宝马车系摄像机的驾驶员辅助系统（KAFAS）技术

    一、基于摄像机的驾驶员辅助系统（KAFAS）
    1．概述
    根据装备情况有不同的、基于摄像机的系统可供使用。技术上通过一台共用摄像机和一个共用控制单元TRSVC来实现。这一基于摄像机的驾驶员辅助系统的功能目前包括：车道偏离报警装置、远光灯辅助系统（在日本不允许）、交通标志识别（Speed Limit Information（限速信息））。提示：特种装备SAC远光灯辅助。

    如果客户仅订购远光灯辅助系统（5AC），该系统可利用车内后视镜内本身的摄像机和本身的控制单元实现。车道偏离报警装置和远光灯辅助是已经熟悉的系统。只能通过Professional导航系统识别交通标志，如图1所示。

    2．部件简短描述
    将描述基于摄像机的驾驶员辅助系统（KAFAS）的下列部件。
    （1）转向信号灯开关和辅助系统操作设备。可通过转向远光灯开关接通和关闭远光灯辅助。为此灯开关必须在自动行车灯控制或近光灯位置上。使用驾驶员辅助系统操作单元上的按钮接通和关闭车道偏离报警装置，如图2所示。

    驾驶员辅助系统操作面板通过LIN总线与脚部空间模块（FRM）连接。由FRM向KAFAS控制单元发送的一个总线信号报告按钮操作信息。只有当系统正常工作时，ICM控制单元才允许接通车道偏离报警装置。只有这时，才会通过一个总线信号将确认信息发往脚部空间模块（FRM），以激活按钮的功能照明。如果系统中存在故障，则在按下按钮后，功能照明仍会保持关闭。驾驶员于是识别到，车道偏离报警装置不可用。
    （2）摄像机。安装在车内后视镜镜脚上的车道偏离报警装置摄像机监控车辆的前部区域。此摄像机可拍摄车辆前方不超过40m和车辆左右不超过5m的车道。图像数据通过一条LVDS数据导线传送到KAFAS控制单元并在那里进行分析。该控制单元在摄像机拍摄的图像中借助数字图像处理查找可能存在的车道和路面标记。
    （3） KAFAS：基于摄像机的驾驶员辅助系统的控制单元。KAFAS控制单元位于驾驶员脚部空间区域，紧挨着中央网管模块。从摄像机中所摄取的光亮点，光亮颜色和光亮强度都将由KAFAS控制单元进行分析。通过KAFAS控制单元的评价给出建议，是接通还是断开。摄像机通过一条12芯导线与KAFAS控制单元连接。KAFAS控制单元连接在PT-CAN上，如图3所示。

    （4）方向盘中的震动作动器。震动作动器置于方向盘的辐条内。震动作动器的任务是令方向盘震动。驾驶员辅助系统“车道偏离报警装置”和“变道警告系统”均使用该震动功能，以警告驾驶员出现了危险状况。同样安装在方向盘内的方向盘电子控制装置控制震动作动器。控制震动作动器的要求由一体式底盘管理系统（ICM）按如下方式发送：通过FlexRay发送至转向柱开关中心（SZL）。SZL通过LIN总线将该要求转发至方向盘电子控制装置，如图4所示。

