C-V2X智能清掃車現(xiàn)狀及測(cè)試方法研究

田曉笛 張秀麗 和福建 姜國(guó)凱 吳飛燕 馮家煦

摘 要：本文介紹了C-V2X智能清掃車的發(fā)展現(xiàn)狀及技術(shù)應(yīng)用現(xiàn)狀，研究C-V2X智能清掃車典型功能的測(cè)試方法及評(píng)價(jià)指標(biāo)，并通過(guò)國(guó)內(nèi)的無(wú)人駕駛清掃車進(jìn)行測(cè)試驗(yàn)證，測(cè)試結(jié)果符合測(cè)試標(biāo)準(zhǔn)要求。本文完善了國(guó)內(nèi)無(wú)人清掃車的測(cè)試評(píng)價(jià)體系，并為國(guó)內(nèi)無(wú)人駕駛清掃車的測(cè)試提供參考。

關(guān)鍵詞：C-V2X 智能清掃車 應(yīng)用現(xiàn)狀 測(cè)試研究

1 前言

環(huán)境問(wèn)題一直都是人們非常關(guān)注的重點(diǎn)問(wèn)題，環(huán)保部門(mén)會(huì)安排專門(mén)的清掃車輛對(duì)路面進(jìn)行定時(shí)、定點(diǎn)的清潔服務(wù)。但是傳統(tǒng)的清掃車面臨作業(yè)強(qiáng)度高、清掃時(shí)間受限、人員雇傭困難、工作環(huán)境惡劣、易疲勞駕駛等問(wèn)題。隨著無(wú)人駕駛技術(shù)的快速發(fā)展，再加上今年全球疫情的催化，無(wú)人駕駛清掃車加速實(shí)現(xiàn)落地應(yīng)用。無(wú)人駕駛清掃車深度融合了傳統(tǒng)環(huán)衛(wèi)車與互聯(lián)網(wǎng)、通信、人工智能等技術(shù)，在無(wú)需駕駛員的情況下可實(shí)現(xiàn)環(huán)衛(wèi)清掃工作。與傳統(tǒng)清掃車相比，無(wú)人駕駛清掃車可采用1個(gè)人遠(yuǎn)程監(jiān)控多輛作業(yè)的形式，緩解了招工難的問(wèn)題，解決了工作環(huán)境惡劣，降低勞動(dòng)強(qiáng)度，不會(huì)出現(xiàn)疲勞駕駛；可選擇避開(kāi)高峰期路段甚至是夜間清掃，解決了因慢速行駛導(dǎo)致交通擁堵的問(wèn)題；提前設(shè)定好清掃程序，可按部就班的對(duì)路面進(jìn)行清掃，不會(huì)出現(xiàn)漏掃或掃不干凈的現(xiàn)象；無(wú)人清掃車多為電動(dòng)車，清潔能源的使用可以降低碳排放。

目前，無(wú)人駕駛清掃車還處于研發(fā)及示范應(yīng)用階段。本文首先介紹無(wú)人駕駛清掃車的發(fā)展現(xiàn)狀，然后介紹無(wú)人駕駛清掃車的關(guān)鍵技術(shù)，接著對(duì)無(wú)人清掃車的關(guān)鍵功能進(jìn)行研究，并介紹測(cè)試方法，最后對(duì)測(cè)試方法進(jìn)行測(cè)試和驗(yàn)證，助力無(wú)人駕駛清掃車規(guī)范化應(yīng)用。

