馬駿昭

摘 要：先進(jìn)駕駛輔助系統(tǒng)（Advanced Driving Assistance System，ADAS）是智能網(wǎng)聯(lián)汽車（Intelligent and Connected Vehicle，ICV）現(xiàn)階段發(fā)展的重要力量，文章詳細(xì)列舉分析了側(cè)向駕駛輔助的發(fā)展現(xiàn)狀，包括彎道速度預(yù)警、盲區(qū)監(jiān)測、車門開啟預(yù)警、變道碰撞預(yù)警、車道偏離預(yù)警以及車道保持輔助和交通擁堵輔助。并以市場和量產(chǎn)化為導(dǎo)向，分析技術(shù)趨勢。

關(guān)鍵詞：智能網(wǎng)聯(lián)汽車;側(cè)向駕駛輔助;發(fā)展現(xiàn)狀;技術(shù)趨勢

中圖分類號：U471.1 ?文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A ?文章編號：1671-7988（2020）14-20-04

Abstract： Advanced driving assistance system （ADAS） is significant for current development of intelligent and connected vehicles（ICV）. This article expounds the state-of-the-art of lateral advanced driving assistance system， which including corner speed warning， blind spot detection， door open warning， lane changing warning， lane departure warning， lane keep assistance and traffic jam assistance. Based on market and mass production.， the technical trend is analysed.

Keywords： Intelligent and connected vehicl; Lateral driving assistance; State-of-art; Technical trends

CLC NO.： U471.1 ?Document Code： A ?Article ID： 1671-7988（2020）14-20-04

1 智能網(wǎng)聯(lián)汽車發(fā)展簡述

現(xiàn)如今，汽車產(chǎn)業(yè)經(jīng)過一百多年的發(fā)展，已逐步由傳統(tǒng)的行駛和運(yùn)輸工具，向交通運(yùn)輸體系中用戶的智能移動終端轉(zhuǎn)變。智能網(wǎng)聯(lián)汽車成為轉(zhuǎn)變中的新型汽車，智能網(wǎng)聯(lián)汽車泛指可與通信網(wǎng)絡(luò)智能信息交換，并且可進(jìn)行自主決策控制的車輛[1]，能夠提升駕駛員的行車安全性、舒適性和高效性。智能網(wǎng)聯(lián)汽車產(chǎn)業(yè)技術(shù)是多學(xué)科融合的，囊括了汽車制造業(yè)、通信服務(wù)業(yè)和交通基礎(chǔ)設(shè)施等。因此，智能網(wǎng)聯(lián)汽車產(chǎn)業(yè)基礎(chǔ)可劃分為“三橫兩縱式架構(gòu)”[2]，如圖1所示。

智能網(wǎng)聯(lián)汽車在國家戰(zhàn)略層面必將成為中國先進(jìn)制造業(yè)的中流砥柱[2]?！吨袊圃?025重點領(lǐng)域技術(shù)路線圖》中指出，將制定適合中國汽車產(chǎn)業(yè)的智能駕駛輔助標(biāo)準(zhǔn)，旨在加快發(fā)展高精度高抗擾能力的環(huán)境感知傳感器，高智能化的決策芯片和高精準(zhǔn)度高自適應(yīng)性的控制執(zhí)行機(jī)構(gòu)。實現(xiàn)車輛高效、舒適、智能和個性化駕駛[3]?！吨悄芫W(wǎng)聯(lián)汽車技術(shù)路線圖》提出了總體發(fā)展目標(biāo)，發(fā)展趨勢如圖2所示，到2020年，汽車輔助駕駛（Driver Assistance，DA）、部分自動駕駛（Partial Automation，PA）和有條件的自動駕駛（Conditional Automa -tion，CA）新車裝配率超過50%;到2025年，汽車DA、PA和CA新車裝配率超過80%，其中PA和CA級新車裝配率達(dá)25%;到2030年，汽車DA及以上級別的智能駕駛系統(tǒng)成為新車標(biāo)配。

