這不就是編隊(duì)行駛的應(yīng)用場景嗎！

在輔助駕駛領(lǐng)域，業(yè)內(nèi)喜歡用一個(gè)個(gè)功能去劃分三六九等，有平民階層的LDW、AEB和ACC等功能，也有貴族階層的NOA、NOP和NGP等功能。但在自動(dòng)駕駛領(lǐng)域，業(yè)內(nèi)更喜歡用場景去區(qū)分尊卑貴賤，有不起眼的港口場景和礦山場景，也有擠破頭的干線物流場景和無人出租車場景等。

在場景為王的自動(dòng)駕駛領(lǐng)域，自動(dòng)駕駛編隊(duì)行駛是為數(shù)不多擁有獨(dú)立姓氏的自動(dòng)駕駛功能，肩負(fù)著減少能源消耗、緩解交通擁堵、增強(qiáng)車輛安全性的重任。絕大多數(shù)卡車自動(dòng)駕駛公司都對(duì)這一功能進(jìn)行過測試驗(yàn)證，但囿于技術(shù)瓶頸，離期望的效果還有十萬八千里，進(jìn)展可謂是相當(dāng)緩慢。

借著ISO在2022年9月發(fā)布的一份編隊(duì)行駛標(biāo)準(zhǔn)（ISO 4272）為契機(jī)，本文就從國內(nèi)外已公布法規(guī)和標(biāo)準(zhǔn)角度淺顯地認(rèn)識(shí)一下自動(dòng)駕駛的編隊(duì)行駛功能。

01 法規(guī)標(biāo)準(zhǔn)

目前已發(fā)布的編隊(duì)行駛功能相關(guān)的法規(guī)和標(biāo)準(zhǔn)如下，本文絕大部分內(nèi)容也是取自如下法規(guī)和標(biāo)準(zhǔn)，并在此基礎(chǔ)上加入少量自己的理解。

1. GB/T 31024-2014 合作式智能運(yùn)輸系統(tǒng) 專用短程通信

2. T/ITS 0113.2-2019 營運(yùn)車輛合作式自動(dòng)駕駛貨車編隊(duì)行駛

3. 智能網(wǎng)聯(lián)汽車自動(dòng)駕駛功能測試方法及要求 第三部分 列隊(duì)跟馳功能（2019年7月，汽標(biāo)委、中汽中心組織過針對(duì)該推薦國家標(biāo)準(zhǔn)的公開驗(yàn)證試驗(yàn)，但不知為何后面沒有正式發(fā)布）

4. ISO 4272: 2022 Intelligent transport systems—Truck platooning systems (TPS)— Functional and operational requirements

02 系統(tǒng)架構(gòu)

自動(dòng)駕駛編隊(duì)行駛指的是兩輛或者兩輛以上的車輛，基于智能傳感器、無線通信和云平臺(tái)等技術(shù)，通過數(shù)據(jù)共享和協(xié)同決策，以隊(duì)列的形式在特定的場景下自動(dòng)駕駛。

自動(dòng)駕駛編隊(duì)行駛系統(tǒng)架構(gòu)包括車輛、云平臺(tái)、路側(cè)單元以及V2X（V2V、V2I和V2C等）無線通信部分，一種潛在的系統(tǒng)架構(gòu)示意圖如圖1所示。

圖1 編隊(duì)行駛系統(tǒng)架構(gòu)示意圖

（1）車輛

車輛包括領(lǐng)航車輛和跟隨車輛。領(lǐng)航車輛作為編隊(duì)中最前方的車輛，是整個(gè)編隊(duì)行為（包括創(chuàng)建編隊(duì)、解散編隊(duì)、車輛加入編隊(duì)和車輛離開編隊(duì)等）的決策者，對(duì)編隊(duì)行為進(jìn)行管控和決策。跟隨車輛作為編隊(duì)中位于領(lǐng)航車輛之后的所有其他車輛，具有與前方車輛保持合理安全距離的能力。

在自動(dòng)駕駛場景，領(lǐng)航車輛與跟隨車輛均為自動(dòng)駕駛，車輛的總體功能要求包括如下幾個(gè)方面。

（a）具有實(shí)現(xiàn)自動(dòng)駕駛功能的完整軟硬件，包括傳感器、計(jì)算單元、線控底盤和完整算法等，從而支持處于編隊(duì)過程的自動(dòng)駕駛，以及離開編隊(duì)之后的自動(dòng)駕駛。領(lǐng)航車輛與跟隨車輛）均可以基于交通狀況合理規(guī)劃行駛路線及決策駕駛行為。