2 無(wú)人駕駛清掃車發(fā)展現(xiàn)狀

無(wú)人駕駛清掃車是無(wú)人駕駛技術(shù)在清掃保潔作業(yè)車輛上的應(yīng)用。尤其是2020年初，新冠疫情席卷全球，在人類“抗疫”大戰(zhàn)中，出現(xiàn)了越來(lái)越多無(wú)人駕駛汽車的身影，承擔(dān)起清掃、消毒等任務(wù)。速度低、體型較小的無(wú)人駕駛清掃車，多為一些造車新勢(shì)力或者互聯(lián)網(wǎng)企業(yè)研發(fā)的新型量產(chǎn)車，率先在工業(yè)園區(qū)、公園、景區(qū)、校園及廣場(chǎng)等相對(duì)封閉的場(chǎng)景中開(kāi)展示范應(yīng)用，尤其是疫情期間，具備消毒功能的無(wú)人清掃車大量的投入使用；速度較高、體型大的無(wú)人駕駛清掃車，多為在現(xiàn)有清掃車上進(jìn)行改造，作業(yè)量較大，成本相對(duì)較高，多在封閉測(cè)試區(qū)域或車流量較少的開(kāi)放道路開(kāi)展示范研究應(yīng)用。

目前，國(guó)內(nèi)已經(jīng)有多家企業(yè)實(shí)現(xiàn)階段性的應(yīng)用。北京智行者的“渦小白”可完成清掃、灑水、垃圾收集等工作，已經(jīng)應(yīng)用在北京鳥(niǎo)巢、植物園、雄安新區(qū)、沈陽(yáng)火車站等多個(gè)場(chǎng)所；金龍與阿波羅合作的GOVO基于金龍客車成熟的無(wú)人駕駛線控底盤(pán)，可實(shí)現(xiàn)無(wú)人工干預(yù)的清掃和消毒二合一作業(yè)；上海仙途智能科技有限公司的仙途智能無(wú)人清掃車，依托在港口、園區(qū)、隧道、高架等多個(gè)場(chǎng)景運(yùn)行的技術(shù)積累，開(kāi)展港區(qū)無(wú)人駕駛清掃的商業(yè)化落地，并推出無(wú)人駕駛清潔車隊(duì)，在德國(guó)、北京、上海、蘇州、雄安新區(qū)等多城實(shí)現(xiàn)落地，并獲得上海無(wú)人測(cè)試牌照；酷哇無(wú)人清掃車可自主實(shí)現(xiàn)全路況清掃、智能路徑規(guī)劃，獲得了長(zhǎng)沙的開(kāi)放道路測(cè)試牌照并開(kāi)展大規(guī)模示范應(yīng)用。

3 無(wú)人駕駛清掃車關(guān)鍵技術(shù)

智能網(wǎng)聯(lián)汽車有兩種技術(shù)路線，一種是單車傳感技術(shù)，依靠自車搭載各種傳感器對(duì)周圍的道路交通參與者及環(huán)境進(jìn)行感知，本身的決策及控制不依賴于其他車輛；另一種是網(wǎng)聯(lián)技術(shù)，通過(guò)V2X通信的方式與外界進(jìn)行交互，本車發(fā)送的信息直接影響其他車輛的決策甚至是控制。5G技術(shù)可對(duì)網(wǎng)聯(lián)技術(shù)進(jìn)行賦能，利用其具備的低時(shí)延、高可靠、大速率的特性，有效提升智能網(wǎng)聯(lián)汽車關(guān)鍵信息的采集、傳輸和大數(shù)據(jù)處理和利用的能力，提升智能網(wǎng)聯(lián)汽車的產(chǎn)業(yè)發(fā)展速度。

依靠毫米波雷達(dá)、激光雷達(dá)、攝像頭等傳感器實(shí)現(xiàn)的無(wú)人駕駛技術(shù)仍存在一些問(wèn)題，如在面對(duì)復(fù)雜道路環(huán)境時(shí)，視距受傳感器的感知范圍限制，不規(guī)范的井蓋、叉車、非常規(guī)的障礙物等復(fù)雜的設(shè)備存在感知識(shí)別障礙，樹(shù)木或建筑物等也會(huì)存在視線遮擋，高感知范圍的傳感器的成本較高等。通過(guò)5G+網(wǎng)聯(lián)對(duì)自動(dòng)駕駛的賦能，如同在原有車上增加“千里眼”和“順風(fēng)耳”，提升車輛的感知范圍。C-V2X智能網(wǎng)聯(lián)汽車可實(shí)現(xiàn)多種應(yīng)用，基于每項(xiàng)應(yīng)用，都需要有專業(yè)的技術(shù)支撐。

