大多数新司机们都被老司机教导过，开车时不要一直紧紧地握住方向盘反复修方向，要学会放轻松。但对新司机们而言说起来容易做起来难，由于对车辆和路面的感觉都不够熟悉，新司机们在遇到长距离直道行驶时，难免会出现频繁小角度打方向盘的情况，好不容易找到一个能完美沿车道直线行驶的角度，路面一个小弯道让一切又回到了原点，让新司机们心力交瘁。

  而老司机们也别高兴得太早，想想你们在高速上长时间驾驶时，为了使车辆保持在车道内，你们手中的方向盘想必也没有闲着，时间长了必然也是疲惫不已。

  为了帮助新老司机们从车道保持这样一个看似简单却又无比重要的操作中解放双手，汽车工程师们苦心研究，终于推出了车道保持辅助系统。

  顾名思义，车道保持辅助系统就是帮助驾驶员在进行直道行驶的过程中，完成车道保持这一任务。无需驾驶员对方向盘做相关操作，全靠车辆本身就能稳稳当当地行驶在车道中央，成功解放了驾驶员的双手。

  作为一项L2级别的无人驾驶技术，目前大多数车辆上都搭载了车道保持辅助系统，无论是奔驰、宝马、英菲尼迪等老牌高端品牌，还是特斯拉、蔚来、小鹏汽车等造车新势力，都为自己旗下的大多数车型配备这一技术。

  提起车道保持，很多人可能不以为意，认为没能保持的那么好、稍微偏离车道一点点也没关系，然而实际上，这却是一个关乎性命的重要驾驶行为。来自美国高速公路安全管理局（NHTSA）的多个方面数据显示，每年有53%的道路死亡事故因车道偏离而造成，这数字实在令人触目惊心。

  因此，为降低由于车道偏离导致的交通事故，汽车工程师们开始探索如何从车辆的功能上解决这一问题。

  大多数的车道偏离并不是驾驶员故意为之，而是由于长时间驾驶疲劳、打电话、拿东西等原因使驾驶员分心，导致驾驶员无意识地发生了车道偏离。因此汽车工程师们的想法很简单，既然你自己没发现车道偏离了，那我就来提醒你，车道偏离预警系统LDW（Lane Departure Warning）应运而生。

  1997年，美国卡内基梅隆大学机器人学院成功研制出了AURORA系统，这是一款由便携工作站、带广角镜头的摄像头以及数字转换器组成的车道偏离预警系统。在工作时通过安装在车身侧的摄像头实时检测车辆旁边的车道线，并通过数字转换器输出给便携工作站，从而完成车道的识别。

  2000年，由德国的DaimlerChrysler公司和美国的Iteris公司联合开发的AutoVue系统首次得到了实际应用。这款车道偏离预警系统由立体音箱、摄像机、显示设备和控制单元组成。其工作原理是通过检验测试车辆在当前车道中的位置，判断车辆是否将要发生偏离，并通过立体音响提醒驾驶员。

  而国内对于车道偏离预警系统的研究则起步较晚，直到2003年才开始有吉林大学交通学院智能车辆课题组对其开展研究，经过几年不懈地努力，终于研制出了JLUVA-LDWS车道偏离预警系统。

  然而，车道偏离预警系统毕竟只可以通过提醒驾驶员来保证安全性，对于驾驶的舒适性和便利性并没有显著提升。这时，“偷懒”的驾驶员们不禁说到：“你都能提醒我偏离了，要不你再顺便帮我自己开回去呗？”

  没办法，毕竟顾客是上帝，既然驾驶员们有需求，那汽车工程师们哪怕头秃也得尽力满足。得益于线控转向系统技术的加快速度进行发展，再加上汽车工程师们的不懈努力，终于将线控转向系统技术和车道偏离预警系统成功“合体”，开发出了车道保持辅助系统。

  车道保持辅助系统是在原有的车道偏离预警系统的基础上“帮忙帮到底”。当车辆接近识别到的标记线并可能偏离行驶车道时，方向盘就会自动小角度转动，使得车辆保持在原车道内，当然，若是驾驶员长时间没有主动操作方向盘，车辆就会发出报警来提醒驾驶员，毕竟车道保持辅助系统只是L2级别的无人驾驶技术嘛。

