新能源汽車電子電氣空調(diào)舒適技術(shù)課件：車道保持系統(tǒng)檢測維修

車道保持系統(tǒng)檢測維修

《新能源汽車電氣系統(tǒng)檢修》課堂導(dǎo)入01學(xué)習(xí)目標(biāo)02知識儲備03課堂測評04CONTENTS目錄課后作業(yè)0501課堂導(dǎo)入leading-inofaclassroom學(xué)習(xí)目標(biāo)知識儲備課堂測評課堂導(dǎo)入課后作業(yè)車道保持系統(tǒng)檢測維修課堂導(dǎo)入車道保持（LKA）系統(tǒng)屬于車輛智能駕駛輔助系統(tǒng)中的一種功能。它在車輛行駛時借助前置攝像頭識別行駛車道的標(biāo)記線，并將車輛保持在該車道上行駛。如果車輛接近識別到的車道標(biāo)記線并可能脫離行駛車道，那么會通過方向盤的振動，或者是聲音來提醒駕駛員注意，并輕微轉(zhuǎn)動方向盤修正行駛方向，使車輛處于正確的車道上。若方向盤長時間檢測到無人主動干預(yù)，則發(fā)出報警用來提醒駕駛員安全行車。02學(xué)習(xí)目標(biāo)learningobjectives學(xué)習(xí)目標(biāo)知識儲備課堂測評課堂導(dǎo)入課后作業(yè)學(xué)習(xí)目標(biāo)01能準(zhǔn)確描述車道保持系統(tǒng)的定義及組成。02能準(zhǔn)確描述車道保持系統(tǒng)的工作原理。04能掌握車道保持系統(tǒng)的常見故障及檢測方法。車道保持系統(tǒng)檢測維修學(xué)習(xí)目標(biāo)03能準(zhǔn)確說出車道保持系統(tǒng)的工作條件。03知識儲備accumulationofknowledge學(xué)習(xí)目標(biāo)知識儲備課堂測評課堂導(dǎo)入課后作業(yè)車道保持系統(tǒng)檢測維修LKA系統(tǒng)的組成LKA系統(tǒng)主要由信息采集單元、電子控制單元和執(zhí)行單元三部分組成，如右圖所示。LKA系統(tǒng)組成車道保持系統(tǒng)檢測維修LKA系統(tǒng)的組成01信息采集單元信息采集單元又分為感知層和信息處理層。感知層即信息采集系統(tǒng)，主要包括各種傳感器和圖像處理模塊，是LKA車道線信號和車輛狀態(tài)信號的來源。感知層所采集的信息內(nèi)容包括車輛位置信息、道路信息、駕駛員真實(shí)轉(zhuǎn)向力矩、當(dāng)前方向盤轉(zhuǎn)角等。信息處理層接收感知層采集的各種信號并進(jìn)行數(shù)據(jù)處理，得到車輛與車道線的相對位置關(guān)系，然后向電子控制單元（決策層）傳遞處理后的信號。車道保持系統(tǒng)檢測維修LKA系統(tǒng)的組成02電子控制單元

