電動客車系列研究周報寫到第三篇,主要探討一下客車智能化發(fā)展動向以及與之相關(guān)的安全問題。
目前,國內(nèi)由于高鐵的存在,客車的應(yīng)用場景主要被集中在了城市公交和中短途旅游客運之中。而在城市中,公共交通設(shè)施與交通需求失衡,導(dǎo)致交通擁堵成為通行的“大城市病”。由于客車具有很強的運營屬性,而運營是個可調(diào)控的過程,因此通過信息系統(tǒng)把管理系統(tǒng)管控端、車輛售后維修端和客車使用過程予以連接,建設(shè)交通一體化、公交信息化、系統(tǒng)管理科學(xué)化的智慧公交體系已成為公共交通發(fā)展的主要方向。而以上連接和協(xié)同管理的實現(xiàn),有賴于客車的智能化發(fā)展。
客車智能化發(fā)展最直接的方向就是作為智能交通系統(tǒng)的子集,從技術(shù)需求、發(fā)展階段的角度看,對客車智能化的探討可以從兩方面展開:一是基于輔助駕駛和主動安全的近期演化,二是基于未來客運系統(tǒng)自動駕駛需求的發(fā)展趨向。
圖1 客車智能化最直接的方向就是作為智能交通系統(tǒng)的子集
客車智能聯(lián)網(wǎng)系統(tǒng)的是一個相對完善的信息系統(tǒng),通過構(gòu)建一個演進的整車電子電器架構(gòu)技術(shù)體系,實現(xiàn)對整車各電子系統(tǒng)的故障診斷、車內(nèi)外車載總線信息的網(wǎng)絡(luò)連接、以及對管控端和車聯(lián)網(wǎng)其他子網(wǎng)的網(wǎng)絡(luò)銜接,由此實現(xiàn)公交運營調(diào)度智能化和運營車輛管理智能化,作為城市智慧交通系統(tǒng)的子系統(tǒng)致力于改善城市交通狀況。
第一部分 客車主動安全
近年來客車交通事故,特別是重特大群死群傷的客車安全事故頻發(fā),對道路安全管理和客車安全提出了要求,目前在安全領(lǐng)域主要有以下幾個安全標(biāo)準(zhǔn):
· GB7258 機動車運行安全技術(shù)條件(修訂)
· 營運客車安全技術(shù)條件(JT/T1094-2016)(制訂)
· GB13094 客車結(jié)構(gòu)安全要求 (修訂)
· GB 電動客車安全技術(shù)條件
標(biāo)準(zhǔn)的強制實施對 2017 年客車行業(yè)的發(fā)展,特別是對客車產(chǎn)品的技術(shù)提升和進步帶來很大的影響。這些安全標(biāo)準(zhǔn)中存在著有關(guān)主動安全和輔助駕駛方面的細節(jié)性要求,比如《營運客車安全技術(shù)條件》分布對整車和制動系統(tǒng)提出了要求:
A.整車要求——
· 營運客車應(yīng)安裝電子穩(wěn)定性控制系統(tǒng)(ESC);
· 車長大于 9米的營運客車應(yīng)裝備車道偏離預(yù)警系統(tǒng),還應(yīng)裝備自動緊急制動系統(tǒng)(AEBS),這里參考了JT/T 883-2014《營運車輛行駛 危險預(yù)警系統(tǒng) 技術(shù)要求和試驗方法》,規(guī)定了前方車輛碰撞報警系統(tǒng)(FCW)的測試方法。
表 1 JT/T 883-2014 的 FCWS 測試方法
B、制動系統(tǒng)要求
· 引入彎道制動穩(wěn)定性的試驗方法及限值;
· 車長大于9米的營運客車,所有車輪應(yīng)安裝盤式制動器;
· 增加了制動器襯片磨損自動報警裝置的安裝要求;
· “采用氣壓制動系統(tǒng)的營運客車,行車制動管路內(nèi)工作氣壓應(yīng)大于等于1000kpa