無(wú)人駕駛清掃車需要在各種不同天氣和溫度的情況下開(kāi)展全程無(wú)人化清掃作業(yè)，作業(yè)道路可能是非結(jié)構(gòu)化的道路，整個(gè)清掃和作業(yè)過(guò)程中無(wú)需人工干預(yù)，需自主規(guī)劃路徑及避開(kāi)行人和各種障礙物，按照清掃標(biāo)準(zhǔn)要求完成清掃任務(wù)。同時(shí)，清掃車自帶多角度無(wú)死角攝像頭監(jiān)控系統(tǒng)，通過(guò)系統(tǒng)可以實(shí)現(xiàn)環(huán)境的遠(yuǎn)程監(jiān)控，操作人員可通過(guò)云控平臺(tái)對(duì)車輛進(jìn)行統(tǒng)一調(diào)度和遠(yuǎn)程操控作業(yè)，實(shí)現(xiàn)多臺(tái)設(shè)備的聯(lián)動(dòng)，大大提升作業(yè)效率。

4 測(cè)試方法研究

本文選取關(guān)鍵的性能和功能開(kāi)展測(cè)試研究，包含通信時(shí)延測(cè)試、定點(diǎn)停車精度測(cè)試、交通信號(hào)燈識(shí)別測(cè)試、跟車測(cè)試、避障行駛和直角轉(zhuǎn)彎測(cè)試。測(cè)試場(chǎng)地地應(yīng)為水平、干燥、具有良好附著力的瀝青路面或混凝土路面，試驗(yàn)時(shí)風(fēng)速應(yīng)小于5m/s，水平能見(jiàn)度大于1km，測(cè)試環(huán)境溫度范圍為-20-45℃；測(cè)試場(chǎng)地附近無(wú)電磁干擾現(xiàn)象，路側(cè)布設(shè)RSU設(shè)備，RSU可與主流品牌的OBU進(jìn)行互通互聯(lián)；測(cè)試路段5G全覆蓋；車輛測(cè)試過(guò)程中為非滿載狀態(tài)。

4.1 通信時(shí)延測(cè)試

測(cè)試場(chǎng)路側(cè)布置RSU設(shè)備，測(cè)試車輛靜止于距離RSU近的路側(cè)，且距離RSU的縱向垂直距離不小于100m。路側(cè)RSU對(duì)外廣播信息，測(cè)試車輛OBU被激活且能接收路側(cè)RSU信息，記錄并存儲(chǔ)RSU廣播信息與OBU接受的信息，計(jì)算時(shí)間差即為空口傳輸時(shí)延，空口傳輸時(shí)延最小值≤20ms。

4.2 5G帶寬測(cè)試

測(cè)試路段5G信號(hào)全覆蓋，且無(wú)大型樹(shù)木和建筑等遮擋和干擾。測(cè)試車輛靜止停放于測(cè)試路段，距離5G基站縱向垂直距離不超過(guò)400m，通過(guò)測(cè)試軟件連接車端OBU，觀察并記錄數(shù)據(jù)下行最大傳輸帶寬。在下行環(huán)境中的峰值速率測(cè)試，傳輸速率≥700Mbps。

4.3 定點(diǎn)停車精度測(cè)試

設(shè)定測(cè)試車輛固定點(diǎn)的橫向和縱向停車線。測(cè)試車輛開(kāi)啟自動(dòng)駕駛模式，并給于定點(diǎn)停車指令，測(cè)試車輛以不超過(guò)20km/h的速度直線穩(wěn)定行駛，當(dāng)車行駛至預(yù)設(shè)的停車點(diǎn)時(shí)，執(zhí)行自動(dòng)停車動(dòng)作。測(cè)量測(cè)試車輛距離預(yù)設(shè)停車點(diǎn)橫、縱向位置的誤差值。橫向、縱向停車精度≤±0.2m。

