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六大车道偏离警告系统(LDW)

焉知焉知·焉能不知


根据美国公路交通安全管理局的定义,车道偏离预警系统只是在车辆发生偏离时以报警的方式提醒驾驶员,以使驾驶员及时作出反应的安全系统;车道偏离预警本身不会主动干预车辆的运动轨迹,来防止因车道偏离可能引发的碰撞事故。

在基于汽车的车道偏离预警系统中,LDW系统主要是利用机器视觉或红外传感器来检测车道标识的位置。而按照传感器的安装方式又可分为俯视系统和前视系统。 

前视系统可以利用更多的道路信息,在没有道路标识的道路上也可以使用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

这种系统目前应用较为广泛,其中具有代表性的有:AutoVue系统、AWSTM系统、DSS系统、ALVINN系统和SCARF系统等。

(1)AutoVue系统:

由德国的DaimlerChrysler(戴姆勒-克莱斯勒集团公司)公司和美国的Iteris(艾特锐视公司)公司联合开发,2000年6月首次实际应用。目前,AutoVue系统已经在欧洲的多种货车上作为一个选件进行了装备,美国正大力推广该系统,以减少车辆车道偏离事故的发生。

戴姆勒-克莱斯勒集团公司成立于1998年,是由原德国戴姆勒-奔驰汽车公司与美国克莱斯勒汽车公司合并而成。强强联手让戴姆勒-克莱斯勒集团公司一跃成为当时世界上第二大汽车生产商,而2007年,友谊的小船说翻就翻,戴姆勒-奔驰与克莱斯勒再次分手。Iteris公司是1987年在美国特拉华州成立的。该公司结合其独特的知识产权、产品、几十年的交通管理经验和信息技术,为全球范围内的客户提供广泛的智能交通系统(“ITS”)解决方案。iteris公司是最早研制LDW系统的几家公司之一。它和戴姆勒-克莱斯勒公司联合开发的autovue系统是一套可自行安装的LDW系统套件,包括接线束、喇叭、开关、连接器和电缆等零件。

AutoVue系统结构紧凑,主要由一个安装在汽车内挡风玻璃后部的摄像机、道路标识线识别跟踪软件、2个立体音箱,1个小显示设备和控制单元等组成。摄像头斜指向前方的车道。AutoVue系统通过摄像机实时监测本车在当前车道中的位置,计算本车到车道标识线的距离。然后与设定的报警距离相比较,判断是否进行预警。当检测到将要发生车道偏离时,它将发出一种类似于车辆在隆声带上行驶时发出的隆隆作响的声音来提醒驾驶员修正车辆位置。

AutoVue系统环境适应性较强,在多数气候条件下能够有效工作。目前,欧洲的多种货车已将该系统作为一个选件进行装备,同时正在美国进行大力推广,从而减少车道偏离事故的发生。据说AutoVue一般情况下三小时内就可安装完毕。使用还是比较方便的。该系统适用于北美使用的8类载重汽车。同时,欧洲三大制造商evobus gmhh、mercedes-benz omni busse以及man busse亦已认同了这个产品。

(2)ALVINN系统和SCARF系统: 

这两种LDW系统都是由美国卡内基梅隆大学机器人学院NavLab实验室和视觉与自动化系统研究中心(VASC)联合开发的。

ALVINN系统利用神经网络从训练数据中学习正确的行为。该系统利用机器学习方法,训练车载电脑控制的车辆,使其在各种类型的道路上正确行驶。目前,ALVINN系统已经能利用它学会的策略独自在高速公路的其他车辆之间行驰,并以70英里的时速行驶了90英里。获得了初步的成功。该系统堪称神经网络应用的典范。

SCARF系统将图像中的像素点基于它们各自的颜色,聚类为道路类和非道路类,在基于假设道路在图像中表现为梯形的条件下,利用Hough变换寻找最佳的道路位置。不过,由于该系统仅仅寻找道路像素组成的梯形区域,因此不能用于多车道行车以及避障操作。

(3)AWSTM系统:

AWS系统是以色列Mobileye公司研究开发的汽车车道偏离预警系统LDW。

Mobileye公司 创立于1999年,由以色列著名计算机视觉科学家 Ziv Aviram 和耶路撒冷希伯来大学(Hebrew University of Jerusalem)计算机科学系教授阿姆农·沙书亚(Amnon Shashua)等联合创办。2014年8月1日在纽交所首次公开发行股票,市值超过80亿美元。