2 側(cè)向駕駛輔助系統(tǒng)發(fā)展現(xiàn)狀

駕駛輔助功能從車輛運(yùn)動方向上可以劃分為縱向駕駛輔助和側(cè)向駕駛輔助。以中國交通事故深入研究（CIDAS）數(shù)據(jù)庫為基礎(chǔ)進(jìn)行分析，發(fā)現(xiàn)車輛的側(cè)向運(yùn)動較容易產(chǎn)生交通事故。主要的事故場景有：車輛偏離車道發(fā)生事故;車輛行駛與左側(cè)盲區(qū)內(nèi)的兩輪車發(fā)生碰撞;車輛行駛與右側(cè)盲區(qū)內(nèi)的兩輪車發(fā)生碰撞;車輛偏離車道后與前方車輛及兩輪車發(fā)生碰撞;車輛行駛過程中與盲區(qū)內(nèi)的車輛發(fā)生碰撞等5個場景。如車輛應(yīng)用相應(yīng)的側(cè)向駕駛輔助系統(tǒng)，有助于大幅減少這些場景下的交通事故。以下將詳細(xì)闡述側(cè)向駕駛輔助中七個功能的發(fā)展現(xiàn)狀。

2.1 彎道速度預(yù)警

彎道速度預(yù)警（Corner Speed Warning，CSW）：對車輛狀態(tài)和前方彎道進(jìn)行監(jiān)測，當(dāng)行駛速度超過通過彎道的安全車速時發(fā)出警告信息[4]。

彎道速度預(yù)警系統(tǒng)的感知部件為高清攝像頭和車載傳感器，攝像頭模塊一般布置在汽車的后視鏡上，該模塊自帶控制器，通過進(jìn)行圖像信息采集和處理獲得前方道路參數(shù)。車載傳感器采集車輛動力學(xué)參數(shù)，例如加速度、車速、橫擺角速度和質(zhì)心位置等;依據(jù)道路參數(shù)和車輛參數(shù)，系統(tǒng)算法會進(jìn)行計算處理，得到道路的彎道半徑和車輛安全車速邊界值，從而判斷車輛當(dāng)前狀態(tài)是否存在風(fēng)險。當(dāng)控制單元判斷當(dāng)前車速高于安全車速邊界值，如果判定結(jié)果是車速過高，系統(tǒng)將會對駕駛員發(fā)送預(yù)警信息，例如聲光報警和方向盤振動等，引導(dǎo)駕駛員及時采取制動或者轉(zhuǎn)向，避免車輛甩尾或側(cè)傾事故的發(fā)生。為實現(xiàn)車速預(yù)警的功能，彎道速度預(yù)警系統(tǒng)一般由道路識別模塊、安全車速計算模塊、安全狀態(tài)判斷模塊和人機(jī)交互模塊四部分組成，其主要工作流程如圖3所示。

彎道安全臨界車速與車輛轉(zhuǎn)彎半徑直接相關(guān)，當(dāng)通過計算道路曲率得到車輛彎道轉(zhuǎn)彎半徑，結(jié)合車輛動力學(xué)參數(shù)并根據(jù)一定的算法計算可得出車輛臨界安全車速，因此，對于不同類型的車輛，測量彎道半徑是計算車輛臨界安全車速的關(guān)鍵。近年來，出現(xiàn)了利用全球定位系統(tǒng)（GPS）、激光、超聲波、紅外等技術(shù)來測量彎道半徑的方法，但是，視覺信號仍然具有成本低、采集信號范圍寬、用戶友好性高等先天優(yōu)勢，尤其是在車道圖像的檢測識別上具有明顯優(yōu)勢。隨著計算機(jī)運(yùn)算速度的提高，數(shù)字圖像處理精度高，再現(xiàn)性好，靈活性高和適用面寬的優(yōu)點將愈發(fā)凸顯。

2.2 盲區(qū)監(jiān)測

盲區(qū)監(jiān)測（Blind Spot Detection，BSD）：實時監(jiān)測駕駛員視野盲區(qū)，并在其盲區(qū)內(nèi)出現(xiàn)其它道路使用者時發(fā)出提示或警告信息[5]。