4.4 交通信號(hào)燈顯示識(shí)別

測(cè)試場(chǎng)的交叉路口放置交通信號(hào)燈，且通過(guò)RSU向外廣播交通信號(hào)燈信息。測(cè)試車輛靜止在距離交通信號(hào)燈40m處保持靜止， 測(cè)試車輛的OBU處于激活狀態(tài)，可正常接收RSU信息，觀察并記錄測(cè)試車輛能正確顯示紅、黃、綠三種信號(hào)燈。

4.5 跟車測(cè)試

測(cè)試車輛啟動(dòng)自動(dòng)駕駛跟車模式。前方目標(biāo)車輛以10km/h車速勻速行駛一段時(shí)間后，3s內(nèi)由10km/h減速至停止，再由靜止勻加速至10km/h后保持勻速行駛；測(cè)試車輛檢測(cè)到目標(biāo)車輛，能跟隨目標(biāo)車勻速、減速、加速行駛，并保持安全距離不發(fā)生碰撞。

4.6 避障測(cè)試

測(cè)試車輛啟動(dòng)自動(dòng)駕駛模式，障礙車輛靜止于測(cè)試車輛同車道的正前方，在路側(cè)車道條件允許情況下，測(cè)試車輛檢測(cè)到目標(biāo)車輛且主動(dòng)選擇避障繞行，并保持安全距離不與障礙車輛發(fā)生碰撞。

4.7 交叉路口轉(zhuǎn)彎測(cè)試

選取直角轉(zhuǎn)彎路口，測(cè)試車輛開(kāi)啟自動(dòng)駕駛模式，在左轉(zhuǎn)或右轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)彎過(guò)程中，測(cè)試車輛在車道線內(nèi)穩(wěn)定行駛，不出現(xiàn)壓線。

5 試驗(yàn)結(jié)果分析

本文采用國(guó)內(nèi)某款基于5G V2X技術(shù)實(shí)現(xiàn)的無(wú)人物流車按照上述測(cè)試方法進(jìn)行測(cè)試。在真實(shí)無(wú)強(qiáng)電磁干擾的道路上，車路通信時(shí)延約為19ms，但是當(dāng)路側(cè)存在變電站時(shí)，會(huì)影響通信質(zhì)量，有時(shí)會(huì)無(wú)法建立通信鏈接。在下行環(huán)境中的峰值速率測(cè)試，5G傳輸速率最大可達(dá)1200Mbps。劃定制定停車位置，定點(diǎn)的橫向、縱向停車精度分別為0.12m和0.16m，停止的精準(zhǔn)度較高。在存在智能紅綠燈的路口，車輛可實(shí)時(shí)準(zhǔn)確顯示紅綠燈的信息，并可在紅燈情況下自動(dòng)控制車輛停止，在綠燈時(shí)順利通行路口。設(shè)定跟車模式，車輛可進(jìn)行自動(dòng)跟車加速、減速，不發(fā)生碰撞。當(dāng)車輛前方設(shè)定障礙物，測(cè)試車輛可及時(shí)進(jìn)行避障行駛。在車輛自動(dòng)駕駛模式，車輛可在交叉路口自行按照交通法規(guī)要求進(jìn)行直角轉(zhuǎn)彎操作，并同步開(kāi)展清掃作業(yè)。

6 結(jié)束語(yǔ)

本文介紹了智能清掃車的發(fā)展現(xiàn)狀及測(cè)試方法，重點(diǎn)研究不同測(cè)試場(chǎng)景下車輛的功能可靠性，并給予判定指標(biāo)，基于實(shí)際車輛進(jìn)行功能驗(yàn)證?？紤]到此次測(cè)試的樣本車輛較少，下一步計(jì)劃基于更多的車輛對(duì)測(cè)試方法進(jìn)行全面的測(cè)試和驗(yàn)證，同時(shí)探索開(kāi)展開(kāi)放道路測(cè)試，將上述功能結(jié)合清掃作業(yè)進(jìn)行連續(xù)測(cè)試和驗(yàn)證，推動(dòng)我國(guó)智能無(wú)人車的規(guī)范化量產(chǎn)應(yīng)用。

天津市科學(xué)基金（ 21JCZXJC00200）。

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