一种车道偏离预警系统的零部件方案设计

孟俊峰

(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)



一种车道偏离预警系统的零部件方案设计

孟俊峰

(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)

摘要：随着人们对主动安全系统的逐步重视，越来越多的国外整车厂已经开始匹配车道偏离预警(LDW)系统，国内整车厂对LDW的研究和应用则相对薄弱。近年来，国内某整车厂在某个项目上已经开始考虑装配LDW。对LDW系统的功能进行分析，对LDW控制器的机械结构、LDW装饰罩的造型结构及固定在挡风玻璃上需要的支架结构进行设计。

关键词：车道偏离预警；装饰罩；支架

0引言

目前，汽车的安全性逐步受到人们更多的关注，高科技的电子系统在汽车上的应用层出不穷，车道偏离预警(LDW)系统就是重要的一例。专家指出，约有50%的汽车事故是由于车辆偏离正常行驶的车道引起的，其原因主要是驾驶员心烦意乱、注意力不集中以及疲劳驾驶。LDW系统就是当车辆以一定的速度行驶时，如果检测到即将发生无意识的偏出车道的行为，就会对驾驶员进行报警提示。

1LDW系统的功能研究

LDW系统应该能够在偏出车道行为发生之前就给出有效的报警，以使驾驶员有时间及时纠正驾驶行为。因此，LDW系统不应只是完全以车辆相对于车道线的位置和状态来进行预警，还应包含驾驶员的驾驶去向、车辆的前行趋势等，以进行提前预警。

如图1所示，由于LDW是视觉系统，在设计该系统时，应该考虑该系统能在各种条件和工况下都能工作，当然，系统的性能和可靠性会受到这些不同条件和工况的影响。这些条件和工况包括：

(1)路面特征，比如路宽、形状、弯道、隧道、桥梁等。

(2)标志线特征，比如宽度、虚线间隔、颜色等。

(3)交通流量状况。

(4)天气情况，比如雨、雾、雪、夜晚、强烈日光等。

在影响系统工作的各种参数中，系统的可视角度是一个非常重要的参数。确定系统的可视角度的要求是诸如典型路面宽度、允许的车间距离以及前方车辆的几何尺寸等。选择合适的系统可视角度的目标是找到既有足够的视角宽度来看清路面上所有的车道线，又能使前方远处的目标物有足够的清晰度的平衡点。

LDW系统的性能由两方面来定义：精度测试和统计测试。

精度测试一般在特定的道路或测试道路上进行，用以判定LDW的检测精度。

统计测试一般在实际驾驶环境下进行，考察系统的可用性、有效报警率、误报警率等指标。

(1)LDW系统的使用环境

LDW系统主要针对的是高速驾驶行为，而不是城市街道的低速驾驶行为。

LDW系统具有雨、雪、雾、强日照等恶劣天气的适应性，但是，完全覆盖道路和路面标志线的雪天以及能见度低的暴雨、浓雾天气不计在内。

LDW系统具有对点状、线状、各种颜色、残破等车道线的适应性。

(2)LDW系统的报警输入条件

LDW系统应该能区分驾驶员的无意识偏出车道行为和主动变道驾驶行为,系统不能直接检测驾驶员是否在集中精力驾驶，而是根据车道标志的检测结果、追踪结果以及车辆本身的信息来间接判别是主动越过车道还是无意识滑出车道。

其报警需要具备的输入条件为：①没有转向灯信号；②车辆的速度高于限制；③车辆的偏航角变化率低于限制；④驾驶员转向盘变化率低于限制。

当满足以上条件时，系统会通过如下方式进行报警：①蜂鸣器鸣响；②仪表盘上的LED指示灯亮；③区分左方、右方的车道偏出，分别进行报警。

LDW系统功能框图见图2。

2LDW的控制器、装饰罩及支架结构设计

LDW系统的性能与机械安装精度(3个方向的位置尺寸、3个方向的偏转角度)密切相关。安装精度受到车身、风挡玻璃、支架、LDW控制器外壳等各个环节的加工和安装精度影响。

LDW控制器与摄像头集成在一个硬件模块中，使用一个支架来支撑该模块，并附着在前挡风玻璃内侧，同时在控制器外部扣上装饰罩。为了保证整车要求的内饰件及玻璃黑带的美观程度，例如该装饰罩外观必须相对整车等Y轴对称及保证玻璃黑带尽量小等，文中提出一种LDW控制器、支架及装饰罩的设计方案。

