自駕車(chē)：車(chē)道保持系統(tǒng)工作原理及實(shí)例介紹

車(chē)輛安全駕駛技術(shù)有兩個(gè)關(guān)鍵點(diǎn)，一是保障本車(chē)不與前車(chē)碰撞，二是保障本車(chē)在自己的車(chē)道上行駛，不偏離到其他車(chē)道上。當(dāng)然還有其他安全駕駛技術(shù)，但根據(jù)權(quán)威統(tǒng)計(jì)，這兩點(diǎn)技術(shù)如果能做到位，發(fā)生安全事故的概率會(huì)明顯變小。資源是有限的，要絕對(duì)杜絕安全事故的發(fā)生，需要花費(fèi)巨額的資金進(jìn)行產(chǎn)品研發(fā)。這里介紹車(chē)道保持系統(tǒng)工作原理及實(shí)例。

一、車(chē)道保持系統(tǒng)的基本功能

車(chē)道保持系統(tǒng)用于幫助司機(jī)使車(chē)輛一直保持在規(guī)定的某個(gè)車(chē)道上行駛，車(chē)輛不偏離車(chē)道（見(jiàn)圖1）。

圖1 車(chē)道保持系統(tǒng)的基本功能示意圖

如果車(chē)輛行駛偏離自己的車(chē)道，車(chē)道保持系統(tǒng)會(huì)讓轉(zhuǎn)向系統(tǒng)自動(dòng)糾偏。

二、車(chē)道線識(shí)別的基本原理

在前車(chē)窗內(nèi)側(cè)的上方，安裝一個(gè)攝像頭（見(jiàn)圖2）。攝像頭能看清車(chē)道線，形成清晰的圖像。在計(jì)算機(jī)的幫助下，通過(guò)一定算法，判斷出車(chē)輛是否在規(guī)定車(chē)道內(nèi) 。如果偏離車(chē)道（左右偏離），計(jì)算機(jī)會(huì)給出報(bào)警信號(hào)和糾偏指令。攝像頭成像（這是傳統(tǒng)技術(shù)）是基本要求，對(duì)圖像掃描后，形成數(shù)字信號(hào)，這是比較關(guān)鍵的技術(shù)，接下來(lái)關(guān)鍵的是計(jì)算機(jī)芯片（處理器）的計(jì)算速度和存儲(chǔ)器容量大小。

圖2 車(chē)道線識(shí)別原理示意圖

通俗的講，攝像頭要滿足車(chē)用要求，車(chē)輛是高速運(yùn)動(dòng)的，攝像頭拍的照片要清晰，計(jì)算機(jī)芯片（處理器）也必須是專(zhuān)業(yè)級(jí)。

注意：道路上要?jiǎng)澐殖鲕?chē)道是基礎(chǔ)，其車(chē)道線清晰度的要求，符合國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)ISO 17361和GB/T26773-2011。

圖3 國(guó)家符合標(biāo)準(zhǔn)的車(chē)道圖

三、車(chē)道保持系統(tǒng)工作原理

車(chē)道保持系統(tǒng)基本結(jié)構(gòu)分為：識(shí)別、分析、決策系統(tǒng)和控制執(zhí)行系統(tǒng)。

1）識(shí)別、分析、決策系統(tǒng)

通過(guò)攝像頭的畫(huà)面的處理，得出當(dāng)前車(chē)輛相對(duì)車(chē)道線的位置，偏離的方向和速度，當(dāng)車(chē)輛靠近識(shí)別出的邊界線且要駛離該車(chē)道時(shí)，系統(tǒng)會(huì)通過(guò)聲音和圖像對(duì)司機(jī)進(jìn)行提醒。其控制策略：

Ⅰ）如果車(chē)輛壓過(guò)車(chē)道邊界線之前，操縱了轉(zhuǎn)向撥桿（轉(zhuǎn)向燈亮了），那么就不會(huì)出現(xiàn)警告信號(hào)。這時(shí)該系統(tǒng)認(rèn)為，是司機(jī)的正常車(chē)道變換駕駛。

