LKA系列（二）：LKA控制原理

焉知焉知·焉能不知

来源：焉知⾃动驾驶

LKA控制系统可分为感知层、决策控制层和执⾏层三部分：感知层⽤于采集车道信息及车辆信息；决策控制层基于LKA辅助⼒矩及真实驾驶员转向⼒矩⽣成虚拟驾驶员转向⼒矩；执⾏层主要为EPS系统，并采⽤虚拟驾驶员转向⼒矩替代了扭矩传感器检测到的驾驶员转向⼒矩。LKA控制系统架构见下图1。

图 1 LKA控制系统架构

⼀、 车道识别

车道识别为LKA系统功能实现的基础，其⼯作机理为：根据摄像头拍摄的图像，通过车道识别算法确定车辆在⾏车道的位置以及前⾏车道的⾛向。

车道识别功能包括探测和跟踪两个⼯作模式，其⼯作流程见图2。

图 2 LKA车道识别⼯作流程图

⽬前利⽤摄像头进⾏车道识别时，主要根据典型的“暗—明——明—暗”过渡（路⾯—车道线——车道线—路⾯）进⾏搜索，因此车道线的识别能⼒受环境因素影响较⼤，具体见表1。

表 1 影响车道线识别的环境因素

序号1234567

影响的环境因素

车道线被风蚀，被草、灌⽊、树叶、冰雪等覆盖。逆光、阳光过强及夜晚时。

⽤于修理裂缝的沥青填充（可能出现在左侧和右侧⾏车道的接⼝处，即原本应有车道线的位置）。太阳⾼度较低（太阳与车道线⼀样亮）。进出隧道。

频繁变换光线和阴影（如夏季驶过林荫道）。

存在较湿路⾯上的轮胎痕迹或积雪路⾯上的凹陷轮迹⼲扰。

基于⽬前摄像头的技术⽔平，车道识别的风险需要依靠强⼤的算法进⾏规避，⽽强⼤的算法需要算⼒更强的计算平台予以⽀撑。⼆、 LDW控制策略

基础LDW控制策略较为简单，即在车辆⾯临偏离车道危险时，LDW系统将在低于DLC（偏移车道线距离）或TLC（偏移时间）的门槛值时向驾驶员报警。

这种控制策略只关注车轮与车道线的距离，⽽不对车辆和车道进⾏预测。因此在弯道较多的公路上，即使驾驶员既不想转向也不是注意⼒不集中，也会在⾏车道曲线相交或道路狭窄段发⽣⼀个车轮接触到车道线的情况。在此种情况下，LDW发出的警报对驾驶者来说是⼀种负担。为规避上述问题，⾼级LDW会根据车轮加速度、⾏车道曲率、与车道线的侧滑⾓、⾏车道宽度、左右车道线类型、⾏车道中的位置、加速踏板位置、制动位置、转向灯、⽅向盘转⾓等识别驾驶员意图，推迟或抑制警报，从⽽为驾驶员提供符合预期的系统⾏为。

同时，应通过HMI向驾驶员显⽰当前系统状态信息（系统已开启、已识别车道线、报警、报警抑

制等），从⽽提升系统透明度、增强驾驶员信⼼。三、 LDP控制策略LDP为⾼级LDW的功能扩展，当车辆偏离车道，LDW⾸先会发出警告，如果确定驾驶员没有采取任何措施，则会进⾏主动转向⼲预。LDP⾸先是⼀个安全系统，⽽不是⼀个舒适性系统，除EPS外，LDP还可以通过对单侧制动进⾏⼲预，控制车辆返回车道。⽽为避免错误⼲预，LDP也应在确定驾驶员未采取任何措施后再进⾏⼲预，因此驾驶员意图识别为LDP控制功能的最⼤挑战。四、 LCC控制策略相较于LDP仅在车辆即将偏离车道时施加辅助转向⼒矩（图3(a)），LCC持续施加辅助转向⼒矩（图3(b)、图3(c)），以保证车辆偏离车道中⼼的距离始终在⼀定范围内。图 3 LKA辅助转向⼒矩特性图3中LKA三类辅助转向特性说明见表2。表 2 LKA辅助转向⼒矩特性说明序号（a）（b）（c）控制特性宽松驾驶控制密切驾驶控制舒适驾驶控制说明只在⾯临驶离车道的危险时才会辅助驾驶员，侧重于安全性。在车辆偏离车道较少时就对EPS施加⼀定辅助⼒矩。在不影响舒适性的前提下允许少量偏离车道，当接近车道边缘时才进⾏明显的⼲预。五、 状态机LDW和LDP的状态机见下图4。图 4 LDW和LDP状态机LCC状态机见下图5。图 5 LCC状态机