    3．系统功能
    （1）功能联网。为了实现车道偏离警告以及远光灯辅助系统，需要一个复杂系统网络与分散在其他控制单元中的功能。图5显示系统网络。

（2）远光灯辅助系统。如果只存在一个远光灯辅助（5AC），系统网络具有如图6形式。

    （3）车道偏离报警装置。车道偏离报警的前提条件是识别到车道并有规定的行驶速度。这时系统原则上已做好报警准备。在面临越过车道危险时，该系统通过方向盘震动向驾驶员报警。系统根据一个或两个识别到的车道，首先计算出车辆相对于这些车道的位置。借助转向角和行驶速度可计算出越过一个车道的剩余时间。在越过标记前及时发出一个警告。在接近某个路面标记时只发出一次警告。此警告最长持续2. 5s。
如果车辆继续压在车道标记上，则不再继续发出警告。在驶回原车道或换道后才能够重新发出一个新警告。在进行驾驶员希望的换道时：作为输入信号的转向信号灯操作不会发出警告。
    警告在下列条件下被结束：驾驶员转回原车道、正在进行换道、车辆超过2.5s压在标线上、操作用于换道的转向信号灯、用力踩下制动器（视制动压力而定）。
    警告的最低速度与国家有关。欧洲：70km/h;美国：64km/h;日本：50km/h。
    系统和报警就绪状态在组合仪表以及平视显示系统上显示。
    （4）远光灯辅助系统。摄像机监控车辆前部区域的光源。前面行驶车辆或对面来车在距离约400m时就已经识别到。摄像机的感知范围这时约1000m。摄像机视野范围具有向左和右的约15“水平方位角。摄像机视野范围具有向上和下的约5。垂直方位角。摄像机在运行时拍摄光亮点。这时可以区分不同的参数，例如光色和光强度。
    拍摄的光亮点、光色和光强度都由KAFAS控制单元进行分析。在分析后，此控制单元输出一个接通或关闭建议。建议将由控制单元KAFAS或FLA发送至脚部空间模块。在提出接通或关闭建议时也会考虑行驶速度。在速度低于38km/h时关闭远光灯辅助。在速度高于50km/h时根据所有其他参数接通。如果车辆处在一个照明充分的环境中，则不接通远光灯。该KAFAS控制单元（或FLA）将关闭建议发送至脚部空间模块（FRM）。
    （5）交通标志识别（Speed Limit Information）。交通标志识别在组合仪表上以及在平视显示系统上显示当前车速限制。交通标志识别以此为驾驶员提供帮助，避免车速超标。车辆和行驶速度的责任只能由驾驶员承担。车速限制的显示以下列分析结果为前提：导航系统的数据、摄像机的图像数据。
    只要在导航数据中存储了当前正在行驶道路的车速限制数据，KAFAS控制单元就将其用作基础。同时也在KAFAS控制单元中分析摄像机的视频数据。图像数据由KAFAS控制单元读取，并分析限制车速和取消限制的交通提示牌。如果摄像机识别到交通提示牌指示的、当地的、临时的车速限制，则优先于导航数据进行显示。如果取消车速限制的交通提示牌被遮住或无法识别，则根据规定的时间和路程参数取消显示。系统功能在有些道路条件和环境条件下受到限制。例如积雪覆盖的路面、起雾、降雨、由于光学系统物理极限发生的逆光和炫目。
    （6）售后服务提示。在更换摄像机或挡风玻璃时必须对车道偏离报警装置进行校准，因为在这些情况下摄像机的位置可能已改变。在更换控制单元时不需要进行校准。在这种情况下摄像机中存储的校准数据被传送到控制单元并存储在那里。
    提示：注意服务功能。通过BMW诊断系统，车道偏离报警装置有以下服务功能可用：车道偏离报警装置校准；路径：服务功能。驾驶员辅助系统、基于摄像机的驾驶员辅助系统。

    二、基于摄像机的驾驶员辅助系统（KAFAS）
    1．概述
    根据装备情况，有不同的基于摄像机的系统可供使用。技术上可利用镜脚中的摄像机和一个控制单元如KAFAS控制单元来实现。基于摄像机的驾驶员辅助系统的显示功能如下：车道偏离报警装置、远光灯辅助系统（在日本不允许）、速度限制（Speed Limit Information（限速信息））、跟随行驶报警、禁止超车、新内容：市区行驶时避免事故、新内容：预防性行人保护、新内容：堵车助手参见某些功能描述。
    如果客户只订购远光灯辅助（SAC），则该系统通过车内后视镜上的一个摄像机和一个控制单元实现，如图7所示。

