车道偏离预警系统原理研究及未来技术展望分析

董欣　侯宝杰　李利茹　郑宇

摘 要：车道的偏离是交通事故的重要诱因，因此，利用车道偏离系统来进一步的减少交通事故率具有重要的实践意义，文章从车道偏离系统的工作原理出发，对车道偏离系统的原理进行了分析，对应用进行了阐述，同时，车道偏离系统的未来发展进行了展望，文章的研究对车辆车道偏离系统的技术应用拥有重要的意义。关键词：车道偏离预警;原理;技术展望中图分类号：X931  文献标识码：B  文章编号：1671-7988（2020）08-38-03

Abstract： Lane departure is an important cause of traffic accidents. Therefore， it is of great practical significance to use the lane departure system to further reduce the accident rate. This article analyzes the principle of the lane departure system based on the working principle of the lane departure system The application is described， and the future development of the lane departure system is prospected. The research in this article has important significance for the technical application of the lane departure system.Keywords： Lane departure; Principle; Technology outlookCLC NO.： X931  Document Code： B  Article ID： 1671-7988（2020）08-38-03

引言

车道偏离预警系统，从定义上说，是通过对车辆前方道路进行图像感知，并实时对车道线进行检测，最后通过车道偏离评价算法判断车辆偏离车道程度的系统。该系统作为驾驶辅助系统能在最快的时间给出预警，帮助驾驶员对危险驾驶情况及时作出调整。根据美国相关部门的调查，在交通事故中，大约有40%的事故都是由于车辆偏离原有行驶轨道造成的，因此，研究车道偏离预警系统的原理和应用，对未来车辆行驶安全系数的提升有着重要的意义与价值。

1 车道偏离预警系统原理

如图1所示，为驾驶员根据车道偏离预警系统可以看到的道路预警情况。车载摄像头采集车辆前方的道路画面，该画面经图像处理芯片进行处理，并将结果传输给控制器，控制器通过车道检测结果和车辆当前状态进行判断，当车辆偏离两侧车道线约5%的距离时，车道偏离预警系统会自动启动报警机制。

如图2所示，为卡车的车道偏离预警系统，它分为“纵向”和“横向”车道偏离警告两个主要功能。在车辆的前置摄像头结合处，拥有横向和纵向车道偏离判断的传感器，该传感器是一种视觉传感器，并且非常灵敏。横向的视觉传感器主要用于车道的横向偏离判断，纵向的传感器主要用于判斷因车速太快可能导致的车道偏离碰撞。

其中，LP表示汽车侧向的位置，即车辆的纵轴线与道路中心线的侧向距离，vy表示汽车的侧向速度，通过计算最后半秒内汽车标志线相对汽车移动的距离计算获得时间，其中道路宽度已知且为常量。

2 车道偏离预警系统工作原理

下面对车道偏离预警系统的工作原理进行介绍和分析，该预警系统主要包括摄像头、传感器、控制器及报警器。启动车辆，使车辆正常行驶在既定的车道上，通过车辆前挡风玻璃上安装的摄像头采集车辆正前方的路况图像信息，鉴于系统不稳定造成的噪声和误差，需首先对采集到的图像进行滤波预处理。然后对处理后的图像进行灰度处理、感兴趣区域识别及车道线的检测。最终根据车辆在当前车道的位置参数，判断车辆是否偏离车道，如果车辆未偏离车道，则整个系统进行循环处理采集到的图像流。若车辆偏离了既定的车道，仪表上会亮起指示灯，同时报警器发出报警提示，直至驾驶员纠正车辆行驶方向。需要注意的是，车道偏离预警系统只起到安全警示的作用，不会采取自动操作干预驾驶员，车辆安全行驶的责任仍由驾驶员承担。

3 具体应用

车道偏离预警系统已广泛应用于商用车车型，该系统通过原车 CAN 总线获得原车车速、左右转向灯信号，刹车信号，最终偏离报警的声音提示由蜂鸣器实现。

系统的主要工作及限制条件为：

（1）当车辆因驾驶员疏忽、疲劳等原因被动偏离车道达到一定阈值时，系统能够自动发出偏离警告;