電子控制單元即決策層，主要由車道偏離預(yù)警算法、駕駛員操作狀態(tài)辨識算法和車道保持主動控制算法三部分組成。決策層通過判斷車輛的位置、方向以及運(yùn)動狀態(tài)等信息，再結(jié)合駕駛員操作行為判斷駕駛員操作狀態(tài)，當(dāng)出現(xiàn)車道偏離的可能或危險時向執(zhí)行層發(fā)送命令，控制LKA系統(tǒng)的工作。車道保持系統(tǒng)檢測維修LKA系統(tǒng)的組成03執(zhí)行單元執(zhí)行單元即執(zhí)行層，主要由預(yù)警執(zhí)行機(jī)構(gòu)和車道保持執(zhí)行機(jī)構(gòu)組成。預(yù)警執(zhí)行機(jī)構(gòu)負(fù)責(zé)執(zhí)行決策層所發(fā)出的預(yù)警命令，常見的預(yù)警形式有聲、光、振動等。車道保持執(zhí)行機(jī)構(gòu)利用轉(zhuǎn)向系統(tǒng)或制動系統(tǒng)控制車輛運(yùn)動，修正車輛的運(yùn)動軌跡使之回到原行駛車道。車道保持系統(tǒng)檢測維修LKA系統(tǒng)的工作原理車道保持系統(tǒng)可以在行車的全程或速度達(dá)到某一閾值后開啟，并可以手動關(guān)閉該功能，以便實(shí)時保持汽車的行駛軌跡。當(dāng)系統(tǒng)正常工作時，信息采集單元通過傳感器采集車道線、車速、方向盤轉(zhuǎn)角等信息。電子控制單元根據(jù)得到的場景信息進(jìn)行分析，抽取其中的特征建立三維或二維模型，從而得出車輛兩側(cè)的車道線，并將車道線與車輛的行駛方向進(jìn)行比較，判斷汽車是否偏離行駛車道。當(dāng)汽車行駛可能偏離車道時，系統(tǒng)發(fā)出報警信息。當(dāng)汽車距離車道線小于一定閾值或已經(jīng)有車輪偏離出車道線時，電子控制單元計算出輔助轉(zhuǎn)向力和減速度，根據(jù)偏離的程度控制方向盤和制動器的操縱模塊，施加轉(zhuǎn)向力和制動力使汽車穩(wěn)定地回到正常軌道。若駕駛員打開轉(zhuǎn)向燈，正常進(jìn)行變線行駛，則系統(tǒng)不會做出任何提示。車道保持系統(tǒng)檢測維修LKA系統(tǒng)的關(guān)鍵技術(shù)01環(huán)境感知技術(shù)

在LKA系統(tǒng)中，最重要的環(huán)境感知內(nèi)容就是對車道線的識別，目前實(shí)現(xiàn)車道線識別的途徑主要有Look-Down和Look-Ahead兩類。

1）Look-Down

即在路面下安裝線圈或磁導(dǎo)體來標(biāo)識道路行駛的安全區(qū)域，通過汽車底盤安裝的磁傳感器來獲取車輛位置。Look-Down方法不會因?yàn)樘鞖?、光照、路面雜質(zhì)、障礙物的干擾而影響信息提取的準(zhǔn)確性，具有信息獲取簡單、處理方便、控制穩(wěn)定等優(yōu)點(diǎn)。但由于其會大量破壞路面，且維護(hù)成本過高，在實(shí)際應(yīng)用中很難推廣。車道保持系統(tǒng)檢測維修LKA系統(tǒng)的關(guān)鍵技術(shù)01環(huán)境感知技術(shù)2）Look-Ahead

即利用車載攝像頭或激光雷達(dá)采集道路視頻圖像，再通過采集卡或模數(shù)轉(zhuǎn)換器將模擬圖像信號轉(zhuǎn)換為數(shù)字圖像信號送到算法處理芯片中進(jìn)行處理。早期車道線和車輛位置的檢測大多數(shù)是通過帶有圖片處理功能的攝像頭來實(shí)現(xiàn)的，也有單獨(dú)采用激光雷達(dá)來檢測車道線。隨著技術(shù)的發(fā)展，融合雷達(dá)和攝像頭數(shù)據(jù)來提高環(huán)境檢測能力的方案得到越來越多的應(yīng)用。

