商用車自動(dòng)駕駛測(cè)試現(xiàn)狀研究

許 設(shè)，馬文博，高晉先，王新明，王博通

（1.中國汽車技術(shù)研究中心有限公司，天津 300300；2.中汽研汽車檢驗(yàn)中心（天津）有限公司，天津 300300）

引言

近年來信息技術(shù)在各行業(yè)不斷普及，在汽車行業(yè)中不僅提升了車輛中電子設(shè)備的比重，也催生了整個(gè)產(chǎn)業(yè)的智能化[1]。智能網(wǎng)聯(lián)汽車（ICV）[2]在傳統(tǒng)汽車的基礎(chǔ)上搭載了先進(jìn)的感知、控制、執(zhí)行系統(tǒng)，還需要不斷和車、路、人、云端等進(jìn)行信息交互。ICV的發(fā)展得益于信息技術(shù)的驅(qū)動(dòng)，它的誕生對(duì)于城市的發(fā)展和人類的出行具有重要意義。

商用車主要由貨運(yùn)車輛和中大型載客車輛組成，是世界范圍內(nèi)的運(yùn)輸行業(yè)中的重要板塊。商用車的智能網(wǎng)聯(lián)產(chǎn)業(yè)化具有巨大的實(shí)際應(yīng)用價(jià)值和商業(yè)價(jià)值，我們認(rèn)為商用車最后走到智能網(wǎng)聯(lián)化是一個(gè)必然。以公路物流行業(yè)為例，成本一直都是整個(gè)行業(yè)的痛點(diǎn)，如果自動(dòng)駕駛能夠解放駕駛員，那么它從成本角度將是一個(gè)顛覆性的進(jìn)步。智能卡車對(duì)于巨大的物流市場(chǎng)的改變可能是革命性的。

1 自動(dòng)駕駛測(cè)試

1.1 V字形開發(fā)流程

V字形開發(fā)流程，普遍適用于汽車電子行業(yè)的開發(fā)驗(yàn)證。

自動(dòng)駕駛系統(tǒng)涉及大量的軟硬件開發(fā)。軟件層面主要包括感知、決策、規(guī)劃、控制四個(gè)層面，硬件方面主要包括單雙目攝像頭、毫米波雷達(dá)、激光雷達(dá)等。在自動(dòng)駕駛系統(tǒng)的開發(fā)過程中，測(cè)試同樣是必不可少的。目前主要分為仿真測(cè)試和道路實(shí)車測(cè)試兩項(xiàng)。

圖1 V字形開發(fā)流程

1.2 自動(dòng)駕駛仿真測(cè)試

自動(dòng)駕駛仿真測(cè)試[3]是一種通過計(jì)算機(jī)和相關(guān)設(shè)備搭建算法模型和仿真場(chǎng)景以模擬道路測(cè)試的一種測(cè)試方法。該方法避免重復(fù)性工作，并能開發(fā)新的場(chǎng)景，具備很好的測(cè)試效果，能節(jié)省人力物力。圖2所示為自動(dòng)駕駛系統(tǒng)所需要的主要元素，自動(dòng)駕駛系統(tǒng)的虛擬仿真測(cè)試主要分為軟件在環(huán)測(cè)試、硬件在環(huán)測(cè)試、駕駛員在環(huán)仿真、車輛在環(huán)仿真等幾個(gè)層次。

圖2 自動(dòng)駕駛系統(tǒng)

軟件在環(huán)仿真（SIL）主要是測(cè)試感知、決策等算法對(duì)多變復(fù)雜的環(huán)境的適應(yīng)性。目前主機(jī)廠和第三方機(jī)構(gòu)中使用的SIL主要是基于Carmaker、Prescan、Carsim、PanoSim等軟件進(jìn)行，Carsim作為動(dòng)力學(xué)軟件可以提供整車模型，Prescan能夠搭建細(xì)膩逼真的仿真場(chǎng)景，上述軟件可以進(jìn)行聯(lián)合仿真，用于驗(yàn)證在matlab中建立的控制模型或者用其它語言編寫的算法模型。

