车道偏离保持系统(LKA:LaneKeepingAssist)功能介绍

原创 汽车电子与软件 2025-04-17 08:18
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作者 | 北湾南巷

出品 | 汽车电子与软件



车道偏离保持系统(LKA)是一种先进驾驶辅助系统(ADAS),主要通过实时监测车辆在车道中的位置,当检测到车辆即将无意识地偏离车道边界时,系统通过控制电子助力转向(EPS)系统自动施加轻微的转向力,以帮助驾驶员将车辆引导回车道中央,从而有效降低因注意力分散、疲劳驾驶等因素导致的侧向偏移和碰撞风险。


 


#01
系统构成及工作原理


1.1 系统构成


车道保持辅助系统(LKA)是一项基于环境感知与车辆动态控制的智能驾驶辅助功能,主要用于在高速或城市道路中,防止车辆无意识偏离本车道,从而提升行车安全性。LKA系统的整体架构由三个核心组成部分构成:车道识别传感器、电子控制单元(ECU)以及电子助力转向系统(EPS)


子项/要素

详细描述

车道识别传感器

前视摄像头

 

 

安装位置

前挡风玻璃上方,靠近内后视镜区域

 

主要功能

实时采集前方道路图像,识别白色或黄色车道线,实现对车道边界的精准识别与跟踪

 

技术要求

对不同光照、模糊、遮挡、夜间等复杂场景具备较强鲁棒性

电子控制单元(ECU

核心功能

接收摄像头等传感器数据,分析车辆横向偏移与航向角,判断是否偏离车道,并计算转向干预策略

 

输出信号

EPS发出转向扭矩指令

 

内部算法模块

 

 

车道识别算法

精准提取车道线并识别其类型(实线/虚线),进行车道建模与跟踪

 

车辆动力学模型

构建车辆的横向动力学响应模型,为轨迹预测和控制提供基础

 

预测轨迹计算

根据当前状态与路况预测未来短时轨迹,判断是否偏离期望车道中心线

 

控制律设计

采用如PIDLQRMPC等控制方法生成柔和转向力,平衡舒适性与控制精度

电子助力转向系统(EPS

功能

根据ECU发出的转向请求指令,驱动电动机产生相应方向和大小的转向扭矩,辅助车辆修正偏离

 

控制特性

实现柔性介入控制,保持驾驶员主导权,确保转向辅助动作自然顺畅

 

系统要求

响应速度快、控制精度高,具备对微小指令变化的精细控制能力


LKA系统通过前视摄像头实现对车道的感知,借助ECU进行高精度轨迹计算与控制决策,并由EPS系统完成实际转向执行,三者紧密协同,共同构建起一套可靠的车道保持辅助机制,有效提升了行车安全性和驾驶舒适性。


1.2 工作原理


LKA系统的感知核心为安装在前挡风玻璃上方的前视摄像头,该摄像头可持续采集前方路况图像,识别车道线并实时监测车辆与车道的相对位置关系。系统支持识别多种类型的车道线(包括实线、虚线)和多种颜色(如白色、黄色、橙色和蓝色),适应性强,能够覆盖大多数道路场景。此外,即使道路没有明确的交通边线,只要存在可识别的分界线,LKA依然可以正常工作。典型识别参数包括车道宽度、车辆中心与车道中心的偏移量、航向角以及当前偏离趋势等。



1.2.1 适用条件


LKA系统的有效工作范围通常设定在车速 60 km/h 至 150 km/h 之间,适合中高速行驶场景;支持的车道宽度为 2.5 米至 5.5 米,道路最小转弯半径应大于 250 米,以确保系统识别与计算的精度和稳定性。


1.2.2 偏离趋势判断逻辑


当系统检测到车辆在未打转向灯的情况下,出现明显的向左或向右偏移,并且该偏移趋势可能导致车辆接触或跨越车道边界时,系统将判断为“无意识偏离”。此时LKA会立即进入控制准备阶段,为干预提供决策依据。