（b）具有實(shí)現(xiàn)車輛間軌跡、感知、狀態(tài)、指令等信息交互的V2V通信功能。領(lǐng)航車輛基于這些信息監(jiān)控整個(gè)編隊(duì)的行駛狀態(tài)，并能夠在編隊(duì)行駛狀態(tài)出現(xiàn)問題時(shí)及時(shí)做出警告和應(yīng)急措施。跟隨車輛基于領(lǐng)航車輛共享的軌跡、感知、狀態(tài)等信息，通過自動(dòng)駕駛系統(tǒng)進(jìn)行感知、決策、規(guī)劃和控制，實(shí)現(xiàn)對(duì)領(lǐng)航車輛的跟隨。

（c）具有與云平臺(tái)進(jìn)行必要信息交互的V2C通信功能，如獲取實(shí)時(shí)狀態(tài)信息，輸入輸出指令，緊急管控等，從而實(shí)現(xiàn)對(duì)編隊(duì)的監(jiān)控和運(yùn)營管理。在圖1所示架構(gòu)中，僅畫出領(lǐng)航車輛云平臺(tái)通信的鏈路，實(shí)際上跟隨車輛也支持與云平臺(tái)進(jìn)行通信。

（d）具有與路側(cè)單元進(jìn)行信息傳輸?shù)腣2I通信功能，包括動(dòng)態(tài)限速和交通狀況等信息，從而以實(shí)現(xiàn)車路協(xié)同。

（2）云平臺(tái)

云平臺(tái)主要包括在線狀態(tài)監(jiān)控、車隊(duì)管理、車輛控制、位置管理、認(rèn)證管理、權(quán)限管理和運(yùn)營維護(hù)等功能，為車輛提供全方位服務(wù)和安全保障。

（3）路側(cè)單元

路側(cè)單元主要負(fù)責(zé)將動(dòng)態(tài)限速和障礙車位置等信息傳輸給編隊(duì)車輛，以實(shí)現(xiàn)車路協(xié)同。

（4）V2X通信

編隊(duì)行駛狀態(tài)下，車輛與云端、車輛與車輛、車輛與環(huán)境之間將產(chǎn)生大量實(shí)時(shí)的數(shù)據(jù)交互，并且因?yàn)檐囬g距很小，對(duì)數(shù)據(jù)交互的響應(yīng)要求也極高。V2X作為感知能力，其技術(shù)可靠性和應(yīng)用推廣度，既依賴于通信技術(shù)，依賴于標(biāo)準(zhǔn)和法律，也依賴于路邊基礎(chǔ)設(shè)施。

目前V2X包含兩條技術(shù)路線，基于IEEE 802.11p的專用短程通信（Dedicated Short Range Communication，DSRC）技術(shù)和基于蜂窩網(wǎng)絡(luò)的車用無線通信技術(shù)（Cellular Vehicle-to-Everything，C-V2X）。

前者在美國有十年以上的沉淀，但DSRC的組網(wǎng)需要新建大量路側(cè)單元，新建成本較大，其硬件產(chǎn)品成本也比較高昂。

C-V2X則可以直接利用現(xiàn)有蜂窩網(wǎng)絡(luò)，我國工信部已將5905-5925MHz頻段劃分給C-V2X 技術(shù)試驗(yàn)。伴隨著5G的商用加速，其毫秒級(jí)的網(wǎng)絡(luò)傳輸時(shí)延、10~20Gbit/s的峰值速率、100萬個(gè)/km2的連接數(shù)密度，將可以滿足自動(dòng)駕駛編隊(duì)行駛的嚴(yán)苛要求。

在有LTE/5G網(wǎng)絡(luò)覆蓋的場景下，C-V2X無疑將是自動(dòng)駕駛編隊(duì)行駛的更優(yōu)選擇。

03 功能場景

自動(dòng)駕駛編隊(duì)行駛功能場景包括行為類和駕駛類，如表1所示。

表1 自動(dòng)駕駛編隊(duì)行駛功能場景列表

（1）編隊(duì)創(chuàng)建

車輛在沒有開始編隊(duì)的狀態(tài)下，由潛在領(lǐng)航車輛開啟編隊(duì)創(chuàng)建功能，首先創(chuàng)建一個(gè)只包含自身的編隊(duì)。同時(shí)通過V2X設(shè)備向附近車輛播報(bào)編隊(duì)信息，潛在跟隨車輛收到編隊(duì)信息之后可以申請加入。