    2．部件简短描述
    将描述基于摄像机的驾驶员辅助系统（KAFAS）的下列部件：车灯操作面板、转向信号灯／远光灯开关以及驾驶员辅助系统操作面板。

    可通过转向远光灯开关接通和关闭远光灯辅助。为此灯开关必须处在自动车灯控制位置或者近光灯位置中。还有一个前提条件：近光灯已因为光线足够暗淡而接通。若为没有自动车灯控制的车辆，即使在明亮光线下也不会激活远光灯辅助系统。远光灯辅助系统将会因为环境亮度而接通近光灯。图8所示为F30。

    用驾驶员辅助系统操作设备上的按钮接通和关闭车道偏离报警装置和跟随行驶报警，如图9所示。

    装备有前端电子模块（FEM）的车辆：驾驶员辅助系统操作面板通过局域互联网总线与前部车身电子模块连接。由前部车身电子模块发送至KAFAS控制单元的总线信号通知按压按钮。只有当系统正常工作时，ICM控制单元才允许接通车道偏离报警装置。然后才通过发送至前部车身电子模块的总线信号进行肯定确认，从而激活按钮的功能照明灯。如果系统中存在故障，则在按下按钮后，功能照明仍会保持关闭。驾驶员于是识别到，车道偏离报警装置不可用。
    带接线盒电子装置（JBE）的车辆：驾驶员辅助系统操作面板通过LIN总线与脚部空间模块（FRM）连接。由脚部空间模块发送至KAFAS控制单元的总线信号通知按压按钮。只有当系统正常工作时，ICM控制单元才允许接通车道偏离报警装置。然后才通过发送至脚部空间模块的总线信号进行肯定确认，从而激活按钮的功能照明灯。如果系统中存在故障，则在按下按钮后，功能照明仍会保持关闭。驾驶员于是识别到，车道偏离报警装置不可用。
    自F15起：配有车身域控制器（BDC）的车辆：驾驶员辅助系统操作设备通过LIN总线与车身域控制
器（BDC）连接。由车身域控制器发送至KAFAS控制单元的总线信号通知按动按钮。只有当系统正常工作时，ICM控制单元才允许接通车道偏离报警装置。然后才通过发送至车身域控制器的总线信号进行肯定确认，从而激活按钮的功能照明。如果系统中存在故障，则在按下按钮后，功能照明仍会保持关闭。驾驶员于是识别到，车道偏离报警装置不可用。

    提示：如果车辆配有最新一代的DSC （MK100），则先前在一体式底盘管理系统（ICM）中计算的功能逻辑部件将集成到DSC控制单元中。因此可能取消其中的ICM控制单元，如图10所示。

    驾驶员辅助系统操作设备位于中央控制台内警示闪烁开关处。驾驶员辅助系统操作设备通过6芯插头连接进行连接。
    KAFAS摄像机如图11所示，安装在车内后视镜镜脚上的车道偏离报警装置摄像机监控车辆的前部区域。此摄像机可拍摄车辆前方不超过40m和车辆左右不超过5m的车道。图像数据通过一条LVDS数据导线传送到KAFAS控制单元并在那里进行分析。该控制单元在摄像机拍摄的图像中借助数字图像处理查找可能存在的车道和路面标记。摄像机通过一个10芯的插头连接以及一个屏蔽装置于KAFAS控制单元连接。

    KAFAS摄像头加热装置位于KAFAS摄像头视野范围的边缘。加热装置应能防止KAFAS摄像头前的挡风玻璃蒙雾和结冰。这样就能在寒冷天气情况下提高KAFAS摄像机的可用性，如图12所示。

    KAFAS：基于摄像机的驾驶员辅助系统的控制单元。
    从摄像机中所摄取的光亮点，光亮颜色和光亮强度都将由KAFAS控制单元进行分析。通过KAFAS控制单元的评价给出建议，是接通还是断开。摄像机通过一条12芯导线与KAFAS控制单元连接。KAFAS控制单元连接在PT-CAN上。KAFAS控制单元利用总线端15N，通过前端配电器供电，如图13所示。