  提起车道保持辅助系统的发展，可能很多小伙伴们会觉得是奥迪、奔驰等老牌欧美车厂最早起步，然而实际上最早配备车道保持辅助系统的量产车是日产在2001年推出的第四代CIMA（代号F50，即日本版的英菲尼迪Q45），其不仅拥有车道偏离时发出警报的功能，还能够主动进行转向，回到原本的车道上。

  21世纪初，很多日本车厂都推出了带有车道保持辅助系统的车型，反观欧美车厂则起步较晚，还停留在车道偏离预警的阶段。不过近几年随技术的发展，无论是对于日系车、欧美系车还是国产车，车道保持辅助系统都不再是什么稀奇玩意，那么车道保持辅助系统工作的原理是什么呢？又是什么原因才导致它直到近几年才广泛进入大众的视野呢？

  车道保持辅助系统的工作大致上可以分为以下三个步骤，首先是进行车道线识别，然后若是将要发生车道偏离则对司机进行警报，最后若是驾驶员没有对方向盘进行任何操作，则车辆通过转向系统主动干预，使其回到原本车道。

  无论是车道偏离预警还是车道保持辅助，都是针对车道而言的，因此如何准确地识别出车道线是最重要的一环，否则一切都是空谈。

  在早期对车道线识别研究的过程中，由于当时的摄像头还无法获取高分辨率的道路图像，同时车载计算机的算力也不够大，只好将摄像头置于车轮上方，垂直于路面拍摄得到局部车道线信息，构成俯视车道线检测系统。这种方法计算简单，但是获取车道信息有限，没办法识别车辆远处及侧向信息。

  现如今随着硬件与软件的升级，俯视车道线检测系统逐渐被前视车道线检测系统代替。前视系统的摄像头安装在后视镜的前方，如图4所示，相比于俯视系统，前视系统能获取更多的车道信息，进行更为准确安全的判断。

  得到车道线的信息后，就能够直接进行车道偏离预警了。车道偏离预警系统是通过车辆自身状态与车道线信息结合，分析出车辆当前于车道的相对位置，从而进行车道偏离判断，根据判定结果决定是不是需要向驾驶员发出预警。

  而车道偏离预警的关键就在于怎么样来判断车辆是否发生偏离了。目前针对车道偏离判断的研究主要涉及6种算法，分别是：跨越车道线距离，跨越车道线时间，基于未来偏移距离，基于汽车当前位置，基于知识的车道环境感知和路边振动带算法。

  前五种算法都是根据车辆传感器获取车道线信息后，对车辆行驶状态进行判断，而最后一种路边振动带算法则无需视觉系统，但需要改装通行道路，通过在路肩设置震动带，车辆偏离驶入时，车辆会发生颠簸从而提醒驾驶员行车偏离，这种方法属于被动偏离预警方案。

  当检测到车辆发生车道偏离，且驾驶员没有对方向盘做相关操作时，就需要车道保持辅助系统主动进行转向的干预了。系统根据车辆偏离的程度，通过内置的算法计算出此时方向盘应该转过多少度，再通过线控转向系统控制方向盘自动转动，从而完成车道保持。

  在整个主动转向干预过程中，最为核心的技术就是设计计算方向盘转角的算法了。目前其设计思路大致分为两种，分别是补偿跟踪控制和司机预瞄控制。补偿跟踪控制根据汽车运动学和动力学搭建汽车与行驶路径的几何关系，控制器根据车辆行驶状态信息，使其预期轨迹与实际轨迹偏差最小化。而预瞄控制则是通过参考驾驶员的预瞄行为，设定前视预瞄距离或时间，得到期望轨迹，由预估得到的汽车位置和汽车的期望位置间的差值控制车辆侧向运动。

  车道保持辅助的出现，大幅度减少了由于车道偏离而发生的交通事故，提高了我们车辆的行驶安全，目前市面上的很多车型也都配备上了这一功能，希望我们大家能够多多尝试。但在使用的过程中也千万不可掉以轻心，毕竟车道保持辅助只是一项L2级别的无人驾驶功能，距离真正的无人驾驶还有相当长的一段路要走。希望未来真正的无人驾驶能早日出现，实现真正意义上的“解放双手”。

  嘉定智能低碳汽车科普生态建设方案，上海市科委科普项目资助（项目编号：20DZ2306500）