Look-Ahead的檢測方法成本較低，不會對道路產(chǎn)生損傷，但易受天氣情況或路面障礙物的干擾，且對圖像處理和分析的算法復(fù)雜。既要準(zhǔn)確無誤地提取出所需信息又要滿足系統(tǒng)的實(shí)時性，具有一定的難度。車道保持系統(tǒng)檢測維修LKA系統(tǒng)的關(guān)鍵技術(shù)01環(huán)境感知技術(shù)2）Look-Ahead利用攝像頭傳感器進(jìn)行車道線識別的過程一般可分為圖像預(yù)處理、感興趣區(qū)域設(shè)定、車道線邊緣檢測、消失點(diǎn)檢測和特征點(diǎn)擬合成線這五個步驟，如下圖所示。攝像頭的車道線識別過程車道保持系統(tǒng)檢測維修LKA系統(tǒng)的關(guān)鍵技術(shù)02車道偏離預(yù)警算法車道偏離預(yù)警算法是一種通過視覺傳感器或雷達(dá)探測車道線，結(jié)合車輛位置信息和狀態(tài)信息得到車輛與車道線間相對位置關(guān)系的控制算法。目前大部分的預(yù)警算法都是利用視覺傳感器來獲取車道線信息，再結(jié)合預(yù)警決策算法辨識車輛是否有偏離原車道的趨勢?，F(xiàn)階段，關(guān)于車道偏離預(yù)警的算法主要有跨道時間（TLC）算法、未來偏移距離（FOD）算法、車輛當(dāng)前位置（CCP）算法、邊緣分布函數(shù)（EDF）算法、預(yù)瞄軌跡偏離（TTD）算法、瞬時側(cè)向位移的預(yù)警算法、橫向速度的評價算法和路邊振動帶（RRS）算法這八種。車道保持系統(tǒng)檢測維修LKA系統(tǒng)的關(guān)鍵技術(shù)02車道偏離預(yù)警算法各算法的基本判斷邏輯及優(yōu)缺點(diǎn)見表1。其中TLC和FOD兩種算法的使用條件簡單且精度較高，目前應(yīng)用較多。預(yù)警算法名稱基本判斷邏輯優(yōu)點(diǎn)缺點(diǎn)跨道時間（TLC）算法假設(shè)車輛保持當(dāng)前運(yùn)動狀態(tài)不變，計算從當(dāng)前位置運(yùn)動至左前輪或右前輪觸及車道邊界線為止所經(jīng)歷的時間。若計算所得時間值小于設(shè)定閾值，系統(tǒng)報警算法簡單、參數(shù)容易測量、預(yù)警較早，使駕駛員有時間糾正車輛運(yùn)動假設(shè)偏離過程中方向盤轉(zhuǎn)角、車速和航向角都不變，但實(shí)際駕駛情況難以完全滿足假設(shè)條件，精度較低表1各算法的基本判斷邏輯及優(yōu)缺點(diǎn)車道保持系統(tǒng)檢測維修LKA系統(tǒng)的關(guān)鍵技術(shù)02車道偏離預(yù)警算法預(yù)警算法名稱基本判斷邏輯優(yōu)點(diǎn)缺點(diǎn)未來偏移距離（FOD）算法與TLC一樣，都是以汽車即將跨越道路邊界的時間來判斷是否會出現(xiàn)車道偏離。但在考慮駕駛員的習(xí)慣偏移量對預(yù)警邊界位置影響前提下，另外設(shè)置了一條可調(diào)節(jié)位置的虛擬車道線，允許車輛在到達(dá)虛擬邊界線前偏離車道根據(jù)駕駛員習(xí)慣的不同，可設(shè)置多個預(yù)警閾值，在保證預(yù)警時間的同時更符合實(shí)際中多樣化的駕駛習(xí)慣，可有效降低誤警率，提高駕駛員對系統(tǒng)的接受程度需假設(shè)駕駛員能跟隨道路曲率變化且橫擺角速度不變車輛當(dāng)前位置（CCP）算法根據(jù)車輛相對于