    方向盘中的震动作动器。震动作动器置于方向盘的辐条内。震动作动器的任务是令方向盘震动。驾驶员辅助系统“车道偏离报警”和“变道警告系统”均使用该震动功能，以警告驾驶员出现了危险状况。同样安装在方向盘内的方向盘电子控制装置控制震动作动器。对于震动执行器控制的要求将由一体式底盘管理系统（ICM）或动态稳定控制系统（DSC）作为总线信号发送至与总线相连的控制单元。
    带车身域控制器的车辆。车身域控制器（BDC）将这个请求通过LIN总线继续传输给转向柱开关中心内的方向盘电子控制装置。

    装备有前部车身电子模块的车辆。前部车身电子模块（FEM）将该请求通过局域互联网总线继续传递给转向柱开关中心的方向盘电子控制装置。
    带接线盒电子装置的车辆。接线盒电子装置（JBE）将该请求通过局域互联网总线继续传递给转向柱开关中心的方向盘电子控制装置。
    转向柱开关中心不是控制单元，如图14所示。

    3．系统功能
    （1）功能联网。为了实现车道偏离警告以及远光灯辅助系统，需要一个复杂系统网络与分散在其他控制单元中的功能。图15以F2x、F3x、F15为例显示车道偏离报警装置以及远光灯辅助的系统网络。如果只有一个远光灯辅助（5AC），则系统网络如图16，以F2x、F3x、F15为例。



    （2）市区行驶时避免事故。摄像机探测车辆前方区域。摄像机借助图像处理识别视野范围内的所有车辆（轿车、载重车、摩托车）包括静止目标。基于计算出的位置、距离和相对速度发出警告或进行制动。这项功能警告驾驶员存在危险的跟随行驶情况，从而避免跟随行驶事故。此外，在3 - 60km/h之间时还自动进行制动。因此降低事故后果。在速度差不超过约18km/h的情况下可避免发生事故。该功能在日间和夜间都可使用。
    跟随行驶报警分两挡输出。第1挡（预警）在组合仪表（KOMBI）内显示警告符号。第2挡（严重警告）图标闪烁。此外将输出一个声音报警。两个等级都可以通过驾驶员辅助系统操作设备打开或关闭。车辆启动时即可提供该功能。预警可以在中央信息显示器上设置（提前、中等、延迟）。快要碰撞前以中等制动力自动进行制动，以将事故严重性降至最低。严重警告时预先准备制动，以便能尽快进行全制动。
    （3）预防性行人保护。摄像机探测车辆前方区域。摄像机借助图像处理识别行人。基于计算出的位置、距离和相对速度发出警告或进行制动。这项功能警告驾驶员可能存在10～60km/h之间的碰撞。此外还自动进行制动。因此降低事故后果或避免发生事故。该功能只能在日间使用。跟随行驶报警分两级输出。第一级（预警）在组合仪表（KOMBI）内显示警告符号。第二级（严重警告）图标闪烁。此外将输出一个声音报警。两个等级都可以通过驾驶员辅助系统操作设备打开或关闭。车辆启动时即可提供该功能。快要碰撞前以中等制动力自动进行制动，以将事故严重性降至最低。严重警告时预先准备制动，以便能尽快进行全制动。
    （4）车道偏离报警装置。车道偏离报警的前提条件是，识别到车道并有规定的行驶速度。这时系统原则上已做好报警准备。在面临越过车道危险时，该系统通过方向盘震动向驾驶员报警。系统根据一个或两个识别到的车道，首先计算出车辆相对于这些车道的位置。利用偏航角速度和行驶速度计算越过某一个行驶轨迹的剩余时间。在越过标记前及时发出一个警告。在接近某个路面标记时只发出一次警告。此警告最长持续2.5s。如果车辆继续压在车道标记上，则不再继续发出警告。在驶回原车道或换道后才能够重新发出一个新警告。在进行驾驶员希望的换道时：作为输入信号的转向信号灯操作不会发出警告。
警告在下列条件下被结束：驾驶员转回原车道、正在进行换道、车辆超过2.5s压在标线上、操作用于换道的转向信号灯、用力踩下制动器（视制动压力而定）。