1.2.3 辅助控制执行机制


在识别出偏离风险后,系统控制器将综合分析车辆当前的行驶速度、横向偏移角、侧偏速度等参数,计算出合适的转向干预扭矩。该扭矩值随后通过控制指令传递至EPS电机,驱动转向系统实现缓慢、渐进、柔和的修正操作,使车辆回到车道中心。整个过程控制平稳,避免突兀或生硬的转向动作,确保驾驶舒适性。


1.2.4 驾驶员优先原则


为了保障驾驶体验与控制主导权,LKA系统始终遵循“驾驶员优先”原则。若在偏移发生过程中,驾驶员主动施加方向盘转向或开启转向灯,系统会立即中止干预操作,将车辆控制完全交由驾驶员处理,从而避免对正常驾驶行为造成干扰。




#02

功能开启与解除


2.1 Function Activation(功能开启)机制详解 —— LKA系统激活条件


车道偏离保持系统(LKA)在整车生命周期中并非始终处于激活状态,而是需要在系统硬件与软件准备就绪后,依据多个关键激活条件综合判断是否允许进入工作状态。该激活机制不仅确保系统运行的安全性与稳定性,也为主机厂提供了灵活的功能控制策略。



2.1.1 功能激活的逻辑入口与意义


LKA的功能激活(Function Activation)并不等同于功能运行,而是表示系统已满足所有激活前提,具备进入运行状态的基础条件。若条件不满足,系统将保持待机或不可用(Not Available)状态,即便驾驶员尝试手动开启,也无法进入工作模式。


2.1.2 激活所需满足的典型前置条件


系统激活逻辑通常基于如下四大必要条件(可根据客户项目自定义调整):


硬件初始化完成


  • EPS控制器、摄像头、雷达(若有)、LKA ECU等关键子系统需成功完成上电自检。


  • 要求通信总线(如CAN/LIN/FlexRay)正常建立并稳定。


  • 电源电压在工作区间(如9~16V),系统无过压/欠压报警。


  • 传感器供电稳定,无硬件故障码(DTC)挂起。


标准信号: 


HW_Init_Completed == TRUE



HMI开启LKA功能,或点火周期中已开启


  • 驾驶员可通过中控菜单、组合仪表或方向盘按键选择开启/关闭LKA功能。


  • 若上一个点火周期中LKA开启状态,则当前点火周期可默认自动恢复激活。


  • 具备记忆上次状态功能的车型,还可支持用户偏好自动保存。



可能信号示例:


  • LKA_HMI_Request == ON


  • LKA_Status_LastCycle == ON


LKA功能正常(无系统级故障)


  • LKA系统本身状态为 可用,无软硬件故障。


  • ECUEPS、摄像头之间通信正常,执行器状态正常。


  • 无挂起的功能故障码(如摄像头遮挡、标定失败等)。


状态信号:


  • LKA_Fault_Flag == FALSE


  • LKA_Status == OK


车辆配置码(VC Code)中已授权启用LKA功能


  • OEM在车辆配置阶段需通过诊断配置参数(VC Code/Variant Coding)授权LKA


  • 常见应用场景包括:高配车型具备该功能,低配车型未配置。


  • 开关状态受工厂软件配置影响,通常由后台写入,无法由驾驶员控制。


信号标志:


  • LKA_Coding_Enabled == TRUE


2.1.客户定制化配置项说明(可选配置


主机厂可根据整车策略灵活配置功能激活策略,常见配置项包括


配置项名

描述

LKA_AutoStart

是否允许在上电后自动恢复上次开启状态

LKA_EnableUnder10kmh

是否允许低速(如停车起步)阶段激活

LKA_DisableWhenTowMode

拖车/维修模式下禁止LKA激活

LKA_ForceOnByDefault

是否在首次交车后强制默认开启

LKA_DelayStartTime

延迟若干秒后激活功能(用于系统预热/初始化)

LKA_HMI_LanguageAdapted

功能可用性HMI提示是否支持多语言定制


2.1.4 功能激活后状态监控与维持


即便LKA已激活,系统仍会在运行过程中持续监控以下参数,确保功能持续可用:


  • 车速处于允许区间(如30km/h~150km/h


  • 车道线检测成功


  • 转向灯未开启


  • 驾驶员无主动转向操作(或符合设定的最小转向力门槛)


若运行中检测到不满足运行条件,系统将主动退出干预模式,但激活状态保持不变。


2.1.5 激活失败的典型原因与应对策略


失败原

应对措施

摄像头初始化失败

检查遮挡、标定状态、摄像头供电是否正常

EPS通信中断

检查CAN网络、线束、终端电阻

电源电压不在工作范围

检查电池健康状态,或是否处于低功耗模式

HMI未开启或误操作关闭

提醒驾驶员开启系统

软件配置未启用LKA功能码

通过诊断工具检查配置参数是否匹配


LKA系统的“功能激活”机制是其进入正常工作状态的前提门槛,通过多层次硬件状态、软件逻辑、用户设置、OEM配置的联合判断,确保在安全、稳定、受控的条件下进入功能运行模式。它不仅体现了系统安全设计的严谨性,也为整车厂提供了高度可配置与定制化的能力。


2.2 Function Deactivation(功能解除)机制详解 —— LKA系统退出激活条件


LKALane Keeping Assist)系统功能解除(Deactivation)指的是系统退出 功能激活状态 ,不再具备进入控制/干预运行的前提能力,通常由驾驶员意图、系统状态变化或车辆配置策略触发。


2.2.1 能解除的目的与系统角色


LKA作为一项主动干预类安全功能,在解除时必须保证:


  • 驾驶员明确知情或系统给予清晰提示;


  • 系统退出时不会产生错误干预;


  • 对车辆控制系统(如EPS)不再发出指令;


  • HMI(人机交互界面)实时同步当前状态。


2.2.2 功能解除的三大典型触发条件(标准化可配置)


LKA功能可通过下列任一条件满足时被解除,不同OEM项目可根据需求进行定制配置:


HMI关闭LKA功能 / 本点火周期中未开启


  • 主动触发场景:驾驶员通过仪表菜单、物理按键或中控界面关闭LKA功能。


  • 自动恢复机制:若系统支持记忆上次状态,当前未开启状态将保持至下一个点火周期。


  • 仪表显示:LKA状态指示符熄灭,可能显示LKA已关闭或无图标。


  • 典型信号变更:


  • LKA_HMI_Request = OFF


  • LKA_Enabled_Flag = FALSE


应用情境:


  • 驾驶员偏好关闭干预;


  • 在特殊路况(如连续弯道、施工区域)下希望完全手动驾驶。


LKA功能故障(系统级不可用)


LKA核心软硬件模块出现故障时将立即触发功能解除,常见触发源包括:


故障类

描述

摄像头不可用

遮挡、标定失效、过热、脱落、软件故障

EPS转向执行器异常

电流过大、电机驱动故障、内阻异常、通信中断

通信异常(如CAN中断)

摄像头  LKA ECU  EPS间通信中断

电源异常

电压过高/过低、电池健康状态差

LKA软件内部错误或看门狗

内部程序运行异常、自检失败


系统行为:


  • 清除所有控制指令;


  • 触发故障码(DTC)挂起;


  • LKA状态设为Not Available


  • HMI显示LKA系统故障,请检查提示。


标准信号:


  • LKA_Fault_Active = TRUE


  • LKA_Status = FAILED


车辆配置码被关闭 / 功能未授权


  • OEM配置阶段未激活LKA功能,或由于后续配置变更(如ECU更换、售后编码)将功能禁用。


  • 通常通过诊断工具写入的Variant Coding参数控制,用户不可直接更改。


  • 功能配置码状态决定是否允许LKA激活,在配置为禁用状态下,无论硬件状态如何,LKA始终保持未激活状态。


信号体现:


  • LKA_Coding_Enabled = FALSE


  • 系统可能直接屏蔽HMI界面的LKA功能项(即UI不可见)。


2.2.3 功能解除后系统的状态响应与处理逻辑


一旦解除触发,系统需完成以下响应流程:


