车道保持辅助系统专利技术综述

陈桂银

摘 要： 车道保持辅助系统是典型的驾驶员辅助驾驶系统之一，它针对驾驶员注意力分散而未控制车辆致使车辆偏离车道而设计，保证车辆在车道内安全行驶。本文首先简要介绍了车道保持辅助系统及相关特点，在此基础上分析了车道保持辅助系统的全球的专利情况。

关键词： 车道保持辅助系统；信息传感技术；预警算法；主动控制

一、前言

随着中国汽车行业的快速发展，汽车保有量不断增加，交通事故总量也在不断攀升，根据公安部交通管理局的2013年事故统计数据，93.12%的交通事故是由于机动车驾驶员的不当行为造成。所以，减少因驾驶员的不当操作引发的事故是必须面对且急需解决的[1]。

车道保持辅助系统作为驾驶员辅助系统的重要一部分，往往放置于开发前期，通过车道保持技术实现驾驶员的辅助逐步向无人驾驶迈进。采用智能的驾驶员辅助系统控制能大大降低交通事故的发生率，提高车辆的形式安全及道路交通的运输能力[2]。

二、车道保持辅助系统技术介绍

（一）、车道保持辅助系统技术

车道保持辅助系统一般由图像采集装置、ECU、预警装置、主动控制执行机构和车载电脑五部分组成，图像采集装置获取车道边界线信息并传递给ECU，ECU综合车速信号、转向灯信号、转向盘转角信号和力矩信号灯车辆状态信号判断车辆是否有偏离车道的危险。如果有偏离车道的危险，ECU则向预警装置发送指令，预警执行机构向驾驶员发送预警信号；如果预警一定时间后车辆仍存在偏离车道的危险，ECU则会向执行机构发送指令，在驾驶员干预的情况下主动控制车辆回归原车道，车道保持辅助系统基本结构如下图1所示：

（二）、车道保持辅助系统技术发展

日本汽车企业在车道保持辅助系统方面的研究起步较早，三菱汽车公司是最早进行车道保持辅助系统研发的汽车企业之一，其在1999年成功将车道保持辅助系统安装在一款模型车上，该系统具有两个特点：一是除视觉和听觉预警装置还采用触觉预警装置，通过转向盘振动向驾驶员发送警告信号；二是车道保持系统除提供预警外，如果预警未引起驾驶员注意，车道保持系统会主动控制车辆。

与日系汽车企业相比，欧美汽车企业在这方面的研究起步稍晚。美国福特汽车公司在其2012年推出的福特探险者、Fusion、林肯MKS上都装配车道保持辅助系统，它不仅能处理图像信息和识别车道线，还能识别车辆和行人、控制大灯等，有助于实现整车集成控制降低控制器冗余度。

我国在车道保持辅助系统的研发和商用领域起步较晚，随着汽车市场不断成熟车辆主动安全主件引起广泛关注，车道保持辅助系统将会不断增加。厦门金龙公司是国内汽车领域最早进行车道偏移预警系统自主研发的企业之一，金龙客车于2013年推出的一种车载计算机信息系统KL-988包括车道偏移预警系统，车辆安装此车载计算机信息系统以接受车辆状态信号例如车速、转向盘转角和转矩、制动踏板开度和制动力等。

三、车道保持辅助系统专利情况分析

（一）、申请量趋势分析

截止2016年11月，在德温特DWPI数据库中检索到涉及车道保持辅助系统的全球专利申请共计2480项。图2示出了车道保持辅助系统技术全球专利申请发展趋势，全球车道保持辅助系统技术的发展大致经历了以下三个主要阶段：

1. 技术萌芽期（1997年-2002年）：1997年丰田公司提出了关于车道偏离防止装置的申请，属于最早的车道保持辅助系统的申请之一。通过检测器检测到车辆偏离车道后，通过控制器控制车辆转角使车辆回到车道。该阶段属于车道保持辅助系统技术的初期，各年申请量维持在一个较低的水准，而且发展速度也较慢，未形成规模效应。。

2. 高速发展期（2003年-2014年）：随着汽车的普及，消费者安全意识在不斷提升，对车辆主动安全性的要求也越来越高，汽车智能化越来越受到重视，各大厂家也投入大量人力物力进行车道保持辅助系统的研发，于此同时，许多申请人也进行了大量的专利申请，其增长幅度明显，专利申请量与申请人的数量都呈快速增加态势。

3. 成熟发展期（2014年至今）：这一阶段的专利申请数量有所回落，申请人数量基本保持稳定，主要是因为第二阶段的发展势头有所缓解，相关技术渐趋成熟，进行车道保持辅助系统的竞争格局基本形成。该时期中国专利申请数量也有较大的增长，有追赶国外同行之势。

（二）、申请人分析

从全球专利申请主要申请人排名情况来看，主要申请人为日产、丰田、博世、现代、富士重工业、电装、通用、奥迪，可以看出申请人均为规模较大的公司，且大部分为日企，仅两家德企和一家美企，这与日本作为智能车行业申请量大国相适应。前八个主要申请人中未出现中国申请人，原因可能是国内的汽车行业起步较晚，在智能车技术方面更是如此，与国外大型企业相比，缺少相应智能车的研发实力，仍然处于摸索阶段，并没有投入大量人力物力进行相关专利申请与布局，从统计的整体申请人的情况来看，中国内的申请人的数量不少，但密集度很低，未能出现申请量较多的国内申请人。

（三）、技术主题分析

智能车车道保持辅助系统技术关键技术包括信息传感技术、预警算法和主动控制三个方面。

1. 信息传感技术。

信息传感技术精度直接影响车道线识别结果，车道识别的方法多种多样，车道保持辅助系统有使用视觉传感技术识别车道，也有使用雷达监测车道，还有采用GPS技术进行识别的。

2. 预警算法

在预警算法方面，单一算法使用范围有限导致车道保持辅助系统的误警率比较高，部分驾驶员行车中甚至选择关闭车道报警辅助系统。应用范围较广的预警算法有跨道时间（TLC）算法、未来偏移距离（FOD）算法和车辆当前位置（CCP）算法以及对这三种算法的改进。

3. 主动控制

车道保持辅助系统的主动控制执行机构大致分为转向系统和制动系统两类，基于转向系统的车道保持辅助系统包括基于EPS的车道保持辅助系统和基于线控转向系统SBW的车道保持辅助系统，原理是利用电机控制转向器以改变车轮运动方向；基于制动系统的车道保持辅助系统则控制左右车轮制动力矩产生差动制动来控制车辆运动状态。

四、总结

从车道保持辅助系统技术发展来看，日本的日产、丰田、富士、电装，德国的博世、奥迪和美国的通用等几个大的企业，引领整个行业的发展，我国在这方面起步较晚，研究也不够深入，仍有很多难题需要攻克，才能够缩短与行业领先水平的差距。

参考文献

[1]方文平. 基于BP神经网络的车道保持控制仿真研究[D]，吉林大学硕士学位论文，2009.

[2]陈慧，徐建波. 智能汽车技术发展趋势.中国集成电路. 2014：65～70.