客車智能化發(fā)展能否率先突破城市交通擁堵難題

　　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準：

　　·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

　　標準的強制實施對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。這些安全標準中存在著有關(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證。大眾已宣布將為旗下商用車所有車型都標配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、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。快速公交將車站、專用車輛、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。