圖3 視頻暗箱原理圖

硬件在環(huán)仿真（HIL）是在軟件在環(huán)的基礎(chǔ)上將控制算法導(dǎo)入ECU中，通過硬件系統(tǒng)運(yùn)行模型從而對(duì)ECU進(jìn)行全面測(cè)試。HIL系統(tǒng)主要由三部分組成：硬件平臺(tái)、實(shí)驗(yàn)管理軟件和實(shí)時(shí)軟件模型，目前在自動(dòng)駕駛的開發(fā)測(cè)試中應(yīng)用很廣。該系統(tǒng)可以對(duì)自動(dòng)駕駛的系統(tǒng)或者硬件進(jìn)行測(cè)試。圖4是基于投影方式的攝像頭測(cè)試暗箱原理圖。攝像頭暗箱[4]主要的作用就是用攝像頭采集到的場(chǎng)景動(dòng)畫來模擬實(shí)車上攝像頭所采集的真實(shí)場(chǎng)景。

圖4 駕駛員在環(huán)仿真系統(tǒng)

駕駛員在環(huán)仿真（DIL）是用于研究、測(cè)試、分析和重現(xiàn)“人-車-路-交通”在實(shí)際車輛駕駛中的相互作用。DIL系統(tǒng)（如圖4所示）相比HIL系統(tǒng)可以使駕駛員和模擬出虛擬環(huán)境進(jìn)行實(shí)時(shí)交互，可以反映出人力駕駛員在該場(chǎng)景下的駕駛狀態(tài)。

車輛在環(huán)仿真[5]（VIL）是指將ADAS系統(tǒng)集成到真實(shí)車輛中，并通過實(shí)時(shí)仿真機(jī)及仿真軟件模擬道路、交通場(chǎng)景以及傳感器信號(hào)，從而構(gòu)成完整測(cè)試環(huán)境的方法，可實(shí)現(xiàn)ADAS功能驗(yàn)證、各場(chǎng)景仿真測(cè)試、與整車相關(guān)電控系統(tǒng)的匹配及集成測(cè)試。與傳統(tǒng)的硬件在環(huán)（HIL）測(cè)試相比VIL由于用真實(shí)車輛替代了車輛模型，從而很大程度上提高了被測(cè)控制器性能測(cè)試結(jié)果的精確度。

1.3 自動(dòng)駕駛道路測(cè)試

雖然虛擬仿真測(cè)試可以極大地提升自動(dòng)駕駛測(cè)試的效率，但是虛擬仿真過程不能完全替代道路實(shí)測(cè)。以Waymo公司為例，該公司已經(jīng)在仿真平臺(tái)Carcraft上模擬了100億英里的道路場(chǎng)景，且支持Waymo車型進(jìn)行大規(guī)模測(cè)試，但該公司仍然組織了大量人力、物力進(jìn)行道路測(cè)試。

1.3.1 封閉道路測(cè)試

當(dāng)下，自動(dòng)駕駛汽車技術(shù)尚未成熟，基于封閉場(chǎng)地模擬構(gòu)建各種實(shí)際道路場(chǎng)景對(duì)自動(dòng)駕駛汽車進(jìn)行試驗(yàn)驗(yàn)證，是提升其技術(shù)水平、功能穩(wěn)定性、安全性的重要途徑。一方面，封閉測(cè)試可以為自動(dòng)駕駛汽車提供接近真實(shí)交通場(chǎng)景的試驗(yàn)環(huán)境，相關(guān)企業(yè)可以在風(fēng)險(xiǎn)可控的條件下發(fā)現(xiàn)自動(dòng)駕駛汽車存在的技術(shù)問題，確定車輛實(shí)際可靠運(yùn)行的道路環(huán)境條件；另一方面，封閉測(cè)試可以幫助測(cè)試主體復(fù)現(xiàn)在道路測(cè)試中遭遇的偶然場(chǎng)景，滿足定制化需求，更有針對(duì)性地提供測(cè)試場(chǎng)景，加快技術(shù)試驗(yàn)驗(yàn)證的效率，專業(yè)化的封閉測(cè)試場(chǎng)可以提供多種道路突發(fā)狀況集中發(fā)生的測(cè)試場(chǎng)景。