2.1LDW控制器结构设计

摄像头必须安装在偏离车辆纵向中心线±150 mm内，且在前挡风玻璃雨刮所能覆盖的范围内。摄像头的安装角度目标值要求为θroll=θpan=θtilt=0°。在产线上，摄像头的安装角度公差必须满足以下要求：纵向旋转角Δθroll=±1.0°；左右偏转角Δθpan=±1.5°；俯仰角Δθtilt=±1.5°。

LDW控制器结构示意图如图3所示。控制器基本尺寸约为：157 mm×110 mm×28 mm。○指示了控制器安装在支架上的2处固定点。安装时，采用M3×8的螺钉固定，拧紧力矩为2 N·m。

2.2LDW支架结构设计

该支架选用的材料是铝合金A380。

○处为固定控制器用的M3×6.8的螺纹孔。LDW支架与装饰罩固定的设计方案目前采用的是5个卡扣和2个限位柱固定的方案，如图4所示。

设计要求：

(1)为保证LDW系统的性能，支架在挡风玻璃上的安装公差要求在每个方向控制在±1 mm的范围内。

(2)支架使用胶水粘贴在挡风玻璃上，胶水的凝固时间为室温下24 h，胶水粘结力强度要求为每平方厘米上需承受4～5 N的力。

(3)支架粘接在挡风玻璃上并组装上LDW控制器后的冲击试验要求如下：

冲击波形：半正弦波；

加速度：100g；

冲击时间：6 ms；

试验温度和数量：25、85、-40 ℃每个温度下6个样件；

冲击方向：X，Y，Z轴。

要求试验后产品必须完整，无松动、裂纹和飞散。

2.3LDW装饰罩结构设计

装饰罩的材料选择PC+ASA，密度为(1.15～1.17)g/cm3(按标准JF03-1001)。装饰罩材料厚2.5 mm，加强筋的厚度1.5 mm。

密封垫选用黑色的EPDM泡沫，密度为70 kg/m3，规格为150 mm×3 mm×1.5 mm。密封垫粘接说明：每100 mm上施加4.9 N力的条件下，密封垫不应脱落。

该装饰罩总成的检测区域如图5所示，按JF03-1007检测，检测项目见表1，监测点坐标见表2。

零件表面必须平整，不允许有流线、缩孔、裂纹和类似的缺陷，对于背面(JF03-1007中规定的不可见面)的阶差和毛刺应满足极限样件的标准要求。

图6中□指示的为LDW装饰罩与LDW支架固定用的5个卡扣和2个限位柱。

2.4LDW在整车上的安装

在总装安装前，挡风玻璃厂家使用胶水将支架粘接在挡风玻璃上总成供货。

总装的装配过程如下所示(仅针对装配LDW的过程)：

(1)首先将车身线束及支架总成的插接件A与LDW控制器的插接器B连接。

(2)使用2个十字槽盘头螺钉Q214038将LDW控制器固定在挡风玻璃上的LDW支架相应位置上。

(3)将LDW装饰罩固定在挡风玻璃上的LDW支架上。

装配示意图见图7。安装后的整体效果图见图8、图9。

3结论

车道偏离预警系统使车辆安全行驶向前迈出了一大步。在今后的发展中，车道偏离预警系统将更多地作为整合功能投入商业应用，各汽车制造商纷纷开发出整合车道偏离的安全系统并应用到自己的汽车产品中。通过文中的研究，对LDW系统的功能有了初步的了解，并设计出一种满足整车要求的LDW控制器结构及固定LDW的支架、外部装饰罩结构。

参考文献:

【1】东华.车道偏离预警系统[J].电子产品世界，2005(7):71-72.

【2】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.

Component Design for Lane Departure Warning System

MENG Junfeng

(China FAW Group Corporation R & D Center, Changchun Jilin 130011,China)

Keywords:Lane departure warning; Decorative cover; Bracket

Abstract:With more attention to the active safety system, more and more foreign OEMs have matched the lane departure warning (LDW) system. The domestic OEMs are relative weak about the research and application of LDW. In recent years, some company has assembled the LDW in a project. The function of LDW system was analyzed. The design schemes about the LDW controller mechanical structure, the LDW decorative cover structure and the bracket structure fixed on the windshield were provided.

收稿日期：2015-12-16

作者简介：孟俊峰(1982—)，男，硕士，工程师,研究方向为电控系统设计开发。E-mail:amjunfeng@126.com。

中图分类号:U461.99

文献标志码：A

文章编号：1674-1986(2016)03-027-04