研究周报 | 客车智能化发展能否率先突破城市交通拥堵难题

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电动客车系列研究周报写到第三篇,主要探讨一下客车智能化发展动向以及与之相关的安全问题。

目前,国内由于高铁的存在,客车的应用场景主要被集中在了城市公交和中短途旅游客运之中。而在城市中,公共交通设施与交通需求失衡,导致交通拥堵成为通行的“大城市病”。由于客车具有很强的运营属性,而运营是个可调控的过程,因此通过信息系统把管理系统管控端、车辆售后维修端和客车使用过程予以连接,建设交通一体化、公交信息化、系统管理科学化的智慧公交体系已成为公共交通发展的主要方向。而以上连接和协同管理的实现,有赖于客车的智能化发展。

客车智能化发展最直接的方向就是作为智能交通系统的子集,从技术需求、发展阶段的角度看,对客车智能化的探讨可以从两方面展开:一是基于辅助驾驶和主动安全的近期演化,二是基于未来客运系统自动驾驶需求的发展趋向。

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图1 客车智能化最直接的方向就是作为智能交通系统的子集

客车智能联网系统的是一个相对完善的信息系统,通过构建一个演进的整车电子电器架构技术体系,实现对整车各电子系统的故障诊断、车内外车载总线信息的网络连接、以及对管控端和车联网其他子网的网络衔接,由此实现公交运营调度智能化和运营车辆管理智能化,作为城市智慧交通系统的子系统致力于改善城市交通状况。

第一部分 客车主动安全

近年来客车交通事故,特别是重特大群死群伤的客车安全事故频发,对道路安全管理和客车安全提出了要求,目前在安全领域主要有以下几个安全标准:

· GB7258 机动车运行安全技术条件(修订)

· 营运客车安全技术条件(JT/T1094-2016)(制订)

· GB13094 客车结构安全要求 (修订)

· GB 电动客车安全技术条件 

标准的强制实施对 2017 年客车行业的发展,特别是对客车产品的技术提升和进步带来很大的影响。这些安全标准中存在着有关主动安全和辅助驾驶方面的细节性要求,比如《营运客车安全技术条件》分布对整车和制动系统提出了要求:

A.整车要求——

· 营运客车应安装电子稳定性控制系统(ESC);

· 车长大于 9米的营运客车应装备车道偏离预警系统,还应装备自动紧急制动系统(AEBS),这里参考了JT/T 883-2014《营运车辆行驶 危险预警系统 技术要求和试验方法》,规定了前方车辆碰撞报警系统(FCW)的测试方法。

表 1 JT/T 883-2014 的 FCWS 测试方法

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B、制动系统要求

· 引入弯道制动稳定性的试验方法及限值;

· 车长大于9米的营运客车,所有车轮应安装盘式制动器;

· 增加了制动器衬片磨损自动报警装置的安装要求;

· “采用气压制动系统的营运客车,行车制动管路内工作气压应大于等于1000kpa

随着线控技术的发展, 电控制动系统(Electronically controlled braking system, EBS)采用电信号实现任意分配各个车轴的制动力,能显著提高商用车的安全性能,已被欧盟最新NCAP碰撞测试要求列入标配,没有配备该系统的汽车不会从E-NCAP获得五星级的安全认证。大众已宣布将为旗下商用车所有车型都标配AEB自动紧急制动系统。今年6月1日起,Caddy(开迪)、Crafter和Transporter三款车型将全部装配AEB系统,大众也成为首家为商用车标配AEB自动紧急制动系统的厂商。

我国营运客车学习欧洲的经验,对完善客车的制动系统提出了更高的要求,是从安全角度出发的。目前客车对道路信息的采集处于基于雷达和摄像头的融合阶段,能覆盖到的障碍物多而杂,包括行人、车辆、甚至树木、建筑等等,这造成了实际上重型车辆的线控刹车系统开发是存在较大困难的。

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图2大巴的感知配置

目前客车AEBS系统的核心技术主要掌握在国外大型商用车制动系统开发商手中,其中又以德国WABCO公司及Knorr公司的最为成熟。我国这一系列客车安全法规的实施,尤其是新的商用车制动系统法规推出后,必将提升客车企业对AEBS系统的需求,届时国内客车企业在采用WABCO和KNORR两家成熟的电控刹车系统上,也会慢慢培养出本土的AEBS供应体系。

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图3大车的测试要求相对更为复杂

第二部分 未来的自动驾驶系统

1、国外自动驾驶客车的尝试

自动驾驶客车在欧洲已经开始进入运营和示范的阶段,法国研发设计的自动驾驶巴士已经遍布英、美、希腊、日本、新加坡等多个国家和地区,最为典型的是两家Navya与Easymile两家创业公司:

