這不就是編隊行駛的應用場景嗎！

在輔助駕駛領域，業(yè)內喜歡用一個個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。但在自動駕駛領域，業(yè)內更喜歡用場景去區(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。

在場景為王的自動駕駛領域，自動駕駛編隊行駛是為數不多擁有獨立姓氏的自動駕駛功能，肩負著減少能源消耗、緩解交通擁堵、增強車輛安全性的重任。絕大多數卡車自動駕駛公司都對這一功能進行過測試驗證，但囿于技術瓶頸，離期望的效果還有十萬八千里，進展可謂是相當緩慢。

借著ISO在2022年9月發(fā)布的一份編隊行駛標準（ISO 4272）為契機，本文就從國內外已公布法規(guī)和標準角度淺顯地認識一下自動駕駛的編隊行駛功能。

01 法規(guī)標準

目前已發(fā)布的編隊行駛功能相關的法規(guī)和標準如下，本文絕大部分內容也是取自如下法規(guī)和標準，并在此基礎上加入少量自己的理解。

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

2. T/ITS 0113.2-2019 營運車輛合作式自動駕駛貨車編隊行駛

3. 智能網聯(lián)汽車自動駕駛功能測試方法及要求 第三部分 列隊跟馳功能（2019年7月，汽標委、中汽中心組織過針對該推薦國家標準的公開驗證試驗，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

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

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

圖1 編隊行駛系統(tǒng)架構示意圖

（1）車輛

車輛包括領航車輛和跟隨車輛。領航車輛作為編隊中最前方的車輛，是整個編隊行為（包括創(chuàng)建編隊、解散編隊、車輛加入編隊和車輛離開編隊等）的決策者，對編隊行為進行管控和決策。跟隨車輛作為編隊中位于領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。

在自動駕駛場景，領航車輛與跟隨車輛均為自動駕駛，車輛的總體功能要求包括如下幾個方面。

（a）具有實現(xiàn)自動駕駛功能的完整軟硬件，包括傳感器、計算單元、線控底盤和完整算法等，從而支持處于編隊過程的自動駕駛，以及離開編隊之后的自動駕駛。領航車輛與跟隨車輛）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。領航車輛基于這些信息監(jiān)控整個編隊的行駛狀態(tài)，并能夠在編隊行駛狀態(tài)出現(xiàn)問題時及時做出警告和應急措施。跟隨車輛基于領航車輛共享的軌跡、感知、狀態(tài)等信息，通過自動駕駛系統(tǒng)進行感知、決策、規(guī)劃和控制，實現(xiàn)對領航車輛的跟隨。

（c）具有與云平臺進行必要信息交互的V2C通信功能，如獲取實時狀態(tài)信息，輸入輸出指令，緊急管控等，從而實現(xiàn)對編隊的監(jiān)控和運營管理。在圖1所示架構中，僅畫出領航車輛云平臺通信的鏈路，實際上跟隨車輛也支持與云平臺進行通信。

（d）具有與路側單元進行信息傳輸的V2I通信功能，包括動態(tài)限速和交通狀況等信息，從而以實現(xiàn)車路協(xié)同。

（2）云平臺

云平臺主要包括在線狀態(tài)監(jiān)控、車隊管理、車輛控制、位置管理、認證管理、權限管理和運營維護等功能，為車輛提供全方位服務和安全保障。

（3）路側單元

路側單元主要負責將動態(tài)限速和障礙車位置等信息傳輸給編隊車輛，以實現(xiàn)車路協(xié)同。

（4）V2X通信

編隊行駛狀態(tài)下，車輛與云端、車輛與車輛、車輛與環(huán)境之間將產生大量實時的數據交互，并且因為車間距很小，對數據交互的響應要求也極高。V2X作為感知能力，其技術可靠性和應用推廣度，既依賴于通信技術，依賴于標準和法律，也依賴于路邊基礎設施。