盲區(qū)監(jiān)測系統(tǒng)一般采用分級報警，當(dāng)其他車輛進(jìn)入盲區(qū)，但系統(tǒng)判斷并無碰撞風(fēng)險時啟動一級報警，布置在左右外后視鏡上或A柱上的LED報警指示燈將點亮;當(dāng)系統(tǒng)判斷盲區(qū)內(nèi)有車輛且有碰撞風(fēng)險，將啟動二級報警，報警指示燈開始閃爍，儀表盲區(qū)監(jiān)測圖標(biāo)閃爍、蜂鳴報警音響起、座椅震動等多種報警方式將共同啟動。根據(jù)車型級別和行駛工況的不同，盲區(qū)監(jiān)測范圍有較大差異，主要為側(cè)后盲區(qū)（如圖4所示）和轉(zhuǎn)向盲區(qū)，觸發(fā)的邊界條件有車速、檔位和中控門鎖。

盲區(qū)監(jiān)測系統(tǒng)的功能是建立在毫米波雷達(dá)對盲區(qū)探測的基礎(chǔ)上的，抗干擾能力強(qiáng)、精準(zhǔn)度高的毫米波雷達(dá)是盲區(qū)監(jiān)測理想的傳感器，毫米波雷達(dá)的工作頻率以24GHZ和77GHZ為主。通過優(yōu)化控制系統(tǒng)算法，盲區(qū)監(jiān)測系統(tǒng)還可以進(jìn)一步拓展出車門開啟預(yù)警（Door Open Warning，DOW）和變道碰撞預(yù)警（Lane Changing Warning，LCW）等功能。

2.3 車門開啟預(yù)警

車門開啟預(yù)警（Door Open Warning，DOW）：在停車狀態(tài)即將開啟車門時，監(jiān)測車輛側(cè)后方的其它道路使用者，并在可能因車門開啟而發(fā)生碰撞危險時發(fā)出警告信息[6]。

車門開啟預(yù)警系統(tǒng)主要應(yīng)用于車輛路邊停車應(yīng)用場景。系統(tǒng)通過自動檢測車門后側(cè)物體的運(yùn)動狀態(tài)參數(shù)，包括速度、距離、角度和方向，確定目標(biāo)物體的位置，預(yù)測目標(biāo)物體在預(yù)警區(qū)域內(nèi)的停留時域和車內(nèi)乘客開門動作時域，通過比較兩者時域是否有重合來判斷風(fēng)險，如有風(fēng)險則觸發(fā)預(yù)警，提醒駕乘人員開門時注意安全，或者進(jìn)行車門制動，阻止乘客打開車門。因此，傳感器探測目標(biāo)并獲取其狀態(tài)參數(shù)是系統(tǒng)設(shè)計的關(guān)鍵。車門開啟預(yù)警系統(tǒng)主要由車輛信息感知模塊、目標(biāo)物體感知模塊、預(yù)警控制模塊、預(yù)警執(zhí)行模塊四個部分組成，系統(tǒng)的基本架構(gòu)如圖5所示。

2.4 變道碰撞預(yù)警

變道碰撞預(yù)警（Lane Changing Warning，LCW）：在車輛變道過程中，實時監(jiān)測相鄰車道，并在車輛側(cè)/后方出現(xiàn)可能與本車發(fā)生碰撞危險的其它道路使用者時發(fā)出警告信息[7]。

變道碰撞預(yù)警是盲區(qū)監(jiān)測系統(tǒng)的又一項拓展功能，其系統(tǒng)開啟條件與盲區(qū)監(jiān)測系統(tǒng)、車門開啟預(yù)警系統(tǒng)的控制邏輯相似。變道碰撞預(yù)警系統(tǒng)傳感器對車輛側(cè)后方障礙物的運(yùn)動狀態(tài)包括速度，距離以及方位角度進(jìn)行實時測量，車輛行駛中側(cè)后方物體可能運(yùn)動狀態(tài)如圖6所示。

