率的升高，人們對(duì)商用車領(lǐng)域車道偏離預(yù)警(LDW)系統(tǒng)的警示效果提出了更高的要求。針對(duì)國(guó)內(nèi)商用車使用工況差、環(huán)境嘈雜等特點(diǎn)，采用先進(jìn)的電子電氣架構(gòu)理念，合理利用現(xiàn)有整車資源，對(duì)LDW系統(tǒng)報(bào)警方式進(jìn)行優(yōu)化設(shè)計(jì)，以提高報(bào)警有效性。

商用車；車道偏離預(yù)警；報(bào)警方案；優(yōu)化設(shè)計(jì)

0 引言

車道偏離預(yù)警(Lane Departure Warning,LDW)系統(tǒng)在高速工況下，檢測(cè)車輛前方車道線，通過(guò)駕駛行為判斷駕駛員為無(wú)意識(shí)偏離車道時(shí)，利用聲、光等報(bào)警方式提示駕駛員按照車道線行駛。長(zhǎng)時(shí)間處于高速工況下的商用車駕駛員極易疲勞駕駛，從而出現(xiàn)困頓狀態(tài)下的無(wú)意識(shí)偏離車道，與相鄰車道內(nèi)車輛存在碰撞風(fēng)險(xiǎn)，可見(jiàn)，該功能對(duì)降低商用車交通事故具有較大作用。自2013年起歐盟法規(guī)要求新出廠的歐盟范圍內(nèi)商用車必須具備該功能，率先從法律角度推動(dòng)了該技術(shù)的發(fā)展。

隨著整車配備率的提高，商用車LDW系統(tǒng)的報(bào)警有效性問(wèn)題日益突出。對(duì)于常規(guī)LDW系統(tǒng)的聲、光兩種報(bào)警方式，能夠?qū)ьD狀態(tài)的駕駛員提供更有效的報(bào)警方式為聲音報(bào)警。但由于國(guó)內(nèi)商用車應(yīng)用工況多為山區(qū)、礦區(qū)，環(huán)境嘈雜，更有收音機(jī)等娛樂(lè)系統(tǒng)進(jìn)行干擾，LDW報(bào)警音效果大大削弱；加之常規(guī)的聲音報(bào)警由較為封閉的儀表臺(tái)內(nèi)的蜂鳴器提供，可達(dá)人耳處的報(bào)警音被儀表臺(tái)封閉空間衰減。

文中以降低商用車環(huán)境噪聲干擾、提高人耳處報(bào)警音為出發(fā)點(diǎn)，優(yōu)化商用車LDW系統(tǒng)報(bào)警方案，提高系統(tǒng)有效性。

1 LDW系統(tǒng)簡(jiǎn)介

LDW功能主要通過(guò)安裝于前風(fēng)窗玻璃的攝像頭實(shí)現(xiàn)。車道偏離預(yù)警系統(tǒng)主要由圖像采集單元、中央處理單元、車輛狀態(tài)

傳感器及人機(jī)交互界面組成，見(jiàn)圖1。利用傳感器進(jìn)行圖像識(shí)別，經(jīng)中央處理器圖像處理后，分析本車與車道線的相對(duì)位置關(guān)系，結(jié)合當(dāng)前車速狀態(tài)，通過(guò)人機(jī)交互界面進(jìn)行報(bào)警。當(dāng)檢測(cè)到本車距離當(dāng)前車道邊界過(guò)近有可能偏入相鄰車道時(shí)，且駕駛員為無(wú)意識(shí)(未打轉(zhuǎn)向燈)偏離車道時(shí)，通過(guò)人機(jī)交互界面發(fā)出報(bào)警，從而提示駕駛員注意糾正方向盤(pán)，及時(shí)回到當(dāng)前車道，降低事故發(fā)生的可能性，提高行車安全。