當(dāng)前車道的位置信息，計算車輛與當(dāng)前車道中線的距離，借助車輛寬度和車道寬度信息來判斷車輛是否出現(xiàn)橫穿車道線的現(xiàn)象所需參數(shù)少且準(zhǔn)確度高，適用于車輛中軸線平行于車道中軸線的情況只能判斷當(dāng)前時刻車輛是否發(fā)生車道偏離現(xiàn)象而不能提前一定時間實(shí)現(xiàn)預(yù)警功能表1各算法的基本判斷邏輯及優(yōu)缺點(diǎn)車道保持系統(tǒng)檢測維修LKA系統(tǒng)的關(guān)鍵技術(shù)02車道偏離預(yù)警算法預(yù)警算法名稱基本判斷邏輯優(yōu)點(diǎn)缺點(diǎn)邊緣分布函數(shù)（EDF）算法通過邊緣分布函數(shù)將車輛的位置與車道信息聯(lián)系起來不需要攝像頭和車輛的相關(guān)參數(shù)，也不受道路變化的影響，僅需要將道路圖像邊緣分布函數(shù)對稱軸的偏移量與設(shè)定的閾值進(jìn)行比較就可判斷出車輛是否發(fā)生偏離算法復(fù)雜預(yù)瞄軌跡偏離（TTD）算法TTD即從最初狀態(tài)到汽車軌跡與預(yù)期軌跡偏差達(dá)到期望值所經(jīng)歷的時間；若TTD時間比給定的時間閾值小，系統(tǒng)報警車輛能夠始終跟隨最優(yōu)路徑，即車道中心線行駛，對車道偏離更具有預(yù)見性算法復(fù)雜，最優(yōu)路徑的精度直接影響系統(tǒng)預(yù)警精度；若駕駛員在彎道上緊急轉(zhuǎn)向，則容易產(chǎn)生誤警表1各算法的基本判斷邏輯及優(yōu)缺點(diǎn)車道保持系統(tǒng)檢測維修LKA系統(tǒng)的關(guān)鍵技術(shù)02車道偏離預(yù)警算法預(yù)警算法名稱基本判斷邏輯優(yōu)點(diǎn)缺點(diǎn)瞬時側(cè)向位移的預(yù)警算法利用汽車中心偏離車道中心的瞬時側(cè)向位移值作為評價指標(biāo)，當(dāng)瞬時側(cè)向位移值大于事先給定的閾值時，系統(tǒng)報警算法簡單，實(shí)際應(yīng)用中較易于實(shí)現(xiàn)忽略汽車運(yùn)動軌跡，當(dāng)車輛偏離道路中心一定距離且平行于車道行駛時，易產(chǎn)生誤警；當(dāng)車輛以較大角度偏離當(dāng)前行駛車道時，系統(tǒng)報警時間較滯后橫向速度的評價算法以車輛的側(cè)向速度作為評價指標(biāo)，當(dāng)車輛以比較大的速度偏離道路邊界線時，系統(tǒng)報警算法簡單，實(shí)際應(yīng)用中較易于實(shí)現(xiàn)當(dāng)車輛在道路上左右搖擺行駛或駕駛員快速糾正即將偏離車道的車輛時，該算法會產(chǎn)生誤警表1各算法的基本判斷邏輯及優(yōu)缺點(diǎn)車道保持系統(tǒng)檢測維修LKA系統(tǒng)的關(guān)鍵技術(shù)02車道偏離預(yù)警算法預(yù)警算法名稱基本判斷邏輯優(yōu)點(diǎn)缺點(diǎn)路邊振動帶（RRS）算法建設(shè)道路時在道路路肩上設(shè)置一個15~45cm的凹槽，若車輛偏離車道進(jìn)入該凹槽，輪胎會和凹槽因接觸而發(fā)生摩擦，二者摩擦發(fā)出的聲音提醒駕駛員車輛偏離原車道需要糾正車輛運(yùn)動方向預(yù)警信息準(zhǔn)確，可顯著降低誤警率，減少車道偏離事件停車振動等基礎(chǔ)設(shè)施昂貴，且振動帶位置固定后很難改變