系统模

状态变化

LKA主控模块

清除输出值、设置 LKA_Active = FALSE

EPS系统

不再接收LKA输入的扭矩指令,恢复为纯HPS/EPS模式

摄像头识别

仍然可能继续工作,但其输出不再用于LKA控制

HMI界面

图标熄灭、状态提示切换(如功能关闭系统不可用

故障记录与诊断

若由故障触发,挂载DTC至诊断模块并上报


2.2.4 可配置的解除策略逻辑(OEM可定制参数项)


主机厂可根据安全策略、客户需求、整车控制策略定义以下功能解除相关配置项:


配置

功能描述

LKA_AllowUserDisable

是否允许用户手动关闭LKA功能

LKA_IgnoreFaultX

针对某类非关键故障是否允许不立即解除功能

LKA_DisableOnTowMode

拖车模式下是否自动解除LKA功能

LKA_DisableAfterLowBattery

检测到低电压后是否自动解除

LKA_DisableOnEPS_FaultMinor

EPS轻微故障(非致命)是否触发LKA解除

LKA_DisableOnSensorTempHigh

摄像头温度过高时是否允许自动解除


2.2.5 与其它系统的协同解除策略


LKA解除常与以下系统状态发生交互,主控逻辑中需包含联动判断:


协同系

状态联动描述

ACC/ADAS集成控制

LKA解除可能触发ACC策略切换,例如降低巡航速度

驾驶模式系统

进入极限运动模式(如Track Mode)下LKA可自动解除

NOA/高速导航辅助

LKA功能解除时,将影响NOA控制策略的激活与容错切换

电源管理系统

系统处于节能模式下可能不允许LKA重新激活


2.2.6 HMI反馈策略与用户提示设计建议


功能解除后,需在用户界面上给予清晰、易懂、实时的提示,以增强用户理解与信任:


建议HMI提示语

图标状态

用户手动关闭

“LKA功能已关闭

灰色

系统故障自动解除

“LKA系统不可用,请检查

/红色

配置未启用(永久)

无图标,或提示当前车辆不支持LKA功能

不显示



LKA 功能解除 逻辑是确保系统在不安全或不合规条件下主动退出干预的重要策略,其设计必须兼顾:


  • 系统安全性保障;


  • 用户可感知与反馈;


  • 与整车策略的联动一致性;


  • 对功能状态切换逻辑的清晰可控。


此外,主机厂可通过Variant Coding、策略参数灵活地调整功能激活与解除条件,以适应不同市场法规与用户需求。




#03

状态机及典型工况


3.1 State Machine / Operating Sequence 状态机/工作序列


State machine diagram 状态迁移图



LKA状态机


状态转换条件解释(通用)


含义解释

EnableConditionFulfilled

启动条件满足,系统从 OFF 进入 ON

!EnableConditionFulfilled

启动条件不满足,系统返回 OFF

ErrorDetected

错误检测到,进入 ERROR 状态

!ErrorDetected

错误消除,离开 ERROR 状态

NormalSuppressionActive

表示正常的抑制逻辑正在运行

!NormalSuppressionActive

表示正常抑制未激活,有可能触发反应

ReactionActive

反应机制被激活

ReactionOnlySuppressionActive

仅反应抑制机制被激活


LKA包括两种状态:


主状态层(Main State


子状态层(Sub State:在 MAINST_ON 状态下分为两个区域:


  • Sub State of Left(左子状态)


  • Sub State of Right(右子状态)


主状态共有三个:


主状态名

状态说明

进入条件

可转移状态及条件

备注说明

MAINST_OFF

系统处于关闭或未激活状态。

!EnableConditionFulfilled(未满足使能条件)

转移到MAINST_ON,当EnableConditionFulfilled为真

初始状态;当系统未准备好或未激活时保持此状态

(灰色块)

转移到
MAINST_ERROR
,当
ErrorDetected
为真

MAINST_ON

系统处于正常运行状态。包含子状态LeftRight

EnableConditionFulfilled(满足使能条件)

转移到MAINST_ERROR,当ErrorDetected为真

主功能运行状态;子状态执行具体任务

(绿色大框)

