車道偏離預警系統

車道偏離預警系統是一種通過報警的方式輔助駕駛員減少汽車因車道偏離而發生交通事故的系統。車道偏離預警系統由圖像處理晶片、控制器、感測器等組成。

基本介紹

• 中文名：車道偏離預警系統
• 外文名：Lane departure warning system
• 基本組成：圖像處理晶片、控制器、感測器
• 簡稱：LDWS

研究背景

據交通部統計，約有50%的汽車交通事故是因為汽車偏離正常的行駛車道引起的，究其主要原因主要是駕駛員心神煩亂、注意力不集中或駕駛疲勞。23%的汽車駕駛員一個月內至少在轉向盤上睡著一次；66%的卡車駕駛員自己在駕駛過程中打瞌睡；28%的卡車駕駛員在一個月內有在轉向盤上睡著的經歷。如此驚人的比例足以證明防止車道偏離的重要意義。

根據(美國)聯邦公路局的估計，美國2002年所有致命的交通事故中44%是跟車道偏離有關的，同時車道偏離也被看成車輛側翻事故的主要原因。四個駕駛員中就有一個駕駛員經歷過車道偏離引起的傷亡事故。

工作原理

車道偏離預警系統主要由HUD抬頭顯示器、攝像頭、控制器以及感測器組成，當車道偏離系統開啟時，攝像頭（一般安置在車身側面或後視鏡位置）會時刻採集行駛車道的標識線，通過圖像處理獲得汽車在當前車道中的位置參數，當檢測到汽車偏離車道時，感測器會及時收集車輛數據和駕駛員的操作狀態，之後由控制器發出警報信號，整個過程大約在0.5秒完成，為駕駛者提供更多的反應時間。而如果駕駛者打開轉向燈，正常進行變線行駛，那么車道偏離預警系統不會做出任何提示。

目前，各廠商所配備的車道偏離預警系統均基於視覺（攝像頭）方式採集數據的基礎上研發，但它們在雨雪天氣或能見度不高的路面時，採集車道標識線的準確度會下降。那么為了解決這個難題，聰明的技術工程師開發了紅外線感測器的採集方式，其一般安置在前保險槓兩側，並通過紅外線收集信號來分析路面狀況，即使在惡略環境的路面，也能識別車道標誌線，便於在任何環境的路況下均能及時提醒駕駛員汽車道路偏離狀態。如圖2所示為車道偏離預警系統工作示意圖。

車道偏離預警系統工作示意圖

技術要點

車輛偏離預警系統分為“縱向”和“橫向”車道偏離警告兩個主要功能。縱向車道偏離警告系統主要用於預防那種由於車速太快或方向失控引起的車道偏離碰撞，橫向車道偏離警告系統主要用於預防由於駕駛員注意力不集中以及駕駛員放棄轉向操作而引起的車道偏離碰撞。

當車輛偏離行駛車道時，其可通過警報音、方向盤震動或自動改變轉向給予提醒。

視覺系統的分類

車道偏離預警系統已經商業化使用的產品都是基於視覺的系統，根據攝像頭安裝位置不同，可以將系統分為：

側視系統——攝像頭安裝在車輛側面，斜指向車道；

前視系統——攝像頭安裝在車輛前部，斜指向前方的車道。

無論是側視系統還是前視系統，都由道路和車輛狀態感知、車道偏離評價算法和信號顯示界面三個基本模組組成。系統首先通過狀態感知模組感知道路幾何特徵和車輛的動態參數，然後由車道偏離評價算法對車道偏離的可能性進行評價，必要的時候通過信號顯示界面向駕駛員報警。

預警系統的分類

國外車道偏離預警系統

1.AURORA系統

該系統由美國卡內基梅隆大學機器人學院於1997年開發成功。該系統由帶廣角鏡頭的彩色攝像機、數字轉換器和一個便攜SunSparc工作站等組成。該系統通過安裝在車輛一側的視野大約為1.5m-1.6m區域的俯視彩色攝像機檢測車輛旁邊的車道標識，通過數字轉換器採集攝像機的視頻輸出並在一個便攜SunSparc工作站上進行處理，處理速度為60Hz。

2.AutoVue系統

該系統由前DaimlerChrysler公司和美國的Iteris公司聯合開發。該系統主要由一個安裝在汽車內風窗玻璃後部的攝像機、兩個立體音箱、一個小顯示設備和控制單元等組成。該系統工作原理是通過實時監測本車在當前車道中的位置，計算本車到車道標識線距離，然後與設定的報警距離相比較，判斷是否進行預警。當檢測到將要發生車道偏離時，它將發出一種類似於車輛在隆聲帶上行駛時發出的隆隆作響的聲音來提醒駕駛員修正車輛位置。目前，AutoVue系統已經在歐洲的多種貨車上作為一個選件進行了裝備。

3.Mobileye_AWS系統

該系統由總部設在荷蘭的Mobileye公司研製。該系統利用安裝在前風窗玻璃上的單個攝像機監測車道標識線，測量和監控本車與道路邊界的距離。該系統的車道偏離警告模組通過檢測道路邊界，計算車輛相對於車道的位置和車輛的側向運動，預測車輛將橫越車道標識的時間，當該時間低於設定值時，系統觸發視覺警告和聲音警告，以使駕駛員對不同的危險狀態做出適當的反應而減少意外事故的發生。該系統在有意識的車道偏離、制動和沒有道路標識等情況下能對警告的產生進行了抑制。