圖1 LDW功能結(jié)構(gòu)示意圖

2 LDW系統(tǒng)的功能模型

LDW系統(tǒng)為實(shí)質(zhì)性降低由于無(wú)意識(shí)偏離車道發(fā)生的碰撞事故，需結(jié)合駕駛員駕駛行為，通過(guò)車輛中心線與車道線之間的距離、車輛橫向加速度計(jì)算車輛壓線的時(shí)間TLC(Time to Lane Crossing)，在TLC小于設(shè)定值時(shí)，提供報(bào)警，提示駕駛員按照車道線內(nèi)行駛。

TLC模型是LDW控制應(yīng)用中最廣泛的一種，能夠盡可能早地判斷車輛偏離車道的風(fēng)險(xiǎn)。假設(shè)車輛的行進(jìn)方向不變，如圖2所示，Blane為車道寬度，Bcar為車輛寬度，v為車輛行駛速度，其運(yùn)動(dòng)模型方程為：

y(L)=y0+sinθ·L

(1)

式中：L為車輛目前已經(jīng)行駛的距離；θ為車輛行駛方向相對(duì)于車道線的夾角；y0為車輛前進(jìn)過(guò)程中相對(duì)于車輛中心線的橫向偏移距離；y(L)為車輛已經(jīng)行駛距離L時(shí)，總的橫向偏移量。通過(guò)距離的橫向偏移量和橫向偏移車速，計(jì)算得到偏離車道時(shí)間TLC，作為車道偏移的報(bào)警門(mén)限依據(jù)。

圖2 TLC模型示意圖

3 LDW系統(tǒng)報(bào)警方案

3.1 LDW報(bào)警條件

為協(xié)助駕駛員保證行車安全，同時(shí)避免報(bào)警過(guò)于頻繁對(duì)駕駛員造成干擾，LDW系統(tǒng)僅對(duì)駕駛員無(wú)意識(shí)偏離車道的行為進(jìn)行報(bào)警，對(duì)于駕駛員的主動(dòng)變道行為不進(jìn)行報(bào)警。關(guān)于“無(wú)意識(shí)”狀態(tài)的判斷，主要基于對(duì)駕駛行為的分析，其主要依據(jù)為駕駛員是否大幅度轉(zhuǎn)動(dòng)方向盤(pán)、開(kāi)啟轉(zhuǎn)向燈或踩下制動(dòng)踏板等主動(dòng)操縱車輛的動(dòng)作。

為了突出以人為本的原則，保證駕駛員對(duì)車輛的優(yōu)先控制權(quán)，將駕駛員對(duì)車輛的主動(dòng)控制作為L(zhǎng)DW系統(tǒng)報(bào)警退出條件，避免對(duì)駕駛員主動(dòng)駕駛行為造成干擾?；谏鲜鲈瓌t，對(duì)LDW系統(tǒng)報(bào)警進(jìn)入退出條件進(jìn)行詳細(xì)設(shè)計(jì)，主要包括如下內(nèi)容。

LDW系統(tǒng)的報(bào)警進(jìn)入條件：

(1)轉(zhuǎn)向燈未開(kāi)啟；

(2)制動(dòng)踏板未踩下；

(3)車速高于報(bào)警門(mén)限值；

(4)方向盤(pán)轉(zhuǎn)角變化率低于門(mén)限值；

(5)偏航角變化率低于門(mén)限值。

LDW系統(tǒng)的報(bào)警退出條件：

(1)駕駛員打轉(zhuǎn)向燈；

(2)駕駛員踩下制動(dòng)踏板；

(3)車速低于報(bào)警門(mén)限值；

(4)方向盤(pán)轉(zhuǎn)角變化率大于門(mén)限值；

(5)偏航角變化率大于門(mén)限值。

3.2 LDW報(bào)警方案優(yōu)化

LDW系統(tǒng)報(bào)警方式主要是聲、光報(bào)警，其中聲音報(bào)警是最直接、有效的報(bào)警方式，能夠在駕駛員困倦時(shí)，對(duì)駕駛員有警醒作用；圖標(biāo)報(bào)警主要用來(lái)指示和區(qū)分車道偏離的方向。通常，系統(tǒng)報(bào)警的實(shí)現(xiàn)方式主要由儀表獨(dú)立完成，具體方案如圖3所示。