MAINST_ERROR

系统检测到错误,进入故障状态。

 ErrorDetected(检测到系统故障)

转移到MAINST_OFF,当!ErrorDetected(错误消除)

故障处理状态;支持从 ON  OFF 状态进入

(黄色块)


每一侧(左侧和右侧)有三种子状态:


SUBST_READY(绿色椭圆):初始准备状态


  •  NormalSuppressionActive 为真,跳转至 SUBST_IDLE


  •  !NormalSuppressionActive && (ReactionActive && !ReactionOnlySuppressionActive)  ReactionActive || ReactionOnlySuppressionActive,跳转至 SUBST_ACTIVE


SUBST_IDLE(白色椭圆):空闲状态,表示处于等待或无动作阶段。


条件:


  •  SUBST_READY来:NormalSuppressionActive


  • 可跳转到SUBST_ACTIVE!NormalSuppressionActive && (ReactionActive && !ReactionOnlySuppressionActive)  ReactionActive || ReactionOnlySuppressionActive


SUBST_ACTIVE(红色椭圆):活动状态,表示系统正在运行某些反应任务。


  • 可回到SUBST_IDLE,条件是 NormalSuppressionActive


LKA状态与输出信号的映射机制:


该状态图定义了一个主控系统从关闭开启错误恢复及其在开启状态下的左右两个子模块的三态流转逻辑,通过复杂的条件控制其响应行为,保障系统的灵活响应和安全切换。


3.2 Typical Use Cases 典型用例


Use Case Figure 使用案例图例

Use Case Description 使用案例描述

直道偏离辅助


· 当车辆行驶在直线道路上并逐渐靠近车道边缘时,LKA(车道保持辅助)系统会主动介入,对电子助力转向系统(EPS)发出控制指令,实施轻微转向修正,以帮助车辆维持在车道中央。

· 若此时驾驶员未主动干预方向盘,系统将临时接管转向控制,在一定时间内(例如约20秒)持续保持车辆行驶在车道内,确保行驶安全。

· 超过设定的控制时限后,为确保驾驶员处于有效驾驶状态,系统会通过HMI发出声音或视觉提示,提醒驾驶员接管方向。

· 若驾驶员在警告后仍未接管,系统出于安全考虑将主动解除LKA功能,使车辆完全交还至驾驶员控制。


弯道偏离辅助


· 当车辆在弯道上行驶并逐渐接近车道边缘时,LKA(车道保持辅助)系统会实时评估车辆的行驶轨迹和车道曲率,通过电子助力转向系统(EPS)实施主动干预,引导车辆保持在车道中央行驶轨道上。

· 系统可有效支持的最小车道曲率半径为250米。该能力与EPS系统的性能参数密切相关,尤其与LKA可请求的最大转向辅助力矩有关。当道路曲率小于该极限时,系统可能无法实现有效的偏离干预。

· 为避免频繁触发转向修正干预,影响驾驶舒适性,LKA在算法中引入“虚拟车道边界”概念,即在系统内部将车道实际边界适当向弯道内侧偏移,从而在非必要情况下不立即介入,使辅助更加柔和、自然,减少对驾驶员的干扰。


有意识变道

 

· 驾驶员主导优先当系统检测到驾驶员主动执行变道操作,如开启转向灯或主动施加较大幅度的转向力,LKA(车道保持辅助)系统将识别此行为为“有意识变道”,自动抑制干预逻辑,不触发转向修正动作,以确保驾驶员能流畅地完成变道,避免因系统干预而产生不适或安全风险。

· 不一致偏移处理若驾驶员开启的是某一方向的转向灯(例如左转灯),但车辆却明显向另一侧(如右侧)发生偏移,系统将此识别为非一致性行为。此时,LKA功能将正常激活,执行相应的转向辅助,防止车辆无意识地偏离车道,增强安全性。

 

抑制条件举例:

 

· 左转灯开启 + 向左偏离 → 抑制干预(判断为主动变道)

