近期日本完成了“后車無人列隊(duì)跟馳”開放道路驗(yàn)證測試,本文對該項(xiàng)目的內(nèi)容及所采用的相關(guān)技術(shù)進(jìn)行了詳細(xì)介紹。
1、日本卡車后車無人列隊(duì)跟馳項(xiàng)目介紹
日本國土交通省和經(jīng)濟(jì)產(chǎn)業(yè)省2021年3月5日發(fā)布消息,在日本新東名高速的部分區(qū)段上成功實(shí)現(xiàn)了“后車無人列隊(duì)跟馳”(列隊(duì)跟馳又稱編隊(duì)行駛、隊(duì)列行駛等)驗(yàn)證測試。
日本后車無人列隊(duì)跟馳測試實(shí)施測試的道路長度約15km(新東名高速,遠(yuǎn)州森町PA~浜松SA),3臺大型卡車保持車速80km/h、車間距離9m,組成車隊(duì)行駛,最前方卡車有駕駛員,后方2輛卡車無駕駛員,但出于安全考慮有安全員坐在跟隨車輛的副駕駛座位上。
在高速上以80公里/小時(shí)車速、車間距9m的條件下行駛為了解決卡車駕駛員高齡化、人員不足的問題,日本國土交通省等政府機(jī)構(gòu)一直都將在2020年度內(nèi)實(shí)現(xiàn)高速公路內(nèi)的卡車后車無人隊(duì)列跟馳技術(shù)作為推進(jìn)目標(biāo)。將名為“面向卡車列隊(duì)跟馳社會實(shí)際配備的驗(yàn)證”項(xiàng)目委托給豐田通商,迄今為止已進(jìn)行了多次用于后車無人列隊(duì)跟馳技術(shù)開發(fā)的實(shí)際驗(yàn)證試驗(yàn)。此次的活動也是該驗(yàn)證項(xiàng)目的一環(huán),仍由豐田通商實(shí)施。
后車無人列隊(duì)跟馳示意圖(豊田通商官網(wǎng))
2、實(shí)現(xiàn)后車無人列隊(duì)跟馳所采用的技術(shù)
從新東名高速本線向浜松分流下匝道后車無人列隊(duì)跟馳,是指在最前方行駛的卡車內(nèi)有駕駛員,通過通訊與后方的無人駕駛卡車聯(lián)接,通過電子手段引導(dǎo)多臺卡車。
在本次活動中,最重要的2點(diǎn)是通過讓后車自動追蹤前車行駛軌跡,并將車間距控制在10m以內(nèi)(5m-10m)以避免其他車輛輕易插入列隊(duì)行駛的多臺車輛之間。
實(shí)現(xiàn)這兩點(diǎn)主要采用的是“前車追蹤控制”、“車間距離控制”、“前車駕駛員駕駛輔助”等技術(shù)。
例如,“前車追蹤控制”中,為了識別前車的行駛軌跡,使用了3D激光雷達(dá)和立體攝像頭、RTK-GPS等,并通過進(jìn)行轉(zhuǎn)向控制,將與前方車輛的橫向偏移量控制在±50cm以內(nèi)。
“車間距離控制”同樣使用了3D激光雷達(dá)和立體攝像頭,由于使用現(xiàn)有車間距傳感器無法避免緊急制動時(shí)卡車之間發(fā)生碰撞,因此要通過通訊聯(lián)接卡車,前車加速、制動裝置的使用狀態(tài)與后車實(shí)時(shí)共享,理想控制車間距離。在測試中即使在80km/h車速下緊急制動,車間距也僅縮短了2m。
試驗(yàn)車輛俯視圖(紅字為2019年新增部分)從圖中可見,最前方車輛為手動駕駛,后方跟隨的2輛車為自動駕駛,單車長12m、隊(duì)列全長約60m,增加了LED插隊(duì)警示裝置、車外警示,最前方車輛駕駛員輔助系統(tǒng)包括后車監(jiān)測、后側(cè)方毫米波雷達(dá)、電子后視鏡,后車具備車道保持功能,通過車間距傳感器和車車間通訊來維持短車間距。
實(shí)際的車輛開發(fā)等由先進(jìn)mobility公司承擔(dān)。2019年新增功能:
·最前方車輛駕駛員能夠統(tǒng)一操作后續(xù)跟隨車輛的發(fā)動機(jī)啟動、停機(jī)、變速器換擋、駐車制動生效、解除等。
·最前方車輛駕駛席設(shè)置監(jiān)視器,顯示后續(xù)跟隨車輛的發(fā)動機(jī)啟動狀態(tài)、變速器檔位、與前方車輛間距、水溫、剩余油量、系統(tǒng)故障信息等異常事項(xiàng)。
·車輛控制裝置冗余化,實(shí)現(xiàn)控制ECU、轉(zhuǎn)向執(zhí)行器、制動等的多重冗余。
·最前方車輛駕駛員駕駛輔助功能,在變道時(shí)通過毫米波雷達(dá)檢測周邊車輛和障礙物,如果周邊有車輛等,通過車輛駕駛員HMI、電子后視鏡顯示不可變道警告信息。
·通過卡車后部設(shè)置的LED信息板向可能插入車隊(duì)之間的靠近車輛發(fā)出警示,同時(shí)在最前方車輛駕駛員HMI報(bào)告有靠近車輛。