如上圖所示，A為相鄰車道的運(yùn)動目標(biāo)車輛，B為本車道報警區(qū)域內(nèi)的運(yùn)動目標(biāo)車輛，C為本車正后方的運(yùn)動目標(biāo)車輛。A、B和C可能的運(yùn)動軌跡如表1所示。

2.5 車道偏離預(yù)警

車道偏離預(yù)警（Lane Departure Warning，LDW）：實時監(jiān)測車輛在本車道的行駛狀態(tài)，并在出現(xiàn)非駕駛意愿的車道偏離時發(fā)出警告信息[8]。

車道偏離預(yù)警系統(tǒng)的工作流程主要分為道路圖像預(yù)處理、車道檢測、車道線檢測和車道偏離檢測。為了計算輸入圖像中的關(guān)心區(qū)域，系統(tǒng)須對已知的范圍進(jìn)行檢測，當(dāng)車輛在直線道路或大曲率半徑道路，檢測范圍會變得無限大，因此一般系統(tǒng)須在不超過250米的道路曲率半徑下工作，并在位于車道邊界外0.3m的最晚警戒線和車道邊界內(nèi)0.75m的最早的警戒線范圍內(nèi)設(shè)置報警閾值。車道識別是系統(tǒng)中的關(guān)鍵部分，目前，主流的車道識別算法是在感興趣區(qū)域 （Region of Interest，ROI）中建立搜索窗口的方法，在確定ROI的寬度時，以車道線的寬度為基準(zhǔn)設(shè)置，使系統(tǒng)能夠更好的處理非理想路況的不確定因素，并建立實時動態(tài)搜索帶，除了能更精確的追蹤車道標(biāo)志線之外，還能更好地應(yīng)用于彎路路況。卷積法、Lucas-Kanade（L-K）光流法、車道線追蹤（Kalman濾波法）是目前較為常見的車道線檢測算法[9]，預(yù)警算法中的關(guān)鍵是根據(jù)采集到的圖像信息中的邊線探測點擬合車道線。然而，圖像噪聲，車道線不完整等情況無法避免，如何在清晰度降低的情況下快速準(zhǔn)確的檢測出車道線成為關(guān)鍵。

2.6 車道保持輔助

車道保持輔助（Lane Keep Assistance，LKA）：包括車道偏離抑制（Lane Departure Prevention，LDP）和車道居中控制（Lane Centering Control，LCC）兩級功能。車道偏離抑制：實時監(jiān)測車輛與車道線的相對位置，在其將要超出車道線時介入車輛橫向運(yùn)動控制，以輔助駕駛員將車輛保持在原車道內(nèi)行駛。車道居中控制：在車輛行駛過程中，持續(xù)自動控制車輛橫向運(yùn)動，使車輛始終在車道中央?yún)^(qū)域內(nèi)行駛[10]。

車道保持輔助系統(tǒng)可分為感知層、決策控制層和執(zhí)行層三部分：感知層用于采集車道信息及車輛信息;決策控制層基于輔助力矩及真實駕駛員轉(zhuǎn)向力矩生成虛擬駕駛員轉(zhuǎn)向力矩;執(zhí)行層主要為電子助力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)和制動系統(tǒng)。

2.7 交通擁堵輔助

交通擁堵輔助（Traffic Jam Assistance，TJA）：在車輛低速通過交通擁堵路段時，實時監(jiān)測車輛前方及相鄰車道行駛環(huán)境，經(jīng)駕駛員確認(rèn)后自動對車輛進(jìn)行橫向和縱向控制。

交通擁堵輔助系統(tǒng)基于“前視攝像頭（Forward Camera Module，F(xiàn)CM）和前毫米波雷達(dá)（Forward Radar Module，F(xiàn)RM）”的傳感器組合進(jìn)行開發(fā)，可同時進(jìn)行橫向或縱向運(yùn)動控制，因此可認(rèn)為是L2級ADAS功能[11]。一般交通擁堵輔助系統(tǒng)的工作速度區(qū)間為0～60km/h，在此速度范圍內(nèi)可為駕駛員提供車輛的縱向和橫向輔助。交通擁堵輔助系統(tǒng)的縱向輔助由自適應(yīng)巡航控制ACC（Adaptive Cruise Control）系統(tǒng)實現(xiàn)，將自身車輛維持在固定的車速或者與前方道路使用者的固定時距行駛。系統(tǒng)較典型的橫向輔助策略是，如果車道線存在，車輛會被維持在車道之內(nèi)行駛，否則車輛會跟隨前方車輛的橫向移動行駛。

