赵维伟，耿瑞东，陈曦

(中国第一汽车股份有限公司技术中心汽车电子部，吉林长春 130011)

一种商用车车道偏离预警系统报警方案优化设计

赵维伟，耿瑞东，陈曦

(中国第一汽车股份有限公司技术中心汽车电子部，吉林长春 130011)

随着车辆主动安全系统匹配率的升高，人们对商用车领域车道偏离预警(LDW)系统的警示效果提出了更高的要求。针对国内商用车使用工况差、环境嘈杂等特点，采用先进的电子电气架构理念，合理利用现有整车资源，对LDW系统报警方式进行优化设计，以提高报警有效性。

商用车；车道偏离预警；报警方案；优化设计

0 引言

车道偏离预警(Lane Departure Warning,LDW)系统在高速工况下，检测车辆前方车道线，通过驾驶行为判断驾驶员为无意识偏离车道时，利用声、光等报警方式提示驾驶员按照车道线行驶。长时间处于高速工况下的商用车驾驶员极易疲劳驾驶，从而出现困顿状态下的无意识偏离车道，与相邻车道内车辆存在碰撞风险，可见，该功能对降低商用车交通事故具有较大作用。自2013年起欧盟法规要求新出厂的欧盟范围内商用车必须具备该功能，率先从法律角度推动了该技术的发展。

随着整车配备率的提高，商用车LDW系统的报警有效性问题日益突出。对于常规LDW系统的声、光两种报警方式，能够对困顿状态的驾驶员提供更有效的报警方式为声音报警。但由于国内商用车应用工况多为山区、矿区，环境嘈杂，更有收音机等娱乐系统进行干扰，LDW报警音效果大大削弱；加之常规的声音报警由较为封闭的仪表台内的蜂鸣器提供，可达人耳处的报警音被仪表台封闭空间衰减。

文中以降低商用车环境噪声干扰、提高人耳处报警音为出发点，优化商用车LDW系统报警方案，提高系统有效性。

1 LDW系统简介

LDW功能主要通过安装于前风窗玻璃的摄像头实现。车道偏离预警系统主要由图像采集单元、中央处理单元、车辆状态

传感器及人机交互界面组成，见图1。利用传感器进行图像识别，经中央处理器图像处理后，分析本车与车道线的相对位置关系，结合当前车速状态，通过人机交互界面进行报警。当检测到本车距离当前车道边界过近有可能偏入相邻车道时，且驾驶员为无意识(未打转向灯)偏离车道时，通过人机交互界面发出报警，从而提示驾驶员注意纠正方向盘，及时回到当前车道，降低事故发生的可能性，提高行车安全。

图1 LDW功能结构示意图

2 LDW系统的功能模型

LDW系统为实质性降低由于无意识偏离车道发生的碰撞事故，需结合驾驶员驾驶行为，通过车辆中心线与车道线之间的距离、车辆横向加速度计算车辆压线的时间TLC(Time to Lane Crossing)，在TLC小于设定值时，提供报警，提示驾驶员按照车道线内行驶。

TLC模型是LDW控制应用中最广泛的一种，能够尽可能早地判断车辆偏离车道的风险。假设车辆的行进方向不变，如图2所示，Blane为车道宽度，Bcar为车辆宽度，v为车辆行驶速度，其运动模型方程为：

y(L)=y0+sinθ·L

(1)

式中：L为车辆目前已经行驶的距离；θ为车辆行驶方向相对于车道线的夹角；y0为车辆前进过程中相对于车辆中心线的横向偏移距离；y(L)为车辆已经行驶距离L时，总的横向偏移量。通过距离的横向偏移量和横向偏移车速，计算得到偏离车道时间TLC，作为车道偏移的报警门限依据。

图2 TLC模型示意图

3 LDW系统报警方案

3.1 LDW报警条件

为协助驾驶员保证行车安全，同时避免报警过于频繁对驾驶员造成干扰，LDW系统仅对驾驶员无意识偏离车道的行为进行报警，对于驾驶员的主动变道行为不进行报警。关于“无意识”状态的判断，主要基于对驾驶行为的分析，其主要依据为驾驶员是否大幅度转动方向盘、开启转向灯或踩下制动踏板等主动操纵车辆的动作。

为了突出以人为本的原则，保证驾驶员对车辆的优先控制权，将驾驶员对车辆的主动控制作为LDW系统报警退出条件，避免对驾驶员主动驾驶行为造成干扰。基于上述原则，对LDW系统报警进入退出条件进行详细设计，主要包括如下内容。

LDW系统的报警进入条件：

(1)转向灯未开启；

(2)制动踏板未踩下；

(3)车速高于报警门限值；

(4)方向盘转角变化率低于门限值；

(5)偏航角变化率低于门限值。

LDW系统的报警退出条件：

(1)驾驶员打转向灯；

(2)驾驶员踩下制动踏板；

(3)车速低于报警门限值；

(4)方向盘转角变化率大于门限值；

(5)偏航角变化率大于门限值。

3.2 LDW报警方案优化

LDW系统报警方式主要是声、光报警，其中声音报警是最直接、有效的报警方式，能够在驾驶员困倦时，对驾驶员有警醒作用；图标报警主要用来指示和区分车道偏离的方向。通常，系统报警的实现方式主要由仪表独立完成，具体方案如图3所示。

图3 LDW报警方案示意图

摄像头将车辆前方路面图像信息发送给LDW控制器，LDW对图像进行处理，并对提取的车道线及车辆位置进行分析，按照公式(1)进行TLC计算；TLC达到报警门限时，LDW将报警需求发送给仪表，由仪表完成自身指示灯和扬声器的驱动，完成图标和声音报警。

上述方案简单易行，但对于商用车而言，由于其工作环境相对嘈杂、仪表台相对封闭，报警声被大幅度削减，不能有效到达人耳处。

为解决上述问题，提出了针对商用车的优化报警方案，将LDW的报警声音改由车载终端输出，取代了原有的仪表单独实现的报警方案。

当接到LDW报警信息时，车载终端驱动驾驶室内的扬声器报警，提高了人耳处声音报警的音量，避免了仪表蜂鸣器报警音量小的缺点；另外，能够通过分别驱动左侧(或右侧)扬声器，对左侧(或右侧)偏离车道进行有效区分；车载终端在驱动扬声器的同时，将收音机等娱乐系统静音，降低环境干扰，从而使得报警有效性得到了显著提高。详细处理方案如图4所示。

图4 商用车LDW报警优化方案示意图

4 结论

在法规的驱使下，商用车车道偏离预警系统逐步进入了飞速发展的阶段，为车辆的行车安全提供了有力支持，同时对智能车的发展奠定了基础。通过此次研究，对车道偏离预警系统有更为全面的了解，同时，设计了一种适用于商用车的车道偏离预警系统的报警方案，提高了报警的有效性。

【1】赵一兵.汽车安全辅助驾驶技术[M].北京：北京大学出版社,2014.

【2】郑安文，郭健忠.汽车安全概论[M].北京：北京大学出版社,2015.

【3】席军强.车辆信息技术[M].北京：北京理工大学出版社,2013.

【4】唐荣芳，龙志军.汽车底盘电控技术[M].北京：化学工业出版社,2010.

【5】东华.车道偏离预警系统[J].电子产品世界，2005(13):71-72. DONG H.Lane Departure Warning System[J].Electronic Engineering & Product World,2005(13):71-72.

【6】董因平.高速汽车车道偏离预警系统研究[J].长春理工大学学报,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

赵维伟(1989—)，女，工学学士，工程师，研究方向为主动安全电控系统。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