圖3 LDW報(bào)警方案示意圖

攝像頭將車輛前方路面圖像信息發(fā)送給LDW控制器，LDW對(duì)圖像進(jìn)行處理，并對(duì)提取的車道線及車輛位置進(jìn)行分析，按照公式(1)進(jìn)行TLC計(jì)算；TLC達(dá)到報(bào)警門(mén)限時(shí)，LDW將報(bào)警需求發(fā)送給儀表，由儀表完成自身指示燈和揚(yáng)聲器的驅(qū)動(dòng)，完成圖標(biāo)和聲音報(bào)警。

上述方案簡(jiǎn)單易行，但對(duì)于商用車而言，由于其工作環(huán)境相對(duì)嘈雜、儀表臺(tái)相對(duì)封閉，報(bào)警聲被大幅度削減，不能有效到達(dá)人耳處。

為解決上述問(wèn)題，提出了針對(duì)商用車的優(yōu)化報(bào)警方案，將LDW的報(bào)警聲音改由車載終端輸出，取代了原有的儀表單獨(dú)實(shí)現(xiàn)的報(bào)警方案。

當(dāng)接到LDW報(bào)警信息時(shí)，車載終端驅(qū)動(dòng)駕駛室內(nèi)的揚(yáng)聲器報(bào)警，提高了人耳處聲音報(bào)警的音量，避免了儀表蜂鳴器報(bào)警音量小的缺點(diǎn)；另外，能夠通過(guò)分別驅(qū)動(dòng)左側(cè)(或右側(cè))揚(yáng)聲器，對(duì)左側(cè)(或右側(cè))偏離車道進(jìn)行有效區(qū)分；車載終端在驅(qū)動(dòng)揚(yáng)聲器的同時(shí)，將收音機(jī)等娛樂(lè)系統(tǒng)靜音，降低環(huán)境干擾，從而使得報(bào)警有效性得到了顯著提高。詳細(xì)處理方案如圖4所示。

圖4 商用車LDW報(bào)警優(yōu)化方案示意圖

4 結(jié)論

在法規(guī)的驅(qū)使下，商用車車道偏離預(yù)警系統(tǒng)逐步進(jìn)入了飛速發(fā)展的階段，為車輛的行車安全提供了有力支持，同時(shí)對(duì)智能車的發(fā)展奠定了基礎(chǔ)。通過(guò)此次研究，對(duì)車道偏離預(yù)警系統(tǒng)有更為全面的了解，同時(shí)，設(shè)計(jì)了一種適用于商用車的車道偏離預(yù)警系統(tǒng)的報(bào)警方案，提高了報(bào)警的有效性。

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【5】東華.車道偏離預(yù)警系統(tǒng)[J].電子產(chǎn)品世界，2005(13):71-72. DONG H.Lane Departure Warning System[J].Electronic Engineering & Product World,2005(13):71-72.

【6】董因平.高速汽車車道偏離預(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. DONG Y P.A Review of Lane Departure Warning Highway System[J].Journal of Changchun University of Science and Technology,2004,27(1):48-50.

Optimal Design for Warning Mode of Commercial Vehicle Lane Departure Warning System

ZHAO Weiwei, GENG Ruidong, CHEN Xi

(Research & Development Center, China FAW Limited Company, Changchun Jilin 130011,China)

With more matching ratio of the vehicle active safety system, much higher requirement is raised to the commercial vehicle lane departure warning system warning mode. To resolve the problem, aiming at low working condition and noisy environment of commercial vehicle in China, the advanced concept of the complete EE architecture was used and the vehicle resource was reasonably distributed, the warning method of the commercial vehicle LDW system was optimized. Then the effectiveness of warning can be improved.

Commercial vehicle; Lane departure warning; Warning mode; Optimal design

2016-11-21

趙維偉(1989—)，女，工學(xué)學(xué)士，工程師，研究方向?yàn)橹鲃?dòng)安全電控系統(tǒng)。E-mail：zhaoweiwei@rdc.faw.com.cn。

10.19466/j.cnki.1674-1986.2017.03.006

U461.91

A

1674-1986(2017)03-022-03