3. 车道保持系统概述

车道保持系统是商用车高级驾驶辅助（ADAS）中横向控制的核心功能族。它通过前视摄像头识别车道线，结合车辆动力学状态，在驾驶员无意识偏离车道时提供预警或转向干预，从而降低因车道偏离引发的碰撞风险。理解 LKA、LCC 及其相互关系，是后续横向控制算法、执行器接口与安全设计的基础。

3.1 LKA 与 LCC 的功能定位

车道保持辅助（LKA，Lane Keeping Assist）通常包含两个层次：车道偏离预警（LDW）与车道偏离抑制/纠正（LDP/LKA 干预）。LDW 仅在车辆压线或即将越线时发出视觉、听觉或触觉报警；LKA 干预则通过 EPS 施加小幅转向力矩，将车辆拉回车道内。其触发条件是“偏离已发生或即将发生”，属于被动式、事件驱动的横向辅助。

车道居中控制（LCC，Lane Centering Control）则是在车道保持基础上，持续将车辆维持在车道中心线附近行驶。它需要更稳定的车道线跟踪、更连续的横向控制输出，通常与自适应巡航（ACC）配合形成“车道居中+跟车”的组合功能。LCC 的体验更接近持续横向控制，而非仅在偏离时介入。

3.2 LKA 与 LCC 的关系

从系统架构看，LKA 与 LCC 并非互斥，而是同一横向控制能力的不同工作模式。LKA 可视为 LCC 的降级或子集：当车道线质量不足、曲率过大或驾驶员频繁接管时，系统可退化为 LKA 的预警与短时纠正；当条件满足时，LCC 可提供持续居中。二者共用摄像头、车道线融合、EPS 接口与 HMI 状态机，差异主要体现在控制器的目标函数与使能条件上。

在工程实现中，常见做法是将 LKA 与 LCC 统一到横向控制状态机中，通过功能开关、车速区间、车道线置信度和驾驶员手力矩阈值进行模式仲裁。这样既能保证功能连续性，也便于功能安全分析时统一考虑失效模式。

3.3 系统边界与运行设计域

车道保持系统的边界由运行设计域（ODD）定义，主要包括：车道线清晰度与类型（实线、虚线、双线）、道路曲率半径、车速范围、光照与天气条件、摄像头视野遮挡情况等。商用车由于车身长、质心高、载荷变化大，其横向动力学响应与乘用车差异显著，因此 ODD 通常更保守。

系统边界还涉及驾驶员状态：LKA/LCC 均要求驾驶员手扶方向盘并保持注意力。当驾驶员手力矩低于阈值超过一定时间，系统应逐级降级：先视觉提示，再声音警告，最后退出横向控制。这一“人机共驾”边界是功能安全与预期功能安全分析的重点。

3.4 法规要求概览

全球主要法规对车道保持系统提出了明确要求。下表汇总了典型法规框架下的关键约束：

3.5 功能安全与预期功能安全初步

功能安全（FuSa）关注系统失效带来的风险。对 LKA/LCC 而言，典型失效包括：摄像头误识别导致错误转向、EPS 非预期输出力矩、控制器死机导致功能丢失。根据 ISO 26262，横向控制通常需达到 ASIL B 或 ASIL D 等级，具体取决于危害分析与风险评估结果。安全机制包括：力矩限幅、车道线置信度校验、驾驶员手力矩监控、看门狗与冗余校验。

预期功能安全（SOTIF）则关注“系统未失效但性能不足”引发的风险。例如：强光导致车道线漏识别、雨雪覆盖车道线、施工区临时标线混乱、弯道曲率超出设计范围。这些场景不属于硬件故障，但可能使系统无法正确响应。SOTIF 要求通过场景分析、边界测试与功能降级策略，将未知不安全场景控制在可接受范围内。

3.6 典型场景与复盘

以一辆重型牵引车在高速公路行驶为例：车速 85 km/h，车道线清晰，LCC 激活并持续居中。前方出现曲率半径约 500 m 的弯道，摄像头提前识别到弯道曲率，横向控制器输出转向力矩。此时驾驶员手力矩突然增大（主动变道意图），系统应在 0.5 s 内识别并退出 LCC，交还控制权。若驾驶员手力矩低于阈值且车辆开始偏离，系统应先预警，再施加纠正力矩，纠正力矩不得超过法规限值。

复盘要点：第一，模式仲裁必须优先响应驾驶员输入；第二，纠正力矩需平滑，避免引起商用车侧倾或货物移位；第三，退出策略应分级，避免突然断开造成驾驶员恐慌。通过将 LKA 与 LCC 统一到横向控制状态机，并在 ODD 边界内进行充分测试，才能保证系统既有效又安全。

横向控制状态机伪代码示例：
if (driver_torque > override_threshold) {
    state = DRIVER_OVERRIDE;
    request_torque = 0;
} else if (lane_confidence < min_confidence || speed < min_speed) {
    state = STANDBY;
    request_torque = 0;
} else if (lane_offset > warning_threshold) {
    state = LKA_ACTIVE;
    request_torque = clamp(pid(lane_offset), -max_torque, max_torque);
} else {
    state = LCC_ACTIVE;
    request_torque = clamp(pid(lane_offset, heading_error), -max_torque, max_torque);
}