· 右转灯开启 + 向右偏离 → 抑制干预

· 未开转向灯 + 向任一侧偏离 → 执行干预(判断为无意识偏离)

· 开左转灯 + 向右偏离 → 执行干预(方向不一致)

 

 

并道


· 在车道合并时,当车辆所在车道逐渐变窄且未发生车道偏离的情况下,LKA系统不会启动干预。


 

窄道


· 如果车道过于狭窄,比如乡村道路,LKA系统将延迟触发。


 

骑线行驶


· 当驾驶员故意靠近车道线或骑行车道线时,LKA系统不会启动干预。


 

单线


· LKA系统仅在车道有明确车道线的一侧起作用。




#04

LKA性能限制条件


LKA(车道保持辅助)系统的性能受到多个外部环境因素的显著影响,尤其是天气、照明条件以及车道线的清晰度。以下是具体影响因素:


影响因

具体描述

影响结果

天气条件

背光、日落或低太阳角度:阳光可能直接照射到摄像头或传感器,导致车道线的识别变得困难。

LKA系统可能无法准确识别车道线,导致系统性能下降,无法提供车道保持辅助。

 

路面被冰雪覆盖:车道线可能被积雪覆盖,传感器的清晰度受到影响,系统无法准确识别车道边界。

LKA功能显著下降,无法在冰雪覆盖路面上正常工作。

 

路面磨损严重或车道线模糊:路面长时间磨损或车道线不清晰,传感器无法识别车道边界。

LKA系统无法识别车道线,导致功能无法正常运行。

光照条件

低照度环境:如夜晚、隧道或环境照度<20lux时,摄像头或传感器的效果受到显著影响,系统的识别精度降低,容易出现误判。

LKA系统无法正常识别车道线,导致干预精度降低或误操作,甚至无法启动。

 

环境亮度≥20lux:在晴天和多云天气中,光照充足时,系统的传感器能够清晰地识别车道线,确保车道保持辅助功能的有效性。

LKA系统能够正常工作,确保车道线的识别精度和干预准确性。

车道线清晰度

1车道线模糊、断裂或缺失:车道线由于磨损或积雪覆盖而变得模糊或缺失,导致LKA系统无法有效识别车道边界。

LKA系统无法识别车道线,功能无法正常运行,甚至可能导致车辆偏离车道。

 

车道线被覆盖:如积雪、污物或其他障碍物遮挡了车道线,系统无法获取车道边界信息。

车道保持功能失效,LKA无法正确判断车道线,导致安全风险增加。


总 结:


车道保持辅助系统(LKA)是现代车辆中不可或缺的安全技术之一。它不仅能够提高驾驶员的驾驶安全性和舒适性,还为未来的自动驾驶技术打下基础。随着技术的不断进步和完善,LKA系统将在各种复杂的驾驶环境中发挥更大的作用,推动汽车行业向着更加智能化、自动化的方向发展。然而,系统的环境适应性、传感器精度和法规监管等问题仍需进一步解决,以确保LKA技术的普及和安全应用。



参考:    

1.Lane Keeping Assist System (LKAS) | HR-V 2024 | Honda Owner's Manual

2.Honda | Lane-Keep-Assist-System

3.What is lane keep assist? - carsales.com.au

4.kia.com/content/dam/kia2/in/en/content/ev6-manual/topics/chapter6_16_3.html

5.Lexus Safey System+ Settings | North Park Lexus at Dominion

6.Lane Keeping Assist System (LKAS): My Car Does What





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  • 后摄像头是长这个样子,如下图。5孔(D-,D+,5V,12V,GND),说的是连接线的个数,如下图。4LED,+12V驱动4颗LED灯珠,给摄像头补光用的,如下图。打开后盖,发现里面有透明白胶(防水)和白色硬胶(固定),用合适的工具,清理其中的胶状物。BOT层,AN3860,Panasonic Semiconductor (松下电器)制造的,Cylinder Motor Driver IC for Video Camera,如下图。TOP层,感光芯片和广角聚焦镜头组合,如下图。感光芯片,看着是玻
    liweicheng 2025-05-07 23:55 468浏览
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