1.3.2 開放道路測(cè)試

道路測(cè)試是自動(dòng)駕駛汽車最重要的檢驗(yàn)。在道路測(cè)試中，開發(fā)者可以通過車輛和其它環(huán)境因素的交互進(jìn)一步采集更多的數(shù)據(jù)，并在真實(shí)環(huán)境中驗(yàn)證所開發(fā)的軟硬件的精度以及可靠性等。該數(shù)據(jù)可以用于后續(xù)算法的改進(jìn)工作，并不斷豐富場(chǎng)景庫，形成一個(gè)良性循環(huán)。

國內(nèi)外，企業(yè)和政府都非常重視自動(dòng)駕駛的開放道路測(cè)試。截止2020年11月，國內(nèi)27個(gè)城市已經(jīng)相繼發(fā)放了700多張測(cè)試牌照，極大地推動(dòng)了道路測(cè)試的進(jìn)程。以小馬智行為例，該公司在廣州和北京相繼上線了Robotaxi，100多輛自動(dòng)駕駛車輛設(shè)置了近150個(gè)接送站點(diǎn)，營運(yùn)范圍覆蓋了近150平方公里。該公司利用Robotaxi接觸到了更多的交通場(chǎng)景，整個(gè)技術(shù)做得更加的安全、便捷以及提升整個(gè)穩(wěn)定性。

1.3.3 國內(nèi)自動(dòng)駕駛試驗(yàn)場(chǎng)發(fā)展情況

封閉測(cè)試場(chǎng)[6]既包括傳統(tǒng)汽車試驗(yàn)場(chǎng)，也包括在各種試驗(yàn)道路基礎(chǔ)上增加智能化和網(wǎng)聯(lián)化功能的智能網(wǎng)聯(lián)汽車封閉測(cè)試場(chǎng)。從國內(nèi)外的建設(shè)情況來看，自動(dòng)駕駛測(cè)試場(chǎng)往往會(huì)模擬搭建諸如單向車道、雙向車道、十字路口、環(huán)形交叉路口、丁字路況、環(huán)島、高速公路等常見的交通場(chǎng)景，為自動(dòng)駕駛汽車測(cè)試提供完善的測(cè)試條件。不完全統(tǒng)計(jì)，全國有近50個(gè)封閉測(cè)試場(chǎng)（已建成和待建設(shè)），其中有30個(gè)具備智能網(wǎng)聯(lián)汽車測(cè)試能力。目前國內(nèi)試驗(yàn)場(chǎng)在智能網(wǎng)聯(lián)領(lǐng)域建設(shè)比較成熟得有中汽研鹽城試驗(yàn)場(chǎng)、襄陽達(dá)安試驗(yàn)場(chǎng)、中國汽研智能網(wǎng)聯(lián)測(cè)試基地、一汽農(nóng)安試驗(yàn)場(chǎng)等。

目前各試驗(yàn)場(chǎng)地建設(shè)標(biāo)準(zhǔn)不統(tǒng)一，場(chǎng)景差異大，存在大量重復(fù)性建設(shè)。智能網(wǎng)聯(lián)測(cè)試能力建設(shè)耗費(fèi)巨大，在該方面目前各企業(yè)還未找到合理的商業(yè)模式。

2 典型的商用車智能網(wǎng)聯(lián)應(yīng)用場(chǎng)景

相比乘用車的復(fù)雜的使用場(chǎng)景來說，商用車的使用場(chǎng)景要小很多。本文以比較常用的干線貨物運(yùn)輸、城市公交運(yùn)輸、港口運(yùn)輸、礦山、環(huán)衛(wèi)清掃、快遞送達(dá)等幾個(gè)場(chǎng)景為例進(jìn)行分析[7]。

