10.16638/jki.1671-7988.2016.08.054
褚永强，何少斌
（安徽江淮汽车股份有限公司，安徽合肥230601）
摘要：车道偏离报警系统（Lane Departure Warning Systems）简称LDWS，提供智能的车道偏离预警，当司机驾驶的车辆在无意识的情况下偏离车道后，系统可通过声音信号、光信号、触觉信号来传递给驾驶员，提醒驾驶员注意前方道路，大大减少了因车道偏离造成的碰撞事故。文章介绍了一种卡车LDWS系统的技术方案研究，技术方案中包括系统基本原理、系统功能的介绍、系统架构、系统的零部件组成以及人机交互的显示方案。
关键词：LDWS；系统功能；人机交互
中图分类号：U469 文献标识码：A 文章编号：1671-7988(2016)08-166-04
Lane Departure Warning Systems design for truck
Chu Yongqiang, He Shaobin
（Anhui Jianghuai Automotive Co., Ltd., Anhui Hefei 230601）
Abstract: 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.
Keywords: LDWS; Functional; HMI
CLC NO.: U469 Document Code: A Article ID: 1671-7988(2016)08-166-04
概述
专家指出，高速公路上约有50%的汽车事故是偏离正常行驶的车道引起的，究其原因主要是驾驶员心神烦乱、注意力不集中或疲劳驾驶。车道偏离报警系统（Lane Departure Warning Systems）简称LDWS，提供智能的车道偏离预警，在偏离车道后发出报警，为驾驶员提供更多的反应时间，大大减少了因车道偏离造成的碰撞事故。这是继安全带、安全汽囊后在汽车内安装的又一项安全装置。
车道偏离报警系统可识别车辆何时偏离车道，并通过声音信号、光信号、触觉信号来传递给驾驶员，提醒驾驶员注意前方道路。目前可实现此功能的技术路线：
（1）基于道路基础构造系统：
基于道路基础构造的车道偏离警告系统，检测车辆横向位置，需要对现有道路进行改造。
最典型的道路改造方式就是使用埋在道路下的铁磁体标记（通常为磁铁或电线）。车辆传感器检测这些铁磁信号，利用信号的强度计算车辆在车道中的横向位置。这种方法对车辆横向位置的估计精度能达到几个厘米，但这种方法最大的缺陷是道路改造耗资巨大。
（2）基于车辆的前视系统[1]：
该类系统主要是利用机器视觉或红外传感器检测车道标识的位置，基于车辆的前视系统优势在于可以利用现有的道路信息。其不利因素就是用来定位车辆横向位置的一些图像特征点可能被其他车辆或行人干扰。
前视系统，由道路和车辆状态感知、车道偏离评价算法
汽车电子
作者简介：褚永强（1990.5-），男，电器设计工程师，就职于安徽江淮汽车股份有限公司，从事驾驶技术辅助系统，ADAS。
汽车实用技术
167 2016年第8期
和信号显示界面三个基本模块组成。系统首先通过状态感知模块感知道路几何特征和车辆的动态参数，然后由车道偏离评价算法对车道偏离的可能性进行评价，必要的时候通过信号显示界面向驾驶员报警。
目前主要运用的车道偏离报警系统都是基于视觉的车辆系统，本文的设计方案就是基于视觉的前视系统设计的车道偏离报警系统。
1、基本原理及系统功能介绍
1.1 基本原理
图1 基本原理图
系统使用安装在前挡风玻璃上的的摄像头，采集道路中的车道标识线图像信息，并通过前期大量的路试试验采集到的道路车道线信息作为参照和判断的依据，经过ECU合适的转换确定出自身车辆在车道中的位置和方向信息，然后根据当前的速度、以及偏离车道线的距离，通过计算与软件内假定的预警模型来确定在当前状态下是否有必要进行报警[2]。
1.2 系统功能介绍
图2 车道线检测简图
LDWS系统通过安装前挡风玻璃内侧的摄像头监控前方道路，夜间监控大灯光束内的道路。监控录像被发送至中央控制单元，在那里进行分析。系统会识别出车道标记线，并持续跟踪观察标记线的位置，系统能实现以下功能：（1）如果探测到车辆在无意识情况下即将要偏离标记线，系统会通过仪表内指示灯、声音信号向司机发出警告，同时仪表上公共显示屏幕内也会显示出车辆偏离的方向，提醒司机及时校正车辆方向；
（2）车辆偏离车道，时如果驾驶者打开转向灯，正常进行变线行驶，那么系统不会做出任何提示；而如果驾驶者既没有打开转向灯，也没有主动减速、转动方向盘，那么系统就会使用视觉、听觉来提醒驾驶者潜在的危险，但提醒不会直接影响到车辆的行驶状态；
（3）根据车速的不同，报警提醒的时间也不同，当车速较高时会系统会提前发出警告，让驾驶员有足够的时间来校正方向；