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

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

C-V2X則可以直接利用現(xiàn)有蜂窩網絡，我國工信部已將5905-5925MHz頻段劃分給C-V2X 技術試驗。伴隨著5G的商用加速，其毫秒級的網絡傳輸時延、10~20Gbit/s的峰值速率、100萬個/km2的連接數密度，將可以滿足自動駕駛編隊行駛的嚴苛要求。

在有LTE/5G網絡覆蓋的場景下，C-V2X無疑將是自動駕駛編隊行駛的更優(yōu)選擇。

03 功能場景

自動駕駛編隊行駛功能場景包括行為類和駕駛類，如表1所示。

表1 自動駕駛編隊行駛功能場景列表

（1）編隊創(chuàng)建

車輛在沒有開始編隊的狀態(tài)下，由潛在領航車輛開啟編隊創(chuàng)建功能，首先創(chuàng)建一個只包含自身的編隊。同時通過V2X設備向附近車輛播報編隊信息，潛在跟隨車輛收到編隊信息之后可以申請加入。

（2）車輛加入

編隊在停止或行駛過程中，潛在跟隨車輛申請加入編隊，在經過領航車輛或云平臺允許之后從隊尾加入編隊，并逐漸縮短跟車距離，此時不允許別的車輛加入或者編隊中的車輛離開。當新加入的跟隨車輛穩(wěn)定保持編隊行駛的目標車距之后，編隊恢復正常行駛狀態(tài)。

（3）車輛離開

編隊在行駛過程中，隊尾的跟隨車輛申請離開編隊，在經過領航車輛或云平臺允許之后該跟隨車逐漸增加與前車的跟隨距離，此時不允許其他車輛加入或者編隊中的車輛離開。當從申請離開的跟隨車與前車的車距達到安全距離之后，離開編隊完成。

（4）編隊解散

在實際路況或編隊內的車輛狀態(tài)已經不具備編隊行駛的條件時，不具備編隊行駛條件的車輛應通知領航車輛，由領航車輛下達解散指令，隊列進行解散，隊內各車輛恢復自由行駛。

（5）勻速行駛

整個編隊在領航車輛的帶領下，以基本穩(wěn)定的速度行駛，編隊中的車輛之間保持穩(wěn)定的間隔距離。車輛速度誤差應控制在目標車速10%以內。編隊車輛之間穩(wěn)定的間隔距離，應控制在設定間隔距離的10%以內。

（6）加速/減速行駛

整個編隊在領航車輛的帶領下加速/減速行駛，編隊中的車輛之間保持相對穩(wěn)定的間隔距離。加速行駛時編隊所有車輛的加速度要小于2.5m/s2，減速行駛時編隊所有車輛的加速度要大于-2.5m/s2。編隊車輛之間穩(wěn)定的間隔距離，應控制在設定間隔距離的20%以內。

（7）緊急制動

整個編隊在領航車輛的帶領下進行緊急制動，控制編隊以較大的減速度制動。緊急制動車輛的加速度要大于-6m/s2，小于-2.5m/s2，相鄰車輛的相對縱向距離小于100m。

（8）彎曲道路行駛

整個編隊在領航車輛的帶領下在彎道行駛，編隊所有車輛的速度加速度大于-2.5m/s2，小于2.5m/s2。編隊中所有車輛應穩(wěn)定保持在同一車道內，禁止壓線。編隊車輛之間穩(wěn)定的間隔距離，應控制在設定間隔距離的20%以內。

（9）變道行駛

整個編隊在領航車輛的帶領下，完成從當前車道到相鄰車道的變道。編隊在變道行駛過程中， 領航車輛應根據自車車速、相鄰車道上行進車輛的車速、距本編隊的距離以及編隊的長度來提前提速（不超過車道規(guī)定的限速值）或降速，以保證編隊中所有車輛安全變道。

