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707億元打造的杭紹“超級高速公路”不能回避的五大技術挑戰

2020-06-28 08:53:13來源:AutoR智駕 閱讀量:18205

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導讀:杭紹超級高速公路要達到既定目標,其技術挑戰是十分巨大的。
  日前,聽聞總長174公裏,總投資707億的杭紹“超級”高速公路項目提上了議程。據悉,杭紹超級高速公路項目近期將支持專用車道的貨車編隊自動駕駛行進,遠期會全線支持自動駕駛和編隊行進。
 
  一. 杭紹“超級”高速公路的意義:
 
  1.減少油耗,優化環境
 
  首先,不能不提的是編隊自動駕駛行進可以有效減少車輛的風阻,從而減少後車的汽油(電能)消耗,進而減少車輛的尾氣排放、有利于空氣質量的改善,最終減少市民患肺癌的風險。
 
  2.提高高速公路的利用效率
 
  超級高速公路的顯著經濟效應體現在公路利用效率的提高上。編隊行進可以顯著增加道路的通行能力,減小車頭時距。
 
  當人駕駛車輛時,反應時間大約在2-2.5秒之間,這樣就需要車輛和車輛之間保持較遠的距離。例如高速120km/h車速下,兩車之間就需要保持60-100米的間距,以保證危機時刻後方車輛有足夠的反應時間,避免連環追尾。這樣每個車道的通行能力很難超過2000輛/小時。也就是說一小時內,一個車道,最多也就能通過2000輛車。那麽一個三車道的高速公路,車流量無法超過6000輛/小時。超過這個數字就會産生擁堵。
 
  但是,在超級高速公路上,車輛編隊行進,因後車采用的是自動駕駛方式,不需要人做出反應,這樣就可以極大的減少反應時間,從2-2.5秒變爲數百毫秒。因此,編隊車輛之間的距離就可以縮小,從而增加通行能力。如果車間距減少一半,那麽通行能力就會增加一倍,達到4000輛/小時。三條車道的高速公路就可以達到12000輛/小時的通行能力,相當于又建了一條三車道的高速。這大大提高了高速公路的利用效率。
 
  3.爲産業升級提供機會
 
  杭紹超級高速公路項目,涉及諸多領域:汽車電子、信息安全、網絡通信、計算機科學、交通工程學等。
 
  杭绍超级高速公路项目能够给5G/V2X技术,自动驾驶技术、雷达技术、视觉识别技术、车辆控制技术、大数据分析技术等 提供前所未有的升级发展机会。对于整车厂、一级供应商、自动驾驶方案提供商、通信设备提供商、通信运营商、技术初创公司都是非常好的历练机会。如果项目成功,其对产业的带动和发展所带来的益处将会远远超过项目本身的经济利益。
 
  二. 超級高速公路的技術挑戰
 
  從杭紹超級高速公路的規劃來看,雖然該項目有著巨大的投入,但是其技術挑戰和技術風險卻是絕對不容忽視的。
 
  1.車輛信息融合技術尚在初始階段
 
  自2013年開始,自動駕駛就成爲風險投資的熱門領域。這些年來湧現了大量的自動駕駛初創企業,很多大公司也投入巨資研發自動駕駛,因此,我國在這個領域是有著不錯的積累的。
 
  但是,車輛編隊行進需要編隊中的車輛及時分享信息,相互協作共同采取決定,這就要求車輛編隊必須采用V2X技術來完成信息共享。
 
  直到去年底,自動駕駛依然是依靠雷達、攝像頭等的單車智能型自動駕駛,直到今年上半年,加入V2X的網聯自動駕駛才逐漸進入自動駕駛企業的視野內。因此,如何融合V2X傳來的信息、雷達獲取的信息、攝像頭獲取的信息,就成爲亟待解決的重要技術問題。然而我們在這個技術問題上積累時間還是非常短暫的。
 