2.1 干線貨物運(yùn)輸

干線貨物運(yùn)輸主要是在城市和城際間進(jìn)行，該應(yīng)用場(chǎng)景的道路情況相對(duì)簡(jiǎn)單，對(duì)自動(dòng)駕駛軟硬件的要求都相對(duì)較低。干線貨物運(yùn)輸?shù)囊?guī)模已經(jīng)達(dá)到十萬億級(jí)別，在運(yùn)輸過程燃油成本和人工成本是主要成本來源，其中司機(jī)的疲勞駕駛和違規(guī)駕駛帶來了巨大的運(yùn)輸安全風(fēng)險(xiǎn)。2019年5月在中汽中心的組織下，重汽、福田和東風(fēng)商用車完成了列隊(duì)跟馳標(biāo)準(zhǔn)公開驗(yàn)證試驗(yàn)。基于智能網(wǎng)聯(lián)技術(shù)的商用車列隊(duì)跟馳可以有效地降低干線運(yùn)輸?shù)某杀竞桶踩L(fēng)險(xiǎn)。

2.2 城市公交運(yùn)輸

城市公交運(yùn)輸[8]是城市人員運(yùn)輸?shù)娜齻€(gè)支柱之一，公交車的運(yùn)行時(shí)間和運(yùn)行路線相比干線運(yùn)輸更加穩(wěn)定。但是在實(shí)際運(yùn)行過程中，公交車受到的私家車和其他諸如外賣車輛、行人等的干擾相對(duì)較大。這種運(yùn)行場(chǎng)景對(duì)車輛的實(shí)時(shí)檢測(cè)和計(jì)算處理能力提出了相對(duì)更高的要求。總結(jié)來說，公交車運(yùn)輸?shù)膱?chǎng)景更復(fù)雜一些。

2.3 港口運(yùn)輸

諸如天津港之類的港口每年的貨物吞吐量巨大，承擔(dān)了巨大進(jìn)出口任務(wù)，目前來說港口的設(shè)備自動(dòng)化率比較高。港口中車輛行駛的工況非常簡(jiǎn)單，車輛行駛時(shí)車速較低，運(yùn)行過程中干擾者很少，且車輛運(yùn)輸過程中會(huì)有人實(shí)時(shí)監(jiān)督。港口運(yùn)輸?shù)膱?chǎng)景對(duì)自動(dòng)駕駛的開發(fā)和測(cè)試而言都很簡(jiǎn)單，適合使用高等級(jí)的自動(dòng)駕駛，是智能駕駛在商用車領(lǐng)域落地的重要突破口。

2.4 礦山

礦山的自動(dòng)駕駛場(chǎng)景[9]也較為簡(jiǎn)單，但也存在一定的難點(diǎn)。和公路港口等使用場(chǎng)景相比，礦山區(qū)域地形情況較為復(fù)雜，沒有明確的車道線，且道路狀況很差，對(duì)車輛的道路識(shí)別等造成了較大的困擾。除此之外，礦山大多地域較為偏僻，信號(hào)較差，所以礦山場(chǎng)景對(duì)于車輛智能系統(tǒng)的硬件能力提出了較高的要求。

2.5 環(huán)衛(wèi)清掃

環(huán)衛(wèi)車的運(yùn)行速度較慢，且運(yùn)行路線穩(wěn)定，環(huán)衛(wèi)處的行駛道路大多為建設(shè)良好的公路。在給環(huán)衛(wèi)車規(guī)劃好行進(jìn)路線后，下面需要控制的是使環(huán)衛(wèi)車根據(jù)交通狀況進(jìn)行合理的避障操作，需要保證自動(dòng)駕駛系統(tǒng)的信息交互的實(shí)時(shí)性和控制的精確性。