變道行駛過程中車輛速度誤差應控制在目標車速20%以內。編隊車輛之間穩(wěn)定的間隔距離，應控制在設定間隔距離的20%以內。變道過程中編隊應開啟轉向燈。

（10）其他異常情況

編隊在行駛過程中，應可以處理各種其他復雜和異常問題，保證編隊的行車安全，包括：

其他車輛駛入：編隊正常行駛時，鄰近車道的其他車輛在駛入和駛離匝道的過程中， 需穿過編隊所在車道的行駛過程。

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

車輛狀態(tài)異常：編隊正常行駛時，編隊內任意車輛狀態(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，這可能是編隊行駛功能最常被提及的作用。

編隊行駛通過V2X通信將同向行駛的車輛進行連接，跟隨車輛可以實時獲取前面車輛加速、制動、轉向等信息，并在最短的時間內做出反應，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)”，不會產生空氣渦流，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阻，從而達到省油的目的。

圖2 兩車之間“氣流真空區(qū)”示意圖

北美貨運效率委員會和美國能源和運輸部曾進行過不同跟車距離下編隊行駛燃油節(jié)省率的測試，測試結果如圖3所示。

圖3 車間距離與油耗的關系

圖3中橫坐標為跟車距離，縱坐標為燃油節(jié)省率，紅線、綠線、藍線分別代表領航車輛、跟隨車輛以及車隊平均燃油節(jié)省率。結果顯示，良好的車間距離，跟隨車輛能夠節(jié)省10%左右燃油消耗，領航車輛因采用輔助駕駛或自動駕駛技術也可以減少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用。

此外，歸功于車輛間距的縮小，自動駕駛編隊行駛對于緩解交通擁堵，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)秀的自動駕駛算法，可以大大提高運輸車輛的安全性。

05 技術難點

自動駕駛車輛編隊涉及到的核心技術包括：自動駕駛車輛的組合定位技術、傳感器多源信息融合技術、自動駕駛車輛的協(xié)同編隊控制技術、以及自動駕駛車輛協(xié)同系統(tǒng)的感知與通信技術。從名字也能看出，這些技術離穩(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，因而需要通過重復廣播或者冗余機制來輔助解決。

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

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

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

（5）編隊行駛需要大量的數據信息以順利完成調度、運輸任務。例如，車輛的準確定位，交付目的地，交貨時間，貨物信息，車輛性能，以及駕駛員信息等。這就涉及到數據訪問權限、網絡安全和隱私方面的問題，聯(lián)合各個運營、參與方達成信息共享的共識也是一大難題。

06 行業(yè)進展

自動駕駛編隊行駛對交通系統(tǒng)帶來的正面影響和實際意義已經不言而喻，針對卡車的編隊測試，國內外也已經陸續(xù)開展了好幾年。

（一）國外

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

2016年，恩智浦、達夫卡車、TNO汽車、里卡多公司，通過采用V2X、攝像頭和雷達等先進感知技術，將編隊中跟隨車輛的跟車時距（車距/當前車速）縮短至0.5s，換算成跟車距離就是11米。2017年，進一步將跟車距離再減少40%，相當于在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的編隊行駛實證試驗。3輛全長12m的重卡以時速80km/h，車間距35m，在相同的區(qū)域行駛了13次。

2019年7月，大陸集團聯(lián)合克諾爾進行商用車編隊行駛項目測試，該編隊行駛系統(tǒng)將演示五種主要的自動駕駛功能：成形編隊、編隊巡航駕駛、車隊高級緊急制動、單獨車輛分離編隊。

（二）國內

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

2019年4月，搭載主線科技TrunkPort的中國重汽智能網聯(lián)卡車在濱萊高速進了高速編隊實測。

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

2019年11月，上汽商用車、中國移動、上港集團等在東海大橋，3輛智卡的編隊運行實現(xiàn)了港區(qū)和鐵路堆場之間的貨柜自動轉運。

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

07 寫在最后

自動駕駛編隊行駛的技術要求要遠高于單車的自動駕駛，單車自動駕駛落地尚遙遙無期，編隊行駛落地時間可想而知。但這不妨礙我們對美好生活的幻想，對“共同富裕”理想的追求。