（2）车辆换道打转向灯或踩刹车的情况下能抑制报警;

（3）系统在低速（小于启动车速）情况下处于 standby 状态，不识别车道。

目前系统在能见度大于1km且车道线清晰的路段，车道线识别率大于96%。但是受摄像头成像及道路多样性限制，该系统在如下情况可能出现性能下降：

（1）车道线磨损、或着色不足导致不清晰，此时车道线对比度不足，不能识别;

（2）强光或浅色路面下黄色车道线，此时灰度图像车道线对比度差，不能识别;

（3）白天强烈光照下车道线不清晰;

（4）夜晚来车灯光照射摄像头，车道线不可辨识;

（5）路面存在反光，车道线不可辨识。

对安装有车道偏离预警系统的车辆，首先需要对产品安装高度、摄像头俯仰角、产品离左右轮距、产品离前轴距离等参数进行标定，方可正常使用。

在不同汽车品牌的车道偏离预警系统中，除称呼不同外，其提醒驾驶员的方式方法都有本质的区别，以上述商用车车型为例，其在偏离车道后，会在仪表盘中亮起预警灯，并在车内发出鸣音来提醒驾驶者，但当遇到杂乱的环境（如开车窗、后方车辆长时间鸣笛），就会有听不清的提示音，造成安全隐患情。就此问题，一些品牌车型进行了改进，它们的车道偏离预警系统则以方向盘震动的形式警示驾驶员，相比提示音方式更为安全可靠，此外，一些品牌的车型还采用了座椅震动的提醒方式。而还有少数品牌车型则采用自动改变汽车转向的方式。例如装配在了一汽大众CC上的车道偏离预警系统（LDWS），当车辆偏离车道时，系统会指令方向盘以3牛米左右的转矩自动修正方向。但如果偏航角度过大，车道保持系统无法自动纠正偏航，这时这个功能是个提醒，驾驶员在注意到偏航之后可以手动纠正。其实车道偏离预警系统还有一个好处，那就是它纠正了驾驶员并线不打灯的坏习惯。

从目前的汽车消费市场来看，消费者不仅仅只关心车型的价格，拥有更舒适更丰富的配置才是他们更想要的，车道偏离预警系统作为主动安全中的先进技术之一，未来有望在各级别车型中得到普及，或许在未来一些低端车型上，都能看到这项技术的身影，对于开车自驾游、出差等，长时间对着单调的高速公路，往往会让人产生疲劳驾驶，生命就在一念之间。对于驾驶者而言，安全性也是在消费选择时的一个重要考虑因素。

4 车道偏离预警系统技术展望

尽管车道偏离预警系统已经在众多的汽车上得到了应用，但总体来说，该系统依然有很大的进步和发展空间。目前，该系统应用面临的最大问题就是系统在运行时会受到天气和路况的影响。同时，车辆行驶过程中控制器对车道是否偏离的判断灵敏度也需要进一步的调整，避免过于灵敏或者不够灵敏对车辆安全行驶造成不利影响。

车道偏离预警系统主要是以汽车的主动安全性出发来进行设计的，尽管目前还存在着灵敏度实用性不足、受外在条件影响大等部分的问题，但不可否认的是，车道偏离预警系统的上市意味着全球进入了一个汽车主动安全的新时期。

5 总结与展望

车道偏离预警系统目前已经应用在了很多汽车上，根据车辆电器功能的发展历史来看，通过利用车道偏離预警系统可以进一步地减少交通事故，大大提高了驾驶员的行驶安全系数。本文从车道偏离预警系统的产生背景出发，对车道偏离预警系统的原理、标定、运用及未来发展前景等方面进行了分析研究，通过研究结果可以让更多的使用者直观清晰地了解车道偏离预警系统的作用与价值。

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