Mobileye的创办人之一Amnon Shashua教授,是电脑人工智能的国际权威,专门研究计算机视觉(Computer Vision),即研究用摄影机和电脑代替人眼对目标进行识别、跟踪和测量等机器视觉,并进一步做图形处理,使电脑处理成为更适合人眼观察或传送给仪器检测的图像。    

Mobileye公司自创立以来,拥有太多的技术优势。比如在计算机图片的标注历史数据,算法的积累等方面独树一帜。甚至研发了自己的芯片。当然研发芯片是有其历史背景的。这些经验并不是其他公司短时间可以超越的。

Mobileye公司的使命是开发和推广一个视觉系统,以协助驾驶者在驾驶过程中保障乘客安全和减少交通事故。Mobileye公司在以色列建有研发中心,在美国、塞浦路斯、中国、德国和日本设有分支机构。Mobileye公司的汽车合作厂家包括奥迪、宝马、雪铁龙、福特、通用、本田、现代、捷豹、陆虎、尼桑、欧宝、雷诺、丰田和沃尔沃等一共17家汽车品牌。其在汽车电子领域的技术实力可见一斑,堪称大牛公司。

Mobileye公司开发的AWSTM系统,利用安装在前挡风玻璃上的单个摄像头,监测车道标识线以及测量和监控本车与道路边界的距离。AWS系统使用单眼图像处理器来检测不同的车道标识,测量汽车相对于标志线的位置。它的特点是能检测各类标志线,实线的、虚线的、箱式的和猫眼的。在没有车道标识的情况下,该系统能利用道路边界线如道路边缘和路沿等,来进行车道偏离警告。

AWS系统的车道偏离警告模块,通过检测道路边界,计算汽车相对于车道的位置和汽车的侧向运动,来预测汽车将横越车道标识的时间。当该时间低于设定的阈值时,AWS系统将触发视觉警告和声音警告,以使驾驶者对不同的危险状态做出适当的反应,从而减少意外事故的发生。系统拟合横向距离、斜率和曲率三个道路模型参数,以提高报警的可靠性。

AWS系统采用的警告阈值能适应不同的驾驶风格。这类车道偏离预警系统在有意识的车道偏离、制动以及没有道路标识等情况下,对警告的产生进行了抑制。同时也适当考虑了驾驶者的个人驾驶行为。该系统还可在雨天和夜晚下工作

(4)DSS系统:

其英文为:Driver Support System,简称为DSS.原意为:驾驶辅助系统。DSS系统是日本三菱汽车公司于1998年提出设计和开发的,并于1999年秋季应用于模型车上。DSS系统是利用角度传感器和加速度传感器获得的汽车行驶状态,结合驾驶者行为习惯,来实现偏离预警的。

三菱汽车(Mitsubishi Motors),是日本的一家跨国汽车制造商,总部在东京港区,是1970年从三菱重工的自动车制造部门独立出来的。从产量上来看,在2009年是第五大日本汽车制造业者,全球排名第十五大汽车制造业者,生产私家车及轻型商用车辆,隶属于三菱集团旗下企业。

日本三菱汽车以三枚菱形钻石为标志,正为突显其蕴含在雅致的单纯性中的深邃灿烂光华-菱钻式的造车艺术。日本三菱汽车的母公司三菱重工,是日本最大的军工生产企业。三菱重工生产的装备,如F-2和F-15J型战斗机,以及90式坦克,在航空自卫队和陆上自卫队中都起到了核心作用。在海上自卫队的装备中,三菱重工建造了几乎一半的潜艇,和三分之一的驱逐舰。其在日本军工行业的地位可见一斑。

DSS系统由1个小型的CCD摄像机、速度传感器以及视觉和指示器及警报蜂鸣器等听觉警告装置组成。DSS系统利用装在后视镜内的CCD摄像头,通过图像处理方式识别车道线,并进行车道曲率半径、横向偏移量和横摆角的计算。使用横摆角速度传感器检测车辆的横摆角速度,并通过控制器来计算当前车辆的实际行驶轨迹和预期行驶轨迹的偏差,确定本车与车道线的相对距离和速度。进而判断汽车是否已经开始偏离其车道。DSS系统计算预期的跨道时间,以此判断是否应该发出警报。在需要发出预警时,DSS系统将利用视觉警告信息和听觉警告信息,以及震动转向盘等多种途径,来提醒驾驶者此时应小心驾驶汽车,避免事故的发生。

DSS系统的特别之处,是系统将产生一个促使车辆回到自身车道中央的转向力矩,来帮助驾驶者采取正确的驾驶行为。当然,该力矩不会干涉驾驶者自己施加的转向力矩,保证驾驶者对车辆的完全控制。