2.6 快遞運(yùn)送

此處的快遞運(yùn)送不包括城際間的長(zhǎng)途配送過程?，F(xiàn)今外賣和快遞行業(yè)改變了人們的生活，如果能實(shí)現(xiàn)無人配送可以節(jié)省大量的社會(huì)資源。無人配送現(xiàn)在是相對(duì)火熱的領(lǐng)域，對(duì)于順豐、阿里、美團(tuán)等企業(yè)來說更是重中之重。無人配送車的軟硬件系統(tǒng)要保證高度的精確性，雖然配送車的配送路線是提前規(guī)劃好的，但是無人配送車需很強(qiáng)的動(dòng)態(tài)調(diào)整能力，場(chǎng)景雖然相對(duì)簡(jiǎn)單，但是對(duì)系統(tǒng)的能力提出了很高的要求。

3 商用車智能網(wǎng)聯(lián)測(cè)試政策法規(guī)現(xiàn)狀

智能網(wǎng)聯(lián)產(chǎn)業(yè)作為未來汽車的發(fā)展方向，受到國內(nèi)外各政府機(jī)構(gòu)的重視。自動(dòng)駕駛相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)法規(guī)的制定可以更好的保證自動(dòng)駕駛的落地，目前相關(guān)立法工作相對(duì)落后。

美國目前已有20余個(gè)州出臺(tái)了50余部關(guān)于自動(dòng)駕駛的法案。早在2011年，內(nèi)華達(dá)州便通過了自動(dòng)駕駛汽車合法化法律，并頒布了一系列相關(guān)管理法規(guī)，其中包括自動(dòng)駕駛汽車概念的確定以及上路測(cè)試的流程。 2016 年 9 月，美國交通部（NHTSA）推出第一部自動(dòng)駕駛法案《聯(lián)邦自動(dòng)駕駛汽車政策指南（FAVP）》，這是全世界第一部自動(dòng)駕駛汽車法規(guī)，為自動(dòng)駕駛技術(shù)大規(guī)模正式應(yīng)用做好了充分的法律準(zhǔn)備。

2016年8月，法國政府正式批準(zhǔn)外國汽車制造商在公路上測(cè)試自動(dòng)駕駛汽車。在英國，2016年3月，英國財(cái)政大臣宣布政府計(jì)劃于2017年開始在高速公路上測(cè)試無人駕駛汽車，同年7月，英國商務(wù)部和運(yùn)輸部大臣公開表示，該國將清除束縛自動(dòng)駕駛汽車的法規(guī)。

北京、上海、重慶、平潭等國內(nèi)城市出臺(tái)了各自的自動(dòng)駕駛道路測(cè)試監(jiān)管辦法。2018年4月11日，工業(yè)和信息化部、公安部、交通運(yùn)輸部聯(lián)合發(fā)表了《智能網(wǎng)聯(lián)汽車道路測(cè)試管理規(guī)范（試行）》，該規(guī)范對(duì)全國各省、自治區(qū)、直轄市等都具有法律效力。2021年，工業(yè)和信息化部對(duì)改規(guī)范進(jìn)行了修訂，并公開征求了意見。

4 商用車智能網(wǎng)聯(lián)產(chǎn)業(yè)落地的討論

智能網(wǎng)聯(lián)產(chǎn)業(yè)經(jīng)過一段時(shí)間的急速發(fā)展，在未來的幾年 內(nèi)將完全進(jìn)入落地階段[10]。就技術(shù)層面而言，商用車和乘用車領(lǐng)域的智能網(wǎng)聯(lián)發(fā)展基本是同步的。但實(shí)際應(yīng)用過程中，商用車的智能網(wǎng)聯(lián)應(yīng)用場(chǎng)景往往更為簡(jiǎn)單，這就相應(yīng)降低了對(duì)智能網(wǎng)聯(lián)系統(tǒng)軟硬件層面的要求，使智能網(wǎng)聯(lián)產(chǎn)業(yè)更容易落地。畢竟一項(xiàng)新興技術(shù)大規(guī)模普及時(shí)成本是關(guān)鍵項(xiàng)。單就商用車的應(yīng)用場(chǎng)景而言，本文在第3章中所提到的幾個(gè)應(yīng)用場(chǎng)景相對(duì)來說更容易突破。在今后的產(chǎn)業(yè)落地過程中，可以先從以上幾個(gè)場(chǎng)景進(jìn)行推廣。