4.DSS系統(Driver Support System)

該系統由日本三菱汽車公司於1998年提出，並於1999年秋季套用於模型車上。該系統由一個安裝在汽車後視鏡內的小型CCD攝像機、一些檢測車輛狀態和駕駛員操作行為的感測器以及視覺和聽覺警告裝置組成。該系統利用由CCD攝像機獲得的車輛前方的車道標識線、其他感測器獲得的車輛狀態數據和駕駛員的操作行為等信息，判斷車輛是否已經開始偏離其車道。如有必要，系統將利用視覺警告信息、聽覺警告信息以及振動轉向盤來提醒駕駛員小心駕駛車輛。

國內車道偏離預警系統

1.JLUVA-1系統

該系統由吉林大學智慧型車輛課題組開發。該系統是基於單目視覺的前視系統，主要由車載電源、嵌入式微機、顯示設備、黑白CCD攝像機、數據線、音箱以及圖像採集卡等組成。

系統利用安裝在汽車後視鏡位置處的CCD攝像機採集汽車前方的道路圖像，通過圖像處理獲得汽車在當前車道中位置參數，當一旦檢測到汽車距離自身車道白線過近有可能偏入鄰近車道而且司機並沒有打轉向燈時，該系統就會發出警告信息提醒司機注意糾正這種無意識的車道偏離，從而儘可能地減少車道偏離事故的發生。

2.基於DSP技術的嵌入式車道偏離報警系統

該系統由東南大學開發，是基於單目視覺的前視系統，由模/數轉化及解碼電路模組、緩衝電路模組、媒體處理器DSP電路模組、編碼及數/模轉換電路模組等模組組成。該系統通過車載攝像頭採集被跟蹤車道線的模擬視頻信號，經解碼生成數位訊號碼流緩衝後送到高速媒體處理器DSP的視頻接口，然後再由視頻處理模組對數字視頻信號進行車道特徵值的提取，最後將處理後的視頻信號送編碼及數/模轉換電路輸出顯示。

偏離預警系統發展

車道偏離預警系統的研究主要集中在基於視覺的車道偏離預警系統上。但是，從現有的技術水平來看，影響基於視覺的車道偏離預警系統可靠性的最主要因素是系統套用的天氣條件以及光照變化的影響，這是所有基於視覺系統目前面臨的一個主要難題。目前，研究各種魯棒性強、能適應各種天氣條件、克服光照變化以及陰影條件的影響的車道偏離評價算法是所有基於視覺的車道偏離預警系統的發展趨勢。

基於汽車主動安全發展的趨勢以及國內的一些交通現狀，汽車主動安全電子這一行業逐漸在形成一個獨立的體系，國內很多汽車業內人士多很關注，也在積極地研發中，國內現在只有少部分公司對車道偏離系統的研發比較完善，而且形成了一個獨立的產業，像車道偏離系統的上市意味著中國進入了一個汽車主動安全的新時期。

相關套用

車道偏離預警系統最先套用在卡車上，如圖4所示為卡車上的車道偏離預警系統。

目前車道偏離預警系統在大眾CC、寶馬5系、賓士E級、英菲尼迪M系等車型均已配備。在不同汽車品牌的車道偏離預警系統中，除稱呼不同外，其提醒駕駛員的方式方法都有本質的區別，以 車型為例，其在偏離車道後，會在儀錶盤中亮起預警燈，並在車內發出鳴音來提醒駕駛者，但當遇到雜亂的環境（如開車窗、後方車輛長時間鳴笛），就會有聽不清的提示音，造成安全隱患情。就此問題，一些品牌車型進行了改進，它們的車道偏離預警系統則以方向盤震動的形式警示駕駛員，相比提示音方式更為安全可靠，此外，一些品牌的車型還採用了座椅震動的提醒方式。而還有少數品牌車型則採用自動改變汽車轉向的方式。

現在，車道偏離預警系統（LDWS）已經裝配在了一汽大眾CC上。如圖5所示為配有車道偏離預警系統的大眾CC。當車輛偏離車道時，系統會指令方向盤以3牛米左右的轉矩自動修正方向。但如果偏航角度過大，車道保持系統無法自動糾正偏航，這時這個功能是個提醒，駕駛員在注意到偏航之後可以手動糾正。其實車道偏離預警系統還有一個好處，那就是它糾正了駕駛員併線不打燈的壞習慣。

車道偏離預警最早套用在商用車上

從目前的汽車消費市場來看，消費者不僅僅只關心車型的價格，擁有更舒適更豐富的配置才是他們更想要的，車道偏離預警系統作為主動安全中的先進技術之一，未來有望在各級別車型中得到普及，或許在未來一些低端車型上，都能看到這項技術的身影，對於開車自駕游、出差等，長時間對著單調的高速公路，往往會讓人產生疲勞駕駛，生命就在一念之間。對於駕駛者而言，安全性也是在消費選擇時的一個重要考慮因素。