隨著線控技術(shù)的發(fā)展, 電控制動系統(tǒng)(Electronically controlled braking system, EBS)采用電信號實現(xiàn)任意分配各個車軸的制動力,能顯著提高商用車的安全性能,已被歐盟最新NCAP碰撞測試要求列入標(biāo)配,沒有配備該系統(tǒng)的汽車不會從E-NCAP獲得五星級的安全認(rèn)證。大眾已宣布將為旗下商用車所有車型都標(biāo)配AEB自動緊急制動系統(tǒng)。今年6月1日起,Caddy(開迪)、Crafter和Transporter三款車型將全部裝配AEB系統(tǒng),大眾也成為首家為商用車標(biāo)配AEB自動緊急制動系統(tǒng)的廠商。
我國營運客車學(xué)習(xí)歐洲的經(jīng)驗,對完善客車的制動系統(tǒng)提出了更高的要求,是從安全角度出發(fā)的。目前客車對道路信息的采集處于基于雷達和攝像頭的融合階段,能覆蓋到的障礙物多而雜,包括行人、車輛、甚至樹木、建筑等等,這造成了實際上重型車輛的線控剎車系統(tǒng)開發(fā)是存在較大困難的。
圖2大巴的感知配置
目前客車AEBS系統(tǒng)的核心技術(shù)主要掌握在國外大型商用車制動系統(tǒng)開發(fā)商手中,其中又以德國WABCO公司及Knorr公司的最為成熟。我國這一系列客車安全法規(guī)的實施,尤其是新的商用車制動系統(tǒng)法規(guī)推出后,必將提升客車企業(yè)對AEBS系統(tǒng)的需求,屆時國內(nèi)客車企業(yè)在采用WABCO和KNORR兩家成熟的電控剎車系統(tǒng)上,也會慢慢培養(yǎng)出本土的AEBS供應(yīng)體系。
圖3大車的測試要求相對更為復(fù)雜
第二部分 未來的自動駕駛系統(tǒng)
1、國外自動駕駛客車的嘗試
自動駕駛客車在歐洲已經(jīng)開始進入運營和示范的階段,法國研發(fā)設(shè)計的自動駕駛巴士已經(jīng)遍布英、美、希臘、日本、新加坡等多個國家和地區(qū),最為典型的是兩家Navya與Easymile兩家創(chuàng)業(yè)公司:
· Navya公司在2016年底獲得來自法國三大運營集團之一Keolis與汽車零部件巨頭法雷奧(Valeo)的3400萬美元投資,車型Arma在法國投入運營的城市已增至7個,在全球共有45輛無人巴士,遍布5大洲,搭載的乘客人次超過17萬。計劃今年制造80輛自動駕駛巴士,并將在美國密歇根建廠。
· Easymile公司則獲得另一家汽車零部件巨頭大陸集團的投資,還拿到了不少國家的私人公交運營商與私人企業(yè)的訂單(租賃或購買兩種形式),譬如日本永旺集團,就引進了多輛Easymile的主打車型EZ10,讓無人巴士在日本千葉縣豐砂公園內(nèi)進行小范圍試運營;還有DeNA,在園區(qū)內(nèi)用EasyMile 的無人巴士來接送員工。EasyMile公司與Ligier公司合作,共同在法國的Vichy生產(chǎn)代號為EZ10的自動駕駛汽車。
圖4 客車自動駕駛從小到大的應(yīng)用范圍很寬
2、國內(nèi)的客車自動駕駛嘗試(以宇通為例)
2015年8月,宇通用一輛長10米的大客車滿載乘客從河南省鄭州市出發(fā),在正常交通流量下,沿著鄭開大道自動駕駛32公里安全到達河南省開封市,最高時速68公里/時,途經(jīng)26個路口及信號燈,???個公交站。
宇通自動駕駛大客車采用了激光雷達*4、毫米波雷達*1、攝像頭*2、GPS和車聯(lián)網(wǎng)設(shè)備等多種傳感器來實現(xiàn)感知能力:
· 雷達傳感器:用來探測一定范圍內(nèi)障礙物(比如車輛、行人、路肩等)的方位、距離及移動速度。如圖所示,這里配置了多個毫米波雷達和激光雷達,對多傳感器的數(shù)據(jù)融合和雷達避障進行了一些嘗試。