· Navya公司在2016年底获得来自法国三大运营集团之一Keolis与汽车零部件巨头法雷奥(Valeo)的3400万美元投资,车型Arma在法国投入运营的城市已增至7个,在全球共有45辆无人巴士,遍布5大洲,搭载的乘客人次超过17万。计划今年制造80辆自动驾驶巴士,并将在美国密歇根建厂。 

· Easymile公司则获得另一家汽车零部件巨头大陆集团的投资,还拿到了不少国家的私人公交运营商与私人企业的订单(租赁或购买两种形式),譬如日本永旺集团,就引进了多辆Easymile的主打车型EZ10,让无人巴士在日本千叶县丰砂公园内进行小范围试运营;还有DeNA,在园区内用EasyMile 的无人巴士来接送员工。EasyMile公司与Ligier公司合作,共同在法国的Vichy生产代号为EZ10的自动驾驶汽车。

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图4 客车自动驾驶从小到大的应用范围很宽

2、国内的客车自动驾驶尝试(以宇通为例)

2015年8月,宇通用一辆长10米的大客车满载乘客从河南省郑州市出发,在正常交通流量下,沿着郑开大道自动驾驶32公里安全到达河南省开封市,最高时速68公里/时,途经26个路口及信号灯,停靠2个公交站。

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宇通自动驾驶大客车采用了激光雷达*4、毫米波雷达*1、摄像头*2、GPS和车联网设备等多种传感器来实现感知能力:

· 雷达传感器:用来探测一定范围内障碍物(比如车辆、行人、路肩等)的方位、距离及移动速度。如图所示,这里配置了多个毫米波雷达和激光雷达,对多传感器的数据融合和雷达避障进行了一些尝试。

· 摄像头:用来识别车道线、停止线、交通信号灯、交通标志牌、行人、车辆等。

· 定位及位姿传感器:用来实时高精度定位以及位姿感知,比如获取经纬度坐标、速度、加速度、航向角等,通过位置信息就可以利用丰富的地理、地图等先验知识,可以使用基于位置的服务。

· 车身传感器。来自车辆本身,通过整车网络接口获取诸如车速、轮速、档位等车辆本身的信息。

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图5宇通自动驾驶演示配置

主控系统选用了工控机上运行着操作系统,操作系统中运行着自动驾驶软件操作系统之上是支撑模块,对上层软件模块提供基础服务,包括:

· 虚拟交换模块,用于模块间通信;

· 日志管理模块,用于日志记录、检索以及回放;

· 进程监控模块,负责监视整个系统的运行状态,如果某个模块运行不正常则提示操作人员并自动采取相应措施;

· 交互调试模块,负责开发人员与自动驾驶系统交互。

底层有三个部分,分别是驱动、制动和转向,这里其实离不开与国外商用车厂家的支持。

· 驱动的改造:对其整车控制器进行修改,负责整车系统管理和动力分配。在该基础上,实现了依靠CAN线通信控制油门开度; 

· 对制动的改造:采用电子刹车系统(EBS),可以根据需求减速度精确地提供制动力。依靠对车辆驱动和制动的改造,实现了定速巡航、电子驻车功能; 

· 对转向的改造:需要采用电控液压助力转向的开发预研,开启转向电控模式

2017年7月18日,由中车电动自主研发、全球首款12米智能驾驶客车在湖南株洲公开路试,自动完成了牵引、转向、变道等动作,最高时速达到每小时40公里。这辆车周身共有8个传感器,包含摄像头、激光雷达、毫米波雷达、超声波雷达、高精度组合惯导等,用于识别周边车辆、行人等障碍物。雷达可探测到前方200米范围内的障碍物。前置单目摄像头,可以识别前方行人、红绿灯和车辆种类。高精度组合惯导定位系统,实现了厘米级别的高精度定位。 

第三部分 小结

比较而言,国内自动驾驶客车主要以10-12米客车以及通勤车为主,侧重于解决城市道路交通拥堵问题;而国外目前仍然以中小型的自动驾驶巴士为主,并且测试、运营区域都基本处于一定封闭性的地方,并且主要应用于“解决最后一公里”的短途运输。

在客车自动驾驶的第一阶段在快速公交(Bus Rapid Transit , BRT)领域开展,以公交为运输载体,能够迅速有效运输大量旅客。快速公交将车站、专用车辆、专用车道、公交服务和智能交通系统等的设计结合为统一的系统,由于存在专用车辆、专用车道,具备为自动驾驶提供实际运营测试的条件,而在城市环境下,逐步在某些线路上实现自动驾驶则是未来为城市公交驾驶员短缺提供一种解决方案。而自动驾驶客车在短驳场景的运行方面,则可能在首先在路线相对固定、环境条件相对单纯的景观区域落地。通过加大运营间隔和运营的智能化来实现高效运输,以区隔于共享单车的潮汐问题。


来源:第一电动网

作者:朱玉龙

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