    激活警告所需的速度取决于国家。欧洲：70km/h;美国：64km/h;日本：50km/h。
    在组合仪表以及（视车辆而定）在平视显示系统中显示系统和报警就绪状态。
    （5）远光灯辅助系统。摄像机监控车辆前部区域的光源。前面行驶车辆或对面来车在距离约400m时就已经识别到。摄像机的感知范围这时约1000m。摄像机视野范围具有向左和右的约15°水平方位角。摄像机视野范围具有向上和下的约5°垂直方位角。摄像机在运行时拍摄光亮点。这时可以区分不同的参数，例如光色和光强度。拍摄的光亮点、光色和光强度都由KAFAS控制单元进行分析。在分析后，此控制单元输出一个接通或关闭建议。建议通过KAFAS控制单元或FLA控制单元发送。在提出接通或关闭建议时也会考虑行驶速度。如果速度低于30km/h，则关闭远光灯。如果速度大于40km/h，则根据所有其他参数接通远光灯。如果车辆处在一个照明充分的环境中，则不接通远光灯。KAFAS控制单元（或FLA控制单元）发送一个关闭建议。
    （6）交通标志识别（Speed Limit Information）。交通标志识别将当前的速度限制显示到组合仪表或平视显示系统中。交通标志识别以此为驾驶员提供帮助，避免车速超标。车辆和行驶速度的责任只能由驾驶员承担。速度限制的显示基于以下分析：导航系统的数据、摄像机的图像数据。
    只要导航数据中存储了当前行驶路段的速度限制数据，KAFAS控制单元就会以该数据为准。同时也在KAFAS控制单元中分析摄像机的视频数据。图像数据由KAFAS控制单元读入并根据速度限制和取消速度限制的交通标志进行分析。如果摄像机识别到通过指示牌明示的、局域性的、临时性的车速限制，则这些数据通导航数据相比具有优先显示权。如果取消速度限制的指示牌非常隐蔽或无法识别，则相应地撤销预定时间和路程参数的显示。
    （7）跟随行驶报警。与利用定速控制（ACC=Radar）跟随行驶报警的不同之处在于，使用一种基于摄像机的技术。跟随行驶报警可以从速度大于15km/h之后在车辆的后视图上输出警告。
    跟随行驶报警具有以下子功能：
    ①预警。警告，例如当出现碰撞危险时，或者与前车的距离太小时。在组合仪表中、也可在平视显示系统中通过红色的车辆标志发出警告。距离很小时的静态预警，接近时动态预警。
    ②声音警告。如果车辆以比较高的速度差接近另一个口标，就会警告迫在眉睫的碰撞危险。组合仪表中闪烁的红色车辆标志，也可代之以平视显示系统以及听觉警告信号。
    ③制动器预充压。
    ④匹配动态制动控制阈值（辅助制动系统）。此外还将发出一个检查控制信息。
    警告时间点取决于不同的变量。例如：当前行驶状况的分级、车道潮湿、通过踏板运动和转向运动评估驾驶员的注意力。注意车主手册中的功能限制。
    （8）识别到停止车辆自动制动。如果车辆具有特种装备SA5AT，则也会识别出停止和横穿车辆。如果有停止车辆，则在危险范围内可能出现全制动。
    禁止超车。该功能可利用组合仪表中的相应图标（也可代之以平视显示系统）显示已识别的超车禁令标志。将KAFAS摄像机记录的图像与导航数据融合在一起。也可显示超车禁令取消。可识别附加交通标志（例如载重车，挂车）并且检查其可信度。
    4．系统限制
    系统功能在有些道路和环境条件时受到限制：例如，车道被雪覆盖、雾天、雨天、逆光和炫目时，由于光学系统的极限所致。
    5．售后服务提示
    在更换摄像机或挡风玻璃时必须对车道偏离报警装置进行校准，因为在这些情况下摄像机的位置可能已改变。在更换控制单元时不需要进行校准。在这种情况下摄像机中存储的校准数据被传送到控制单元并存储在那里。
    提示：注意服务功能。通过诊断系统提供下列用于车道偏离报警装置的服务功能：车道偏离报警装置执行器校准；车道偏离报警装置校准；路径：服务功能。驾驶员辅助系统。基于摄像机的驾驶员辅助系统。