留給駕駛員反應(yīng)的時間較短，另外對激進(jìn)型駕駛員而言誤警率較高表1各算法的基本判斷邏輯及優(yōu)缺點(diǎn)車道保持系統(tǒng)檢測維修LKA系統(tǒng)的關(guān)鍵技術(shù)03車道保持輔助控制技術(shù)

常用的車道保持輔助控制技術(shù)主要有主動轉(zhuǎn)向技術(shù)、差動制動技術(shù)、主動轉(zhuǎn)矩分配技術(shù)等。1）主動轉(zhuǎn)向技術(shù)：通過轉(zhuǎn)向機(jī)構(gòu)使車輛前輪產(chǎn)生額外的轉(zhuǎn)角，從而達(dá)到控制車輛運(yùn)動軌跡的目的，常用的有電子液壓轉(zhuǎn)向系統(tǒng)、電動助力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)（EPS）以及線控轉(zhuǎn)向系統(tǒng)（SBW）等。2）差動制動技術(shù)：通過車輛制動系統(tǒng)對左右車輪分別進(jìn)行制動力分配，以實(shí)現(xiàn)差動制動，利用產(chǎn)生的附加橫擺力矩控制車輛回歸正確的行駛路徑，常用的有抱死制動系統(tǒng)（ABS）、電子穩(wěn)定控制系統(tǒng)（ESC）等。車道保持系統(tǒng)檢測維修LKA系統(tǒng)的關(guān)鍵技術(shù)03車道保持輔助控制技術(shù)

3）主動轉(zhuǎn)矩分配技術(shù)：在全輪驅(qū)動的車輛上根據(jù)差動力矩分配方法，使分配到各個車輪上的驅(qū)動力矩不同，通過控制車輛的橫擺運(yùn)動完成對車輛的運(yùn)動軌跡的控制?，F(xiàn)階段，電動助力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)（EPS）在車道保持系統(tǒng)中的應(yīng)用最為普遍。車道保持系統(tǒng)檢測維修LKA系統(tǒng)的工作條件車道保持系統(tǒng)對車輛車速以及道路環(huán)境有一定的要求，其工作條件如下：1）車道標(biāo)記線清晰可識別。2）車速大于65km/h。3）車道寬度在2.45~4.6m之間。4）駕駛員手握方向盤。5）轉(zhuǎn)彎半徑大于25m。6）不打開轉(zhuǎn)向燈。7）駕駛員施加的反向修正力矩不大于3N·m。如果上述條件不能滿足，車道保持系統(tǒng)會自動關(guān)閉或不能激活。正因如此，駕駛員對于車道保持系統(tǒng)不能產(chǎn)生盲目依賴思想，變換車道時務(wù)必提高警惕，控制車速隨時準(zhǔn)備制動，并且經(jīng)常檢查雷達(dá)傳感器或攝像頭的工作性能，以免變道時發(fā)生不必要的碰撞事故。車道保持系統(tǒng)檢測維修LKA系統(tǒng)的常見故障及檢測方法01無法探測信息常見故障：攝像頭視窗外側(cè)臟污或結(jié)冰、攝像頭視窗內(nèi)側(cè)有霧氣、道路上覆蓋冰雪或其他污物、道路上沒有車道邊界線等。故障現(xiàn)象：組合儀表顯示“車道保持系統(tǒng)不可用：目前傳感器什么也沒有探測到”。檢測方法：觀察攝像頭工作情況，及時清潔攝像頭。車道保持系統(tǒng)檢測維修LKA系統(tǒng)的常見故障及檢測方法02系統(tǒng)無法使用常見故障：CAN總線通信出現(xiàn)問題、控制單元內(nèi)部故障等。故障現(xiàn)象：組合儀表顯示“車道保持系統(tǒng)不可用”。檢測方法：首先進(jìn)行直觀檢查，檢查線束及插接器是否完好，傳感器是否損壞等。直觀檢查后利用故障自診斷系統(tǒng)進(jìn)行故障診斷，根據(jù)故障碼進(jìn)一步確