（2）車輛加入

編隊(duì)在停止或行駛過程中，潛在跟隨車輛申請加入編隊(duì)，在經(jīng)過領(lǐng)航車輛或云平臺(tái)允許之后從隊(duì)尾加入編隊(duì)，并逐漸縮短跟車距離，此時(shí)不允許別的車輛加入或者編隊(duì)中的車輛離開。當(dāng)新加入的跟隨車輛穩(wěn)定保持編隊(duì)行駛的目標(biāo)車距之后，編隊(duì)恢復(fù)正常行駛狀態(tài)。

（3）車輛離開

編隊(duì)在行駛過程中，隊(duì)尾的跟隨車輛申請離開編隊(duì)，在經(jīng)過領(lǐng)航車輛或云平臺(tái)允許之后該跟隨車逐漸增加與前車的跟隨距離，此時(shí)不允許其他車輛加入或者編隊(duì)中的車輛離開。當(dāng)從申請離開的跟隨車與前車的車距達(dá)到安全距離之后，離開編隊(duì)完成。

（4）編隊(duì)解散

在實(shí)際路況或編隊(duì)內(nèi)的車輛狀態(tài)已經(jīng)不具備編隊(duì)行駛的條件時(shí)，不具備編隊(duì)行駛條件的車輛應(yīng)通知領(lǐng)航車輛，由領(lǐng)航車輛下達(dá)解散指令，隊(duì)列進(jìn)行解散，隊(duì)內(nèi)各車輛恢復(fù)自由行駛。

（5）勻速行駛

整個(gè)編隊(duì)在領(lǐng)航車輛的帶領(lǐng)下，以基本穩(wěn)定的速度行駛，編隊(duì)中的車輛之間保持穩(wěn)定的間隔距離。車輛速度誤差應(yīng)控制在目標(biāo)車速10%以內(nèi)。編隊(duì)車輛之間穩(wěn)定的間隔距離，應(yīng)控制在設(shè)定間隔距離的10%以內(nèi)。

（6）加速/減速行駛

整個(gè)編隊(duì)在領(lǐng)航車輛的帶領(lǐng)下加速/減速行駛，編隊(duì)中的車輛之間保持相對(duì)穩(wěn)定的間隔距離。加速行駛時(shí)編隊(duì)所有車輛的加速度要小于2.5m/s2，減速行駛時(shí)編隊(duì)所有車輛的加速度要大于-2.5m/s2。編隊(duì)車輛之間穩(wěn)定的間隔距離，應(yīng)控制在設(shè)定間隔距離的20%以內(nèi)。

（7）緊急制動(dòng)

整個(gè)編隊(duì)在領(lǐng)航車輛的帶領(lǐng)下進(jìn)行緊急制動(dòng)，控制編隊(duì)以較大的減速度制動(dòng)。緊急制動(dòng)車輛的加速度要大于-6m/s2，小于-2.5m/s2，相鄰車輛的相對(duì)縱向距離小于100m。

（8）彎曲道路行駛

整個(gè)編隊(duì)在領(lǐng)航車輛的帶領(lǐng)下在彎道行駛，編隊(duì)所有車輛的速度加速度大于-2.5m/s2，小于2.5m/s2。編隊(duì)中所有車輛應(yīng)穩(wěn)定保持在同一車道內(nèi)，禁止壓線。編隊(duì)車輛之間穩(wěn)定的間隔距離，應(yīng)控制在設(shè)定間隔距離的20%以內(nèi)。

（9）變道行駛

整個(gè)編隊(duì)在領(lǐng)航車輛的帶領(lǐng)下，完成從當(dāng)前車道到相鄰車道的變道。編隊(duì)在變道行駛過程中， 領(lǐng)航車輛應(yīng)根據(jù)自車車速、相鄰車道上行進(jìn)車輛的車速、距本編隊(duì)的距離以及編隊(duì)的長度來提前提速（不超過車道規(guī)定的限速值）或降速，以保證編隊(duì)中所有車輛安全變道。

變道行駛過程中車輛速度誤差應(yīng)控制在目標(biāo)車速20%以內(nèi)。編隊(duì)車輛之間穩(wěn)定的間隔距離，應(yīng)控制在設(shè)定間隔距離的20%以內(nèi)。變道過程中編隊(duì)?wèi)?yīng)開啟轉(zhuǎn)向燈。