    三、车道偏离报警装置摄像机
    1．概述
    车道偏离报警装置是一个辅助系统，其通过方向盘抖动提前向驾驶员说明车辆无意中偏离了方向并劝其反转向。如果跨线行驶，则系统在驾驶员未打转向灯或未采取其他行动（制动／加速）时向其发出警告。通过一个摄像机识别所用行驶轨迹的左右道路标线。
    2．功能描述
    此摄像机安装在挡风玻璃后面的车内后视镜区域内，并通过一根数据导线将摄像机图像发送至控制单元。在控制单元中有根据摄像机图像确定出车辆在行驶轨迹中所处位置的软件。车道偏离报警装置控制单元在摄像机摄制的图像中借助图像处理技术查找可能存在的车道标线，如图17所示。

    该系统自70km/h的速度起可使用。识别到行驶轨迹时，车道偏离报警装置也做好报警准备。在速度低于70km/h时，接通时在组合仪表上连续约3s出现一个自70km/h起可使用的提示。通过辅助系统操作设备上灯开关下方的按钮激活车道偏离报警装置。
    3．结构及内部连接
    通过2根导线控制车道偏离报警装置摄像机。KAFAS控制单元将摄像机收集的同步视频信号转化成FBAS信号。摄像机通过一个10芯的插头连接以及一个屏蔽装置于KAFAS控制单元连接，如图18所示。

    4．标准值
车道偏离报警装置摄像机的标准值见表1。

    5．诊断提示
    在更换摄像机或挡风玻璃时必须对车道偏离报警装置进行校准，因为在这些情况下摄像机的位置可能已改变。在更换控制单元时不需要进行校准。在这种情况下摄像机中存储的校准数据被传送到控制单元并存储在那里。通过BMW诊断系统，车道偏离报警装置的校准有如下服务功能可使用：路径：服务功能。车身＊基于摄像机的驾驶员辅助系统。
    在车道偏离报警摄像机失灵时，预计将出现以下情况：基于摄像机的驾驶员辅助系统控制单元（KAFAS）出现故障记录，组合仪表上出现检查控制信息，如果摄像机脏污，也同样会显示一条检查控制信息。

    四、基于摄像机的驾驶员辅助系统（KAFAS）
    车速限制标牌上的特殊符号。系统只能识别和解释用于湿滑、降雨、积雪和载货汽车的特殊符号。不能识别其他特殊符号。显示车速限制时不考虑特殊符号。只在激活刮水器运行时考虑用于湿滑的特殊符号。只适用于规定的白天某些时段的车速限制可从导航数据中获取。
    平行、分岔或归并的道路。如果当前行驶的道路附近的道路上有标牌，则系统可能对旁边道路的车速限制做出反应。
    载货汽车上的标牌。载货汽车上安装的标牌可能给系统造成错误识别。这种错误尤其可能在载货汽车静止、超车和跟在载货汽车后面行驶时出现。
    城镇人口／城镇出口。主干道的车速限制可从导航数据中提取。如果数据不符合最新情况，则可能发生错误报警。
    部分遮蔽或完全遮蔽的标牌。如果标牌被树木、污垢、积雪和载货汽车局部遮蔽，则可能导致识别不到。在强降雨、起浓雾和太阳低垂时同样会发生问题。
    不符合标准的标牌。要识别的标牌必须符合标准。提示牌可能导致错误解释。系统不能区分提示牌和车速标牌。例如：边境口岸的信息板、标准车速的标牌、军方提示牌、出口标牌上的编号、桥梁的最大恒载荷、取消禁止超车。速度和距离。与要识别的标题距离较大并速度较高时，可能偶尔识别不到。这两个变量越大，识别不到的可能性也越高。夜间行驶会加重这种效应。
 

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