·列隊(duì)行駛狀態(tài)下發(fā)生異常時(shí)的處理(車輛插入車隊(duì)之間等),通過狀態(tài)監(jiān)視功能,在前方車輛駕駛員HMI顯示異常報(bào)警(如發(fā)生車輛插入車隊(duì),顯示發(fā)生位置及與后續(xù)車輛之間的距離)。
·當(dāng)發(fā)生無法維持列隊(duì)行駛的嚴(yán)重異常時(shí),隊(duì)列車輛進(jìn)入MRM(Minimum Risk Maneuver,最小風(fēng)險(xiǎn)操作)模式。
后車無人列隊(duì)跟馳車輛(豊田通商官網(wǎng))
安全技術(shù):
·當(dāng)裝置發(fā)生輕微故障時(shí),采用“降級行駛模式”安全減速至50km/h;
·當(dāng)發(fā)生多重故障時(shí),采用“MRM(minimum risk maneuver,最小風(fēng)險(xiǎn)操作)模式”;
·如果無法保持列隊(duì)跟馳時(shí),使車輛安全停止。
·針對車輛插入隊(duì)列之間的情況,當(dāng)卡車隊(duì)列處于停車狀態(tài)時(shí),如果行人或車輛隊(duì)列之間,將通過LED顯示“插隊(duì)危險(xiǎn)”來提出警示,而且最前方車輛駕駛員無法起動發(fā)車。
·在卡車隊(duì)列行駛過程中,如果發(fā)生其他車輛插隊(duì)的情況,將切換至MRM狀態(tài),跟隨卡車報(bào)警燈閃亮并安全停車。
3、項(xiàng)目今后的技術(shù)開發(fā)方向
該項(xiàng)目迄今為止已實(shí)施公路行駛測試超過4萬公里,此外還進(jìn)行了大量的場地行駛測試、仿真測試等,完成了原定的高可靠性、高安全性目標(biāo)。
在下雪、濃霧等苛刻條件下無法行駛,這些將是后期繼續(xù)研究的課題。
此次項(xiàng)目采用的是廂式載貨車,未考慮過承載集裝箱的牽引車,因此如應(yīng)用于廂式車以外的其他車型,尤其是要求更為苛刻的牽引車時(shí),還需要進(jìn)行進(jìn)一步技術(shù)開發(fā)。
4、今后的開發(fā)推進(jìn)計(jì)劃
日本政府已發(fā)布的成長戰(zhàn)略內(nèi)容包括“以實(shí)現(xiàn)2025年后高速道路L4級自動駕駛卡車為目標(biāo),對高性能卡車的運(yùn)營管理系統(tǒng)進(jìn)行研究”,交通省今后仍將繼續(xù)推進(jìn)自動駕駛卡車的開發(fā)和社會實(shí)際應(yīng)用。
根據(jù)日本政府已發(fā)布的“官民?ITS構(gòu)想路線圖2020” (官民ITS構(gòu)想?ロードマップ2020),目標(biāo)為在2022年度之后實(shí)現(xiàn)高速公路卡車后車無人列隊(duì)跟馳的商業(yè)化。
今后將推進(jìn)技術(shù)開發(fā),滿足雨雪、夜間等各種行駛環(huán)境的要求。
目前正在研討2021年起可能實(shí)施的新項(xiàng)目,目標(biāo)是實(shí)現(xiàn)搭載L4級自動駕駛技術(shù)的卡車隊(duì)列,例如隊(duì)列被迫取消后能夠切換至自動駕駛模式繼續(xù)行駛。
5、今后的商業(yè)化推進(jìn)計(jì)劃
2019年發(fā)布的成長戰(zhàn)略關(guān)于商業(yè)化時(shí)間計(jì)劃,經(jīng)產(chǎn)省人員表示,“目標(biāo)是2021年實(shí)現(xiàn)有人操作列隊(duì)跟馳的商業(yè)化。2019年發(fā)布的成長戰(zhàn)略原計(jì)劃2022年之后實(shí)現(xiàn)無人駕駛列隊(duì)跟馳的商業(yè)化,但在實(shí)踐過程中發(fā)現(xiàn)有些情況單憑無人操作列隊(duì)跟馳技術(shù)是很難徹底解決的,可能需要與L4級自動駕駛技術(shù)組合來力爭實(shí)現(xiàn)商業(yè)化。為此,計(jì)劃啟動面向L4級自動駕駛的新項(xiàng)目,2025年之后實(shí)現(xiàn)L4級卡車的商業(yè)化,希望能夠在該L4級技術(shù)中包含列隊(duì)跟馳技術(shù)”。
關(guān)于商業(yè)化的具體形式,尚無確定的結(jié)論,可能有多種形式,可能由卡車廠商將技術(shù)配置到卡車產(chǎn)品上進(jìn)行銷售,也可能有先進(jìn)mobility公司等第三方對車輛進(jìn)行改裝后進(jìn)行銷售,總之目標(biāo)是便于物流行業(yè)應(yīng)用。