· 攝像頭:用來識別車道線、停止線、交通信號燈、交通標(biāo)志牌、行人、車輛等。
· 定位及位姿傳感器:用來實時高精度定位以及位姿感知,比如獲取經(jīng)緯度坐標(biāo)、速度、加速度、航向角等,通過位置信息就可以利用豐富的地理、地圖等先驗知識,可以使用基于位置的服務(wù)。
· 車身傳感器。來自車輛本身,通過整車網(wǎng)絡(luò)接口獲取諸如車速、輪速、檔位等車輛本身的信息。
圖5宇通自動駕駛演示配置
主控系統(tǒng)選用了工控機上運行著操作系統(tǒng),操作系統(tǒng)中運行著自動駕駛軟件操作系統(tǒng)之上是支撐模塊,對上層軟件模塊提供基礎(chǔ)服務(wù),包括:
· 虛擬交換模塊,用于模塊間通信;
· 日志管理模塊,用于日志記錄、檢索以及回放;
· 進程監(jiān)控模塊,負責(zé)監(jiān)視整個系統(tǒng)的運行狀態(tài),如果某個模塊運行不正常則提示操作人員并自動采取相應(yīng)措施;
· 交互調(diào)試模塊,負責(zé)開發(fā)人員與自動駕駛系統(tǒng)交互。
底層有三個部分,分別是驅(qū)動、制動和轉(zhuǎn)向,這里其實離不開與國外商用車廠家的支持。
· 驅(qū)動的改造:對其整車控制器進行修改,負責(zé)整車系統(tǒng)管理和動力分配。在該基礎(chǔ)上,實現(xiàn)了依靠CAN線通信控制油門開度;
· 對制動的改造:采用電子剎車系統(tǒng)(EBS),可以根據(jù)需求減速度精確地提供制動力。依靠對車輛驅(qū)動和制動的改造,實現(xiàn)了定速巡航、電子駐車功能;
· 對轉(zhuǎn)向的改造:需要采用電控液壓助力轉(zhuǎn)向的開發(fā)預(yù)研,開啟轉(zhuǎn)向電控模式
2017年7月18日,由中車電動自主研發(fā)、全球首款12米智能駕駛客車在湖南株洲公開路試,自動完成了牽引、轉(zhuǎn)向、變道等動作,最高時速達到每小時40公里。這輛車周身共有8個傳感器,包含攝像頭、激光雷達、毫米波雷達、超聲波雷達、高精度組合慣導(dǎo)等,用于識別周邊車輛、行人等障礙物。雷達可探測到前方200米范圍內(nèi)的障礙物。前置單目攝像頭,可以識別前方行人、紅綠燈和車輛種類。高精度組合慣導(dǎo)定位系統(tǒng),實現(xiàn)了厘米級別的高精度定位。
第三部分 小結(jié)
比較而言,國內(nèi)自動駕駛客車主要以10-12米客車以及通勤車為主,側(cè)重于解決城市道路交通擁堵問題;而國外目前仍然以中小型的自動駕駛巴士為主,并且測試、運營區(qū)域都基本處于一定封閉性的地方,并且主要應(yīng)用于“解決最后一公里”的短途運輸。
在客車自動駕駛的第一階段在快速公交(Bus Rapid Transit , BRT)領(lǐng)域開展,以公交為運輸載體,能夠迅速有效運輸大量旅客??焖俟粚④囌尽S密囕v、專用車道、公交服務(wù)和智能交通系統(tǒng)等的設(shè)計結(jié)合為統(tǒng)一的系統(tǒng),由于存在專用車輛、專用車道,具備為自動駕駛提供實際運營測試的條件,而在城市環(huán)境下,逐步在某些線路上實現(xiàn)自動駕駛則是未來為城市公交駕駛員短缺提供一種解決方案。而自動駕駛客車在短駁場景的運行方面,則可能在首先在路線相對固定、環(huán)境條件相對單純的景觀區(qū)域落地。通過加大運營間隔和運營的智能化來實現(xiàn)高效運輸,以區(qū)隔于共享單車的潮汐問題。
來源:第一電動網(wǎng)
作者:朱玉龍
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