（4）车道偏离报警系统在车辆每次上电后自动开启，它主要用于高速公路或者郊外的公路行驶，当车速达到或超过60km/h时才被激活；
（5）为了排除不必要的干扰，当车辆在市内以低于上述规定的速度行驶时，系统不进行报警，同时可以使用安装在仪表台上的指示开关进行关闭。
2、LDWS系统架构及零部件构成
2.1 系统架构
图3 系统架构及通讯方式
系统采用基于J1939的总线协议通讯方式，系统可通过CAN网络上获取车速、转向灯信号、雨刮信号、倒档等信号，同时LDWS通过CAN网络将报警信号发送给仪表，仪表根据CAN网络信号就会使用视觉、听觉方式来提醒驾驶者潜在的危险。
2.2 系统零部件构成
2.2.1 摄像头及控制器总成
图4 摄像头及控制器总成简图
表1 摄像头及控制器总成关键参数
参数数值
视角42°（水平）；27°（垂直）
有效像素752Hｘ480V
探测范围最远90m
车辆速度限制最大260km/h
图像更新速率13.7Hz
图像处理速率7.4Hz～13.5Hz
功率 3.5W
重量74g
外形尺寸X:33mm；Y:85mm；Z:117mm
褚永强等：一种卡车车道偏离报警系统的设计应用168 2016年第8期
系统将前视摄像头和控制器集成在一起，摄像头具有752Hｘ480V有效像素，水平视角最远探测距离能达到90m，表1是摄像头及控制器总成的主要性能参数。
2.2.2 摄像头固定底座
图5 摄像头固定底座支架简图
摄像头固定底座通过3M胶粘贴在前挡风玻璃处，然后可将摄像头嵌入底座内通过卡扣结构进行固定，另摄像头与固定底座之间有通风结构（用来除镜头和玻璃上的霜、雾），摄像头及固定底座安装位置应满足以下要求：
①安装在挡风玻璃内侧，严禁安装在任何部件的阴影区域内或者连续的交叉阴影区内；
②安装在雨刮刮水良好的区域（距离雨刮刮刷边缘的距离不得小于30mm），且只允许一个雨刮扫过摄像头图像采集区域；
③安装在尽可能低的位置，从照相机到照相机视野最低位置与路面的交叉线之间的距离必须小于9m；
④照相机的倾斜角度（视线轴）应当低于水平平面，且角度要≤9.5°；
⑤与车辆中心线的侧向偏差应尽可能的小（<10 cm）为的是避免前方区域出现监测盲区；
⑥确保摄像头周围有152mm的空间用于安装和拆卸摄像头。
图6 摄像头安装位置要求
2.2.3 系统开关
图7 系统开关
系统在中控开关处布置LDWS系统开关，可以根据司机需求选择是否关闭系统。
3、车道线的识别
LDW功能可适应于包括中国、爱尔兰、希腊、瑞士、葡萄牙、挪威、法国高速公路、法国非高速公路、比利时、英国高速公路、英国的分隔式车道等不同国家道路设计标准的道路。
LDW可识别下图中标识出的所有类型的车道标记：
图8 车道标记示意图
4、报警策略与控制逻辑
图9 报警策略简图
图10 控制逻辑图
汽车实用技术
169 2016年第8期
系统采集道路中的车道标识线图像信息，经过ECU 合适
的转换确定出自身车辆在车道中的位置和方向信息，然后根据当前的速度、以及偏离车道线的距离，通过计算与软件内假定的预警模型来确定在当前状态下是否有必要进行报警，根据车速的不同，报警提醒的时间也不同，当车速较高时会系统会提前发出警告，让驾驶员有足够的时间来校正方向。
5、人机交互及报警、显示方案
系统通过仪表内指示灯、LCD 屏显示以及仪表内蜂鸣器进行报警来提示司机。
图11 组合仪表中报警指示灯及显示效果图
5.1 报警类型
系统使用仪表内指示灯
（黄灯）、LCD 屏幕
、蜂
鸣器进行报警，系统自检、系统故障、系统报警的状态可通过指示灯状态进行辨别，当车辆在无意识偏离车道线时，LCD 屏上左
侧（或右
侧）车道线亮起，同时蜂鸣器进行报
警。
5.2 报警逻辑表
表2 系统报警方案逻辑表
江淮汽车
5.3 报警时间定义
当车辆偏离车道线时，为了能够给司机提供易于辨别的报警时间，报警时间应选取最短时间（1s ）和最长时间（3s ），报警示例见下图：
图12 报警时间示例图
6、总结
本文阐述了LDW 系统的基本原理、系统功能、系统构架、
控制逻辑和布置要求等，该设计方案可有效实现LDWS 功能，并且设计方案能满足ISO 17361、ECE R130等LDWS 相关法规要求。LDWS 系统在车辆上电后自动开启，司机不需要任何多余操作，后台实时用运行检测车辆在车道线中行驶状态，系统简单、方便，为司机提供安全报警的同时，也能培养司机良好的驾驶习惯，相信随着汽车电子的发展，LDWS 系统会广泛的应用在车辆上。
参考文献
[1] 吕柯岩，朱名，杨迪.单目视觉车道偏离预警系统的开发[J].计数机
应用，2012.32（S2）：196-198.
[2] 王荣本，余天洪，郭烈.基于机器视觉的车道偏离预警系统研究
综述[J].北京：汽车工程，2005,27（4）：463-466.
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