（10）其他異常情況

編隊(duì)在行駛過程中，應(yīng)可以處理各種其他復(fù)雜和異常問題，保證編隊(duì)的行車安全，包括：

其他車輛駛?cè)耄壕庩?duì)正常行駛時(shí)，鄰近車道的其他車輛在駛?cè)牒婉傠x匝道的過程中， 需穿過編隊(duì)所在車道的行駛過程。

變道行駛異常：編隊(duì)在變道行駛過程中，周圍環(huán)境發(fā)生改變導(dǎo)致部分車輛無法完成變道。

車輛狀態(tài)異常：編隊(duì)正常行駛時(shí)，編隊(duì)內(nèi)任意車輛狀態(tài)發(fā)生異常。

天氣環(huán)境狀態(tài)異常：雨天、道路濕滑等場景。

04 功能作用

減少能源消耗，這可能是編隊(duì)行駛功能最常被提及的作用。

編隊(duì)行駛通過V2X通信將同向行駛的車輛進(jìn)行連接，跟隨車輛可以實(shí)時(shí)獲取前面車輛加速、制動(dòng)、轉(zhuǎn)向等信息，并在最短的時(shí)間內(nèi)做出反應(yīng)，從而盡可能地縮短跟車距離。因跟車距離十分接近，兩車之間將形成“氣流真空區(qū)”，不會(huì)產(chǎn)生空氣渦流，因而能夠有效降低空氣阻力，讓后面尾隨的卡車以最小的行駛風(fēng)阻，從而達(dá)到省油的目的。

圖2 兩車之間“氣流真空區(qū)”示意圖

北美貨運(yùn)效率委員會(huì)和美國能源和運(yùn)輸部曾進(jìn)行過不同跟車距離下編隊(duì)行駛?cè)加凸?jié)省率的測試，測試結(jié)果如圖3所示。

圖3 車間距離與油耗的關(guān)系

圖3中橫坐標(biāo)為跟車距離，縱坐標(biāo)為燃油節(jié)省率，紅線、綠線、藍(lán)線分別代表領(lǐng)航車輛、跟隨車輛以及車隊(duì)平均燃油節(jié)省率。結(jié)果顯示，良好的車間距離，跟隨車輛能夠節(jié)省10%左右燃油消耗，領(lǐng)航車輛因采用輔助駕駛或自動(dòng)駕駛技術(shù)也可以減少2%左右的燃油消耗?？紤]到燃油消耗占卡車全生命周期成本的30%，無論怎么算，這都將省出一筆可觀的費(fèi)用。

此外，歸功于車輛間距的縮小，自動(dòng)駕駛編隊(duì)行駛對(duì)于緩解交通擁堵，提高道路的通行能力，具有較為明顯的效果。而基于高精度的傳感器、優(yōu)秀的自動(dòng)駕駛算法，可以大大提高運(yùn)輸車輛的安全性。

05 技術(shù)難點(diǎn)

自動(dòng)駕駛車輛編隊(duì)涉及到的核心技術(shù)包括：自動(dòng)駕駛車輛的組合定位技術(shù)、傳感器多源信息融合技術(shù)、自動(dòng)駕駛車輛的協(xié)同編隊(duì)控制技術(shù)、以及自動(dòng)駕駛車輛協(xié)同系統(tǒng)的感知與通信技術(shù)。從名字也能看出，這些技術(shù)離穩(wěn)定上路還有很長的路要走。

（1）V2X大多工作在高頻段，對(duì)于建筑物等遮擋障礙物的繞射能力比較差，因而需要通過重復(fù)廣播或者冗余機(jī)制來輔助解決。

（2）V2X與傳感器之間的數(shù)據(jù)融合是必須的，在兩者的重合區(qū)域內(nèi)，如果出現(xiàn)差異的信息，以誰為準(zhǔn)，又或者是如何互相驗(yàn)證，必須有機(jī)制。但是現(xiàn)在的實(shí)際情況是，攝像頭、毫米波雷達(dá)、激光雷達(dá)之間融合尚且沒有做好，更別提與V2X的融合了。

（3）如果兩臺(tái)車動(dòng)力配置相差懸殊，遇到坡度等情況就容易產(chǎn)生動(dòng)力較低的車輛脫離編隊(duì)，影響整體運(yùn)輸效率，不同配置、不同品牌車輛兼容性也需要解決。