Ⅱ）在車(chē)輛靠近車(chē)道邊界線，系統(tǒng)會(huì)出現(xiàn)一次警告信號(hào);

Ⅲ）在第一次警告出現(xiàn)后，車(chē)輛前輪遠(yuǎn)離對(duì)應(yīng)的車(chē)道邊界線，隨后后輪也靠近邊界線時(shí)，系統(tǒng)會(huì)就發(fā)出第二次警報(bào)。這樣，就可防止車(chē)輛在與車(chē)道邊界線平行行駛時(shí)持續(xù)出現(xiàn)這種警告。

Ⅳ）系統(tǒng)在發(fā)出告警信號(hào)的同時(shí)，發(fā)出輔助控制（糾偏）命令是有前提條件的，即駕駛員沒(méi)有打轉(zhuǎn)向燈并且沒(méi)有操作方向盤(pán)的情況下，車(chē)輛發(fā)生了車(chē)道偏離且車(chē)輛速度達(dá)到一定規(guī)定（乘用車(chē)一般約定為65公里/小時(shí)）時(shí)。

注意：如果駕駛員在操作方向盤(pán)，則系統(tǒng)認(rèn)為駕駛員是正常、有意圖的駕駛行為，系統(tǒng)不會(huì)對(duì)轉(zhuǎn)向系統(tǒng)予以進(jìn)行控制。

2）控制執(zhí)行系統(tǒng)

接到?jīng)Q策系統(tǒng)的輔助控制命令時(shí)，由ESP系統(tǒng)或電機(jī)輸出轉(zhuǎn)向助力，使得車(chē)輛保持在道路內(nèi)行駛?？刂茍?zhí)行系統(tǒng)邏輯示意圖見(jiàn)圖4。

圖4 控制執(zhí)行系統(tǒng)邏輯示意圖

注意：轉(zhuǎn)向助力的大小和時(shí)長(zhǎng)，由車(chē)道半徑、車(chē)速、偏離方向、偏離速度等參數(shù)（由不同傳感器給出，由計(jì)算機(jī)計(jì)算出來(lái)）控制執(zhí)行系統(tǒng)的電控轉(zhuǎn)向機(jī)構(gòu)原理見(jiàn)圖5。這是一個(gè)負(fù)反饋平衡系統(tǒng)。

圖5 電控轉(zhuǎn)向機(jī)構(gòu)原理

①三個(gè)原件：步進(jìn)電機(jī)、轉(zhuǎn)矩傳感器、電機(jī)控制器。外加電源線和信號(hào)和控制線纜。

②控制策略：

a）車(chē)道保持系統(tǒng)是用于高速公路和路況良好的普通公路的，因此該系統(tǒng)只有在車(chē)速超過(guò)約65 km/h時(shí)才開(kāi)始工作。（如果用戶有要求，按用戶設(shè)定，比如公交公司最高限速是50公里）。

b）如果車(chē)道被雪覆蓋著、道路過(guò)窄或者道路邊界線不清晰的情況下，車(chē)道保持系統(tǒng)會(huì)自動(dòng)關(guān)閉。

說(shuō)明：

①車(chē)道保持輔助系統(tǒng)屬于智能駕駛輔助系統(tǒng)的一種，它是在車(chē)道偏離預(yù)警系統(tǒng)（LDWS）的基礎(chǔ)上對(duì)轉(zhuǎn)向控制協(xié)調(diào)裝置進(jìn)行控制。在換道前，必須打轉(zhuǎn)向燈。

②車(chē)輛速度低時(shí)，車(chē)道保持輔助系統(tǒng)不工作。

③如果是園區(qū)（碼頭）、企業(yè)物流車(chē)輛，再另外設(shè)置參數(shù)即可。