(5)英菲尼迪(infiniti)公司研制的LDW系统,由安装在前挡风玻璃上的小型摄像头,速度传感器、指示器和声响报警器等部分组成。   

英菲尼迪(Infiniti)是日产汽车公司旗下的豪华车品牌,于1989年诞生于北美地区。凭借独特前卫的设计、出色的产品性能和贴心的客户服务,英菲尼迪迅速成为全球豪华汽车市场中最重要的品牌之一。

在很长一段时间,国内媒体一直将“Infiniti”译作“无限”。直到它正式登陆中国后,官方发现“无限”的品牌名称已被抢注,才改名为“英菲尼迪”(音译)。

英菲尼迪的商标是一个椭圆圆环,中间有两条向中心汇集的直线代表通往巅峰的道路,它的含义是一条笔直的道路直通向广袤无垠的大地,寓意是“无限地积极向前发展,追求客户至上”。椭圆曲线代表无限扩张之意,也象征着“全世界”。

1889年英菲尼迪部门成立后,便率先向北美市场推出一款四门豪华轿车,名为Q45。之所以以“Q”开头,据说源自“Q-car”这个词,它是指一种外表低调但性能优越的车,这也暗示了英菲尼迪的定位——低调的运动奢华。英菲尼迪的安全标准是世界最高标准,其安全设计也是世界领先的,其车道偏离预警系统LDW是其安全设计中的重要一环。

英菲尼迪的车道偏离预警系统LDW是日常行车,尤其是夜晚驾驶必不可少的好帮手。其LDW系统只有在汽车偏离车道线时才会启动该系统通过安装在车内后视镜上的光学摄像头,感知汽车所处道路上的车道线,获取路面信息。当汽车向车道标志线偏离的时候,LDW系统会发出提示音,仪表盘也会有指示灯产生闪烁,以唤醒驾驶者的注意。如果此时驾驶者依然没有做出正确的反应,车道偏离修正系统(LDP)便会介入,通过对车辆内侧车轮施以制动,使车辆离开车道标记线,将车辆拉回正常行驶的车道。不过,车轮扭转超过2°以上,车道偏离预警系统(LDW)就会处于关闭,不会对正常的车道变更产生干扰,这十分有助于长途驾驶及夜间行车。

2007年,英菲尼迪第一次大张旗鼓进入中国市场。2010年,英菲尼迪的越野车旗舰车型QX系列、运动豪华车型M系列登陆中国市场。英菲尼迪因此成为第一家将旗下全系车型带到中国的日系豪华品牌。   

(6)STAR系统:

STAR系统是由日本丰田公司设计开发的汽车车道偏离预警系统LDW。

TOYOTA标志发布于1989年10月,正值TOYOTA公司创立50周年之际。设计的重点是椭圆形组成的左右对称的结构。椭圆是具有两个中心的曲线,表示汽车制造者与顾客心心相印。并且,横竖两椭圆组合在一起,表示丰田(TOYOTA)的第一个字母T。背后的空间表示TOYOTA的先进技术在世界范围内拓展延伸,面向未来,面向宇宙不断飞翔。它象征丰田公司立足于未来,对未来的信心和雄心。

日本丰田公司开发的STAR系统主要由车道识别传感器、横向角速度传感器、前转向促动器和控制器等部分组成。STAR系统的车道识别传感器主要由黑白摄像头和图像处理模块组成。摄像头安装在驾驶室后视镜处,指向前方车道,主要功能是识别车道标志线、道路曲率半径、侧向偏移和航向角。图像处理模块完成实时图像的预处理,并将处理后的图像数据传送到控制器做进一步处理。

STAR系统的横向角速度传感器主要功能是检测车辆的横摆角速度。前转向促动器主要由液压动力转向机构组成,主要功能是根据控制器指令,对转向机构施加一定大小的力矩,使方向盘转动一定的角度。

STAR系统的控制器的主要功能,是根据内置的算法,对实时图像数据进行处理和分析,以计算当前汽车的实际行驶轨迹和预期行驶轨迹这两种轨迹的偏差。如果偏差超过设定的阈值,STAR系统就会发出警告指令和转向促动器控制指令。 2016年,北美丰田宣布,凯美瑞全车系都将标配STAR安全防护系统,这套系统整合了了VSC (Vehicle Stability Control) 车辆稳定控制系统、TRC (Traction Control) 循迹防滑控制系统、ABS (Anti-lock Braking System) 防抱死刹车系统、以及EBD (Electronic Brake-force Distribution) 电子刹车力道分配等系统功能。

资料来源:汽车电子资讯

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