  2. 5G/V2X技術尚不成熟
 
  虽然5G技术已经商用一年多,但是,作为5G的一大分支的5G/V2X技术却依然有待验证。2019年10月,由信通院举办的四跨演示活动获得了通信、汽车行业的广泛积极参与。验证了LTE-V(4G V2X)技术和中国的V2X消息标准的可行性。不过,LTE-V技术在商业上依然没有实质上的落地项目。
 
  其中的信息安全標准也在進一步的完善中。
 
  而作爲LTE-V下一代的5G/V2X技術,至本文發表時,無論國際、國內都依然尚在制定之中,甚至5G/V2X的應用場景都尚未定稿。
 
  另一方面,車輛編隊行進需要定制化的V2X消息格式標准,而不是在四跨活動中使用的通用消息格式標准,例如:發起編隊、解散編隊、加入編隊、插入編隊以及各類異常通知等。但是,適用于車輛編隊行進的V2X消息格式,無論國際還是國內都沒有明確的標准。因此,在該項目中要同時完成標准制定,演示驗證,並運用于真實道路之上。
 
  3. 車輛編隊的決策問題
 
  車聯編隊行進中的協作決策問題也是一個現在研發中的盲區。
 
  头车可以把自己的行车轨迹、位置、速度、加减速、刹车、方向盘转角等信息传递给后面的跟随车辆。但是,这些跟随车辆如何根据这些信息做出反应却鲜有人员在做相关的研究。后车是否需要完全重复前车的轨迹,如何区别前车的左右随机摆动和真实的转向/变道意图, 遇到其他车辆加塞如何处理,车队对环境感知的相互分享,等等问题都是需要先从数学模型开始着手进行的长期研发与验证。
 
  4. 高精度定位問題
 
  我國包括北鬥在內的GNSS(全球導航衛星定位系統)路基增強RTK系統的精度已能夠滿足基本的車輛防碰撞與編隊行進要求。
 
  然而,和其他所有技術問題一樣,高精度定位問題,從來不僅僅是定位精度的問題,還涉及定位延遲、刷新頻率、穩定性等等。
 
  例如,當車輛以120km/h行駛時,即使定位精度很高,但是100毫秒的定位延時,給出的就是0.1秒之前的位置,這就産生了3.33米的誤差。如果是相向而行的兩部車,誤差甚至可以達到6.6米。6.6米的誤差對于判斷是否會出現碰撞而言是遠遠不夠的。對于車輛編隊而言也不足以判斷車隊是否行進在同一車道上。而且,這還是在大家都遵守交規,不超速的情況下。可見定位延時比起定位精度而言兩者是同等重要的。同樣刷新頻率不足也有類似的結果。
 
  另外,隧道、建築遮擋等地區,很難收到GNSS的地基增強信號,從而造成定位精度顯著下降,無法滿足編隊自動駕駛行進的要求。
 
  5.車輛自動刹車及轉向系統的技術挑戰
 
  自動駕駛需要車輛的控制完全實現線控,才能保證域控制器對刹車轉向的控制。即使,杭紹公路的編隊自動駕駛車道上的車輛都能實現線控,依然需要檢查線控條件下能夠達到的最大刹車減速度。
 
  現有車輛ESC/ESP或者類似ESC的系統組合能産生的最大減速度往往小于真人猛踩刹車時的減速度。這就給編隊行進提出了新的挑戰:如果刹車距離變大,現有的車隊能否保證安全行駛,如果出現突發事件如何應對?
 
  當然,我們也不排除適用于自動駕駛的自動刹車及轉向系統在短期內會有較大的突破。
 
  综上所述,可见杭紹超級高速公路要達到既定目標,其技術挑戰是十分巨大的。其中多项技术都处于初级开发阶段,尚待进一步的测试与验证,才能实现商业部署。直接跳过测试验证阶段进入实用化部署,风险是巨大的。行车安全不仅事关货物、财产安全,更是关系到乘客、驾驶员、甚至周边居民的生命安全。6月13日造成百余死伤的温岭油罐车爆炸事件的余温尚未散尽,用血和泪得到的教训,还是应该铭记于心中。
 
  希望我們既有上九天攬月,下五洋捉鼈的豪情萬丈,也不忘精益求精,孜孜不倦的工匠精神。

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