交通擁堵輔助系統(tǒng)的觸發(fā)條件包括：所有車門完全關(guān)閉;駕駛員正確佩戴安全帶;啟動發(fā)動機(jī)并掛入D擋;ESC處于開啟狀態(tài)并駐車制動未激活等。

3 側(cè)向駕駛輔助系統(tǒng)技術(shù)趨勢

駕駛輔助系統(tǒng)可提高駕駛員行車安全性和駕駛舒適性，是提升出行效率、解決交通事故頻發(fā)問題的有效措施。當(dāng)前國內(nèi)機(jī)動車保有量穩(wěn)步快速增長，廣大汽車用戶走向多樣化，以用戶為導(dǎo)向的產(chǎn)品開發(fā)理念越來越被汽車廠家采用，駕駛輔助系統(tǒng)在提升汽車產(chǎn)品力和用戶友好度上作用明顯，因此駕駛輔助系統(tǒng)的技術(shù)必然是以量產(chǎn)為基礎(chǔ)，以用戶為導(dǎo)向不斷發(fā)展。

3.1 環(huán)境感知系統(tǒng)融合開發(fā)

單一的攝像頭或雷達(dá)方案存在先天的優(yōu)勢和不足。攝像頭方案的優(yōu)勢在于成本較低，開發(fā)門檻較低。其不足在于受天氣、環(huán)境等外部因素影響大和算法穩(wěn)定性較差。雷達(dá)的優(yōu)勢在于穩(wěn)定可靠、受天氣等影響較小，不足是成本高和缺乏辨識能力。因此，采用雷達(dá)和攝像頭融合方案，綜合多傳感器的信息輸入將會是未來的主流環(huán)境感知系統(tǒng)配置。

3.2 智能通用芯片開發(fā)

在駕駛輔助功能多樣化的背景下，單一系統(tǒng)專用硬件芯片雖然有成本和性能等優(yōu)勢，但每個功能系統(tǒng)需要獨立開發(fā)算法，開發(fā)周期過長且存在技術(shù)融合壁壘。相比較，通用芯片能更快地適應(yīng)ADAS系統(tǒng)整體開發(fā)，從而大幅縮短開發(fā)時間，加速產(chǎn)品上市。

3.3 建立科學(xué)的駕駛行為模型

量產(chǎn)車型配置的駕駛輔助系統(tǒng)面向廣大用戶，需考慮不同用戶的個人差異。因此，建立科學(xué)的駕駛?cè)诵袨槟Ｐ驮贏DAS系統(tǒng)開發(fā)中尤為重要，通過多維信息的融合可以使駕駛?cè)诵袨楸O(jiān)測結(jié)果更為完整，能夠更加可靠地將識別駕駛?cè)诵袨橐鈭D，使系統(tǒng)警告觸發(fā)和行車干預(yù)更加科學(xué)。

4 結(jié)束語

高級駕駛輔助系統(tǒng)在智能網(wǎng)聯(lián)汽車發(fā)展中占據(jù)著舉足輕重的地位，其中側(cè)向駕駛輔助系統(tǒng)和應(yīng)用可以有效提高駕駛安全性。本文詳細(xì)闡述了典型側(cè)向駕駛輔助系統(tǒng)的技術(shù)發(fā)展現(xiàn)狀和趨勢，側(cè)向駕駛輔助系統(tǒng)在環(huán)境感知層，智能決策層和控制執(zhí)行層均具備應(yīng)用于量產(chǎn)車型并面向客戶的產(chǎn)業(yè)能力。

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