（4）編隊(duì)行駛的基礎(chǔ)是車輛會(huì)彼此靠得很近，很難想象在可預(yù)見的未來，公路管理部門可以允許這么短的車距。

（5）編隊(duì)行駛需要大量的數(shù)據(jù)信息以順利完成調(diào)度、運(yùn)輸任務(wù)。例如，車輛的準(zhǔn)確定位，交付目的地，交貨時(shí)間，貨物信息，車輛性能，以及駕駛員信息等。這就涉及到數(shù)據(jù)訪問權(quán)限、網(wǎng)絡(luò)安全和隱私方面的問題，聯(lián)合各個(gè)運(yùn)營、參與方達(dá)成信息共享的共識(shí)也是一大難題。

06 行業(yè)進(jìn)展

自動(dòng)駕駛編隊(duì)行駛對(duì)交通系統(tǒng)帶來的正面影響和實(shí)際意義已經(jīng)不言而喻，針對(duì)卡車的編隊(duì)測試，國內(nèi)外也已經(jīng)陸續(xù)開展了好幾年。

（一）國外

2011年，沃爾沃卡車率先研發(fā)編隊(duì)行駛，并于2016年參加全球首次跨國界測試——?dú)W洲卡車編隊(duì)行駛挑戰(zhàn)賽。

2016年，恩智浦、達(dá)夫卡車、TNO汽車、里卡多公司，通過采用V2X、攝像頭和雷達(dá)等先進(jìn)感知技術(shù)，將編隊(duì)中跟隨車輛的跟車時(shí)距（車距/當(dāng)前車速）縮短至0.5s，換算成跟車距離就是11米。2017年，進(jìn)一步將跟車距離再減少40%，相當(dāng)于在80km/h的速度下使跟車距離保持在7m。

2018年1月，豐田通商、日野、五十鈴等日本四家卡車公司，做了約15km的編隊(duì)行駛實(shí)證試驗(yàn)。3輛全長12m的重卡以時(shí)速80km/h，車間距35m，在相同的區(qū)域行駛了13次。

2019年7月，大陸集團(tuán)聯(lián)合克諾爾進(jìn)行商用車編隊(duì)行駛項(xiàng)目測試，該編隊(duì)行駛系統(tǒng)將演示五種主要的自動(dòng)駕駛功能：成形編隊(duì)、編隊(duì)巡航駕駛、車隊(duì)高級(jí)緊急制動(dòng)、單獨(dú)車輛分離編隊(duì)。

（二）國內(nèi)

2018年4月，一汽解放在青島港發(fā)布了L4智能卡車，演示了智能編隊(duì)行駛技術(shù)。

2019年4月，搭載主線科技TrunkPort的中國重汽智能網(wǎng)聯(lián)卡車在濱萊高速進(jìn)了高速編隊(duì)實(shí)測。

2019年5月7日，推薦性國家標(biāo)準(zhǔn)《智能網(wǎng)聯(lián)汽車自動(dòng)駕駛功能測試方法及要求第三部分列隊(duì)跟馳功能》公開驗(yàn)證試驗(yàn)在天津舉行，來自北汽福田、東風(fēng)商用車、中國重汽的9輛重型商用車參加。測試地點(diǎn)為城市主干路，全長4公里，雙向6車道，包含3個(gè)交叉路口，并包含有坡度、彎道等道路條件。試驗(yàn)最終完成60km/h的最高車速，跟車距離15米±20%的編隊(duì)行駛測試。

2019年11月，上汽商用車、中國移動(dòng)、上港集團(tuán)等在東海大橋，3輛智卡的編隊(duì)運(yùn)行實(shí)現(xiàn)了港區(qū)和鐵路堆場之間的貨柜自動(dòng)轉(zhuǎn)運(yùn)。

2019年12月，四維圖新攜手北汽福田、首發(fā)集團(tuán)、華為等合力打造的L4無人駕駛卡車車隊(duì)完成中國高速公路全封閉環(huán)境下，基于C-V2X車路協(xié)同技術(shù)的隊(duì)列跟馳測試工作。圖森未來的技術(shù)方案目前能做到3-4輛車的編隊(duì)，車輛之間間距為20米，車速保持在80公里每小時(shí)。

07 寫在最后

自動(dòng)駕駛編隊(duì)行駛的技術(shù)要求要遠(yuǎn)高于單車的自動(dòng)駕駛，單車自動(dòng)駕駛落地尚遙遙無期，編隊(duì)行駛落地時(shí)間可想而知。但這不妨礙我們對(duì)美好生活的幻想，對(duì)“共同富?！崩硐氲淖非?。